定义
低温冷却循环泵是一种能够输出低于环境温度的冷却液，并通过循环泵将冷却液输送到外部需要冷却的设备或反应体系的实验室辅助设备。它通常由制冷系统、循环泵系统、储液槽以及温度控制系统组成。该设备本身不直接冷却样品，而是作为冷源，为旋转蒸发仪、反应釜、发酵罐、蒸馏冷凝器、真空浓缩仪、电子显微镜、激光器等设备提供恒温、恒流、恒压的冷却介质，如水、乙二醇水溶液或专用的导热液体。
工作原理
低温冷却循环泵的工作过程基于蒸汽压缩制冷循环与强制液体循环两个系统的协同运作。
制冷系统按照逆卡诺循环原理工作。制冷剂在压缩机中被压缩成高温高压的气体，经冷凝器散热后变为高压液体，再通过膨胀阀或毛细管节流降压，变为低温低压的气液混合物。该制冷剂进入蒸发器，蒸发器浸泡于储液槽的冷却液中。制冷剂蒸发时大量吸收冷却液的热量，使冷却液温度降低。吸热后的制冷剂气体返回压缩机，完成循环。
循环泵系统负责将降温后的冷却液输送至外部设备。泵体从储液槽吸入低温液体，通过出液口管路送至外接设备。液体在外部设备中吸收热量后温度升高，经由回液口管路返回储液槽，在蒸发器中再次被冷却。如此连续循环，实现对目标设备的温度控制。为了提高温度稳定性，部分设备在储液槽内设置搅拌装置或采用喷射式混合结构，使冷却液温度保持均匀。
温度控制系统通过PID算法调节压缩机的启停或电子膨胀阀的开度，使储液槽内的冷却液温度维持在设定值允许的误差范围内。系统同时监测循环泵的压力与流量，并在冷却液温度过高或过低时发出警示或执行保护动作。整个过程中的能量平衡可由下式表示：
Q制冷 = Q循环吸热 + Q环境漏热
其中Q制冷为制冷系统从冷却液中移除的热量，Q循环吸热为循环液在外接设备中吸收的热量，Q环境漏热为储液槽及管路从环境中吸收的热量。
测量方法与性能指标
低温冷却循环泵的核心性能参数包括制冷量、温度稳定性、冷却液流量与压力、极限温度以及降温时间。这些参数的测量可参考相关仪器校准规范或设备制造商提供的测试条件。
制冷量是评价设备冷却能力的关键指标，单位为瓦特(W)或千瓦(kW)。在规定的蒸发温度与环境温度条件下测量，例如在冷却液温度为20℃、环境温度25℃时测得的制冷量。实际使用中，制冷量会随着冷却液设定温度的降低而下降，用户需根据外接设备的热负荷选择足够制冷量的型号。
温度稳定性反映设备维持设定温度的能力。测量时将经过校准的温度探头浸入储液槽冷却液中，在设备达到设定温度并稳定运行一段时间后，连续记录温度值。温度波动度通常取实测最大值与最小值之差的一半。不同精度等级的低温冷却循环泵温度波动度可从±0.1℃至±1.0℃不等。对于对外输出冷却液的型号，还需测量出液口的温度稳定性，该值往往受到循环流量和管路保温的影响。
冷却液流量与压力决定设备能够为外部系统提供的循环能力。流量单位通常为升每分钟(L/min)，扬程或压力单位为千帕(kPa)或米水柱(mH2O)。测量时在出液口接驳流量计和压力表，在不同阻力条件下记录流量与压力的对应关系。用户应根据外接设备的流道阻力和所需流量，选择泵压足够、流量满足要求的型号。
极限温度指设备在空载条件下能够达到的最低冷却液温度，通常为-10℃、-20℃、-30℃、-40℃、-60℃等规格。降温时间表示从室温降至极限温度或某一设定温度所需的时间，反映了制冷系统的功率储备和储液槽的热容量。
影响因素
低温冷却循环泵的制冷性能与温度稳定性受多种因素影响，主要包括冷却液的类型与浓度、环境条件、设备负载以及维护状况。
冷却液的选择直接关系到设备能否正常工作。纯水在0℃以下结冰膨胀会损坏蒸发器和管路，因此当设定温度低于4℃时，必须使用防冻液。常用的防冻液包括乙二醇水溶液或丙二醇水溶液。不同浓度的乙二醇溶液具有不同的冰点和粘度。浓度过高会使液体粘度增大，增加循环泵的阻力并降低传热效率；浓度过低则冰点不足以保证低温下不结冰。用户应根据最低设定温度，按制造商提供的配比表配制冷却液。冷却液在长期使用中会吸收水分、滋生微生物或氧化变质，导致传热性能下降并腐蚀管路。
环境条件对制冷系统的散热效率影响显著。风冷冷凝器依靠环境空气带走热量，当环境温度过高或通风不良时，冷凝压力升高，制冷效率下降，极限温度升高，甚至可能触发高压保护停机。将设备靠墙或堆放杂物会阻碍冷凝器的空气流通。环境湿度过高时，储液槽和低温管路表面会结露或结霜，增加冷量损失。
