CN109716042A - 输送容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于输送温度敏感的输送货物的输送容器，该输送容器具有用于容纳输送货物的腔室（9）、包围腔室（9）的外罩和用于对腔室（9）进行温度控制的至少一个冷却元件，所述冷却元件包括具有冷却面（4）的蒸发元件（3、19、31）和用于吸收所述蒸发元件（3、19、32）中蒸发的冷却剂的干燥剂（5、21、32）。输送容器还包括潜热存储器（2、20、30），其与腔室进行热交换连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于输送温度敏感的输送货物的输送容器，该输送容器包括用于容纳输送货物的腔室、包围腔室的外罩和用于对腔室进行温度控制的至少一个冷却元件，其中冷却元件包括：
- 具有冷却面的蒸发元件，
- 用于吸收蒸发元件中蒸发的冷却剂的干燥剂，
- 将被蒸发的冷却剂输送到干燥剂的输送路径，
- 必要时包括用于冷却剂的、可与蒸发元件流体连接的储存腔室。
背景技术
当输送温度敏感的输送货物、例如药物时，在数小时或数天的时间段内，在存放和输送期间必须遵守预先给定的温度范围，以确保药物的可用性和安全性。对于不同的药物，规定2至25℃、特别是2至8℃的温度范围作为存放和输送条件。
期望的温度范围可以高于或低于环境温度，从而需要冷却或加热输送容器的内部空间。如果在输送过程期间环境条件改变，则所要求的温度控制既包括冷却又包括加热。为了在输送过程中永久地和确实地遵守所期望的温度范围，使用具有特殊绝缘能力的输送集装箱。这些集装箱配备有无源的或有源的温度控制元件。无源的温度控制元件在使用期间不需要外部的能量供应，但是使用它们的储热能力，其中取决于温度水平进行热量向待温度控制的输送容器内部空间的或从待温度控制的输送容器内部空间的排出或吸收。然而，一旦完成与输送容器内部空间的温度均衡，这种无源的温度控制元件就会耗尽。
一种特殊形式的无源的温度控制元件是潜热存储器，其能够在相变材料中存储热能，其潜在的熔化热量、溶液热量或吸收热量远大于它们基于其正常的比热容可以存储的热量。潜热存储器的缺点是以下情况，一旦整个材料已经完全经历相变，它们就会失效。然而，通过实施相反的相变，可以对潜热存储器进行再充电。
有源的温度控制元件需要外部的能量供应才能运行。它们基于非热能形式到热能形式的转变。例如，在热力学循环过程的背景下，在此比如借助于压缩制冷机来排出或吸收热量。有源的温度控制元件的另一种构造方案基于热电原理工作，其中使用所谓的帕尔贴元件（Peltier-Element）。
因此，用于输送集装箱的温度控制所需的能量必须以电存储器或热存储器的形式协同引导。在此，特别是在用于空运的输送集装箱的情况下，不仅是包括能量存储器的温度控制系统的体积非常重要，而且其重量和允许能力都是非常重要的。现今存在的冷却系统通常具有与隔绝相关的大重量。无源的冷却系统的高重量是由于有限的焓，因为其在2-8℃、15-25℃和34-38℃的可利用的温度范围内约为200kJ/kg。用于有源的冷却系统所需的蓄电装置的能量密度通常大于200kJ/kg，但用于飞机输送的最大允许的能量密度大约为180kJ/kg。
从WO 02/099345 A1中已知一种输送集装箱，其配备有构造为吸附冷却系统的无源的温度控制元件。冷却系统包括具有冷却面的蒸发元件、用于吸收蒸发元件中蒸发的冷却剂的干燥剂、用于将被蒸发的冷却剂输送到干燥剂的输送路径以及用于冷却剂的可与蒸发元件流体连接的储存腔室。例如使用水作为冷却剂，其中用于冷却剂的蒸发所需的热量从待冷却的输送货物中吸取，并且以这种方式和方法冷却输送货物。这种冷却系统便宜并且体积小且重量轻。相对少量携带的冷却剂已经足以实现高的冷却功率，因为对于液体的蒸发而言需要大量能量，所述能量显著高于从固态到液态的相变的能量。在8°C用于蒸发水所需的能量约为2500kJ/kg。空气或气体或气体混合物可吸收的绝对水量（100％相对空气湿度）在很大程度上取决于温度。在30°C的温度下，1m3的空气可以吸收30gr的水，但是在5°C的温度下，1 m3的空气只能吸收约7gr的水。蒸发速率以及由此冷却功率可通过以下参数进行调节：每时间单位的供水量、蒸发表面的尺寸和周围气体的相对含水饱和度。为了实现周围气体的低含水饱和度，装载有被蒸发的水的气体被引导到干燥剂，该干燥剂吸附水。在这种情况下，干燥剂位于冷却元件的如下侧上，应在该侧上排出热量，并且蒸发层位于冷却元件的如下侧上，应在该侧上进行冷却。
