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Die
Erfindung betrifft einen vakuumisolierten Kryobehälter mit
mindestens einem Latentspeicher, einem Lagerraum und einem Temperaturmess-, -speicher-
und Datenübertragungssystem
für die
Lagerung und den Transport von temperaturempfindlichem Material.
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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
Polyurethan, 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.
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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.
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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.
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Ein
zerlegbarer, thermisch isolierender Behälter, insbesondere für einen
Latentwärmespeicher oder
für eine
Kühlbox,
wird in der
DE 195
27 465 C2 beschrieben. Der Behälter besteht aus zwei topfförmigen,
doppelwandigen Teilisolationskörpern
auf der Basis eines gasdicht umhüllten,
evakuierten Faser- oder Pulvermaterials, wobei der Innenquerschnitt des
einen Teilisolationskörpers
in etwa dem Außenquerschnitt
des anderen Teilisolationskörpers
entspricht, so dass sich beide Teilisolationskörper ineinander fügen lassen,
um einen geschlossenen Behälter
zu bilden. Die äußere Mantelfläche des
innen angeordneten Teilisolationskörpers liegt auf der inneren Mantelfläche des
außen
angeordneten Teilisolationskörpers
auf. Die Mantelflächen
bestehen aus einem dünnen
Blech oder aus Metallfolie und bilden eine Wärmebrücke zwischen dem innen angeordneten Teilisolationskörper und
dem außen
angeordneten Teilisolationskörper.
Die Füllung
des evakuierten Raumes zwischen den Wänden der Teilisolationskörper besteht
vorzugsweise aus Pulverfaser, Aerogelen und getemperten Fasermaterialien.
Die Füllung muss
so beschaffen sein, dass sie auf Grund der dünnen Blechstärken den
atmosphärischen
Belastungsdruck aufnehmen kann. Wegen seiner konstruktiven Ausgestaltung
der sehr dünnen
und damit sehr empfindlichen Mantelflächen und seiner konstruktionsabhängigen,
geringen Ausmaße
ist ein solcher zerlegbarer, thermisch isolierender Behälter nicht
als Transport- oder Lagerbehälter
für biologische
Materialien, insbesondere im Tieftemperaturbereich unter –100° C bei einer
Standzeit von mehr als 40 Stunden in einem annähernd konstanten Temperaturbereich,
einsetzbar.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen vakuumisolierten Kryobehälter vorzuschlagen,
in dem Wärmebrücken so
erheblich reduziert sind, dass Standzeiten von mehr als zehn Tagen
ohne Nachladung der Energiespeicher bei annähernd stabilen Temperaturen
in einem Bereich von –90° C bis zu –60° C erreicht
werden.
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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 mindestens zwei jeweils mehrwandigen,
topf- oder trogförmigen
Behältnissen,
wobei ein erster dieser mehrwandigen Behälter mit seiner Öffnung in
die Öffnung
eines zweiten mehrwandigen Behälters
eingefügt
ist, so dass der Boden des ersten Behälters die Öffnung des zweiten Behälters verschließt und der
zweite Behälter
den ersten Behälter
in seiner vertikalen Ausdehnung mindestens bis zu seiner halben
Höhe, vorzugsweise
vollständig,
umschließt
und sich dabei im geschlossenen Zustand des Kryobehälters die
jeweiligen Innen- und Außenflächen der
beiden doppelwandigen Behälter
nicht berühren.
Arretierungs- und/oder Distanzmittel beabstanden die Innenwand des
einen Behälters
von der Außenwand
des anderen Behälters.
Mit dem Boden des ersten Behälters korrespondiert
eine Abdeckung mit Mitteln zum Verschließen. Die Innenatmosphäre zwischen
den jeweiligen Innen- und Außenwänden des
ersten und zweiten Behälters
ist bis zum Hochvakuum evakuiert.
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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 temperaturempfindlichem Material vorgeschlagen,
der hocheffektive Isolationseigenschaften aufweist und die kritischen
Zonen, insbesondere die Übergangsbereiche
von Innen- und Außenwandungen,
die Öffnungsbereiche
und die Übergangsbereiche
unterschiedlicher Werkstoffe, vor einfallender Wärme schützt.
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Die
erfindungsgemäße Konstruktion,
insbesondere die Elemente mit Vakuumisolation beruhen auf der aufeinander
abgestimmten Verwendung von
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- – 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
- – und
der Verlagerung des Überganges
von der Innenatmosphäre
des Lagerraumes zur Umgebungsatmosphäre in den unteren Abschnitt
des zweiten Behälters,
so dass erst am Rand der Öffnung
des zweiten Behälters
eine sehr geringfügige
Materialbrücke
als Wärmebrücke zur
Umgebungsatmosphäre
besteht.
