FI70667B - Kylvaeska i synnerhet foer transport av laboratorieprover - Google Patents

Description

70667

Varsinkin laboratorionäytteiden kuljetusta varten tarkoitettu kylmälaukku

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen kylmälaukku.

Tällainen kylmälaukku käsittää kannella varustetun lämpö-eristetyn kotelon, jonka pohjaosaan on sijoitettu jäähdytys-elin. Jäähdytyselin koostuu U:n muotoisesta metallilevystä, jonka päälle näytteet sijoitetaan, ja metallilevyn kanssa lämpöyhteydessä olevista jäähdytyselementeistä, jotka on varustettu jäähdytysrivoilla, jolloin jäähdytyselimen avulla saadaan aikaan koteloon sijoitettujen näytteiden epäsuora jäähdytys. Kylmälaukussa voi valinnanvaraisesti olla jäähdytyselimen lämpötilan säätöjärjestelmä.

Keksinnön mukaisen kylmälaukun suunnittelutyön lähtökohtana on ollut saada aikaan tuote, joka soveltuu lääketieteellisten näytteiden yms. siirtoon turvallisesti paikasta toiseen. Laukussa on tarkoitus kuljettaa laboratorionäytteitä, joiden lämpötila on pidettävä stabiilina (+1...+6°C). Erityisesti on ollut tarkoitus saada aikaan laukku, joka soveltuu näytteiden kuljetukseen liikennevälineissä, kuten autoissa, lentokoneissa, junissa, laivoissa.

Tähän asti tunnetut kylmälaukut ovat rakenteeltaan olleet perin yksinkertaisia käsittäen eristetyn kotelon, jossa on lämpöä tai kylmyyttä varaava elementti tai jossa on välipohja ja sen alla jäitä. Paljon on myös käytetty eristettyjä koteloita, joissa jäähdytys on saatu aikaan höyrystämällä freonia kaasuliekillä.

Mainituissa ratkaisuissa sisälämpötilaa ei saada riittävän alhaiseksi eikä sitä voi säätää. Freonin höyrystykseen perustuvan laitetteen käyttöön liittyy lisäksi useita käytännön ongelmia koska liikennevälineisiin, etenkin lentokoneisiin, kaasukäyttöistä laitetta ei saa viedä.

2 70667

Tunnettuja ovat vielä laukut, joissa on sähköisillä elementeillä toteutettu jäähdytys. Niinpä US-patenttijulkaisussa 4 346 562 on esitetty nk. Peltier-elementeillä toimiva kylmälaukku, jossa laukun muovista tai alumiinista valmistettua ylhäältä avoimen kotelon muotoista sisäkuorta ympäröi U:n muotoinen lämpöallas. Altaan kumpaankin päähän on pulteilla kiinnitetty lämmönjohtokappaleet. Termosähköinen elementti on kiinnitetty tasapinnastaan kappaleiden ulospäin suuntautuvaan tasaiseen pintaan.

DE-patenttihakemuksen 3 019 092 kohteena on juomapullojen säilytykseen tarkoitettu kylmälaukku. Tässä ratkaisussa Peltier-elementti on pinnastaan lämmönjohtokappaleen välityksellä liitetty juomapullojen säilytyskuppeihin. Edellä mainitut osat ovat sijoitetut eristysainekerrokseen, jonka ulkopuolella olevaan jäähdytysripaan Peltier-elementin toinen pinta on kiinnitetty. Lämmönjohtokappaleiden ja jäähdy-tysripojen ja Peltier-elementtien pintojen väliset liitokset voidaan mainitun julkaisun mukaan saada aikaan esim. ruuvaa-malla tai liimaamalla osat yhteen. Käytettävää liimaa ei julkaisussa ole tarkemmin määritelty.

