CN109891166A - 运输容器 - Google Patents

Abstract

一种用于运输对温度敏感的运输物品的运输容器，带有用于容纳所述运输物品的腔室（9）、包围所述腔室（9）的套筒和至少一个用于对所述腔室（9）调温的冷却元件，所述冷却元件包括：带有冷却面（4）的蒸发元件（3、22、33）；用于吸收在所述蒸发元件（3、22、33）中蒸发的冷却剂的干燥剂（5、34）；用于所述冷却剂的能够与所述蒸发元件（3、22、33）处于流体连接中的储备腔室（6、36）。设置有用于蒸发储存在所述干燥剂中的冷却剂的器件，所述干燥剂（5、34）与该储备腔室连接，用于把蒸发的冷却剂运输至所述储备腔室（6、36）。

Description

运输容器

技术领域

本发明涉及一种用于运输对温度敏感的运输物品的运输容器，包括用于容纳运输物品的腔室、包围该腔室的套筒和至少一个用于对该腔室调温的冷却元件，其中，该冷却元件包括：

– 带有冷却面的蒸发元件；

– 用于吸收在蒸发元件中蒸发的冷却剂的干燥剂；

– 用于把蒸发的冷却剂运输至干燥剂的运输路段；

– 用于冷却剂的能够与蒸发元件处于流体连接中的储备腔室。

背景技术

在运输对温度敏感的运输物品比如药品情况下，在仓储和运输时必须遵守预先给定的温度范围长达数小时或数天的时间段，以便保证药品的可用性和安全性。对于不同的药品，规定了2至25℃、特别是2至8℃的温度范围作为仓储和运输条件。

所希望的温度范围可以位于环境温度以上或以下，从而需要对运输容器的内腔室予以冷却或加热。如果环境条件在运输过程期间发生改变，则所需要的调温可以既包括冷却，又包括加热。为了在运输时持久地且可证实地（nachweislich）遵守所希望的温度范围，采用了具有特殊的绝缘能力的运输容器。这些容器配备有无源的或有源的调温元件。无源的调温元件在使用期间无需外部的能量供应，而是利用其蓄热容量（Wärmespeicherkapazität），其中，根据温度水平而定，将热排出到待调温的运输容器内腔室中，或者从该运输容器内腔室吸收热。然而，一旦与运输容器内腔室的温度平衡结束，这种无源的调温元件就会耗尽。

无源调温元件的一种特殊形式是潜热蓄热器，其能把热能储存在相变材料中，这些相变材料的潜在的熔化热、溶解热或吸收热明显大于相变材料基于其正常的特定的比热容（Wärmekapazität）所能够储存的热。潜热蓄热器的缺点是如下状况：一旦整个材料完全经过相变，这些潜热蓄热器就会丧失它们的作用（Wirkung）。然而可以通过进行反向的相变使得潜热蓄热器又被装载。

有源的调温元件需要外部的能量供应用于其运行。它们基于把非热能形式的转变为热能形式。热的排放或吸收在此例如在热动力的循环过程中进行，比如借助于压缩制冷机进行。有源调温元件的另一种设计基于热电原理工作，其中采用了所谓的帕尔帖元件。

为了调温运输容器而需要的能量因而必须以电的储存器或热的储存器的形式被带走。在此，特别是对于用于空运货物（Luftfracht）的运输容器而言，不仅调温系统连同蓄能器的体积，而且其重量和执行能力（Bewilligungsfähigkeit）都起到重要的作用。当今存在的冷却系统相比于隔热件往往具有大的重量。无源冷却系统的大的重量起因于有限的热焓（Enthalpie），因为在大约200kJ/kg情况下该热焓处于2-8℃、15-25℃和34-38℃的可用温度范围内。对于有源冷却系统所需要的蓄电池的能量密度在原则上大于200kJ/kg，但在飞机中用于运输的最高允许的能量密度约为180kJ/kg。

