Que sont les congélateurs ultra-compacts et comment fonctionnent-ils ?

Pour les tests de batteries et de stockage, découvrez la chambre de test de batteries FDM, conçue pour les tests en conditions contrôlées.

Congélateur ultra-compact FDM 650 litres Capacité 30 boîtes
(23x23x20cm)

Qu'est-ce qu'un congélateur ultra-performant ?

Lecongélateur à ultrasons est un instrument essentiel des laboratoires de recherche. Le congélateur ULT est conçu pour préserver les échantillons biologiques indispensables à la recherche en les maintenant à des températures extrêmement basses.

La température de fonctionnement peut varier de -45 °C à -89 °C. De nombreuses caractéristiques font de l'ultra-congélateur un appareil extrêmement fiable pour la recherche scientifique.

Nous les résumons ci-dessous, grâce à nos années d'expérience dans le domaine et à notre collaboration continue avec certains des chercheurs scientifiques les plus importants au monde.

Types

Il existe généralement deux versions : armoire verticale et cuve horizontale à accès par le haut. La version verticale est la plus répandue, car les laboratoires cherchent de plus en plus à gagner de la place et à faciliter la mobilité.

Volumes

des congélateurs basse température peut varier, allant de 200 litres à 800 litres. Certains fabricants, comme FDM, proposent également des versions personnalisées sur demande.

Structure

L'ultra-congélateur est équipé d'étagères internespour le stockage des échantillons de recherche. Chaque étagère est fermée par une porte interne afin de maintenir une température uniforme, même sur les étagères où aucun échantillon n'est prélevé ou déposé.

Isolation

L'isolation est un élément essentiel du congélateur Ultra Freezer. Pour maintenir le froid à l'intérieur de l'appareil, une isolation en polyuréthane non toxique à haute performance thermique est utilisée entre les parois intérieure et extérieure, permettant ainsi d'atteindre et de conserver la température souhaitée.

Joint d'étanchéité

Un autre élément essentiel pour garantir l'obtention de la température adéquate est le joint d'étanchéité, qui court sur tout le périmètre de la porte d'accès principale. Les plus efficaces sont ceux dotés d'un quadruple joint en silicone.

Porte d'accès

La porte d'accès , également isolée avec du polyuréthane, garantit une conservation maximale du froid et est verrouillée par une serrure extérieure généralement équipée d'une clé de sécurité.

Roues pivotantes

Les congélateurs de laboratoire les plus pratiques sont équipés de roulettes pivotantes à leur base, ce qui facilite leur déplacement dans le laboratoire.

Contrôleurs

Les congélateurs sont équipés de contrôleurs électroniques PLC et d'un écran affichant les paramètres de congélation. L'ensemble du système de contrôle est généralement alimenté par une batterie de secours, ce qui permet à l'affichage numérique de la température et aux alarmes de fonctionner même en cas de coupure de courant. 

Comment fonctionne le circuit frigorifique d'un congélateur ultra-compact ?

Les systèmes frigorifiques peuvent comporter un seul compresseur ou une cascade de deux compresseurs (systèmes à deux étages). Dans ce dernier cas, il existe deux circuits frigorifiques, reliés de telle sorte que l'évaporateur de l'un refroidisse le condenseur de l'autre, facilitant ainsi la condensation du gaz comprimé dans le premier circuit.

Les condenseurs à air sont généralement utilisés dans les systèmes de réfrigération de laboratoire. Ces condenseurs sont constitués de serpentins tubulaires (en cuivre ou en cuivre-aluminium) agencés de manière à maximiser la surface d'échange thermique. Dans les congélateurs à très basse température , l'air de refroidissement est mis en circulation par un ventilateur motorisé et le fluide frigorigène est détendu à l'aide de tubes capillaires.

L'évaporation se produit soit par des échangeurs de chaleur à plaques d'acier, situés à l'intérieur de la chambre, soit par un serpentin. Dans les congélateurs coffres, l'évaporateur à serpentin est disposé le long des parois et du fond, tandis que dans les congélateurs verticaux, il est disposé le long des parois et du haut. Le serpentin situé dans la chambre élimine les problèmes d'efficacité d'échange thermique inhérents aux congélateurs dont le serpentin se trouve dans la cavité d'isolation.

fluides frigorigènes utilisés dans les congélateurs ULT

Les fluides frigorigènes sont choisis parmi des composés chimiques gazeux qui peuvent être facilement liquéfiés et qui sont caractérisés par certaines propriétés, telles qu'une température critique élevée et une pression critique basse, ainsi qu'une faible dangerosité et une faible toxicité. 

Ils sont indiqués par la lettre R suivie d'un nombre qui fait référence aux atomes de la molécule.

Chaque système de réfrigération doit être hermétiquement scellé et contenir HFC exempts de CFC et de HCFC, qui sont non toxiques, non explosifs et ininflammables. 

Les fluides frigorigènes les plus efficaces et les plus respectueux de l'environnement utilisés dans les congélateurs à très basse température sont généralement le R170 et le R449A.

Avec le nouveau règlement européen UE 517/2014, les fabricants de congélateurs ultra-compacts doivent respecter les directives pour permettre leur utilisation même après 2030. Ils doivent donc utiliser des fluides frigorigènes respectueux de l'environnement.

