CN101910704A

CN101910704A - 适于超冻结温度的冷藏集装箱

Info

Publication number: CN101910704A
Application number: CN2009801023031A
Authority: CN
Inventors: 乔治·A·霍姆斯; B·埃里克·格雷厄姆
Original assignee: CWS Group LLC
Current assignee: CWS Group LLC
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: US8371140B2; US20090183514A1; JP5395809B2; CN101910704B; EP2235425A4; KR20100121622A; WO2009094249A1; JP2011509894A; EP2235425A1; DE09704272T1

Abstract

能够保持约-50摄氏度或更低的超冻结温度的冷藏集装箱和方法，其包括被绝热至至少约r-20的值的集装箱壁、被配置为接收货物的货物隔间和被配置为接收以CO₂雪的形式的冷冻剂的至少一个冷冻剂隔间。所述冷冻剂隔间保持CO₂雪和从CO₂雪升华的蒸气与货物隔间分隔。冷冻剂隔间位于货物隔间内部，并且被配置为允许货物隔间内部的环境大气接触冷冻剂隔间的至少三个侧面，以及高达六个侧面。冷冻剂隔间的布置还被配置为在货物隔间内部产生能够在其中产生对流的温度梯度，以便在不使用外部电源的情况下在货物隔间内部保持超冻结温度。

Description

适于超冻结温度的冷藏集装箱

背景

相关申请

本申请要求美国临时申请第61/022,676号和美国临时申请第61/089,290号的优先权，美国临时申请第61/022,676号于01/22/2008提交，代理人档案号为1123.007P，题目为Refrigerated Shipping and Storage Containers(冷冻运送和储存集装箱)；美国临时申请第61/089,290号于08/15/2008提交，代理人档案号为1123.007P2，题目为Refrigerated Shipping and Storage Containers(冷冻运送和储存集装箱)。

本申请还与共同享有的于1999年12月21日授权的题目为Method and Apparatus for Shipping Super Frozen Materials(用于运送超冻结物质的方法和设备)的美国专利第6,003,322号相关，美国专利第6,003,322号的内容为了所有目的以引用方式以其整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于在独立的集装箱(self-contained container)中运送、储存和冻结超冻结的易腐烂物质的方法和设备，所述集装箱使用其自身的基于低温的冷冻系统将易腐烂物质保持在低于-50摄氏度。

背景信息

商业性捕鱼是世界范围的行业，每年产生数十亿美元的营业额。利用现代化的运送和储存技术，在世界上几乎任何地方所捕捞的鱼可以被有效率地冻结并且然后运输至世界上的几乎任何市场以供消费。

然而，特殊的产品不适合于常规的冻结和运送方法。具体地，意图用于以未烹饪过的或生的状态消费例如寿司的鱼，通常不能使用常规设备冻结，否则会对质量即其颜色和味道有不利影响。因此，意图用作寿司的鱼通常必须在本地捕捞，以使得其可以相对迅速地运至市场而不需冻结。这种必要性已经趋于限制了可用于寿司的鱼的供应，而实际上增加了其相对于冻鱼的价格。这种现象趋于在市场中产生寿司级鱼和非寿司级(即冻结的)鱼的价格之间相对大的差异。

在最近的为消除这种差异的尝试中，某些商业性捕鱼企业已经在对寿司级产品几乎没有本地需求(并且因此对寿司级产品有低得多的市场价值)的世界上的地区捕捞鱼，例如金枪鱼和类似的鱼，并且将产品在低于-40摄氏度的低温的(即超冷却的)温度下运输至寿司市场。已经发现在这些温度下金枪鱼和类似的鱼保持用于寿司目的合适的新鲜度，因此保持与寿司级产品相关联的相对高的质量和昂贵的价格。这种方法已经通常要求专门使用被称为超级运输船(super carrier vessel)的货船，这种货船配备被特别地设计以保持约-60摄氏度的恒定的低温温度的专用冷冻设备。这样的船只的费用通常决定了它们只有当约100公吨(100,000千克)或更多产品的基本上完全的运送可以用于运送时才使用。因此，为了满足这种相对高的最小容积要求，当鱼被捕捞以及准备运送时，这样的轮船通常必须在长时间内停留在港口或金枪鱼渔船队的附近。不利的是，这一方面通常将从渔港至寿司市场的往返次数限制在每年约一或两次往返。对于许多易腐烂产品，这种高容积要求和低往返频率使这种方法是不切实际的。对于许多所需求的产品，在超级运输船上的运送所需要的时间，从捕捞到抵达目的地经常是几个月，这进一步使这样的运送方法成为不期望的。

常规地冻结(即0摄氏度至-26摄氏度)的产品的较小规模的运送已经利用标准ISO集装箱在常规的运输轮船上进行运送。这些ISO集装箱是相对数量丰富的，并且常规的运输轮船以相对高的频率运输至大多数的期望的目的地。这些集装箱通常使用与每个单独的ISO集装箱相关联的机械冷冻单元冷冻。然而，这些冷冻单元还不能够提供低于约-25摄氏度的冷冻温度。此外，这样的机械单元易于发生机械故障，在机械故障中约5％至10％的运送由于主要由机械损坏和人为错误造成的变质而损失。这样的单元还是相对昂贵的，通常订购集装箱花费8,000美元至10,000美元，每个冷冻单元花费另外的10,000美元至12,000美元，以及用于为冷冻单元提供电力的发电机(即，发电机组)花费10,000美元至12,000美元。这些机械冷藏集装箱的另外的缺点是它们通常必须在配备“冷藏室”(即，冷冻的)运送的轮船上运输，即在能够向集装箱提供燃料和/或电的连续供应并且包括能够在运输途中发生故障时为这些单元提供服务的技术人员的轮船上运输。这样的冷藏室集装箱的运送费用趋于比具有相似的大小和重量的“干货”集装箱(即那些不需要这样的服务的集装箱)的费用高很多。

