WO1997043586A1 - Verfahren und vorrichtung zum gefrieren von zellsuspensionen - Google Patents

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WO1997043586A1
WO1997043586A1 PCT/EP1997/002424 EP9702424W WO9743586A1 WO 1997043586 A1 WO1997043586 A1 WO 1997043586A1 EP 9702424 W EP9702424 W EP 9702424W WO 9743586 A1 WO9743586 A1 WO 9743586A1
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refrigerant
contact surfaces
cooling
chamber
lock
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PCT/EP1997/002424
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Inventor
Bernd Mingers
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Bernd Mingers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/001—Plate freezers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/30—Quick freezing

Definitions

  • the invention relates to a method for freezing cell suspensions and an apparatus for performing this method.
  • the invention relates in particular to human cell suspensions and is described in more detail below with reference to such substrates, although the invention is also applicable to cell suspensions of other origins.
  • These suspensions contain living cells, which are usually human blood.
  • the aim of the method according to the invention in such embodiments is to deep freeze such cell suspensions in such a way that on the one hand as many vital cells as possible are preserved and on the other hand one can fall back on a person's own blood to avoid the use of foreign blood preserves.
  • the container or the clamping device represent a press because they clamp the flat bag between its lids or between plates with the aid of a mechanical gear.
  • an essentially homogeneous plate shape is achieved from the elastic flat bag, so that on the one hand a large surface / volume ratio is achieved and on the other hand geometric inhomogeneities such as folds or bulges are avoided, so that an improved heat transfer is achieved,
  • an uncontrolled cooling due to geometric inhomogeneities of the flat bag can also be reliably prevented.
  • the pressing of the flat bag enables a thin, homogeneous plate shape of its frozen contents, which in turn allows space-saving storage and rapid reheating if necessary.
  • Plane-parallel plates serve as pressing tools, their mutually facing surfaces serving as cooling surfaces, which act on the flat sides of the flat container when the press is closed.
  • the liquid refrigerant contained therein acts on the plate sides opposite the cooling surfaces immediately after the press has been immersed in the container.
  • a mechanical system of the press ensures that the pressing pressure is maintained during freezing until the flat bag is removed.
  • the invention now takes advantage of the fact that a flat maximum of cell recovery occurs in a band of cooling rates between 150 and about 350 K / min. It takes into account that the cell survival rate decreases again if the cooling rate is too high. According to the invention, the design of the method and a device operating according to this is therefore always adapted to a special cooling process.
  • cooling protocols according to the prior art described at the outset are published in the literature for the preservation of individual cell types, it is generally not the cooling process that is important, but only the cooling rate to be set. Erythrocytes require high cooling rates, but temperature control according to a special freezing protocol is not necessary in the preservation process.
  • the frozen goods in which generally can be that only a single type and size of cell suspensions in bags should be deep-frozen (eg either erythrocytes or stem cells or thrombocytes or leukocytes etc.) to which the contact surfaces already brought to the low temperature required for the cooling rate are to be brought, so that only the individually present frozen goods with their contents need to be cooled to cell suspension.
  • the cooling surface is matched to the cooling rate.
  • the coolant is supercooled and the process is carried out in such a way that it absorbs the heat from the frozen goods via the contact surfaces until boiling, bubbles do occur in the refrigerant, but they collapse again when the refrigerant rises, ie they recondense.
  • the method according to the invention therefore does not necessarily lead to net vapor formation from the coolant when the heat is taken up from the frozen goods on the coolant side of the contact surfaces.
  • This new method is considerably more economical than the devices that clamp the flexible frozen goods and then subsequently immerse them in containers with liquid refrigerant, because in particular the repeated cooling and heating of the bag clamping devices and all other disadvantages associated with the immersion of the frozen goods are eliminated .
  • the new process also enables optimal cooling rates, which is a prerequisite for a maximum yield of living cells. This is a consequence of the high cooling rate, which enables the entalpi of the frozen goods and the flow in the refrigerant to be completely removed during the cooling process, which is caused by the described bubble formation and bubble recondensation in the refrigerant.
  • the method according to the invention enables the heat transfer from the frozen goods to the contact surfaces and from these to the refrigerant with a high cooling rate, without the cooling needing to be carried out according to an exact cooling protocol, but can also be carried out as part of the method, the method is described in its practical Application appropriately dimensioned according to the type of frozen goods and the size of the contact surface to be matched to the cooling rate. Frequently, that is to say in particular in the cooling of blood supplies in flexible plastic bags, which is preferably considered for the invention, both the cooling rates and the sizes of the contact surfaces are then specified. If the method according to the invention is then used, the cooling rate is much higher than before. On the other hand and according to claim 3, the heat transfer can also be optimized in another direction by increasing the thickness of the frozen goods between the contact surfaces and using higher cooling rates, which the invention enables, to maintain or even increase the previously experimentally determined cooling rates.
  • the cooling rate can be increased even further, since larger amounts of heat are thereby removed from the frozen goods into the refrigerant. This can include be achieved with the features of claim 6.
  • the heat transfer into the freezing agent can also be improved, which among other things. is made possible with the features of claim 7.
  • the process according to the invention is used on an industrial scale, it also offers the advantage of optimal use of the refrigerant.
  • this enables the method to be carried out according to claim 5. This then occurs in such a way that the amounts of heat absorbed by the refrigerant via the contact surfaces are removed from the refrigerant circulated by subcooling before the refrigerant congests tact areas again applied.
  • Such an essentially closed coolant circuit then only needs to replace small amounts of refrigerant, which can arise from inevitable losses in the circuit.
  • the embodiment of the method according to the invention is also suitable for the industrial scale, since it emits the heat of the frozen freezer. uses good and the subsequent contact of the contact surfaces on the frozen goods located in flexible packs to achieve a uniform, wrinkle-free deformation of the frozen goods to a constant, uniform layer thickness between the contact surfaces. This is one of the prerequisites for a uniformly deep-frozen freezer with the highest possible proportion of living cell substance after thawing.
  • FIG. 1 is a perspective and broken view of a first embodiment of a contact surface with its cooling by a liquid refrigerant
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a device according to the invention in two operating phases shown one above the other, part of the device being shown in section,
  • FIG. 4 shows a detail of FIG. 3 at the lower edge designated there
  • Fig. 6 shows a further embodiment of the device according to the invention, the parts of which, as shown on the left in Fig. 5, are shown, and
  • Fig. 7 shows another embodiment of the invention, which is shown in plan view and partially in section.
  • the frozen goods consist of a cell suspension which is packaged in flexible plastic bags 1.
  • These bags are can be deformed by packaging in a plastic film 2 as packaging material without losing its tightness and assume a teardrop shape in vertical cross-section when suspended from a movable conveyor element of a continuous conveyor 3, as can be seen from the upper illustration in FIG. 2, since the cell suspension is liquid.