US-patentin 4 326 383 mukaisessa kylmälaukussa on Peltier-elementin ja alumiinisen sisäkuoren välinen lämmönjohto-yhteys niinikään saatu aikaan lämpöä johtavan palan välityksellä. Osat on yhdistetty toisiinsa pulttikiinnityksellä, jolloin palaan on muodostettu reijät pultteja varten. Lämmönjohtumisen edistämiseksi voidaan mainitun julkaisun mukaan lämmönsiirtopinnoissa edelleen käyttää rasvaa.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa laukussa jäähdytys suoritetaan myös sähköisillä Peltier-elementeillä. Elementit ovat sinänsä olleet kauan tunnettuja, mutta vasta viime aikoina on niiden valmistustekniikka kehittynyt kaupalliselle tasolle. Peltier-elementti käsittää ohuen sandwich-rakenteen, jossa kahden keraamisen kerroksen välille on sovitettu puolijohde. Elementtejä voidaan käyttää sekä lämmitykseen että jäähdytykseen. Toiminnosta toiseen siirrytään vaihtamalla puolijohteen läpi kulkevan virran suunta.

3 70667

Kehitetyssä kylmälaukussa kotelo-osaan on sijoitettu levy, jota jäähdytetään epäsuorasti jäähdytys-elementtien avulla. Elementit on kiinnitetty levyyn joko suoraan tai siihen kiinnitetyn kiskon tai tangon avulla, ja niiden lämpimälle puolelle on sovitettu jäähdytysrivat.

Jotta tunnettuihin kylmälaukkuihin liittyvät epäkohdat voitaisiin välttää on lämpöhäviöt ja ilmankierto laukussa poistettava.

Mitä tulee lämpöhäviöihin on huomattu, että kokoonpanon vaativin vaihe on elementtien liittäminen laukun pohjalevyn ja jäähdytysrivan väliin siten, että saavutetaan liitospintojen pienin mahdollinen lämmönvastus. Silikonimassan ja ruuvien avulla tapahtuva kiinnitys ei sarjatuotteessa ole riittävän hyvä ratkaisu.

Keksinnön mukaan yllä mainitut ongelmat on ratkaistu siten, että metallinen pohjalevy on sinänsä tunnetulla tavalla taitettu reunoistaan U:n muotoiseksi, ja levyn, elementtien sekä jäähdytysripojen lämmönjohtopintojen väliset liitokset on saatu aikaan anaerobisesti, edullisesti kosteuden vaikutuksesta, erittäin ohueksi kerrokseksi kovettuvan, yhdestä komponentista koostuvan syanoakrylaatti- tai metakrylaatti-pohjäisen liima-aineen avulla.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle ratkaisulle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä metallilevyn U-muoto vähentää ilmankiertoa laukussa samalla kun lämpötehon siirto siitä on optimaalinen. Käyttämällä liitoskohdissa ohueksi kerrokseksi kovettuvaa liimaa saavutetaan erittäin pieni lämmönvastus liitospinnoissa. Näiden tekijöiden ansiosta saadaan aikaan tuote, joka mahdollistaa laboratorionäytteiden turvallisen kuljettamisen vakiolämpö-tilassa. Näytteiden lämpötilaa voidaan säätää laukun ulkopinnassa olevan säätöjärjestelmän potentiometrin ja indi- 4 70667 kaattorivalodiodien avulla. Niitä voidaan kuljettaa yleisissä liikennevälineissä. Keksinnön mukainen laukku voidaan kytkeä esim. henkilöauton tupakansytyttimeen.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa metallilevyn ja jääh-dytyselementtien välille on sovitettu levyn pituussuunnassa kulkeva metallitanko tai -kisko. Tämän ratkaisun avulla Peltier-elementtien lämmin puoli ja siihen kiinnitetyt jääh-dytysrivat voidaan erottaa paremmin metallilevystä. Käytettävä metallitanko on sopivimmin eristekerroksen paksuinen, jolloin eristekerros voidaan sovittaa Peltier-elementtiä le-veämmän jäähdytysrivan ja metallilevyn välille.

Rakenneaineena metallilevyssä ja metallitangossa käytetään jotain hyvin lämpöä johtavaa metallia, sopivimmin alumiinia.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa suoritusesimerkissä lähemmin tarkastelemaan liitteinä olevan piirustuksen avulla.