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Die
jeweils mehrwandigen, vorzugsweise doppelwandigen, topf- oder trogförmigen Behältnisse haben
eine Außenwand,
eine Innenwand und einen Boden. Im Kryobehälter ist ein Lagerraum mit
mindestens einer Kältequelle
und/oder einem Kältespeicher
angeordnet. Der jeweilige Zwischenraum zwischen Außenwand
und Innenwand der topf- oder trogförmigen Behältnisse ist bis zum Hochvakuum evakuiert.
Gemäß der Erfindung
ist die Kältequelle und/oder
der Kältespeicher
von einem ersten dieser topf- oder trogförmigen Behältnisse, der hier nachfolgend
als Deckelbehälter
bezeichnet wird, hochisolierend umschlossen, so dass die von der
Kältequelle und/oder
dem Kältespeicher
herabströmende
kalte Innenatmosphäre
den Lagerraum durchdringt. Da der Lagerraum im Wesentlichen vertikal
von der Innen- und Außenwand
des Deckelbehälters
umschlossen ist, kann die kalte Innenatmosphäre den Lagerraum erst am Grund
des Lagerraumes verlassen und zwischen der Außenwand des Deckelbehälters und
der Innenwand des zweiten topf- oder trogförmigen Behältnisses, hier nachfolgend
als Lagerbehälter
bezeichnet, aufsteigen. Erst an der Oberkante des Lagerbehälters trifft
die kalte Innenatmosphäre
auf Materialbrücken
zwischen dem Deckelbehälter
und dem Lagerbehälter.
Hier entsteht also die unmittelbar erste Wärmebrücke für die aufsteigende kalte Innenatmosphäre zur Umgebungsatmosphäre.
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Wie
bereits oben erwähnt,
wird der Deckelbehälter
mit seiner Öffnung
in die Öffnung
des Lagerbehälters
gestülpt
und im Kryobehälter
angeordnete Arretierungs- und/oder Distanzmittel beabstanden die
Innenwand des Lagerbehälters
von der Außenwand
des Deckelbehälters.
Weitere Distanz- und/oder Arretierungsmittel beabstanden auch den Innenraum
des Lagerbehälters,
also den eigentlichen Lagerraum und die Kältequelle und/oder den Kältespeicher
von der Innenwand des Deckelbehälters,
so dass nur noch ein sehr geringer Wärmeaustausch als Strahlungswärme über die
beabstandet angeordneten und bis zum Hochvakuum evakuierten Innenräume von
Lagerbehälter
und eingestülpten
Deckelbehälter
erfolgen kann.
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Der
Boden des Lagerbehälters
besteht aus einem innen angeordneten Blech und einem außen angeordneten
Blech, 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.
Dazu sind vor der Monatage des Lagerbehälters die Bodenbleche randseitig
etwa rechtwinklig bogenförmig umgebördelt und
zu ihrem Zentrum hin mit einer Wölbung
bzw. mit Sicken versehen worden. Durch die hermetische Verbindung
von Innen- und Außenwand mit
dem jeweiligen Bodenblech und die hermetische Verbindung der stirnseitigen
oberen Enden von Innen- und Außenblech
des Lagerbehälters
entsteht der durchgehende Innenraum, der, wie bereits hervorgehoben,
bis zum Hochvakuumbereich evakuiert ist. Ebenso ist der abdeckelnde
Boden des Deckelbehälters
mit einem innen angeordneten Deckelblech und einem außen angeordneten
Deckelblech vorbehandelt und mit der Innen– bzw. mit der Außenwand des
Deckelbehälters
verbunden.
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Der
Boden des Lagerbehälters
ist zusätzlich ganzflächig mit
einem Edelstahlboden versehen, um dem äußeren gewölbten bzw. bombierten Bodenblech
und den Verbindungen des äußeren Bodenbleches
mit der Außenwand
des Lagerbehälters
Schutz zu geben. In dem zusätzlich
schützenden
Bodenblech sind noppenförmige
Füße eingearbeitet,
die gleichzeitig als Stapelhilfe beim Übereinanderstapeln mehrere
Kryobehälter
dienen. Dabei rasten die noppenförmigen
Füße in der
Deckeleinheit ein.
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Der
abdeckelnde Boden des Deckelbehälters
und der Boden des Lagerbehälters,
die, wie beschrieben, mit dem Innenraum zwischen den jeweiligen
Innen- und Außenwänden verbunden
sind, also auch bis zum Hochvakuumbereich evakuiert sind, wurden
so gestaltet, dass ihre inneren und äußeren Ummantelungen weiter
beabstandet angeordnet sind, so dass hier eine entsprechend gute
Isolierung durch das Hochvakuum im Innenraum zwischen den Doppelböden gewährleistet
ist.
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Die
stirnseitigen Endstücke
der Verbindung von Innen- und Außenwand des Deckelbehälters und des
Lagerbehälters
sind mit Ausformungen oder Aushalsungen versehen. Diese Enden weisen
mindestens zwei Freiheitsgrade auf und fungieren somit als Feder-
bzw. Dehnungselement. Diese Enden sind durch ihre Materialbearbeitung
materialschwächer, leiten
daher in geringerem Maße
Wärme und
verlängern
durch ihre Ausformungen den Wärmeweg.