  • Deep freezing takes place between contact surfaces of chambers 4, 5, the mode of operation of which is explained in detail below.
  • the two chambers are essentially of the same design and are first described in more detail with reference to the details shown in FIG. 4.
  • each chamber 4, 5 is a hollow body 6 of essentially semi-cylindrical shape with a dimensionally stable outer wall 7, an inner heat-insulating lining 8 and an inner lining 7a.
  • each chamber 4, 5 has a flat inside 9. This is closed with a flat cooling plate 10, 11.
  • the mutually opposite outer sides of the cooling plates serve as contact surfaces 12, 13.
  • each cooling plate 10, 11 is ribbed on the inside.
  • the plurality of these ribs 16 increases the respective surface of the cooling plates considerably on the coolant side, as a result of which the heat transfer from the contact surfaces to the coolant is optimized.
  • the cooling plates are screwed to the inner molded body walls 7a of the chambers and also have a coating 18 in the rib bases 17, which is made of a microporous material.
  • the degree of heat transfer is increased when the heat-transferring surfaces are further enlarged on the inside of the chamber 9 to which the liquid coolant flows, and in addition, germs for the bubble boiling of the coolant are made available on the coolant side of the contact surfaces.
  • the deviating possibilities of increasing the heat emissivity in a different way are not shown, for example by anodizing the surfaces against which the coolant flows or coloring them black.
  • the contact surfaces 12, 13 of the cooling plates 10, 11 are of good thermal conductivity. For this purpose, they can be obtained, for example, from a corresponding material, for example from copper, or they can be coated, both with the aim, among other things, of reducing the surface roughness.
  • FIG. 1 Further details of the structure of the chamber are shown in FIG. 1 in connection with FIGS. 2 and 3.
  • an intermediate wall 19 which essentially extends to the height of the contact surfaces or the measures on the Cooling surfaces are sufficient, which can be taken to increase the heat emission level.
  • it is exclusively a coating 18 made of microporous material.
  • the intermediate wall divides a space 21 above the mouth of an insulated feed line 20 supplying the refrigerant into the chamber, into which the supercooled coolant flows and keeps the associated contact surfaces 12, 13 at the correspondingly low temperature before contact with the plastic bag entry. If this is the case, a bubble boiling starts, which is shown schematically in the lower part of FIG. 2 with the gas bubbles formed in the process.
  • the embodiment according to FIG. 1 has the advantage that the cooling rate can also be controlled by supplying heat to the contact surfaces , even though a supercooled coolant is used.
  • the reinforced cooling plate 10 is traversed by meandering hot gas channels 28 or, in the case of electrical heating, by heating wires.
  • the contact surface 12 can therefore be brought to a higher temperature if necessary.
  • a cooling plate which, like the cooling plate 6 shown, has a comparatively large mass due to its wall thickness, has an additional heat storage capacity which dampens the temperature increase of the cooling plate during the freezing of the refrigerated goods.
  • the chambers 4, 5 and their individual parts described above are part of a device (FIG. 5) with which flexible plastic bags can be manipulated in large numbers and, in particular, on an industrial scale, rationally according to the described method, in order to freeze them deeply.
  • the manipulator 29 shown here is used for this purpose, which combines two chambers 4, 5, which are arranged in such a way that their cooling plates 10, 11 are perpendicular, so that the contact surfaces 12, 13 are also arranged essentially vertically.
  • the chamber 4 is constructed to be stationary, while the chamber 5 can be moved in two positions perpendicular to the contact plate 12 with the aid of the piston rods 30 of a double-acting working cylinder and a lever mechanism.
  • a gap 32 opens in which the plastic bag 1 to be frozen can be placed. In the other position, the gap 32 closes. If there is a flexible plastic bag between the contact plates 12, 13, this is up to a certain, ie predetermined layer thickness compressed and only then deep-frozen.
  • the movable chamber 5 assumes this position after the piston rod 30 has been retracted into the working cylinder 31. However, if the packaged frozen goods already have the required layer thickness when inserted into the gap 32, the Kammeran consisting of the parts 30 and 31 is used only to apply the contact surfaces 12, 13 to the frozen goods.
  • the coolant is circulated through the chambers and a cooler 33, which subcools the already liquid refrigerant.
  • a pump M supplies the heated coolant with the aid of parallel return lines from the coolant-side compartments 26 and 35 to the cooler 33, from which the supercooled coolant is conveyed through parallel feed lines 20 and 36 into the interiors 21 and 37 of the chambers.
  • the fill level control 24 controls a valve 38 which controls the supply of coolant to compensate for coolant losses.
  • the coolant is controlled by the fill level control 24 by means of a valve 38, which replaces the supply of coolant to compensate for coolant losses.
  • the coolant vapors pass through parallel return lines 22 and 39 into a manifold 40, which is also valve-controlled and corresponds functionally to a line 41 which removes gasified coolant from the cooler 33.
  • Hoses as line connections between the two chambers allow their relative movement due to their flexibility perpendicular to the main surfaces of the frozen goods.
  • the embodiment of a two-chamber manipulator 41 which is reproduced in FIG. 6, differs from the manipulator 29 of FIG. 5 designed for larger outputs in that the coolant is guided in a simplified manner, for which a common feed line 20 into the one-piece interior 43 of the fixed chamber 4, which in turn is connected via its return line 25 to the movable chamber 5 or its feed line 36 is.
  • the fill level control 24 controls the inflow of the coolant into both chambers 4, 5, from which only the coolant vapors are drawn off via the return lines 22 and 39 and replaced by the valve 37 from the feed line.
  • FIG. 7 shows the two-chamber manipulator 43 in a thermally insulated housing 44, which also completely surrounds the continuous conveyor 3, only lines 45 required for the cooling chamber circuit for feeding in the coolant, 46 for returning to the subcooler 33 and for replacement of the evaporated coolant are led to the outside at 37. In this way an optimal use of energy is achieved.
  • an entrance lock 47 and an exit lock 48 are provided for the insertion and removal of the plastic bags 1 which contain the cell suspensin.
  • these locks are provided with closures 49 and 50, while access to the two-chamber manipulator 43 is realized by sliders 51 and 52 which can be actuated alternately.
  • the continuous conveyor leads from the interior 53 of the thermally insulated housing 44, which can be closed with the slides 51 and 52, into the two lock chambers 47 and 48 and has a rotating conveyor element 54 with a drive and a deflection device 55, 56 and auxiliary guides 57 and 58, which avoid the slippage of the conveying member on the drive and deflecting devices 55 and 56 by increasing the wrap angle, so that the rotating conveying member can be a cable or chain conveyor to which the plastic bags 1 are attached.