外接负载的热负荷变化会影响出液口的温度稳定性。当外接设备散热条件发生波动，例如反应釜放热速率突然增大，返回储液槽的冷却液温度会升高，如果该热负荷超过设备的制冷能力，槽液温度将逐渐上升并偏离设定值。管路长度和保温状况同样重要。过长的循环管路会增加系统阻力并造成冷量损失；未保温的管路在湿度较大的环境中会严重结露，进一步增加热损失。
设备的维护状况影响长期使用性能。冷凝器表面积灰会使散热效率下降，导致制冷能力衰减。蒸发器表面若因冷却液中的杂质或微生物附着形成污垢，换热效率也会降低。循环泵的密封件磨损会导致微量泄漏，使循环流量逐渐下降。此外，长期停机后再次启动时，压缩机内的润滑油可能因低温而粘度过高，需在适宜的环境温度下预热后方可正常运行。
应用领域
低温冷却循环泵在化学、制药、生物、材料及物理等实验室领域，作为冷源设备服务于多种需要移热或维持低温的工艺过程。
在化学合成与制药研发中，配合旋转蒸发仪使用是常见的应用。旋转蒸发仪的冷凝器需要低温冷却介质来冷凝蒸出的溶剂蒸汽，低温冷却循环泵提供的冷却液温度通常设定在0℃至-10℃范围，可显著提高溶剂回收率并缩短蒸发时间。在夹套式玻璃反应釜中，低温冷却循环泵向反应釜夹套输送冷却液，用于控制放热反应的温度，防止反应飞温或分解。在低温反应实验中，配合低温恒温槽或冷阱使用，可在-40℃甚至更低的温度条件下进行反应。
在生命科学与生物技术领域，用于冷冻干燥机中的冷阱冷却，捕获升华出的水蒸气以保护真空泵。在电镜制样中，为低温包埋仪、超薄切片机的冷却台提供低温环境。在酶活性测定或生物样品保存中，部分型号可配合循环水浴使用以维持样品处于低温状态。
在材料科学与物理测试中，用于电子显微镜、X射线衍射仪、光谱仪等精密仪器的内部冷却，带走激光器、X射线管或电子枪产生的热量，以保证仪器的热稳定性和测量精度。在材料老化试验中，作为恒温恒湿箱或高低温试验箱的辅助冷却源。此外，在激光加工设备、真空镀膜机、等离子刻蚀机、分子泵等工业级设备中，低温冷却循环泵也用于关键部件的温度控制。
选型指南
选择低温冷却循环泵需要综合考虑所需冷却温度、目标设备的热负荷、循环系统的阻力特性以及实验室的环境条件。以下参数是选型时需要评估的主要内容。
温度范围与精度是选型的首要依据。确定所需的最低冷却液温度时，通常建议选择极限温度比实际需求低5℃至10℃的型号，以留出制冷余量。例如，如果旋转蒸发仪冷凝器需要-5℃的冷却液，可选择极限温度为-15℃的型号。控温精度则根据应用要求确定：溶剂回收等常规应用对精度要求不高，±0.5℃至±1.0℃的设备可满足要求；精密仪器冷却或某些低温反应要求温度波动度不超过±0.1℃。
制冷量必须大于外接设备的最大热负荷。热负荷可通过查阅设备说明书获得，也可以根据经验估算：小型旋转蒸发仪所需制冷量约为200W至500W，10L玻璃反应釜约为500W至1000W，大型发酵罐或真空镀膜机则需要数千瓦的制冷量。需要注意制冷量随设定温度的降低而衰减，在计算时应以目标温度对应的制冷量为准，而非设备在常温下的标称制冷量。
循环泵的流量与压力需与外接设备匹配。对于单台旋转蒸发仪，流量为5L/min至10L/min、扬程为5m至8m的循环泵足够满足需求。对于多台设备并联或流道细长的夹套反应釜，需要更高扬程的型号。用户应对比设备的流道阻力和泵的性能曲线，确保在所需的流量下泵能够克服管路总阻力。此外，循环泵的长期连续运行能力和噪音水平也是需要考虑的因素，尤其是放置于开放实验室中的设备。
储液槽容积影响温度稳定性和设备对负荷波动的承受能力。容积较大的储液槽热容量更大，当外接设备热负荷短暂波动时，槽液温度变化较为平缓，温度稳定性更高。常见的储液槽容积为3L、5L、8L、10L、15L、20L等。对于精密控温需求较高的应用，建议选择储液槽容积不小于5L的型号。
附加功能与安全配置可根据实验室管理要求进行选择。低温保护功能在冷却液温度过低或流量不足时自动停机，防止蒸发器结冰胀裂。高温报警功能在制冷系统故障导致温度升高时发出警示。液位检测功能在冷却液不足时提醒补充。带有外循环管路的快速接头和保温软管可简化设备连接并减少冷量损失。对于需要长时间无人值守运行的应用，建议选择具备故障自诊断和远程报警接口的型号。