EP4402414A1 - Transportbehälter zum transport von temperaturempfindlichem transportgut umfassend behälterwände - Google Patents

Transportbehälter zum transport von temperaturempfindlichem transportgut umfassend behälterwände

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EP4402414A1
EP4402414A1 EP22783026.2A EP22783026A EP4402414A1 EP 4402414 A1 EP4402414 A1 EP 4402414A1 EP 22783026 A EP22783026 A EP 22783026A EP 4402414 A1 EP4402414 A1 EP 4402414A1
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EP
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thermal conductivity
heat storage
latent heat
layer
transport container
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Stefan Retzko
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    • F28D2020/0008—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in plate-like or laminated elements, e.g. in plates having internal compartments

Definitions

  • Transport container for transporting temperature-sensitive goods to be transported, comprising container walls
  • the invention relates to a transport container for transporting temperature-sensitive goods to be transported, comprising container walls which surround and seal off an interior space provided for receiving the goods to be transported on all sides, with each container wall having at least one latent heat storage layer which comprises a phase change material, and preferably the latent heat storage layers of adjacent container walls are thermally connected to each other.
  • Temperature ranges of 2 to 25° C., in particular 2 to 8° C. are stipulated as storage and transport conditions for various medicinal products.
  • the desired temperature range can be above or below the ambient temperature, so that either cooling or heating of the interior of the transport container is required. If the ambient conditions change during a transport process, the required temperature control can include both cooling and heating.
  • transport containers with special insulating properties are used. These containers are equipped with passive or active temperature control elements. Passive temperature control elements do not require an external energy supply during use, but use their heat storage capacity, whereby depending on the temperature level, heat is released or absorbed at or comes from the interior of the transport container to be tempered. However, such passive temperature control elements are exhausted as soon as the temperature equalization with the interior of the transport container is complete.
  • a special form of passive temperature control elements are latent heat storage devices that can store thermal energy in phase change materials whose latent heat of fusion, heat of solution or heat of absorption is significantly greater than the heat that they can store due to their normal specific heat capacity.
  • a disadvantage of latent heat storage devices is the fact that they lose their effectiveness as soon as the entire material has completely gone through the phase change. However, the latent heat accumulator can be charged again by performing the phase change in the opposite direction.
  • a problem with transport containers of the type mentioned is that the energy input into the transport container is heterogeneous during transport. If the container is exposed to thermal radiation, the energy input in the area affected by the radiation is significantly greater than in the areas in which no radiation acts on the container. Nevertheless, the temperature inside the container must be kept constant and homogeneous within a permissible range. In the case of inhomogeneous energy input, there is the problem that the latent heat store is not used up homogeneously. Thus, it comes in the interior of the transport container after a some time to local temperature changes. If the local temperature changes exceed or fall below a certain threshold value, the transported goods are no longer protected.
  • Transport containers are therefore usually designed in such a way that each side functions independently. This means that each side must be designed for the maximum possible load. However, the energy potential of one area cannot be used for another area. If thermal radiation acts on the transport container from above, for example, this energy is absorbed by the latent heat storage element in the upper area, in which it undergoes a phase transition. Once the phase change has taken place, the energy comes into the interior of the container and leads to heating in the upper part of the container. The remaining energy absorption potential of the latent heat storage element in the lower area cannot be used. This means that with conventional transport containers, in which the temperature is controlled with latent heat storage elements, each side is designed independently for the maximum expected thermal energy input. However, this leads to a significant additional weight and/or a significant increase in volume. Both lead to a significant loss of efficiency during transport. Pharmaceutical products are usually transported by plane, where even a small increase in weight or volume leads to significant additional costs.
  • EP 3128266 A1 facing away from the interior and/or to arrange an energy distribution layer made of a highly thermally conductive material on the side of the latent heat storage device facing the interior.
  • the volume of the latent heat store to be provided therefore does not have to be designed for the maximum energy input that can be expected from each side, but rather for the sum of the energy input that can be expected from all sides. Since it can be assumed that not every side of the transport container is individually exposed to the maximum energy input that can be expected, the overall volume of the latent heat store can be reduced.
  • the arrangement of energy distribution layers increases the weight of the transport container and also reduces the volume available in the interior for accommodating the transported goods.
  • the present invention therefore aims to overcome the disadvantages mentioned above and, in particular, to maximize the volume of the transport container that can be used for the goods to be transported, without increasing the temperature retention capacity affect . This is intended to reduce the transport costs per unit weight of the transported goods.
  • the invention essentially provides in a transport container of the type mentioned at the outset that a material that increases the thermal conductivity of the latent heat storage layers in at least one direction is introduced into the phase change material.
  • a material that increases the thermal conductivity of the latent heat storage layers in at least one direction is introduced into the phase change material.
  • the latent heat storage layers of adjacent container walls are thermally conductively connected to each other in a preferred embodiment, it does not just happen within the respective latent heat storage layer to a temperature equalization, but also between adjacent latent heat storage layers. Since the latent heat storage layers are arranged in each container wall, there is in particular a temperature equalization over the entire circumference of the container.
  • the transport container is preferably designed as a cuboid container which has six container walls arranged at right angles to one another, each of which contains a latent heat storage layer according to the invention.
  • One of the container walls can be designed as a door, z. B. as a revolving door, in particular as a two-leaf revolving door.
  • the container walls include a wall for the floor, two side walls, a rear wall, a wall for the ceiling and a wall at the front for the door.
  • the latent heat storage layers preferably extend over the entire extent of the corresponding wall, so that the latent heat storage layers of adjacent walls adjoin one another.
  • This can be achieved in that a single plate-like latent heat storage element is arranged per wall, which borders on the latent heat storage element of the respective adjacent wall.
  • a plurality of plate-like latent heat storage elements can be provided for each wall, which are thermally conductively connected to one another to distribute the heat over the entire wall. In both cases, this leads to a distribution of heat over the entire height of the interior of the container, which leads to the following advantage in the case of larger containers.
