JP2010525996A - 相変化材を有する包装及び温度の影響を受けやすい荷物の輸送中の使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、周囲温度が所望の範囲外である地域を通過する輸送中に、荷物温度を所定の温度範囲内に効率的に維持する輸送用包装を対象とする。この輸送用包装は、温度の影響を受けやすい物質を輸送するため、また電源又は他の機械装置を必要としない形で、低い周囲温度及び高い周囲温度から物質を熱的に保護するために使用される。本発明の態様は、外側コンテナ、断熱材、及び２つ以上の異なる相変化材を有する温度維持用包装システムに関するものである。

Description

本発明は、温度の影響を受けやすい荷物の輸送用包装、及び温度が荷物保護のために望まれる温度範囲外である過酷な環境での使用方法を対象とする。

温度の影響を受けやすい荷物を輸送するための輸送用コンテナは通常、ピーナッツ型発泡材、発泡体などの断熱材を含む。様々な他のコンテナでは、輸送中により高い周囲温度又はより低い周囲温度から荷物を保護するために、相変化材を使用してきた。荷物温度を狭い範囲内に維持するための、電源なしで作動できる環境に優しい即ち「グリーンな」コンテナ及び使用方法が、緊急に必要とされている。

現在、温度の影響を受けやすい製品を輸送するために、多くの包装及び方法が使用されている。これらの包装及び方法は、指定の温度調整を必要とすることが多い。例えば、温度の影響を受けやすい物質の製品を回復する知られた方法では、現場で温度調整すること、又は正しく温度調整された包装をちょうど間に合うように配送することが必要である。水を真空中に蒸発させ、蒸発潜熱を使用して荷物の温度を冷却及び維持する装置など、機械装置を作動させる方法も存在する。そのようなシステムは、複雑で且つ高価である。可動部をもたない受動的な輸送用包装が、特に必要とされる。

ワクチンなど温度の影響を受けやすい物質は、使用するために遠隔地へ送られる。これらの遠隔地には十分な温度制御機器がないため、未使用の物質は無駄になることが多い。温度の影響を受けやすい物質は、最初のうちは使用可能な状態にある可能性があるので、遠隔地にある温度の影響を受けやすい物質を回復する方法が緊急に必要とされている。

周囲温度が所望の範囲外である地域を通過する輸送中に荷物温度を所定の温度範囲内に効率的に維持する輸送用包装が、本明細書で説明される。この輸送用包装は、温度の影響を受けやすい物質を輸送するため、また電源又は他の機械装置を必要としない形で、低い周囲温度及び高い周囲温度から物質を熱的に保護するために使用される。

本発明の観点は、外側コンテナ、断熱材、及び２つ以上の異なる相変化材を有する温度維持用包装システムに関するものである。過酷な環境内でそのような包装を使用する方法が開示される。

本発明の態様はまた、少なくとも２つの異なる相変化材を有する包装を含み、１つ又は複数の相変化材は、コンテナ内に挿入される前に温度調整される。本発明のいくつかの例では、他の相変化材のうちの１つ又は複数は、荷物温度を所望の温度範囲内に維持するための熱緩衝材として働く。包装の組立て前に、相変化材を、所望の温度範囲外の温度まで冷却又は加熱することができる。相変化材を正しく選択することにより、包装は、配送工程全体わたって荷物温度を所望の温度範囲内に維持することができる。コンテナを組み立てる方法及びそのようなコンテナを使用する方法も、本明細書に開示される。

以上、本発明についての以下の詳細な説明をよりよく理解できるように、本発明の特徴及び技術的利点についてかなり大まかに概説した。本発明の特許請求の範囲の主題をなす本発明のさらなる特徴及び利点については以下で説明する。開示される着想及び特定の実施例は、本発明の同じ目的を実施するために他の構造を修正又は設計する基礎として容易に利用できることを当業者には理解されたい。また、そのような等価な構成は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の原理及び範囲から逸脱しないことを当業者には理解されたい。さらなる目的及び利点に加えて、本発明に特徴的であると考えられる新規な特徴は、その構成と動作方法の両方に関して、添付の図に関連して考慮すると、以下の説明からよりよく理解されるであろう。しかし、これらの図はそれぞれ、図示及び説明のみを目的として提供されており、本発明の制限を規定するものではないことをはっきりと理解されたい。

