WO2022054024A1 - Transportbehälter - Google Patents

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WO2022054024A1
WO2022054024A1 PCT/IB2021/058341 IB2021058341W WO2022054024A1 WO 2022054024 A1 WO2022054024 A1 WO 2022054024A1 IB 2021058341 W IB2021058341 W IB 2021058341W WO 2022054024 A1 WO2022054024 A1 WO 2022054024A1
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WO
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wall
transport container
container according
interior
opening
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PCT/IB2021/058341
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French (fr)
Inventor
Nico Ros
Stefan Retzko
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Rep Ip Ag
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Priority to CA3192564A priority patent/CA3192564A1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D81/00—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents
    • B65D81/38—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents with thermal insulation
    • B65D81/3813—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents with thermal insulation rigid container being in the form of a box, tray or like container
    • B65D81/3823—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents with thermal insulation rigid container being in the form of a box, tray or like container formed of different materials, e.g. laminated or foam filling between walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D23/062—Walls defining a cabinet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D3/08—Movable containers portable, i.e. adapted to be carried personally
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    • F25D2303/082—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid disposed in a cold storage element not forming part of a container for products to be cooled, e.g. ice pack or gel accumulator

Definitions

  • the invention relates to a transport container for transporting temperature-sensitive goods to be transported, with a container wall surrounding an interior space for receiving the goods being transported, with a plurality of walls adjoining one another at an angle, the container wall being self-supporting and having an opening for bound unloading of the interior space, which is a separate wall element can be closed, and the container wall encloses the interior on all sides with the exception of the opening.
  • transport containers e.g. B. Air freight container
  • the technical implementation of temperature-controlled transport containers is usually carried out with active or passive cooling systems in combination with insulation of the outer shell.
  • the quality of the insulation plays a major role in the performance of the container, particularly in passive cooling systems.
  • a conventional way of insulating temperature-controlled transport containers involves the layered use of insulation materials, such as e.g. B. Styrofoam, Polyisocyanurate (PIR) , Extruded Polystyrene (XPS) .
  • PIR Polyisocyanurate
  • XPS Extruded Polystyrene
  • the insulation performance of these materials is limited and thick wall structures are required to achieve the desired container performance. This leads to a reduction in the usable interior space and to an increase in the container weight. Both are disadvantages, especially in air transport, from both a financial and ecological point of view.
  • temperature-controlled transport containers includes a wall structure with plate-shaped vacuum panels. They generally consist of a porous core material, which serves, among other things, as a support body for the vacuum present inside the vacuum panel, and a high-density shell, which prevents gas entry into the vacuum panel.
  • vacuum panels are susceptible to damage, which can lead to a drastic reduction in insulation performance. Therefore, additional wall structures are needed to protect the vacuum panels from external influences, resulting in a disadvantageous increase in weight. Additional components are also required at the edges of the vacuum panels in order to connect the individual container walls to one another. This creates thermal bridges, which reduce the effective insulation performance and increase the overall weight of the container.
  • the present invention therefore aims to provide wall-integrated vacuum insulation for temperature-controlled provide transport containers.
  • the outer walls of the container should be flat so that the space available can be optimally utilized during air transport.
  • the insulation performance is said to be significantly better than current transport containers of the same order of magnitude. This means that with a container size of z. B. 1 x 1, 2 x 1, 2 m the equivalent thermal conductivity (including all thermal bridges) of the insulation should be in the range of ⁇ 5 mW/(m . K) .
  • the transport container is primarily intended for air transport, the weight of the insulation plays a key role.