  • the phase change material is recharged by causing the phase change .
  • this is not the case with a container that does not have the heat distribution ability according to the invention, because the warm air in the interior of the container rises to the top.
  • the phase change material in the area near the bottom of the container first charges because the air rising in the interior prevents homogeneous charging.
  • the phase change material at the top of the container will not charge until the phase change material at the bottom is fully charged ie. H . is below the phase transition temperature.
  • short intermediate stops of the container in warehouses that have a temperature below the phase transition temperature cannot be used for recharging, i. H . to increase the running time .
  • the latent heat storage layers of adjacent container walls are preferably connected to one another in a thermally conductive manner, so that z. B. one of the container walls is connected to one another with respect to the interior of an opposite container wall. This results in a circumferential distribution of the heat over the circumference of the container.
  • the thermally conductive connection of adjacent container walls is preferably designed such that the thermal conductivity of one wall to the adjacent Wall is at least 5 W / mK, preferably at least 50 W / mK, preferably at least 100 W / mK.
  • the thermal conductivity of the latent heat storage layers can be increased by any foreign material introduced into the phase change material that has a higher thermal conductivity than the phase change material.
  • an effective increase in thermal conductivity is achieved when the material introduced has a significantly higher thermal conductivity in at least one direction than the phase change material.
  • the material introduced preferably has a thermal conductivity in at least one direction of >190 W/mK, in particular >300-380 W/mK.
  • the material that increases the thermal conductivity is particularly preferably formed from graphite or expanded graphite.
  • Expanded graphite is characterized by its low weight and can theoretically have a thermal conductivity of up to 600 W/mK.
  • Expanded graphite (also known as expandable graphite) is produced by embedding foreign matter (intercalates) between the lattice layers of the graphite.
  • Such expandable graphite intercalation compounds are usually prepared by dispersing graphite particles in a solution containing an oxidizing agent and the guest compound to be intercalated.
  • oxidizing agents are nitric acid, potassium chlorate, chromic acid, potassium permanganate and the like. Concentrated sulfuric acid, for example, is used as the compound to be stored.
  • the expandable graphite intercalation compounds undergo when heated to a temperature above the so-called onset temperature of a strong increase in volume with expansion factors of more than 200, which is caused by the fact that the intercalation compounds embedded in the layer structure of the graphite are decomposed by the rapid heating to this temperature with the formation of gaseous substances, whereby the graphite layers are driven apart like an accordion , i.e. H . the graphite particles are expanded or inflated perpendicularly to the plane of the layer.
  • the material that increases the thermal conductivity is present in the form of particles that are distributed in the phase change material.
  • the thermal conductivity-increasing material can be in the form of at least one plate embedded in the phase change material.
  • a plate of expanded graphite can be produced, for example, in that the fully expanded graphite is compacted under the directed action of pressure, with the layer planes of the graphite preferably being arranged perpendicularly to the direction of action of the pressure, with the individual aggregates interlocking with one another.
  • the thermal conductivity-increasing material takes 3-10 vol. -% of the total volume of the phase change material.
  • the material increasing the thermal conductivity preferably has direction-dependent thermal conductivity and is introduced into the phase change material in such a way that the latent heat storage layer has a higher thermal conductivity in the layer plane of the respective latent heat storage layer than perpendicular to the layer plane. This leads to improved heat distribution in the circumferential direction and at the same time to a thermally insulating effect in the radial direction, i. H . from the environment into the interior of the transport container and vice versa.
  • the direction-dependent thermal conductivity can be achieved, for example, by using particles of the material introduced, such as in particular particles of expanded graphite.
  • the layer planes of the expanded graphite are arranged essentially parallel to one another and parallel to the plane of the latent heat storage layer, as is possible, for example, with the plate made of expanded graphite described above.
  • the thermal conductivity of expanded graphite is high along its outer surface but low as it passes through the material. This double functionality leads on the one hand to the desired heat distribution in the layer plane and on the other hand to a reduction in the heat input into the transported goods transversely to the layer plane.
  • the thermal conductivity of the latent heat storage layer in the layer plane corresponds to at least twice, preferably at least 5 times, preferably at least 10 times, in particular at least 50 times the thermal conductivity perpendicular to the layer plane.
  • the thermal conductivity of the latent heat storage layer in the layer plane can be at least 5 W/mK, preferably at least 50 W/mK, preferably at least 100 W/mK, in particular at least 500 W/mK, and the thermal conductivity of the latent heat storage layer perpendicular to the layer plane can be between 0, 2 W/mK and 10 W/mK are .
  • the particles of the expanded graphite can also be arranged in an unoriented manner in the phase change material, so that the thermal conductivity of the latent heat storage layer is increased uniformly in all directions.
  • conventional graphite powder is introduced into the phase change material instead of expanded graphite.
  • each container wall on the side of the at least one latent heat storage layer facing away from the interior and/or on the side facing the interior space has an energy distribution layer made of a material with a thermal conductivity X > 80 W/mK, preferably X>150 W/mK, wherein the energy distribution layers of adjacent container walls are connected to one another in a thermally conductive manner, in particular are arranged touching one another.
  • the energy distribution layers can be at least partially, preferably completely, made of aluminum, copper, carbon Nanotubes or expanded graphite exist.
  • the energy distribution layers are each formed by a plate made of one of the materials mentioned.
  • the energy distribution layers or plates surround the interior of the transport container preferably on all sides and without gaps.
  • the energy distribution layers or panels thus form, for example, a shell in which the goods to be transported are located.
  • an outer and/or inner shell is formed.
  • each of the six container walls is preferably an energy distribution layer or assigned to the plate, so that said shell consists of six energy distribution layers or panels is built up.
