WO2018015337A1 - Kühlfahrzeug und verfahren zum transport von kryoproben - Google Patents

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WO2018015337A1
WO2018015337A1 PCT/EP2017/068006 EP2017068006W WO2018015337A1 WO 2018015337 A1 WO2018015337 A1 WO 2018015337A1 EP 2017068006 W EP2017068006 W EP 2017068006W WO 2018015337 A1 WO2018015337 A1 WO 2018015337A1
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WO
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container
cooling
refrigerated vehicle
cavity
refrigerated
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/068006
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English (en)
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Inventor
Günter R. Fuhr
Heiko Zimmermann
Tomm Schmidt
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Universität des Saarlandes
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V., Universität des Saarlandes filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/105—Movable containers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2201/00—Insulation
    • F25D2201/10—Insulation with respect to heat
    • F25D2201/14—Insulation with respect to heat using subatmospheric pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies

Definitions

  • Cooling vehicle and method for transporting cryosamples The invention relates to a refrigeration vehicle confi ⁇ gured for a Trans ⁇ port of samples at a temperature below -80 ° C, in particular at a temperature below -140 ° C and having a cooling container, which is connected to a chassis. Furthermore, the invention relates to a method for transporting samples at a temperature below -80 ° C, in particular below -140 ° C.
  • An ⁇ applications of the invention are given in the cryopreservation of samples, especially of biological samples. Cryoconservation of samples (transfer of the samples to the frozen state and storage of the frozen samples) is an important procedure in the operation of sample banks.
  • cryopreservation is an indispensable technique for applications such as health care, environmental protection and preservation of species, in particular by clinics or pharmaceutical companies.
  • Biological samples are usually placed in sample containers (eg tubes, so-called “tubes”). straws ", bags or boxes, stored typically from karltever- ssenem plastic) whose size in dependency (the size of the biological sample such as biological cells, cell components, cell groups, tissues or organs) is open ⁇ selected and disposed in storage containers.
  • sample containers eg tubes, so-called “tubes”
  • the biological samples are typically stored at temperatures below -80 ° C.
  • cryopreserved samples For particularly valuable samples, such as embryonic cells, suspension cultures or tissue fragments, temperatures below -140 ° C up to the temperature of the liquid nitrogen (at atmospheric pressure -1 96 ° C).
  • the avoidance of unwanted warming is absolutely necessary. This poses a challenge in long-term storage over years, decades or even longer periods.
  • sample quality is also determined by avoiding temperature jumps during cryopreservation. This requirement must also be observed for short-term storage in the range of days, weeks or months.
  • cryopreserved samples When operating Kryobiobanken, a common requirement embarka ⁇ be that cryopreserved samples must be transported. For example, cryopreserved samples are transported in the frozen state from a central cryobiobank to the site of use, eg in a clinic. Another transport ⁇ task arises when a complete Kryobiobank must be converted ⁇ sets, as required under practical conditions in almost all long-term applications. From a certain collection size of a cryobiobank, the spaces for receiving storage containers prove to be too small, or safety or quality standards require the purchase of new rooms.
  • the conventional storage containers typically include steel Dewar containers cooled with liquid nitrogen and having an internal volume of up to several cubic meters. Inside the steel Dewar containers are racks (sample racks) on which, for example, thousands of samples are arranged in sample containers.
  • the transport of containers with liquid nitrogen in public transport is a source of danger, which leads to significant safety requirements.
  • a further problem is that most liquid nitrogen cooled storage containers are unsuitable for transport.
  • an inner vessel is separated from an outer vessel by a vacuum space. To avoid thermal bridges the inner vessel is maintained in as few positio ⁇ NEN of carrier elements. However, these support elements hold forces, such as those that occur during transport in land, water or airborne vehicles, not from.
  • Dewar containers are known, but are a source of danger due to the transport of the liquid nitrogen wei ⁇ ter. Although it is possible to arrange a metal foam for holding the liquid nitrogen in the storage container. However, evaporation of liquid nitrogen and displacement of air in a transport space are unavoidable, so that the user is suffocated when entering the transport space. Ventilation of the transport space should be avoided, however, as they lead to undesirable heating and beyond the Precipitation of frozen ice on container surfaces would result.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved refrigerated vehicle and an improved method, which are suitable for transporting samples at a temperature below -80 ° C and with which disadvantages and limitations of conventional techniques are avoided.
  • the refrigerated vehicle or the transport method should be suitable in particular for safe transport on public roads, a cooling temperature below -80 ° C, especially below -100 ° C, allow for days or weeks, a reduced sensitivity to vibrations and forces ⁇ th during transport have, have a reduced energy and coolant consumption during transport, allow for increased safety and reduced damage Gefährdungspo ⁇ tential mechanical damage and / or be suitable for simplified loading and unloading.
  • the object is achieved by a refrigerator car, insbesonde re ⁇ for transportation of samples, particularly biological samples, at a temperature below -80 ° C below -100 ° C, for example below - 160 ° C, configured is.
  • the refrigerated vehicle has a cooling tank and a Fahr ⁇ factory, on which the cooling tank is attached.
  • the cooling container of thedefahrzeu- comprises ges an inner container having an inner space for receiving the sample, a heat sink means which is arranged for passive cooling of the interior container walls defining the inner ⁇ container sideways and down, and a container cover, with the inner container is upwards, that is closed on an upper side of the refrigerated vehicle.
  • Join the Tanks ⁇ terstructure are equipped for thermal insulation and protection of the inner vessel relative to an environment of the refrigerated vehicle. They have a layer construction with meh ⁇ eral wall layers, the layer at least one Thermoisolations- and at least one outer layer impact protection umfas ⁇ sen.
  • each of the container walls to the horizontal and floor of the inner container on the sides of a layer-shaped cavity which extends flat along the respective container wall.
  • the cavity, the z. B. is formed by a Doppelwandanord ⁇ tion is evacuated in at least one operating phase of the refrigerated vehicle and in at least one other operating phase of the refrigerated vehicle filled with a working gas.
  • the cavity is adapted selectively connected for Evakuie ⁇ tion with a vacuum pump or for the application of the working gas with a working gas reservoir (or the outside atmosphere), and after evacuation or applying to be closed with the working gas from the environment.
  • the cooling container is, preferably on its pointing to the ground container wall, the chassis, in particular a loading platform of the vehicle, permanently or detachably attached and / or placed on a loading platform of the chassis.
  • the above object is achieved by a method of transplanting ⁇ port of samples, particularly biological samples, at a temperature below -80 ° C, particularly below -100 ° C, for example below -160 ° C, with a novel ⁇ SEN refrigerated vehicle according to the above-mentioned first general aspect of the invention solved, wherein in a first step (preparation of the transport) is carried out a cooling of the refrigerated vehicle, in a second step (load), the samples loaded into the interior of the inner container and in a third step (transport) the refrigerated vehicle is moved to a destination.
  • the cooling of the refrigerated vehicle takes place in such a manner that liquid nitrogen is applied to the inner container, wherein the cooling body device, the inner container and the areas of the container walls and the container lid facing the inner container are cooled until the inner container reaches the temperature of liquid nitrogen.
  • the cavity of the at least one container wall is acted upon during the cooling of the refrigerated vehicle with a working gas.
  • this accelerates the cooling of the areas of the container walls adjacent to the inner container.
  • this achieves an improved thermal insulation of the inner container relative to the environment.
  • the refrigerated vehicle according to the invention has the advantage that the inner container and the heat sink device are designed for cooling with liquid nitrogen down to the temperature of the liquid nitrogen and the container walls and the container lid provide a thermal insulation such that the desired cryopreservation temperature even after removal of the liquid nitrogen from the réellebefeldl ⁇ ter and receiving the samples in the interior for the Trans- port period, in particular at least one day, preferably at least five days, is maintained.
  • the inventors have found that the heat capacity ofdeworkseinrich ⁇ tung and adjacent to the inner container portions of the container walls and the container lid and the Thermal conductivity ⁇ ness of the thermal insulation layers of the container walls are adjustable so that at an ambient temperature ranging from room temperature or above, for example up to 40 ° C, a heating of the inner container can be delayed so that the cryopreservation temperature can be maintained reliably and without interruption for the desired transport time.
  • the refrigerated vehicle enables refrigerated transport of the samples without the simultaneous transport of liquid nitrogen.
  • the cooling container is designed in particular for operation without a liquid coolant.
  • Another advantage of the invention is that the container walls are equipped with the at least one outer impact protection layer. This allows in Caribbeanwir ⁇ effect with the at least one thermal insulation layer has a low vibration and free from the effect of external shocks arrival order of the inner container.
  • the heat sink device advantageously provides a passive cooling of the interior. Additional equipment to supply with liquid nitrogen or other cooling media during transport are thus avoided.
  • the passively acting heat sink device also has the advantage that no energy supply is required for maintaining the cryopreservation temperature during transport or other waiting times. Furthermore, the
  • a particular advantage results from the dual function of the cavity on at least one of the container walls.
  • the cavity forms a planar, sheet-shaped, closed space, which is acted upon during the cooling of the inner container with the ambient atmosphere or a working gas, such as gasförmi ⁇ according nitrogen, at atmospheric pressure or at an elevated relative to the atmospheric pressure and thus the cooling (heat extraction) ⁇ be accelerated in the interior of the cooling container.
  • a working gas such as gasförmi ⁇ according nitrogen
  • the dual function of the cavity provides unlike herkömmli ⁇ che Dewar vessels with a permanently evacuated heat insulators ⁇ tion space in particular, the following different usage modes of the cooling vehicle:
  • the cavity may form a liquid oxygen trap, thereby improving the operational safety of the refrigerated vehicle.
  • the refrigerated vehicle according to the invention results from the provision of the container lid at the top of the refrigerated vehicle.
  • the refrigerated vehicle according to the invention preferably does not have an access opening at any of the side walls, e.g. in the form of a door or a window.
  • the container walls in the horizontal side direction and towards the bottom are tightly closed.
  • the loading of the interior and the removal of samples from this take place exclusively through the container lid.
  • no cold air can flow out of the inner container of the refrigerated vehicle, so that less stringent requirements are imposed on the speed of loading the interior and the taking of samples than in conventional containers
  • the internal volume of the inner container is scalable in the refrigerated vehicle according to the invention.
  • the internal volume may be at least 1 m 3 , advantageously at least 5 m 3 , for example 10 m 3 or more, in particular up to 30 m 3 . With increasing internal volume, it is possible to improve the efficiency of the heat sink device.
  • the cavity in the layer structure of at least one of the Be Schol ⁇ ter must befin- wall layers of the container wall between the cavity and the inner container to, advantageously the use of the inner benzol- ter Schotternessen wall layers as additional Heat sink improved sert. If, according to an alternative embodiment of the invention, the cavity between the innermost wall layer of at least one of the container walls and the inner container is arranged, advantageously the structure of the container walls and the inner container is simplified.
  • the cavity which is particularly preferably provided on all container walls, arranged and evacuated so that a temperature gradient between the outside of the cooling ⁇ vehicle and the interior of the cooling tank in the cavity ei ⁇ nen temperature range passes, the Liquefaction point (liquefaction temperature) of oxygen in the cavity contains.
  • the cavity is located at a depth in the container walls such that, in function of the outside temperature ⁇ tur, the internal temperature of the heat conduction into the container walls and the pressure in the cavity, the temperature in the cavity contains the liquefaction point of oxygen.
  • the position and width of the hollow ⁇ space in the thickness direction of the container walls (ie in a direction perpendicular to the container surface) and the pressure in the cavity are chosen so that the temperature on the outer wall of the cavity does not fall below -180 ° C.
  • the liquefaction point of oxygen is at normal pressure at about -183 ° C and thus within the closed volume of the cavity. In this way, a dangerous accumulation of flüssi ⁇ gem oxygen outside the inner container and the hollow ⁇ Region in particular, avoided in the container walls. Due to the almost gas-tight interior, liquid oxygen can only precipitate once in very small amounts and does not accumulate. A fire hazard and damage to wall materials are excluded.
  • the cavity thus fulfills two tasks, namely, first, the control of the heat conduction between the environment of the refrigerated vehicle and the inner container during cooling and during transport, and second, the laying of tion of the liquefaction point of the oxygen in the Benzol ⁇ ter simplifyn from the massive wall portion of the cooling tank in the inner volume of the cavity. Both tasks can be fulfilled in particular by the choice of the working gas pressure in the cavity, its width in the thickness direction of the container walls and its arrangement within the container walls.
  • the cavity preferably has a width in the thickness direction of the container walls selected in the range of 1 cm to 10 cm. The arrangement within the container walls and the internal pressure in the cavity are dependent on the heat insulation of the
  • Container walls selected.
  • the internal pressure is preferably chosen below ⁇ half of 350 mbar, especially in the range of 0.1 mbar to 10 mbar.
  • the cavity is equipped with a valve device, in particular a 3-way valve, which is designed for an optional connection of the cavity with a vacuum pump or with a working gas reservoir (or the outer atmosphere).
  • the pressure in the cavity can be adjusted by controlling the operation of the vacuum pump or the working pressure in the working gas reservoir so that the desired temperature in the cavity is set equal to the liquefaction temperature of the oxygen at the respective pressure in the cavity.
  • This setting can be regulated with a control loop as a function of the outside and inside temperatures and the previously known heat conduction properties of the container walls.
  • the container walls and the container lid are gas impermeable.
  • a Eindrin ⁇ conditions of humidity in the container walls and the inner ⁇ container is avoided.
  • the gas impermeability is achieved vorzugswei ⁇ se by providing a film layer in the container walls and the container lid, the loading vorzugt particularly to the outer impact protection layer is adjacent angeord ⁇ net.
  • the layer structure of the wall layers of the container walls comprises at least one, preferably a plurality of thermal insulation layers.
  • a thermal insulation layer preferably comprises a vacuum wall constructed from a multiplicity of stacked vacuum pads.
  • Another thermal insulation layer preferably comprises foam plates made of a non-combustible material, particularly preferably plastic material.
