JP6221149B2 - 潜熱貯蔵要素を予備調整する方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの潜熱貯蔵要素を予備調整する方法に関する。

この目的に適切な貯蔵材料への蓄熱に対して、貯蔵材料の温度は、通常は上昇される。この形態の蓄熱は、顕熱蓄熱と呼ばれる。

この目的に適切な材料において、相転移、例えば、固体から液相への転移（又はその逆）が起こる時はいつでも、貯蔵材料の温度と貯蔵材料によって吸収される（又は作り出される）熱との間の関係は、もはや線形ではなくなる。固体から液体への転移の事象において、蓄熱材料は、相転移の温度に到達すると溶融し始める。貯蔵材料は、それが完全に溶融するまで熱を供給することによってこの温度を維持する。その時になってのみ熱を更に吸収する時に温度の上昇が再度起こる。

温度は、熱を供給しても比較的長い時間にわたって実質的に上昇しないので、これは潜熱と呼ばれる。例えば、典型的な固体／液体相転移の場合に、潜熱は、貯蔵材料の溶融熱又は結晶化熱と同一である。

潜熱貯蔵材料は、それが、狭い温度範囲内に比較的多い熱量を貯蔵するのに使用することができるという大きい利点を有する。相転移は、実質的に一定の温度である一定の期間にわたって起こるので、温度変動は、補償されて温度ピークを回避することができる。

様々な形態の潜熱貯蔵材料は公知である。英語の用語では、これらの材料は、ＰＣＭ材料（相転移材料）とも呼ばれる。

約０℃のターゲット温度（相転移の温度）では、異なる添加物を有する水は、潜熱貯蔵材料として使用することができる。０℃よりも低い低温貯蔵に対して適切に調製した食塩水が使用される。

０℃のすぐ上の領域では、他の材料、例えば、パラフィンに基づくものがより適切である。

特に、背景技術として、「２００２年からの話題情報ＩＶ／０２」という名称のＢＩＮＥ情報サービスからの概説論文を参照されたい（「潜熱貯蔵」をキーワードとしてｗｗｗ．ｂｉｎｅ．ｉｎｆｏで検索することができるＦＩＺ Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ プロジェクトコード ０３２９８４０Ａ−Ｄ）。潜熱貯蔵材料及びその使用可能性の一般的な背景技術に対して、この引用文献の内容への参照によって引用がこれによって為される。

本発明による潜熱貯蔵要素は、任意的に均圧弁も備える閉じた覆い内の潜熱貯蔵材料である。マクロカプセル封入ＰＣＭ材料もこの点では言及される。覆いは、プラスチックで作ることが多い。基本構造は、例えば、冷却バッテリと呼ばれるものから公知である。

その一方、多数のターゲット温度に関して考察中のタイプ、特に、同じく本出願人からの（冊子「ｖａ−Ｑ−ｔｅｃ パッケージングポートフォリオ、２０１１年１月」）タイプの潜熱貯蔵要素がある。そこには、３７℃、２２℃、４℃、０℃、−１９℃、−２１℃、及び−３２℃のターゲット温度のための潜熱貯蔵要素が見られる。他の供給元は、彼らの販売範囲、時に異なるターゲット温度に対しても同等の潜熱貯蔵要素を有する。

考察中のタイプの潜熱貯蔵要素は、特に輸送目的に対して断熱容器の特定の利用分野に使用される。例えば、これは、調剤、生物工学製品、移植品目、又は血液保存物のような温度感受性品目の輸送に当て嵌まる。この利用分野では、絶対に維持する必要がある最適な輸送及び貯蔵温度は、例えば、２℃から８℃である。従って、製品は、いずれにせよ非常に狭い温度範囲内だけで安定なことが多い。従って、この製品は、この温度範囲内で輸送及び貯蔵しなければならない。これに加えて、多くの場合に、輸送温度に関して非常に感受性であるそのような製品は、決して凍結させてはならない。０℃よりも低い温度は、こうして確実に避ける必要がある。従って、ターゲット温度は、比較的小さい偏差で確実に到達して維持しなければならない。

相転移中に潜熱貯蔵要素によって小さい偏差で維持され、かつ潜熱貯蔵要素の使用済み潜熱貯蔵材料からもたらされる温度は、以下ではターゲット温度として指定される。

本発明の場合は、輸送される品目のための受け入れ空間を有する断熱されて閉じた容器において少なくとも１つの潜熱貯蔵要素を予備調整する段階を伴い、潜熱貯蔵要素は、好ましくは０℃をいくらか超えるターゲット温度を有する。