  • the energy distribution layers or -plates in particular their edge areas, preferably touch each other directly, so that there is a heat exchange around the entire interior, with heat via the shell of energy distribution layers or -plates can be directed, for example, from one side of the interior to an opposite side.
  • each container wall on the side facing away from the interior of the at least one latent heat storage layer has an insulating layer made of a thermally insulating material with a thermal conductivity perpendicular to the layer plane
  • the flow of energy in the radial direction becomes Reduced interior of the transport container.
  • the insulating layer preferably surrounds the interior of the transport container on all sides.
  • the insulation layer can preferably consist of vacuum panels, polyisocyanurate (PIR), expanded polystyrene (EPS), polystyrene extruded foam (XPS) or ISOPET. Furthermore, the insulating layer can have a honeycomb structure. An advantageous embodiment results when the insulating layer has a multiplicity of hollow chambers, in particular honeycomb-shaped ones, with a honeycomb structure element according to WO 2011/032299 A1 being particularly advantageous.
  • the latent heat storage layer is preferably designed as a flat chemical latent heat storage device, with conventional substances being able to be used for the phase change material contained.
  • Preferred media for the phase change material are paraffins and mixed salts.
  • the phase transition of the phase change material is preferably in the temperature range of 2-10°C or 2-25°C or -82 to -72°C or -15 to -30°C.
  • the transport container according to the invention is preferably designed as an air freight container and therefore preferably has external dimensions of at least 0.4x0.4x0.4 m 3 , preferably 0.4x0.4x0.4 m 3 to 1.6x1.6x1.6 m 3 , preferably 1.0x1 , 0x1.0m3 to 1.6x1, 6x1.6m3 , on.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the transport container according to the invention
  • Fig. 2 is a detailed view of the corner joint between the ceiling and floor with side walls and rear wall of the transport container
  • FIG. 3 is a detailed view of the corner connection between ceiling and floor with the door of the transport container
  • FIG. 4 is a detailed view of the corner connection between side walls and the door of the transport container.
  • a cuboid transport container 1 is shown, the walls of which are denoted by 2, 3, 4, 5 and 6.
  • the transport container 1 is shown open on the sixth page so that the layer structure of the walls can be seen.
  • the open side can be closed, for example, by means of a door that has the same layered structure as the walls 2, 3, 4, 5 and 6.
  • the six walls of the transport container 1 all have the same layered structure.
  • the layer structure comprises an insulating layer 7, an outer energy distribution layer 8, a latent heat storage layer 9, into which a highly thermally conductive material, such as expanded graphite, is introduced, and an inner energy distribution layer 10.
  • Fig. 2 shows the corner connection between the top 2 and the bottom 4 with the side walls 3.5 and the rear wall 6 of the transport container 1.
  • the outer heat distribution layers 8 and inner heat distribution layers 10 are connected to one another via the corner in such a way that optimal heat conduction takes place without that heat gets into the interior of the transport container.
  • the latent heat accumulator 9 with highly thermally conductive material is located between the inner and the outer heat distribution layer.
  • Fig. 3 shows the corner connection between the ceiling 2, the floor 4 and the door 11 of the transport container 1.
  • the Door 11 consists of an insulating layer 7, an outer heat distribution layer 8 and a latent heat accumulator 9 with highly thermally conductive material.
  • the outer heat distribution layer 8 of the door 11 is connected to the heat distribution layer 8 in the floor 4 and cover 2 in such a way that optimal heat conduction takes place without heat getting into the interior of the transport container.
  • the heat distribution layer 8 in the door 11 is extended outwards to such an extent that there is contact with the heat distribution layers
  • Fig. 4 shows the corner connection between the side walls 3 , 5 and the door 11 of the transport container 1 .
  • the door 11 consists of an insulating layer 7, an outer heat distribution layer 8 and a latent heat storage device 9 with a highly thermally conductive material.
  • the outer heat distribution layer 8 of the door 11 is connected to the heat distribution layer 8 in the floor 4 and cover 2 in such a way that optimal heat conduction takes place without heat getting into the interior of the transport container.
  • thermal contact is achieved through an aluminum door hinge.
  • the latent heat accumulators 9 with highly thermally conductive material are located within the outer heat distribution layer 8 .
  • the insulating layer 7 is designed as a high-performance insulation and preferably has a thermal conductivity of 0. 02 W/mK to 0 . 3 W/mK . It either consists of vacuum panels (VIP), PIR, EPS, XPS, ISOPET or is designed as ultra insulation.

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Abstract

Bei einem Transportbehälter (1) zum Transport von temperaturempfindlichem Transportgut umfassend Behälterwände (2, 3, 4, 5, 6, 11), welche einen für die Aufnahme des Transportguts vorgesehenen Innenraum allseitig umgeben und abschließen, wobei jede Behälterwand (2, 3, 4, 5, 6, 11) wenigstens eine Latentwärmespeicherschicht (9) aufweist, die ein Phasenwechselmaterial umfasst, und bevorzugt die Latentwärmespeicherschichten (9) aneinander angrenzender Behälterwände wärmeleitend miteinander verbunden sind, ist ein die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschichten (9) in zumindest einer Richtung erhöhendes Material in das Phasenwechselmaterial eingebracht.

Description

Transportbehälter zum Transport von temperaturempfindlichem Transportgut umfassend Behälterwände
Die Erfindung betri f ft einen Transportbehälter zum Transport von temperaturempfindlichem Transportgut umfassend Behälterwände , welche einen für die Aufnahme des Transportguts vorgesehenen Innenraum allseitig umgeben und abschließen, wobei j ede Behälterwand wenigstens eine Latentwärmespeicherschicht aufweist , die ein Phasenwechselmaterial umfasst , und bevorzugt die Latentwärmespeicherschichten aneinander angrenzender Behälterwände wärmeleitend miteinander verbunden sind .
