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一、概述

Thermo Scientific 1300 系列生物安全柜是赛默飞世尔科技研发的高性能实验室防护设备，广泛应用于医学检验、生物研究、药品开发与疾病防控等领域。
该系列设备以其卓越的气流控制、节能设计和可靠的结构防护性能而闻名，旨在为操作者、样品及实验环境提供全面的安全屏障。

生物安全柜的内部结构是其性能的基础。它通过科学的气流设计、高效的过滤系统、稳定的机械框架以及智能的控制单元协同工作，形成了高效、稳定、洁净且安全的操作环境。
本章节将对 Thermo Scientific 1300 系列生物安全柜的内部结构进行系统讲解，涵盖其空气系统、电气组件、过滤单元、控制系统以及人机工程学设计要素。

二、总体结构组成

Thermo Scientific 1300 系列生物安全柜整体结构由以下几个主要部分组成：

1. 工作腔体（Main Work Chamber）
   包括操作空间、工作台、不锈钢内壁、侧壁风道等部分，是实验操作的核心区域。

2. 气流循环系统（Airflow System）
   由风机、电机、空气导流板和进出风口组成，负责形成垂直层流和负压屏障，确保空气洁净度和方向性。

3. 过滤系统（Filtration System）
   配备高效过滤器（HEPA/ULPA）用于去除颗粒和生物气溶胶，保证输出空气洁净度。

4. 电气与控制系统（Electrical and Control System）
   由控制面板、传感器、继电器、电源模块和报警系统构成，用于实时监测与调节运行状态。

5. 照明与紫外系统（Lighting & UV System）
   包括高亮度照明灯与紫外灯，分别用于操作可视和工作区灭菌。

6. 外壳与支架结构（Cabinet and Frame）
   采用抗腐蚀金属板构造，配合防震支架与静音脚轮，确保稳定性与移动性。

每个系统相互配合，共同形成完整的防护屏障，实现人员、样品与环境的三重防护功能。

三、工作腔体结构

1. 腔体设计

工作腔体是操作人员与样品直接接触的空间，其设计目标是实现无菌、密闭和便捷操作。
内壁由 304不锈钢 材料制成，表面光滑无缝隙，易清洁、防腐蚀、抗化学侵蚀。腔体角落采用圆弧过渡结构，避免死角积尘。

腔体顶部设有送风扩散板，底部为可拆卸工作台面。
前窗采用强化安全玻璃，可上下滑动并带有限位装置，既能防止外部空气进入，又便于操作与清洁。

2. 操作台结构

工作台分为两层：上层为可拆卸不锈钢台面，下层为空气回流通道。
台面上设有排液槽，用于收集清洗液或实验残液。槽底连接至排液阀，方便定期排放与消毒。
台面支撑采用抗震设计，保持操作时的稳定性和低振动特性。

3. 侧壁风道

两侧壁内隐藏风道系统，用于气流回收与循环。通过均匀分布的导流孔，形成垂直层流，使洁净气流在整个操作区域内稳定下行，防止空气紊流和交叉污染。

四、气流循环系统

1. 气流原理

Thermo Scientific 1300 系列采用70%内循环 + 30%外排 的气流模式。
空气经过上方HEPA过滤后形成垂直向下的层流，覆盖整个工作区；污染空气经台面下方回收，通过底部风道重新进入循环系统；一部分经排风过滤后排出柜外，以维持负压平衡。

这种设计确保：

• 操作者不暴露于气溶胶污染；

• 样品在无菌层流保护下操作；

• 实验室环境免受污染空气影响。

2. 风机与电机

风机为无刷直流电机（DC Motor），具有高效率、低噪音、低能耗等特点。
通过电子控制系统自动调节转速，实现恒定风速输出，即使过滤器阻力增加也能保持气流稳定。
风机底部配有防震垫，减少振动传递。