  • This two-chamber manipulator carries out the following process steps:
  • Opening the entrance lock 47 which can be triggered by pressing a button
  • Opening the slide 52 i.e. access to the bicameral manipulator; Transport of the plastic bag 1 from the entrance lock 47 into the two-chamber manipulator;

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Gefrieren von Zellsuspensionen ist vorgesehen, daß die in vorzugsweise flexible Verpackung (1) eingeschlossenen Zellsuspensionen zwischen Kontaktflächen (12, 13), die auf die Temperatur eines unterkühlten Kältemittels gebracht sind, dadurch tiefgefroren werden, daß das noch nicht siedende Kältemittel die Wärme der verpackten Zellsuspensionen aufnimmt, wobei das Verfahren so geführt wird, daß die bei einsetzendem Blasensieden entstehenden Kältemittelblasen im wesentlichen ohne Nettodampfbildung im Kältemittel rekondensiert werden.

Description

„Verfahren und Vorrichtung zum Gefrieren von Zellsuspensionen"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefrieren von Zellsuspensionen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Humanzellsuspensionen und wird im folgenden anhand solcher Substrate näher beschrieben, obwohl die Erfindung auch auf Zellsuspensionen anderer Herkunft anwendbar ist. Diese Suspensionen enthalten lebende Zellen, wobei es sich in der Regel um menschliches Blut han¬ delt. Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens bei derartigen Ausführungsformen ist es, derartige Zellsuspensionen derart tiefzugefrieren, daß einerseits möglichst viele vitale Zellen erhalten bleiben und andererseits zur Vermeidung des Ein¬ satzes von Fremdblutkonserven gegebenenfalls auf das Eigenblut einer Person zurückgegriffen werden kann.
Es ist bereits bekannt (DE 29 29 278 C2), Zellsuspensionen der genannten Art dadurch einzufrieren, daß man die aus Bestandteilen des menschlichen Blutes und einem Gefrierschutzmittel bestehenden Zellsuspensionen, welche in be¬ stimmten Volumina das Gefriergut in vorzugsweise flexiblen Kunststoffbeuteln bilden, in eine Kammer einfuhrt und in dieser nach einer vorgegebenen Tempe¬ ratur/Zeitfunktion tiefgefriert. Dabei geht der Stand der Technik davon aus, daß bei derartigen Suspensionen ein funktioneller Zusammenhang zwischen der be¬ treffenden Kühlrate und dem Anteil der nach dem Auftauen in der Suspension noch enthaltenen vitalen Zellen besteht, so daß es darauf ankommt, eine vorher ermittelte Kühlrate über die Zeit möglichst genau einzuhalten. In Vorrichtungen, die nach diesem Verfahren funktionieren sollen, machen indessen die extrem ho¬ hen Kühlraten erhebliche Schwierigkeiten, was dazu führt, daß außer im Labor¬ maßstab größere Volumina, wie sie im technischen Maßstab behandelt werden müßten, nicht oder nicht optimal eingefroren werden können. Tatsächlich werden solche Verfahren bislang (DE 44 37 091 AI) technisch so durchgeführt, daß man die in wäßriger Lösung zumeist unter Zusatz eines Ge- frierschutzadditives in suspendierter Form enthaltene Zellsubstanz mit ihren Flachbeuteln aus tieftemperaturbeständigem Kunststoff in einen geschlossenen Behälter oder eine offene Spannvorrichtung einsetzt und anschließend in einen Container taucht, der Gefriermittel für die Tiefkühlung, vorzugsweise flüssigen Stickstoff, enthält. Der Behälter bzw. die Spannvorrichtung stellen in erster An¬ näherung eine Presse dar, weil sie den Flachbeutel zwischen ihren Deckeln bzw. zwischen Platten mit Hilfe eines mechanischen Getriebes einspannen. Dadurch wird aus dem elastischen Flachbeutel eine im wesentlichen homogene Platten¬ form erreicht, so daß einerseits ein großes Oberflächen-/Volumenverhältnis er¬ reicht wird und andererseits geometrische Inhomogenitäten wie Falten oder Aus Wölbungen vermieden werden, so daß ein verbesserter Wärmeübergang er¬ zielt wird, gleichzeitig aber auch ein unkontrolliertes Abkühlen durch geometri¬ sche Inhomogenitäten des Flachbeutels zuverlässig verhindert werden. Zudem ermöglicht das Pressen des Flachbeutels eine dünne homogene Plattenform sei¬ nes tiefgefrorenen Inhaltes, die ihrerseits eine platzsparende Lagerung und ein schnelles Wiedererwärmen im Bedarfsfall gestattet. Als Preßwerkzeuge dienen dabei planparallele Platten, deren einander zugekehrte Flächen als Kühlflächen dienen, die bei geschlossener Presse auf die Flachseiten des Flachbehälters ein¬ wirken. Auf die den Kühlflächen gegenüberliegenden Plattenseiten wirkt unmit¬ telbar nach dem Eintauchen der Presse in den Container das darin enthaltene flüssige Kältemittel ein. Eine Mechanik der Presse sorgt dafür, daß der Pre߬ druck während des Tiefgefrierens bis zur Entnahme des Flachbeutels aufrecht¬ erhalten wird.
Diese bekannten Tiefgefriereinrichtungen für Suspensionen lebender Zellen führt in der Praxis jedoch zu einigen Schwierigkeiten. Die Kombination der Flachbeutelpresse mit einem das flüssige Kältemittel enthaltenden Container setzt voraus, daß dieser für das Tauchen und das Herausnehmen aus dem Käl- temittel geöffnet ist. Da es sich bei dem Kältemittel in der Regel um flüssigen Stickstoff handelt, entstehen hierbei Risiken. Sie ergeben sich aus der möglichen Stickstoffüberfrachtung der Raumluft und aus der Verletzungsgefahr durch un¬ gewollte Hautberührung an kalten Oberflächen und Flüssigkeiten.
Außerdem sind die Leistungen eines mit derartigen Pressen durchgeführten Tiefkühlverfahrens und damit der Ausnutzungsgrad der beschriebenen Bau¬ gruppen der vorbekannten Gefriereinrichtungen ungenügend. Da deswegen deren Verwendung auf den Labormaßstab beschränkt ist, sind die Betriebskosten erheblich. Sie ergeben sich nicht nur aus den mit dem Tauchvorgang zwangsläu¬ fig verbundenen Verdunstungsverlusten an Kältemittel und die nur einge¬ schränkt mögliche Wärmeisolation zur Vermeidung von Energieverlusten. Diese Schwierigkeiten führen auch dazu, daß der Einsatz von unterkühltem Kältemit¬ tel, insbesondere von unterkühltem Flüssigstickstoff ausgeschlossen ist, obwohl unter bestimmten Randbedingungen hierdurch eine Verbesserung des Wärme¬ überganges auf das Gefriergut erzielt werden könnte.
