Einfach cool – Die Gefrierschränke von KW

Für die Aufbewahrung von Medikamenten oder Reagenzien sowie für die Konservierung von Blut, Plasma, Serum oder Impfstoffen bieten Gefrierschränke die optimalen Lagerbedingungen. Gefrierschränke von KW überzeugen mit innovativen, langlebigen Kühltechnologien und zuverlässiger Temperatursicherheit.

Im Labor kommen Gefrierschränke jeden Tag zum Einsatz. Sie halten Proben kühl und stoppen nicht gewollte biologische Prozesse, indem die dafür notwendige Wärme entzogen wird. Doch wie funktioniert die Kühlung eigentlich?

Fast alle Gefrierschränke beruhen auf dem Prinzip des Verdampfens. Hierbei wird ein Kältemittel, welches eigentlich im Gaszustand vorkommt, im Kühlschrank unter Druck flüssig gehalten. Die Flüssigkeit wird anschliessend in einen Verdampfer geleitet. Das Kältemittel geht im Verdampfer teilweise vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Dabei entzieht das Gas der Umgebung Wärme – es wird kalt. Den gleichen Effekt erleben viele Menschen täglich bei der Nutzung eines Sprüh-Deodorants. In der Physik spricht man von der Thermodynamik. Ein Gas wird komprimiert und beim Expandieren des Gases wird es kalt. Genauer nimmt es eine spezifische Wärmemenge, die Verdampfungsenthalpie, auf.

Da ein Kühlschrank aber nicht nur einmal heruntergekühlt wird, sondern dauerhaft kühl halten soll, wird in einem Kühlschrank ein Kältekreislauf hergestellt. Nachdem das Kältemittel also mit Hilfe des Verdampfers expandiert wurde und «Kälte erzeugt» hat, pumpt anschliessend ein Kompressor das gasförmige Kältemittel zurück in einen Verflüssiger. Durch die Erhöhung des Drucks wird das Gas wieder in den flüssigen Aggregatzustand überführt. Bei diesem Verfahren wird Wärme freigesetzt, die an die Umgebung abgegeben wird. Nun wird das flüssige Kältemittel wieder in den Verdampfer geleitet, erneut zum Gas verdampft und der Kühlkreislauf beginnt von vorn.

Durch eine gute Isolation eines Gefrierschrankes lässt sich die Temperatur im Innenraum des Kühlschrankes über einen langen Zeitraum stabil halten. Der Kompressor wird nur aktiv, wenn die Temperatur steigt – beispielsweise durch das Öffnen der Türen. Durch das Eindringen warmer Aussenluft erhöht sich die Temperatur und der Kühlprozess wird ausgelöst.

Die klugen Köpfe von KW nutzen ein Kaskadensystem, um die Temperatur von Raumtemperatur auf -86°C zu kühlen. Bei grossen Differenzen zwischen Verflüssigungs- und Verdampfungsdruck (zum Beispiel in einem Gefrierschrank) steigt die Verdichtungsendtemperatur rapide an. Dies hat insbesondere negative Auswirkungen auf die Haltbarkeit des Kompressors. Daher verknüpft KW einfach zwei Dampfkompressions-Zyklen zu einer zweistufigen Kaskadenkühlung. Durch die Nutzung von zwei Kompressoren ergeben sich eine wesentlich bessere Kühlleistung und vor allem eine lange Haltbarkeit der Kühlgeräte.

Trotz sehr guter Kühlleistung wird ein Gefrierschrank mehrmals täglich geöffnet. Bei jeder Öffnung entweicht kalte Luft und warme Luft strömt in den Innenraum. Aus diesem Grund sind neben einem stabilen und sicheren Kühlsystem auch schnelle Rückkühlzeiten wichtig für ein effizientes Arbeiten. Standardgeräte verfügen über eine sogenannte Mantelkühlung. Dabei wird der Kühlkreislauf im Mantel des Kühlschranks verbaut. Die Gefrierschränke von KW hingegen bieten die Option einer direkten Kühlung durch die Regalböden. Die Evaporation findet dabei direkt in den Regalböden statt. Dadurch werden die auf den Regalböden befindlichen Proben sofort mit kaltem Gas umspült. Diese direkte Kühlvariante  ist wesentlich schneller als die Mantelkühlung, sodass sich der Innenraum des Kühlschrankes bei einer Türöffnung fast nicht erwärmt.

Ausserdem verfügen KW Gefrierschränke über eine Dreifach-Isolationsschicht, die für eine längere Haltezeit sorgt. Die innere Schicht schliesst die -86°C ein, während die mittlere Schicht die Schutzschicht zur äusseren Schicht bildet, die wiederrum die Raumtemperatur annimmt. Der Temperatur-Sollwert wird ausserdem durch die 140 mm dicke Polyurethanharzisolierung im Kühlmantel gesichert.

Für den unwahrscheinlichen Fall eines Stromunterbruchs ermöglichen die Gefrierschränke von KW bei geschlossener Tür nach über 5 Stunden immer noch -56 °C. Dadurch haben Anwender genug Zeit, die Proben in einen anderen Kühlschrank zu überführen. Für zusätzlichen Probenschutz können auch CO2- und N2-Backup-Kühlungen installiert werden. Falls es zu einem Stromausfall kommt, würde das System das Gas in den Gefrierschrank leiten, um so die Temperatur noch länger niedrig halten zu können.

Für besonders heikle Proben bietet KW die grösstmögliche Sicherheit mit der Biological Bank. Diese neuartigen Tiefkühlschränke bieten zwei autarke Kühlsysteme, die unabhängig voneinander arbeiten. Vier Verdichter und zwei Verdampfer arbeiten abwechselnd und verlängern so die Haltbarkeit eines Gefrierschrankes auf 15 bis 20 Jahre. Ausserdem bieten die Biological Banks unschlagbar schnelle Kühlzeiten. Mit vier Kompressoren schaffen Sie die Kühlung der Temperatur von Raumtemperatur auf -86 °C in eineinhalb Stunden. Das Beste an der Biological Bank ist aber die Temperatursicherheit. Falls eines der beiden Systeme ausfällt (entweder der fluodynamisch-thermische Teil oder der elektrische Teil), meldet ein internes Kontrollsystem Erwärmung und schliesst das defekte System vollautomatisch. Dies ermöglicht eine einfache und nicht unbedingt sofort erforderliche Reparatur, da die innere Temperatur durch das noch aktive System erhalten bleibt.

Das Prinzip der Biological Bank mit zwei unabhängigen Kühlsystemen, die unabhängig voneinander arbeiten:

Die Biological Bank zeigt damit perfekt die Kernkompetenz des Unternehmens KW, nämlich innovative, langlebige Kühltechnologien mit zuverlässiger Temperatursicherheit.