由WO 02/099345 A1已知一种运输容器，其配备有被构造成吸收式冷却系统的无源调温元件。该冷却系统包括带冷却面的蒸发元件、用于吸收在蒸发元件中蒸发的冷却剂的干燥剂、用于把蒸发的冷却剂运输至干燥剂的运输路段和用于冷却剂的能够与蒸发元件处于流体连接中的储备腔室。作为冷却剂，例如采用水，其中，对于冷却剂的蒸发必需的热量由待冷却的运输物品获得，并以这种方式和方法冷却该运输物品。这种冷却系统成本低廉，且具有小的体积和轻的重量。被带走的比较少量的冷却剂就已经足以实现高的冷却功率，因为为了液体蒸发需要大量能量，这些能量明显多于固态到液态的相变化（Phasenübergang）的能量。为了蒸发水所需要的能量在8℃下约为2500kJ/kg。空气或气体或气体混合物所能吸收的绝对的水分量（100%的相对空气湿度）主要取决于温度。在30℃的温度下，1m³的空气能吸收30gr的水分，而在5℃的温度下，1m³的空气只能吸收大约7gr的水分。可以通过如下参数来调节蒸发速度，进而调节冷却功率：每单位时间的水分供应、蒸发表面积的大小和周围气体的相对的水分饱和度。为了实现周围气体的小的水分饱和度，把承载有蒸发的水分的气体引导至吸收水分的干燥剂。干燥剂在此位于冷却元件的要排放热的所在侧，蒸发层位于冷却元件的要予以冷却的所在侧。

在WO 02/099345 A1中记载的冷却系统的缺点是，一旦水分耗尽或者干燥剂达到饱和，就不再发生冷却。只有当使用新的冷却液体和新的干燥剂时才能又进行冷却。而这对于大型的运输容器来说很麻烦，并且因此不适宜。为了例如将船运容器冷却长达30天，大约需要18Wh/K。在相差25K时，需要18Wh/K*25K = 450Wh的冷却功率。水分的纯粹蒸发需要大约694Wh/kg，与干燥剂一起得到用于系统的大约347Wh/kg的能量密度。由此，为了在30天的持续时间期间自主地冷却船运容器，需要大约500kg水和500kg干燥剂。此外，柴油-机组的重量效率明显较低。该机组每小时约需要2-3升的柴油，这需要至少1440升的柴油油箱。此外必须考虑到该机组本身的重量以及维修和维护成本。

发明内容

本发明的目的因此在于，给开篇所述类型的运输容器配备改善的冷却系统。特别是要对冷却系统予以如下改善：使得在冷却系统的重量相同的情况下运输物品在较长的运输时间内保持在预定的温度范围内，或者在不缩短最长可能的运输时间情况下可以实现减小冷却系统的重量和/或体积。

为了实现该目的，针对开篇所述类型的运输容器，本发明主要规定，设置有用于蒸发储存在干燥剂中的冷却剂的器件，并且干燥剂与该储备腔室连接，用于把蒸发的冷却剂运输至储备腔室。通过这种方式，冷却元件可以再次装载。在冷却过程期间，冷却液体特别是水被蒸发，进入到干燥剂中，并且凝结在那里。再次装载如下进行：冷却液体由干燥剂被回收，且回到储备腔室，其中，干燥剂按如下方式把在其中凝结的冷却液体排出，使得所述冷却液体蒸发。一种优选的设计（Abbildung）在此规定，用于蒸发冷却剂的器件包括加热机构和/或用于减小压力的装置比如真空泵。加热机构例如被构造用于将干燥剂加热到至少120℃，优选加热到大约160-200℃。为此可以优选地规定，加热机构包括延伸经过干燥剂的加热盘管。加热机构可以优选地电运行。

本发明因而能实现用于冷却剂的闭合的循环（Kreislaufs）的实施。

蒸发的冷却剂优选在通至储备腔室的路段上冷凝，且在液态状态下被引导到储备腔室中。一种优选的设计相关地规定，设置一种用于运输蒸发的冷却剂的、把干燥剂与储备腔室连接起来的管路。把干燥剂与储备腔室连接起来的管路优选具有至少一个曲折的区段，该曲折的区段用作冷凝器。

代替对干燥剂的加热，根据干燥剂而定，也可以通过降低压力、特别是通过产生真空，来进行液体从干燥剂中的脱离。于是在储备腔室与干燥剂之间使用真空泵，该真空泵在干燥剂中产生负压，由此使得凝结的液体蒸发。在通至储备腔室的路段上，可以提高在冷凝器的区域中的压力，以便使得蒸汽液化。增高的压力使得储备腔室中的冷却液体保持液态形态。

