DE10355998B3

DE10355998B3 - Vakuumisolierter Kryobehälter

Info

Publication number: DE10355998B3
Application number: DE2003155998
Authority: DE
Inventors: Hans Eberhard Zucker
Original assignee: Hans Zucker & Co KG GmbH
Current assignee: Hans Zucker & Co KG GmbH
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: EP1536178A3; EP1536178A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen vakuumisolierten Kryobehälter mit mindestens einem Latentspeicher, einen Lagerraum und einem Temperaturmess-, -speicher- und Datenübertragungssystem für die Lagerung und den Transport von temperaturempfindlichen Material. Der erfindungsgemäße vakuumisolierte Kryobhälter besteht im Wesentlichen aus zwei jeweils doppelwandigen, mit ihren Öffnungen sich gegenseitig verschließenden Behältnissen, wobei ein erster dieser doppelwandigen Behälter über den zweiten Behälter übergestülpt wird, so dass der erste Behälter den zweiten Behälter zumindest teilweise umschließt und an dem ersten Behälter ein Griff und an dem zweiten Behälter ein Fußeinsatz zur Aufnahme des zweiten Behälters angeordnet ist. Alternativ sieht die Erfindung vor, den ersten Behälter nicht über den zweiten Behälter überzustülpen, sondern den zweiten Behälter in den ersten Behälter einzuführen, so dass der erste Behälter den zweiten Behälter zumindest teilweise umschließt. Für diese Alternative ist vorgesehen, am zweiten Behälter einen Griff anzubringen und den ersten Behälter mit einem Fußeinsatz teilweise zu ummanteln. Die Innenatmosphäre des ersten und zweiten Behälters ist bis zum Hochvakuum evakuiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen vakuumisolierten Kryobehälter für die Lagerung und den Transport von temperaturempfindlichem Material.

Es sind verschiedene, meist doppelwandige Behältnisse für die Lagerung unterschiedlicher Medien bzw. Materialien, für die Speicherung tiefsiedender verflüssigter Gase, aber auch als kombinierte Transport- und Lagerbehälter zum zeitweisen Speichern eines vorbestimmten Temperaturbereiches zur Heiß- bzw. Warmhaltung oder Kalt- bzw. Kühlhaltung bekannt. Diese Behälter weisen sehr unterschiedliche isolierende Komponenten wie zum Beispiel Pulyurethan, Styropor, Korkplatten, evakuierte Zwischenräume und/oder Vakuumisolationspaneele als Ummantelung auf. So sind Behälter bekannt für den Frischfisch-Transport, für Nahrungsmittel, lebende Organe, Mikroorganismen und andere Materialien, die in einem bestimmten Temperaturbereich gelagert und/oder transportiert werden müssen. Bei der Lagerung derartiger Materialien gibt es im Allgemeinen keine Probleme, diese in einem bestimmten Temperaturbereich aufzubewahren, da bei stationären Behältnissen ein Ausgleich auftretender Temperaturdifferenzen vor Ort leicht möglich ist. Anders sieht es mit Transportbehältnissen aus. So kann bei einem Transport von biologischem Material über weite Entfernungen – z. B. einem interkontinentalen Flug – die Einhaltung eines konstanten Temperaturbereiches über einen vorbestimmten Zeitraum nur gewährleistet werden, wenn relativ große und damit auch teure Behältnisse Verwendung finden.

So ist aus der WO 02/28741 A2 ein Transportsystem für den Langzeittransport und ein Transportbehälter, vorzugsweise für den Langzeittransport, bekannt. Der beschriebene Transportbehälter besteht aus einem Isolationsgefäß mit Energiespeicher, verschieden thermisch isolierenden Komponenten, wobei die Behälterwand als ein Hochvakuum-Superisolator ausgebildet ist. Auf der Grundlage dieses beschriebenen Transportbehälters wurden wechselbar temperierfähige Behältnisse weiterentwickelt, wie sie in den Patentschriften DE 101 13 183 C1 und DE 101 48 586 C1 beschrieben sind. Die beschriebenen wechselbar temperierfähigen Behältnisse weisen einen Lagerraum mit einem innenliegenden Energiespeicher auf, wobei der Lagerraum von einem bis zum Hochvakuumbereich evakuierten Hohlkörper ummantelt ist. Besonderes Gewicht wird bei diesen beschriebenen Behältnissen auf die stirnseitigen Randflächen nahe der Verbindung von Außen- und Innenrohr gelegt, um Wärmebrücken zu verhindern. Dazu sind Ausformungen oder Aushalsungen vorgesehen, die mit mindestens zwei Freiheitsgraden als Feder- bzw. Dehnungselemente wirken und den Wärmeweg verlängern.