これに関する従来技術（ＷＯ ２００４／１０４４９８ Ａ２）は、特に輸送目的に対して断熱された容器に関連するものであり、容器は、真空絶縁パネルによって周囲温度との熱交換に対して絶縁され、かつ内部に考察中のタイプの少なくとも１つの潜熱貯蔵要素を有する。この点で、輸送容器における潜熱貯蔵要素の使用の多くの態様を集めることができる上記の以前に公開された文献の開示を参照されたい。

真空断熱パネルの技術は、比較的長期間にわたって基本的に公知であるが、製品及び材料に関して継続的に完成に向かっている。真空断熱パネルに関して、この点で原則として本出願の出願人に属するＤＥ １００ ５８ ５６６ Ｃ２を参照することができる。このタイプの真空断熱パネルは、現時点で最も効率的な断熱要素である。

ここで、本発明の場合は、容器に配置可能であるか又は配置された潜熱貯蔵要素を予備調整する方法に関する。

潜熱貯蔵要素が輸送容器内での使用中にその効果を発揮することができるように、それは、ターゲット温度よりも低い温度まで予め冷却しなければならない。例えば、３℃と５℃の間で溶融する潜熱貯蔵材料は、できる限りこの値に近い温度まで冷却しなければならない。従って、断熱輸送容器内での使用時にできる限り多くの熱量が依然として吸収されるように、よくてもターゲット温度の許容範囲の下限、すなわち、例えば、ここでは約３℃への予備調整が行われる（正のターゲット温度の事象において）。これは、すなわち、輸送容器内のターゲット温度が比較的長い期間にわたって比較的正確に維持することができるという事実と同等である。

従って、潜熱貯蔵要素を予備調整するには、できる限り正確であり、かつ上述したように使用する潜熱貯蔵材料のターゲット温度の許容範囲にできる限り近いか又はその範囲にあるように意図する予備冷却温度が必要である。

このタイプの潜熱貯蔵要素の予備調整では、潜熱貯蔵要素は、多くの場合に冷却室に導入される。冷却室には、通常は特に正確な温度設定値がない。例えば、典型的な冷却室温度は、５℃に±２℃の許容範囲を加えたもの、すなわち、約３℃と７℃の間である。これは、上述の生物工学製品のような分野を意図する使用には不十分である。温度感受性品目の輸送のための又は他の取り扱いのための要件が達成されるべきである場合に、複雑な予備調整方法又は特に正確に制御可能な冷却デバイスを使用しなければならない。このタイプの複雑な予備調整方法は誤差が生じ易い。また、この方法は、全ての国で実施することはできず、特に発展途上国ではできない。

最近になって、潜熱貯蔵要素を予備調整するためのより簡単な方法が開示されている（ＤＥ ２０ ２００６ ００４ ３４４ Ｕ１）。この方法では、潜熱貯蔵要素は、受け入れ空間にサンプル容器を貯蔵する前にエネルギ的に装填され、すなわち、冷凍される。これは、ここでは冷却剤によって行われ、その温度は、容器の受け入れ空間に入れられている潜熱貯蔵要素の凍結温度よりも低い。この冷却剤は、潜熱貯蔵要素が完全に冷凍して固化するまでそこに残される。このための目視検査が必要である。すなわち、個人が、容器の受け入れ空間を時々開き、中を見て潜熱貯蔵要素が冷凍して固化したという印象を与えるか否かを決定しなければならない。

ＷＯ ２００４／１０４４９８Ａ２ ＤＥ １００ ５８ ５６６ Ｃ２ ＤＥ ２０ ２００６ ００４ ３４４ Ｕ１

「２００２年からの話題情報ＩＶ／０２」、ＢＩＮＥ情報サービスからの概説論文（ＦＩＺ Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ プロジェクトコード ０３２９８４０Ａ−Ｄ、ｗｗｗ．ｂｉｎｅ．ｉｎｆｏ） 冊子「ｖａ−Ｑ−ｔｅｃ パッケージングポートフォリオ、２０１１年１月

本発明は、容器内の少なくとも１つの潜熱貯蔵要素を予備調整する方法を指定する問題に基づいており、その方法は、潜熱貯蔵要素が容器内でのその使用ためにそのターゲット温度の近くに確実に予備調整されることを簡単かつ確実に保証するものである。