其他常规冷冻运输装置包括充满产品并且注入了液化气体(例如CO₂)以形成在运输期间保持产品处于冻结状态的干冰的ISO集装箱。这种方法的缺点是大多数这样的集装箱通常不能够保持产品在上述的低温的、超冻结温度。相反地，利用CO₂以及类似物的这样的集装箱已经用于运送仅仅需要冷冻至约-10摄氏度的标准冻结产品。虽然干冰具有约-50摄氏度至-60摄氏度的冻结温度，但是这样的集装箱在运送期间通常提供摆动的温度环境。例如，新鲜产品通常被装载入集装箱并且然后注入液体CO₂以在海平面上约-78摄氏度下形成干冰。因此干冰逐渐冻结产品，将产品温度从环境温度降低至约-40摄氏度至-50摄氏度，直到CO₂已经升华，此时在运输期间产品开始升高温度。运送的持续时间被计算过，使得集装箱在产品温度超过约-10摄氏度之前达到目的地。因此这种方法提供了摆动的装运温度，而非所期望的稳定状态的运送温度。

这样的装置的例子包括Carbon Dioxide Refrigeration Systems(二氧化碳冷冻系统)(美国专利第3,695,056号：Glynn；E.P.和Hsu；H.L.)、Refrigeration system with carbon dioxide injector(具有二氧化碳注射器的冷冻系统)(美国专利第4,399,658号：Nielsen；D.M.)、Container CO₂ cooling system(集装箱CO₂冷却系统)(美国专利第4,502,293号：Franklin Jr.；P.R.)、Liquid nitrogen freezer(液氮冷冻器)(美国专利第4,580,411号：Orfitelli；J.S.)、Portable self-contained cooler/freezer apparatus for use on common carrier type unrefrigerated truck lines and the like(用于普通运载器型非冷冻货运线以及类似物的便携式独立冷却器/冷冻器设备)(美国专利第4,825,666号：Saia，111；L.P.)、Refrigerated container(冷藏集装箱)(美国专利第4,891,954号：Thomsen；V.E.)、Portable self-contained cooler/freezer apparatus for use on common carrier type unrefrigerated truck lines and the like(用于普通运载器型非冷冻货运线以及类似物的便携式独立冷却器/冷冻器设备)(美国专利第4,991,402号：Saia，III；L.P.)、Portable self-contained cooler/freezer apparatus for use on airplanes，common carrier type unrefrigerated truck lines and the like(用于飞机和普通运载器型非冷冻货运线以及类似物的便携式独立冷却器/冷冻器设备)(美国专利第5,125,237号：Saia，III；L.P.)、Self-contained cooler/freezer apparatus(独立冷却器/冷冻器设备)(美国专利第5,262,670号：Bartilucci；A.)、Portable self-contained cooler/freezer apparatus with nitrogen environment container(具有氮环境容器的便携式独立冷却器/冷冻器设备)(美国专利第5,598,713号：Bartilucci；A.R.)。

所有以上设备的特点在于能够将易腐烂物质冷却或冻结至约-20摄氏度的温度。这对于某些应用来说是足够的并且甚至是期望的。然而，对于需要在约-60摄氏度的温度下超冻结的物质来说，这样的设备不能够满足要求。上述的设备不能够保持超冻结温度的事实被其使用两个分隔的隔间所进一步恶化。关于这一点，这些隔间中的第一个通常容纳易腐烂物质，同时这些隔间中的第二个容纳冷却剂(CO₂或N₂)。通过冷却剂经由排出系统从第二隔间移动至第一隔间来实现冷却。

上述的美国专利第6,003,322号(′322专利)能够实现所期望的超冻结温度，部分地通过将冷却剂(例如CO₂雪)直接沉积在产品上，以增强从产品至冷冻剂的热传递。然而，覆盖产品的雪对于在集装箱中工作的人员来说趋于是一种妨碍。此外，冷却剂的气态形式，例如从CO₂雪升华的CO₂，在工人进入货物隔间(cargo compartment)之前必须从货物隔间中除去。这种气体是不容易回收的，并且因此这种温室气体通常释放入环境中而非被循环以供将来使用。

因此，期望提供一种用于使得能够以稳定状态超冻结温度在甲板常规运送船只上的常规散装运送集装箱中装运产品，而不需要使冷却剂能够进入容纳产品的隔间的装置和方法。

概述

在本发明的一个方面，能够保持约-50摄氏度或更低的超冻结温度的冷藏集装箱包括被绝热至至少约r-20的值的集装箱壁、被配置为接收货物的货物隔间和被配置为接收以CO₂雪的形式的冷冻剂的至少一个冷冻剂隔间(refrigerant compartment)。冷冻剂隔间保持CO₂雪和从CO₂雪升华的蒸气与货物隔间分隔。此外，冷冻剂隔间位于货物隔间内部，并且被配置为允许货物隔间内部的环境大气接触冷冻剂隔间的至少三个侧面。冷冻剂隔间的布置还被配置为在货物隔间内部产生能够在其中产生对流的温度梯度，以在不使用外部电源的情况下在货物隔间内部保持超冻结温度。

在本发明的另一个方面，用于在不需要外部电力的情况下使货物保持处于冷冻状态达长时间段(extended periods of time)的方法包括：提供如前述方面所述的冷藏集装箱，以及向冷冻剂隔间供应CO₂雪。该方法还包括：将货物装载入货物隔间中，以及密封货物隔间以允许在冷冻剂隔间和被布置于货物隔间内部的货物的表面之间发生对流。