Obwohl die beschriebenen wechselbar temperierfähigen Behältnisse auf Grund ihrer besonderen Konstruktion sehr gute Isolationseigenschaften aufweisen und schon Standzeiten in Tieftemperaturbereich bis zu 100 Stunden ermöglichen, ohne dass die Energiespeicher auf- bzw. nachgeladen werden müssen, sind sie doch für einen über 100 Stunden währenden Transport nicht geeignet. In den Randbereichen, wo Fußteile mit der Vakuumisolation oder der Deckel mit der Vakuumisolation in Verbindung stehen, treten noch Wärmebrücken auf, die nach einer bestimmten Aufbewahrungsdauer zu einem rapiden Temperaturanstieg im Lagerraum führen.

Eine Isolierflasche mit einem Gehäuse, welches aus einem Unterteil und einem Oberteil besteht, einen Hals und einen Deckel mit verschließbarer Einfüllöffnung aufweist und einen zur Einfüllöffnung hin offenen Glaskolben aufnimmt, wird in der DE 197 47 669 A1 beschrieben. Die Flasche weist an Stelle eines Henkels einen wärmeisolierenden Umfangsbereich auf, der in einem Trinkbecher, der über die obere Öffnung gestülpt ist, angeordnet ist. Die Isolierflasche ist vorgesehen für die Aufbewahrung von Heißgetränken. Allein die Tatsache, dass im Außenbereich des Trinkbechers ein wärmeisolierender Umfangsbereich mit der Funktion eines wärmeisolierenden Griffringes angeordnet ist, zeigt, dass die Isolierflasche keine den Stand der Technik bereichernden Isoliereigenschaften aufweist.

In der DE 694 02 017 T2 wird ein Lagerbehälter für verflüssigte Gase beschrieben. Der Lagerbehälter zeichnet sich dadurch aus, dass er einen ersten Behälter, enthaltend eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten einer ersten Temperatur und einen zweiten Be hälter, enthaltend eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten einer zweiten Temperatur aufweist, wobei mindestens ein Durchlass für einen freien Flüssigkeitsaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Behälter vorhanden ist. Der Durchlass begrenzt die Wärmeübertragung zwischen den Behältern und weist dazu eine innere Isolationsverkleidung in einem Behälter, eine äußere Isolation eines Behälters und ein thermisch isolierendes Material, beispielsweise Perlit auf. Das Perlit umschließt auch den Durchlass, der einen freien Flüssigkeitsaustausch zwischen den Behälterteilen ermöglicht. Die sonstigen Isolierschichten bestehen bspw. aus Glasfasergewebe, Schaumstoffen und anderen porösen Materialien. Da der Lagerbehälter sowohl für die Lagerung als auch für die Lieferung von Hochdruckgasen vorgesehen ist, weisen die unterschiedlichen Behälter unterschiedliche Isolationen auf, weil beabsichtigt ist, bspw. einen dieser Behälter unterhalb von –100°C und einen zweiten Behälter oberhalb von –20°C zu halten. Demzufolge ist die Perlit-Isolation des Durchlasses für den freien Flüssigkeitsaustausch von größter Bedeutung, weil hier die größte Wärmebrücke besteht.

Ein Einweg-Transportbehälter für Tieftemperaturen ist in der US 6,119, 465 A beschrieben. Der aus vielen Wandungen und Einzelbehältnissen bestehende Transportbehälter ist von einem Plastikgehäuse ummantelt, indem sich ein mit flüssigem Stickstoff angereicherter Polyurethanschaum befindet. In diesem ist wiederum eine gasgefüllte mehrwandige Polymerblasenwand angeordnet, die im Inneren eine mehrwandige Vakuumflasche mit innenliegendem Plastikschaum aufnimmt. Innerhalb des in der Vakuumflasche angeordneten Plastikschaums ist eine kleine Kammer für das zu lagernde bzw. zu transportierende Material vorgesehen. Die gesamte, sehr aufwändige und voluminöse Isolation steht in einem sehr ungünstigen Verhältnis zu der räumlich sehr kleinen Probenkammer. Im besonderen Maße ist nachteilig, dass als Isolation unter anderem auch flüssiger Stickstoff verwendet wird und damit ein hohes Gefahrenpotential besteht. Für eine längere Lagerung ist ein regelmäßiges Nachfüllen von flüssigem Stickstoff erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen vakuumisolierten Kryobehälter vorzuschlagen, in dem Wärmebrücken so reduziert sind, dass Standzeiten erreicht werden, die über denen der Behältnisse aus dem Stand der Technik liegen und annähernd stabile Temperaturen in Bereichen bis zu –170° C ohne Verwendung von flüssigem Stickstoff gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Der erfindungsgemäße vakuumisolierte Kryobehälter besteht im Wesentlichen aus zwei jeweils doppelwandigen, mit ihren Öffnungen sich gegenseitig verschließenden Behältnissen, wobei ein erster dieser doppelwandigen Behälter über den zweiten Behälter übergestülpt wird, so dass der erste Behälter den zweiten Behälter zumindest teilweise umschließt und an dem ersten Behälter ein Griff und an dem zweiten Behälter ein Fußeinsatz zur Aufnahme des zweiten Behälters angeordnet ist. Alternativ sieht die Erfindung vor, den ersten Behälter nicht über den zweiten Behälter überzustülpen, sondern den zweiten Behälter in den ersten Behälter einzuführen, so dass der erste Behälter den zweiten Behälter zumindest teilweise umschließt. Für diese Alternative ist vorgesehen, am zweiten Behälter einen Griff anzubringen und den ersten Behälter mit einem Fußeinsatz teilweise zu ummanteln. Die Innenatmosphäre des ersten und zweiten Behälters ist bis zum Hochvakuum evakuiert.