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Im
Inneren des Kryobehälters
ist mindestens ein Abschirmmittel angeordnet. Dieses Abschirmmittel
hat die Aufgabe, den eigentlichen Lagerraum und/oder den Raum zum
Einbringen von einer Kältequelle
und/oder einem Kältespeicher
abzugrenzen. Zwischen dem Abschirmmittel und der Innenwand des Lagerbehälters entsteht
somit ein Zwischenraum, der ein problemloses Einführen des
Deckelbehälters
in den Lagerbehälter
gewährleistet.
Ein solches Abschirmmittel kann ein Schachteinsatz von vorzugsweise
rohrförmiger
Gestalt sein, wobei der Durchmesser des Abschirmmittels geringfügig kleiner
ist als der Innendurchmesser des Deckelbehälters.
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Alternativ
kann das Abschirmmittel ein Container sein, in dessen Nutzraum das
einzulagernde biologische Gut und/oder die Kältequelle und/oder der Kältespeicher
angeordnet sind. Ein solcher Container findet dann Anwendung, wenn
einerseits das zu lagernde Gut besonders abgeschirmt werden soll und
andererseits, wenn beabsichtigt ist, diesen Container nach einem
entsprechenden Transport im Kryobehälter aus diesem herauszunehmen
und in einem Zwischenlager, beispielsweise in einer Gefriertruhe, weiterhin
gelagert werden soll. Auch ist die Anwendung eines solchen Containers
von besonderem Vorteil, wenn beabsichtigt ist, das einzulagernde
Gut gemeinsam mit dem Kältespeicher
in flüssigem
Stickstoff auf die gewünschte
Temperatur herunter zu kühlen.
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Wird
ein solcher Container für
die geschriebenen Verwendungszwecke benutzt, so dient dieser einerseits
als Abschirmmittel und andererseits auch als Distanzmittel. Dazu
sind am Container in seinem unteren und/oder oberen Bereich Distanzmitel
in Form von Noppen, Wülsten
und/oder Ringen angebracht, die, sofern sie oben angebracht sind,
eine entsprechende Distanz zur Innenwand des Deckelbehälters herstellen
und sofern sie unten angebracht sind, eine Distanzierung zur Innenwand
des Lagerbehälters
vornehmen. Findet ein solcher Container Anwendung, so erübrigt sich
die Verwendung von isolierenden Materialien, die auf den inneren
Boden des Lagerbehälters
aufgelegt werden, da der Container zweckmäßiger Weise mit Füßen ausgestaltet
ist, die nur punktförmig
auf dem inneren Bodenblech des Lagerraumes aufstehen und somit ein
Isolationspolster aus Luft gewährleisten.
Sind Distanz- und/oder Arretierungsmittel
zur Beabstandung der Innenwand des Deckelbehälters zur Außenwand
des Abschirmmittels am oberen Rand des Abschirmmittels angeordnet,
so dienen diese Distanz- und/oder Arretierungsmittel zugleich als
Halterungen für
ein oder mehrere Kältequellen
und/oder Kältespeicher.
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Die
erwähnten
Abschirmmittel, vorzugsweise in Form eines beschriebenen Schachteinsatzes oder
eines Containers, reichen in ihrer vertikalen Ausdehnung mindestens
bis zur halben Höhe
des Lagerbehälters,
sind aber vorzugsweise so dimensioniert, dass sie im geschlossenen
Zustand des Kryobehälters
bis unmittelbar unter das innen angeordnete Deckelblech des abdeckelnden
Bodens des eingestülpten
Deckelbehälters
reichen.
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Zur
Distanzierung der Außenwand
des Deckelbehälters
von der Innenwand des Lagerbehälters bzw.
des Abschirmmittels zur Innenwand des Deckelbehälters finden erfindungsgemäß weitere
Distanzmittel Anwendung. So ist die Außenwand des Deckelbehälters mit
mehreren rundumlaufenden, nach innen gerichteten Sicken versehen,
wobei die Innenwand des Lagerbehälters
vorzugsweise glatt gestaltet ist. Alternativ ist vorgesehen, die
Außenwand
des Deckelbehälters
und die Innenwand des Lagerbehälters
so mit Sicken zu versehen, dass die beiden Wände sich in ihrer vertikalen
Ausdehnung parallel wellenförmig
gegenüber
liegen. Damit wird der Wärmeweg
im Material der Wände
wesentlich verlängert. Auch
in diesem Fall ist, um eine ausreichende Beabstandung zwischen der
Außenwand
des Deckelbehälters
zur Innenwand des Lagerbehälters
zu erhalten und ein problemloses Einführen zu gewährleisten, der Durchmesser
der Außenwand
des Deckelbehälters
entsprechend kleiner gehalten als der Innendurchmesser der Innenwand
des Lagerbehälters.