R717 (ammoniac)

R744 (dioxyde de carbone)

R170 (éthane)

Propane R290 (CARE 40)

R600a (CARE 10) Isobutane

R1150 (éthylène) R1270 (CARE 45) Propylène

R449A (HFO zéotropique)

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Quels accessoires peuvent être associés à un congélateur Ultra Freezer ?

Les accessoires suivants sont généralement fournis : 

un système d'urgence CO2 et/ou LN2 (avec alimentation électrique, sonde et batterie indépendantes). 

De plus, pour suivre la température de la chambre, les congélateurs peuvent être équipés d'un enregistreur de température hebdomadaire à disques graphiques, qui ont aujourd'hui été presque entièrement remplacés par des modèles numériques. 

Selon les normes internationales actuelles, l'enregistreur est obligatoire pour les congélateurs à -45°C et -86°C destinés au stockage de produits sanguins. 

Parmi les autres accessoires, on trouve : des conteneurs, des tiroirs et divers types de supports en acier pour le stockage de cryobubes, de microplaques, de poches de sang et de tubes à essai conçus pour le stockage à basses et très basses températures. 

Lorsqu'on travaille à l'intérieur de congélateurs à très basse température, il est nécessaire d'utiliser des vêtements de protection appropriés pour la tête, des gants en cuir pour les mains et des combinaisons et blouses pour la protection du corps.

Demande de prix pour un congélateur ultra-doux à -80 °C

Pour en savoir plus : Découvrez notre chambre d’essai de laboratoire FDM CO2, conçue et fabriquée par FDM Environment Makers.

Normes de référence

• ISO 15189 — Laboratoires médicaux — Exigences de qualité et de compétence
• CLSI GP44-A4 — Procédures de manipulation et de traitement des échantillons de sang
• OMS TRS 961 Annexe 9 — Stockage et transport des produits sensibles au temps et à la température
• UE GDP 2013/C 343/01 — Bonnes pratiques de distribution
• EN 60086-1 — Piles primaires — Généralités (référence au stockage des piles)
• NFPA 55 — Code des gaz comprimés et des fluides cryogéniques (pour l'ultracongestion à LN₂)

Sources faisant autorité

• OMS — Vaccins et produits biologiques.
• CLSI — Institut des normes cliniques et de laboratoire.
• Normes de biobanque du NIST.

Questions fréquentes sur les congélateurs à très basse température

À quoi sert un congélateur ultra-performant à -80 °C ?

Les températures inférieures à -70 °C bloquent l'activité enzymatique et inhibent la croissance microbienne de façon permanente. Applications : biobanques (échantillons d'ADN/ARN, lignées cellulaires, plasma), vaccins à ARNm (Pfizer-BioNTech exige -80/-60 °C pour le transport à long terme), enzymes et protéines , et tissus chirurgicaux . En dessous de -130 °C (congélateurs cryogéniques à azote liquide), la recristallisation de l'eau intracellulaire est également bloquée, permettant la conservation de cellules vivantes pendant des décennies.

Quelle est la différence entre un congélateur mécanique et un congélateur cryogénique ?

Système mécanique -80 °C : compresseur en cascade à deux étages (R-449A + R-508B/R-170), sans gaz cryogénique, plus simple mais limité à -86 °C. cryogénique à l’azote liquide -150/-196 °C : réservoir d’azote liquide avec régulateur de phase vapeur (échantillons au-dessus de la température de l’azote liquide) ou de phase liquide (immersion). Plage de fonctionnement beaucoup plus réduite, mais nécessite une logistique d’azote liquide (remplissage hebdomadaire, risque d’asphyxie en espace clos, certification NFPA 55). Pour les vaccins à ARNm, le système mécanique à -80 °C est suffisant ; pour les cellules souches, le système cryogénique est requis.

Quels systèmes d'alarme et de surveillance sont obligatoires ?

les applications BPL/BPF et de biobanques 21 CFR Part 11 avec journal d'audit ; (2) Sonde PT100 de classe A calibrée ACCREDIA Alarmes à seuils multiples (avertissement -70 °C / critique -65 °C) avec notification par SMS/e-mail ; (4) Alimentation de secours au CO₂ ou à l'azote liquide pour retarder la hausse de température en cas de panne de courant ; ( Onduleur pour une autonomie du compresseur de 15 à 30 minutes ; (6) Surveillance 24h/24 et 7j/7 avec intervention en moins de 15 minutes.

Consommation électrique typique d'un ULT -80°C ?

Une chambre de congélation standard de 500 à 800 litres consomme entre 15 et 25 kWh/jour (environ 5 500 à 9 000 kWh/an). Les modèles certifiés Energy Star réduisent la consommation à 8-12 kWh/jour (soit une réduction de 50 %) grâce à des compresseurs à vitesse variable, des fluides frigorigènes naturels R-290/R-170 et des panneaux d'isolation sous vide (VIP). Une biobanque équipée de 50 chambres de congélation consomme autant d'énergie que 100 foyers. C'est pourquoi des universités comme Harvard et Stanford encouragent les campagnes de « défis de congélation » visant à réduire la température de conservation de -80 à -70 °C tout en réalisant 30 à 40 % d'économies d'énergie, sans compromis sur la qualité scientifique.