本発明をより完全に理解するために、添付の図面と併せて以下の説明を次に参照されたい。

本発明による相変化材の組合せを利用する包装の一実施例の斜視図。 本発明による相変化材の組合せを利用する包装の第２の実施例の斜視図。 配送期間中の本発明による包装の内外への熱伝達を示す温度と時間の関係図。

相変化材は、融解熱の大きい物質であり、特定の温度で融解及び凝固して、大量のエネルギーを蓄積又は解放することができる。最初に、固液相変化材が、従来の蓄熱材のように働き、これらの相変化材が熱を吸収するにつれて、これらの温度が上昇する。しかし、従来の蓄熱材とは異なり、相変化材が相変化温度、即ち融点に到達すると、相変化材は大量の熱を吸収するが、温度はあまり上昇しない。液体材料の周りの周囲温度が下がると、相変化材は冷却されて凝固し、蓄積した潜熱を解放する。特定の相変化材は、鉄、石積み、又は岩などの従来の蓄熱材よりも単位体積当たり５〜１４倍の熱を蓄積する。

相変化材は、それだけには限らないがプロピレン及び／又はエチレングリコールを含む「有機化合物」と、それだけには限らないがグラウバー塩を含む「塩系の生成物」という２つのカテゴリーに大きく分類できる。最も一般的に使用される相変化材は、オクタデカンなど、水酸化物塩、脂肪酸及びエステル、並びに様々なパラフィンである。特定のイオン液体も、有望な相変化材として認識されている。

本発明の一具体例によれば、より高価な相変化材の使用量の削減を実現する効率的な包装方法が提供される。包装は、現在使用されている最も安価な相変化材である水系相変化材を含むことが望ましい。水の遷移温度は０℃付近である。水系相変化材は、特定の温度の影響を受けやすい製品には適さないことが多い。温度の影響を受けやすい製品の熱的損傷を避けるためには、他の一般により高価な相変化材が必要になることがある。例えば、赤血球は、温度の影響を受けやすく、１℃未満の温度にさらすべきではない。過冷却状態の水系相変化材の温度は、それよりも著しく低いことがある。その結果、水系相変化材が使用される場合、通常は、温度の影響を受けやすい荷物と水系相変化材との間に十分な断熱材が必要とされる。

本発明の実施例は、水系相変化材と温度の影響を受けやすい荷物との間で熱緩衝材として働く第２の相変化材を使用する。一例では、第２の相変化材は、より低い又はより高い水系相変化材の温度から荷物を保護しながら凝固する。一例では、第２の相変化材は、最初は固体形態であり、熱から荷物を保護するためのヒート・シンクとして使用される。

別の実施例では、温度調整された相変化材は、荷物のための所望の保護範囲よりも高い温度まで加熱される。そのような実施例では、第２の相変化材はこの場合も、荷物温度を所望の範囲内に維持するための熱緩衝材として働く。その結果、本発明の実施例は、荷物の所望の温度範囲よりも高い又は低い周囲温度から荷物を保護するために利用されると考えられる。

本発明の実施例はまた、所望の荷物保護温度範囲よりも低い周囲温度および高い周囲温度の両方から荷物を保護することができる。包装の配送中のある期間に周囲温度が所望の保護温度範囲よりも低い場合、液体の相変化材を事前に調整するために、いくらかの期間が必要になることがある。

本発明はまた、相変化材を熱的に順応させる効率的な包装方法を促進する。例えば、水系相変化材を、冷凍庫又は他の適切な準備装置から直接、包装内に配置することができる。例えば、相変化材を固体形態又は液体形態で貯蔵し、次いで温度の影響を受けやすい荷物とともに包装することができ、相変化材が所望の包装温度に到達するのを待つ必要はない。

