一、概述

在超低温储存设备中，搁架系统的设计直接影响样品存放密度、气流均匀性、操作便捷性及空间利用率。
赛默飞 TSX500-86CA 超低温冰箱 采用模块化可调节搁架系统，结合高强度铝合金支撑架、可快速拆装的导轨结构与温度均衡设计，使得用户能够根据不同样品容器（冻存盒、血浆袋、离心管、样品架等）灵活配置空间。

该系统不仅满足实验室高效存取需求，还能在不影响温度分布与气流循环的前提下进行多层级调整。通过结构优化和精密制造，搁架调节系统具备高承重、低热惯性、易清洁及操作安全等优势，适应长期 −86 °C 环境下的高频使用。

二、设计理念

搁架系统的设计核心是 “高效利用、精确适配、操作安全、热流平衡”。
其理念体现在：

1. 可定制化空间结构——根据实验类型灵活配置层数与间距；

2. 气流导向优化——保证每层样本获得均匀冷空气流动；

3. 低温环境下的人机操作简便性——在厚手套操作时仍能轻松调节；

4. 结构稳定性与安全性——避免在低温条件下的金属脆化与变形。

TSX500-86CA 的搁架系统不仅是储物平台，更是与温控系统协同运行的重要组件。

三、结构组成

搁架系统主要由以下五个部分构成：

1. 主支架（Vertical Support Frame）：固定在箱体内壁两侧，为搁板提供垂直滑槽与定位孔。

2. 搁板面板（Shelf Panel）：直接承载样本的主要平台，采用高强度铝合金冲压成型。

3. 导轨与滑槽系统（Rail & Slot System）：用于调整搁板高度与固定位置。

4. 锁定与限位机构（Lock & Stop Mechanism）：防止搁板在操作中滑动或倾斜。

5. 气流分配组件（Airflow Channeling Inserts）：辅助形成均匀的冷气循环。

四、材料与制造工艺

4.1 材料构成

• 搁板面板：采用6063-T5 铝合金，厚度2.0 mm，阳极氧化处理；

• 立柱与导轨：304不锈钢经钝化处理，耐腐蚀与抗疲劳性能优异；

• 锁紧机构：高分子工程塑料（POM或PA66）制成，具有良好低温韧性；

• 紧固件：镀镍合金螺钉，耐低温不生锈。

4.2 工艺流程

• CNC精密冲压：确保搁板平整度误差≤0.3 mm；

• 阳极氧化层厚度控制在10 μm，防止霜层附着；

• 焊点采用惰性气体保护焊，接头强度高于母材；

• 立柱打孔间距标准化（25 mm），实现微调精度。

这种工艺确保在长期低温、高湿环境下仍保持尺寸稳定与结构可靠。

五、搁架调节机制

5.1 高度调节

每侧立柱布设等距定位孔，间距25 mm。搁板两端设有卡钩式挂耳，可沿滑槽上下移动。
操作步骤：

1. 轻微抬起搁板前端并抽出；

2. 选择所需高度位置，将卡钩插入新孔位；

3. 听到“卡入”声后轻推搁板确认锁定。

5.2 水平调平

搁板底部设有微调螺帽，可通过旋转实现前后±2 mm的水平修正，确保多层平台平行。

5.3 侧向固定

为防止操作时搁板移动，导轨设有限位卡扣。
调节完成后按压卡扣，即可将搁板锁定，保证在取放样本时不晃动。

5.4 拆卸与重新配置

无需工具即可拆卸搁架。
用户可根据样本容器尺寸选择不同层高、数量，最高支持7层配置。

六、气流均衡与温度配合设计

搁架调节不仅服务于空间利用，更关系到温度均匀性与冷气流分布。

1. 开孔式搁板结构
   每块搁板按科学比例设置孔隙（开孔率约20%），形成垂直贯通的冷气通道。
   即使在满载状态下，也能保持上下温差≤2 °C。

2. 导流槽协同结构