Mit einer neuartigen Konstruktion von verschiedenen Isolationskomponenten wird ein vakuumisolierter Kryobehälter mit mindestens einem Latentspeicher, einem Lagerraum und einem Temperaturmess- und -speichersystem für die Lagerung und den Transport von temperaturempfindlichen Material vorgeschlagen, der hocheffektive Isolationseigenschaften aufweist und die kritischen Zonen, insbesondere Übergangsbereiche von Innen- und Außenwandungen, Öffnungsbereiche und Übergangsbereiche unterschiedlicher Werkstoffe vor einfallender Wärme schützt.

Die erfindungsgemäße Konstruktion, insbesondere die Elemente mit Vakuumisolation beruhen auf der aufeinander abgestimmten Verwendung von

– Hochvakuum-Superisolation in Edelstahlbehältern,
– formstabiler Schaumstoff-Isolation,
– Reflexionsmaterialien mit Abstandhaltern zwischen Innen- und Außenwand der Hochvakuum-Superisolation,
– der Anwendung an sich bekannter Getterung des evakuierten Innenraums,
– der Anwendung materialschwacher bombierter Behälterwandungen aus Edelstahl sowie
– materialschwacher und langgestreckter, in mindestens zwei Freiheitsgraden bewegbarer Übergänge von Innen- und Außenwandungen aus Edelstahl zur Verminderung bzw. Verlängerung des Wärmeflusses.

Der erfindungsgemäße vakuumisolierte Kryobehälter weist einen Lagerbehälter mit einem Nutzraum auf. Der Lagerbehälter ist von einem Fußteil umkleidet und wird von einem Isoliertrog, der über den Lagerbehälter gestülpt wird, verschlossen. An Stelle des überstülpenden Isoliertroges wird in einer speziellen Anwendungsform ein Isolierzylinder mit einem Deckel über den Lagerbehälter gestülpt. Der erfindungsgemäße vakuumisolierte Kryobehälter weist als Kältequelle im Inneren mindestens einen Latentspeicher auf und hat ein Temperaturmess- und -speichersystem.

Der Lagerbehälter wird vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt und besteht aus einer Außenwand, einer Innenwand und einem Boden, wobei von der Außen- und der Innenwand und dem Boden ein hermetisch abgeschlossener Innenraum gebildet wird, dessen Innenatmosphäre bis zum Hochvakuumbereich evakuiert ist. Die Außenwand des Lagerbehälters weist in ihrem unteren Bereich mindestens eine nach außen gerichtete Ausformung auf. Somit hat die Außenwand in ihrem unteren Bereich einen größeren Durchmesser als im oberen Bereich. Die Ausformung kann vorzugsweise eine nach außen abgesetzte Stufe sein. Durch die nach außen abgesetzte Stufe in der Außenwand des Lagerbehälters wird der Zwischenraum zwischen Innenwand und Außenwand vergrößert und es tritt dadurch im unteren Bereich des Lagerbehälters eine höhere Isolationswirkung ein.

Der Lagerbehälter ist in seinem unteren Bereich von einem Fußteil umkleidet, wobei das Fußteil vorzugsweise aus einer Edelstahlhülle besteht, die um den eingesetzten Lagerbehälter herum mit einer formstabilen Schaumstoff-Isolation fest ausgeschäumt ist. Das Fußteil reicht gemäß einer Ausführungsform bis über die Ausformung des Lagerbehälters und umschließt diese fest.

In einer anderen Ausführungsform ist der Lagerbehälter ebenfalls in einem Fußbehälter eingesetzt und wird von diesem umkleidet, wobei dieser Fußbehälter mit seinem oberen Rand nicht über die Ausformung, sondern nur etwa bis zu der Ausformung des Lagerbehälters reicht.