本発明はまた、荷物空胴を相変化材及び断熱材で包み込む包装及び方法を対象とする。一例では、水系相変化材を別の相変化材と組み合わせて、荷物のための熱的保護を提供する。相変化材を正しく選択することによって、包装は、配送中に温度の影響を受けやすい製品に対して最大の熱的保護を提供するようにできる。コンテナ内で固体の相変化材と液体の相変化材との組合せを使用すると、配送中により高い周囲温度とより低い周囲温度の両方からの保護を提供でき、その結果、相変化材の量を削減できることが有利である。

図１を参照すると、温度の影響を受けやすい荷物１２を輸送するための包装１０の分解斜視図を示す。図示の通り、包装１０は、構成部材及び荷物１２を外側コンテナ１４内に挿入することによって輸送の準備がされる。包装１０の構成部材には、断熱パネル１６内に含まれ又は断熱パネル１６によって画定される断熱材と、分離されたパネル１８内に含まれる相変化材とが含まれる。図１の包装１０内で、６枚の相変化材パネル１８及び６枚の断熱パネル１６が使用される。パネル１８の壁の内側の内部容積として概ね画定される荷物空胴内に、温度の影響を受けやすい荷物１２が受け入れられる。図示の実施例では、コンテナ１４は、概ね立方体形状にされているが、他の実施例では、コンテナ１４は、それだけには限らないが円柱などを含む代替の形状にすることもできる。コンテナ１４は、段ボール紙若しくはプラスチック段ボール又は他の適切な材料にすることができる。

断熱パネル１６は、真空断熱パネル及び／又は発泡体、並びに繊維系材料を含むことができる。異なる断熱材の組合せを使用して、パネル１６を形成することもできる。

パネル１６、１８を方形形状で示すが、本発明の代替実施例では、各パネルは、様々な異なる形状及び形態のものとすることもできる。例えば、パネル１６、１８を開いた円柱として形成し、入れ子の形で一方のパネルを他方の中に挿入することができる。他の例では、パネル１６、１８は、荷物１２に関連する形状とすることができ、又は荷物１２に一致させることができる。パネル１６は、その中に相変化材を含むためにプラスチック及び／又は金属シェルによって形成することができる。相変化材パネル１８は、代替実施例では、異なる形状又は形態のものとすることができる。相変化材パネル１８の例には、ＨＤＰＥコンテナ、成形充填及び密封フィルム、又は包装１０内に挿入するように寸法設定された任意の他の適切なコンテナを含むことができる。

相変化材の選択には、それだけには限らないが、所望の保護温度範囲、輸送中の予想される周囲温度、異なる相変化材の熱特性、コンテナ及び／又は断熱パネルの熱特性、並びに輸送される温度の影響を受けやすい製品の熱特性を含む複数の要因についての考慮を含むことできる。相変化材パネル及び断熱パネル用のコンテナの設計及び寸法設定も同様に、これらの要因に応じて変化するはずである。

図２は、本発明の別の実施例を示す。この例では、包装１０は、荷物１２の上下に配置された１対の相変化材パネル１８、２０を含む。したがって、荷物空胴は、断熱パネル１６の４枚の壁と相変化材パネル１８の２枚の内壁との間に画定される。この実施例では、主な熱伝達は、包装１０の上部及び下部を通じて行われる。

本発明による例示的な包装１０は、荷物に関して異なる層に相変化材を含む。輸送前に、相変化材の一方又は両方を事前に調整して、液体形態又は固体形態にすることができる。包装１０の輸送中の予想される周囲温度プロファイルに応じて、固体の相変化材と液体の相変化材の効果的な組合せを選択できる。さらなる保護が必要とされる場合、固相、液相、又は固液相の補助相変化材を加えて、包装１０の熱特性を増大させることができる。