WO 02/099345 A1中描述的冷却系统的缺点是，输送容器只能被冷却但不能被加热。但是，例如如果环境温度明显低于0℃并且输送货物应保持在2-8℃的温度范围内，则需要加热。另一个问题是，当环境温度本来就处于所期望的范围、例如2-8℃内时，那么也会进行蒸发冷却，例如如果输送集装箱在冷藏仓库中存放较长的时间，有时在通关期间最多可存放60天就是这种情况。在这么长时间之后，待蒸发的冷却剂被消耗，因此在离开冷藏仓库之后，没有进一步的冷却功率可用于进一步的输送。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种开头所述类型的输送集装箱，其配备有改进的冷却系统。特别地，冷却系统应该由此改进，使得输送货物在冷却系统重量不变的情况下可以在更长的输送时间内保持在预先限定的温度范围内，或者在不减少最大可能的输送时间的情况下可实现减小冷却系统的重量和/或体积。在此，预先限定的温度范围能够不仅应在相对于该温度范围较高的环境温度下，而且也应在相对于该温度范围较低的环境温度下得到保持。
为了实现该目的，在开头所述类型的输送容器中，本发明基本上规定，输送容器还包括潜热存储器，其与腔室进行热交换连接。两种不同冷却系统的、即蒸发冷却系统与潜热存储器的组合带来一系列优点。蒸发冷却系统的功率可以降低，从而它可以设计得结构更小并且重量更轻。总冷却功率可以在蒸发冷却系统和潜热存储器之间分配。冷却系统可以设计成，如果蒸发冷却系统的功率不再足够并且腔室的温度升高，那么就从潜热存储器获得额外的冷却功率，该潜热存储器需要能量以完成从固态到液态的相变。
冷却系统可以优选地构造成使得潜热存储器的相变温度（从固态到液态）选择为低于由蒸发冷却系统的冷却功率所产生的温度。利用蒸发冷却系统，腔室的温度可以优选地降低到12-20℃的温度，其中借助于潜热存储器进一步冷却到2-8℃的范围内的温度。由于这种组合，蒸发冷却系统的干燥剂可以在较高的相对空气湿度下工作，由此可以减少干燥剂量。在此，潜热存储器的量也可以减少，因为它只需提供用于从12-20℃的范围冷却到2-8℃的范围所需的能量。
另一个优点是，对于部分充电（即未完全晶体化的）的潜热存储器来说，当外部温度低于所期望的温度范围的水平时，可以使用这一点来保护腔室免于过冷或将腔室保持在所期望的温度范围、例如2-8°C内。
在一种优选的构造方案中，其中在腔室中的输送货物应当保持在2-8℃的温度范围内，潜热存储器构造为具有约4-6℃的相变温度。
如果输送集装箱例如在2-8℃的温度下存放在冷藏仓库中（例如，在海关仓库中）达更长的时间（例如几天），并且蒸发冷却系统设定为冷却功率以达到高于在冷藏仓库中存在的温度的温度，则蒸发冷却系统在存放时间期间不工作，从而不消耗冷却剂。此外，存放的时间段可用于给潜热存储器充电，如果潜热存储器的相变温度为6℃，这在冷藏仓库中在例如低于6℃的温度下自动地发生。由此，在两个系统（潜热存储器和蒸发冷却系统）的最小尺寸的情况下，可以实现输送集装箱的相比于仅单独使用冷却系统而言更长的使用或输送持续时间。
当蒸发冷却系统提供比所需冷却功率更多的冷却功率时，得到本发明的另一个优点。然后可以使用过量的冷却功率为潜热存储器再充电，即让它恢复到固态或结晶状态。
本发明的一种优选的构造方案规定，蒸发冷却系统和潜热存储器以级联方式布置，即在从输送集装箱的外部到内部的方向上看，首先蒸发冷却系统是有效的，并且然后是潜热存储器。因此，蒸发元件的冷却面与潜热存储器进行热交换连接，并且潜热存储器与腔室进行热交换连接。从构造上的方面来看，这可以优选地通过将潜热存储器布置在冷却面和腔室之间来实现。
如果将蒸发冷却系统的冷却功率设定至高于潜热存储器的相变温度的温度，则一种优选的构造方案规定，冷却面和潜热存储器通过热绝缘而彼此分离。那么尽管蒸发元件的冷却面和潜热存储器彼此进行热交换连接，但是热交换因热绝缘而显著减慢，从而由此产生相应的温度梯度。
为了确保蒸发冷却系统的可靠的工作方式，其中可以独立于环境来调节相对空气湿度，优选地规定，蒸发冷却元件以蒸气扩散密封的方式相对于环境密封。因此，被蒸发的冷却剂完全吸附在干燥剂中，其中可以通过设定在蒸发冷却系统的气体气氛（Gasatmosphaere）中存在的相对湿度以简单的方式确定冷却功率。