Beim Transport von temperaturempfindlichem Transportgut , wie z . B . Arzneimitteln, über Zeiträume von mehreren Stunden oder Tagen müssen vorgegebene Temperaturbereiche bei der Lagerung und dem Transport eingehalten werden, um die Verwendbarkeit und die Sicherheit des Arzneimittels zu gewährleisten . Für verschiedene Arzneimittel sind Temperaturbereiche von 2 bis 25 ° C, insbesondere 2 bis 8 ° C als Lager- und Transportbedingungen festgeschrieben .
Der gewünschte Temperaturbereich kann oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperatur liegen, sodass entweder eine Kühlung oder eine Behei zung des Innenraums des Transportbehälters erforderlich ist . Wenn sich die Umgebungsbedingungen während eines Transportvorgangs ändern, kann die erforderliche Temperierung sowohl ein Kühlen als auch ein Behei zen umfassen . Damit der gewünschte Temperaturbereich beim Transport permanent und nachweislich eingehalten wird, werden Transportcontainer mit besonderem I solationsvermögen eingesetzt . Diese Container werden mit passiven oder aktiven Temperierelementen ausgestattet . Passive Temperierelemente erfordern während der Anwendung keine externe Energiezufuhr, sondern nützen ihre Wärmespeicherkapazität , wobei es j e nach Temperaturniveau zu einer Abgabe oder einer Aufnahme von Wärme an den bzw . aus dem zu temperierenden Transportbehälterinnenraum kommt . Solche passiven Temperierelemente sind j edoch erschöpft , sobald der Temperaturausgleich mit dem Transportbehälterinnenraum abgeschlossen ist .
Eine besondere Form von passiven Temperierelementen sind Latentwärmespeicher, die thermische Energie in Phasenwechselmaterialien speichern können, deren latente Schmel zwärme , Lösungswärme oder Absorptionswärme wesentlich größer ist als die Wärme , die sie aufgrund ihrer normalen spezi fischen Wärmekapazität speichern können . Nachteilig bei Latentwärmespeichern ist der Umstand, dass sie ihre Wirkung verlieren, sobald das gesamte Material den Phasenwechsel vollständig durchlaufen hat . Durch Aus führen des gegenläufigen Phasenwechsels kann der Latentwärmespeicher j edoch wieder aufgeladen werden .
Ein Problem bei Transportbehältern der eingangs genannten Art besteht darin, dass der Energieeintrag in den Transportbehälter während des Transportes heterogen ist . Wird der Behälter Wärmestrahlung ausgesetzt , ist der Energieeintrag im Bereich der Strahlungseinwirkung deutlich größer als in den Bereichen, in welchen keine Strahlung auf den Behälter einwirkt . Dennoch muss die Temperatur im Inneren des Behälters konstant und homogen innerhalb einer zulässigen Bandbreite gehalten werden . Bei inhomogenem Energieeintrag besteht das Problem, dass der Latentwärmespeicher nicht homogen aufgebraucht wird . Somit kommt es im Innenraum des Transportbehälters nach einer gewissen Zeit zu lokalen Temperaturveränderungen . Wenn die lokalen Temperaturveränderungen einen gewissen Schwellenwert über- oder unterschreiten, ist das Transportgut nicht mehr geschützt .
Transportbehälter werden daher üblicherweise so ausgelegt , dass j ede Seite für sich unabhängig funktioniert . Dies führt dazu, dass j ede Seite auf die maximal mögliche Belastung ausgelegt werden muss . Das Energiepotenzial eines Bereiches kann j edoch nicht für einen anderen Bereich verwendet werden . Wenn Wärmestrahlung beispielsweise von oben auf den Transportbehälter einwirkt , wird diese Energie durch das Latentwärmespeicherelement im oberen Bereich auf genommen, in dem dieses einen Phasenübergang durchläuft . Sobald der Phasenübergang stattgefunden hat , kommt die Energie in das Innere des Behälters und führt zu einer Erwärmung im oberen Bereich des Behälters . Das noch vorhandene Energieaufnahmepotenzial des Latentwärmespeicherelements im unteren Bereich kann nicht genutzt werden . Dies führt dazu, dass bei herkömmlichen Transportbehältern, bei welchen die Temperatur mit Latentwärmespeicherelementen kontrolliert wird, j ede Seite unabhängig auf den maximal erwarteten thermischen Energieeintrag ausgelegt wird . Dies führt j edoch zu einem deutlichen Mehrgewicht oder/und einer deutlichen Volumenzunahme . Beides führt zu einem deutlichen Ef fi zienzverlust beim Transport . Meist werden pharmazeutische Produkte mittels Flugzeugen transportiert , wo bereits eine geringe Gewichts- oder Volumenzunahme zu deutlichen Mehrkosten führt .
Zur Lösung des genannten Problems wurde in der EP 3128266 Al vorgeschlagen, auf der dem Innenraum abgewandten und/oder auf der dem Innenraum zugewandten Seite des Latentwärmespeicher eine Energieverteilschicht aus einem stark wärmeleitenden Material anzuordnen . Dadurch gelingt es , die von außen z . B . nur auf eine Seite des Transportbehälters insbesondere als Wärmestrahlung einwirkende thermische Energie auf die anderen Seiten des Behälters zu verteilen . Wenn die Energieverteilschicht den Innenraum des Transportbehälters allseitig umgibt , kommt es zu einer Verteilung der einwirkenden thermischen Energie über den gesamten Umfang der Behälterhülle . Die so verteilte Energie wird auf die weiter innen liegenden Schichten der Behälterwandung übertragen und führt zu einem über die Erstreckung der Latentwärmespeicherschicht gleichmäßigen Verbrauch des Latentwärmespeichers . Das Volumen des vorzusehenden Latentwärmespeichers muss somit nicht auf den von j eder Seite her maximal erwartbaren Energieeintrag ausgelegt werden, sondern auf die Summe des von allen Seiten erwartbaren Energieeintrags . Da davon aus zugehen ist , dass nicht j ede Seite des Transportbehälters j eweils für sich gesehen dem maximal erwartbaren Energieeintrag ausgesetzt ist , kann das Gesamtvolumen des Latentwärmespeichers reduziert werden .