Zur Vermeidung von Wärmeverlusten sind die stirnseitigen Enden von Außen- und Innenwand an der Öffnung des Lagerbehälters umlaufend dünner ausgebildet und haben langgezogene und ein- oder mehrfach gebogene Enden, die vakuumdicht miteinander verschweißt sind. Diese Enden weisen mindestens zwei Freiheitsgrade auf und fungieren somit als Feder- bzw. Dehnungselemente. Die Ausformungen oder Aushalsungen der Enden von Außenwand und Innenwand bilden eine gedachte umlaufende Ringkammer, die die Form eines Körpers hat, der sich bei der Bewegung einer ebenen Figur längs einer geschlossenen Kurve – beispielsweise durch deren Drehung um die Achse, welche in der Ebene dieser Figur liegt und sich nicht schneidet – ergibt. Die umlaufenden Ausformungen oder Aushalsungen an den Stirnseiten der Innenwand und der Außenwand haben unterschiedliche Formen, vorzugsweise sind sie doppelsinusförmig bzw. s-förmig oder kreisbogenförmig ausgebildet. In jedem Fall verlängern die Ausformungen oder Aushalsungen den Wärmeweg zwischen Innen- und Außenwand.

Der Boden des Lagerbehälters wird von einem innen angeordneten Blech und einem außen angeordneten Blech verschlossen, wobei das innen angeordnete Blech mit der Innenwand und das außen angeordnete Blech mit der Außenwand des Lagerbehälters hermetisch verbunden – vorzugsweise verschweißt – ist. Dieser so gebildete doppelte Boden besteht aus definiert vorgeformten bombierten Bodenblechen. Vor ihrem Einbau in den Lagerbehälter sind die Bodenbleche randseitig etwa rechtwinklig bogenförmig umgebördelt und zu ihrem Zentrum hin mit einer Wölbung bzw. mit Sicken versehen worden. An dem umgebördelten Rand erfolgt die hermetische Verschweißung der Bodenbleche mit der Innen- bzw. Außenwand des Lagerbehälters. Durch die hermetische Verbindung von Innen- und Außenwand mit dem jeweiligen Bodenblech und die hermetische Verbindung der stirnseitigen oberen Enden von Innen- und Außenwand entsteht ein durchgehender Innenraum, der eine bis zum Hochvakuumbereich evakuierte Innenatmosphäre aufweist.

Der Isoliertrog, der über den Lagerbehälter gestülpt wird, ist ein vorzugsweise aus Edelstahl gefertigter doppelwandiger Behälter, der aus einem Außenrohr, einem Innenrohr, einem innen angeordneten Blech und einem außen angeordneten Blech besteht, wobei die beiden Bleche wie beim Lagerbehälter mit dem Innenrohr bzw. mit dem Außenrohr hermetisch verbunden – vorzugsweise verschweißt – sind. Dieser aus den beiden Blechen bestehende doppelte Boden besteht aus vorgeformten bombierten Blechen, die ebenso wie beim Lagerbehälter randseitig etwa rechtwinklig bogenförmig umgebördelt und zu ihrem Zentrum hin mit einer Wölbung bzw. mit Sicken versehen sind. An dem umgebördelten Rand erfolgt die hermetische Verschweißung der den Boden bildenden Bleche mit dem Innen- bzw. dem Außenrohr des Isoliertroges.

Auch die stirnseitigen Endstücke von dem Innenrohr und dem Außenrohr sind wie beim Lagerbehälter mit Ausformungen oder Aushalsungen als Feder- und Dehnungselemente versehen und an ihren Enden verschweißt. Auch diese Ausformungen oder Aushalsungen sind mit mindestens zwei Freiheitsgraden ausgestattet. Der so zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr sowie den beiden Blechen gebildete Hohlraum ist bis zum Hochvakuum evakuiert und bildet im Wesentlichen die äußere Isolation des Kryobehälters.

Am äußeren angeordneten Blech des Isoliertroges ist an der Außenfront mittig ein Griff und an der Peripherie dieses Bleches eine Stapelhilfe angeordnet, die beim Stapeln von mehreren Kryobehältern übereinander die Höhe des Griffes ausgleicht und für entsprechende Standsicherheit sorgt. Gemäß der Erfindung kann diese Stapelhilfe mit Nuten versehen sein, die ein Verrutschen eines darüber abgestellten Kryobehälters verhindern.

Der über den Lagerbehälter gestülpte Isoliertrog stützt sich mit seinen stirnseitigen Endstücken auf der oberen Umrandung des den Lagerbehälter in seinem unteren Bereich umschließenden Fußteiles ab. In diesem Bereich erfolgt auch mittels Verschlusselemente eine arretierende Verbindung zwischen Isoliertrog und dem den Lagerbehälter aufnehmenden Fußteil. Zwischen dem stirnseitigen Endstück an der unteren Öffnung des Isoliertroges und dem oberen Rand des Fußteiles ist eine Dichtung – vorzugsweise ein Silikonring – eingebracht. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, an dem äußeren oberen Rand des Fußteiles eine Zentrierung anzubringen, in welcher sich ein an der stirnseitigen Peripherie der unteren Öffnung des Isoliertroges befindlicher Randbereich der Aushalsung abstützend arretiert.

