CN108027192B - 热保护存储单元、运输箱及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于维持从下限温度直至上限温度的温度范围的热保护存储单元(1)，包括单元主体(2)和布置在单元主体(2)中的至少一个填充室(3)。该至少一个填充室(3)填充有第一相变材料(4)，该第一相变材料在约下限温度下改变它的相。该至少一个填充室(3)还填充有第二相变材料(5)，该第二相变材料在约上限温度下改变它的相。热保护存储单元(1)能够以适宜的方式有效且安全地将对温度敏感的货物特别是在其运输期间维持在所述温度范围内。

Description

热保护存储单元、运输箱及其用途
技术领域
本发明涉及一种热保护存储单元以及一种具有这种热保护存储单元的运输箱和这种运输箱的用途。
具有单元主体和布置在单元主体中的至少一个填充室的热保护存储单元可以用于维持从下限温度直到上限温度的温度范围。
背景技术
为了在对于相应的货物优选的或需要的温度范围内保存货物，现今使用各种装置。另外已知为了在一定的温度范围内运输货物而使用冷藏箱或冷藏运输箱。例如在运输医药制品并且特别是生物医药制品或者说生物医药时常常非常重要的是，能够保证在整个运输期间维持一定的温度范围。如果在运输期间不能够维持这个温度范围，那么通常不允许使用该药品。
已知的冷藏运输箱(10)的例子在图3、图4和图5中示出。冷藏运输箱(10)各自基本相似地构造。作为热保护存储单元的简单的实施方案，冷藏运输箱通常各包括一组热存储单元(11)和冷存储单元(12)，该热保护存储单元围住布置在内室(14)中的货物(13)，例如生物医药制品或常规的药品或食品。被围住的内室(14)应该确保货物的例如2℃至8℃的保存温度。冷藏运输箱(10)的其它层是布置在冷存储单元和热存储单元外部的绝热层(15)和外部瓦楞纸箱(16)。如果冷藏运输箱的箱总质量超过30公斤，那么通常使用木托盘来稳定和简化搬运。
在已知的冷存储单元和热存储单元的情况下，在现有技术中已知两种解决方法，即在图3中和在图4中所示的分开的热存储单元和冷存储单元的解决方案以及在图5中所示的热-冷组合单元的解决方案。
在第一种解决方法中，或者用石蜡或者用水填充热存储单元，其中，在5℃的冷藏室中预处理该单元。用水填充的冷储存单元在-20℃或-10℃下在冷冻室中预处理、即冷冻。
在第二种解决方法中，用石蜡填充热-冷组合单元，其中，必须在3.5℃±0.5℃的高精度的冷藏室中精确地预处理该单元。
在第一种解决方法中，分开的热单元和冷单元具有高的温差，该温差可能导致总热功率的自相蚕食。例如，如果第一种解决方法的具有-20℃的冷存储单元的冷藏运输箱在机场托运处或海关的冷藏室中滞留多天，那么药物会冻结并且因此不允许再对患者使用。
在采用热-冷组合单元的第二种解决方法中缺点是，热功率被分成冷却和加热。此外，由于精确的预处理非常昂贵以及由于石蜡成分的波动，该解决方法可能是不利的。
来自现有技术的上述两种解决方法典型地都具有生态环境和经济上的不利点，即所使用的各种冷藏运输箱以及蓄热元件不是被构造用于再利用，并且因此经常在一次性使用之后被作为废物处置掉。
发明内容
因此，本发明基于的目的是，以简单且适宜的方式实现在一定的温度范围内、特别是在运输期间有效且安全地存储对温度敏感的货物。
该目的根据本发明通过一种由下文所述的特征限定的热保护存储单元以及通过一种由下文所述的特征限定的冷藏箱来实现。本发明的有利的实施变型方案由下文描述中得出。
本发明的核心在于如下：一种用于维持从下限温度直到上限温度的温度范围的热保护存储单元包括单元主体和至少一个布置在单元主体中的填充室。该至少一个填充室填充有第一相变材料，该第一相变材料在约下限温度下改变其相位。该至少一个填充室还填充有第二相变材料，该第二相变材料在约上限温度下改变其相位。
与相变材料相关的术语“相”可以代表相关的相变材料的聚集态。特别地，术语“相”和“聚集态”在这一点上可以同义地使用。
与本发明相关联的术语“维持”可以涉及在特定的条件下在一定的时间段上保持。这些条件特别是包括如下温度，即要将对温度敏感的货物保持在该温度上。例如，所述维持可以涉及到，货物可以在例如对于运输所必需的时间段上被保持在温度范围内。