本文所描述的特征和优点不是包括一切的，并且具体地，鉴于附图、说明书和权利要求，许多另外的特征和优点对本领域的普通技术人员来说将是明显的。此外，应当注意，说明书中所使用的语言已经为了易读性和指导的目的大体上选择过，并且并非限制本发明的主题的范围。

附图简述

图1是主题发明的一个实施方案的示意性的横断面立面侧视图；

图2是具有以阴影(phantom)示出的隐藏的或可选择的方面的示意性的透视图；

图3是与图1的图相似的或主题发明的一个可选择的实施方案的图；

图4是图3的实施方案的平面图；

图5是主题发明的一个可选择的方面的沿图4的5-5截取的横断面图；

图6是主题发明的另一个可选择的方面的沿图4的6-6截取的横断面图；以及

图7是主题发明的又一个可选择的方面的与图5的图相似的图。

详述

在以下的详述中，参照形成本发明的一部分的并且在其中作为阐释示出可以实施本发明的具体实施方案的附图。足够详细地描述了这些实施方案，以使本领域的技术人员能够实施本发明，并且应当理解，可以利用其他实施方案。还应当理解，可以做出结构上的、程序上的和系统上的变化，而不偏离本发明的精神和范围。此外，为了不使对本说明书的理解不分明，没有详细示出众所周知的结构、回路和技术。因此，以下详述并非以限制性的意义来理解，并且本发明的范围由所附的权利要求和它们的等同物界定。为了解释的清楚，附图中示出的同样的特征用同样的参考数字表示，并且在附图中可选择的实施方案中示出的同样的特征用同样的参考数字表示。

当在本公开内容中使用时，术语“轴向的”，当与本文所描述的元件结合使用时，是指关于所述元件的与图1的集装箱的纵向的尺寸基本上平行的方向。

本发明的一个方面是认识到尽管将冷冻剂气体与运送集装箱的货物区域隔离将是有益的，但是这样做将趋于降低冷冻剂和货物之间的传热的效率。进一步认识到的是由于这种较低效率的传热，诸如简单地使用内部隔离物来将集装箱分成单独的货物隔间和冷冻剂隔间的方法在不使用相对复杂的主动的(例如，基于电风扇的或基于泵的)方法的情况下通常将不能够实现和保持超冻结温度。

本发明人还认识到，尤其在使用常规40英尺ISO运送集装箱时，安装于顶板(ceiling)的料仓(bunker)将能够分隔冷冻剂与货物，但以降低的顶板高度为代价。降低的顶板高度将使得难以通过位于集装箱的一端的门50以常规方式(例如使用叉式升降机以及类似物)装载货物。并且，这样的具有期望装载量的CO₂雪的过顶的料仓(overhead bunker)的重量表现出由集装箱侧壁支撑该重量的结构上的困难。

现在将参照相关联的附图描述本发明的各种实施方案。转向图1，发明人通过提供具有不需要任何机电装置的无源冷冻技术(passive refrigeration technology)的集装箱10以实现和保持上述的超冻结温度来解决上述的问题和缺点。在特定的实施方案中，集装箱设置有位于(在该实例中)集装箱10的前端的独立的料仓12，料仓12与集装箱的其余部分隔离，即与货物区域14隔离。因此，料仓被配置为通过管13将冷冻剂(例如CO₂)接收在其中，而不会使冷冻剂(例如从CO₂雪升华的CO₂)能够进入货物区域。

料仓12由集装箱底面支撑，可选择地被支撑在T底面(T-Floor)或被垫以托板的基座(palletized base)16上，以提供在料仓下的空气间隙，如下文更详细讨论的。料仓12与集装箱在至少三个侧面(其中的一个可以是通过T底面/托板布置的底面)上彼此隔开。这种隔开允许货物隔间内部的环境大气沿料仓的至少三个侧面通过，以促进如通过箭头18所示的对流传热。除了通过料仓壁和支撑物的传导传热之外，这种对流传热的提供，提供了增强的传热，增强的传热使超冻结温度能够在许多应用中被保持遍及集装箱10，而不使用主动的热传输装置(active heat transport means)，例如泵等等。

在所示的实施方案中，料仓的侧面基本上是平面的，使得上文所讨论的至少三个侧面基本上相互垂直或相互平行。然而，应当认识到，三个侧面不需要是平面的，而是可以是弧形的、弯曲的或另外有角度的，只要它们从相对的或者相互垂直的至少三个方向将料仓暴露于集装箱内部的大气。例如，图3的实施方案提供从如所示的+z、-z和-x方向的这样的暴露。还应当认识到，图1、图3和图4的实施方案提供在料仓12的所有的六个侧面(即，从+x、-x、+y、-y、+z和-z方向)的这样的暴露，以增强对流传热。

在一个典型的实例中，集装箱10可以设置有常规四十英尺ISO运送集装箱的外部尺寸。冷冻剂料仓12可以沿集装箱10的轴向尺寸(长度)，例如从如所示的前端，延伸约五至六英尺。在该实例中，约34至35英尺的长度将保持可用于集装箱10的货物部分中的货物14，如同样所示的。然而，应当认识到，料仓的大小可以改变，这取决于航程的长度，即预期集装箱在使用冷冻剂再填充料仓之前保持期望的冷冻温度的时间的长度。

因为基本上防止了CO₂雪和从CO₂雪升华的蒸气从料仓12移动至集装箱的货物部分，所以货物将不含有CO₂雪并且货物隔间内部的大气将保持是可以吸入的。此外，这种方法将允许货物区域中的常规的双层堆叠盒子14，因为本料仓系统将不会强加任何高度限制，例如将与使用常规顶板料仓相关联的高度限制。

这种方法的另一个优点是被供应至集装箱10的CO₂的量可以容易地测量，例如通过测量料仓内部的CO₂雪的高度。这基本上消除了使用常规的、相对笨拙的、基于重量的方法的需要，在所述方法中在供应CO₂雪之前和之后称重整个集装箱10。料仓12中CO₂雪的高度可以通过使用可选择的设置于料仓内部的传感器18(图2)来确定。根据这种高度测量，CO₂雪的量可以根据料仓12的已知的尺寸来确定。