Zur Stützung der bis zum Hochvakuumbereich evakuierten Innenatmosphäre von dem Lagerbehälter und dem Isoliertrog ist ein an sich bekanntes Reflektionsmaterial mit entsprechenden Abstandhaltern zwischen den jeweiligen Innen- und Außenwandungen angeordnet. Auch die Einbringung von Gettermaterial in die evakuierten Innenräume ist vorgesehen.

Bevor der Isoliertrog über den Lagerbehälter übergestülpt wird, werden Kältequellen, vorzugsweise einen oder mehrere Latentspeicher in den Nutzraum des Lagerbehälters eingesetzt. Dazu wird über den oberen Randbereich des Lagerbehälters eine Arretierung punktförmig mit einer zwischenliegenden Dichtung aufgelegt, wobei an dieser Arretierung ein oder mehrere Latentspeicher auswechselbar angeordnet sind. Es liegt auch im Bereich der Erfindung, an Stelle dieser punktförmigen Arretierung einen verschließenden Deckel mit entsprechender Zwischenisolation auf den oberen Randbereich des Lagerbehälters aufzulegen und an diesem Deckel einen oder mehrere Latentspeicher auswechselbar zu befestigen. Eine andere Alternative sieht vor, die punktförmige Arretierung in Verbindung mit dem Deckel zu kombinieren.

Bei Beschickung oder Entnahme von im Tieftemperaturbereich zu lagerndem biologischen Material wird der Deckel mit anhängenden Latentspeichern bzw. die Arretierung mit anhängenden Latentspeichern aus dem Lagerbehälter herausgehoben und der darunter liegende Nutzraum ist zugänglich. Über den Deckel bzw. der punktförmigen Arretierung ist zweckmäßiger Weise nochmals eine Isolierplatte angeordnet, um eine bessere Isolierwirkung gegenüber dem Zwischenraum zwischen Außenwand des Lagerbehälters und Innenwand des Isoliertroges zu erhalten.

Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, an Stelle eines Isoliertroges, wie er beschrieben wurde, einen Isolierzylinder über den Lagerbehälter zu stülpen und im oberen Bereich den Isolierzylinder mit einem weiteren Deckel, der eine entsprechende Isolierwirkung hat, zu verschließen. Dieser Isolierzylinder weist ebenfalls einen Innen- und Außenmantel auf und die stirnseitigen oberen und unteren Endstücke der Verbindung von Innen- und Außenmantel sind ebenfalls hermetisch miteinander verbunden, so dass ein durchgehender Innenraum entsteht. Die Innenatmosphäre des Innenraumes ist ebenfalls bis zum Hochvakuum evakuiert. Ein so beschriebener Isolierzylinder liegt auch auf dem Fußteil randseitig auf oder stützt sich auf der beschriebenen Ausformung in Form einer Stufe des Lagerbehälters ab.