Die Erfindung geht demgegenüber einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegen¬ stand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht bei der Kryokonservierung menschlicher roter Blutkörper¬ chen mit Hydroxiethylstärke als Gefrierschutzadditiv von dem nachfolgend dargestellten Zusammenhang zwischen der mittleren Kühlrate B beim Einfrieren und der Zellwiederfindung S (= Stabilität der aufgetauten Zellen in isotoner Kochsalzlösung) wie experimentell ermittelt aus:
Figure imgf000006_0001
B [K/min]
Die Erfindung macht es sich nun zunutze, daß in einem Band von Abkühlraten zwischen 150 und etwa 350 K/min ein flaches Maximum der Zellwiederfindung (cell recovery) auftritt. Dabei berücksichtigt sie, daß die Zellüberlebensrate bei zu hoher Kühlrate wieder abnimmt. Erfindungsgemäß wird deswegen die Auslegung des Verfahrens und einer nach dieser arbeitenden Vorrichtung stets einem spe¬ ziellen Abkühlprozeß angepaßt. Obwohl in der Literatur für die Konservierung einzelner Zellarten Abkühlprotokolle gemäß dem eingangs beschriebenen Stand der Technik veröffentlicht sind, ist im allgemeinen nicht der Abkühlverlauf, son¬ dern nur die einzustellende Kühlrate von Bedeutung. Erythrozyten erfordern hohe Kühlraten, eine Temperaturführung gemäß einem speziellen Einfrierproto¬ koll ist bei dem Konservierungsverfahren jedoch nicht erforderlich.
Gemäß der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 wiedergegeben ist, wird dadurch, daß erfindungsgemäß das Gefriergut, bei dem man im allgemeinen davon ausge- hen kann, daß nur eine einzige Art und Größe von Zellsuspensionen in Beuteln tiefgefroren werden soll (z.B. entweder Erythrozyten oder Stammzellen oder Thrombozyten oder Leukozyten etc.), auf die bereits auf die tiefen für die Ab¬ kühlrate erforderliche Temperatur gebrachten Kontaktflächen zu bringen ist, so daß nur das jeweils einzeln vorliegende Gefriergut mit seinem Inhalt an Zellsus¬ pension gekühlt zu werden braucht. Dabei stimmt man die Kühlfläche auf die Abkühlrate ab. Da erfϊndungsgemäß das Kühlmittel unterkühlt ist und das Verfahren so geführt wird, daß es bis zum Siedezustand die Wärme aus dem Ge¬ friergut über die Kontaktflächen aufnimmt, entstehen hierbei zwar Blasen im Kältemittel, die jedoch beim Aufsteigen im Kältemittel wieder kollabieren, d.h. rekondensieren. Das erfindungsgemäße Verfahren führt daher bei der Wärme¬ aufnahme aus dem Gefriergut auf der Kühlmittelseite der Kontaktflächen nicht zwangsläufig zur Nettodampfbildung aus dem Kühlmittel.
Dieses neue Verfahren ist gegenüber den Vorrichtungen, die das flexible Gefrier¬ gut einspannen und dann nachfolgend in Behälter mit flüssigem Kältemittel ein¬ tauchen, erheblich wirtschaftlicher, weil insbesondere die wiederholte Abkühlung und Erwärmung der Beuteleinspannvorrichtungen sowie sämtliche anderen mit dem Tauchen des Gefriergutes verbundenen Nachteile entfallen. Das neue Ver¬ fahren ermöglicht darüber hinaus optimale Abkühlraten, die für eine maximale Ausbeute an lebenden Zellen Voraussetzung ist. Das ist eine Folge der hohen Kühlrate, die eine restlose Abführung der Entalpi des Gefriergutes und der Strömung im Kältemittel während des Abkühlprozesses ermöglicht, welche durch die geschilderte Blasenbildung und Blasenrekondensierung im Kältemittel ent¬ steht.
Da das erfindungsgemäße Verfahren den Wärmeübergang aus dem Gefriergut auf die Kontaktflächen und von diesen auf das Kältemittel mit hoher Abkühlrate ermöglicht, ohne daß die Abkühlung nach einem genauen Abkühlprotokoll durchgeführt zu werden braucht, aber im Rahmen des Verfahrens auch durchgeführt werden kann, wird das Verfahren bei seiner praktischen Anwendung zweckmäßig nach der jeweiligen Art des Gefriergutes und nach der auf die Abkühlrate abzustimmenden Kontaktflächengröße dimensioniert. Häufig, d.h. insbesondere bei der vorzugsweise für die Erfindung in Betracht kommenden Abkühlung von Blutkonserven in flexiblen Kunststofϊbeuteln sind dann sowohl die Abkühlraten als auch die Größen der Kontaktflächen vorgegeben. Wird dann das erfindungsgemäße Verfahren angewandt, so ergibt sich gemäß Anspruch 2 eine wesentlich höhere Abkühlrate als bislang. Andererseits und nach Anspruch 3 läßt sich der Wärmeübergang aber auch in anderer Richtung optimieren, indem man die Gefriergutschichtdicke zwischen den Kontaktflächen erhöht und dabei höhere Abkühlraten, die die Erfindung ermöglicht, dazu einsetzt, die vorher experimentell ermittelten Abkühlraten dennoch einzuhalten oder gar zu vergrößern.
Mit den Merkmalen des Anspruches 4 läßt sich die Abkühlrate noch erhöhen, da hierdurch größere Wärmemengen aus dem Gefriergut in das Kältemittel abge¬ führt werden. Dies kann u.a. mit den Merkmalen des Anspruches 6 erreicht wer¬ den. Auch läßt sich der Wärmeübergang in das Gefriermittel verbessern, was u.a. mit den Merkmalen des Anspruches 7 ermöglicht wird.
Wenn man das erfindungsgemäße Verfahren im industriellen Maßstab einsetzt, bietet es auch den Vorteil einer optimalen Nutzung des Kältemittels. Insbeson¬ dere ermöglicht das die Führung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 5. Das ge¬ schieht dann in der Weise, daß die von dem Kältemittel über die Kontaktflächen aufgenommenen Wärmemengen aus dem im Kreislauf geführten Kältemittel durch Unterkühlung herausgenommen werden, bevor das Kältemittel die Kon¬ taktflächen wieder beaufschlagt. Ein solcher, im wesentlicher geschlossener Kühlmittelkreislauf bedarf dann nur noch des Ersatzes geringer Kältemittel¬ mengen, welche durch unvermeidliche Verluste im Kreislauf entstehen können.