应当认识到，可以使用基本上任何类型的传感器18。例如，一系列温度检测器(例如，电阻式温度检测器，“RTD”)可以如图2所示沿料仓12的壁以预先确定的高度垂直地隔开。本发明人已经观察到温度传感器在暴露于CO₂雪时将显示-77℃的温度，并且在其仅仅暴露于CO₂蒸气时将显示-60℃或更高的温度。因为传感器的高度是已知的，所以所检测的温度的这种差异可以容易地用于确定料仓内部的CO₂雪的深度。

再次参照图1，应当理解，通过将料仓12放置于集装箱10的一端(和/或通过将一系列料仓12以轴向或水平的隔开的关系放置于集装箱10中，如图3、图4所示)，在集装箱的料仓所位于的部分和其他端/部分之间产生了温度梯度。例如，在料仓端处温度可以是-65摄氏度，并且在另一端(初始地)基本上更高。本发明的实施方案使用与料仓的至少三个侧面暴露于货物区域内部的环境大气结合的这种梯度，在集装箱内部产生热对流。因此，这种构型允许从料仓向其他端的热传导，例如通过料仓和集装箱二者的结构，并且还允许经由通过集装箱并流过料仓的暴露表面循环的大气的对流。关于这一点，应当认识到，对流可以无源地发生，即没有加入的动力，因为较冷的空气趋于下降并且沿底面向集装箱的较热部分流动。然后这种被加热的空气上升并且返回至料仓，然后其在料仓被冷却并且重复这种循环。

现在转向图3和图4，在上述实施方案的一个变化形式中，应当认识到，可以使用任何数量的料仓12。例如，为了增强的温度分布，集装箱10′可以设置有在集装箱内部的彼此隔开的位置处的三个料仓，如所示。这些料仓12每个可以设置有它们自己的用于填充和排空CO₂的管13(图4)，或它们可以全部使用单一的总管20来填充(和/或排空)，例如图4所示的总管20。在该实施方案中，示出三个料仓12，虽然可以使用基本上任何数量，而仍保持在本发明的范围内。如所示，一个料仓位于集装箱的前部，并且其他两个在集装箱的两个侧面的朝向后部的约三分之二处。这些料仓的位置、大小和数量可以根据顾客及他们的产品的要求而改变。例如，所实现的温度和储存/运送的持续时间可以根据不同的构型而改变。

料仓12被配置为提供与被布置于其中的干冰(CO₂)雪接触的相对大的表面积，而料仓的至少三个侧面(即，图3、图4的实施方案中的所有侧面)上的上述的空气间隙有助于确保，这种大的表面积的大部分也与集装箱的货物区域14内部的大气接触。这通过依尺寸制造料仓并使料仓成形为具有相对于由此所封闭的体积的相对大的表面积来提供。(这种大的表面积与体积的比率可以根据需要调整，以便容纳足够大的体积的CO₂，以至于能在用CO₂再填充之间将集装箱冷冻至期望的温度达到期望的时间量。)这种相对大的表面积有助于使集装箱内部的干冰和货物区域之间的传热最大化，以便实现期望的温度，期望的温度如上文所讨论的可以是冷至-50摄氏度或更低的超冻结温度。关于这一点，本发明人认识到由CO₂提供的最好的冷冻效果是由CO₂从固体向气体的相变获得。因此，将货物区域暴露于发生这种相变的点(point)(即，在料仓的表面)趋于对隔间的温度具有最大的影响。与如上文引用的′322专利所讨论的将集装箱10、10′的壁绝热至至少约20至30的r-值结合的这种料仓构型，使集装箱10能够在许多应用中保持超冻结温度。

在特定的实施方案中，料仓12(包括有任何中空轴22的那些，将在下文讨论)的壁界定第一表面积，而货物隔间的壁界定第二表面积，且第一表面积与第二表面积的比率是至少约5％。在其他实施方案中，至少约10％或甚至20％或更高的比率可以是期望的。

如所提到过的，这些表面积比率的最佳的使用可以通过将尽量多的料仓表面积暴露于货物区域14内部的环境大气来实现。在所示的实施方案中，通过从集装箱10′的壁、顶板和底面以彼此隔开的关系有效地悬挂料仓12实现了特别高暴露的表面积。这提供了允许空气沿每个料仓的底部、顶部和4个侧面流动的空气间隙。为了进一步增加料仓的暴露于集装箱大气的表面积，在每一端都是敞开的可选择的中空轴22可以被布置成延伸(例如，如所示的垂直地)穿过料仓12，以便集装箱大气可以流动通过料仓12。这些轴可以具有基本上任何期望的尺寸。

如上所述，可以通过将料仓放置于T底面或被垫以托板的基座16上而在料仓12下方提供空气间隙。例如，参照图5，T底面16可以包括一系列彼此隔开(例如，隔开至少约1-5英寸)的平行的、T形的轨道，以允许空气在轨道之间循环，例如，以增强与料仓底部的对流传热。此外，这些T形的轨道可以由相对热传导的材料例如各种金属制造，以促进与料仓的传热。可选择地，T形的轨道可以沿集装箱的底面进一步延伸(例如，在轴向上超过料仓的轨迹)，以有效地将上述的热传导(和沿轨道流向集装箱大气的相关的空气)进一步从料仓扩展。