  • At least one further thermal insulation layer comprising a layer partiku ⁇ lar solid, such as fumed silica (SiCl 4) with an infrared turbidity may be provided.
  • a layer partiku ⁇ lar solid such as fumed silica (SiCl 4) with an infrared turbidity
  • the position of particulate solid has particular advantages as a thermal barrier coating.
  • the heat sink device has at least one cooling body which is arranged in the inner container or an inner wall of the inner container, adjacent to the inner space, for passive cooling of the inner space.
  • thedekör ⁇ by generally includes a solid body or a sixteenge- added at room temperature from solid and flowable ingredients body with a good ratio of thermal capacity and weight, aluminum or iron. The inventors have found that the READY ⁇ development of the at least one cooling body, preferably at the bottom of the inner container, is sufficient to maintain the passive cooling of the inner container during transport.
  • the heat sink device comprises a plurality of heat sinks which are adjustable between a fanned-out state with a larger heat sink surface and a compact state with a smaller heat sink surface advantages for a quick cooling of the inner container.
  • the heat sinks are formed as layer-shaped cooling layers, which are spaced apart in the fanned-out state and can be charged directly with liquid nitrogen and which form a cooling layer stack in the compact state.
  • the inner container includes a bottom pan, which is configured for receiving liquid nitrogen, resulting Before ⁇ parts for simplified cooling of the cooling container.
  • the bottom pan is filled with liquid nitrogen for cooling during the preparation of the refrigerated vehicle for transport until the desired end temperature of the inner container is reached.
  • the bottom pan is filled with a solid foam, such as a metal foam, which advantageously forms another heat sink in the inner container.
  • the container lid of the refrigerated vehicle according to the invention preferably has a layer structure like the container walls.
  • Be ⁇ Sonders preferably, the container lid at a Auflagesei ⁇ te, which is provided for resting on the cross-sectional areas of the container walls at the top of the refrigerated vehicle, provided with a lid bearing profile, for example a meandering, while the container walls are formed with a wall cross-sectional profile.
  • the cover support profile and the wall cross-sectional profile ⁇ are mutually formed appropriately so that other access ⁇ ⁇ inein at de profiles of the refrigerated vehicle when closed.
  • this minimizes the heat flow from the environment to the inner container.
  • the refrigerated vehicle may additionally be equipped with a cooling device for active cooling of the interior.
  • the cooling device comprises, for example, an electrically operated cooling device which is used to assist cooling of the inner container. ters, in particular during loading and unloading ⁇ set is.
  • the refrigerated vehicle may be equipped with a crane device which is set up for moving samples into the inner container or from the inner container.
  • the crane device forms an integrated transfer system for loading and unloading the samples in a temperature-controlled, defined period of time, eg from a storage container in a cryobank to the inner container of the refrigerated vehicle according to the invention or from this to a new storage container or to a location of Use of cryopreserved samples.
  • the refrigerated vehicle of the invention can be equipped with its own on ⁇ drove.
  • the refrigerated vehicle is preferably a truck.
  • the refrigerated vehicle may be designed as a trailer for a tractor.
  • the refrigerated container of the refrigerated vehicle preferably comprises outer dimensions, which are selected equal to the dimensions of a standard container, for example an ISO container.
  • the Fahr ⁇ work of the refrigerator can z. B. a container chassis (Fahr ⁇ frame for ISO container) include. Further details and advantages of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Shown are: schematic perspective views of a ferred embodiment of the refrigerated vehicle according to the invention and of its parts;
  • Figures 2 and 3 are schematic sectional views of thedebetude ⁇ age in different phases of operation of the refrigerated vehicle;
  • Figure 4 schematic sectional views of theisserbehotl ⁇ age with illustrations of the container lid and the heat sink device;
  • Figures 5 to 8 are schematic sectional views of the layer structure of the container walls ⁇ according to preferred embodiments of the cooling vessel of the refrigeration vehicle according to the invention;
  • Figure 9 is a schematic sectional view of the layer construction of the container lid ⁇ according to a ⁇ be vorzugten embodiment of the cooling vessel of the refrigeration vehicle according to the invention;
  • Figure 10 a schematic sectional view of thedebe ⁇ container with sample racks in the interior;
  • FIG. 11 curves to illustrate the cooling properties of the refrigerated vehicle according to the invention.
  • FIG. 12 external views of a preferred embodiment of the refrigerated vehicle according to the invention
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of a crane device according to a further embodiment of the refrigerated vehicle according to the invention.
  • Thedebe ⁇ container is connected to a chassis, which is shown schematically in Figures 1B, 12 and 13.
  • the chassis can be designed in its details, as it is known from conventional trucks or their trailers.
  • the cooling container is autonomously operable, so that a coupling with operating equipment of the motor vehicle is not mandatory. If the refrigerated vehicle is equipped with an active cooling device, in particular an electric cooling device, and / or a crane device, these may be connected to the operating devices of the motor vehicle.
  • the practical application is not limited to cooling containers of this size, but with cooling containers of other dimensions accordingly possible, wherein generally preferably a cuboid cooling container is used with dimensions of a standardized container.
  • the cooling container used according to the invention has no side door, but a container lid, as illustrated in particular in FIG.
  • the cooling tank of the refrigerated vehicle according to the invention is fixed to the chassis, e.g. a vehicle frame or a loading platform, connected, so that the cooling container is moved exclusively together with the chassis.
  • FIGs 1A and 1B show a schematic perspective view of the main components of a preferred embodiment of the refrigerated vehicle 200 according to the invention, comprising the cooling ⁇ container 100, which is fixedly connected to the chassis 60. Details of inner container 10, container walls 30 and container lid 40 are not shown in Figures 1A and 1B for clarity (see below).
  • the cooling tank 100 comprises the inner container 10, an interior space 11 for receiving the sample (not shown) ⁇ includes (see Figure 1B), said heat sink means 20 (hatched shown), which is arranged at the bottom of the inner container 10, container walls 30 which enclose the inner container 10 and bounding on horizontal sides and a bottom side, and the container lid 40, with which the refrigerated vehicle is closable on its upper side.
  • the container walls 30 are attached to a cuboid holding frame 31, which is formed for example by the standard framework of an ISO container.
  • the container walls 30 have a layer structure with a plurality of wall layers, which is described below in particular with reference to FIGS. 5 to 8.
  • the wall layers comprise at least one thermal insulation layer and at least one outer impact protection layer configured to perform the tasks of the container walls 30 with respect to thermal insulation, providing high heat capacity, and providing mechanical protection to the inner container 10.
  • the total thickness of a container wall is in the range of 20 cm to 80 cm.
  • the inner container 10 is bounded at its horizontal sides and its bottom side by the container walls 30 and at its upper side by the container lid 40.
  • the venezbeggil ⁇ ter 10 includes, for example, a single or double-walled metal container, which is preferably made of steel, copper and / or aluminum. At the top of the inner container to the container lid 40 may be open. On the underside, the inner container 10 has a bottom trough 12, in which the heat sink device 20 is arranged and which is further provided for receiving liquid nitrogen during the cooling of the refrigerated vehicle 200.
  • the heat sink device 20 includes, for example, a compact solid with high heat capacity, in particular a compact metal body, for example made of aluminum, and / or an arrangement of a plurality of heat sinks (see Figure 4B).
  • the floor pan 12 may be covered with a solid foam 13, for example made of aluminum.
  • a carrier plate 14 (partly shown in FIG. 1B) is arranged, on which, when the refrigerated vehicle 200 is in use, sample racks (see FIG. 10) are in contact with the cryopreserved samples.
  • the support plate 14 may be a metal mesh or a metal plate.
  • the carrier plate 14 may form a heat sink of the heat sink device 20 (see FIG. 4B).
  • the lower side wall is fixedly connected to the chassis 60 or a loading platform of this.
  • the chassis fastening ⁇ tion elements such. B. screw and / or bolt connections, provided (not shown).
  • the container lid 40 comprises a wall element with a
  • Layer structure comprising at least one thermal insulation layer and at least one outer impact protection layer and preferably ge as the layer structure of the container walls 30 is ⁇ forms.
  • ⁇ ckel 40 tapers towards the inner space 11, so that document Page a slanted upward 41 is formed which rests on a correspondingly pick ⁇ chamfered top surface 32 of the container walls 30th
  • the re ⁇ alization of the invention is not limited to the use of a rectangular container lid 40.
  • a circular container lid can be used.
  • the circular shape has the particular advantage that the container lid can not inadvertently fall into the interior 11 of the refrigerated vehicle 200.
  • the cavity 50 includes general ⁇ my a layered, planar gap immediately tercirc on the inner container 10 or in the layer structure of the Benzol- 30 (see Figure 7).
  • the cavity 50 is formed by the wall of the inner container 10.
  • an evacuable double wall ⁇ structure to form the cavity 50 is provided adjacent to the inner container 10th
  • the hollow space 50 can be coupled via a valve device 51 to a vacuum pump 52 or a working gas reservoir 53 (or the ambient atmosphere).
  • the cavity 50 has a width of, for example, 1 cm to 10 cm in the thickness direction of the container walls 30.
  • the cavity 50 may be evacuated in different operating phases or be beat with a working gas at atmospheric pressure or a working pressure above the atmospheric pressure beauf ⁇ .
  • the internal pressure in the cavity 50 determines the temperature at which oxygen passes from the gaseous to the liquid state (liquefaction point).
  • the internal pressure in the cavity 50 is preferably so- ⁇ selects during the transportation, that during formation of a temperature gradient between the outside of the refrigerated vehicle 200 and the inner space 11 the temperature is in the cavity 50 is equal to the liquefaction temperature of the oxygen, so that the outer wall of the cavity, the condensing temperature of oxygen not reached or falls below. Ideally above -180 ° C.
  • the temperature on the outer wall of the cavity 50 by temperature sensors (not shown) monitors or from ⁇ dependence on the thermal conductivity of the container walls 30 and determines the width of the cavity 50 in the thickness direction of the Benzol ⁇ terstructure 30th
  • the adjustment of the internal pressure and the temperature in the cavity 50 that during cooling of the Refrigerated container 100 with liquid nitrogen no liquid oxygen in the container walls 30 is deposited.
  • the temperature of the liquid nitrogen (-196 ° C) was reached in the inner container, no further oxygen can liquefy, so that then the task of the evacuated cavity 50 in the Verrin ⁇ delay of the heat conduction from the environment in the Interior 11 exists.
  • Dru ⁇ CKEN may be provided for improved thermal insulation after the cooling of the êtbenzol ⁇ ters 10 for the subsequent transport of samples to the cooling vehicle 200th
  • Figure 2 shows a sectional view of the refrigerated container 100 with the chassis 60 (partially shown) during cooling in preparation for transportation.
  • the inner space 11 is perma nent ⁇ filled with liquid nitrogen 1 wherein vaporized at the beginning of the liquid nitrogen on impact with the floor pan 12th
  • a nitrogen lake With increasing cooling of the inner container 10 forms in the bottom tray 12, a nitrogen lake.
  • the evaporation ⁇ evaporation rate of the liquid nitrogen is reduced to a minimum rate of evaporation in accordance with the remaining heat flow from the environment through the vessel walls 30 may be in the inner space 11.
  • the vaporized nitrogen by a 29.ba ⁇ res vent pipe (not shown) in the upper part of the container walls 30 or in the container cover 40 or flow through gaps between the container walls 30 and the container lid 40 into the environment, so that in the interior 11 no nitrogen overpressure is formed.
  • the cavity 50 is connected to the external atmosphere or pressurized with the working gas reservoir 53.
  • a working pressure in the range of 1 bar to 10 bar can be set.
  • this results in a good heat conduction through the cavity 50 in FIG the container walls 30 and their rapid cooling together with the inner container 10th
  • the cavity 50 is evacuated with the vacuum pump 52 to such a pressure that the temperature in the cavity 50 the liquefaction point of Oxygen corresponds.
  • the cavity 50 is separated with the valve device 51 from the outer atmosphere or the working gas reservoir 53, so that no further oxygen can enter the cavity 50.
  • the pressure in the cavity 50 in this phase of cooling at a width of the cavity 50 in Di is ⁇ ckencardi of the container walls 30 of 0.5 cm to several cm less than 350 mbar, preferably less than 10 mbar.
  • the hollow ⁇ space 50 is evacuated with the vacuum pump 52.
  • the residual pressure in the cavity 50 is then, for example, less than 10 mbar.
  • the heat conduction from the container walls 30 in the interior 11 of the cooling container 100 is thereby minimized.
  • the liquefaction point of the oxygen initially remains in the cavity 50, wherein due to the evacuation no oxygen can liquefy and precipitate.
  • FIG. 4 shows sectional views of the cooling container 100 of a refrigerated vehicle according to the invention with further features of preferred embodiments of the invention.
  • Figure 4A shows the
  • the heat sink device 20 comprises heat sinks 23, 21, which are arranged at the bottom of the inner container 10 and in the lower halves of the side walls 15 of the inner container 10.
  • Heat sinks 23 at the bottom comprise a stack of layered cooling layers which are spaced apart in a fanned-out state (FIG. 4A) and form a cooling layer stack 22 (FIG. 4B) in a compact collapsed state with contacting surfaces.
  • the top cooling position in the cooling ⁇ layer stacks 22 simultaneously forms the support plate 14 in the inner space 11 of the inner container ⁇ 10th
  • the heat sink 21, 23 consist for example of aluminum, steel or iron, which is preferred because of the low weight of aluminum.
  • the cooling layers in the cooling layer stack 22 comprise example ⁇ 20 metal plates with a thickness of 10 mm, which are hinged to one edge of the bottom of the inner container 10 and pivotable into the interior 11 of the inner container 10.
  • a manually operable lever and / or spring mechanism and / or a motor drive may be provided (not shown).
  • the container lid 40 has on its support side 41 for resting on the container walls 30 at the top of the refrigerating container 100, a lid support profile 42, which is in a pas- Send wall cross-sectional profile 33 along the thickness direction of the container walls 30 engages.
  • the interaction of the De ⁇ ckelauflageprofils 42 and the wall cross-sectional profile 33 has the advantage that a heat flow from the surroundings into the home nen actuallyer 10 along the interface between the container walls 30 and minimizes the container lid 40 the advantage.