术语“对温度敏感的货物”可以理解为一种物品或一种产品或一种材料，当该货物位于温度范围之外时，它在性质或质量上将受到损害。特别地，如果对温度敏感的货物在一定的时间段上不被保持在温度范围内，那么该对温度敏感的货物的质量可能会变坏。例如，对温度敏感的货物可以是医药制品和尤其是生物医药制品。
热保护存储单元可以由例如固体塑料、如聚乙烯或类似材料制成。
至少一个填充室可以安全地容纳相变材料。但是该填充室最好具有可以确保相变材料的本源性的封闭件。因此可以防止对相变材料的操作。
通过本发明可以提供一种组合的热-冷热保护存储单元，其可以应用在冷藏运输箱或运输箱或冷藏箱中。特别地，冷藏运输箱或运输箱或冷藏箱可以通过根据本发明的至少一个填充室来同时提供热保护和冷保护功能。
上限温度通常不同于下限温度。特别地，上限温度高于或大于下限温度。由此温度区域的范围可以通过由上限温度减去下限温度来得出。典型的相变材料可以是盐的水溶液、水、盐水合物和由烷烃组成的石蜡。
本发明在充分利用相变材料状态变化的焓的情况下利用相对较高的熔化潜热、溶解潜热或吸收潜热来保护货物。对例如在固态和液态之间的相变的焓的利用是一种可逆的热力学过程，并具有高的循环稳定性。如在图2中可以看见的那样，在此情况下焓可以借助于差示量热法以J/g来测量。如果货物的储存温度被设定在确定的温度范围上，那么在热保护存储单元中的保存或在其中的运输必须以相同的温度范围来进行。
因此产生温度范围的两个温度界限值或者说上限温度和下限温度。特别地，通过热保护存储单元可以同时防止低于下限温度范围和超过上限温度范围。在此不会发生通过热保护存储单元的主动冷却或加热。
因此，根据本发明的热保护存储单元具有两个独立的保护装置，一个用于保护由下限温度限定的界限或温度下限和另一个用于保护由上限温度限定的界限或温度上限。
为了在冷侧面前保护温度下限，优选以尽可能靠近界限的方式提供合适数量的用于能量存储的第一相变材料。如果冷量或者说冷能从外部流向热存储单元，那么冷能在潜在或恒定的能量存储的情况下导致例如液态相变材料相变成例如固相或结晶的相或聚集态。
为了在流入热量的情况下保护温度上限，优选以尽可能靠近界限的方式提供合适数量的用于能量存储的第二相变材料。如果热量或者说热能流向热存储单元，那么热能在潜在或恒定的能量存储的情况下导致例如固态或结晶的相变材料相变成液态的相或聚集态。
本发明相对于现有技术主要具有以下的优点：
通过选择合适的第一相变材料和第二相变材料，可以使温度范围有效地适配于货物。例如，如果货物是药物，那么该温度范围可以对应于药物温度保护范围。
此外，包含在至少一个热存储单元中的两种不同的相变材料可以精准地且没有潜热储存损失地保护两个温度界限值。
此外，热存储单元可以具有多重保护能力或功率/重量比，这是因为两种相变材料可以具有相对高的潜热储存能力，因为不会发生总热功率的相互蚕食并且因为可以防止在保护存储单元上的热损失。
热保护存储单元的相对较高的保护能力也可以减小相关的冷藏运输箱或运输箱的壁厚并且因此导致与传统的运输箱相比以三次幂增大的箱有效容积。
最后，冻结的风险可以被最小化或消除，这例如对于在冷藏运输箱中的热保护存储单元例如在机场托运处或海关处的冷藏室中滞留多天的情况可能是重要的，这是因为热保护存储单元可以反过来在下限温度和上限温度下被热加载或被重新激活。
由此根据本发明的热保护存储单元能够以简单且适宜的方式将对温度敏感的货物特别是在其运输期间有效地和安全地维持在所述温度范围内。
优选地，第一相变材料约在下限温度下在固相和液相之间变化。与此类似地，第二相变材料约在上限温度下优选在固相和液相之间变化。这样的相变材料能够实现热保护存储单元的有效且精确的实施。
优选地，下限温度是约2℃并且上限温度是约8℃。如此限定的温度上限和温度下限限定了一个温度范围，该温度范围在许多应用中是期望的。例如药品并且特别是生物医药制品通常要在这个温度范围内保存。食品并且特别是新鲜食品，如乳制品、肉类或蔬菜，通常也优选被保持在该温度范围内。
对此备选地，优选下限温度为约15℃并且上限温度为约25℃。这样的界限温度允许限定一个包括通常存在的室温的温度范围。这样的室温范围例如对于储存多种药物或药品可能是期望的。
对此备选地，上限温度优选在约15℃至约25℃的范围内。在该范围内的上限温度可以在许多应用中是被期望的室温范围。