在冷却过程期间，打开蒸发元件与干燥剂之间的连接，而干燥剂与储备腔室之间的针对再次装载而设置的连接则优选闭合。为了给冷却元件装载，将干燥剂与储备腔室之间的连接打开，并将蒸发元件与干燥剂之间的连接优选闭合。因此在构造方面优选地规定，在用于把蒸发的冷却剂运输至干燥剂的运输路段中布置至少一个截止器件（Absperrorgan）。此外在把干燥剂与储备腔室连接起来的管路中优选布置有至少一个截止器件。

截止器件可以构造成阀门，其中，可以热地或电地或机械地控制这些阀门。所述控制在此能够如下进行：使得对干燥剂的加热在进行冷却过程期间开始，并且在干燥剂已达到例如100℃之后，中断蒸发元件与干燥剂之间的连接，其中，干燥剂与冷凝器或储备腔室的连接优选同时打开或者稍后打开。

装载可以例如在港口或者在其它存在供电的地点进行。为了系统的完全干燥或者给系统装载500kg的干燥剂，大约需要350kWh，这在借助CEE连接的400V/32A的供电情况下需要大约28-35小时。

具有真空泵或者与真空泵相结合的加热件的变型方案明显具有更高的能效。在蒸发冷却功率相同的情况下，用于从干燥剂回收冷却液体的能耗可以减少大约70-80%。

冷却元件可以以不同的方式和方法集成到运输容器中。例如，蒸发元件可以构造成运输容器的层式构造的壁的层。蒸发元件因而可以集成到容器的一个壁或多个壁中。蒸发元件在此优选形成相应壁的最内层，该最内层限定了待调温的腔室。各个壁的蒸发元件或蒸发层可以通过至少一个通道与干燥剂连接，其中，干燥剂优选仅仅集成在运输容器的壁之一上或中，或者在外面放置到该壁上。

替代地，冷却元件（包括蒸发元件、干燥剂和用于冷却液体的储备腔室）也可以安置在自身的外部的壳体中，该壳体在需要时固定在运输容器上。运输容器的待调温的腔室和布置在外部的壳体中的蒸发元件于是必须通过合适的通道彼此连接，以便能使得空气循环。

根据本发明的运输容器对于空运货物也很重要，因为用于冷却的系统在运输期间无需电流或电池，然而可以用电流或/和“冷气”部分地或者完全地给该系统装载。

在冷却元件的装载期间，冷却件不运行，其中，本发明的一种优选的设计规定，布置第二冷却系统，其被构造用来在蒸发冷却元件的装载期间冷却其中容纳有运输物品的腔室。为此，运输容器优选包括与腔室处于热交换连接中的潜热蓄热器。

潜热蓄热器在此不仅可以用于消除（Überbrückung）蒸发冷却系统的装载时间段，而且同时也可以利用该蒸发冷却系统来运行，由此产生一系列的其它优点。蒸发冷却系统的功率可以减小，从而可以将该蒸发冷却系统设计得结构更小巧且具有较轻的重量。整体冷却功率可以在蒸发冷却系统与潜热蓄热器之间分布（aufgeteilt）。冷却系统可以如此设计，从而当蒸发冷却系统的功率不再足够并且腔室温度升高时，引入潜热蓄热器的附加的冷却功率，该潜热蓄热器需要用于从固态到液态的相变化的能量。

冷却系统可以采用优选的方式予以构造，从而潜热蓄热器的相变化温度（从固态到液态）被选取得低于由蒸发冷却系统的冷却功率得到的温度。利用蒸发冷却系统可以将腔室的温度优选降低到12-20℃的温度，其中，借助于潜热蓄热器进一步冷却到2-8℃范围内的温度。通过该组合，可以针对蒸发冷却系统的干燥剂以较高的相对空气湿度予以处理，由此可以减少干燥剂的量。在此也可以减少潜热蓄热器的量，因为它只需提供用于从12-20℃的范围到2-8℃的范围的冷却的能量。

另一优点在于，对于部分装载的（即并非完全结晶的）潜热蓄热器，该潜热蓄热器可以用于保护腔室以防欠冷却或者保持在例如2-8℃的所希望的温度范围内，如果外部温度下降到所希望的温度范围的水平以下。