  • FIG. 4A shows the cooling container 100 with the fanned-out state of the cooling bodies 23 and with the container lid 40 open.
  • the liquid nitrogen is supplied through the lid opening and the cooling of the inner container 10 and the adjacent regions of the container walls 30 with the liquid Nitrogen. Due to the fanning out of the cooling sheet stack 22, the surface of the heat sink means 20 is advantageously increased, so that the cooling rate from ⁇ is accelerated.
  • Figure 4B shows the cooling tank 100 to the cooling fanned-layer stack 22 and the ge ⁇ closed container lid 40. In this situation, the cooling tank is cooled 100 and for receiving sample loading riding.
  • FIG. 5 shows details of the cooling vessel 100, insbesonde re of the inner container 10, container walls 30 and cavity 50, according to another embodiment of the invention.
  • the sectional view of the lower left corner of the cooling container 100 in the lower part of Figure 5 is shown enlarged.
  • the thickness of the container wall 30 lies ⁇ example, in the range from 30 cm to 80 cm.
  • a solid foam 13 is disposed. Above the solid foam 13 extends over the bottom trough 12, a support platform 14 in the form of a metal grid. The height of the support platform 14 above the bottom of the floor pan 12 is for example 20 cm.
  • Heat sink 21 in the form of metal plates are angeord ⁇ net in the bottom tray 12 and on the side walls 15th Directly to the side walls 15 and the floor pan 12 of the cavity 50 is adjacent (see Figures 2 and 3) arranged ⁇ which is evacuated or can be alsschlagt loading with a working pressure.
  • the container walls 30 have a layer construction with a plurality of wall layers 30A, 30B, 30C and 30D, of which the wall layers 30A to 30C form thermal insulation layers and the outer wall layer 30D forms an impact protection layer.
  • the innermost wall layer 30A comprises a
  • Foam layer for example, made of rigid polyurethane foam (PUR / PIR) and optionally may contain a film layer.
  • the foam layer has the advantage of being completely adapted to the outer shape of the inner container 10 and the outer side of the cavity 50. Furthermore, a liquid passage through the container wall 30 is prevented by the integrated film layer.
  • the thickness of the foam layer 30A is 2 cm to 10 cm.
  • a vacuum pad layer 30B On the outside of the foam layer 30A is followed by a vacuum pad layer 30B, which is made up of a stack of several layers of vacuum pads.
  • the vacuum pads are evacuated aluminum plastic bodies, which are suitable for low temperatures and preferably provided with an infrared reflection layer.
  • the thickness of the vacuum pool layer 30B is e.g. 20 cm.
  • foam layer 30C which is made of non-flammable foamed plastics sheets, for example of polyurethane foam (PUR / PIR), and a Di ⁇ blocks of, for example having 6 cm.
  • the foam layer 30C serves to further seal the container wall 30.
  • the outer impact protection layer 30D comprises a robust outer skin of metal and / or plastic layers, which the cooling tank 100 protects against mechanical shocks and destruction during transport.
  • the impact protection layer 30D is made of, for example, beaded 2 mm thick steel trapezoidal sheet having a thickness of 11 cm.
  • FIG. 6 illustrates, analogously to FIG. 5, a modified embodiment of the refrigerated container 100 of the refrigerated vehicle according to the invention with the inner container 10, the cavity 50 and the container walls 30.
  • the inner container 10 schematically shows a compact heat sink 21 and a cooling layer stack 22 of a multiplicity of cooling layers , The cooling layers of the cooling layer stack 22 are connected at one edge by a hinge 24 to pivot between the illustrated compact state and a fanned-out state (see FIG. 4A).
  • no grid-like carrier platform is provided.
  • the uppermost cooling layer ofdela ⁇ genestapels 22 in this case forms the support surface for receiving sample racks (see Figure 10) in the interior 11 of the inner container 10th
  • the container walls 30 comprise a layer structure with several ⁇ ren wall layers comprising two foam layers 30A, 30C, an external impact protection layer 30D and 30E in addition an inner layer of a particulate solid.
  • the layer 30E has a thickness in the range of 10 cm to 30 cm.
  • the particulate solids includes, for example finely ⁇ disperse silicon material.
  • the layer 30E of particulate solid is preferably gas-tight on all sides, for example closed with a film and evacuated, so that a further thermo-insulating layer is formed.
  • Figure 7 illustrates a further variant of theisserbefflel ⁇ ters 100 of the refrigerated vehicle of the present invention similar to Figures 5 and 6 with the inner container 10, the cavity 50 and the container walls 30. Notwithstanding the embodiments 5 and 6, in the embodiment of FIG. 7, the cavity 50 is contained in the layer structure of the wall layers 30. Between the side wall 15 and the bottom trough 12 of the inner container 10 on the one hand and the cavity 50 on the other hand, a further foam layer 30 F is arranged.
  • the foam layer 30F is a thermal insulation layer, which additionally forms a mechanical protection of the inner container 10.
  • the foam layer 30F preferably comprises rigid polyurethane foam (PUR / PIR) with a thickness of 3 cm.
  • PUR / PIR rigid polyurethane foam
  • the additional foam layer 30F has advantages for the transport of refrigerated goods with a particularly high weight, which is in the inner container 10 on small feet. With the foam layer 30F, the cavity 15 is protected against undesirable deformation.
  • a vacuum pool layer 30B shown without the vacuum pads in FIG. 7
  • a spacer layer 30G for example made of metal, wood or cryotable plastic or resin material with a thickness of, for example, 2 cm
  • the outer impact protection layer 30D is provided.
  • Figure 8 illustrates a further variant of theisserbefflel- ters 100 of the refrigerated vehicle of the present invention with for indoor ⁇ container 10, the cavity 50 and the container walls 30.
  • the cavity 50 has in the thickness direction of the container walls 30 is an enlarged width, for example in the range from 5 cm to 15 cm.
  • For mechanical stabilization of the cavity 50 are arranged in this cross braces 54.
  • the transverse supports 54 are made of a material of low thermal conductivity, such as
  • Figure 8 shows an additional Me ⁇ tall Mrs 30H between the outside of the cavity 50 and the vacuum pad layer 30B.
  • the metal layer 30H serves to mechanically protect the cavity 50 and to stabilize the container walls 30.
  • Figure 9 illustrates details of the container lid 40 of the cooling tank 100.
  • the container earth ⁇ ckel 40 When closed, the container earth ⁇ ckel 40 has a layered structure with several Deckelschich- th, which in detail from inside to outside a foam layer 40A, a pad layer 40B, a Vakuumpad- layer 40C, another multilayer foam layer 40D in which the vacuum pad layer 40C is embedded and an outer buffer protective layer 40E.
  • the Be fiscalerde-kel 40 has a total thickness in the range of 20 cm to 40 cm.
  • the lid support profile 42 of the container lid 40 is formed in the second foam layer 40D.
  • the adjacent container wall 30 has a correspondingly matching wall cross-sectional profile 33 in its layer structure.
  • the Deckelauflage- and wall cross-sectional profiles 42, 33 are meandering in the thickness direction of the container lid (ie in a direction perpendicular to Benzol ⁇ terdeckelober formula), so that a heat flow from outside to inside and penetration of moisture into the inner container 10 are minimized.
  • liquid nitrogen is firstly supplied to the inner vessel 10 for cooling the refrigerated vehicle 200 until the inner container 10 has the temperature of the liquid nitrogen.
  • the width ⁇ ren carried the charge of the refrigerated vehicle 200 with the samples.
  • the sample feed can take place during or after the cooling of the inner container 10.
  • HYd ⁇ takes place after the removal of any remaining liquid nitrogen, the transport of refrigerated vehicle 200 at ei ⁇ NEN destination.
  • a loaded cooling container 100 of the refrigerated vehicle according to the invention is shown in a schematic sectional illustration in FIG. 10 shown.
  • Cryopreserved samples are boxes 71 arranged in sample racks 72.
  • the sample racks 72 stand on the support platform 14 in the lower part of the inner container 10.
  • the heat sink device 20 includes, as described above with reference to Figures 4A and 4B, heat sinks on the inner sides of the side walls 15 of the inner container 10. In a fixedly installed sample rack 72, this itself may form part of the heat sink device 20.
  • FIG. 10 furthermore illustrates that the cooling container 100 can be equipped with a multiplicity of temperature sensors 73, which are each marked with an asterisk in FIG.
  • Temperature sensors 73 may be provided in particular in the interior 11 of the inner container 10, in the sample pan 12 of the inner container 10, in the sample racks 72, in the thickness direction in the container walls 30 and in the container lid 40.
  • the temperature sensors 73 allow a monitoring of the temperature distribution in the cooling container 100 and a documentation of the temperature in particular in the inner container 10 and the rapid identification of heat leaks and / or damage.
  • FIGS. IIA and IIB illustrate, by way of example, temperature profiles in the interior 11 as a function of time.
  • the dashed line 111 indicates, by way of example, a predetermined limit temperature (in this case, for example, -100 ° C.), up to which the interior space 11 is allowed to heat without having to interrupt the transport.
  • the curve 112 shows a cooling of the inner space 11 for a capacity above 15 m 3 .
  • An approximate state of equilibrium (minimal evaporation of LN2) is only taken after 14 days and more for such a large system.
  • FIG. IIB shows the passive heating of the cooling tank.
  • the heating of a conventional thermally insulated container without passive cooling (curve 114), a cooling container according to the invention with passive heat sink (curve 115) and passive heat sink and partial electrical Nachkühlung via a mobile cooling device (for -150 ° C, located on the vehicle) (Curve 116).
  • the cooling tank can be used for a given limit temperature for 2 days, for passive cooling for 4 days and for passive and switched moderately active post-cooling 10 days. It should be noted that, with increasing size of the cooling container, the useful life during which the predetermined limit temperature not exceeded ⁇ th, advantageously increases.
  • FIG. 12 shows the outside view of a refrigerated vehicle 200 according to another embodiment of the invention with an opened container lid 40 (FIG. 12A) and a closed container lid 40 (FIG. 12B).
  • Figures 12A and 12B illustrate that the chassis 60 of the refrigerated vehicle of the present invention 200 as the chassis of the trailer of a tractor-trailer conven- tional be constructed and can be transported with a per se known ⁇ th tractor (not shown).
  • a cooling device 80 is shown schematically, which is coupled to the chassis 60 and adapted for active cooling of the interior of the cooling tank 100.
  • the cooling device 80 comprises a compressor cooling device, which is supplied with electrical power by the drive unit of the tractor and cools the interior.
  • FIG 13 schematically illustrates another embodiment of the refrigerated vehicle 200 according to the invention with thedebereheatl ⁇ ter 100 and the chassis 60, wherein additionally a Kranein- direction 90 is provided.
  • the crane device 90 shown schematically refrigerated goods 74 can be loaded in a defined period and under monitoring of the sample temperature in the cooling tank 100 or removed from this.
  • the refrigerated material 74 is taken, for example, from transport containers 75, which are actively cooled with liquid nitrogen, and inserted into the cooling container 100.

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Abstract

Ein Kühlfahrzeug (200), das für einen Transport von Proben bei einer Temperatur unterhalb von - 80 °C konfiguriert ist, umfasst einen Kühlbehälter (100) und ein Fahrwerk (60), mit dem der Kühlbehälter (100) fest verbunden ist, wobei der Kühlbehälter (100) einen Innenbehälter (10), der einen Innenraum (11) zur Aufnahme der Proben einschließt, eine Kühlkörpereinrichtung (20), die zur passiven Kühlung des Innenraums (11) eingerichtet ist, Behälterwände (30), die den Innenbehälter (10) an Horizontalseiten und einer Bodenseite begrenzen, und einen Behälterdeckel (40) umfasst, mit dem der Innenbehälter (10) an einer Oberseite des Kühlfahrzeugs (100) verschließbar ist, wobei die Behälterwände (30) einen Schichtaufbau mit mehreren Wandschichten aufweisen, die mindestens eine Thermoisolationsschicht und eine äußere Prallschutzschicht umfassen, und mindestens eine der Behälterwände (30) einen Hohlraum aufweist, der in verschiedenen Betriebsphasen des Kühlfahrzeugs (200) jeweils evakuierbar ist oder mit einem Arbeitsgas beaufschlagt werden kann. Es wird auch ein Verfahren zum Transport von Proben bei einer Temperatur unterhalb von -80°C mit dem Kühlfahrzeug beschrieben.

Description

Kühlfahrzeug und Verfahren zum Transport von Kryoproben Die Erfindung betrifft ein Kühlfahrzeug, das für einen Trans¬ port von Proben bei einer Temperatur unterhalb von -80°C, insbesondere bei einer Temperatur unterhalb von -140°C konfi¬ guriert ist und einen Kühlbehälter aufweist, der mit einem Fahrwerk verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Transport von Proben bei einer Temperatur unterhalb von -80°C, insbesondere unterhalb von -140°C. An¬ wendungen der Erfindung sind bei der Kryokonservierung von Proben, insbesondere von biologischen Proben, gegeben. Die Kryokonservierung von Proben (Überführung der Proben in den gefrorenen Zustand und Lagerung der gefrorenen Proben) ist ein wichtiges Verfahren beim Betrieb von Probenbanken. Insbesondere für biologische Proben und deren Lagerung in Kryobiobanken stellt die Kryokonservierung eine unverzichtba- re Technik für Anwendungen z.B. für die Gesundheitsvorsorge, den Umweltschutz und die Arterhaltung, insbesondere durch Kliniken oder Pharmaunternehmen dar. Biologische Proben werden gewöhnlich in Probenbehältern (z.B. Röhrchen, so genannte „straws", Beutel oder Kästen, typischerweise aus kältever- träglichem Kunststoff) gelagert, deren Größe in Abhängigkeit von der Größe der biologischen Probe (z.B. biologische Zellen, Zellbestandteile, Zellgruppen, Gewebe oder Organe) ge¬ wählt ist und die in Lagerbehältern angeordnet sind. Im kryokonservierten Zustand werden die biologischen Proben typischerweise bei Temperaturen unterhalb von -80°C gelagert. Für besonders wertvolle Proben, wie z.B. embryonale Zellen, Suspensionskulturen oder Gewebefragmente, werden Temperaturen unterhalb von -140°C bis hin zur Temperatur des flüssigen Stickstoffs (bei Normaldruck -196°C) gewählt. Für die Qualität kryokonservierter Proben ist die zuverlässi¬ ge Erhaltung der Kryokonservierungstemperatur von erheblicher Bedeutung. Für künftige Anwendungen der biologischen Proben, z.B. bei Zelltherapien mit aktuellen oder zukünftigen medizi- nischen Verfahren, bei der Entwicklung von Pharmaka oder biotechnologischen Produkten, oder als gelagerte Ressourcen, ist die Vermeidung einer unerwünschten Erwärmung zwingend notwendig. Dies stellt bei der Langzeitlagerung über Jahre, Jahrzehnte oder noch größere Zeiträume eine Herausforderung dar. Neben der Erhaltung der Kryokonservierungstemperatur wird die Probenqualität auch durch die Vermeidung von Temperatursprüngen während der Kryokonservierung bestimmt. Diese Anforderung ist auch bei Kurzzeitlagerungen im Bereich von Tagen, Wochen oder Monaten zu beachten.