Kuvio 1 esittää sivulta osittaisena röntgenkuviona kylmälaukun periaatteellista rakennetta.

Kuvio 2 esittää laukkua päädystä ja kuvio 3 ylhäältä katsottuna.

Kuvio 4 esittää leikkausta A-A.

Kylmälaukun runko muodostuu ABS-muovista valmistetusta kansi- 1 ja pohjakupista 2, jotka on kiinnitetty tukevaan alumiini-profiiliin 3. Laukun sisäosan kylmäarkku-osa 4 on valmistettu polystyreeni-muovista. Kylmäarkun 4 pohjaan on asennettu alumiinista valmistettu U:n muotoinen levy 5, johon on kiinnitetty alumiininen tanko 6. Tähän on kiinnitetty Peltier-elementit 7. Peltier-elementtien 7 lämpimälle puolelle on sovitettu jäähdytysrivat 8. Elektroninen säätöpiiri 9 on sijoitettu jäähdytysripojen väliin.

Peltier-elementteinä voidaan käyttää tavaramerkillä Cambion® myytäviä 30 W:n elementtejä. Laukussa voi esimerkiksi olla neljä kappaletta vierekkäin välimatkan päässä toisistaan. Niiden yhteenlaskettu jäähdytyspinta-ala on tässä tapauksessa 4 x 16 cm2f eli 54 cni2# 5 70667 Jäähdytysripa 8 on hyvän jäähdytystoiminnon aikaansaamiseksi Peltier-elementtiä 7 huomattavasti leveämpi. Valitsemalla tanko siten, että sen ja elementin yhteenlaskettu paksuus on yhtä suuri kuin eristekerroksen kokonaispaksuus, voidaan eriste sovittaa jäähdytysrivan 8 ja metallilevyn 5 välille kuvion 4 osoittamalla tavalla. Tällöin elementin 7 lämmin puoli saadaan eristetyksi metallilevystä 6. Mikäli tanko 6 on jotain hyvin lämpöä johtavaa ainetta, kuten alumiinia tai kuparia, se ei vähennä elementtien jäähdytystehoa juuri lainkaan.

Laukun pohjaosan kumpaankin päätyyn on sijoitettu jäähdy-tyspuhaltimet 10 ja liitin, johon voidaan kytkeä 12V/8A tasavirtalähde. Puhaltimien avulla tehostetaan jäähdytysri-pojen 8 toimintaa. Laukun kansiosassa sijaitsee säätöpoten-tiometri 11 sekä indikaattorivalodiodit 12, jotka osoittavat näytteiden lämpötilan.

Laukun lämmöneristeenä 13 käytetään polyuretaania, jolloin päästään mahdollisimman ohueisiin eristeisiin.

Alumiinilevyn 3 ja -tangon 6 sekä tangon 6 ja Peltier-elementtien 7 kuten myös elementtien 7 ja jäähdytysripojen 8 väliset liitokset on saatu aikaan syanoakrylaattiliiman avulla. Tällaisena liimana voidaan esimerkiksi käyttää yhtiön Loctite Corporation valmistamaa tuotetta, jota myydään tavaramerkillä Loctite® Super Glue 3. Muitakin vastaavia syanoakrylaattipohjäisiä nk. pikaliimoja voidaan käyttää. Toisen suositeltavan liima-ainetyypin muodostavat metakry-laattipohjäiset liimat.

Käytettävältä liima-aineelta edellytetään, että se kovettuu anaerobisesti, sopivimmin kosteuden vaikutuksesta, mahdollisimman ohueksi kerrokseksi. Tavoitteena on päästä ainoastaan yhden molekyylin paksuiseen liima-ainekerrokseen lämmänsiir-topintojen välissä. Valmistustekniikan kannalta on lisäksi toivottavaa, että liima-aine kovettuu huoneenlämpötilassa.

Laboratorionäytteet sijoitetaan kylmäarkkuun 4 erillisen ritilän varaan, joka voidaan nostaa laukusta kokonaisuudes- 6 70667 saan pois.