   搁板边缘与箱体内壁之间保留微间隙（约10 mm），促使空气形成环形流动回路。

3. 可调节气流方向
   通过调整搁板角度（±3°）或孔位形态，可微调风速分布，实现特定区域温度平衡。

4. 热惯性最小化
   铝合金材料导热性高，能迅速响应温度变化，缩短温度恢复时间。

七、承重与机械性能

• 单层最大承载能力：35 kg；

• 整柜承载能力：250 kg；

• 抗弯刚度测试：在−80 °C下加载20 kg，变形小于1 mm；

• 疲劳测试：开合与取放循环5万次无松动；

• 防滑系数：阳极层摩擦系数控制在0.45–0.55，保证样品托盘不滑落。

这些参数确保搁架在长期重载与频繁操作下保持稳定性。

八、人机工学与操作便捷性

8.1 手套兼容设计

考虑实验人员戴防寒手套的操作习惯，搁板卡扣与导轨手柄采用宽口设计（≥25 mm），可单手拆装。

8.2 可视化标识

立柱刻有刻度线与层位编号，便于快速定位。

8.3 低噪音滑轨

卡位采用柔性聚合物垫片，移动时摩擦声小于40 dB，不影响实验室环境。

8.4 防冻卡滞

塑料件材料耐低温至 −100 °C，长期使用不脆化。

九、安全性与防护措施

1. 防倾倒保护
   当搁板伸出超过1/3长度时，锁止机构自动卡紧，防止翻落。

2. 负载平衡检测
   系统提示用户均衡放置样本，以避免重心偏移。

3. 防冻握持区
   手柄采用抗冻橡胶包覆，防止手部接触金属时冻伤。

4. 安全圆角处理
   所有边缘经倒角或滚压处理，避免刮擦样品袋或操作者。

十、维护与清洁

1. 拆卸清洗：
   搁板可整体取出，用中性洗涤剂和去离子水清洗。

2. 防霜处理：
   阳极层表面防止霜层附着，定期擦拭即可。

3. 检查锁扣磨损：
   每6个月检查锁扣是否松动，必要时更换。

4. 高压消毒兼容性：
   铝材与不锈钢可耐受UV、75%酒精及低浓度过氧化氢。

十一、搁架调节与样本管理联动

TSX500-86CA 的搁架配置与样本存储信息系统可协同：

• 每层位置可在控制界面中标注与记录，实现数字化管理；

• 调节层数后，系统自动重新分配气流参数，维持温控稳定；

• 可在软件界面标记样本类型、架位编号与日期，方便追踪。

十二、调节操作流程标准化

1. 打开冰箱门前，确认压缩机处于低频模式；

2. 用手托起搁板前端，释放锁扣；

3. 沿滑槽上移或下移至目标位置；

4. 插入新孔位后，确认两侧均卡紧；

5. 关闭门体，待温度恢复后再进行样品操作。

整个过程平均耗时不超过60秒，且无需工具。

十三、气流均衡与搁架配置优化案例

13.1 高密度样品库配置

当样本数量大、装载密度高时，可使用间距较小的七层配置，通过上送风+侧回风设计保持温度均匀。

13.2 低频开门实验场景

在低频操作的冷冻样本库中，可减少搁架层数以优化气流速度，降低压缩机负载。

13.3 多样本尺寸混合场景

通过不同高度组合，可同时放置冻存架与箱式托盘，兼顾多类型容器。

十四、实验验证与性能数据

数据证明搁架调节不会破坏温控平衡，且操作高效。

十五、长期可靠性与耐久测试

• 低温循环试验：在 −86 °C 下循环开关 1000 次，无裂纹或卡滞。

• 载荷疲劳试验：20 kg 载荷下反复操作 50,000 次，无变形。

• 冷凝防护试验：高湿环境中运行 200 小时，表面无水珠凝结。

十六、标准与合规

搁架系统符合以下标准：

• EN 61010-1 实验设备安全要求；

• ISO 16444 冷冻储存空间结构标准；

• RoHS / REACH 环保材料