对此备选地，优选下限温度为约-25℃并且上限温度为约-18℃。这样的界限温度允许限定冷冻温度范围。在应该长时间储存货物的应用中，这样的温度范围可能是期望的。例如可以用于冷冻和储存食物。
对此备选地，优选下限温度为约-90℃并且上限温度为约-70℃。这样的界限温度允许限定如在制药工业中经常期望的温度范围。
优选地，所述至少一个填充室包括至少两个或正好两个填充室，其中，所述至少两个填充室中的第一填充室填充有第一相变材料，所述至少两个填充室中的第二填充室填充有第二相变材料。通过这样的热保护存储单元可以主要实现，相变材料可以被相互独立地选择。特别地，通过这样的设计方案可以防止，相变材料必须被混合并且可能相互作用。相应地，相变材料可以针对其使用目的被优化地选择，而不必考虑它们是否损害彼此。
本发明的另一方面涉及一种用于在从下限温度直到上限温度的温度范围内运输对温度敏感的货物的运输箱。运输箱包括用于容纳对温度敏感的货物的内室和包围内室的单元壁。在单元壁中布置至少一个如上所述的热保护存储单元。
通过术语“容纳”可以指将货物放置、安放/落座、摆放或以其它方式布置在热保护存储单元的内室中。为此所述内室可以是可进入的，例如是可打开的。然后可以将货物放置、安放或摆放到被打开的内室中并且内室可以再次被关闭。因此，内室可以完全封闭，使得货物完全被单元壁包围。
上述类型的热保护存储单元可以用于任何尺寸的运输箱，从小型的患者便携箱到快递运输箱和托盘运输箱直到飞机集装箱或海运集装箱尺寸的运输箱。利用这样的运输箱，可以有效地实现上述结合热保护存储单元描述的效果和优点。特别地，利用这样的运输箱，可以在货物运输的经常的应用情况下实现这些效果和优点。
根据本发明的运输箱的热保护存储单元或者甚至整个运输箱可以以各种方式被再利用。例如，在其用于运输药物之后，它们可以用作例如食物的冷藏箱。由于生态环境和经济的原因，这通常可以是有利的和有意义的。
优选地，在运输箱中的至少一个热保护存储单元被绝热层覆盖。术语“覆盖”在这一点上可以涉及，热保护存储单元至少部分地被从外部包围。例如，所述至少一个热保护存储单元可以如此地由绝热层包封。
所述绝热层可以是松散的材料，其例如被堆积地施加到单元壁上。或者，绝热层可以由例如以板或类似物形式的固体材料制成。
这种绝热层可以提高运输箱的效果。特别地可以阻挡在运输箱外部的相对快速的温度波动传递到热保护存储单元上。
优选地，运输箱包括保护壳，该保护壳布置在与内室邻接的单元壁的内侧上。这种保护壳可以实现在温度范围内特别有效地、柔和地和受保护地接纳货物。例如保护壳可以由内箱形式的瓦楞纸板制成。
本发明的另一方面涉及上述类型的运输箱的优选的用途。
特别地，根据本发明，运输箱可以用于运输医药制品，其中，下限温度为约2℃和上限温度为约8℃，或下限温度为约15℃和上限温度为约25℃，或下限温度为约-25℃和上限温度为约-18℃，或下限温度为约-90℃和上限温度为约-70℃。
或者，根据本发明，运输箱可以用于运输食品，其中，下限温度为约-25℃和上限温度为约-18℃，或下限温度为约2℃和上限温度为约8℃。
或者，根据本发明，运输箱可以用于运输人或动物的器官，其中，下限温度和上限温度适配于人或动物的器官。
虽然已经根据本发明的优选实施方式解释了本发明，但是在不超出本发明的范围的情况下还可以进行许多其它的修改和变化。因此规定，所附的权利要求书涵盖在本发明的实际范围内包括的修改和变化。
附图说明
本发明的其它的有利设计方案由下面借助于示意图对实施例的描述得出。特别地，下面在参考所附的图1和图2的情况下借助于实施例来更详细地描述根据本发明的热保护存储单元和根据本发明的运输箱。在图3、图4和图5中示出现有技术中的运输箱的实施方式，如其在上面描述的那样。附图所示：
图1示出具有根据本发明的热保护存储单元的根据本发明的运输箱的实施例；
图2示出用差示量热法在升高的温度上测量的图1的热保护存储单元的相变材料的热流的变化的图线；
图3示出来自现有技术的运输箱的第一实施例；
图4示出来自现有技术的运输箱的第二实施例；以及
图5示出来自现有技术的运输箱的第三实施例。
具体实施方式