Für den industriellen Maßstab eignet sich auch die Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens, da diese die Wärme des fertig eingefrorenen Gefrier- gutes und die nachfolgende Anlage der Kontaktflächen an das in flexiblen Ver¬ packungen befindliche Gefriergut dazu nutzt, eine gleichmäßige, faltenfreie Ver¬ formung des Gefriergutes zu einer konstanten gleichmäßigen Schichtdicke zwi¬ schen den Kontaktflächen zu erreichen. Dies ist eine der Voraussetzungen eines gleichmäßig tiefgefrorenen Gefriermittels mit einem möglichst hohen Anteil an lebender Zellsubstanz nach dem Auftauen.
Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des geschilderten Verfahrens anhand der Figu¬ ren in der Zeichnung; es zeigen
Fig. 1 perspektivisch und in abgebrochener Darstellung eine erste Ausfüh¬ rungsform einer Kontaktfläche mit deren Kühlung durch ein flüssiges Kältemittel,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfϊndungsgemäßen Vorrichtung in zwei übereinander dargestellten Betriebsphasen, wobei ein Teil der Vorrichtung im Schnitt wiedergegeben ist,
Fig. 3 eine zweite Ausfuhrungsform der Kontaktflächen mit ihrer Kühlung, die im wesentlichen im Horizontalschnitt wiedergegeben ist,
Fig. 4 eine Einzelheit der Fig. 3 an der dort bezeichneten Unterkante,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Darstellung des Kühlmittelkreislaufes, wobei die Kontaktflächen und die ihnen unmit¬ telbar zugeordneten Teile im Schnitt dargestellt sind,
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Teile, wie links in Fig. 5 dargestellt, wiedergegeben sind, und
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die in Draufsicht und teilweise im Schnitt wiedergegeben ist.
Gemäß der Darstellung der Fig. 2 besteht das Gefriergut aus einer Zellsuspen¬ sion, welche in flexiblen Kunststoffbeuteln 1 verpackt ist. Diese Beutel sind durch die Verpackung in einer Kunststoffolie 2 als Verpackungsmaterial ohne Verlust ihrer Dichtigkeit verformbar und nehmen bei ihrer Aufhängung an einem beweglichen Förderorgan eines Stetigförderers 3, wie aus der oberen Dar¬ stellung der Fig. 2 ersichtlich, im senkrechten Querschnitt eine Tropfenform an, da die Zellsuspension flüssig ist. Das Tiefgefrieren erfolgt zwischen Kontaktflä- chen von Kammern 4, 5, deren Wirkungsweise weiter unten im einzelnen erläu¬ tert wird. Die beiden Kammern sind im wesentlichen gleich ausgebildet und wer¬ den zunächst anhand der in Fig. 4 wiedergegebenen Einzelheiten näher be¬ schrieben.
Danach handelt es sich bei jeder Kammer 4, 5 um einen Hohlkörper 6 von im we¬ sentlichen halbzylindrischer Form mit einer formsteifen Außenwand 7, einer in¬ neren wärmedämmenden Auskleidung 8 und einer inneren Verkleidung 7a. In den Ausführungsbeispielen hat jede Kammer 4, 5 eine flache Innenseite 9. Diese ist mit einer ebenen Kühlplatte 10, 11 verschlossen. In der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung dienen die einander gegenüberliegenden Außenseiten der Kühlplat¬ ten als Kontaktflächen 12, 13.
Wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt, wirken diese auf die beiden Flachseiten 14, 15 jedes Kunststoffbeutels 2 ein. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist jede Kühlplatte 10, 11 auf ihrer Innenseite berippt. Durch die Mehrzahl dieser Rippen 16 wird die jeweilige Oberfläche der Kühlplatten kühlmittelseitig erheb¬ lich vergrößert, wodurch der Wärmeübergang von den Kontaktflächen auf das Kühlmittel optimiert ist. Die Kühlplatten sind mit den inneren Formkörperwän¬ den 7a der Kammern verschraubt und weisen außerdem in den Rippengründen 17 eine Beschichtung 18 auf, welche aus einem mikroporösen Werkstoff besteht. Hierdurch wird bei weiterer Vergrößerung der wärmeübertragenden Flächen auf ihrer von dem flüssigen Kühlmittel angeströmten Kammerinnenseite 9 der Wärmeübergangsgrad gesteigert, wobei außerdem an der Kühlmittelseite der Kontaktflächen 12, 13 Keime für das Blasensieden des Kühlmittels zur Verfü¬ gung gestellt werden. Nicht dargestellt sind die hiervon abweichenden Möglichkeiten, den Wärme- emissionsgrad auf abweichende Weise zu steigern, indem man etwa die von dem Kühlmittel angeströmten Flächen eloxiert oder sie schwarz einfärbt. Anderer¬ seits sind die Kontaktflächen 12, 13 der Kühlplatten 10, 11 gut wärmeleitend ausgeführt. Zu diesem Zweck können sie beispielsweise aus einem entsprechen¬ den Werkstoff, z.B. aus Kupfer, gewonnen werden oder einen Überzug erhalten, beides u.a. mit dem Ziel, die Oberflächenrauhigkeit herabzusetzen.
Weitere Einzelheiten des Aufbaus der Kammer ergeben sich aus der Fig. 1 in Verbindung mit den Fig. 2 und 3. Danach befindet sich im Innenraum jeder Kammer eine Zwischenwand 19, die im wesentlichen bis zur Höhe der Kontakt¬ flächen bzw. der Maßnahmen an den Kühlflächen reicht, die zur Vergrößerung des Wärmeemissionsgrades getroffen werden können. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 handelt es sich ausschließlich um eine Beschichtung 18 aus mikroporö¬ sem Werkstoff. Die Zwischenwand teilt oberhalb der Mündung einer isolierten, das Kältemittel zufuhrenden Speiseleitung 20 in der Kammer einen Raum 21 ab, in den das unterkühlte Kühlmittel einströmt und die zugeordneten Kontaktflä¬ chen 12, 13 auf der entsprechend tiefen Temperatur hält, bevor die Berührung mit dem Kunststoffbeutel eintritt. Wenn das der Fall ist, setzt ein Blasensieden ein, das schematisch im unteren Teil der Fig. 2 mit den dabei gebildeten Gasbla¬ sen dargestellt ist. Diese Gasblasen werden jedoch im wesentlichen ohne Netto- dampfbildung rekondensiert, was auf der Unterkühlung des Kühlmittels beruht. Nur ein geringer Teil des Gases tritt nach oben aus und wird von der Mündung einer Gasrückführungsleitung 22 aufgenommen, die bei bestimmten Ausfüh¬ rungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einen Kreislauf des Kühl¬ mittels zurückführt. Flüssiges Kühlmittel übersteigt bei fortdauernder Zufüh¬ rung von unterkühltem Kühlmittel durch die Speiseleitung 20 die Oberkante 23 der Zwischenwand, die als Wehr dient. Eine Füllstandskontrolle, die schematisch bei 24 dargestellt ist, hält oberhalb der Mündung eine Rückführungsleitung 25 in einem Kühlmittelsammelraum 26 jeder Kammer eine bestimmte Höhe des ablau- fenden Kühlmittels aufrecht. Eine weitere Speiseleitung 27 führt weiteres flüssi¬ ges Kühlmittel in den Sammelraum 26 ein, sobald die aus dem Raum 21 abflie¬ ßende Kühlmittelmenge nicht mehr ausreicht. Auf diese Weise ist ein weitgehend automatischer Betrieb mit gleichbleibender Qualität des Gefriergutes möglich.