应当认识到，所实现的温度以及达到这些温度的速率部分地由料仓的在一个侧面与干冰雪接触并在其他侧面暴露于货物集装箱的表面积的量确定。另外的因素包括料仓的大小和形状和/或注入料仓中的干冰的量。因此，这些因素可以根据需要改变，以有效地使集装箱10、10′适应特定的应用。如上所述，集装箱10、10′的实例可以通过改变料仓的大小、定位和所暴露的表面积来实现并保持从-65℃至0℃范围内的温度水平。关于这一点，料仓的暴露的表面积可以通过使用与其各个部分的绝热来调节。

此外，在特定的实施方案中，本领域的技术人员将认识到，根据本发明的教导，集装箱内部的温度可以通过改变料仓和集装箱之间的空气间隙的大小来调节，例如通过移动料仓和/或堵塞空气间隙的一部分；堵塞空气轴22(如果使用的话)中的一些；沿料仓12的各部分放置隔热材料(insulation)；和/或使用管道系统(例如，总管20，图4)以在升华的CO₂蒸气离开集装箱之前使升华的CO₂蒸气移动通过货物隔间。

现在参照图4和图2，在多种实施方案中，可以使用喷洒总管20、20′来将液体冷冻剂(CO₂)注入料仓12中。可以使用单一的总管20来填充一系列料仓，如图4所示，或者可选择地，每个料仓可以具有其自己的总管20′，如图2所示。因此，可以将冷冻剂供应部(refrigerant supply)连接到可以从集装箱10、10′的外部接近的总管连接口24，以通过总管20、20′注入液体CO₂并通过喷嘴22注入料仓12(图2)。然后可以使用管13从料仓中排出被冷冻剂代替的空气。一旦CO₂注入完成，管13可以被关闭(通过门或阀门，未示出)和固定，以阻止气体通过管13移动入料仓中或移动出料仓。然后，从CO₂固体(雪)升华的CO₂蒸气将通过喷嘴22和总管20、20′排出返回至口24。然后，通过口24排出的蒸气可以方便地通过例如软管或管道被引导离开集装箱。因此，蒸气可以被安全地排出和/或收集以用于以后的再使用。以这种方式引导和/或收集升华的蒸气可以使集装箱10、10′能够被放置于封闭的空间中，例如用作室内冷冻器或者轮船上的甲板下的冷冻贮藏库(frozen storage)。此外，通过总管20、20′引导回升华的冷冻剂蒸气有利地趋于增强集装箱10、10′内部的冷却，因为升华的CO₂具有，例如，约-60℃的温度。因此，总管20、20′可以作为用来在其通过集装箱10、10′时有助于冷冻集装箱10、10′的热交换器。关于这一点，可以调节总管20、20′的管道大小和/或构型以增强传热，例如通过加入散热器片或其他热交换器构型，例如在货物区域14内部的额外的流体流动回路。

应当认识到，喷嘴的数量可以根据料仓的大小和定位来确定。即使管道系统穿过货物空间，料仓也被密封并且喷嘴仅仅在每个料仓内部喷洒，使得货物区域14保持基本上不含有冷冻剂。

可选择地，与总管20相似但没有喷嘴22的另外的管道20″可以分别在入口28和出口30之间循环通过集装箱。该可选择的管道可以连接至冷冻剂供应部和冷冻剂返回部(refrigerant return)，以使冷冻剂例如CO₂或氮气(N₂)循环。因此，可以使用管道20″作为可选择的冷冻装置，例如当集装箱10用于长期储存时。

现在转向图6，在另一个变化形式中，本文所讨论的各种实施方案中的任一个中的管13可以设置有成型的导管(contoured conduit)(挡板)26，如图7所示。在该变化形式中，管13不是直接通向料仓，而是通过成型的导管向料仓12敞开，成型的导管终止于紧邻料仓的顶部布置的远端。在示例性的实施方案中，远端终止于距离料仓12的顶板约4至6英寸内，如所示。如同样所示的，在特定的实施方案中，导管被配置为界定弯曲的纵轴a，以形成用于选出气体的弯曲的或基本上弧形的流动路径。在特定的实施方案中，流动路径具有至少一个90度弯曲的等同物，如所示。与远端接近于料仓的顶部放置结合的这种弯曲或曲率，用于当料仓充满CO₂时降低通过排气孔不期望地带出的CO₂雪和/或液体的量。

关于这一点，应当注意，在CO₂填充操作期间，当料仓中CO₂雪的水平接近管13(没有导管26)的水平时，雪可能被高速度的逸出气体不期望地吹出管13。将导管的远端开口如所示地向上朝向趋于通过使雪/液体更难以到达管来减轻这种影响。具体地，可以将远端开口放置于料仓内部的比管13更高处(例如，距离顶板4英寸至6英寸处，如所示)，以允许雪积累至管13并且甚至比管13更深，而没有雪通过管13的可估算的损失。向上敞开的远端还有效地要求任何选出的雪/液体克服重力来被向上运送以便进入导管26，以进一步阻止这样的排出。更进一步地，流体动力学领域的技术人员将认识到，通过弯曲的导管的流体流动相对于通过直导管的流体流动受到限制。因而，导管26的曲率(弯曲轴a)趋于向通过其的流体的流动增加阻力，以降低逸出的物质的速度。因此，导管26的该方面可以使逸出的CO₂气体的流动平稳，以进一步降低CO₂雪(和/或液体CO₂)被吹出管13的倾向。

本领域的技术人员应当认识到，虽然示出并描述了90度的曲率，但是可以使用基本上任何曲率，而不偏离本发明的范围。应当进一步注意，导管26可以设置有提供来自料仓的CO₂蒸气的非直接流动的基本上任何构型。例如，从水平方向朝向顶板的角度向上的基本上直的导管预期将提供如本文讨论的有益的效果。