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Wird
ein Abschirmmittel in Form eines bereits beschriebenen Schachteinsatzes
verwendet, so ist es zweckmäßig, entweder
direkt auf dem Boden des Lagerbehälters oder mit einer zwischenliegenden
Isolationsscheibe einen Distanzring einzulegen. In diesen Distanzring
wird nun der Schachteinsatz gestellt und dieser wird durch den Distanzring
exakt zur Innenwand des Lagerbehälters
beabstandet, so dass der passgenaue Einführungsraum für den Deckelbehälter gegeben
ist.
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Die
Kältequelle
und/oder der Kältespeicher werden
je nach Kundenwunsch bzw. Nutzungsart mit und ohne Abschirmmittel
in den Lagerraum des Kryobehälters
eingebracht. Dabei können
die Kältequelle
und/oder der Kältespeicher
vertikal um den Lagerraum oder den Nutzraum ringförmig angeordnet
oder so vertikal im Lagerraum angeordnet sein, dass das zu lagernde
Gut um die Kältequelle
und/oder den Kältespeicher
ringförmig
herum angeordnet wird. Auch ist eine Anordnung der Kältequelle
und/oder des Kältespeichers
am Grund des Lagerraumes bzw. Nutzraumes denkbar. Am vorteilhaftesten
ist aber die Befestigung der Kältequelle
und/oder des Kältespeichers
auf dem oberen Rand des Abschirmmittels, sofern ein Schachteinsatz
Verwendung findet oder im oberen Segment eines Containers. Diese
Anordnung hat den Vorteil, dass gemäß der Erfindung von der Kältequelle
und/oder dem Kältespeicher
die kalte Innenatmosphäre,
wie eingangs beschrieben, in den unter der Kältequelle und/oder dem Kältespeicher
liegenden Nutz- bzw. Lagerraum strömt. Dazu werden an dem Schachteinsatz
oder dem Container Distanz- und/oder Arretierungsmittel angeordnet,
die zugleich als Halterungen für
die Kältequelle
und/oder den Kältespeicher
dienen. Vorteilhaft ist es auch, oberhalb der im Schachteinsatz
bzw. im Container anzuordnenden Kältequelle und/oder Kältespeicher
noch eine Abdeckung vorzusehen, damit die Abstrahlung nach oben
vermindert wird. Je nach gewünschter Temperatur
und Standzeit werden in dem Kryobehälter eine oder mehrere Kältequellen
aufgestellt, eingehangen und/oder aneinander gekoppelt. Als Kältespeicher
sollte mindestens ein Latentspeicher zum Einsatz kommen.
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Vom
Deckelbehälter
wurden bisher im Wesentlichen nur die hohe Isolierwirkung bewirkenden Funktionsteile
beschrieben. Um dem Deckelbehälter noch
eine weitere Isolierung zu geben, ist auf dem außen abdeckelnden Bodenblech
des Deckelbehälters
eine Deckeleinheit aufgesetzt. Diese Deckeleinheit sitzt mit ihrer
Isolierplatte direkt auf dem abdeckelnden Bodenblech. Mittig ist
in ihr ein Griff für
die Handhabung des Deckelbehälters
angeordnet und am Außenrand
eine Stapelhilfe. Die Stapelhilfe ist rundumlaufend und schafft
einen Höhenausgleich
zu dem aufsitzenden Griff und nimmt eine Temperaturmess-, – speicher-
und -übertragungsanlage
auf. Die Temperaturmess-, -Speicher- und – übertragungsanlage arbeitet
wahlweise leitungsgebunden oder drahtlos. In der rundumlaufenden
Stapelhilfe sind Vertiefungen angeordnet, die beim Übereinanderstellen
von mehreren Kryobehältern
die Füße des Bodens
eines darauf gestellten Kryobehälters
aufnehmen.
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Zu
der Deckeleinheit gehört
auch eine aus der Außenwand
des Deckelbehälters
im oberen Randbereich ausgeformte Stufe. Diese nach außen geformte
Stufe entsteht bei der Fertigung der Außenwand des Deckelbehälters, indem
die Außenwand etwa
im rechten Winkel bogenförmig
nach außen
gewölbt
und wiederum im rechten Winkel bogenförmig nach oben ausgeformt wird.
Durch diese mehrfache Materialbearbeitung erfolgt eine wesentliche
Materialverjüngung
und der Wärmeweg
ist verlängert.