Während in der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den Fig. 2 und 3 eine praktisch von der Unterkühlung des Kühlmittels bestimmte Kühlrate erzielt wird, bildet die Ausführungsform nach Fig. 1 den Vorteil, daß die Kühlrate durch Zuführung von Wärme zu den Kontaktflächen auch gesteuert werden kann, obwohl mit einem unterkühlten Kühlmittel gearbeitet wird. Zu diesem Zweck ist die verstärkte Kühlplatte 10 von mäanderformigen Heißgaska¬ nälen 28 oder bei elektrischer Beheizung von Heizdrähten durchzogen. Die Kon¬ taktfläche 12 läßt sich daher bedarfsweise auf eine höhere Temperatur bringen. Außerdem hat eine Kühlplatte, die, wie die dargestellte Kühlplatte 6 eine ver¬ gleichsweise große Masse aufgrund ihrer Wandstärke aufweist, eine zusätzliche Wärmespeicherkapazität, die die Temperaturerhöhung der Kühlplatte während des Gefrierens des Kühlgutes dämpft.
Die Kammern 4, 5 und ihre vorstehend bezeichneten Einzelteile sind Teil einer Vorrichtung (Fig. 5), mit der sich flexible Kunststoffbeutel in größerer Zahl und insbesondere im industriellen Maßstab rationell nach dem geschilderten Verfah¬ ren manipulieren lassen, um sie tief zugefrieren. Dazu dient der darstellte Mani¬ pulator 29, der zwei Kammern 4, 5 vereinigt, die so angeordnet sind, daß ihre Kühlplatten 10, 11 senkrecht stehen, so daß auch die Kontaktflächen 12, 13 im wesentlichen senkrecht angeordnet sind. Die Kammer 4 ist stationär aufgebaut, während die Kammer 5 senkrecht zur Kontaktplatte 12 mit Hilfe der Kolben- st i ge 30 eines doppelt wirkenden Arbeitszylinders und eines Hebelgetriebes in zwei Stellungen beweglich ist. In der dargestellten Stellung öffnet sich ein Spalt 32, in dem der zu gefrierende Kunststoffbeutel 1 Platz findet. In der anderen Stellung schließt sich der Spalt 32. Befindet sich ein flexibler Kunststoffbeutel zwischen den Kontaktplatten 12, 13, so wird dieser bis zu einer bestimmten, d.h. vorgegebenen Schichtdicke zusammengepreßt und erst dann tiefgefroren. Diese Stellung nimmt die bewegliche Kammer 5 nach Einfahren der Kolbenstange 30 in den Arbeitszylinder 31 ein. Hat jedoch das verpackte Gefriergut bereits die erforderliche Schichtdicke beim Einführen in den Spalt 32, so dient der aus den Teilen 30 und 31 bestehende Kammeran trieb nur zum Anlegen der Kontaktflächen 12, 13 an das Gefriergut.
Das Kühlmittel wird im Kreis durch die Kammern und einen Kühler 33 geführt, der das bereits flüssige Kältemittel unterkühlt. Eine Pumpe M fordert das er¬ wärmte Kühlmittel mit Hilfe paralleler Rückführungsleitungen aus den kühlmit- telseitigen Abteilen 26 und 35 in den Kühler 33, aus dem das unterkühlte Kühlmittel durch parallele Speiseleitungen 20 und 36 in die Innenräume 21 und 37 der Kammern gefördert wird. Die Füllstandskon trolle 24 steuert ein Ventil 38, welches die Zufuhr von Kühlmittel zum Ausgleich von Kühlmittelverlusten steu¬ ert.
Die Kühlmittelsteuerung durch die Füllstandskontrolle 24 erfolgt durch ein Ventil 38, welches die Zufuhr von Kühlmittel zum Ausgleich von Kühlmittelverlusten ersetzt. Die Kühlmitteldämpfe gelangen durch parallele Rückführungsleitungen 22 und 39 in eine Sammelleitung 40, welche ebenfalls ventilgesteuert ist und funktionell einer Leitung 41 entspricht, welche vergastes Kühlmittel aus dem Kühler 33 abführt. Schläuche als Leitungsverbindungen zwischen den beiden Kammern ermöglichen deren Relativbewegung aufgrund ihrer Flexibilität senkrecht zu den Hauptflächen des Gefriergutes.
Die Ausführungsform eines Zweikammermanipulators 41, die in Fig. 6 wiederge¬ geben ist, unterscheidet sich von dem für größere Leistungen ausgelegten Mani¬ pulator 29 der Fig. 5 durch eine vereinfachte Führung des Kühlmittels, für das eine gemeinsame Speiseleitung 20 in den einteiligen Innenraum 43 der festste¬ henden Kammer 4 führt, die ihrerseits über ihre Rückführungsleitung 25 zu¬ nächst mit der beweglichen Kammer 5 bzw. deren Speiseleitung 36 verbunden ist. Die Füllstandskontrolle 24 steuert den Zulauf des Kühlmittels in beide Kammern 4, 5, aus denen lediglich die Kühlmitteldämpfe über die Rücklauflei¬ tungen 22 und 39 abgezogen und durch das Ventil 37 aus der Speiseleitung er¬ setzt werden.
Die Ausfuhrungsform nach Fig. 7 zeigt den Zweikammermanipulatur 43 in einem thermisch isolierten Gehäuse 44, welches außerdem den Stetigförderer 3 vollständig umschließt, wobei lediglich für den Kühlkammerkreislauf notwendige Leitungen 45 zum Einspeisen des Kühlmittels, 46 zur Rückführung in den Un¬ terkühler 33 und zum Ersatz des verdampften Kühlmittels bei 37 nach außen ge¬ führt sind. Hierdurch wird eine optimale Energieausnutzung erzielt.