3. 气流分配板

安装在风机与过滤器之间的分流结构，可均匀分配风量，防止局部气流过快或过慢。
分配板采用耐腐蚀铝合金材料，并带有多孔结构，确保气流均匀性和稳定性。

五、过滤系统

1. 高效过滤器（HEPA Filter）

Thermo 1300 系列配置两级高效过滤系统：

• 上部送风过滤器：过滤进入工作区的空气；

• 下部排风过滤器：过滤从工作区排出的污染空气。

HEPA过滤器效率≥99.99%，可截留≥0.3 μm的微粒与微生物气溶胶。部分高端型号可选用ULPA过滤器（效率≥99.9995%）。

过滤介质由超细玻璃纤维制成，外框采用铝合金或不锈钢材质，并配有密封垫圈防止旁漏。

2. 过滤器安装结构

过滤器安装于独立密封舱内，通过螺栓压紧式结构固定。
在更换时可从前部或顶部进行，避免拆解其他部件。
每个过滤器均设有压差监测口，用于检测阻力变化并判断堵塞程度。

3. 预过滤网

空气进入主风机前先通过预过滤网，去除大颗粒灰尘与杂质，延长HEPA过滤器寿命。
预过滤网可拆卸清洗，建议每月检查一次。

六、控制与电气系统

1. 控制面板

设备正面设有电子控制面板，集成风机、照明、紫外灯、电源、报警等按键与指示灯。
液晶或LED显示屏可实时显示风速、电压、运行模式、过滤器压差及报警信息。

智能微处理器控制系统具有自动检测功能，在开机时会执行自检程序，确保风机、传感器与报警系统处于正常状态。

2. 传感器系统

• 风速传感器：实时监测气流速度，反馈给控制系统进行自动调节；

• 压差传感器：检测过滤器阻力变化，预警堵塞或泄漏；

• 门窗位置传感器：防止紫外灯在前窗开启时误启，保障操作者安全；

• 温湿度传感器（部分型号）：监测工作环境变化。

3. 电源与保护

电气系统采用双重绝缘设计，并配置：

• 过流与过压保护；

• 漏电保护装置；

• 紧急断电开关；

• 自动断电延迟启动功能。

所有电气组件均通过国际安全认证，符合IEC 61010标准。

4. 内部线路布局

电线走向整齐，集中在防护通道内并使用阻燃套管包覆。
关键部位采用接插件式设计，便于更换与维修。

七、照明与紫外系统

1. 照明系统

照明灯位于操作区上方的反光罩内，采用高亮度、低能耗LED或荧光灯。
光照强度可达800–1200 lx，照度均匀且无频闪。
照明系统与风机电路独立，可单独控制。

灯罩采用防碎、防尘材质，透光率高，易于拆卸清洁。

2. 紫外灭菌系统

紫外灯安装于工作腔体上部或后部，用于操作结束后的表面消毒。
灯管波长254 nm，能有效杀灭细菌、病毒与真菌孢子。

系统配有安全互锁装置，当前窗未完全关闭或风机开启时，紫外灯无法点亮，防止人员暴露。
部分型号具备定时灭菌功能，可设定消毒时长自动关闭。

八、结构框架与外壳设计

1. 外壳材质

外壳采用冷轧钢板经环氧粉末喷涂处理，耐腐蚀、抗划伤，能抵御消毒剂和化学清洁剂侵蚀。
部分高端型号外层采用不锈钢包覆以增强防护与美观性。

2. 支撑与脚轮

下方配置坚固支撑架与锁定脚轮，便于移动与固定。
支架高度可调，满足不同操作者的人机工学要求。

3. 隔音与防震结构

风机与框架间设有防震垫层，减少机械振动；
机体内加装隔音棉，使运行噪音控制在≤67 dB。

4. 前窗结构

前窗玻璃采用5 mm厚钢化安全玻璃，具备耐高温与防爆特性。
内置平衡配重系统，确保升降平稳，可停留在任意高度。
前窗与侧壁之间设有气密条，防止外部空气泄漏。

九、人机工程学设计

Thermo 1300 系列在结构设计中充分考虑操作者舒适性与安全性。

• 倾斜式前窗：优化视野角度，减少肩部与颈部疲劳；

• 符合人体工学的操作高度：适合长时间坐姿或站姿工作；

• 柔光照明：减少眼部疲劳；

• 低噪音运行：保障舒适工作环境；

• 易清洁结构：所有部件可快速拆卸、无锐角设计。

此外，操作区下方预留管线接口，便于接入气体、水源或废液系统。

十、内部维护与检修结构

1. 可拆卸部件

• 工作台面与滴水盘可整体取出，便于清洗与消毒；

• 前玻璃窗可向上打开，方便内部维护；

• 过滤器仓与风机舱设有检修门，便于更换零件。

2. 检修安全

所有检修口带有安全联锁装置，打开时系统自动断电；
维修完成后，重新校准气流参数方可投入使用。

3. 模块化结构

电气、过滤与风机模块独立安装，便于单独更换与升级。
这种模块化设计大幅提升了维护效率与安全性。

十一、空气动力学优化设计

Thermo 1300 系列采用计算流体力学（CFD）仿真优化气流路径。
空气从顶部过滤后形成均匀下送流，经工作区后再由底部回收，实现层流保护。

关键优势包括：

• 流线型导风板：减少湍流；

• 负压侧壁设计：防止污染物外逸；

• 自动风量补偿：保持气流恒定；

• 优化气流再分布：在不同负载下维持稳定防护屏障。

十二、传感与智能控制模块

高级型号配备微电脑智能控制模块，可实时监控并记录运行状态。
系统具备以下功能：

• 自动检测风速与过滤器状态；

• 声光报警与信息提示；

• 累计运行时间记录；

• 定期维护提醒；

• USB或网络接口，用于导出运行数据。

通过智能化监控，设备可实现自我诊断与性能优化，进一步提高安全可靠性。

十三、安全防护层次

内部结构中的每个模块都承担着特定的安全功能：

这种多层结构的安全设计，使Thermo 1300能够满足Biosafety Level 2及部分BSL-3实验的安全要求。