上記に提示した問題は、請求項１に記載の方法によって第１の変形において解決される。これに代えて、上記に提示した問題は、請求項３に記載の方法によって解決される。好ましい改良及び発展は、それぞれの従属請求項の主題となっている。

特許請求の範囲では、潜熱貯蔵要素に単数形を使用している。しかし、「少なくとも１つの潜熱貯蔵要素」への参照は、複数の潜熱貯蔵要素を同時に予備調整する時はいつでも本方法が同様に利用可能であることを明らかにしている。

本発明による方法は、特に、潜熱貯蔵要素を定められたターゲット温度に予備調整することに関する。関心の特別な範囲は、潜熱貯蔵要素のターゲット温度が０℃よりもいくらか高い場合に存在する。このターゲット温度は、調剤、生物工学製品、移植品目、又は血液保存物のような上述の温度感受性品目の輸送に対して典型的なものである。この範囲では、上述したように２℃と８℃の間のターゲット温度が典型的である。

本発明により、容器自体は、容器内の少なくとも１つの潜熱貯蔵要素を調整するためにその受け入れ空間と共に使用される。これは、適切な冷却剤を使用することによって行われる。

特に非常に好ましくは、予備調整段階は、世界中で入手可能である適切な助剤、すなわち、水氷を用いて行われる。ドライアイスも良好な予備調整助剤である。

特に水氷又はドライアイスの場合に、冷却剤は、容器の受け入れ空間内で別の閉じた器、特にプラスチックバッグに入れることが特に好ましい。

以下において、本発明は、冷却剤が水氷である特定の好ましい例示的実施形態を用いて説明する。しかし、本方法を他の適切な冷却剤、すなわち、当該の温度範囲に到達する冷却剤を用いて達成することは除外されない。従って、以下において、水氷が特に好ましい例示的実施形態として説明される時はいつでも、これは限定であると理解すべきではない。しかし、水氷は、使用する冷却剤の特に都合よく使用可能な変形であり、どこでも入手可能であるために、特に好ましいオプションである。

予備調整とは、少なくとも１つの潜熱貯蔵要素が予め容器に位置付けられることである。本発明により、水氷は、最初に受け入れ空間内に入れられ、受け入れ空間は、その後に潜熱貯蔵要素を予備調整した後で容器内の品目の輸送のために使用される。容器は、優れた断熱がそのジョブを行うようにその後に閉じられる。容器は、特に真空絶縁パネルによって非常に確実に断熱され、熱損失を非常に少なくしながら温度均一化を保証することができる。水氷は、潜熱貯蔵要素をそのターゲット温度まで冷却する。潜熱貯蔵要素は、その様々なターゲット温度（相転移液体／固体）の熱容量が高いために、水氷の質量には、ここではかなり広い範囲の変動が許容される。

潜熱貯蔵要素の予備調整段階の後に、容器の内部は、温度感受性品目を輸送するために容器に必要な温度に達している。水又は水氷／水混合物を受け入れ空間から除去する（すなわち、単に注ぎ出す）。受け入れ空間を拭き取って乾かし、その後に輸送する品目をその中に入れる。潜熱貯蔵要素により、例示的に０℃のすぐ上である望ましい一定温度が保証される。従って、凍結に対する保護が自動的に保証される。

これに代えて、冷却剤は、潜熱貯蔵要素がターゲット温度に到達した後に、受け入れ空間内に留まり続けることができる。これは、特に、冷却剤が別の閉じた器に位置付けられる時はいつでも可能である。この場合に、潜熱貯蔵要素は、容器全体の温度が冷却剤の温度よりもいくらか上に設定されるように作用するに過ぎない。水氷の場合に、凍結に対する保護もそれによって保証される。

本発明による方法の第１の変形では、潜熱貯蔵要素がそのターゲット温度に到達するために受け入れ空間に入れられるべき冷却剤、特に、従って水氷の質量は予め計算される。従って、計算段階のアルゴリズムは、冷却剤、特に、従って水氷の正確に正しい質量をターゲットにする。