某些术语在下面的描述中出于实际的原因被使用并且不应该被理解为是限制性的。词语“右”、“左”、“下”和“上”表示在图中被参照的方向。术语“向内”、“向外”、“在下方”、“在上方”、“在左边”、“在右边”或类似术语被用于描述所述的部件彼此间的布置、所述的部件相对彼此的运动以及朝向或离开本发明的几何中心以及本发明所提到的部件的几何中心的方向，如在图中所示的那样。这些空间上的相对数据还包括其它不同于在图中所示的位置和方向。例如，在当图中所示的部件被翻转时，被描述为“在下方”的元件或特征此时是“在上方”。术语包括上面明确提到的词语、这些词语的派生词和具有类似含义的词语。
图1示出了作为根据本发明的运输箱的实施例的冷藏运输箱7。冷藏运输箱7具有容纳约8升的内室6，用于容纳对温度敏感的药物，该对温度敏感的药物被单元壁91包围。单元壁91的内侧配置有形成内室6边界的保护层8。内室6具有准方形的横截面，还具有平的水平底壁、竖直侧壁和水平顶壁。在内室6的底壁上可以放置药物。
单元壁91配备有多个热保护存储单元1，它们围绕内室6布置。特别地，热保护存储单元1分别与内室6的底壁、侧壁或顶壁中的一个相邻接。热保护存储单元1各具有单元主体2，在单元主体中布置两个填充室3。填充室3平放地并排设置，从而两者都邻接内室6的相应的壁。每个热保护存储单元1的两个填充室3包括第一填充室和第二填充室3。第一填充室3填充有第一相变材料4，该第一相变材料在约2℃的情况下改变其相。第二填充室3填充有第二相变材料5，该第二相变材料在约8℃的情况下改变其相。特别地，第一相变材料和第二相变材料在2℃或8℃的情况下在固态和液态之间改变它们的相或聚集状态。
在向外方向上，单元壁91被绝热层92包围。由此热保护存储单元1被绝热层92封装并且被保护免受辐射和短期温度波动的影响。绝热层92包括下部容器部件和盖部件。绝热层92的盖部件可以被提起并且因此可以进入绝热层92的内部。运输箱1向外的部分被外壁93封闭。外壁93在其内部容纳运输箱1的所有其它的部件。可以从上方打开外壁。外壁93可以由纸板或瓦楞纸板构成。
通过相应的第一填充室和第二填充室3或包含在其中的相变材料可以将内室6保持在2℃至8℃的温度范围内。布置在内室6中的药物因此可以在其运输期间在该温度范围中进行保存。
特别地，在低于2℃的冷量透过绝热层92的情况下，在第一填充室3中的第一相变材料4可以逐渐从液相变为固相。由此相对大量的冷能可以被吸收并且内室6持续被保护免受冷辐射的影响。因此第一相变材料4起冷屏障的作用。
与此类似地，在超过8℃的热量透过绝热层92的情况下，在第二填充室3中的第二相变材料5逐渐从固相变为液相。由此相对大量的热能可以被吸收并且内室6持续被保护免受热辐射的影响。因此第二相变材料5起热屏障的作用。
在图2中示例性地示出热流是如何穿过热保护存储单元1的第二相变材料5的。从中可以看出，从-50℃到+50℃存在有在大的范围上的略小于1mW的准恒定的热流。在大约-24℃下，发生约4mW的脉冲。通过该脉冲的面积得出，第二相变材料5每克可以吸收约18J。一个显著更大的第二脉冲存在于约8℃的情况下，在该温度下第二相变材料5在液态和固态之间改变它的相。通过该第二次脉冲的面积得出，第二相变材料5每克可以吸收约150J。通过这样的分析或如在图2中所示的测量，可以确定正好满足要求的条件的相变材料。特别地，在图2中所示的材料适合作为8℃左右的温度屏障。
尽管本发明已经通过附图和相关的描述被示出和详细地描述，但是这种示出和这种详细的描述应被理解为是说明性和示例性的，而不是限制本发明。为了不美化本发明，在一些情况下可以不详细地示出和描述众所周知的结构和技术。应该理解的是，本领域技术人员可以在不脱离随后的权利要求书的范围的情况下进行修改和变型。特别地，本发明覆盖具有可能不同于明确描述的特征组合的特征任意组合的其它实施例。例如，本发明也可以以下面的形式实现：
-第一相变材料和第二相变材料也可以被填充在一个公共的填充室中。这可以简化热保护存储单元的结构。然而在此情况下必须注意，两种相变材料不相互干扰或相互影响。
-对于在托盘上的冷藏运输箱或对于飞机和船运集装箱的情况，替代顶盖，可以打开侧壁。