Laukun kansi- 1 ja pohjaosien 2 huulloksessa käytetään tii-vistysaineena silikonimassaa. Laukkua kuljetetaan sen kannessa 1 olevan kahvan 14 avulla.

Lämpötilan säätö on toteutettu elektronisella säätöpiirillä. Lämpötilan tunnistelijana laukun sisällä on käytetty NTC-termistoria, jonka muodostamaa jännitettä verrataan kompa-roottorin avulla potentiometristä asetettuun arvoon. Säädölle on asetettu pieni hysteresis häiriöiden välttämiseksi. Kytkinelementtinä on rele häviöiden välttämiseksi. Jäähdy-tyselementit ovat kytketyt pareittain sarjaan, jolloin saadaan 12 V;n, auton sähköjärjestelmään suoraan sopiva kytkentä.

Laukkua käytettäessä se jäähdytetään haluttuun lämpötilaan ja näytteet siirretään siihen. Laukku suljetaan ja irroite-taan virtalähteestä ja siirretään ajoneuvoon (esim. henkilöautoon). Ajoneuvossa se voidaan haluttaessa kytkeä virran-lähteeseen. Näytteiden siirto on tietenkin valmisteltava huolellisesti, koska lämpötilan ylläpitäminen vaatii sähköenergiaa.

Tehdyissä kokeissa on näytteiden todettu pysyvän sallituissa rajoissa normaalissa huoneen lämpötilassa noin 45 minuuttia ilman ulkoista energiaa.

Keksinnön puitteissa voidaan tietenkin ajatella edellisestä poikkeaviakin ratkaisuja. Niinpä esimerkissä mainittujen valmistusmateriaalien ohella vidaan käyttää muita kyseisiin tarkoituksiin soveltuvia valmistusaineita. Kylmälaukkuun voidaan tarvittaessa asentaa akku, jolloin jäähdytyselemen-tit saadaan toimimaan jatkuvasti.

Lisäksi on huomattava, että vaikka edellisessä selityksessä yksinomaan on puhuttu näytteiden jäähdyttämisestä, voidaan kylmälaukkua yhtä hyvin käyttää näytteiden lämmittämiseen toivottuun lämpötilaan, mikäli lämpötila laukun ulkopuolella 7 70667 on liian alhainen. Tässä tapauksessa sähkökytkentää muutetaan siten, että virta Peltier-elementtien läpi muuttuu vas-takkaisuuntaiseksi. Laukku soveltuu tietenkin muidenkin tuotteiden kuljetukseen ja säilytykseen.

Claims (1)

1. 70667 Patenttivaatimus: Kylmälaukku, joka on tarkoitettu etenkin laboratorionäytteiden kuljetusta varten, ja joka käsittää - kannella (1) varustetun lämpöeristetyn kotelon (2), - kotelon (2) pohjaosaan sijoitetun jäähdytyselimen (5, 6, 7,8) joka koostuu poikittaisuunnassa oleellisesti U:n muotoisesta metallilevystä (5), jonka päälle näytteet sijoitetaan, ja metallilevyn (5) kanssa lämpöyhteydessä olevista jäähdytys-elementeistä (7), jotka on varustettu jäähdytys-rivoilla (8), jolloin jäähdytyselimen (5, 6, 7, 8) avulla saadaan aikaan koteloon (2) sijoitettujen näytteiden epäsuora jäähdytys, sekä - valinnanvaraisesti jäähdytyselimenlämpötilan säätöjärjestelmän (9), tunnettu siitä, että metallilevyn (5), jäähdytys-elementtien (7) sekä jäähdytysripojen (8) lämmönsiirtopinto-jen väliset liitokset on saatu aikaan anaerobisesti, edullisesti kosteuden vaikutuksesta, erittäin ohueksi kerrokseksi kovettuvan, yhdestä komponentista koostuvan syanoakrylaatti-tai metakrylaattipohjäisen liima-aineen avulla.