Die Innen- und/oder Außenwandungen von Lagerbehälter, Isoliertrog und Isolierzylinder sind mit umlaufenden Sicken versehen, um die erforderlichen Feder- und Dehnungswirkungen zu ermöglichen, die einerseits durch das Vakuum und andererseits durch die großen Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenwandung entstehen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben.
Die Zeichnung zeigt
1 die Frontansicht eines vakuumisolierten Kryobehälters mit Ausschnittdarstellung des innen angeordneten Lagerbehälters und der wiederum im Lagerbehälter befindlichen Latentspeicher,
2 den Ausschnitt B aus 1 zur Darstellung der Verbindung von Fußteil mit dem Isoliertrog und
3 den Ausschnitt A aus 1 zur Darstellung der punktförmigen Arretierung zur Aufhängung der Latentspeicher bzw. eines Deckels mit anhängenden Latentspeichern.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein aus Edelstahl gefertigter vakuumisolierter Kryobehälter beschrieben. Der im Kryobehälter angeordnete Lagerbehälter 1 besteht aus einer Außenwand 2, einer Innenwand 3 und einem Boden, wobei von der Außenwand 2 und der Innenwand 3 und dem Boden ein hermetisch abgeschlossenen Innenraum 18 gebildet wird, dessen Innenatmosphäre bis zum Hochvakuumbereich evakuiert ist. Die Außenwand 2 des Lagerbehälters 1 weist in ihrem unteren Bereich a-a mindestens eine nach außen gerichtete Ausformung auf. Somit hat die Außenwand 2 in ihrem unteren Bereich a-a einen größeren Durchmesser als im oberen Bereich b-b. Die Ausformung kann vorzugsweise eine nach außen abgesetzte Stufe 7 sein. Durch die nach außen abgesetzte Stufe 7 in der Außenwand 2 des Lagerbehälters 1 wird der Zwischenraum zwischen der Innenwand 3 und der Außenwand 2 vergrößert und es tritt dadurch im unteren Bereich a-a des Lagerbehälters 1 eine höhere Isolationswirkung ein.
Zur Vermeidung von Wärmeverlusten sind die stirnseitigen Enden der Außenwand 2 und der Innenwand 3 an der Öffnung des Lagerbehälters 1 umlaufend dünner ausgebildet und haben langgezogene und ein- oder mehrfach gebogene Enden, die vakuumdicht miteinander verschweißt sind. Diese Enden weisen mindestens zwei Freiheitsgrade auf und fungieren somit als Feder- bzw. Dehnungselement. Diese Ausformungen oder Aushalsungen 30 der Enden von Außenwand 2 und Innenwand 3 bilden eine gedachte umlaufende Ringkammer, die die Form eines Körpers hat, der sich bei der Bewegung einer ebenen Figur längs einer geschlossenen Kurve – beispielsweise durch deren Drehung um die Achse, welche in der Ebene dieser Figur liegt und sich nicht schneidet – ergibt. Die umlaufenden Ausformungen oder Aushalsungen 30 an den Stirnseiten der Innenwand 3 und der Außenwand 2 haben unterschiedliche Formen und sind vorzugsweise doppelsinusförmig bzw. s-förmig oder kreis bogenförmig ausgebildet. In jedem Fall verlängern die Ausformungen oder Aushalsungen 30 den Wärmeweg zwischen der Verbindung von Innenwand 3 und Außenwand 2.
Der Boden des Lagerbehälters 1 wird von einem innen angeordneten Blech 17 und einem außen angeordneten Blech 17' verschlossen, wobei das innen angeordnete Blech 17 mit der Innenwand 3 und das außen angeordnete Blech 17' mit der Außenwand 2 des Lagerbehälters 1 hermetisch verbunden – vorzugsweise verschweißt – sind. Dieser so gebildete doppelte Boden besteht aus definiert vorgeformten bombierten Bodenblechen. Durch die hermetische Verbindung der Innenwand 3 und der Außenwand 2 mit dem jeweiligen Bodenblech entsteht ein durchgehender Innenraum 18, der – wie bereits beschrieben – an seinen stirnseitigen oberen Enden von Innen- und Außenwand 3; 2 ebenfalls hermetisch verschlossen ist und somit einen Hohlraum bildet, der eine bis zum Hochvakuumbereich evakuierte Innenatmosphäre aufweist. Vor ihrem Einbau in den Lagerbehälter 1 sind die Bodenbleche randseitig etwa rechtwinklig bogenförmig umgebördelt und zu ihrem Zentrum hin mit einer Wölbung bzw. mit Sicken versehen worden. An dem umgebördelten Rand erfolgt die hermetische Verschweißung der Bodenbleche mit der Innen- bzw. Außenwand 3; 2 des Lagerbehälters 1.
Der Lagerbehälter 1 ist in seinem unteren Bereich a-a zu einem Teil in seinem oberen Bereich b-b von einem Fußteil 8 umkleidet, wobei das Fußteil 8 in seiner äußeren Ummantelung 22 aus einer Edelstahlhülle besteht, die um den eingesetzten Lagerbehälter 1 herum mit einer formstabilen Schaumstoff-Isolation fest ausgeschäumt ist. Das Fußteil 8 reicht gemäß dieser Ausführungsform bis über die Stufe 7 des Lagerbehälters 1 und umschließt diese fest. Der obere Rand des Fußteiles 8 ist rechtwinklig nach innen in Richtung Außenwand 2 des Lagerbehälter 1 abgewinkelt. Diese Abwinklung weist eine Aussparung 26 (2) auf, um keine Wärmebrücke zum Lagerbehälter 1 zu bilden. Die Aussparung 26 ist mit einem Silikonwulst 27 abgedichtet.
Über den Lagerbehälter 1 wird ein Isoliertrog 10 gestülpt. Auch dieser Isoliertrog 10 ist ein aus Edelstahl gefertigter doppelwandiger Behälter, der aus einem Außenrohr 12, einem Innenrohr 11, einem innen angeordneten Blech 13 und einem außen angeordneten Blech 13' besteht, wobei die beiden Bleche 13; 13' wie beim Lagerbehälter 1 mit dem Innenrohr 11 bzw. mit dem Außenrohr 12 hermetisch verbunden – vorzugsweise verschweißt – sind. Dieser aus den beiden Blechen 13; 13' bestehende Boden besteht aus vorgeformten bombierten Blechen, die ebenso wie beim Lagerbehälter 1 randseitig etwa rechtwinklig bo genförmig umgebördelt und zu ihrem Zentrum hin mit einer Wölbung bzw. mit Sicken versehen sind. An dem umgebördelten Rand erfolgt die hermetische Verschweißung der den Boden bildenden Bleche 13; 13' mit dem Innen- bzw. dem Außenrohr 11; 12 des Isoliertroges 10.