Allerdings erhöht die Anordnung von Energieverteilschichten das Gewicht des Transportbehälters und verkleinert außerdem das für die Aufnahme des Transportguts im Innenraum zur Verfügung stehende Volumen .
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die oben genannten Nachteile zu überwinden und insbesondere das für das Transportgut nutzbare Volumen des Transportbehälters zu maximieren, ohne das Temperaturhaltevermögen zu beeinträchtigen . Dadurch sollen die Transportkosten j e Gewichtseinheit des Transportguts reduziert werden .
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Transportbehälter der eingangs genannten Art im Wesentlichen vor, dass ein die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschichten in zumindest einer Richtung erhöhendes Material in das Phasenwechselmaterial eingebracht ist . Durch die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschichten wird die lokal eingebrachte Wärme gleichmäßiger über den gesamten Latentwärmespeicher verteilt . Dadurch kann ein größerer Anteil der gespeicherten Enthalpie genutzt und die Ef fi zienz des Transportbehälters erhöht werden . Dadurch, dass die Wärmeverteilung auf Grund des in das Phasenwechselmaterial eingebrachten Materials in den Latentwärmespeicherschichten selbst stattfindet statt dies mit Hil fe von an die Latentwärmespeicherschicht angrenzenden, gesonderten Energieverteilschichten zu erreichen, werden die durch die Energieverteilschichten verursachte Gewichtserhöhung und der Platzverbrauch vermieden .
In der vorliegenden Beschreibung sind die Begri f fe Behälterwand bzw . Behälterwände mit den ebenfalls benutzten Begri f fen Wand bzw . Wände gleichbedeutend . Weiters gilt auch eine hierin beschriebene Tür als eine Behälterwand, sofern dies nicht ausdrücklich in einem abweichenden Sinn zum Ausdruck gebracht ist .
Wenn die Latentwärmespeicherschichten aneinander angrenzender Behälterwände bei einer bevorzugten Ausbildung wärmeleitend miteinander verbunden sind, kommt es nicht nur innerhalb der j eweiligen Latentwärmespeicherschicht zu einem Temperaturausgleich, sondern auch zwischen aneinandergrenzenden Latentwärmespeicherschichten . Da die Latentwärmespeicherschichten in j eder Behälterwand angeordnet sind, erfolgt insbesondere ein Temperaturausgleich über den gesamten Umfang des Behälters .
Der Transportbehälter ist bevorzugt als quaderförmiger Behälter ausgebildet , der sechs im rechten Winkel zueinander angeordnete Behälterwände aufweist , von denen j ede eine erfindungsgemäße Latentwärmespeicherschicht enthält . Eine der Behälterwände kann dabei als Tür ausgebildet sein, z . B . als Drehtür, insbesondere als zwei flügelige Drehtür . Die Behälterwände umfassen dabei eine Wand für den Boden, zwei Seitenwände , eine Rückwand, eine Wand für die Decke und eine Wand an der Vorderseite für die Tür .
Die Latentwärmespeicherschichten erstrecken sich hierbei bevorzugt über die gesamte Erstreckung der entsprechenden Wand, sodass die Latentwärmespeicherschichten benachbarter Wände aneinandergrenzen . Dies kann dadurch erreicht werden, dass j e Wand ein einziges plattenartiges Latentwärmespeicherelement angeordnet ist , welches an das Latentwärmespeicherelement der j eweiligen benachbarten Wand grenzt . Alternativ kann j e Wand eine Mehrzahl von plattenartigen Latentwärmespeicherelementen vorgesehen sein, die zur Verteilung der Wärme über die gesamte Wand wärmeleitend miteinander verbunden sind . In beiden Fällen kommt es dadurch zu einer Wärmeverteilung über die gesamte Höhe des Innenraums des Behälters , was bei größeren Behältern zu folgendem Vorteil führt . Wird der geschlossene Behälter in einen Raum gestellt , welcher unterhalb der Phasenübergangstemperatur des Phasenwechselmaterials liegt , wird das Phasenwechselmaterial durch das Bewirken des Phasenübergangs wieder aufgeladen . Bei einem Behälter hingegen, der nicht über die erfindungsgemäße Wärmeverteilungs fähigkeit verfügt , ist dies nicht der Fall , weil die warme Luft im Innenraum des Behälters noch oben steigt . Stellt man einen solchen geschlossenen Behälter in einen Raum, welcher sich unter der Phasenübergangstemperatur des Phasenwechselmaterials befindet , lädt sich zunächst das Phasenwechselmaterial im bodennahen Bereich des Behälters auf , weil die im Innenraum nach oben aufsteigende Luft ein homogenes Aufladen verhindert . Das Phasenwechselmaterial im oberen Bereich des Behälters lädt sich erst auf , nachdem das Phasenwechselmaterial im unteren Bereich vollständig aufgeladen ist , d . h . sich unterhalb der Phasenübergangstemperatur befindet . Somit können während des Transortvorganges erfolgende kurze Zwischenstopps des Behälters in Lagerhallen, welche eine Temperatur unterhalb der Phasenübergangstemperatur aufweisen, nicht zum Wiederauf laden, d . h . zu einer Erhöhung der Lauf zeit , genutzt werden .
Bevorzugt sind die Latentwärmespeicherschichten aneinander angrenzender Behälterwände wärmeleitend miteinander verbunden, sodass z . B . eine der Behälterwände mit einer bezüglich des Innenraums gegenüberliegenden Behälterwand miteinander verbunden ist . Dadurch kommt es zu einer umfangsmäßigen Verteilung der Wärme über den Umfang des Behälters . Die wärmeleitende Verbindung aneinander angrenzender Behälterwände ist bevorzugt derart gestaltet , dass die Wärmeleitfähigkeit von einer Wand zur benachbarten Wand mindestens 5 W/mK, bevorzugt mindestens 50 W/mK, bevorzugt mindestens 100 W/mK beträgt .