此外，优选规定，蒸发元件和干燥剂通过热绝缘而彼此分离。热绝缘可以构造为布置在蒸发元件和干燥剂之间的绝缘层，其中绝缘层可以用作将被蒸发的冷却剂输送到干燥剂的输送路径。在该上下文中，一种优选的构造方案规定，蒸发元件和干燥剂之间的热绝缘包括蒸汽可扩散透过的、形成传输路径的绝缘层。
替代性地，传输路径可包括在蒸发元件和干燥剂之间延伸的至少一个通道。
特别好适合作为干燥剂的是硅胶。这些硅胶便宜，并且可以吸收高达自身重量的60％的液体、特别是水。
蒸发元件有利地包括吸收有冷却剂、特别是水的织物、特别是毛毡。原则上，任何具有大表面的材料都是合适的。
关于潜热存储器，这样的潜热存储器是优选的，该潜热存储器在所期望的温度控制的温度范围内发生的相变通过固态和液态之间的转变来表征或反之亦然。优选的相变材料包括石蜡和盐混合物、诸如Rubitherm公司的RT5或Sasol公司的石蜡。
特别优选地，潜热存储器具有3-10℃、特别是5℃的相变温度，由此用于输送货物的腔室可以在2-8℃的温度范围内以简单的方式得到保持。
潜热存储器可以优选地构造为板形的元件。当板形的元件可以具有多个特别是蜂窝形的、填充有潜热存储器材料的空腔时，得到一种有利的构造方案，其中根据WO 2011/032299 A1的蜂窝结构元件是特别有利的。
当潜热存储器在所有侧面围绕腔室时，则根据一种优选的实施方案实现特别有效的温度控制。此外，也可以规定，蒸发元件的冷却面在所有侧面围绕腔室。
在这种情况下可以规定，潜热存储器和蒸发元件分别形成输送容器的外罩层。
根据本发明的输送集装箱原则上可以以任何尺寸实现。
附图说明
下面将参考附图中示意性示出的实施例更详细地阐释本发明。其中：
图1示出了用于根据本发明的输送集装箱的冷却系统的第一种构造方案；
图2示出了用于根据本发明的输送集装箱的冷却系统的第二种构造方案；
图3示出了具有冷却系统的输送集装箱的第一种构造方案的横截面；
图4示出了沿图3中的线IV-IV的横截面；
图5示出了具有冷却系统的输送集装箱的第二种构造方案的横截面，并且
图6示出了沿图5中的线VI-VI的横截面。
具体实施方式
图1中示出了冷却系统，其包括蒸发冷却系统1和潜热存储器2。蒸发冷却系统1包括蒸发元件3，该蒸发元件浸有冷却剂、例如水，并且具有冷却面4，该蒸发冷却系统还包括用于吸收在蒸发元件3中蒸发的冷却剂的干燥剂5。在蒸发元件3和干燥剂5之间布置有隔热层7，该隔热层构造为蒸汽可扩散透过，以允许被蒸发的冷却剂从蒸发元件3输送到干燥剂5。被蒸发的冷却剂被吸附在干燥剂5中，该干燥剂例如由硅胶形成。所描述的蒸发冷却系统1的元件由气密的包覆部或气密的壳体8围绕，使得蒸发冷却系统1内的气体气氛的相对空气湿度可以独立于环境来得到调节。
干燥剂5在此位于在蒸发冷却系统1的如下侧上，应在该侧上排出热量，并且蒸发元件3位于蒸发冷却系统1的如下（相对而置的）侧上，应在该侧上进行冷却。
在蒸发冷却系统1的冷却侧上现在布置有板形的潜热存储器2，该潜热存储器与蒸发冷却系统1的冷却面4直接或者通过中间连接热绝缘部（未示出）而进行热交换连接。待温度控制的腔室9布置在潜热存储器2的背离蒸发冷却系统1的一侧上。
在图2中示出了一种替代性的构造方案，其中相同的附图标记表示与图1中相同的构件。根据图2的构造方案与根据图1的构造方案不同之处在于，被蒸发的冷却剂从蒸发元件3到干燥剂5的输送不是通过隔绝层7进行，而是通过单独的通道10进行。因此，气密的包覆部也不必围绕隔绝层7，而是限于蒸发元件3、通道10和干燥剂5。该构造方案允许干燥剂5的布置具有更大的灵活性，其中干燥剂例如可以可更换地容纳在输送集装箱中。此外，设置用于冷却剂、特别是水的与蒸发元件3连接的储存腔室6，这允许以简单的方式再填充冷却剂。根据图2的构造方案特别适用于大容量的输送集装箱。
图3和4示出了六面体形的输送容器11，其壁被标记为12、13、14、15和16。在第六面上，输送容器11由门或盖17封闭。壁和盖具有以下层结构。壁12、13、14、15和16分别包括由绝热材料制成的外部的隔绝层18。紧接着是构造为蒸发元件的层19。限定待温度控制的腔室9的最内层20构造为潜热存储器层。壁13另外具有干燥剂作为最外层21。然而，具有干燥剂的层也可以布置在另一个壁上作为最外层。隔绝层18构造为蒸汽可扩散透过，以允许被蒸发的冷却剂从蒸发层19输送到干燥剂21。盖17仅包括外部的隔绝层18和潜热存储器层20。