上述的实施方案可以用于任何数量的应用中。例如，集装箱10、10′可以具有基本上任何便利的大小和形状，例如任何数量的标准ISO(国际标准组织)运送集装箱大小，包括ISO 20英尺、ISO 40英尺、ISO 20英尺高立方体(20 foot high-cube)和ISO 40英尺高立方体。作为一个非限制性的实例，虽然上述的实施方案已经被示出和描述为通常用于轮船或铁路运输的类型的相对大的(例如，40英尺)ISO运送集装箱，但是集装箱可以以其他大小配置，例如常规LD3空运集装箱，以进行便利的空运。此外，应当认识到，可以制造具有基本上任何大小和形状的、可移动的或不可移动的集装箱10、10′，而不偏离本发明的范围。

例如，集装箱10、10′可以用于长期储存，其中被放置于集装箱中的货物可以通过向料仓12中反复供应CO₂而被长期地保持在冷冻温度。相似地，集装箱10、10′可以用于活动贮藏库(active storage)，其中产品被放置于贮藏库中达变化量的时间，并且人员周期性地进入和离开以增加和收回产品。这还可以通过持续注入CO₂以补充冷冻剂来长期地持续。应当注意，可以通过自动化控制便利地增强这些方法，例如，连接到传感器18，使得当雪到达预先确定的水平时，另外的CO₂被自动加入料仓中。例如，再次参照图2，如阴影所示，可以使用可选择的微处理器40来电致动与口24连接的阀门42，以响应从传感器18捕获的显示料仓12内部的雪的水平已经下降至预先确定的较低水平的信号而自动打开以向总管20′供应CO₂。相似地，处理器40可以被配置为在CO₂雪已经到达期望的预先确定的上部水平时关闭阀门42。

此外，集装箱10、10′可以以联合运输方式使用。其可以以基本上任何方式，例如通过火车、轮船、卡车、飞机等等，被运送至偏僻的地区并且可以立即被卸载，或者其可以通过例如再填充CO₂而被转化为上文所讨论的储存应用中的一种或两种，以进行长时间的储存。此外，在一些应用中，可以期望将集装箱10、10′冷却至相互不同的温度，从而以比储存期间更冷的温度运输，或反之亦然。因此，料仓12中的CO₂的量可以被选择性地增加，以实现较低的温度和减少以实现较高(但仍然冻结)的温度。

还应当认识到，虽然在许多应用中将冷冻剂保持在货物区域14以外是期望的，但是这不是必须的。例如，可以使用混合方法，在混合方法中CO₂沉积至一个或多个料仓12中，而一些(例如，相对少量的)CO₂雪也直接沉积至货物区域14中。货物区域中的CO₂雪可以基于预期的运输的长度来预先确定，使得在集装箱到达目的地之时或在储存期结束之时雪已经升华。因此，将基本上没有雪保留在货物部分中，以方便卸载等等，但仍有一些雪留在料仓中，以在该装载/卸载期间保持期望的温度。

当集装箱到达其目的地时，或当储存结束时，集装箱的货物区域14中仍然有一些CO₂蒸气。然而，一旦门被打开并且CO₂蒸气被排出，在货物隔间中将不再有来自升华的CO₂雪的CO₂蒸气的持续的来源，因为所有的雪已经升华。然而，料仓中的CO₂雪将继续冷冻集装箱。

作为又一个选择，取决于应用，料仓12可以配置有可移动的壁。例如，当在美国境内运送时(即，运送持续时间是约一周或更短)，料仓将不需要如有较长持续时间的海外装运的料仓那么大。因此，料仓可以可选择地被制造为伸缩式结构，在伸缩式结构中，壁被配置为在轴向是可移动的，以根据需要选择性地扩大和减少料仓的容积。可以使用本领域的技术人员所知的任何合适的结构来提供这种伸缩式结构，例如使料仓壁能够在料仓的其余壁之内滑动地移动(例如，以轴向)的一系列轨道。

如上文所讨论的，本发明的各种实施方案基本上是无源的，例如，以有效地提供不需要被插入外部能源以便在运送或储存期间保持冷冻温度的“干货”集装箱。(关于这一点，传感器18、处理器40和阀门42可以由例如电池提供电力，以在运送或储存之前进行雪的测量，但所期望的温度将仍然被无源地保持。)然而，应当理解，本文所讨论的实施方案中的任一个可以可选择地配备有一个或多个主动的传热元件，例如，在可以例如由电池、发电机或线路功率得到电力的情况下。例如，如图7所示，可以在集装箱10、10′内部布置一个或多个风扇46(例如，电动操作的)，以增强通过集装箱10、10′的自然对流，以潜在地增加冷冻效率。风扇46的操作可以由处理器40(图2)控制，处理器40可以被配置为在预先确定的间隔，或可选择地响应货物区域14内部的例如由温度传感器(例如，电阻式温度检测器，“RTD”)50(图4)确定的温度的下降，循环启动和停止风扇。如同样所示的，可以将风扇46便利地布置于在料仓12和集装箱的顶板之间的空气间隙内部延伸的挡板48内部。因此，板48(和风扇46)可以被配置为在不需要时(例如对于相对短持续时间的运送或储存)作为单一装置被便利地除去。

可能需要外部电力(通过电池或以其他方式)的另外的选择包括使用一个或多个氧气监测器。氧气监测器可以被布置于货物区域14内部，并且被配置为对于人员安全地进入来说在货物区域内部存在不足的氧气的情况下产生警报。

本文所讨论的各种实施方案可以有利地提供用于利用回收的二氧化碳的机理。关于这一点，不断增加的工业过程(包括发电)正被要求捕获而非释放潜在的温室气体，例如CO₂。这些实施方案利用这种回收的二氧化碳作为冷冻剂，基本上不将新的二氧化碳释放入大气中，如使用由化石燃料提供电力的常规的基于压缩机的冷冻机创造寒冷环境时将发生的。