別の実施例では、荷物空胴は最初に、配送中の予想される周囲温度及び荷物の保護要件に基づいて、固体形態、液体形態、又は固液形態になるように温度準備された相変化材を含むことができる。さらに別の実施例では、コンテナ１４及び相変化パネル１８の機能を組み合わせて、一体型の構造にすることもできる。そのような例では、コンテナ１４及び相変化パネル１８は、包装１０の組立て前に、一緒に温度調整されるはずである。同様に、断熱パネル１６と相変化材パネル１８、２０のうちの１つ又は複数とを組み合わせて、１つ又は複数の構造にすることもできる。

本発明の一実施例は、外側コンテナ含み、この外側コンテナ内に、１つ又は複数の断熱パネル及び複数の異なる相変化材パネルが挿入される。コンテナ内の荷物空胴は、温度の影響を受けやすい製品を受け入れるように寸法設定される。一例では、水系相変化材を別の相変化材と組み合わせる。これらの２つの相変化材は協働して、例えば水系相変化材が過冷却状態にある場合でも、温度の影響を受けやすい製品を熱的に保護する。例えば、血液製剤を輸送するための包装１０は、第１の水系相変化材と、４℃付近で液体である第２の相変化材とを含むことができる。そのような包装１０を輸送する方法は、包装１０内に挿入する前に、水系相変化材を０℃未満に冷却するステップを含むはずである。

温度の影響を受けやすい荷物は、包装し、包み込みし、又は相変化材に隣接して、配置して、別の相変化材で一緒に覆うことができる。輸送中はまず、相変化材のうちの１つが、他の相変化材を凝固させることができ、荷物を熱的に損傷しないようになっている。

本発明の他の実施例は、２つ以上の異なる相変化材を含む。一実施例では、水系相変化材が、非水系相変化材とともに利用される。別の実施例では、相変化材パネルが、より低い又はより高い水系相変化材による熱的損傷から温度の影響を受けやすい荷物を保護する。輸送中に温度が所望の温度とは実質的に異なる環境を通過する場合に、温度の影響を受けやすい製品を温かく又は冷たく保つために、所望の温度範囲に応じて、様々な異なる相変化材を利用できる。

図２の実施例では、中間相変化材によって、温度の影響を受けやすい荷物から分離された水系相変化材を示すが、本発明の他の実施例では、水系相変化材が、外側の相変化材と温度の影響を受けやすい製品との間に位置決めされる。

図３は、過酷な環境における包装１０の配送工程中の荷物温度の仮想の変化を示す。配送工程中は、線ＡＴで示す周囲温度は、所望の製品保護範囲外まで変化する。この例では、包装１０は、線ＰＴで示す荷物温度を、温度Ｔ１及びＴ２により規定された製品保護のために望まれる温度範囲内に維持する。ｔ１とｔ２の間の期間中、包装１０の周囲温度は、所望の範囲よりも高い。そのような期間中は、固体形態の相変化材パネルが熱を吸収し、荷物温度はあまり上昇しない。同様に、ｔ３とｔ４の間の期間中は、周囲温度は所望の範囲より低く、相変化材パネルは、熱を荷物へ伝達するはずである。

本発明はさらに、温度の影響を受けやすい製品を、第１の場所から１つ又は複数の遠隔地へ輸送する方法に関する。この方法は、第１の場所で、断熱材及び相変化材を有するコンテナを準備するステップと、このコンテナを、第２の場所で受け取るステップと、包装の相変化材のうちの少なくとも１つを温度調整して交換するステップと、この遠隔地からさらに別の場所へ輸送する前に、温度の影響を受けやすい製品を荷物空胴内に挿入するステップとを含む。これらの相変化材は、最初に、２つの異なる相変化材を含むことができる。

本発明の他の例は、温度の影響を受けやすい製品を輸送する方法を提供する。この方法は、配送前及び／又は配送中に事前に温度調整された複数の相変化材及び断熱材を含むコンテナを受け取るステップと、相変化材のうちの１つを、熱の影響を受けやすい製品の保護のために望まれる温度範囲外の温度に温度調整するステップと、コンテナを別の場所へ出荷する前に、温度の影響を受けやすい製品を荷物空胴内に配置するステップとを含む。好ましい形では、相変化材のうちの１つを利用して、輸送中に温度の影響を受けやすい製品の温度を緩衝する。その結果、温度が製品保護のために望まれる温度範囲外である相変化材によって生じる熱的損傷から、温度の影響を受けやすい製品を保護することができる。