請求項３に記載の代替方法は方針が異なる。ここでは、過剰な量の冷却剤、特に、従って水氷が受け入れ空間に入れられる。ここでの計算アルゴリズムは、潜熱貯蔵要素のターゲット温度に到達するための時間を計算する。ユーザは、潜熱貯蔵要素の適切な予備調整段階を達成するためにユーザに既知の定められた時間にわたって待つ必要がある。期間に到達した後に、受け入れ空間を再び空にし、乾かし、拭き取り、次に、輸送する品目で満たす。ここで、冷却剤をある一定の境界条件下で受け入れ空間に残すことができる代替方法もある。

本発明による方法は、器官及び血液保存物の輸送向けに特に適切であり、そこでは、物流的理由で水氷は取りわけ冷却媒体として迅速に利用可能であるが、輸送する品目の凍結は、あらゆる状況下で避ける必要がある。

本発明による方法の更に別の改良に対して、計算段階で結果を更に最適化するのに使用可能な異なる影響を及ぼす変数もある。冷却剤、特に、従って水氷を容器に入れる前かつ計算段階の前に、潜熱貯蔵要素の初期温度が都合よく決定される。更に、使用される冷却剤、特に、従って水氷の温度が計算段階の前に決定され、かつ引き続く計算段階に使用されることが便利である。

最後に、冒頭で説明した真空絶縁パネルの助けによって容器を絶縁することが推奨される。これは特に有効である。

最後に、受け入れ空間に輸送する品目を冷却剤と共に配置することも可能である。この場合に、潜熱貯蔵要素はまた、容器の温度が全体として冷却剤の温度よりもいくらか高く設定されるように作用する。特に、水氷が冷却剤である特定の例の場合に、凍結に対する保護は、それによって同じくここで保証される。

容器の図 容器の図

ここで、１つだけの好ましい例示的実施形態を示す添付図面を参照して本発明をより詳しく以下に説明する。

図面の図１に示した容器１は、容器壁２を有し、この中に真空絶縁パネル２’が断熱体として位置付けられる。図示の例示的実施形態の真空絶縁パネル２’は、壁２に隠れて配置され、従って、破線のみで表されている。しかし、この点は上述の従来技術を参照されたい。

容器１は、容器１上にその上部でヒンジ留めされた蓋３によって閉じることができ、図面の各図では蓋３は開いた位置に示されている。蓋３は、真空絶縁パネル又は複数の真空絶縁パネルの形態の断熱設置部も有する。

容器１の内部で温度感受性品目４が輸送されるようにするために、容器１の内部には受け入れ空間５がある。受け入れ空間５に対応する品目４を位置付けることができる方式は、図面の各図では破線に示している。品目４は、相応に温度感受性の製品、例えば、移植するように意図され、かつ任意的に一方で貯蔵容器４内に配置された器官とすることができる。

例えば、プラスチックで作られた薄い内壁の形態である薄い壁６が、受け入れ空間５の左側及び右側に見える。しかし、金属薄板又は厚紙又は対応する積層材板のタイプのいずれも適切とすることができる。いずれの場合にも、狭い空間が壁６によって容器壁２に向けて形成される。ここで、これらの２つの空間の各々に潜熱貯蔵要素７が位置付けられる。この潜熱貯蔵要素７（ＰＣＭ）は、冷却バッテリに類似するものである。潜熱貯蔵要素７の特性は、本明細書の冒頭で説明している。

更に、受け入れ空間５と潜熱貯蔵要素７の間には、壁６を通る伝熱接続部を除いて接続部がない場合が好ましい。

容器１内での潜熱貯蔵要素７の配置は、側壁に限定されない。原則として、潜熱貯蔵要素７は、基部に及び／又は蓋３に又は例えば同じく片側だけに配置することができると考えられる。

図示の好ましい例示的実施形態は、容器１の基部が、内側が潜熱貯蔵要素８によって同様に覆われる点で更に区別される。潜熱貯蔵要素８は、２つの潜熱貯蔵要素７間を左から右に延びて受け入れ空間５の基部を形成する。それによって受け入れ空間５の網羅的で均一な温度制御と、左右の潜熱貯蔵要素７の熱的結合とが得られる。しかし、これは、本発明による容器１に関する不可欠ではなく好ましい改良に過ぎない。

本発明により、特に好ましいが限定ではないと理解しなければならない本明細書に説明した例示的実施形態の範囲内で、容器１内で潜熱貯蔵要素７をどのように予備調整するかが重要である。これをより良く理解するために、図面の図２を使用する。

図面の図２において、図面の図１で破線によって示した温度感受性品目４とこの品目の貯蔵容器４とは省略されている。図２は、容器１がその後に温度感受性品目４を受け入れるために準備された状況を示している。