Die Stufe dient im geschlossenen Zustand des Kryobehälters als
ein weiteres Arretierungsmittel, indem diese auf einen Isolationsring
gelegt wird, der randseitig auf der Ausformung der Innenwand des
Lagerbehälters
aufliegt. Dieser Isolationsring ist als Hohlring ausgebildet und
hat dadurch eine höhere
Isolationswirkung.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Besonderheit
an der Deckeleinheit ist ein außen
von der Stapelhilfe vertikal nach unten über die nach außen geformte
Stufe reichender Ringwulst. Dieser Ringwulst isoliert einerseits
die Verbindungsstelle von der Außenwand des Deckelbehälters mit
dem abdeckelnden äußeren Bodenblech,
dient der Aufnahme von Verschlusselementen und ist an seiner unteren
Kante ringförmig
als Deckelrand ausgearbeitet. Dieser ringförmige Deckelrand liegt beim
geschlossenen Kryobehälter
fest auf der oberen Verbindungsnaht von Innen- und Außenwand
des Lagerbehälters
nur linienförmig
auf. Somit ist gewährleistet,
dass auch in der Verbindung von Deckelbehälter über seine Deckeleinheit zum
Lagerbehälter
geringst mögliche Wärmebrücken existieren,
die zugleich die wichtige Funktion der Arretierung des Deckelbehälters im
Lagerbehälter übernehmen.
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Die
nach außen
geformte Stufe vermindert nicht nur den Wärmeweg über die Wandungen, sondern
dient zugleich auf Grund ihrer besonderen Ausformung und geringeren
Materialstärke
als Feder- bzw. Dehnungselement. Diese Stufe ist in mindestens zwei
Freiheitsgraden bewegbar und gleicht somit die erheblichen Druck-
und Temperaturunterschiede im Deckelbehälter aus.
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Zur
Nutzung und Handhabung des erfindungsgemäßen vakuumisolierten Kryobehälters werden
der Lagerbehälter
und der Deckelbehälter
sowie die zu verwendenden Kältespeicher
bzw. Kältequellen
und die Abschirmmittel in Form des Schachteinsatzes oder eines Containers
gereinigt und desinfiziert. Je nach gewünschter Lagertemperatur und
der erforderlichen Standzeit erfolgt die Herabkühlung der einzelnen Funktionsteile
in flüssigem
Stickstoff oder in einem Gefrierschrank. Um beispielsweise eine
biologische Probe in einem Tempera turbereich unter –60° C über zehn
bis elf Tage transportieren zu wollen, werden die einzelnen Funktionsteile
mittels flüssigem
Stickstoff auf –189° C bis –184° C herabgekühlt. Von
Vorteil ist hier die Verwendung des beschriebenen Containers, in
dem sowohl das zu lagernde biologische Material als auch ein oder
mehrere Latentspeicher angeordnet sind. Auch dieser Container wird
herabgekühlt
und bei Erreichen der gewünschten
Tiefsttemperatur in den ebenfalls herabgekühlten Lagerbehälter eingestellt
und sofort mit dem Deckelbehälter
verschlossen. Am Ende des Transportweges kann der Container entnommen,
in einem Zwischenlager tiefkalt gelagert werden und der vakuumisolierte
Kryobehälter
geht an seinen Bestimmungsort zurück.
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Es
liegt auch im Bereich der Erfindung, diesen vakuumisolierten Kryobehälter in
anderen Temperaturbereichen zu verwenden, wobei bei der Anwendung
in höheren
Temperaturbereichen auch ein anderes Speichermittel in der Kältequelle
bzw. im Latentspeicher verwendet wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert und
beschrieben. Die der Zeichnung und der Beschreibung zu entnehmenden
Merkmale können
bei anderen Ausführungsformen
der Erfindung einzeln für
sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Anwendung finden.
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Die
Zeichnung zeigt in
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1 die Frontansicht eines
vakuumisolierten Kryobehälters
mit Ausschnittdarstellungen eines ersten topf- oder trogförmigen Behälters und
mit Ausschnittdarstellungen eines zweiten topf- oder trogförmigen Behälters, der
mit seiner Öffnung
in die Öffnung
des ersten topf- oder
trogförmigen
Behälters eingelassen
ist und diesen verschließt.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird ein aus Edelstahl gefertigter vakuumisolierter Kryobehälter beschrieben.
Der Kryobehälter
besteht im Wesentlichen aus zwei jeweils doppelwandigen, topf- oder
trogförmigen
Behältnissen.
Der erste dieser doppelwandigen, topf- oder trogförmigen Behältnisse wird
nachstehend als Deckelbehälter 1 und
der zweite dieser doppelwandigen, topf- oder trogförmigen Behältnisse
wird nachstehend als Lagerbehälter 2 bezeichnet.
Im verschlossenen Zustand des Kryobehälters ist der Deckelbehälter 1 so
mit seiner Öffnung in
die Öffnung
des Lagerbehälters 2 gestülpt, dass der
abdeckelnde Boden 3 des Deckelbehälters 1 die Öffnung des
Lagerbehälters 2 verschließt und der
Lagerbehälter 2 den
Deckelbehälter 1 in
seiner vertikalen Ausdehnung fast vollständig umschließt. Der
Lagerbehälter 2 besteht
aus einer Außenwand 4,
einer Innenwand 5 und einem Boden 6, wobei von
der Außenwand 4 und
der Innenwand 5 und dem Boden 6 ein hermetisch
abgeschlossener Innenraum 7 gebildet wird, dessen Innenatmosphäre bis zum
Hochvakuumbereich evakuiert ist.