在一种优选的设计中，其中，腔室中的运输物品应保持在2-8℃的温度范围内，潜热蓄热器被构造有大约4-6℃的相变化温度。

如果运输容器比如在2-8℃的温度下长时间地（例如数天）存放在冷藏库（例如转口港）中，并且蒸发冷却系统被调节至一冷却功率，以便达到比在冷藏库中产生的温度高的温度，则蒸发冷却系统在存放期间不是主动的，从而不消耗冷却剂。此外，存放的时间段可以用来给潜热蓄热器装载，这在冷藏库中在例如低于6℃的温度下自动地进行，如果潜热蓄热器的相变化温度为6℃。由此可以在小型地设计两个系统（潜热蓄热器和蒸发冷却系统）情况下，相比于单独仅使用一个冷却系统实现运输容器的更为长久的使用或运输持续时间。

当蒸发冷却系统提供了与所需要的相比更多的冷却功率时，产生另一优点。多余的冷却功率于是可以用于再对潜热蓄热器装载，即回到固态的或结晶的状态。

本发明的一种优选的设计规定，蒸发冷却系统和潜热蓄热器级联地布置，也就是说，在从运输容器外部向内部的方向上观察，首先是蒸发冷却系统起作用，并且然后是潜热蓄热器起作用。蒸发元件的冷却面因此与潜热蓄热器处于热交换连接中，并且潜热蓄热器与腔室处于热交换连接中。这可以在构造方面优选按如下方式来实现：把潜热蓄热器布置在冷却面与腔室之间。

如果蒸发冷却系统的冷却功率被调节至比潜热蓄热器的相变化温度高的温度，则一种优选的设计规定，冷却面和潜热蓄热器被热绝缘物彼此隔开。于是，虽然蒸发元件的冷却面和潜热蓄热器相互处于热交换连接中，但热交换因热绝缘物而明显延缓，从而产生相应的温度梯度。

为了保证蒸发冷却系统的可靠的工作方式，其中，可以独立于外界地调节相对的空气湿度，优选地规定，蒸发冷却元件相对于外界以对蒸汽扩散密封的方式隔绝。蒸发的冷却剂因而完全被吸收在干燥剂中，其中，通过调节在蒸发冷却系统的气体环境中产生的相对湿度可以按简单的方式确定冷却功率。

此外优选地规定，蒸发元件和干燥剂被热绝缘物彼此隔开。该热绝缘物可以构造成布置在蒸发元件和干燥剂之间的绝缘层，其中，该绝缘层可以用作用于把蒸发的冷却剂运输至干燥剂的运输路段。一种优选的设计相关地规定，热绝缘物在蒸发元件和干燥剂之间包括允许蒸汽扩散的绝缘层，该绝缘层形成运输路段。

替代地，运输路段可以包括至少一个在蒸发元件和干燥剂之间延伸的通道。

作为干燥剂，硅胶是特别适宜的。这些硅胶成本低廉，且可以吸收高达其自重的60%的液体特别是水。

蒸发元件有利地包括吸收冷却剂、特别是水的纺织物、尤其是毛毡。原则上，任何具有大的表面积的材料都是适合的。

在潜热蓄热器方面，如下这种潜热蓄热器是优选的：其相变在所希望的调温的温度范围内以固态与液态之间的或者反向的转变为特点。优选的相变化材料包括石蜡和盐混合物，比如Rubitherm公司的RT5或Sasol公司的产品。

特别优选地，潜热蓄热器具有3-10℃、特别是5℃的相变化温度，由此能够以简单的方式把用于运输物品的腔室保持在2-8℃的温度范围内。

潜热蓄热器可以优选地构造成板形的元件。如果该板形的元件具有多个特别是蜂窝形的空腔，这些空腔装满了潜热蓄热器材料，则产生一种有利的设计，其中，根据WO2011/032299 A1的蜂窝结构元件是特别有利的。

根据一种优选的设计，如果潜热蓄热器全面地包围腔室，则实现了特别有效的调温。此外也可以规定，蒸发元件的冷却面全面地包围腔室。

相关地可以规定，潜热蓄热器和蒸发元件分别形成运输容器的套筒的层。

根据本发明的运输容器原则上可以以任意尺寸来实现。

附图说明

下面借助在附图中示意性地示出的实施例详述本发明。在这些附图中，图1示出了用于根据本发明的运输容器的冷却系统的构造，图2示出了带有这种冷却系统的运输容器的第一种构造，并且图3示出了带有这种冷却系统的运输容器的第二种构造。