本発明はまた、遠隔地へ輸送する前にまず荷物空胴を相変化材で充填し、また遠隔地から配送する前にこの荷物空胴を空にする輸送方法を対象とする。一例では、相変化材の一部又はすべては、遠隔地で荷物空胴から取り除かれる。次いで、温度の影響を受けやすい製品が荷物空胴内に配置され、コンテナが再び密封されて、別の場所に配送される。そのような例は、十分な熱制御機器をもたない遠隔地からの温度の影響を受けやすい物質を回復させる方法を提供する。例えば、遠隔地には、小型の冷蔵庫はあるが冷凍庫はない可能性がある。そのような遠隔地、例えばインフルエンザ・ワクチンの診療所に包装が到達したとき、別の場所へ出荷するためには、いくらかの量の相変化材がコンテナから取り除かれ、また温度の影響を受けやすい物質がコンテナ内に配置される。

本発明の包装の別の実施例では、荷物の異なる側面に、異なる状態の相変化材を提供する。例えば、固体形態の相変化材パネル１８が、荷物の１つの側面に配置され、相変化材パネル２０が、荷物の他の側面に配置される。他の例では、４つの側面が液体形態で、２つの側面を固体形態とすることができる。３つの側面が液体形態で３つの側面を固体形態とすることができる。２つの側面が液体形態で４つの側面を固体形態とすることができる。また、１つの側面が液体形態で５つの側面を固体形態とすることができる。パネルの多くの他の組合せを可能にするために、構成の各側面のパネル１８、２０を２つ以上のパネルにして一緒に配置することができる。予想される周囲温度プロファイルに応じて、固体の相変化材と液体の相変化材の最も効果的な組合せを選択することができる。さらなる保護が必要とされ、また荷物空胴内に利用可能な空間がある場合、固相、液相、又は固液相の補助相変化材を加えて、包込み相変化材を増大させることができる。

本発明及びその利点について詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の原理及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換え、及び改変を本明細書に加えることができることを理解されたい。さらに、本願の範囲は、本明細書に記載の工程、機械、製造、組成物、手段、方法、及びステップの特定の実施例に限定されるものではない。本発明の開示から当業者には容易に理解されるように、本発明によれば、本明細書に記載の対応する実施例と実質的に同じ機能を実施し又は実質的に同じ結果を実現する、現在存在し又は将来開発される工程、機械、製造、組成物、手段、方法、又はステップを利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、そのような工程、機械、製造、組成物、手段、方法、又はステップを含む。

Claims (21)