图5和6示出了六面体形的输送容器22的一种改型的构造方案，其壁由23、24、25、26和27表示。在第六面上，输送容器22由门或盖28封闭。壁和盖具有以下层结构。壁23、24、25、26和27分别包括外部的隔绝层29和内部的潜热存储器层30。盖28同样包括隔绝层29，该隔绝层位于构造为蒸发元件的位于内部的层31和包括干燥剂的位于外部的层32之间。盖28可以以简单的方式得到更换，由此可以将经消耗的冷却元件更换为未消耗的冷却元件。
Claims (13)
1.用于输送温度敏感的输送货物的输送容器，该输送容器包括用于容纳所述输送货物的腔室（9）、包围所述腔室（9）的外罩和用于对所述腔室（9）进行温度控制的至少一个冷却元件，其中所述冷却元件包括：
- 具有冷却面（4）的蒸发元件（3、19、31），
- 用于吸收所述蒸发元件（3、19、31）中蒸发的冷却剂的干燥剂（5、21、32），
- 用于将被蒸发的冷却剂输送到所述干燥剂（5、21、32）的输送路径，
- 必要时还包括用于所述冷却剂的、能够与所述蒸发元件（3、19、31）流体连接的储存腔室（6），
其特征在于，所述输送容器还包括潜热存储器（2、20、30），所述潜热存储器与所述腔室（9）进行热交换连接。
2.根据权利要求1所述的输送容器，其特征在于，所述冷却面（4）与所述潜热存储器（2、20、30）进行热交换连接并且所述潜热存储器（2、20、30）与所述腔室（9）进行热交换连接。
3.根据权利要求1或2所述的输送容器，其特征在于，所述潜热存储器（2、20、30）布置在所述冷却面（4）和所述腔室（9）之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的输送容器，其特征在于，所述冷却面（4）和所述潜热存储器（2、20、30）通过热绝缘而彼此分离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的输送容器，其特征在于，所述冷却元件以蒸汽扩散密封的方式相对于环境密封。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的输送容器，其特征在于，所述蒸发元件（3、19、31）和所述干燥剂（5、21、32）通过热绝缘而彼此分离。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的输送容器，其特征在于，所述输送路径包括在所述蒸发元件（3、19、31）和所述干燥剂（5、21、32）之间延伸的至少一个通道（10）。
8.根据权利要求6或7所述的输送容器，其特征在于，所述蒸发元件（3、19、31）和所述干燥剂（5、21、32）之间的热绝缘包括蒸汽能够扩散透过的、形成所述输送路径的绝缘层。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的输送容器，其特征在于，所述潜热存储器（2、20、30）的相变温度为3-10℃、特别是5℃。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的输送容器，其特征在于，所述蒸发元件（3、19、31）包括吸收所述冷却剂、特别是水的织物、特别是毛毡。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的输送容器，其特征在于，所述潜热存储器（2、20、30）在所有侧面围绕所述腔室（9）。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的输送容器，其特征在于，所述蒸发元件（3、19、31）的冷却面（4）在所有侧面围绕所述腔室（9）。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的输送容器，其特征在于，所述潜热存储器（2、20、30）和所述蒸发元件（3、19、31）分别形成所述输送容器的外罩层。
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