上述したように、これは、ユーザが相応に適切な量の冷却剤９、好ましい例では水氷を受け入れ空間５へ注ぐことによって行われる。冷却剤９は、それをできる限り広く分配するように、好ましくは「クラッシュアイス」としなければならない。この例示的実施形態において、受け入れ空間５に位置付けられ、かつ「クラッシュアイス」の形態である冷却剤９は、図２に見えるように示されている。ここでは、容器１の蓋３は、依然として開いたままである。

容器１の蓋３が閉じられる。潜熱貯蔵要素７及び容器１の内壁の初期温度と、冷却剤９、すなわち、特に水氷の温度とよって決まる混合温度が容器１の内部に形成される。しばらくして、潜熱貯蔵要素７は、そのターゲット温度に到達する。残った氷水は、その後に受け入れ空間５から流して捨てられ、受け入れ空間を乾燥させ、容器１は、直ちに品目４を輸送することができる（図１）。

特許請求の範囲の記述は、一般的に、本発明による方法の全ての変形に適用される。本発明の作動原理は、潜熱貯蔵要素７により、基本的に熱が容器１の受け入れ空間から流出せず、熱は潜熱貯蔵要素７／８によってある程度内部へ供給されるという理由にある。その結果、容器１の受け入れ空間５には、そこに位置付けられた冷却剤９自体によって予め決定されると考えられる温度よりもいくらか高い温度が設定される。この冷却剤が水氷である場合に、この方法を用いて、その後に又は等時的に挿入される品目４に対する内部の温度は、望ましい方式で限界温度のすぐ上、特に氷点よりも高く保つことができる。

本明細書の概要部分に説明した様々な可能な方法段階を詳しく参照すべきである。

１ 容器
３ 蓋
４ 品目
５ 受け入れ空間
７、８ 潜熱貯蔵要素

Claims (6)

1. 輸送される品目のための受け入れ空間を有する断熱されて閉じた容器に配置された少なくとも１つの潜熱貯蔵要素を予備調整する方法であって、
   前記潜熱貯蔵要素は、定められたターゲット温度を有し、
   前記潜熱貯蔵要素の初期温度、該潜熱貯蔵要素の熱容量、及び該潜熱貯蔵要素の前記ターゲット温度は、該潜熱貯蔵要素がその該ターゲット温度に到達するように、前記受け入れ空間に入れられるべき該潜熱貯蔵要素の該ターゲット温度に対して適切な冷却剤の質量を計算するのに使用され、
   このように計算された前記質量の冷却剤が、前記受け入れ空間に入れられ、
   前記受け入れ空間内の前記冷却剤が実質的に完全に溶融した時が確立され、前記容器に位置付けられた前記潜熱貯蔵要素がその前記ターゲット温度に到達したことが、それによって示され、
   前記冷却剤は、この方法を終了させるために前記受け入れ空間から取り出され、前記容器内の前記受け入れ空間が前記輸送される品目を受け入れられるようにする、
   ことを特徴とする方法。
2. 輸送される品目のための受け入れ空間を有する断熱されて閉じた容器に配置された少なくとも１つの潜熱貯蔵要素を予備調整する方法であって、
   前記潜熱貯蔵要素は、定められたターゲット温度を有し、
   前記潜熱貯蔵要素の初期温度、該潜熱貯蔵要素の熱容量、及び該潜熱貯蔵要素の前記ターゲット温度は、過剰な質量の冷却剤が前記受け入れ空間に入れられた後に必要である該潜熱貯蔵要素がその該ターゲット温度に到達するような期間を計算するのに使用され、
   過剰に多い質量の冷却剤が、前記受け入れ空間に入れられ、
   予め計算した前記期間が測定され、該期間に到達した後に、前記冷却剤は、この方法を終了するために前記受け入れ空間から取り出され、前記容器内の前記受け入れ空間が前記輸送される品目を受け入れられるようにする、
   ことを特徴とする方法。
3. 前記冷却剤が前記容器の前記受け入れ空間に入れられた後に、該容器は、閉じられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記冷却剤は、前記容器の前記受け入れ空間内で別の閉じた器、特にプラスチックバッグに入れられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記潜熱貯蔵要素は、０℃よりもいくらか高いターゲット温度を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれに記載の方法。
6. 水氷が、前記冷却剤として使用されることを特徴とする請求項５に記載の方法。

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