Auch die stirnseitigen Endstücke von dem Innenrohr 11 und dem Außenrohr 12 des Isoliertroges 10 sind, wie beim Lagerbehälter 1, mit Ausformungen oder Aushalsungen 30 als Feder- und Dehnungselemente versehen und an ihren Enden verschweißt. Auch diese Ausformungen oder Aushalsungen 30 sind mit mindestens zwei Freiheitsgraden ausgestattet. Der so zwischen dem Innenrohr 11 und dem Außenrohr 12 sowie den beiden Blechen 13; 13' gebildete Innenraum 14 ist bis zum Hochvakuum evakuiert und bildet im Wesentlichen die äußere Isolation des Kryobehälters.
Am äußeren angeordneten Blech 13' des Isoliertroges 10 ist an der Außenfront mittig ein Griff 16 und an der Peripherie dieses Bleches eine Stapelhilfe 15 angeordnet, die beim Stapeln von mehreren Kryobehältern übereinander die Höhe des Griffes 16 ausgleicht und für entsprechende Standsicherheit sorgt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Stapelhilfen 15 mit einer Rillennut 25 versehen. Diese Rillennut 25 verhindert ein seitliches Verrutschen eines übereinander gestellten Kryobehälters.
Der über den Lagerbehälter 1 gestülpte Isoliertrog 10 stützt sich mit seinen stirnseitigen Endstücken auf den äußeren oberen Randbereich 20 des den Lagerbehälter 1 in seinem unteren Bereich a-a umschließenden Fußteils 8 ab. Dazu ist am äußeren Rand des oberen Randbereiches 20 des Fußteiles 8 eine Zentrierung 28 (2) vorgesehen, in welcher sich an der stirnseitigen Peripherie der unteren Öffnung des Isoliertroges 10 befindliche spitzwinklige Randbereich der Aushalsung 30 abstützend arretiert. In diesem Bereich erfolgt auch mittels Verschlusselemente eine arretierende Verbindung zwischen Isoliertrog 10 und des den Lagerbehälter 1 aufnehmenden Fußteiles B. Zwischen dem stirnseitigen Endstück an der unteren Öffnung des Isoliertroges 10 und dem oberen Randbereich 20 des Fußteiles 8 ist eine Dichtung 21 – vorzugsweise ein Silikonring – eingelegt. Durch diese exakte Zentrierung und feste Arretierung mittels Verschlusselemente sitzt der Isoliertrog 10, ohne mit seinem Innenrohr 11 die Außenwand 2 des Lagerbehälters 1 zu berühren, fest auf dem Fußteil 8 auf.
Zur Stützung des Hochvakuums in dem Lagerbehälter 1 und dem Isoliertrog 10 wird in die Zwischenräume der Wandungen ein an sich bekanntes Reflektionsmaterial mit entsprechenden Abstandhaltern angeordnet. Auch eine Getterung der evakuierten Innenräume ist vorgesehen.
Bevor der Isoliertrog 10 über den Lagerbehälter 1 übergestülpt wird, werden Kältequellen – vorzugsweise ein oder mehrere Latentspeicher 5 – in den Nutzraum 4 des Lagerbehälters 1 eingesetzt. Dazu wird über den oberen Randbereich mit der Aushalsung 30 des Lagerbehälters 1 eine Arretierung 29 punktförmig mit einer zwischenliegenden Dichtung 21 aufgelegt, wobei an dieser Arretierung 29 ein oder mehrere Latentspeicher 5 auswechselbar angeordnet sind. Es liegt auch im Bereich der Erfindung, an Stelle dieser punktförmigen Arretierung 29 einen verschließenden Deckel 23 mit entsprechender Zwischenisolation auf den oberen Randbereich des Lagerbehälters aufzulegen und an diesem Deckel 23 einen oder mehrere Latentspeicher 5 auswechselbar zu befestigen. In der 3 ist eine Kombination einer Arretierung 29 mit einem Deckel 23 dargestellt, wobei der Deckel 23 auf einer Dichtung 21 aufliegt, die wiederum ringförmig auf der Aushalsung des Lagerbehälters 1 angeordnet ist.
Bei Beschickung oder Entnahme im Tieftemperaturbereich zu lagerndem biologischen Material wird der Deckel 23 mit anhängenden Latentspeichern 5 bzw. die Arretierung 29 mit anhängenden Latentspeichern 5 aus dem Lagerbehälter 1 herausgehoben und der darunter liegende Nutzraum 4 ist zugänglich. Über dem Deckel 23 bzw. der punktförmigen Arretierung 29 ist zweckmäßiger Weise nochmals eine Isolierplatte (in der Figur nicht dargestellt) anzuordnen, um eine bessere Isolierwirkung gegenüber dem Zwischenraum zwischen der Außenwand 2 des Lagerbehälters 1 und dem Innenrohr 11 des Isoliertroges 10 zu erhalten.
Die Innen- und/oder Außenwandungen von dem Lagerbehälter 1 und dem Isoliertrog 10 sind mit nach innen und/oder nach außen aufgewölbten umlaufenden Sicken versehen, um die erforderlichen Feder- und Dehnungswirkungen zu ermöglichen, die einerseits durch das Vakuum und andererseits durch die großen Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenwandung entstehen.
Die erfindungsgemäße Konzeption des vakuumisolierten Kryobehälters mit jeweils doppelwandigen Behältnissen, deren Öffnungen gegenseitig verschlossen werden, gewährleistet eine hohe Isolationswirkung und ist daher für die Langzeitlagerung von biologischem Material in einem Temperaturbereich von –40° C bis +37° C und für Standzeiten von über 100 Stunden in einem Temperaturbereich von –90° C bis –75° C sowie für Standzeiten von über 20 Stunden in einem Temperaturbereich um –170° C geeignet. Die Temperaturkontrolle mit entsprechender Warneinrichtung erfolgt über ein Temperaturmess- und – speichersystem 6, welches vorzugsweise im Fußteil 8 angeordnet ist und dessen Messfühler auf der Außenwand 2 des Lagerbehälters 1 liegen. So können rechtzeitig die Kältequellen außerhalb des vakuumisolierten Kryobehälters auf den gewünschten Temperaturbereich herabgekühlt werden und mit den im Lagerbehälter 1 befindlichen ausgetauscht werden.
Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen vakuumisolierten Kryobehälters mit den beschriebenen Funktionsteilen erfolgt eine größtmögliche thermische Entkopplung zwischen dem Nutzraum und der Außenatmosphäre.