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Zur
Vermeidung von Wärmeverlusten
sind die stirnseitigen Enden 8 im Übergang von der Außenwand 4 zur
Innenwand 5 an der Öffnung
des Lagerbehälters 2 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 der stirnseitigen
Enden 8 von Außenwand 4 und
Innenwand 5 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 5 und der Außenwand 4 haben unterschiedliche
Formen und sind vorzugsweise doppelsinusförmig bzw. s-förmig oder
kreisbogenförmig
ausgebildet. In jedem Fall verlängern
die Ausformungen oder Aushalsungen den Wärmeweg zwischen der Verbindung
von Innenwand 5 und Außenwand 4.
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Der
Boden 6 des Lagerbehälters 2 wird
von einem innen angeordneten Blech 6' und einem außen angeordneten Blech 6'' verschlossen, wobei das innen
angeordnete Blech 6' mit
der Innenwand 5 und das außen angeordnete Blech 6" mit der Außenwand 4 des
Lagerbehälters 2 hermetisch
verbunden – vorzugsweise
verschweißt – ist. Dieser
so gebildete doppelte Boden 6 besteht aus definiert vorgeformten bombierten
Bodenblechen. Durch die hermetische Verbindung der Innenwand 5 und
der Außenwand 4 mit
dem jeweiligen Bodenblech entsteht der durchgehende Innenraum 7,
der – wie
bereits beschrieben – hermetisch
verschlossen ist und somit den Hohlraum bildet, der eine bis zum
Hochvakuumbereich evakuierte Innenatmosphäre aufweist. Vor ihrem Einbau
in den Lagerbehälter 2 sind
die Bodenbleche 6'; 6" randseitig
etwa rechtwinklig bogenförmig
umgebördelt
und zu ihrem Zentrum hin mit einer oder mehreren Wölbungen
bzw. mit Sicken versehen worden. An dem umgebördelten Rand erfolgt die hermetische Verschweißung der
Bodenbleche 6'; 6" mit der Innen-
bzw. Außenwand 5; 4 des
Lagerbehälters 2.
Alternativ können
die Bodenbleche 6'; 6" wie die Ausformungen
oder Aushalsungen der oberen stirnseitigen Enden 8 von
Außenwand 4 und
Innenwand 5 ausgebildet sein.
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Der
Lagerbehälter 2 ist
in seinem Bodenbereich von einem Fußteil umkleidet. Das Fußteil kann als äußere Ummantelung
aus formstabilem Kunststoff, aus einer Edelstahlhülle oder
aus einem den Boden 6 schützenden Edelstahlblech 9 bestehen, wie
es in der 1 dargestellt
ist. In das Edelstahlblech 9 sind noppenförmige Füße 10 eingearbeitet.
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Zum
Verschließen
des Kryobehälters
wird in den Lagerbehälter 2 der
Deckelbehälter 1 so
mit seiner Öffnung
in die Öffnung
des Lagerbehälters 2 gestülpt, dass
der abdeckelnde Boden 3 des Deckelbehälters 1 die Öffnung des
Lagerbehälters 2 verschließt und somit
der Lagerbehälter 2 den
Deckelbehälter 1 in
seiner vertikalen Ausdehnung fast vollständig umschließt. Auch
der Deckelbehälter 1 ist
ein aus Edelstahl gefertigter doppelwandiger Behälter, der aus einer Außenwand 12,
einer Innenwand 11, einem innen angeordneten Deckelblech 3' und einem außen angeordneten
Deckelblech 3" besteht,
wobei die beiden Deckelbleche 3'; 3'' mit
der Innenwand 11 bzw. mit der Außenwand 12 hermetisch
verbunden – vorzugsweise
verschweißt – sind.
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Dieser
aus den beiden Blechen 3'; 3"bestehende abdeckelnde
Boden 3 besteht aus vorgeformten bombierten Blechen, die
ebenso wie beim Lagerbehälter 2 randseitig
etwa rechtwinklig bogenförmig umgebördelt und
zu ihrem Zentrum hin mit einer oder mehreren Wölbungen bzw. mit Sicken versehen
sind. An dem umgebördelten
Rand erfolgt die hermetische Verschweißung der den abdeckelnden Boden 3 bildenden
Bleche 3'; 3" mit der Innen- bzw. mit der Außenwand 11; 12 des
Deckelbehälters 1.