Beim Betrieb von Kryobiobanken stellt sich häufig die Aufga¬ be, dass kryokonservierte Proben transportiert werden müssen. Beispielsweise werden kryokonservierte Proben im gefrorenen Zustand von einer zentralen Kryobiobank zum Anwendungsort, z.B. in einer Klinik, transportiert. Eine andere Transport¬ aufgabe ergibt sich, wenn eine komplette Kryobiobank umge¬ setzt werden muss, wie es unter praktischen Bedingungen bei fast allen Langzeitanwendungen erforderlich ist. Ab einer gewissen Sammlungsgröße einer Kryobiobank erweisen sich die Räume zur Aufnahme von Lagerbehältern als zu klein, oder Si- cherheits- oder Qualitätsstandards erfordern den Bezug neuer Räume .
Für die genannten Transportaufgaben müssen die Erhaltung der Kryokonservierungstemperatur und die Vermeidung von Temperatursprüngen im kryokonservierten Zustand gewährleistet sein. Selbst Temperaturerhöhungen von z.B. -150°C auf -70°C, also noch unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser, können zu uner¬ kannten Qualitätsminderungen der Proben führen. Im Ergebnis kann der Wert einer kryokonservierten Probe oder einer ganzen Probensammlung bis hin zur Unbrauchbarkeit und einem irrever- siblen Verlust vermindert sein. Die Erfüllung dieser Anforde¬ rungen stellt insbesondere bei der Umsetzung von Kryobioban- ken eine bisher nur unvollständig gelöste Herausforderung dar .
Bisher ist es in der Praxis üblich, zum Transport kryokonser- vierter Proben den kompletten Lagerbehälter auf ein Kraftfahrzeug zu verladen und mit diesem zu transportieren. Die herkömmlichen Lagerbehälter umfassen typischerweise Stahl- Dewar-Behälter, die mit flüssigem Stickstoff gekühlt sind und ein Innenvolumen bis zu einigen Kubikmetern aufweisen. Im Innern der Stahl-Dewar-Behälter befinden sich Regale (Proben- racks) , auf denen z.B. tausende Proben in Probenbehältern angeordnet sind. Der Transport der Behälter mit dem flüssigen Stickstoff im öffentlichen Verkehr stellt eine Gefahrenquelle dar, die zu erheblichen Sicherheitsauflagen führt. Problematisch ist ferner, dass die meisten mit flüssigem Stickstoff gekühlten Lagerbehälter für einen Transport ungeeignet sind. Im Dewar-Behälter ist ein inneres Gefäß von einem äußeren Ge- fäß durch einen Vakuumraum getrennt. Zur Vermeidung von Wärmebrücken wird das innere Gefäß an möglichst wenigen Positio¬ nen von Trägerelementen gehalten. Diese Trägerelemente halten jedoch Kräfte, wie sie z.B. beim Transport in land-, wasser- oder luftgebundenen Fahrzeugen auftreten, nicht aus.
Aus der Praxis sind stabilisierte Dewar-Behälter bekannt, die jedoch aufgrund des Transports des flüssigen Stickstoffs wei¬ ter eine Gefahrenquelle darstellen. Es ist zwar möglich, im Lagerbehälter einen Metallschaum zur Aufnahme des flüssigen Stickstoffs anzuordnen. Eine Verdampfung von flüssigem Stickstoff und eine Verdrängung von Luft in einem Transportraum sind jedoch unvermeidbar, so dass für den Nutzer eine Erstickungsgefahr beim Betreten des Transportraums besteht. Eine Belüftung des Transportraums soll jedoch vermieden werden, da sie zu einer unerwünschten Erwärmung und darüber hinaus zum Niederschlag von gefrorenem Eis auf Behälteroberflächen führen würde .
Ein weiterer Nachteil des Transports kryokonservierter Proben in Stickstoff-gekühlten Behältern ergibt sich bei Transportzeiten im Bereich von einigen Stunden bis zu Tagen. Um die Stickstoff-Kühlung aufrechtzuerhalten, muss während des
Transports flüssiger Stickstoff nachgetankt werden, was zu einem erheblichen Zusatzaufwand führen würde.
Zur Vermeidung der genannten Probleme beim Transport der Lagerbehälter ist aus der Praxis bekannt, die Proben in kleine¬ re mobile Behälter umzuladen, die mit Blick auf den Stickstoffaustritt und die auftretenden Kräfte für den Transport besser geeignet sind, wie z.B. in kleinere Dewar-Behälter oder Behälter mit ausgeschäumten Wänden, insbesondere Styro- porboxen. Beim Umladen der Proben in die Transportbehälter besteht jedoch die Gefahr einer unkontrollierten Temperaturerhöhung. Häufig erfolgt dann ein Transport mit einer tem- porären Kühlung mit Trockeneis (C02-Schnee) , wobei jedoch ei¬ ne Transporttemperatur oberhalb von etwa -78 °C in Kauf genommen werden muss. Dies ist für eine Langzeitlagerung wertvoller und lebender Zellproben jedoch inakzeptabel, da die Qualität der kryokonservierten Proben beim Transport abnehmen kann .
Es ist auch bekannt, gefrorene Lebensmittel mit Kühlfahrzeu¬ gen zu transportieren, die mit einer aktiven elektrischen Kühlung ausgestattet sind. Diese Kühlung genügt jedoch typi- scherweise nur für einen Temperaturbereich von rund -20 °C bis -60°C, was für einen zuverlässigen Transport von kryokonservierten Proben nicht ausreichend ist. Ebenso erreichen Kühlbehälter für biologische Proben mit einer elektrischen Kühlung (siehe US 2005/0208649 AI) lediglich eine Kühlung, die für zahlreiche Anwendungen bei der Kryokonservierung von Proben ungenügend ist. Tiefere Temperaturen werden in Kühlfahr- zeugen mit einer Flüssigstickstoff-Kühlung erreicht (siehe US 3 421 336A) . Diese Kühlfahrzeuge besitzen jedoch einen komplexen Aufbau und stellen, wie oben erwähnt wurde, eine Ge¬ fahrenquelle im öffentlichen Verkehr dar.
Die genannten Probleme bestehen nicht nur beim Transport bio¬ logischer Proben, sondern auch bei anderen kryokonservierten Proben, bei denen auch während des Transports die Kryokonser- vierungstemperatur zuverlässig aufrechterhalten bleiben muss.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Kühlfahrzeug und ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, die für einen Transport von Proben bei einer Temperatur unterhalb von -80°C geeignet sind und mit denen Nachteile und Beschränkungen herkömmlicher Techniken vermieden werden. Das Kühlfahrzeug bzw. das Transportverfahren sollen insbesondere für einen gefahrlosen Transport auf öffentlichen Verkehrswegen geeignet sein, eine Kühltemperatur unter -80°C, insbesondere unter -100°C, über Tage oder Wochen ermöglichen, eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Schwingungen und Kräf¬ ten beim Transport aufweisen, einen verminderten Energie- und Kühlmittelverbrauch während des Transports aufweisen, eine erhöhte Havariesicherheit und ein vermindertes Gefährdungspo¬ tential bei mechanischen Beschädigungen ermöglichen und/oder für vereinfachte Be- und Entladevorgänge geeignet sein.
Diese Aufgaben werden durch ein Kühlfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung er- geben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch ein Kühlfahrzeug gelöst, das für einen Transport von Proben, insbesondere biologischen Proben, bei einer Temperatur unterhalb von -80°C, insbesonde¬ re unterhalb von -100°C, z.B. unterhalb -160°C, konfiguriert ist. Das Kühlfahrzeug weist einen Kühlbehälter und ein Fahr¬ werk auf, an dem der Kühlbehälter befestigt ist.
Gemäß der Erfindung umfasst der Kühlbehälter des Kühlfahrzeu- ges einen Innenbehälter mit einem Innenraum zur Aufnahme der Proben, eine Kühlkörpereinrichtung, die zur passiven Kühlung des Innenraums angeordnet ist, Behälterwände, die den Innen¬ behälter seitlich und nach unten begrenzen, und einen Behälterdeckel, mit dem der Innenbehälter nach oben, d. h. an ei- ner Oberseite des Kühlfahrzeugs verschließbar ist. Die Behäl¬ terwände sind für eine thermische Isolation und einen Schutz des Innenbehälters relativ zu einer Umgebung des Kühlfahrzeugs eingerichtet. Sie besitzen einen Schichtaufbau mit meh¬ reren Wandschichten, die mindestens eine Thermoisolations- schicht und mindestens eine äußere Prallschutzschicht umfas¬ sen .
Des Weiteren weist mindestens eine der Behälterwände, vor¬ zugsweise jede der Behälterwände, an den Horizontal- und Bo- denseiten des Innenbehälters einen schichtförmigen Hohlraum auf, der sich flächig entlang der jeweiligen Behälterwand erstreckt. Der Hohlraum, der z. B. durch eine Doppelwandanord¬ nung gebildet wird, ist in mindestens einer Betriebsphase des Kühlfahrzeugs evakuierbar und in mindestens einer anderen Be- triebsphase des Kühlfahrzeugs mit einem Arbeitsgas befüllbar. Der Hohlraum ist dafür ausgelegt, wahlweise für die Evakuie¬ rung mit einer Vakuumpumpe oder für die Beaufschlagung mit dem Arbeitsgas mit einem Arbeitsgasreservoir (oder der äußeren Atmosphäre) verbunden und nach der Evakuierung oder der Beaufschlagung mit dem Arbeitsgas gegenüber der Umgebung geschlossen zu werden.
Der Kühlbehälter ist, vorzugsweise an seiner zum Boden weisenden Behälterwand, am Fahrwerk, insbesondere einer Lade- plattform des Fahrzeugs, dauerhaft oder lösbar befestigt und/oder auf einer Ladeplattform des Fahrwerks aufgestellt. Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Trans¬ port von Proben, insbesondere biologischen Proben, bei einer Temperatur unterhalb von -80 °C, insbesondere unterhalb von -100°C, z.B. unterhalb von -160°C, mit einem erfindungsgemä¬ ßen Kühlfahrzeug gemäß dem oben genannten ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung gelöst, wobei bei einem ersten Schritt (Vorbereitung des Transports) eine Abkühlung des Kühlfahrzeugs erfolgt, in einem zweiten Schritt (Beschickung) die Proben in den Innenraum des Innenbehälters geladen werden und in einem dritten Schritt (Transport) das Kühlfahrzeug an einen Zielort bewegt wird. Die Abkühlung des Kühlfahrzeuges erfolgt derart, dass der Innenbehälter mit flüssigem Stick- Stoff beaufschlagt wird, wobei die Kühlkörpereinrichtung, der Innenbehälter und die zum Innenbehälter weisenden Bereiche der Behälterwände und des Behälterdeckels abgekühlt werden, bis der Innenbehälter die Temperatur flüssigen Stickstoffs erreicht ist. Vorzugsweise ist der Hohlraum der mindestens einen Behälterwand während der Abkühlung des Kühlfahrzeuges mit einem Arbeitsgas beaufschlagt. Vorteilhafterweise wird damit die Abkühlung der an den Innenbehälter angrenzenden Bereiche der Behälterwände beschleunigt. Des Weiteren wird vor¬ zugsweise während der Beschickung des Innenraums und des Transports der Proben der Hohlraum evakuiert. Vorteilhafterweise wird damit eine verbesserte thermische Isolation des Innenbehälters gegenüber der Umgebung erzielt.
Das erfindungsgemäße Kühlfahrzeug hat den Vorteil, dass der Innenbehälter und die Kühlkörpereinrichtung für eine Abkühlung mit flüssigem Stickstoff bis auf die Temperatur des flüssigen Stickstoffs ausgelegt sind und die Behälterwände und der Behälterdeckel eine Thermoisolation bereitstellen derart, dass die gewünschte Kryokonservierungstemperatur auch nach Entfernung des flüssigen Stickstoffs aus dem Innenbehäl¬ ter und der Aufnahme der Proben im Innenraum für den Trans- portZeitraum, insbesondere mindestens einen Tag, bevorzugt mindestens fünf Tage, erhalten bleibt. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Wärmekapazität der Kühlkörpereinrich¬ tung und der an den Innenbehälter angrenzenden Bereiche der Behälterwände und des Behälterdeckels und die Wärmeleitfähig¬ keit der Thermoisolationsschichten der Behälterwände so einstellbar sind, dass bei einer Umgebungstemperatur im Bereich von Raumtemperatur oder darüber, z.B. bis zu 40°C, eine Erwärmung des Innenbehälters so verzögert werden kann, dass für die gewünschte Transportdauer die Kryokonservierungstempera- tur zuverlässig und unterbrechungsfrei eingehalten werden kann. Vorteilhafterweise ermöglicht das Kühlfahrzeug einen Kühltransport der Proben ohne den gleichzeitigen Transport von flüssigem Stickstoff. Der Kühlbehälter ist insbesondere für einen Betrieb ohne ein flüssiges Kühlmittel ausgelegt.