Bei dieser Ausführungsform sind für das Einbringen und das Entnehmen der Kunststoffbeutel 1, die die Zellsuspensin enthalten, eine Eingangsschleuse 47 und eine Ausgangsschleuse 48 vorgesehen. Nach außen sind diese Schleusen mit Verschlüssen 49 und 50 versehen, während der Zugang zu dem Zweikammer¬ manipulator 43 durch wechselseitig zu betätigende Schieber 51 und 52 realisiert ist. Der Stetigförderer führt aus dem mit den Schiebern 51 und 52 verschließba¬ ren Innenraum 53 des thermisch isolierten Gehäuses 44 in die beiden Schleusen¬ kammern 47 und 48 und hat ein umlaufendes Förderorgan 54 mit einer An¬ triebs- und einer Umlenkeinrichtung 55, 56 sowie Hilfsführungen 57 und 58, welche den Schlupf des Förderorgans auf den Antriebs- und Umlenkeinrichtun¬ gen 55 und 56 durch Vergrößerung des Umschlingungswinkels vermeiden, so daß das umlaufende Förderorgan ein Seil- oder Kettenförderer sein kann, an dem die Kunststoffbeutel 1 angehängt werden.
Dieser Zweikammermanipulator führt folgende Verfahrensschritte aus:
Öffnen der Eintrittsschleuse 47, was durch einen Knopfdruck ausgelöst werden kann;
Einlegen des Beutels bei geöffnetem Verschluß 49; Schließen des Verschlusses 49 durch Knopfdruck, worauf das Programm für die nachfolgenden automatisch ablaufenden Schritte ausgelöst wird; Trocknen der in der Eintrittsschleuse 47 enthaltenen Luft durch einen Klimatisierungsschritt zur Reduzierung der Luftfeuchte in der Schleuse auf Null;
Offnen des Schiebers 52, d.h. das Zugangs zum Zweikammermanipulator; Transport des Kunststoffbeutels 1 aus der Eintrittsschleuse 47 in den Zwei- kammermanipulator;
Schließen des Schiebers 52 und damit der Eintrittsschleuse 47; Ausrichtung des Kunststoffbeutels 1 zwischen den Kühlplatten der beiden Kammern;
Anpressen der Kühlplatten in ca. 0,5 Sekunden oder schneller auf einen voreingestellten Anpreßdruck an den Beutelflachseiten 14 und 15; Wärmeabfuhr aus dem Beutel zum Abkühlen und Gefrieren der Zellstoff¬ suspension, wobei a) entweder unter Ausnutzung des maximal abführbaren Wärmestromes durch Behälter 7 auf der Kältemittelseite der Kühlplatten und b) wo erforderlich unter Gegenbeheizung der Kühlplatten bei Tempera¬ turführung gemäß vorbestimmten Abkühlkurven die Wärmeabfuhr er¬ folgt;
Lösen der Kühlplatten bei Erreichen der voreingestellten Mindesttempera¬ tur;
Offnen der geräteseitigen Austrittsschleusenöffnung durch den Schieber 51; Transport des tiefgefrorenen Kunststoffbeutels 1 in die Austrittsschleuse 48;
Schließen des Schiebers 51 und damit der Austrittsschleuse 48 gegenüber dem Zweikammermanipulator; Offnen des Verschlusses 50; manuelle oder mechanische Entnahme des tiefgefrorenen Beutels 1; Schließen des Verschlusses 50; Trocknen der in der Austrittsschleuse 48 enthaltenen Luft zur Reduzierung der Luftfeuchte in der Schleuse auf Null.
Bezugszeichenliste
1 Kunststoffbeutel
2 Kunststoffolie
3 Stetigförderer
4, 5 Kammer
6 Hohlkörper
7 Außenwand
7a Innenwand
8 Wärmeisolierung
9 Innenseite
10, 11 Kühlplatten
12, 13 Kontaktflächen
14, 15 Flachseiten
17 Rippen
18 Beschichtung
19 Zwischenwand
20 Speiseleitung
21 Innenraum
22 Rückführungsleitung
23 Oberkante
24 Füllstandskontrolle
25 Rückführungsleitung
26 Kühlmittelsammelraum
27 Speiseleitung
28 Heißgaskanäle
29 Vorrichtung
30 Kolbenstange
31 Arbeitszylinder
32 Spalt Kühler
Rückführungsleitung
Kühlmittelsammelraum
Speiseleitung
Innenraum
Ventü
Rückführungsleitung
Ventil
Zweikammermanipulator
Innenraum
Zweikammermanipulator
Gehäuse
Speiseleitung
Rückführungsleitung
Eingangsschleuse
Ausgangsschleuse
Verschluß
Verschluß
Schieber
Schieber
Innenraum umlaufendes Förderorgan
Umlenkeinrichtung
Umlenkeinrichtung
Hilfsvorrichtung
Hilfsvorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Gefrieren von Zellsuspensionen, dadurch gekennzeichnet, daß die in vorzugsweise flexible Verpackung eingeschlossenen Zellsuspensionen zwischen Kontaktflächen, die auf die Temperatur eines unterkühlten Kältemittels gebracht sind dadurch tiefgefroren werden, daß das noch nicht siedende Kältemittel die Wärme der verpackten Zellsuspensionen aufnimmt, wobei das Verfahren so geführt wird, daß die bei einsetzendem Blasensieden entstehenden Kältemittelblasen im wesentlichen ohne Nettodampfbildung im Kältemittel rekondensiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung der Wärmekapazität der Kontaktflächen die Dicke der verpackten Zellsuspension zwischen den Kontaktflächen so gewählt wird, daß eine maximale Kühlrate eintritt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der verpackten Zellsuspension zwischen den Kontaktflächen einer gegebenen Kühlrate gewählt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergang von dem Kältemittel auf die Kontaktflächen durch Vergrößerung der kältemittelseitigen Wärmeübergangsflächen optimiert wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel im flüssigen Zustand im Kreislauf zwangsgeführt wird, wobei eine Unterkühlung des Kältemittels vorgesehen ist, deren Kälteleistung derart auf die Fördermenge des Kältemittelkreislaufes abgestimmt ist, daß das Kältemittel gegen Ende des Einfriervorganges seine Siedetemperatur nicht erreicht.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (12, 13) zur Vergrößerung ihrer Wärmeleitfähigkeit mit einer geringen Oberflächenrauhigkeit versehen werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer vergrößerten kältemittelseitigen Oberfläche der Kontaktflächenkeime für das Auslösen des Blasensiedens zur Verfügung gestellt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpackungen mit der eingeschlossenen Zellsuspension einzeln zwischen den Kontaktflächen eingeschlossen, durch Pressen auf eine gleichmäßige Schichtdicke gebracht und nach Erreichen einer vorgegebenen Mindesttemperatur freigegeben werden, worauf die Kontaktflächen für einen erneuten Einfriervorgang freigegeben werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Zweikammermanipulator (29, 41, 43) dessen beide von einem Kältemittel durchflossenen Kammern (4, 5) auf ihren einander zugekehrten Außenseiten im wesentlichen senkrecht angeordnete Kühlplatten (10, 11) aufweisen, deren einander zugekehrte Seiten als Kontaktflächen (12, 13) dienen und einen Spalt (32) begrenzen, in den jeweils eine verpackte Zellsuspension (1) ragt, die über den Spalt (32) aufgehängt ist, wobei die Kühlkammern (4, 5) mit einem Unterkühler (33) des Kältemittels zusammenwirken, der das Kühlmittel unter seine Siedetemperatur abkühlt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (10, 11) die Innenseiten (9) der Kammern (4, 5) begrenzen, wobei das unter seine Siedetemperatur abgekühlte Kältemittel durch eine Speiseleitung (27, 36) aus dem Unterkühler (33) der Kammern (4, 5) in unmittelbarer Nähe der Kühlplatten (10, 11) zugeführt wird und über ein bis zur Oberkante der Kontaktflächen (12, 13) jeder Kühlkammer (4, 5) reichendes Wehr (19) steigt, hinter dem das Kältemittel den Gegenstrom bis zu einer Abströmleitung (25, 34) absteigt, die zum Eingang des Unterkühlers (33) führt.