具体实施方式

图1中示出了一种冷却系统，其包括蒸发冷却系统1以及潜热蓄热器2。该蒸发冷却系统1包括蒸发元件3和用于吸收在蒸发元件3中蒸发的冷却剂的干燥剂5，该蒸发元件用冷却剂比如水浸渍且具有冷却面4。为了给蒸发元件3供应冷却剂，该蒸发元件与储备腔室6连接。经由通道10把蒸发的冷却剂从蒸发元件3运输至干燥剂5。蒸发元件3、通道10和干燥剂5的共同的包套或壁气密地设计，由此可以独立于外界地调节在蒸发冷却系统1内部的气体环境（Gasatmosphäre）的相对的空气湿度。蒸发的冷却剂在例如由硅胶构成的干燥剂5中被吸收。

干燥剂5在此位于蒸发冷却系统1的要予以排放热的所在侧，并且蒸发元件3位于蒸发冷却系统1的要予以冷却的（相对的）所在侧。在蒸发元件3的热排放侧，布置着隔热件（thermische Dämmung）7。

在蒸发冷却系统1的冷却侧，布置板形的潜热蓄热器2，该潜热蓄热器与蒸发冷却系统1的冷却面4要么直接地要么在中间连接热绝缘物（未示出）的情况下处于热交换连接中。在潜热蓄热器2的背离蒸发冷却系统1的一侧，布置待调温的腔室9。

在通道10中布置阀门8，利用该阀门可以打开或者断开蒸发元件3与干燥剂5之间的连接。此外设置有通道11，该通道使得干燥剂5与储备腔室6连接，以便把通过蒸发从干燥剂5回收（rekuperiert）的冷却剂引导（leiten）到储备腔室6中。为了从干燥剂5蒸发冷却剂，布置加热机构15和/或真空泵14。蒸发的冷却剂进入到通道11中，且在阀门13打开的情况下经过冷凝器12，在这里对冷却剂冷却，从而该冷却剂以液态状态被添加在储备腔室6中。

图2以横剖视图示出方形的运输容器16，其壁用17、18、19和20标出。壁17、18、19和20包括一种层式结构，该层式结构带有由隔热材料构成的外部隔热层21和形成蒸发元件的内部层22。蒸发元件22通过延伸经过隔热层21的通道10与干燥剂5连接。此外设置有通道11，该通道使得干燥剂5与储备腔室6连接，以便把通过蒸发从干燥剂5回收的冷却剂引导到储备腔室6中。为了从干燥剂5蒸发冷却剂，布置加热机构15。蒸发的冷却剂进入到通道11中，且在阀门（未示出）打开的情况下经过冷凝器（未示出），在这里对冷却剂冷却，从而该冷却剂以液态状态被添加给储备腔室6。由干燥剂、通道11和储备腔室6构成的单元可以构造成可与运输容器16拆开的单元，以便确保简单的安装和拆卸。

在根据图3的构造中，把包括蒸发元件、干燥剂和储备腔室的冷却装置安置（unterbringen）在外部的壳体24中，该壳体可以在需要时安装（anbauen）在传统的运输容器上。图3以横剖视图示出方形的运输容器23，其壁用25、26、27和28标出。壁25、26、27和28分别包括由隔热的材料构成的隔热材料29。壁28设置有开口30和31，其中，通风器负责使得位于容器23的腔室9中的空气循环（umwälzen），其中，空气经由开口31被引导至冷却单元32，并且在那里被冷却的空气经由开口31回到腔室9中。冷却单元32也包括曲折地形成的蒸发元件33、干燥剂34、布置在它们之间的隔热材料35和用于冷却液体的储备腔室36。蒸发元件33通过延伸经过隔热件35（Dämmung）的通道37与干燥剂34连接。此外设置有通道38，该通道使得干燥剂34与储备腔室36连接，以便把通过蒸发从干燥剂34回收的冷却剂引导到储备腔室36中。为了从干燥剂34蒸发冷却剂，布置加热机构39。蒸发的冷却剂进入到通道38中，且在阀门（未示出）打开的情况下经过冷凝器40，在这里对冷却剂冷却，从而该冷却剂以液态状态被添加给储备腔室36。