Gefahrenquellen der herkömmlichen Techniken werden daher ausgeschlossen. Der Transport insbesondere auf öffentlichen Verkehrswegen wird vereinfacht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Behälterwände mit der mindestens einen äußeren Prallschutzschicht ausgestattet sind. Diese ermöglicht in Zusammenwir¬ kung mit der mindestens einen Thermoisolationsschicht eine schwingungsarme und von der Wirkung äußerer Stöße freie An- Ordnung des Innenbehälters.
Die Kühlkörpereinrichtung stellt vorteilhafterweise eine pas¬ sive Kühlung des Innenraums bereit. Zusatzeinrichtungen zur Versorgung mit flüssigem Stickstoff oder anderen Kühlmedien während des Transports werden damit vermieden.
Die passiv wirkende Kühlkörpereinrichtung hat ferner den Vorteil, dass während des Transports oder anderer Wartezeiten keine Energieversorgung zur Aufrechterhaltung der Kryokonser- vierungstemperatur erforderlich ist. Des Weiteren wird die
Havariesicherheit erhöht und das Gefährdungspotential bei me- chanischer Beschädigung, z.B. im Falle eines Transportunfalls, minimiert.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich aus der Doppelfunktion des Hohlraums an mindestens einer der Behälterwände. Der Hohlraum bildet einen flächenhaften, schichtförmigen, abgeschlossenen Raum, der während der Abkühlung des Innenbehälters mit der Umgebungsatmosphäre oder einem Arbeitsgas, wie z.B. gasförmi¬ gem Stickstoff, bei Normaldruck oder bei einem relativ zum Atmosphärendruck erhöhten Druck beaufschlagt wird und damit die Abkühlung (Wärmeentzug) im Inneren des Kühlbehälters be¬ schleunigt. Die Umgebung des Innenbehälters, insbesondere die angrenzenden Bereiche der Behälterwände wird gemeinsam mit dem Innenbehälter abgekühlt. Nach der Abkühlung kann der Hohlraum evakuiert werden, um einen Wärmestrom von der Umgebung zu dem Innenbehälter zu minimieren.
Die Doppelfunktion des Hohlraums bietet anders als herkömmli¬ che Dewar-Gefäße mit einem dauerhaft evakuierten Wärmeisola¬ tionsraum insbesondere die folgenden verschiedenen Nutzungsmodi des Kühlfahrzeugs:
a) Abkühlen des Systems vor der Nutzung (Hohlraum durch Gasfüllung in gute Wärmeleitung versetzen, so dass zunächst die Wandwärme nach innen entzogen wird.),
b) Weitere Kühlung, indem der Hohlraum in der Behälterwand unter geringen Unterdruck gesetzt wird, damit die Verflüssi¬ gungstemperaturzone für Sauerstoff in diesem Hohlraum liegt. c) Nach Ende der aktiven Kühlung (Tage bis zu Wochen am
Standort) , Fahrt und Nutzung im gekühlten, aber kühlmittel¬ freien Zustand, bis die langsame Erwärmung durch die isolierte Wand die vorgegebene Grenztemperatur (z.B. -80° C) über¬ schreitet. Der Hohlraum kann dann auch Atmosphärendruck annehmen oder auch der leichte Unterdruck beibehalten werden, da kein Sauerstoff mehr verflüssigt wird (denn sehr bald im Modus der Nutzung wird die Innentemperatur die Verflüssi¬ gungstemperatur des Sauerstoff (-183°C) überschreiten). Der Hohlraum kann somit zusätzlich zur Veränderung der Wärmeleitung durch die Wand in den verschiedenen Nutzungsmodi eine Flüssigsauerstofffalle bilden, wodurch die Betriebssicherheit des Kühlfahrzeugs verbessert wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs ergibt sich aus der Bereitstellung des Behälterdeckels an der Oberseite des Kühlfahrzeugs. Abweichend von herkömmlichen Transportfahrzeugen besitzt das erfindungsgemäße Kühlfahrzeug vorzugsweise an keiner der Seitenwände eine Zugriffsöffnung, z.B. in Gestalt einer Tür oder eines Fensters. Die Behälterwände in horizontaler Seitenrichtung und zum Boden hin sind dicht geschlossen. Die Beschickung des Innenraums und die Entnahme von Proben aus diesem erfolgen ausschließlich durch den Behälterdeckel. Vorteilhafterweise kann bei Öffnung des Behälterdeckels keine kalte Luft aus dem Innenbehälter des Kühlfahrzeugs abfließen, so dass an die Geschwindigkeit der Beschickung des Innenraums und der Entnahme von Proben gerin- gere Anforderungen gestellt werden als bei herkömmlichen
Techniken. Im Ergebnis werden die Be- und Entladevorgänge am Kühlfahrzeug vereinfacht.
Vorteilhafterweise ist das Innenvolumen des Innenbehälters im erfindungsgemäßen Kühlfahrzeug skalierbar. Das Innenvolumen kann mindestens 1 m3, vorteilhafterweise mindestens 5 m3, z.B. 10 m3 oder mehr, insbesondere bis zu 30 m3 betragen. Mit zunehmendem Innenvolumen besteht die Möglichkeit, die Wirksamkeit der Kühlkörpereinrichtung zu verbessern.
Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Hohlraum im Schichtaufbau von mindestens einer der Behäl¬ terwände enthalten ist, so dass sich zwischen dem Hohlraum und dem Innenbehälter Wandschichten der Behälterwand befin- den, wird vorteilhafterweise die Nutzung der inneren, behäl- terseitigen Wandschichten als zusätzliche Kühlkörper verbes- sert. Wenn gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung der Hohlraum zwischen der innersten Wandschicht von mindestens einer der Behälterwände und dem Innenbehälter angeordnet ist, wird vorteilhafterweise der Aufbau der Behäl- terwände und des Innenbehälters vereinfacht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlraum, der besonders bevorzugt an allen Behälterwänden vorgesehen ist, so angeordnet und evakuierbar, dass ein Temperaturgradient zwischen der Außenseite des Kühl¬ fahrzeugs und dem Innenraum des Kühlbehälters im Hohlraum ei¬ nen Temperaturbereich durchläuft, der den Verflüssigungspunkt (Verflüssigungstemperatur) von Sauerstoff im Hohlraum enthält. Der Hohlraum befindet sich in einer Tiefe in den Behäl- terwänden derart, dass in Abhängigkeit von der Außentempera¬ tur, der Innentemperatur, der Wärmeleitung in den Behälterwänden und dem Druck im Hohlraum die Temperatur im Hohlraum den Verflüssigungspunkt von Sauerstoff enthält. Besonders bevorzugt werden die Position und Breite des Hohl¬ raums in Dickenrichtung der Behälterwände (d. h. in einer Richtung senkrecht zur Behälteroberfläche) und der Druck im Hohlraum so gewählt, dass die Temperatur an der Außenwand des Hohlraumes -180°C nicht unterschreitet. Der Verflüssigungs- punkt von Sauerstoff liegt bei Normaldruck bei ca. -183°C und damit innerhalb des abgeschlossenen Volumens des Hohlraums. Auf diese Weise wird eine gefährliche Ansammlung von flüssi¬ gem Sauerstoff außerhalb des Innenbehälters und des Hohl¬ raums, Insbesondere in den Behälterwänden, vermieden. Durch den nahezu gasdichten Innenraum kann flüssiger Sauerstoff nur in Kleinstmengen einmalig ausfallen und reichert sich nicht an. Eine Brandgefahr und eine Beschädigung von Wandmaterialen werden ausgeschlossen. Der Hohlraum erfüllt damit zwei Aufgaben, nämlich erstens die Steuerung der Wärmeleitung zwischen der Umgebung des Kühlfahrzeugs und dem Innenbehälter bei der Abkühlung und während des Transports, und zweitens die Verle- gung des Verflüssigungspunkts des Sauerstoffs in den Behäl¬ terwänden vom massiven Wandbereich des Kühlbehälters in das Innenvolumen des Hohlraums. Beide Aufgaben lassen sich insbesondere durch die Wahl des Arbeitsgasdrucks im Hohlraum, des- sen Breite in Dickenrichtung der Behälterwände und dessen Anordnung innerhalb der Behälterwände erfüllen. Der Hohlraum besitzt in Dickenrichtung der Behälterwände vorzugsweise eine Breite, die im Bereich von 1 cm bis 10 cm gewählt ist. Die Anordnung innerhalb der Behälterwände und der Innendruck im Hohlraum werden in Abhängigkeit von der Wärmeisolation der
Behälterwände gewählt. Der Innendruck ist vorzugsweise unter¬ halb von 350 mbar, besonders im Bereich von 0,1 mbar bis 10 mbar gewählt.
Vorzugsweise ist der Hohlraum mit einer Ventileinrichtung, insbesondere einem 3-Wege-Ventil , ausgestattet, die für eine wahlweise Verbindung des Hohlraums mit einer Vakuumpumpe oder mit einem Arbeitsgasreservoir (oder der äußeren Atmosphäre) ausgelegt ist. Der Druck im Hohlraum kann durch eine Steuerung des Betriebs der Vakuumpumpe oder des Arbeitsdrucks im Arbeitsgasreservoir so eingestellt werden, dass die gewünschte Temperatur im Hohlraum gleich der Verflüssigungstemperatur des Sauerstoffs bei dem jeweiligen Druck im Hohlraum eingestellt wird. Diese Einstellung kann mit einem Regelkreis in Abhängigkeit von den Außen- und Innentemperaturen und den vorbekannten Wärmeleitungseigenschaften der Behälterwände geregelt werden.
Vorzugsweise sind die Behälterwände und der Behälterdeckel gasundurchlässig. Vorteilhafterweise wird damit ein Eindrin¬ gen von Luftfeuchtigkeit in die Behälterwände und den Innen¬ behälter vermieden. Die Gasundurchlässigkeit wird vorzugswei¬ se durch die Bereitstellung einer Folienschicht in den Behälterwänden und den Behälterdeckel erzielt, die besonders be- vorzugt an die äußere Prallschutzschicht angrenzend angeord¬ net ist. Der Schichtaufbau der Wandschichten der Behälterwände umfasst mindestens eine, vorzugsweise mehrere Thermoisolationsschich- ten. Eine Thermoisolationsschicht umfasst vorzugsweise eine Vakuumpad-Wand, die aus einer Vielzahl gestapelter Vakuumpads aufgebaut ist. Eine weitere Thermoisolationsschicht umfasst vorzugsweise Schaumstoffplatten aus einem nicht brennbaren Material, besonders bevorzugt Kunststoffmaterial . Es können mehrere Vakuumpad-Schichten und Schaumstoff-Schichten vorge- sehen sein, die nach außen hin durch die äußere Prallschutzschicht und die Folienschicht eingeschlossen sind. Gemäß ei¬ ner vorteilhaften Variante der Erfindung kann mindestens eine weitere Thermoisolationsschicht, umfassend eine Lage partiku¬ lären Feststoffs, z.B. pyrogener Kieselsäure (SiCl4)mit einer Infrarot-Trübung, vorgesehen sein. Die Lage partikulären Feststoffs hat besondere Vorteile als Wärmedämmschicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kühlkörpereinrichtung mindestens einen Kühl- körper auf, der im Innenbehälter oder einer Innenwand des Innenbehälters, an den Innenraum unmittelbar angrenzend zur passiven Kühlung des Innenraums angeordnet ist. Der Kühlkör¬ per umfasst allgemein einen Festkörper oder ein bei Raumtemperatur aus festen und fließfähigen Bestandteilen zusammenge- setzten Körper mit einem guten Verhältnis zwischen Wärmekapazität und Eigengewicht, besonders bevorzugt Aluminium oder Eisen. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Bereitstel¬ lung des mindestens einen Kühlkörpers, vorzugsweise am Boden des Innenbehälters, ausreichend ist, um die passive Kühlung des Innenbehälters während des Transports aufrechtzuerhalten.
Wenn gemäß einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung die Kühlkörpereinrichtung mehrere Kühlkörper umfasst, die zwischen einem aufgefächerten Zustand mit einer größeren Kühlkörperoberfläche und einem kompakten Zustand mit einer geringeren Kühlkörperoberfläche verstellbar sind, ergeben sich Vorteile für eine schnelle Abkühlung des Innenbehälters. Besonders bevorzugt sind die Kühlkörper als schichtförmige Kühllagen gebildet, die im aufgefächerten Zustand voneinander beabstandet sind und unmittelbar mit flüssigem Stickstoff be- aufschlagt werden können und die im kompakten Zustand einen Kühllagenstapel bilden.
Wenn gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung der Innenbehälter eine Bodenwanne aufweist, die zur Aufnahme von flüssigem Stickstoff konfiguriert ist, ergeben sich Vor¬ teile für die vereinfachte Abkühlung des Kühlbehälters. Die Bodenwanne wird zur Abkühlung bei der Vorbereitung des Kühlfahrzeugs zum Transport mit flüssigem Stickstoff gefüllt, bis die gewünschte Endtemperatur des Innenbehälters erreicht ist. Besonders bevorzugt ist die Bodenwanne mit einem Feststoff- Schaum, wie z.B. einem Metallschaum, gefüllt, der vorteilhafterweise einen weiteren Kühlkörper im Innenbehälter bildet.
Der Behälterdeckel des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs hat vorzugsweise einen Schichtaufbau wie die Behälterwände. Be¬ sonders bevorzugt ist der Behälterdeckel an einer Auflagesei¬ te, die zur Auflage auf den Querschnittsflächen der Behälterwände an der Oberseite des Kühlfahrzeugs vorgesehen ist, mit einem Deckelauflageprofil , z.B. einem Mäanderprofil versehen, während die Behälterwände mit einem Wandquerschnittsprofil ausgebildet sind. Das Deckelauflageprofil und das Wandquer¬ schnittsprofil sind zueinander passend so gebildet, dass bei¬ de Profile im geschlossenen Zustand des Kühlfahrzeugs inein¬ andergreifen. Vorteilhafterweise wird dadurch der Wärmestrom von der Umgebung zum Innenbehälter minimiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Kühlfahrzeug zusätzlich mit einer Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung des Innenraums eingerichtet sein. Die Kühleinrichtung umfasst z.B. ein elektrisch betriebenes Kühlgerät, das zur unterstützenden Kühlung des Innenbehäl- ters, insbesondere während Be- und Entladevorgängen einge¬ richtet ist.