1. 温度の影響を受けやすい荷物を輸送するための包装において、該包装が、
   内部容積を有するコンテナと、
   前記内部容積内の断熱材と、
   前記内部容積内の複数の異なる相変化材とを備え、
   前記相変化材のうちの少なくとも１つが、温度が荷物の保護のために望まれる温度範囲外である前記相変化材のうちの別の相変化材による熱的損傷から、前記温度の影響を受けやすい荷物を保護するための熱緩衝材として働くようになっている、包装。
2. 前記複数の異なる相変化材がそれぞれ、個別のコンテナ内に含まれる、請求項１に記載された包装。
3. 前記荷物が、前記複数の相変化材のうちの１つによって実質的に囲まれるようになっている、請求項１に記載された包装。
4. 前記荷物が、前記複数の相変化材のうちの２つによって実質的に囲まれるようになっている、請求項１に記載された包装。
5. 請求項１に記載された包装を使用する方法において、
   前記複数の相変化材のうちのいくつかを事前に調整して固体形態にするステップと、
   前記複数の相変化材のうちの異なるいくつかを事前に調整して液体形態にするステップとを含む、使用方法。
6. 前記荷物の保護のために前記温度範囲が、下保護温度及び上保護温度の間にあり、前記複数の相変化材のうちのいくつかが、下保護温度よりも高い温度で液相から固相へ変化し、
   前記複数の異なる相変化材のうちの他の相変化材が、上保護温度よりも低い温度で固相から液相へ変化する、請求項５に記載された使用方法。
7. 前記複数の相変化材の事前調整が、包装の輸送中の温度範囲の推定に基づいて行われる、請求項５に記載された使用方法。
8. 断熱されたコンテナに入れられた温度の影響を受けやすい荷物を輸送する方法において、該方法が、
   複数の相変化材のうちの１つを、前記コンテナ内の荷物を保護するために望まれる温度範囲外の温度に温度調整するステップと、
   前記複数の相変化材のうちの１つを前記コンテナ内に挿入するステップと
   を含み、前記複数の相変化材のうちの少なくとも別の１つが、熱流を緩衝するために前記コンテナ内に位置決めされ、該緩衝が、荷物温度を前記望まれる温度範囲内に維持するために役立つ、輸送方法。
9. 前記温度調整するステップが、輸送中に前記コンテナが通過する温度の推定値を得るステップと、前記推定値に基づいて、複数の相変化温度のうちの少なくとも１つを温度調整するステップとを含む、請求項８に記載された輸送方法。
10. 前記荷物が、前記複数の相変化材のうちの１つによって実質的に囲まれる、請求項８に記載された輸送方法。
11. 前記荷物が、前記複数の相変化材のうちの少なくとも２つによって実質的に囲まれる、請求項８に記載された輸送方法。
12. 温度の影響を受けやすい荷物を輸送するための包装において、該包装が、
    コンテナ内部に配置された断熱材と
    前記コンテナ内部の複数の相変化材と、
    温度の影響を受けやすい荷物を受け入れるように寸法設定された荷物区域とを有し、
    遠隔地へ輸送する際に、前記複数の相変化材のうちの少なくともいくつかを前記コンテナから取り除くと、前記荷物区域が形成されるようになっている、包装。
13. 前記荷物区域が、前記複数の相変化材のうちの１つの内に形成される、請求項１２に記載された包装。
14. 前記荷物区域が、前記相変化材のうちの少なくとも２つによって囲まれる、請求項１２に記載された包装。
15. 前記断熱材及び前記複数の相変化材が、別個のコンテナ内に提供される、請求項１２に記載された包装。
16. 前記相変化材のうちのいくつかだけが水系である、請求項１２に記載された包装。
17. 包装を輸送する方法において、該方法が、相変化材及び断熱材を有するコンテナを遠隔地へ送るステップを含み、前記相変化材のうちのいくつかが、温度の影響を受けやすい荷物のための荷物区域を形成するために、前記遠隔地で取り除かれ、前記コンテナが、前記荷物を前記遠隔地から別の場所へ輸送する間の再使用に適合される、包装の輸送方法。
18. 前記相変化材を事前に調整して、固体形態、液体形態、又は固液形態にするステップをさらに含む、請求項１７に記載された包装の輸送方法。
19. 前記コンテナの輸送中の予想される温度範囲に基づいて、前記相変化材を事前に調整するステップをさらに含む、請求項１８に記載された包装の輸送方法。
20. 包装を輸送する方法において、該方法が、
    相変化材及び断熱材を含むコンテナを遠隔地から受け取るステップであって、前記相変化材のうちの少なくともいくつかが、前記遠隔地からの輸送前に事前に温度調整されるステップと、
    荷物空胴を形成するために、前記相変化材のうちのいくつかを前記コンテナから取り除くステップと、
    前記コンテナ及び前記相変化材のうちの少なくともいくつかを別の場所へ出荷する前に、温度の影響を受けやすい荷物を前記荷物空胴内に配置するステップと
    を含む、包装の輸送方法。
21. 前記別の場所への配送中の予想される周囲温度に基づいて、前記相変化材のいくつかを温度調整するステップをさらに含む、請求項２０に記載された包装の輸送方法。

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