现在转向表I，描述了根据本发明的教导的代表性的方法。如所示，用于在不需要外部电力的情况下使货物保持处于冷冻状态达长时间段的方法包括100提供冷藏集装箱，例如上文在图1中示出和描述的冷藏集装箱。在102，将CO₂雪供应至冷冻剂隔间。在104，将货物装载入货物隔间中。在106，在供应102之后可选择地完成装载104。在108，密封货物隔间，以允许在冷冻剂隔间和被布置于货物隔间内的货物的表面之间发生对流。在110，可选择地将集装箱作为干货集装箱运送。在112，冷冻剂隔间可选择地被连接到CO₂供应部，并且响应于冷冻剂隔间中的所测量的CO₂水平而被自动地供应CO₂。在114，集装箱可选择地设置有被配置为热交换器的冷冻剂供应导管，冷冻剂供应导管从入口至出口穿过集装箱，以及在116，将冷冻剂供应部连接到入口，并且将冷冻剂返回部连接到出口，以冷冻集装箱。

表I

100	提供根据图1的冷藏集装箱
		102	将CO₂雪供应至冷冻剂隔间
104	将货物装载入货物隔间中
		106	可选择地，在供应102之后完成装载104
108	密封货物隔间以允许对流
		110	可选择地，将集装箱作为干货集装箱运送
112	可选择地，冷冻剂隔间被连接到CO₂供应部，并且响应于冷冻剂隔间内部的所测量的水平而被自动地供应CO₂。
		114	可选择地，集装箱设置有被配置为热交换器的冷冻剂供应导管，冷冻剂供应导管从入口至出口穿过集装箱
116	可选择地，将冷冻剂供应部连接到入口，并且将冷冻剂返回部连接到出口，以冷冻集装箱

以下阐释的实施例说明本发明的某些方面和实施方案，并且不预期将本发明限制于任何一个特定的实施方案或特征的组合。

实施例

实施例1

如图5、图3和图4所示的集装箱(没有可选择的空气循环轴和氮气制冷剂回路20″)根据以下参数构筑。该示例性的集装箱经过测试并且发现成功地将集装箱内部的温度下降至低于-50摄氏度。

集装箱的内部尺寸：

38′9 7/8″长

6′11 5/16″宽

8′0″高

两个后料仓的尺寸：

96″长

18″宽

90″高

壁和料仓之间的间距＝2″

两个料仓之间的间距43″+

料仓置于距后门58″处

前料仓的尺寸：

51″深

77″宽

带T底面90″高

顶板和料仓之间的间距＝6″

壁和侧面之间的间距＝3″

前壁和料仓前部之间的间距＝3″

其他尺寸：

料仓和前料仓之间的间距＝294″

在本实施例中，冷冻剂隔间界定约225平方英尺的总第一表面积，并且货物隔间界定约1275平方英尺的第二表面积，第一表面积与第二表面积的比率为约18％。

然而，应当认识到，该比率可以低得多，例如在期望货物区域内部有更高的温度的情况下。此外，较小的料仓可以是比相同表面积的较大的料仓更有利的，例如当用于相对短的运送距离时，因为较小的料仓将趋于需要较少的CO₂体积来提供相当的热交换表面积。这是因为当料仓中CO₂的水平下降时(即，当CO₂升华时)，料仓的有效热交换表面积下降，使得温度上升。当使用较小体积的料仓时，较小体积的CO₂提供较高的热交换表面积，使得可以使用较少的CO₂实现期望的温度，虽然是在较短的时间内。

在这些比率下，货物隔间被保持在-50摄氏度的超冻结温度，只要冷冻剂容器保持填充有其容量的至少25％的CO₂。

还提供具有第一表面积与第二表面积的约9％的比率的另外的相似集装箱。该集装箱能够在货物区域内部保持超冻结温度，只要冷冻剂容器的容量的至少50％被填充。相似地，可以使用6％的比率，只要冷冻剂容量的至少75％被填充，等等。

应当理解，相对于本文所描述的实施方案而描述的特征中的任一种可以被类似地应用于本文所描述的其他实施方案中的任一种，而不偏离本发明的范围。

在前述的说明书中，为了阐释和描述的目的，已经参照具体的示例性的实施方案描述了本发明。其并不预期是排他性的或将本发明限制于所公开的精确的形式。根据本公开内容，许多修改和变化形式都是可能的。本发明的范围不预期被这种详细的描述所限制，而是被本文所附的权利要求所限制。

Claims

1.一种冷藏集装箱，其能够保持约-50摄氏度或更低的超冻结温度，包括：

集装箱壁，所述集装箱壁被绝热至至少约r-20的值；

货物隔间，所述货物隔间被配置为在其内接收货物；

至少一个冷冻剂隔间，所述至少一个冷冻剂隔间被配置为在其内接收冷冻剂，所述冷冻剂隔间被配置为在其内接收CO₂雪，其中，所述CO₂雪和从所述CO₂雪升华的蒸气被保持与所述货物隔间分隔；