Gemäß einer weiteren Abwandlung der Erfindung kann das Kühl- fahrzeug mit einer Kraneinrichtung ausgestattet sein, die zur Bewegung von Proben in den Innenbehälter oder aus dem Innenbehälter eingerichtet ist. Vorteilhafterweise bildet die Kraneinrichtung ein integriertes Transfersystem zur Be- und Entladung der Proben in einem temperaturüberwachten, defi- nierten Zeitraum, z.B. aus einem Lagerbehälter in einer Kryo- biobank in den Innenbehälter des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs oder von diesem in einen neuen Lagerbehälter oder an einen Ort der Nutzung der kryokonservierten Proben. Das erfindungsgemäße Kühlfahrzeug kann mit einem eigenen An¬ trieb ausgestattet sein. In diesem Fall ist das Kühlfahrzeug vorzugsweise ein Lastkraftwagen. Alternativ kann das Kühlfahrzeug als Anhänger für eine Zugmaschine ausgebildet sein. In beiden Fällen umfasst der Kühlbehälter des Kühlfahrzeugs vorzugsweise Außenmaße, die gleich den Maßen eines Standard- Containers, z.B. eines ISO-Containers gewählt sind. Das Fahr¬ werk des Kühlfahrzeugs kann z. B. ein Containerchassis (Fahr¬ gestell für ISO-Container) umfassen. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: schematische Perspektivansichten einer bevor zugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs und von dessen Teilen;
Figuren 2 und 3: schematische Schnittansichten des Kühlbehäl¬ ters in verschiedenen Betriebsphasen des Kühlfahrzeugs ; Figur 4: schematische Schnittansichten des Kühlbehäl¬ ters mit Illustrationen des Behälterdeckels und der Kühlkörpereinrichtung; Figuren 5 bis 8: schematische Schnittansichten des Schicht¬ aufbaus der Behälterwände gemäß bevorzugten Ausführungsformen des Kühlbehälters des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs; Figur 9: eine schematische Schnittansicht des Schicht¬ aufbaus des Behälterdeckels gemäß einer be¬ vorzugten Ausführungsform des Kühlbehälters des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs; Figur 10: eine schematische Schnittansicht des Kühlbe¬ hälters mit Probenracks im Innenraum;
Figur 11: Kurvendarstellungen zur Illustration der Kühleigenschaften des erfindungsgemäßen Kühl- fahrzeugs;
Figur 12: Außenansichten einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs; und Figur 13: eine schematische Illustration einer Kraneinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs.
Merkmale bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs werden im Folgenden insbesondere unter Bezug auf die Gestaltung des Kühlbehälters beschrieben. Der Kühlbe¬ hälter ist mit einem Fahrwerk verbunden, das schematisch in den Figuren 1B, 12 und 13 gezeigt ist. Das Fahrwerk kann in seinen Einzelheiten gestaltet sein, wie es von herkömmlichen Lastkraftwagen oder deren Anhängern bekannt ist. Vorteilhafterweise ist der Kühlbehälter autonom betriebsfähig, so dass eine Kopplung mit Betriebseinrichtungen des Kraftfahrzeugs nicht zwingend erforderlich ist. Falls das Kühlfahrzeug mit einer aktiven Kühleinrichtung, insbesondere einem elektrischen Kühlgerät, und/oder einer Kraneinrichtung ausgestattet ist, können diese mit den Betriebseinrichtungen des Kraftfahrzeugs verbunden sein.
Es wird beispielhaft auf eine Gestaltung des Kühlbehälters Bezug genommen, der die Maße eines ISO-Containers gemäß
Norm 668 (Breite: 8 Fuß = 2,4384 m; Länge: 20 Fuß = 6,096 m oder 40 Fuß = 12,192 m; und Höhe: 8 Fuß 6 Zoll = 2,591 m) be¬ sitzt. Die praktische Anwendung ist nicht auf Kühlbehälter dieser Maße beschränkt, sondern mit Kühlbehältern anderer Maße entsprechend möglich, wobei allgemein vorzugsweise ein quaderförmiger Kühlbehälter mit Maßen eines standardisierten Containers verwendet wird. Abweichend von den herkömmlichen Standard-Containern besitzt der erfindungsgemäß verwendete Kühlbehälter jedoch keine Seitentür, sondern einen Behälterdeckel, wie insbesondere in Figur 1 illustriert ist.
Der Kühlbehälter des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs ist fest mit dem Fahrwerk, z.B. einem Fahrzeugrahmen oder einer Ladeplattform, verbunden, so dass der Kühlbehälter ausschließlich gemeinsam mit dem Fahrwerk bewegt wird.
Die Figuren 1A und 1B zeigen in schematischer Perspektivansicht die Hauptbestandteile einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs 200, umfassend den Kühl¬ behälter 100, der fest mit dem Fahrwerk 60 verbunden ist. Einzelheiten des Innenbehälters 10, der Behälterwände 30 und des Behälterdeckels 40 sind in den Figuren 1A und 1B aus Klarheitsgründen nicht gezeigt (siehe unten) .
Der Kühlbehälter 100 umfasst den Innenbehälter 10, der einen Innenraum 11 zur Aufnahme der Proben (nicht dargestellt) ein¬ schließt (siehe Figur 1B) , die Kühlkörpereinrichtung 20 (schraffiert dargestellt) , die am Boden des Innenbehälters 10 angeordnet ist, Behälterwände 30, die den Innenbehälter 10 einschließen und an Horizontalseiten und einer Bodenseite begrenzen, und den Behälterdeckel 40, mit dem das Kühlfahrzeug an seiner Oberseite verschließbar ist.
Die Behälterwände 30 sind an einem quaderförmigen Halterahmen 31 befestigt, der z.B. durch das Standardgerüst eines ISO- Containers gebildet wird. Die Behälterwände 30 haben einen Schichtaufbau mit mehreren Wandschichten, der unten insbesondere unter Bezug auf die Figuren 5 bis 8 beschrieben ist. Die Wandschichten umfassen mindestens eine Thermoisolations- schicht und mindestens eine äußere Prallschutzschicht, die zur Erfüllung der Aufgaben der Behälterwände 30 hinsichtlich der Thermoisolation, der Bereitstellung einer hohen Wärmekapazität und der Bereitstellung eines mechanischen Schutzes für den Innenbehälter 10 konfiguriert sind. Die Gesamtdicke einer Behälterwand liegt im Bereich von 20 cm bis 80 cm. Der Innenbehälter 10 wird an seinen Horizontalseiten und seiner Bodenseite von den Behälterwänden 30 und an seiner Oberseite von dem Behälterdeckel 40 begrenzt. Der Innenbehäl¬ ter 10 umfasst z.B. einen ein- oder doppelwandigen Metallbehälter, der vorzugsweise aus Stahl, Kupfer und/oder Aluminium hergestellt ist. An der Oberseite kann der Innenbehälter zum Behälterdeckel 40 hin offen sein. An der Unterseite besitzt der Innenbehälter 10 eine Bodenwanne 12, in der die Kühlkörpereinrichtung 20 angeordnet ist und die des Weiteren zur Aufnahme von flüssigem Stickstoff bei der Abkühlung des Kühl- fahrzeugs 200 vorgesehen ist. Die Kühlkörpereinrichtung 20 umfasst z.B. einen kompakten Festkörper mit hoher Wärmekapazität, insbesondere einen kompakten Metallkörper, z.B. aus Aluminium, und/oder eine Anordnung aus mehreren Kühlkörpern (siehe Figur 4B) . Die Bodenwanne 12 kann mit einem Feststoff-Schaum 13, der z.B. aus Aluminium hergestellt ist, belegt sein. Der Fest¬ stoff-Schaum 13 bildet z.B. eine Schicht in der Bodenwanne 12 mit einer Dicke von 5 cm bis 10 cm. Über der Kühlkörperein- richtung 20 und dem Feststoff-Schaum 13 ist eine Trägerplatte 14 (in Figur 1B teilweise dargestellt) angeordnet, auf der bei Gebrauch des Kühlfahrzeugs 200 Probenracks (siehe Fi¬ gur 10) mit den kryokonservierten Proben stehen. Die Trägerplatte 14 kann ein Metallgitter oder eine Metallplatte sein. Optional kann die Trägerplatte 14 einen Kühlkörper der Kühlkörpereinrichtung 20 (siehe Figur 4B) bilden.
Die untere Seitenwand ist fest mit dem Fahrwerk 60 oder einer Ladeplattform von diesem verbunden. Zu diesem Zweck sind auf der Außenseite des Kühlbehälters 100 und am Fahrwerk Befesti¬ gungselemente, wie z. B. Schraub- und/oder Bolzenverbindungen, vorgesehen (nicht dargestellt) .
Der Behälterdeckel 40 umfasst ein Wandelement mit einem
Schichtaufbau, der mindestens eine Thermoisolationsschicht und mindestens eine äußere Prallschutzschicht umfasst und vorzugsweise wie der Schichtaufbau der Behälterwände 30 ge¬ bildet ist. In Dickenrichtung verjüngt sich der Behälterde¬ ckel 40 hin zum Innenraum 11, so dass eine abgeschrägte Auf- lageseite 41 gebildet wird, die auf einer entsprechend abge¬ schrägten Oberseite 32 der Behälterwände 30 aufliegt. Die Re¬ alisierung der Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines rechteckigen Behälterdeckels 40 beschränkt. Alternativ kann ein kreisrunder Behälterdeckel verwendet werden. Die Kreis- form hat den besonderen Vorteil, dass der Behälterdeckel nicht unbeabsichtigt in den Innenraum 11 des Kühlfahrzeugs 200 fallen kann.
Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs bildet der an den Behälterwänden 30 vorgesehene Hohlraum 50, der in der schematischen Schnittansicht des Kühlbehälters 100 in verschiedenen Betriebsphasen des Kühlfahrzeugs 200 in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Der Hohlraum 50 umfasst allge¬ mein einen schichtförmigen, flächenhaften Zwischenraum unmittelbar am Innenbehälter 10 oder im Schichtaufbau der Behäl- terwände 30 (siehe Figur 7) . Bei doppelwandiger Ausführung der Wand des Innenbehälters 10 wird der Hohlraum 50 durch die Wand des Innenbehälters 10 gebildet. Alternativ ist an den Innenbehälter 10 angrenzend eine evakuierbare Doppelwand¬ struktur zur Bildung des Hohlraums 50 vorgesehen. Der Hohl- räum 50 ist über eine Ventileinrichtung 51 mit einer Vakuumpumpe 52 oder einem Arbeitsgasreservoir 53 (oder der Umgebungsatmosphäre) koppelbar. Der Hohlraum 50 besitzt in Dickenrichtung der Behälterwände 30 eine Breite von z.B. 1 cm bis 10 cm.
Der Hohlraum 50 kann in verschiedenen Betriebsphasen evakuiert sein oder mit einem Arbeitsgas bei Atmosphärendruck oder einem Arbeitsdruck oberhalb des Atmosphärendrucks beauf¬ schlagt sein. Der Innendruck im Hohlraum 50 bestimmt die Tem- peratur, bei der Sauerstoff vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht (Verflüssigungspunkt) . Der Innendruck im Hohlraum 50 wird vorzugsweise während des Transports so ge¬ wählt, dass bei Ausbildung eines Temperaturgradienten zwischen der Außenseite des Kühlfahrzeugs 200 und dem Innenraum 11 die Temperatur im Hohlraum 50 gleich der Verflüssigungstemperatur des Sauerstoffs ist, so dass die Außenwand des Hohlraums die Verflüssigungstemperatur von Sauerstoff nicht erreicht bzw. unterschreitet. Idealerweise über -180°C liegt. Die Temperatur an der Außenwand des Hohlraums 50 kann durch Temperatursensoren (nicht dargestellt) überwacht oder in Ab¬ hängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit der Behälterwände 30 und der Breite des Hohlraums 50 in Dickenrichtung der Behäl¬ terwände 30 ermittelt werden. Vorteilhafterweise ermöglicht die Einstellung des Innendrucks und der Temperatur im Hohlraum 50, dass beim Abkühlen des Kühlbehälters 100 mit flüssigem Stickstoff kein flüssiger Sauerstoff in den Behälterwänden 30 abgeschieden wird. Nach Beendigung der Abkühlung, wenn im Innenbehälter die Temperatur des flüssigen Stickstoffs (-196°C) erreicht wurde, kann sich kein weiterer Sauerstoff verflüssigen, so dass anschließend die Aufgabe des evakuierten Hohlraums 50 in der Verrin¬ gerung der Wärmeleitung aus der Umgebung in den Innenraum 11 besteht. Entsprechend kann nach der Abkühlung des Innenbehäl¬ ters 10 für den nachfolgenden Transport von Proben mit dem Kühlfahrzeug 200 eine weitere Evakuierung zu geringeren Dru¬ cken für eine verbesserte Thermoisolation vorgesehen sein.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Kühlbehälters 100 mit dem Fahrwerk 60 (teilweise gezeigt) während der Abkühlung zur Vorbereitung eines Transports. Der Innenraum 11 wird perma¬ nent mit flüssigem Stickstoff 1 befüllt, wobei zu Beginn der flüssige Stickstoff beim Auftreffen auf die Bodenwanne 12 verdampft. Mit zunehmender Abkühlung des Innenbehälters 10 bildet sich in der Bodenwanne 12 ein Stickstoffsee . Bei wei- terer Abkühlung des Innenbehälters 10 und der angrenzenden Bereiche der Behälterwände 30 verringert sich die Verdamp¬ fungsrate des flüssigen Stickstoffs bis zu einer minimalen Verdampfungsrate entsprechend dem verbleibenden Wärmestrom aus der Umgebung durch die Behälterwände 30 in den Innenraum 11. Der verdampfende Stickstoff kann durch ein verschließba¬ res Entlüftungsrohr (nicht dargestellt) im oberen Teil der Behälterwände 30 oder im Behälterdeckel 40 oder durch Spalte zwischen den Behälterwänden 30 und dem Behälterdeckel 40 in die Umgebung abfließen, so dass im Innenraum 11 kein Stick- stoff-Überdruck gebildet wird.