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Im
oberen Teil des Deckelbehälters 1 ist
mit dem äußeren Deckelblech 3" des abdeckelnden
Bodens 3 eine Deckeleinheit 14 verbunden. Diese
Deckeleinheit 14 besteht aus peripher angeordneten Stapelhilfen 15,
einem Griff 16 mit Griffhalterung 17, einem Ringwulst 18 und
einer Isolierplatte 19. Die Deckeleinheit 14 ist
nach diesem Ausführungsbeispiel
aus Edelstahlblech gefertigt und ist in ihrem Hohlraum, insbesondere
in der Stapelhilfe 15, mit einem Isoliermaterial versehen.
In der Seitenwand der Stapelhilfe 15 ist eine Temperaturmess-,
-Speicher- und Datenübertragungsanlage 20 eingelassen,
die, die Temperatur des Lagerraumes 21 misst, speichert und überträgt. Auf
der Oberseite der ringförmigen Stapelhilfe 15 können eine
oder mehrere Rillennuten – in
der Figur nicht eingezeichnet – angeordnet sein, die
beim Stapeln von mehreren Kryobehältern übereinander ein Einrasten eines
darüber
gestapelten Kryobehälters
mittels seiner noppenförmigen
Füße 10 ermöglicht.
Der Griff 16 ist mittels Griffhalterung 17, die
wiederum auf dem außen
angeordneten Deckelblech 3" angeschweißt ist,
mit dem Deckelbehälter 1 verbunden.
Der Ringwulst 18 der Deckeleinheit 14 befindet
sich an der Peripherie unterhalb der ringförmigen Stapelhilfe 15 und
führt über den
Randbereich 21 des Deckelbehälters 1 nach unten
und bildet den ringförmigen
Deckelrand 22, der wiederum auf dem stirnseitigen Ende 8 des
Lagerbehälters 24 aufliegt.
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Die
Außenwand 12 des
Deckelbehälters 1 ist rundumlaufend
im Deckelbereich mit einer nach außen gerichteten Stufe 23 versehen.
Diese nach außen
gerichtete rundum laufende Stufe 23 ist an ihrer Peripherie
etwa rechtwinklig nach oben abgekantet und geht in den abschließenden Randbereich 21 über. Der
Randbereich 21 korrespondiert wiederum mit dem sich außen an den
Randbereich 21 anschließenden Ringwulst 18 der
Deckeleinheit 14.
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Die
Stufe 23 dient, wie später
noch detaillierter zu beschreiben ist, der Arretierung des Deckelbehälters 1 mit
seiner Deckeleinheit 14 auf einem Isolationsring 25,
der auf einer Aushalsung der Innenwand 5 des Lagerbehälters 2 aufliegt.
Gleichzeitig erfüllt die
nach außen
gerichtete Stufe 23 eine Dämmfunktion, da sie den Wärmeweg verlängert. An
der Seitenwand der Stapelhilfe 15 der Deckeleinheit 14 sind
in Höhe
des Ringwulstes 18 Verschließelemente zum Verschließen von
der Deckeleinheit 14 des Deckelbehälters 1 mit dem Lagerbehälter 2 angeordnet.
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Auch
die stirnseitigen Endstücke
des Deckelbehälters 1 sind
im Übergang
von der Innenwand 11 zu der Außenwand 12, wie beim
Lagerbehälter 1, mit
Ausformungen oder Aushalsungen als Feder- und Dehnungselemente versehen
und an ihren Enden verschweißt.
Auch diese Ausformungen oder Aushalsungen sind in mindestens zwei
Freiheitsgraden bewegbar. Der so zwischen der Innenwand 11 und
der Außenwand 12 sowie
den beiden Blechen 3'; 3" gebildete Innenraum 13 ist
bis zum Hochvakuum evakuiert.
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Im
Inneren des Lagerbehälters 2 befindet sich
der Lagerraum 24. Am Grund des Lagerraumes 24 liegt
nach diesem Ausführungsbeispiel
ganzflächig
eine Scheibe 26 aus einem gut isolierenden Kunststoffmaterial.
Aus vorzugsweise einem ebensolchen Isoliermaterial liegt auf der
Scheibe 26 ein Distanzring 27. Innerhalb des Distanzringes 27 steht auf
einem rundumlaufenden Profilgummi ein Schachteinsatz 28.
Dieser Schachteinsatz 28 schirmt den Lagerraum 24 ab
und reicht innerhalb des eingestülpten
Deckelbehälters 1 bis
fast an das innen angeordnete Deckelblech 3' des abdeckelnden Bodens 3. Über dem
oberen Rand des Schachteinsatzes 28 liegen Halterungen 29,
an denen ein oder mehrere Latentspeicher 30 aufgehangen
sind. Kommen mehrere Latentspeicher 30 zum Einsatz, so
sind diese mittels Befestigungselementen aneinander gekoppelt. Die
Halterungen 29 auf dem oberen Rand des Schachteinsatzes 28 sind
so ausgebildet, dass sie gleichzeitig als Arretierungsmittel und
Distanzmittel zur Beabstandung der Innenwand 11 des Deckelbehälters 1 zur
Außenwand
des Schachteinsatzes 28 dienen und arretieren den Schachteinsatz 28 selbst als
Abschirmung um den Lagerraum 24.