Claims (18)

1.一种用于运输对温度敏感的运输物品的运输容器，包括用于容纳所述运输物品的腔室（9）、包围所述腔室（9）的套筒和至少一个用于对所述腔室（9）调温的冷却元件，其中，所述冷却元件包括：

– 带有冷却面（4）的蒸发元件（3、22、33）；

– 用于吸收在所述蒸发元件（3、22、33）中蒸发的冷却剂的干燥剂（5、34）；

– 用于把蒸发的冷却剂运输至所述干燥剂（5、34）的运输路段；

– 用于所述冷却剂的能够与所述蒸发元件（3、22、33）处于流体连接中的储备腔室（6、36），

其特征在于，设置有用于蒸发储存在所述干燥剂（5、34）中的冷却剂的器件，并且所述干燥剂（5、34）与所述储备腔室（6、36）连接，用于把蒸发的冷却剂运输至所述储备腔室。

2.按权利要求1所述的运输容器，其特征在于，用于蒸发所述冷却剂的器件包括加热机构（15、39）和/或用于减小压力的装置、比如真空泵（14）。

3.按权利要求1或2所述的运输容器，其特征在于，所述加热机构（15、39）包括延伸经过所述干燥剂（5、34）的加热盘管。

4.按权利要求1、2或3所述的运输容器，其特征在于，设置有一种用于运输蒸发的冷却剂的把所述干燥剂（5、34）与所述储备腔室（6、36）连接起来的管路。

5.按权利要求2、3或4所述的运输容器，其特征在于，所述真空泵（14）布置在把所述干燥剂（5、34）与所述储备腔室（6、36）连接起来的管路中。

6.按权利要求4或5所述的运输容器，其特征在于，把所述干燥剂（5、34）与所述储备腔室（6、36）连接起来的管路具有至少一个曲折的区段，所述曲折的区段用作冷凝器（40）。

7.按权利要求1至6中任一项所述的运输容器，其特征在于，在用于把蒸发的冷却剂运输至所述干燥剂（5、34）的运输路段中布置至少一个截止器件。

8.按权利要求4至7中任一项所述的运输容器，其特征在于，在把所述干燥剂（5、34）与所述储备腔室（6、36）连接起来的管路中布置至少一个截止器件。

9.按权利要求1至8中任一项所述的运输容器，其特征在于，所述冷却元件相对于外界以对蒸汽扩散密封的方式隔绝。

10.按权利要求1至9中任一项所述的运输容器，其特征在于，所述运输容器（16）还包括与所述腔室（9）处于热交换连接中的潜热蓄热器（2）。

11.按权利要求10所述的运输容器，其特征在于，所述冷却面（4）与所述潜热蓄热器（2）处于热交换连接中，并且所述潜热蓄热器（2）与所述腔室（9）处于热交换连接中。

12.按权利要求10或11所述的运输容器，其特征在于，所述潜热蓄热器（2）布置在所述冷却面（4）与所述腔室（9）之间。

13.按权利要求10、11或12所述的运输容器，其特征在于，所述冷却面（4）和所述潜热蓄热器（2）被热绝缘物彼此隔开。

14.按权利要求1至13中任一项所述的运输容器，其特征在于，所述蒸发元件（3、22、33）和所述干燥剂（5、34）被热绝缘物彼此隔开。

15.按权利要求1至14中任一项所述的运输容器，其特征在于，所述运输路段包括至少一个在所述蒸发元件（3、22、33）和所述干燥剂（5、34）之间延伸的通道（37）。

16.按权利要求14或15所述的运输容器，其特征在于，所述热绝缘物在所述蒸发元件（3、22、33）和所述干燥剂（5、34）之间包括允许蒸汽扩散的绝缘层，所述绝缘层形成所述运输路段。

17.按权利要求10至16中任一项所述的运输容器，其特征在于，所述潜热蓄热器（2）具有3-10℃、特别是5℃的相变化温度。

18.按权利要求1至17中任一项所述的运输容器，其特征在于，所述蒸发元件（5、34）包括吸收冷却剂、特别是水的纺织物、尤其是毛毡。