Während der Abkühlung ist der Hohlraum 50 mit der äußeren Atmosphäre verbunden oder mit dem Arbeitsgasreservoir 53 unter Druck gesetzt. Dabei kann z.B. ein Arbeitsdruck im Bereich von 1 bar bis 10 bar eingestellt werden. Vorteilhafterweise ergibt dies eine gute Wärmeleitung durch den Hohlraum 50 in die Behälterwände 30 und deren schnelle Abkühlung gemeinsam mit dem Innenbehälter 10.
In der zweiten Phase der Abkühlung, wenn in der Bodenwanne 12 flüssiger Stickstoff verbleibt und der Innenraum die Tempera¬ tur des flüssigen Stickstoffs erreicht, wird der Hohlraum 50 mit der Vakuumpumpe 52 auf einen derartigen Druck evakuiert, dass die Temperatur im Hohlraum 50 dem Verflüssigungspunkt von Sauerstoff entspricht. Gleichzeitig wird der Hohlraum 50 mit der Ventileinrichtung 51 von der äußeren Atmosphäre oder dem Arbeitsgasreservoir 53 getrennt, so dass kein weiterer Sauerstoff in den Hohlraum 50 eintreten kann. In einem praktischen Beispiel beträgt der Druck im Hohlraum 50 in dieser Phase der Abkühlung bei einer Breite des Hohlraums 50 in Di¬ ckenrichtung der Behälterwände 30 von 0,5 cm bis einige cm weniger als 350 mbar, vorzugsweise weniger als 10 mbar.
Nach Erreichen der Lager- und Transporttemperatur im Innenraum 11, typischerweise die Temperatur des flüssigen Stick- Stoffs, insbesondere -190°C, wird gemäß Figur 3 der Hohl¬ raum 50 mit der Vakuumpumpe 52 evakuiert. Der Restdruck im Hohlraum 50 beträgt dann z.B. weniger als 10 mbar. Vorteilhafterweise wird damit die Wärmeleitung von den Behälterwänden 30 in dem Innenraum 11 des Kühlbehälters 100 minimiert. Vor oder nach der Beladung des Kühlbehälters 100 und vor Be¬ ginn des Transports wird der im Innenbehälter verbliebene flüssige Stickstoff durch allmähliche Verdampfung oder durch Abpumpen entfernt. Während des Transports mit dem erfindungsgemäßen Kühlfahrzeug bleibt der Verflüssigungspunkt des Sauerstoffs zunächst im Hohlraum 50, wobei sich aufgrund der Evakuierung kein Sauerstoff verflüssigen und niederschlagen kann. Während einer ersten Transportphase können im Innenraum noch bodennahe Be- reiche vorhanden sein, in dem die Temperatur unterhalb von -183°C liegt. Nach Stunden oder Tagen steigt die Temperatur aber auch in diesen Bereichen über -183°C, so dass sich im gesamten Kühlbehälter 100 kein Bereich mehr befindet, in dem sich Sauerstoff verflüssigen kann. Bei einer erneuten Abkühlung des Kühlbehälters während des Transports oder für einen neuen Transport ist die geeignete Einstellung der Temperatur im Hohlraum 50 jedoch erneut zu berücksichtigen.
Figur 4 zeigt Schnittansichten des Kühlbehälters 100 eines erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs mit weiteren Merkmalen bevor- zugter Ausführungsformen der Erfindung. Figur 4A zeigt den
Kühlbehälter 100 mit dem Innenbehälter 10, der Kühlkörpereinrichtung 20, den Behälterwänden 30 und dem Behälterdeckel 40. Die Kühlkörpereinrichtung 20 umfasst Kühlkörper 23, 21, die am Boden des Innenbehälters 10 und in den unteren Hälften der Seitenwände 15 des Innenbehälters 10 angeordnet sind. Die
Kühlkörper 23 am Boden umfassen einen Stapel schichtförmiger Kühllagen, die in einem aufgefächerten Zustand (Figur 4A) voneinander beabstandet und in einem kompakten, zusammengelegten Zustand mit sich berührenden Oberflächen einen Kühlla- genstapel 22 (Figur 4B) bilden. Die oberste Kühllage im Kühl¬ lagenstapel 22 bildet zugleich die Trägerplatte 14 im Innen¬ raum 11 des Innenbehälters 10.
Die Kühlkörper 21, 23 bestehen z.B. aus Aluminium, Stahl oder Eisen, wobei wegen des geringen Gewichts Aluminium bevorzugt wird. Die Kühllagen im Kühllagenstapel 22 umfassen beispiels¬ weise 20 Metallplatten mit einer Dicke von jeweils 10 mm, die an einem Rand des Bodens des Innenbehälters 10 angelenkt und in den Innenraum 11 des Innenbehälters 10 verschwenkbar sind. Zum Auffächern der Kühllagen des Kühllagenstapels 22 kann ein manuell betätigbarer Hebel- und/oder Federmechanismus und/ oder ein Motorantrieb vorgesehen sein (nicht dargestellt) .
Der Behälterdeckel 40 weist an seiner Auflageseite 41 zur Auflage auf den Behälterwänden 30 an der Oberseite des Kühlbehälters 100 ein Deckelauflageprofil 42 auf, das in ein pas- sendes Wandquerschnittsprofil 33 entlang der Dickenrichtung der Behälterwände 30 eingreift. Das Zusammenwirken des De¬ ckelauflageprofils 42 und des Wandquerschnittsprofils 33 hat den Vorteil, dass ein Wärmefluss von der Umgebung in den In- nenbehälter 10 entlang der Grenzfläche zwischen den Behälterwänden 30 und dem Behälterdeckel 40 minimiert wird.
Figur 4A zeigt den Kühlbehälter 100 mit dem aufgefächerten Zustand der Kühlkörper 23 und mit dem geöffneten Behälterde- ekel 40. In dieser Situation erfolgt die Zufuhr des flüssigen Stickstoffs durch die Deckelöffnung und die Abkühlung des Innenbehälters 10 und der angrenzenden Bereiche der Behälterwände 30 mit dem flüssigen Stickstoff. Durch die Auffächerung des Kühllagenstapels 22 wird die Oberfläche der Kühlkörper- einrichtung 20 vorteilhafterweise vergrößert, so dass die Ab¬ kühlung beschleunigt wird. Figur 4B zeigt den Kühlbehälter 100 mit dem aufgefächerten Kühllagenstapel 22 und dem ge¬ schlossenen Behälterdeckel 40. In dieser Situation ist der Kühlbehälter 100 abgekühlt und zur Aufnahme von Proben be- reit.
Figur 5 zeigt Einzelheiten des Kühlbehälters 100, insbesonde re von dessen Innenbehälter 10, Behälterwänden 30 und Hohlraum 50, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Beispielhaft ist die Schnittansicht der linken unteren Ecke des Kühlbehälters 100 im unteren Teil von Figur 5 vergrößert dargestellt. Die Dicke der Behälterwand 30 liegt beispiels¬ weise im Bereich von 30 cm bis 80 cm. Der Innenbehälter 10, der den Innenraum 11 einschließt, um- fasst eine Bodenwanne 12 und Seitenwände 15. In der Bodenwan¬ ne 12 ist ein Feststoff-Schaum 13 angeordnet. Oberhalb des Feststoff-Schaums 13 erstreckt sich über der Bodenwanne 12 eine Trägerplattform 14 in Gestalt eines Metallgitters. Die Höhe der Trägerplattform 14 über dem Boden der Bodenwanne 12 beträgt z.B. 20 cm. Kühlkörper 21 in Form von Metallplatten sind in der Bodenwanne 12 und an den Seitenwänden 15 angeord¬ net. Unmittelbar an die Seitenwände 15 und die Bodenwanne 12 angrenzend ist der Hohlraum 50 (siehe Figuren 2 und 3) ange¬ ordnet, der evakuierbar ist oder mit einem Arbeitsdruck be- aufschlagt werden kann.
Die Behälterwände 30 weisen einen Schichtaufbau mit mehreren Wandschichten 30A, 30B, 30C und 30D auf, von denen die Wandschichten 30A bis 30C Thermoisolationsschichten und die äuße- re Wandschicht 30D eine Prallschutzschicht bilden.
Im Einzelnen umfasst die innerste Wandschicht 30A eine
Schaumstoff-Schicht , die z.B. aus Polyurethan-Hartschaum (PUR/PIR) hergestellt ist und optional eine Folienschicht enthalten kann. Die Schaumstoff-Schicht hat den Vorteil, sich lückenlos an die äußere Form des Innenbehälters 10 und der Außenseite des Hohlraums 50 anzupassen. Des Weiteren wird durch die integrierte Folienschicht ein Flüssigkeitsdurch¬ tritt durch die Behälterwand 30 verhindert. Die Dicke der Schaumstoff-Schicht 30A beträgt 2 cm bis 10 cm.
Auf der Außenseite der Schaumstoff-Schicht 30A folgt eine Va- kuum-Padschicht 30B, die aus einem Stapel mehrerer Lagen von Vakuumpads aufgebaut ist. Die Vakuumpads sind evakuierte Alu- minium-Kunststoffkörper, die tieftemperaturtauglich und vorzugsweise mit einer Infrarot-Reflexionsschicht versehen sind. Die Dicke der Vakuumpad-Schicht 30B beträgt z.B. 20 cm.
Anschließend folgt eine weitere Schaumstoff-Schicht 30C, die aus nicht brennbaren, geschäumten Kunststoffplatten, z.B. aus Polyurethan-Hartschaum (PUR/PIR) hergestellt ist und eine Di¬ cke von z.B. 6 cm aufweist. Die Schaumstoff-Schicht 30C dient einer weiteren Abdichtung der Behälterwand 30. Schließlich umfasst die äußere Prallschutzschicht 30D eine robuste Außenhaut aus Metall- und/oder Kunststofflagen, die den Kühlbehälter 100 gegen mechanische Stöße und Zerstörung beim Transport schützt. Die Prallschutzschicht 30D ist z.B. aus gesicktem, 2 mm starkem Stahl-Trapezblech mit einer Dicke von 11 cm hergestellt.
Figur 6 illustriert analog zu Figur 5 eine abgewandelte Aus¬ führungsform des Kühlbehälters 100 des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs mit dem Innenbehälter 10, dem Hohlraum 50 und den Behälterwänden 30. Im Innenbehälter 10 sind schematisch ein kompakter Kühlkörper 21 und ein Kühllagenstapel 22 aus einer Vielzahl von Kühllagen gezeigt. Die Kühllagen des Kühllagenstapels 22 sind an einem Rand über ein Scharnier 24 verbunden, um zwischen dem illustrierten kompakten Zustand und einem aufgefächerten Zustand (siehe Figur 4A) verschwenkbar zu sein. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist abweichend von der Ausführungsform der Figur 5 keine gitterartige Trägerplattform vorgesehen. Die oberste Kühllage des Kühlla¬ genstapels 22 bildet in diesem Fall die Auflagefläche zur Aufnahme von Probenracks (siehe Figur 10) im Innenraum 11 des Innenbehälters 10.
Die Behälterwände 30 umfassen einen Schichtaufbau mit mehre¬ ren Wandschichten, die zwei Schaumstoff-Schichten 30A, 30C, eine äußere Prallschutzschicht 30D und zusätzlich eine innere Schicht 30E aus einem partikulären Feststoff umfassen. Die Schicht 30E hat beispielsweise eine Dicke im Bereich von 10 cm bis 30 cm. Der partikuläre Feststoff umfasst z.B. fein¬ disperses Siliziummaterial. Vorzugsweise ist die Schicht 30E aus partikulärem Feststoff allseits gasdicht, z.B. mit einer Folie verschlossen und evakuiert, so dass eine weitere Ther- moisolationsschicht gebildet wird.
Figur 7 illustriert eine weitere Variante des Kühlbehäl¬ ters 100 des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs analog zu den Figuren 5 und 6 mit dem Innenbehälter 10, dem Hohlraum 50 und den Behälterwänden 30. Abweichend von den Ausführungsformen der Figuren 5 und 6 ist bei der Ausführungsform der Figur 7 der Hohlraum 50 in dem Schichtaufbau der Wandschichten 30 enthalten. Zwischen der Seitenwand 15 und der Bodenwanne 12 des Innenbehälters 10 einerseits und dem Hohlraum 50 anderer- seits ist eine weitere Schaumstoff-Schicht 30F angeordnet.
Die Schaumstoff-Schicht 30F ist eine Thermoisolationsschicht , die zusätzlich einen mechanischen Schutz des Innenbehälters 10 bildet. Hierzu umfasst die Schaumstoff-Schicht 30F vorzugsweise aus Polyurethan-Hartschaum (PUR/PIR) mit einer Dicke von 3 cm. Die zusätzliche Schaumstoff-Schicht 30F hat Vorteile für den Transport von Kühlgut mit besonders hohem Gewicht, das im Innenbehälter 10 auf kleinen Fußflächen steht. Mit der Schaumstoff-Schicht 30F wird der Hohlraum 15 gegen eine unerwünschte Deformation geschützt.
Auf der Außenseite des Hohlraums 50 sind, wie oben unter Be¬ zug auf die Figuren 5 und 6 beschrieben, weitere Wandschichten vorgesehen. Diese umfassen insbesondere eine Vakuumpad- Schicht 30B (in Figur 7 ohne die Vakuumpads dargestellt) , ei- ne Abstandsschicht 30G, z.B. aus Metall, Holz oder kryotaug- lichem Kunststoff- oder Harzmaterial mit einer Dicke von z.B. 2 cm und die äußere Prallschutzschicht 30D.