Grundsätzlich kann die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschichten durch j edes in das Phasenwechselmaterial eingebrachte Fremdmaterial erreicht werden, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit hat als das Phasenwechselmaterial . Eine wirkungsvolle Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit wird j edoch dann erzielt , wenn das eingebrachte Material eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit in zumindest einer Richtung aufweist als das Phasenwechselmaterial . Bevorzugt hat das eingebrachte Material eine Wärmeleitfähigkeit in zumindest einer Richtung von > 190 W/mK, insbesondere > 300-380 W/mK .
Besonders bevorzugt ist das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material von Graphit oder expandiertem Graphit gebildet . Expandierter Graphit zeichnet sich durch ein geringes Gewicht aus und kann eine Wärmeleitfähigkeit von theoretisch bis zu 600 W/mK aufweisen . Expandierter Graphit ( auch Blähgraphit genannt ) wird hergestellt , indem zwischen den Gitterschichten des Graphits Fremdbestandteile ( Intercalate ) eingelagert werden . Solche expandierbaren Graphit- Intercalationsverbindungen werden üblicherweise dadurch hergestellt , dass man Graphitteilchen in einer Lösung dispergiert , die ein Oxidationsmittel und die einzulagernde Gastverbindung enthält . Üblicherweise angewandte Oxidationsmittel sind Salpetersäure , Kaliumchlorat , Chromsäure , Kaliumpermanganat und dergleichen . Als einzulagernde Verbindung wird beispielsweise konzentrierte Schwefelsäure verwendet . Die expandierbaren Graphit- Intercalations Verbindungen unterliegen beim Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb der sogenannten Onset-Temperatur einer starken Volumenzunahme mit Expansions faktoren von mehr als 200 , die dadurch verursacht wird, dass die in die Schichtstruktur des Graphits eingelagerten Intercalationsverbindungen durch das schnelle Erhitzen auf diese Temperatur unter Bildung gas förmiger Stof fe zersetzt werden, wodurch die Graphitschichten ziehharmonikaartig auseinandergetrieben, d . h . die Graphitpartikel senkrecht zu der Schichtebene expandiert oder aufgebläht werden .
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung liegt das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material in Form von Partikeln vor, die im Phasenwechselmaterial verteilt sind .
Alternativ kann das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material in Form wenigstens einer Platte vorliegen, die in das Phasenwechselmaterial eingebettet ist . Eine Platte aus expandiertem Graphit kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass der vollständig expandierte Graphit unter gerichteter Einwirkung eines Druckes kompaktiert wird, wobei sich die Schichtebenen des Graphits bevorzugt senkrecht zur Einwirkungsrichtung des Druckes anordnen, wobei sich die einzelnen Aggregate untereinander verhaken .
Mit Rücksicht auf die hohe Wärmeleitfähigkeit des eingebrachten Materials genügt eine relativ geringe Menge des Materials , um die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschicht signi fikant zu erhöhen . Bevorzugt nimmt das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material 3- 10 Vol . -% des Gesamtvolumens des Phasenwechselmaterials ein . Bevorzugt weist das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material eine richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit auf und ist so in das Phasenwechselmaterial eingebracht , dass die Latentwärmespeicherschicht eine höhere Wärmeleitfähigkeit in der Schichtebene der j eweiligen Latentwärmespeicherschicht aufweist als senkrecht zur Schichtebene . Dies führt zu einer verbesserten Wärmeverteilung in Umfangsrichtung und gleichzeitig zu einer wärmedämmenden Wirkung in radialer Richtung, d . h . von der Umgebung in den Innenraum des Transportbehälters und umgekehrt . Die richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass Partikel des eingebrachten Materials , wie insbesondere Partikel aus expandiertem Graphit , verwendet werden . Die Schichtebenen des expandierten Graphits werden hierbei im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Ebene der Latentwärmespeicherschicht angeordnet , wie dies beispielsweise mit der oben beschriebenen Platte aus expandiertem Graphit möglich ist . Die Wärmeleitfähigkeit des expandierten Graphits ist entlang seiner Außenfläche hoch, beim Durchgang durch das Material j edoch gering . Diese doppelte Funktionalität führt einerseits zu der gewünschten Wärmeverteilung in der Schichtebene und andererseits zu eine Reduktion des Wärmeeintrags in das Transportgut quer zur Schichtebene .
Gemäß einer bevorzugten Aus führung entspricht die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschicht in der Schichtebene mindestens dem 2- fachen, bevorzugt mindestens dem 5- fachen, bevorzugt mindestens dem 10- fachen, insbesondere mindestens dem 50- fachen der Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Schichtebene . Insbesondere kann die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschicht in der Schichtebene mindestens 5 W/mK, bevorzugt mindestens 50 W/mK, bevorzugt mindestens 100 W/mK, insbesondere mindestens 500 W/mK, betragen und die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschicht senkrecht zur Schichtebene kann zwischen 0 , 2 W/mK und 10 W/mK liegen .
Alternativ können die Partikel des expandierten Graphits auch unorientiert im Phasenwechselmaterial angeordnet werden, sodass die Wärmeleitfähigkeit des Latentwärmespeicherschicht in alle Richtungen gleichmäßig erhöht wird . Derselbe Ef fekt wird erreicht , wenn anstelle von expandiertem Graphit herkömmliches Graphitpulver in das Phasenwechselmaterial eingebracht ist .