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Kommt
ein so beschriebener Kryobehälter zum
Einsatz, so wird er wie folgt vorbereitet und mit einem biologischen
Material beschickt: Nach einer Desinfektion des Deckelbehälters 1,
des Lagerbehälters 2,
der Latentspeicher 30 sowie der einzulegenden Scheibe 26 mit
Distanzring 27 und des Schachteinsatzes 28 werden
die Latentspeicher 30 im flüssigen Stickstoff bei –196° C auf ca. –185° C heruntergekühlt. In
dem entsprechend vorbereiteten und gekühlten Lagerbehälter 2 werden
die Scheibe 26 mit Distanzring 27 eingelegt und
der Schachteinsatz 28 innerhalb des Distanzringes 27 auf
der Scheibe 26 abgestellt. Die auf ca. –185° C heruntergekühlten Latentspeicher 30 werden
mittels Halterungen 29 in den Schachteinsatz 28 eingehangen.
Unmittelbar zuvor wird im Lagerraum 24 das einzulagernde
und für
einen mehrtätigen
Transport vorgesehene biologische Material eingelagert.
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Auf
die Aushalsungen bzw. Ausformungen im Übergangsbereich der Außenwand 4 und
der Innenwand 5 des Lagerbehälters 2 wird ein Isolationsring 25 aufgelegt
und passgenau der Deckelbehälter 1 zwischen
der Innenwand 5 des Lagerbehälters 2 und dem Schachteinsatz 28 in
einen Einführungsraum 31 eingeführt. Der
Einführungsraum 31,
als Zwischenraum zwischen der Außenwand des Schachteinsatzes 28 und
der Innenwand 5 des Lagerbehälters 2, ermöglicht ein
problemloses Einführen
des Deckelbehälters 1 in
den Lagerbehälter 2 und
gewährleistet
gleichzeitig eine Beabstandung der Innenwand 5 des Lagerbehälters 2 von
der Außenwand 12 des
Deckelbehälters 1.
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Im
geschlossenen Zustand des Kryobehälters liegt die Deckeleinheit 14 nur
linienförmig
mit ihrem Randbereich 21 des Ringwulstes 18 auf
den stirnseitigen Enden 8 der Verbindung von Außenwand 4 und
Innenwand 5 des Lagerbehälters 2 auf. Durch
das passgenaue Einsetzen und Arretieren des Deckelbehälters 1 zwischen
dem Schachteinsatz 28 und der Innenwand 5 des
Lagerbehälters 2 entsteht nur
weit oberhalb des eigentlichen Lagerraumes 24 eine geringfügige Wärmebrücke an der
Stelle, wo die Deckeleinheit 14 den Isolierring 25 auf
erwähnte
Ausformung oder Aushalsung aufpresst bzw. an der Auflage des Randbereiches 21 auf
den stirnseitigen Enden 8 des Lagerbehälters 2.
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Zur
Stützung
des Hochvakuums in dem Lagerbehälter 2 und
dem Deckelbehälter 1 wird
in die Zwischenräume
der Wandungen ein an sich bekanntes Reflektionsmaterial mit entsprechenden
Abstandhaltern angeordnet. Auch eine Getterung der evakuierten Innenräume ist
vorgesehen.
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Die
Innen- und/oder Außenwandungen
von dem Lagerbehälter 2 und
dem Deckelbehälter 1 sind mit
nach innen und/oder nach außen
aufgewölbten umlaufenden
Sicken versehen, um die erforderlichen Feder- und Dehnungswirkungen
zu unterstützen,
die einerseits durch das Hochvakuum und andererseits durch die großen Temperaturunterschiede
zwischen Innen- und Außenwandung
entstehen.
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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 und den Transport von biologischem Material
in einem Temperaturbereich von –90° C bis zu –60° C und für Standzeiten
von mehr als zehn Tagen ohne Nachladung der Energiespeicher geeignet.
Kürzere Standzeiten,
bis zu fünf
Tagen, in einem Temperaturbereich zwischen –185° C und –100° C ohne Nachladung der Energiespeicher
sind mit dem erfindungsgemäßen Kryobehälter möglich. Die
Temperaturkontrolle mit entsprechender Warneinrichtung erfolgt über die
Temperaturmess-, -speicher- und Datenübertragungsanlage 20,
welche vorzugsweise in der Deckeleinheit 14 angeordnet
ist. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen vakuumisolierten Kryobehälters mit
den beschriebenen Funktionsteilen, insbesondere der berührungslosen
Lagerung des Deckelbehälters
1 im Lagerbehälter 2,
erfolgt eine fast vollständige
thermische Entkopplung zwischen dem Nutzraum und der Außenatmosphäre.