Claims

Vakuumisolierter Kryobehälter mit einem Lagerbehälter (1), der aus einer Außenwand (2), einer Innenwand (3) und einem Boden besteht und einen Nutzraum (4) aufweist, mit mindestens einer Abdeckung, einer Kältequelle und einem Temperaturmess- und -speichersystem (6) und dass der zwischen der Außenwand (2) und Innenwand (3) liegende Innenraum des Lagerbehälters (1) bis zum Hochvakuum evakuiert ist, – wobei über den Lagerbehälter (1) als Abdeckung ein doppelwandiger bis zum Hochvakuum evakuierter Isoliertrog (10) übergestülpt ist, – dessen obere Öffnung mit einem innen angeordneten Blech (13) und einem außen angeordneten Blech (13') verschlossen ist, – wobei das innen angeordnete Blech (13) mit einem Innenrohr (11) und das außen angeordnete Blech (13') mit einem Außenrohr (12) des Isoliertroges (10) – und das Innenrohr (11) mit dem Außenrohr (12) an der unteren Öffnung des Isoliertroges (10) hermetisch miteinander verbunden sind, – so dass ein durchgehender Innenraum (14) zwischen dem Außenrohr (12), dem Innenrohr (11) und den Blechen (13; 13') besteht, – wobei die Außenwand (2) des Lagerbehälters (1) im unteren Bereich (a-a) mindestens in Höhe von einem innen angeordneten Blech (17) und einem außen angeordneten Blech (17') des Lagerbehälters (1) mit mindestens einer nach außen abgesetzten Stufe (7) nach außen erweitert ist und einen größeren Durchmesser als im oberen Bereich (b-b) aufweist.
Vakuumisolierter Kryobehälter nach Anspruch 1, wobei der Lagerbehälter (1) in dem unteren Bereich (a-a) von einem Fußteil (8) umkleidet ist und dieses Fußteil (8) mit einer oberen Umrandung (9) nach innen gerichtet über die Stufe (7) greift.
Vakuumisolierter Kryobehälter nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei der Isoliertrog (10) mit einem unteren Randbereich (19) an einem oberen Randbereich (20) des Fußteiles (8) arretiert ist.
Vakuumisolierter Kryobehälter nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei der untere Randbereich (19) mit seiner Peripherie auf einer Zentrierung an einer äußeren Ummantelung (22) am oberen Randbereich (20) des Fußteiles (8) aufsitzt.
Vakuumisolierter Kryobehälter nach Anspruch 1, – wobei der Lagerbehälter (1) ein hohlzylinderförmiger Behälter mit mindestens zwei unterschiedlichen Außendurchmessern ist, – eine Innenwand (3) und eine Außenwand (2) aufweist, – ein innen angeordnetes Blech (17) den Boden des Nutzraumes (4) bildet – und ein außen angeordnetes Blech (17') bodenseitig die Außenwand (2) des Lagerbehälters (1) verschließt, – wobei das innen angeordnete Blech (17) mit der Innenwand (3) und das außen angeordnete Blech (17') mit der Außenwand (2) – und an der oberen Öffnung des Lagerbehälters (1) die Innenwand (3) mit der Außenwand (2) hermetisch miteinander verbunden sind, – so dass ein durchgehender Innenraum (18) zwischen der Außenwand (2), der Innenwand (3) und den Blechen (17; 17') besteht.
Vakuumisolierter Kryobehälter nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, wobei auf einem oberen Rand des Lagerbehälters (1) an Arretierungsmitteln als Kältequelle mindestens ein Latentspeicher (5) aufgehangen ist.