Um die Wärmeverteilung noch weiter zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass j ede Behälterwand auf der dem Innenraum abgewandten und/oder an der dem Innenraum zugewandten Seite der zumindest einen Latentwärmespeicherschicht eine Energieverteilschicht aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeiten X > 80 W/mK, bevorzugt X > 150 W/mK, umfasst , wobei die Energieverteilschichten aneinander angrenzender Behälterwände wärmeleitend miteinander verbunden, insbesondere einander berührend angeordnet sind . Dadurch kann zusätzlich die gespeicherte Enthalpie in den Latentwärmespeichern an den j eweils angrenzenden Wänden genutzt und die Gesamtef fi zienz des Transportbehälters weiter verbessert werden .
Die Energieverteilschichten können zumindest teilweise , bevorzugt vollständig, aus Aluminium, Kupfer, Kohlenstof f- Nanoröhrchen oder expandiertem Graphit bestehen . Insbesondere sind die Energieverteilschichten j eweils von einer Platte aus einem der genannten Materialien gebildet .
Die Energieverteilschichten bzw . -platten umgeben den Innenraum des Transportbehälters bevorzugt allseitig und lückenlos . Die Energieverteilschichten bzw . -platten bilden somit beispielsweise eine Hülle , in der sich das Transportgut befindet . Je nachdem ob es sich um Energieverteilschichten bzw . -platten handelt , die auf der dem Innenraum abgewandten und/oder zugewandten Seite der Latentwärmespeicherschicht angeordnet sind, wird eine äußere und/oder eine innere Hülle gebildet . Im Fall eines quaderförmigen Transportbehälters ist j eder der sechs Behälterwände bevorzugt eine Energieverteilschicht bzw . - platte zugeordnet , sodass die genannte Hülle aus sechs Energieverteilschichten bzw . -platten aufgebaut wird . Die Energieverteilschichten bzw . -platten, insbesondere deren Randbereiche , berühren einander bevorzugt direkt , sodass es um den gesamten Innenraum herum zu einem Wärmeausgleich kommt , wobei Wärme über die Hülle aus Energieverteilschichten bzw . -platten beispielsweise von einer Seite des Innenraums zu einer gegenüberliegenden Seite geleitet werden kann .
Die umfangsmäßige Energieverteilung wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dadurch begünstigt , dass j ede Behälterwand auf der dem Innenraum abgewandten Seite der zumindest einen Latentwärmespeicherschicht eine Dämmschicht aus einem wärmedämmenden Material mit einer Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Schichtebene von
< 0 , 04 W/mK, bevorzugt < 0 , 01 W/mK, aufweist . Mittels der Dämmschicht wird der Energiefluss in radialer Richtung zum Innenraum des Transportbehälters hin reduziert. Die Dämmschicht umgibt den Innenraum des Transportbehälters bevorzugt allseitig.
Die Dämmschicht kann bevorzugt aus Vakuumpaneelen, Polyisocyanurat (PIR) , expandiertem Polystyrol (EPS) , Polystyrol-Extruderschaumstoff (XPS) oder ISOPET bestehen. Weiters kann die Dämmschicht eine wabenartige Struktur aufweisen. Eine vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn die Dämmschicht eine Vielzahl von insbesondere wabenförmigen Hohlkammern aufweist, wobei ein Wabenstrukturelement gemäß der WO 2011/032299 Al besonders vorteilhaft ist.
Die Latentwärmespeicherschicht ist bevorzugt als flächiger chemischer Latentwärmespeicher ausgebildet, wobei für das enthaltene Phasenwechselmaterial herkömmliche Stoffe verwendbar sind. Bevorzugte Medien für das Phasenwechselmaterial sind Paraffine und Salzmischungen. Der Phasenübergang des Phasenwechselmaterials liegt bevorzugt im Temperaturbereich von 2-10°C oder 2-25°C oder -82 bis -72°C oder -15 bis -30°C.
Der erfindungsgemäße Transportbehälter ist bevorzugt als Luftfrachtcontainer ausgeführt und weist daher bevorzugt Außenabmessungen von mindestens 0,4x0, 4x0, 4 m3, vorzugsweise 0,4x0, 4x0, 4 m3 bis 1, 6x1, 6x1, 6 m3, vorzugsweise 1,0x1, 0x1,0 m3 bis 1, 6x1, 6x1, 6 m3, auf.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Transportbehälters, Fig. 2 eine Detailansicht der Eckverbindung zwischen Decke und Boden mit Seitenwänden und Rückwand des Transportbehälters, Fig. 3 eine Detailansicht der Eckverbindung zwischen Decke und Boden mit der Tür des Transportbehälters und Fig. 4 eine Detailansicht der Eckverbindung zwischen Seitenwänden mit der Tür des Transportbehälters.
In Fig. 1 ist ein quaderförmiger Transportbehälter 1 dargestellt, dessen Wände mit 2, 3, 4, 5 und 6 bezeichnet sind. An der sechsten Seite ist der Transportbehälter 1 offen dargestellt, damit der Schichtaufbau der Wände ersichtlich wird. Die offene Seite kann beispielsweise mittels einer Tür geschlossen werden, die denselben Schichtaufbau aufweist wie die Wände 2, 3, 4, 5 und 6. Die sechs Wände des Transportbehälters 1 weisen alle denselben Schichtaufbau auf. Der Schichtaufbau umfasst eine Dämmschicht 7, eine äußere Energieverteilschicht 8, eine Latentwärmespeicherschicht 9, in welche ein hochwärmeleitendes Material, wie z.B. expandierter Graphit, eingebracht ist, und eine innere Energieverteilschicht 10.
Fig. 2 stellt die Eckverbindung zwischen Decke 2 und Boden 4 mit den Seitenwänden 3,5 und der Rückwand 6 des Transportbehälters 1 dar. Die äußeren Wärmeverteilschichten 8 und inneren Wärmeverteilschichten 10 sind über die Ecke so miteinander verbunden, dass eine optimale Wärmeleitung stattfindet, ohne dass Wärme in das Innere des Transportbehälters gelangt. Die Latentwärmespeicher 9 mit hochwärmeleitendem Material befinden sich zwischen der inneren und der äußeren Wärmeverteilschicht.