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die identisch ausgebildeten Kammern (4, 5) eine Kaltgase abführende Leitung (29, 39, 40) und eine zusätzliche Speiseleitung (37) aufweisen, durch die Kühlmittel zum Ersatz von Verdampfungsverlusten einschleusbar ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten auf ihrer von dem flüssigen Kältemittel angeströmten Kammerinnenseite (9) einen gesteigerten Wärmeemissionsgrad durch Metallrippen (16) und/oder einen Überzug aus mikroporösem Werkstoff (18), der die von dem Kältemittel angeströmte Kühlplattenflächen (9) wenigstens teilweise überdeckt oder durch Eloxierung oder Schwarzfärbung aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (12, 13) der Kühlplatten (10, 11) mit einem glättenden, korrosionsgeschützten, gut wärmeleitenden Überzug versehen sind.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweikammermanipulator (29) als Backenpresse für flexibel verpackte Zellsuspensionen (9) ausgebildet ist, dessen Backenspalt (32) im geschlossenen Zustand auf eine gleichmäßige Dicke der verpackten Zellsuspension eingestellt ist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (12, 13) eben oder der Form der gefüllten Verpackungen (9) der Zellstoffsuspension durch sphärische Krümmungen angepaßt sind.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (12, 13) zur Steuerung der Abkühlrate beheizbar sind.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Abkühlrate in den Kühlplatten (10, 11) heißgasdurchströmte Kanäle (28) vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (10, 11) mit einer Elektroheizung versehen sind.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweikammermanipulator (29) in einem thermisch isolierten Gehäuse (44) eingeschlossen ist, welches für das Einbringen und Entnehmen der verpackten ZellstoffBUspensionen Schleusen (47, 48) aufweist, die welchselseitig zu öffnen und zu verschließen sind.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ein- und Ausschleusen ein Stetigförderer (3) vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Vorrichtung zur Reduzierung der Luftfeuchtigkeit in den Schleusenkammern (47, 48) vorgesehen ist, die mit dem Öffnen und Schließen der Schleusen synchronisiert ist.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Bewegungsenergie zu der Kammer (4, 5) des Zweikammermanipulators (29, 41, 49) zwischen aufeinanderfolgenden Gefriervorgängen einen Leerhub ausführt, bei dem die Kontaktflächen (12, 13) bis zur gegenseitigen Berührung einander angenähert werden.
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (12, 13) zwischen aufeinanderfolgenden Gefriervorgängen selbsttätig auf Raumtemperatur beheizbar sind.
24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenheizung eine zwischen die Kontaktflächen (12, 13) einbringbare Heizplatte dient.
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Manipulator (29, 41, 43) eine feststehende Kammer (4) und eine zum Öffnen und Schließen des Spaltes (32) der Kontaktflächen dienende bewegliche Kammer (5) aufweist.
26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf durch parallele Leitungszweige (20, 36) aus einer gemeinsamen Speiseleitung (45) in die inneren Räume (37) der Kammern (4, 5) und durch eine Pumpe M durch Leitungszweige (25, 34) in eine zum Unterkühler (33) führende Leitung (46) führt.
27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung des unterkühlten Kältemittels aus seiner Kammer (4) unmittelbar in die andere Kammer (5) erfolgt und die Kühlmittelverdampfungsverluste durch zwei Leitungen (29, 39) aus den Kammern (4, 5) abführbar sind.
28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Programmsteuerung aufweist.
29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte der Programmsteuerung beim Einfrieren von in flexible Kunststofffolien (2) verpackten Zellstoffsuspensionen :
1. Öffnen der Eintrittsschleuse (47) durch Knopfdruck von außen;
2. Manuelles Befestigen des Beutels (1) am Stetigförderer (3);
3. Schließen des Verschlusses (49) der EintrittsBchleuse (47) auf Knopfdruck und Starten des Tiefkühlprogrammes für die nachfolgend automatisch ablaufenden Schritte;
4. Trocknen der Eintrittsschleuse durch Klimatisierung zur Reduzierung der Luftfeuchte in der Eintrittsschleuse (47) auf Null;
5. Öffnen des Schiebers (52) zum Zweikammermanipulator (43);
6. Transport des Beutels aus der Eintrittsschleuse (47);
7. Schließen des Schiebers (52) und damit der Eintrittsschleuse (47); 8. Ausrichtung des Beutels (1) zwischen den Kühlplatten (10, 11);
9. Anpressen der Kühlplatten auf den voreingestellten Anpreßdruck;
10. Wärmeabfuhr aus dem Gefriergut (Abkühlen und Gefrieren der Zellstoffsuspension) a) unter Ausnutzung des maximal ausführbaren Wärmestroms durch
Behälter (7) auf der Kältemittelseite der Kühlplatten (10, 11), b) wo erforderlich unter Gegenbeheizung der Kühlplatten bei Temperaturführung gemäß vorbestimmter Abkühlkurven;
11. Lösen der Kühlplatten (10, 11) bei Erreichen der voreingestellten Mindesttemperatur;
12. Öffnen des Schiebers zur Austrittsschleuse (48);
13. Transport des Beutels (1) in die Austrittsschleuse (48);
14. Schließen des Schiebers (51) der Austrittsschleuse (48);
15. Öffnen des Verschlusses (50) der Austrittsschleuse (48);
16. Manuelles oder mechanisches Entnehmen des Beutels (1) aus der Austrittsschleuse (48);
17. Schließen des Verschlusses (50) der Austrittsschleuse (48);
18. Trocknen der Austrittsschleuse (48) durch Klimatisierungsreduzierung der Luftfeuchte in der Austrittsschleuse (48) auf Null.
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