本公开还包括具有在各种实施例之前或之后提及或示出的特征的任意组合的实施方式。本公开同样包括附图中的各个特征，即使这些特征在附图中与其它特征相关联地示出和/或在之前或之后没有被提及。在附图和说明书中描述的实施方式的替代方案和实施方式的特征的各个替代方案也可以从发明主题或从所公开的主题中排除。该公开包括仅仅包括在权利要求书或在实施例中描述的特征的实施方式以及包括那些附加的其它特征的实施方式。
此外术语“包括”及其派生词不排除其它的元件或步骤。同样，不定冠词“一”或“一个”及其派生词不排除多个。在权利要求书中列出的多个特征的功能可以通过一个单元或一个步骤来实现。与特性或值相关联的用语“基本上”、“约”、“大约”和类似用语尤其也精确地限定该特性或精确地限定该数值。与给定的数值或值范围相关联的用语“约”和“大约”可以涉及在给定值或范围的20％内、10％内、5％内或2％内的值或范围。在权利要求书中的所有附图标记不应被理解为限制权利要求书的范围。

Claims (14)

1.一种用于维持从下限温度直到上限温度的温度范围的热保护存储单元(1)，包括：
-单元主体(2)和
-布置在所述单元主体(2)中的至少一个填充室(3)，
其特征在于，
所述至少一个填充室(3)填充有第一相变材料(4)，所述第一相变材料在大约下限温度下改变其相，并且所述至少一个填充室(3)填充有第二相变材料(5)，所述第二相变材料在大约上限温度下改变其相。
2.根据权利要求1所述的热保护存储单元(1)，其特征在于，所述第一相变材料(4)在大约下限温度下在固相和液相之间变化。
3.根据权利要求1所述的热保护存储单元(1)，其特征在于，所述第二相变材料(5)在大约上限温度下在固相和液相之间变化。
4.根据权利要求1所述的热保护存储单元(1)，其特征在于，所述下限温度为约2℃，所述上限温度为约8℃。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的热保护存储单元(1)，其特征在于，所述下限温度为约15℃，所述上限温度为约25℃。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的热保护存储单元(1)，其特征在于，所述下限温度为约-25℃，所述上限温度为约-18℃。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的热保护存储单元(1)，其特征在于，所述下限温度为约-90℃，所述上限温度为约-70℃。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的热保护存储单元(1)，其特征在于，所述至少一个填充室(3)具有封闭件。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的热保护存储单元(1)，其特征在于，所述至少一个填充室(3)包括至少两个填充室(3)，其中，所述至少两个填充室(3)中的第一填充室填充有第一相变材料(4)，而所述至少两个填充室(3)中的第二填充室填充有第二相变材料(5)。
10.一种用于在从下限温度直到上限温度的温度范围内运输对温度敏感的货物的运输箱(7)，其包括：
-用于容纳所述对温度敏感的货物的内室(6)，和
-包围所述内室(6)的单元壁(91)，
其特征在于，
在所述单元壁(91)中布置有至少一个根据权利要求1-9中任一项所述的热保护存储单元(1)。
11.根据权利要求10所述的运输箱(7)，所述运输箱(7)包括绝热层(92)，其中，所述绝热层(92)覆盖所述至少一个热保护存储单元(1)。
12.根据权利要求10或11所述的运输箱(7)的用于运输医药制品的用途，其中，所述下限温度为约2℃而所述上限温度为约8℃，或所述下限温度为约15℃而所述上限温度为约25℃，或所述下限温度为约-25℃而所述上限温度为约-18℃，或所述下限温度为约-90℃而所述上限温度为约-70℃。
13.根据权利要求10或11所述的运输箱(7)的用于运输食品的用途，其中，所述下限温度为约-25℃而所述上限温度为约-18℃，或所述下限温度为约2℃而所述上限温度为约8℃。
14.根据权利要求10或11所述的运输箱(7)的用于运输人体器官或动物器官的用途，其中，所述下限温度和所述上限温度适配于人体器官或动物器官。
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