Fig. 3 stellt die Eckverbindung zwischen der Decke 2, dem Boden 4 und der Tür 11 des Transportbehälters 1 dar. Die Tür 11 besteht aus einer Dämmschicht 7 , einer äußeren Wärmeverteilschicht 8 und einem Latentwärmespeicher 9 mit hochwärmeleitendem Material . Die äußere Wärmeverteilschicht 8 der Tür 11 ist mit der Wärmeverteilschicht 8 in Boden 4 und Decke 2 so miteinander verbunden, dass eine optimale Wärmeleitung stattfindet , ohne dass Wärme in das Innere des Transportbehälters gelangt . Dazu ist die Wärmeverteilschicht 8 in der Tür 11 soweit nach außen verlängert , dass ein Kontakt mit den Wärmeverteilschichten
8 in Decke 2 und Boden 4 entsteht . Die Latentwärmespeicher
9 mit hochwärmeleitendem Material befinden sich innerhalb der äußeren Wärmeverteilschicht 8 .
Fig . 4 stellt die Eckverbindung zwischen den Seitenwänden 3 , 5 und der Tür 11 des Transportbehälters 1 dar . Die Tür 11 besteht aus einer Dämmschicht 7 , einer äußeren Wärmeverteilschicht 8 und einem Latentwärmespeicher 9 mit hochwärmeleitendem Material . Die äußere Wärmeverteilschicht 8 der Tür 11 ist mit der Wärmeverteilschicht 8 in Boden 4 und Decke 2 so miteinander verbunden, dass eine optimale Wärmeleitung stattfindet , ohne dass Wärme in das Innere des Transportbehälters gelangt . An den Seiten ist der thermische Kontakt durch ein Türscharnier aus Aluminium erreicht . Die Latentwärmespeicher 9 mit hochwärmeleitendem Material befinden sich innerhalb der äußeren Wärmeverteilschicht 8 .
Die Dämmschicht 7 ist als eine Hochleistungsisolation ausgeführt und hat bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 0 . 02 W/mK bis 0 . 3 W/mK . Sie besteht entweder aus Vakuumpaneelen (VIP ) , PIR, EPS , XPS , ISOPET oder ist als Ultraisolation ausgeführt .

Claims

Patentansprüche :
1. Transportbehälter (1) zum Transport von temperaturempfindlichem Transportgut umfassend Behälterwände (2, 3, 4, 5, 6, 11) , welche einen für die Aufnahme des Transportguts vorgesehenen Innenraum allseitig umgeben und abschließen, wobei jede Behälterwand (2, 3, 4, 5, 6, 11) wenigstens eine Latentwärmespeicherschicht (9) aufweist, die ein Phasenwechselmaterial umfasst, und bevorzugt die Latentwärmespeicherschichten (9) aneinander angrenzender Behälterwände (2, 3, 4, 5, 6, 11) wärmeleitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschichten (9) in zumindest einer Richtung erhöhendes Material in das Phasenwechselmaterial eingebracht ist.
2. Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material von Graphit oder expandiertem Graphit gebildet ist .
3. Transportbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material in Form von Partikeln vorliegt, die im Phasenwechselmaterial verteilt sind.
4. Transportbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material in Form wenigstens einer Platte vorliegt, die in das Phasenwechselmaterial eingebettet ist.
5. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material 3-10 Vol.-% des Gesamtvolumens des Phasenwechselmaterials einnimmt.
6. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Material eine richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit aufweist und so in das Phasenwechselmaterial eingebracht ist, dass die Latentwärmespeicherschicht (9) eine höhere Wärmeleitfähigkeit in der Schichtebene der jeweiligen Latentwärmespeicherschicht (9) aufweist als senkrecht zur Schichtebene .
7. Transportbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschicht (9) in der Schichtebene mindestens dem 2-fachen, bevorzugt mindestens dem 5-fachen, bevorzugt mindestens dem 10-fachen, insbesondere mindestens dem 50-fachen der Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Schichtebene entspricht.
8. Transportbehälter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschicht (9) in der Schichtebene mindestens 5 W/mK, bevorzugt mindestens 50 W/mK, bevorzugt mindestens 100 W/mK, insbesondere mindestens 500 W/mK, beträgt und die Wärmeleitfähigkeit der Latentwärmespeicherschicht (9) senkrecht zur Schichtebene zwischen 0,2 W/mK und 10 W/mK liegt.
9. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Behälterwand (2, 3, 4, 5, 6, 11) auf der dem Innenraum abgewandten und/oder an der 18 dem Innenraum zugewandten Seite der zumindest einen Latentwärmespeicherschicht (9) eine Energieverteilschicht (8,10) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeiten X > 80 W/mK, bevorzugt X > 150 W/mK, umfasst, wobei die Energieverteilschichten (8,10) aneinander angrenzender Behälterwände wärmeleitend miteinander verbunden, insbesondere einander berührend angeordnet, sind.
10. Transportbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieverteilschicht (8,10) zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, aus Aluminium, Kupfer, Kohlenstoff- Nanoröhrchen oder expandiertem Graphit besteht .
11. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Behälterwand (2, 3, 4, 5, 6, 11) auf der dem Innenraum abgewandten Seite der zumindest einen Latentwärmespeicherschicht (9) eine Dämmschicht (7) aus einem wärmedämmenden Material mit einer Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Schichtebene von
< 0,04 W/mK, bevorzugt < 0,01 W/mK, aufweist.
12. Transportbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmschicht (7) aus Vakuumpaneelen, Polyisocyanurat (PIR) , expandiertem Polystyrol (EPS) , Polystyrol-Extruderschaumstoff (XPS) oder ISOPET besteht.
EP22783026.2A 2021-09-17 2022-09-15 Transportbehälter zum transport von temperaturempfindlichem transportgut Active EP4402414B1 (de)

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