Figur 8 illustriert eine weitere Variante des Kühlbehäl- ters 100 des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs mit dem Innenbe¬ hälter 10, dem Hohlraum 50 und den Behälterwänden 30. Der Hohlraum 50 besitzt in Dickenrichtung der Behälterwände 30 eine vergrößerte Breite, z.B. im Bereich von 5 cm bis 15 cm. Zur mechanischen Stabilisierung des Hohlraums 50 sind in die- sem Querstützen 54 angeordnet. Die Querstützen 54 bestehen aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit, wie z.B.
Kunststoff. Des Weiteren zeigt Figur 8 eine zusätzliche Me¬ tallschicht 30H zwischen der Außenseite des Hohlraums 50 und der Vakuumpad-Schicht 30B. Die Metallschicht 30H dient dem mechanischen Schutz des Hohlraums 50 und der Stabilisierung der Behälterwände 30. Figur 9 illustriert Einzelheiten des Behälterdeckels 40 im geschlossenen Zustand des Kühlbehälters 100. Der Behälterde¬ ckel 40 weist einen Schichtaufbau mit mehreren Deckelschich- ten auf, die im Einzelnen von innen nach außen eine Schaumstoff-Schicht 40A, eine Auflageschicht 40B, eine Vakuumpad- Schicht 40C, eine weitere, mehrlagige Schaumstoff-Schicht 40D, in die die Vakuumpad-Schicht 40C eingebettet ist, und eine äußere Prallschutzschicht 40E umfassen. Der Behälterde- ekel 40 weist eine Gesamtdicke im Bereich von 20 cm bis 40 cm auf .
Das Deckelauflageprofil 42 des Behälterdeckels 40 ist in der zweiten Schaumstoff-Schicht 40D gebildet. Die angrenzende Be- hälterwand 30 weist in ihrem Schichtaufbau ein entsprechend passendes Wandquerschnittsprofil 33 auf. Die Deckelauflage- und Wandquerschnittsprofile 42, 33 sind in Dickenrichtung des Behälterdeckels (d. h. in einer Richtung senkrecht zur Behäl¬ terdeckeloberfläche) mäanderförmig gebildet, so dass ein Wär- mefluss von außen nach innen und ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Innenbehälter 10 minimiert werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Transport von Proben bei einer Temperatur unterhalb von - 80 °C wird zunächst zur Ab- kühlung des Kühlfahrzeugs 200 dessen Innenbehälter 10 mit flüssigem Stickstoff beaufschlagt, bis der Innenbehälter 10 die Temperatur des flüssigen Stickstoffs aufweist. Des Weite¬ ren erfolgt die Beschickung des Kühlfahrzeugs 200 mit den Proben. Die Proben-Beschickung kann zeitlich während oder nach der Abkühlung des Innenbehälters 10 erfolgen. Anschlie¬ ßend erfolgt nach der Entfernung eventuell verbliebenen flüssigen Stickstoffs der Transport des Kühlfahrzeugs 200 an ei¬ nen Zielort. Ein beladener Kühlbehälter 100 des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs ist in schematischer Schnittdarstellung in Figur 10 gezeigt. Kryokonservierte Proben befinden sich Boxen 71, die in Probenracks 72 angeordnet sind. Die Probenracks 72 stehen auf der Trägerplattform 14 im unteren Teil des Innenbehälters 10. Die Kühlkörpereinrichtung 20 umfasst, wie z.B. oben unter Bezug auf die Figuren 4A und 4B beschrieben ist, Kühlkörper an den Innenseiten der Seitenwände 15 des Innenbehälters 10. Bei einem fest installierten Probenrack 72 kann dieses selbst einen Teil der Kühlkörpereinrichtung 20 bilden. Figur 10 illustriert des Weiteren, dass der Kühlbehälter 100 mit einer Vielzahl von Temperatursensoren 73 ausgestattet sein kann, die in Figur 10 jeweils mit einem Stern markiert sind. Temperatursensoren 73 können insbesondere im Innenraum 11 des Innenbehälters 10, in der Probenwanne 12 des Innenbe- hälters 10, in den Probenracks 72, in Dickenrichtung in den Behälterwänden 30 und im Behälterdeckel 40 vorgesehen sein. Die Temperatursensoren 73 erlauben eine Überwachung der Temperaturverteilung im Kühlbehälter 100 und eine Dokumentation der Temperatur insbesondere im Innenbehälter 10 sowie die schnelle Identifizierung von Wärmelecks und/oder Beschädigungen .
Die Figuren IIA und IIB illustrieren beispielhaft Temperaturverläufe im Innenraum 11 als Funktion der Zeit. In Figur IIA ist die Betriebsphase der Abkühlung gezeigt, während Figur
IIB die Betriebsphase der allmählichen Erwärmung, z. B. während des Transports veranschaulicht. Die gestrichelte Linie 111 gibt beispielhaft eine vorbestimmte Grenztemperatur (hier z. B. -100°C) an, bis zu der sich der Innenraum 11 erwärmen darf, ohne dass der Transport unterbrochen werden muss. Die Kurve 112 zeigt eine Abkühlung des Innenraumes 11 für ein Fassungsvermögen oberhalb von 15 m3. Ein angenäherter Gleichgewichtszustand (minimale Verdunstung des LN2) wird für ein derart großes System erst nach 14 Tagen und mehr eingenommen. Durch Steuerung des Gasdruckes im Zwischenraum und Auf- fächern der passiven Kühlkörper lässt sich dieser Zeitraum verkürzen (Kurve 113) .
In Figur IIB ist die passive Erwärmung des Kühlbehälters ge- zeigt. Beispielhaft ist die Erwärmung eines herkömmlichen thermisch isolierten Containers ohne passive Kühlung (Kurve 114), eines erfindungsgemäßen Kühlbehälters mit passivem Kühlkörper (Kurve 115) sowie mit passivem Kühlkörper und partieller elektrischer Nachkühlung über ein mobiles Kühlgerät (für -150°C, am Fahrzeug befindlich) (Kurve 116) gezeigt. Im ersten Fall kann der Kühlbehälter bei einer vorgegebenen Grenztemperatur über 2 Tage, bei passiver Kühlung über 4 Tage und bei passiver und zugeschalteter moderater aktiver Nachkühlung 10 Tage genutzt werden. Hierzu ist anzumerken, dass mit zunehmender Größe des Kühlbehälters die Nutzungsdauer, während der die vorgegebene Grenztemperatur nicht überschrit¬ ten wird, vorteilhafterweise zunimmt.
Figur 12 zeigt die Außenansicht eines Kühlfahrzeugs 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einem geöffneten Behälterdeckel 40 (Figur 12A) und einem geschlossenen Behälterdeckel 40 (Figur 12B) . Die Figuren 12A und 12B illustrieren, dass das Fahrwerk 60 des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs 200 wie das Fahrwerk des Anhängers eines herkömmli- chen Sattelzugs aufgebaut sein und mit einer an sich bekann¬ ten Zugmaschine (nicht dargestellt) transportiert werden kann. Des Weiteren ist schematisch eine Kühleinrichtung 80 gezeigt, die mit dem Fahrwerk 60 gekoppelt und zur aktiven Kühlung des Innenraums vom Kühlbehälter 100 eingerichtet ist. Die Kühleinrichtung 80 umfasst ein Kompressor-Kühlgerät, das vom Antriebsaggregat der Zugmaschine mit elektrischem Strom versorgt wird und den Innenraum kühlt.
Figur 13 illustriert schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlfahrzeugs 200 mit dem Kühlbehäl¬ ter 100 und dem Fahrwerk 60, wobei zusätzlich eine Kranein- richtung 90 vorgesehen ist. Mit der schematisch gezeigten Kraneinrichtung 90 kann Kühlgut 74 in einem definierten Zeitraum und unter Überwachung der Proben-Temperatur in den Kühlbehälter 100 geladen oder aus diesem entnommen werden. Das Kühlgut 74 wird beispielsweise aus Transportbehältern 75, die aktiv mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden, entnommen und in den Kühlbehälter 100 eingesetzt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche 1. Kühlfahrzeug (200), das für einen Transport von Proben bei einer Temperatur unterhalb von -80 °C konfiguriert ist, umfassend einen Kühlbehälter (100) und ein Fahrwerk (60), mit dem der Kühlbehälter (100) fest verbunden ist, wobei der Kühlbehälter (100) umfasst
- einen Innenbehälter (10), der einen Innenraum (11) zur Aufnahme der Proben einschließt,
- eine Kühlkörpereinrichtung (20), die zur passiven Kühlung des Innenraums (11) eingerichtet ist,
- Behälterwände (30), die den Innenbehälter (10) an Horizon- talseiten und einer Bodenseite begrenzen, und
- einen Behälterdeckel (40), mit dem der Innenbehälter (10) an einer Oberseite des Kühlfahrzeugs (100) verschließbar ist, wobei
- die Behälterwände (30) einen Schichtaufbau mit mehreren Wandschichten aufweisen, die mindestens eine Thermoisolati- onsschicht und eine äußere Prallschutzschicht umfassen, und
- mindestens eine der Behälterwände (30) einen Hohlraum (50) aufweist, der in verschiedenen Betriebsphasen des Kühlfahrzeugs (200) jeweils evakuiert oder mit einem Arbeitsgas be- aufschlagt werden kann.
2. Kühlfahrzeug gemäß Anspruch 1, bei dem
- der Hohlraum (50) im Schichtaufbau von mindestens einer der Behälterwände (30) enthalten ist.
3. Kühlfahrzeug gemäß Anspruch 1, bei dem
- der Hohlraum (50) zwischen mindestens einer der Behälterwände (30) und dem Innenbehälter (10) angeordnet ist.
4. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Hohlraum (50) derart evakuierbar und mit Abständen von der Kühlkörpereinrichtung (20) und einer Außenseite des Kühl- fahrzeugs (200) angeordnet ist, dass ein Temperaturgradient zwischen der Außenseite und dem Innenraum (11) des Kühlfahrzeugs (200) im Hohlraum (50) einen Temperaturbereich durchläuft, der den Verflüssigungspunkt von Sauerstoff im Hohlraum (50) enthält.
5. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem der Merkmale
- die Behälterwände (30) sind gasundurchlässig,
- alle Behälterwände (30) sind mit dem Hohlraum (50) ausge- stattet, und
- die Behälterwände (30) enthalten eine Schicht (30E) parti¬ kulären Feststoffs.
6. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Hohlraum (50) mit einer Ventileinrichtung (51) ausgestattet ist, die für eine Verbindung des Hohlraums (50) mit einer Vakuumpumpe oder mit einem Arbeitsgasreservoir konfiguriert ist.
7. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Kühlkörpereinrichtung (20) mindestens einen Kühlkörper (21, 23) aufweist, der im Innenraum (11) und/oder unmittelbar an den Innenraum (11) angrenzend zur passiven Kühlung des Innenraums (11) angeordnet ist.
8. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Kühlkörpereinrichtung (20) eine Vielzahl von Kühlkörpern (23) umfasst, die zwischen einem aufgefächerten Zustand, in dem Oberflächen der Kühlkörper (23) frei liegen und einem kompakten Zustand, in dem die Oberflächen der Kühlkörper (23) aneinander grenzen, verstellbar ist.
9. Kühlfahrzeug gemäß Anspruch 8, bei dem
- die Kühlkörper (23) schichtförmige Kühllagen umfassen, die im aufgefächerten Zustand voneinander beabstandet sind und im kompakten Zustand einen Kühllagenstapel (22) bilden.
10. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Innenbehälter (10) eine Bodenwanne (12) aufweist, die zur Aufnahme von flüssigem Stickstoff konfiguriert ist.
11. Kühlfahrzeug gemäß Anspruch 10, bei dem
- die Bodenwanne (12) einen Feststoff-Schaum (13) enthält.
12. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Behälterdeckel (40) an einer Auflageseite (41), die zur Auflage auf den Behälterwänden (30) an der Oberseite des Kühlbehälters (100) vorgesehen ist, ein Deckelauflageprofil (42) und die Behälterwände (30) an der Oberseite des Kühl¬ fahrzeugs (200) ein Wandquerschnittsprofil (33) aufweisen, wobei
- im geschlossenen Zustand des Kühlfahrzeugs (200) das De¬ ckelauflageprofil (41) und das Wandquerschnittsprofil (33) ineinandergreifen .
13. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
- eine Kühleinrichtung (80), die zur aktiven Kühlung des Innenraums (11) eingerichtet ist.
14.
umfassend
- eine Kraneinrichtung, die zur Bewegung von Proben zwischen dem Innenraum (10) und einer Umgebung des Kühlfahrzeugs (200) eingerichtet ist.
15. Kühlfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
- der Kühlbehälter (100) Außenmaße aufweist, die gleich einem Standard-Container-Maß sind.
16. Verfahren zum Transport von Proben bei einer Tempera- tur unterhalb von -80 °C mit einem Kühlfahrzeug (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte - Abkühlung des Kühlfahrzeugs (200), wobei der Innenbehälter (10) mit flüssigem Stickstoff beaufschlagt wird, bis der In¬ nenbehälter (10) die Temperatur des flüssigen Stickstoffs aufweist,
- Beschickung des Kühlfahrzeugs (200) mit den Proben, und - Transport des Kühlfahrzeugs (200) an einen Zielort.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem
- während der Abkühlung des Kühlfahrzeugs (200) der Hohlraum (50) mit dem Arbeitsgas beaufschlagt ist, und
- während der Beschickung und des Transports des Kühlfahr¬ zeugs (200) der Hohlraum (50) evakuiert ist.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem
- im Hohlraum (50) ein Arbeitsdruck derart eingestellt wird, dass ein Temperaturgradient zwischen der Außenseite und dem
Innenraum (11) des Kühlfahrzeugs (200) im Hohlraum (50) einen Temperaturbereich durchläuft, der den Verflüssigungspunkt von Sauerstoff im Hohlraum (50) enthält.
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