所述冷冻剂隔间被布置于货物隔间内部，并且被配置为允许所述货物隔间内部的环境大气接触所述冷冻剂隔间的至少三个侧面；并且

所述冷冻剂隔间在所述货物隔间内部的布置被配置为在所述货物隔间内部产生能够在所述货物隔间内部产生对流的温度梯度；

其中，所述集装箱被配置为当没有外部电源时保持所述超冻结温度。

2.根据权利要求1所述的集装箱，其中，所述冷冻剂隔间被布置并且被配置为允许所述货物隔间内部的环境大气接触所述冷冻剂隔间的至少四个侧面。

3.根据权利要求2所述的集装箱，其中，所述冷冻剂隔间被布置并且被配置为允许所述货物隔间内部的环境大气接触所述冷冻剂隔间的六个侧面。

4.根据权利要求3所述的集装箱，其中，所述冷冻剂隔间的侧面基本上是平面的。

5.根据权利要求1所述的集装箱，没有任何主动的流体流动装置。

6.根据权利要求1所述的集装箱，不使用被动冷冻，不使用机电装置或其他外部能量输入。

7.根据权利要求1所述的集装箱，包括在所述货物隔间内部从入口孔延伸至所述冷冻剂隔间的至少一个气体供应路径。

8.根据权利要求7所述的集装箱，其中，所述路径被配置为选择性地将CO₂从入口供应至所述冷冻剂隔间，并且允许从所述冷冻剂隔间升华的CO₂被排出至所述入口。

9.根据权利要求8所述的集装箱，其中，所述入口被配置为使得能够捕获从所述冷冻剂隔间升华的CO₂。

10.根据权利要求8所述的集装箱，其中，所述路径被配置为热交换器，以在CO₂与货物隔间供应和排出之间提供传热。

11.根据权利要求7所述的集装箱，还包括贯穿所述货物隔间从另一个入口延伸至出口的另一个气体供应路径，所述另一个气体供应路径接近于所述货物隔间，使得通过所述另一个气体供应路径供应的气体在物理上与所述货物隔间隔离。

12.根据权利要求11所述的集装箱，其中，所述另一个气体供应路径被配置为连接到液氮(N₂)供应部和返回部。

13.根据权利要求1所述的集装箱，其中，所述冷冻剂隔间界定第一表面积，并且所述货物隔间的壁界定第二表面积，第一表面积与第二表面积的比率是至少约5％。

14.根据权利要求13所述的集装箱，其中，所述第一表面积与第二表面积的比率是至少约10％。

15.根据权利要求14所述的集装箱，其中，所述第一表面积与第二表面积的比率是至少约20％。

16.根据权利要求1所述的集装箱，还包括被布置为穿过所述冷冻剂隔间的至少一个导管，所述导管与所述货物隔间流体相通。

17.根据权利要求1所述的集装箱，包括被布置于所述货物隔间内部的至少一个主动的流体流动装置。

18.根据权利要求17所述的集装箱，其中，所述主动的流体流动装置包括被配置为辅助流体部分内部的对流的至少一个风扇。

19.根据权利要求17所述的集装箱，还包括被配置为操作所述主动的流体流动装置的处理器。

20.根据权利要求19所述的集装箱，包括可通信地连接到所述处理器的温度传感器。

21.根据权利要求7所述的集装箱，包括被配置为产生对应于所述冷冻剂隔间内部的CO₂的水平的数据的水平传感器。

22.根据权利要求21所述的集装箱，包括可通信地连接到所述入口的阀门，以及可通信地连接到所述阀门和所述水平传感器的处理器，所述处理器被配置为响应于从所述水平传感器捕获的数据而选择性地致动所述阀门。

23.根据权利要求1所述的集装箱，其中，所述冷冻剂隔间由所述集装箱的底面支撑。

24.根据权利要求23所述的集装箱，其中，所述冷冻剂隔间被支撑在以彼此隔开的关系被布置于所述集装箱的底面上的多个轨道上。

25.根据权利要求1所述的集装箱，尺寸和形状制造成适合于ISO(国际标准组织)标准。

26.根据权利要求25所述的集装箱，尺寸和形状制造成适合于选自由ISO 20英尺、ISO 40英尺、ISO 20英尺高立方体、ISO 40英尺高立方体和LD3组成的组的ISO标准。

27.根据权利要求1所述的集装箱，其中，所述集装箱壁被绝热至至少约r-30的值。

28.根据权利要求1所述的集装箱，包括排气孔，所述排气孔被配置为在所述冷冻剂隔间内接收CO₂期间释放所述冷冻剂隔间内部的压力。

29.根据权利要求28所述的集装箱，包括导管，所述导管从可通信地连接到所述排气孔的近端延伸至被布置于所述冷冻剂隔间内部的远端，在所述集装箱被定向为将CO₂雪接收在其中时，所述远端垂直地偏移所述排气孔。

30.根据权利要求29所述的集装箱，其中，所述远端被垂直地布置于所述排气孔的上方。

31.根据权利要求30所述的集装箱，其中，所述远端被布置于所述冷冻剂隔间的高度的约上部10％之内。

32.根据权利要求31所述的集装箱，其中，所述远端被布置于所述冷冻剂隔间的高度的约上部4％至6％之内。

33.根据权利要求30所述的集装箱，其中，所述导管界定被弯曲以形成用于选出气体的弯曲流动路径的纵轴。

34.根据权利要求33所述的集装箱，其中，所述纵轴具有至少90度的总弯曲。

35.一种用于在不需要外部电力的情况下使货物保持处于冷冻状态达长时间段的方法，所述方法包括：

(a)提供如权利要求1所述的冷藏集装箱；

(b)向所述冷冻剂隔间供应CO₂雪；

(c)将货物装载入所述货物隔间中；

(d)密封所述货物隔间，以允许在冷冻剂隔间和被布置于所述货物隔间内部的货物的表面之间发生对流。

36.根据权利要求35所述的方法，还包括：将所述集装箱作为干货集装箱运送。

37.根据权利要求35所述的方法，其中，所述装载(c)在所述供应(b)之后完成。

38.根据权利要求35所述的方法，还包括：将所述冷冻剂隔间连接到CO₂供应部，并且响应于所述冷冻剂隔间中的所测量的CO₂水平而自动供应CO₂。

39.根据权利要求35所述的方法，其中，所述集装箱包括冷冻剂供应导管，所述冷冻剂供应导管被配置为从入口至出口穿过所述集装箱的热交换器，所述方法还包括：将冷冻剂供应部连接到所述入口，并且将冷冻剂返回部连接到所述出口，以冷冻所述集装箱。

40.根据权利要求35所述的方法，包括：向所述货物隔间供应CO₂雪。