  • the design should therefore be optimized with regard to the total container weight. At the same time, the stability of the container should be ensured without the need for additional structural components.
  • the invention essentially provides for a transport container of the type mentioned at the outset that the container wall has an outer wall, an inner wall spaced from it and a vacuum chamber formed between the outer and inner wall, the vacuum chamber being continuous, the interior space with the exception of the ⁇ ffe f Vietnamese is formed on all sides surrounding vacuum chamber.
  • the container wall is therefore designed as a double-walled vacuum container which surrounds the interior on all sides with the exception of the container opening.
  • the insulation therefore does not consist of individual vacuum elements that have to be assembled into a container, but includes all sides of the transport container in one part, with the exception of the opening.
  • the transport container the container wall can be designed in various geometric shapes, in which a plurality of under an angle adjoining walls are provided.
  • the wall thus preferably forms the top, the bottom, the side walls and the rear wall of the transport container.
  • a continuous vacuum chamber is formed between the inner and outer wall of the container wall, which surrounds the interior on all sides with the exception of the opening.
  • the interior is not surrounded by several separate vacuum chambers, as is the case with a conventional design, in which the ceiling, the floor, the side walls and the rear wall are each formed by their own vacuum panel and in which the Connection point between adjoining panels in each case a thermal bridge arises.
  • the double-walled container wall is self-supporting, so that no separate components are required to ensure the stability of the container.
  • the outer and the inner wall consist of a metal sheet, in particular of high-grade steel, aluminum or titanium, and preferably have a thickness of 0.01 to 1 mm.
  • the outer wall and the inner wall can each consist of a plurality of Flat sheets are assembled, the joints can be gas-tightly connected to each other by welds.
  • the vacuum chamber is preferably closed by a connecting collar which runs along the edge of the opening and is connected to the outer and inner walls.
  • the outer and inner walls of the container wall are preferably designed to be planar.
  • the transport container according to the invention is preferably designed as an air freight container and therefore preferably has external dimensions of at least 0.4x0.4x0.4 m, preferably 0.4x0.4x0.4 m to 1.6x1.6x1.6 m, preferably 1.0x1.0x1, 0 m to 1.6x1, 6x1.6 m, on.
  • vacuum chamber means that the space between the inner and outer wall of the container wall is evacuated in order to achieve thermal insulation by reducing or preventing the heat conduction of the gas molecules through the vacuum.
  • the air pressure in the vacuum chamber is preferably 0.001 -0.1 mbar.
  • the outer wall and the inner wall are preferably connected by a large number of spacers, which preferably have a thermal conductivity of ⁇ 2 W/(mK), more preferably ⁇ 1 W/(mK), more preferably ⁇ 0.5 W/(mK), more preferably ⁇ 0.35 W/(mK) and particularly preferably ⁇ 0.2 W/(mK) and preferably of one Plastic, such as polyetheretherketone or aramid, a ceramic material or consist of glass.
  • the spacers ensure the desired distance between the outer and inner walls, so that the cavity in between, i . H . the vacuum chamber, remains. Since the spacers form thermal bridges, it is advantageous to form them from a material with the lowest possible thermal conductivity.
  • the spacers are designed as elements that are as thin as possible.
  • the spacers can be designed as pin-shaped elements which preferably have a round, in particular circular, cross section and preferably have a diameter of 1-5 mm at the thinnest point.
  • the normal distance between the outer and inner wall is preferably 10-40 mm, preferably 10-20 mm.
  • the spacers are preferably at a uniform distance of 10-100 mm from one another.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the spacers contact the outer and inner walls via at least one pressure distribution element each. Due to the pressure distribution over a larger wall area the outer and inner walls are designed with a reduced wall thickness, which is accompanied by a reduction in weight, with a wall thickness of preferably 0.1-1 mm being sufficient in the case of a design made of stainless steel and a wall thickness of preferably 0.1-1 mm being sufficient in the case of a design made of aluminium 0.5-5 mm is sufficient. Without pressure distribution elements there is a risk that the spacers will pierce the outer and inner wall under the pressure of the ambient air with such small wall thicknesses.
  • the at least one pressure distribution element can be designed as a support plate, with the support plate preferably forming a common support for a plurality of spacers aligned with one another.
  • the pressure distribution elements can be in the form of elongated plate-shaped elements which, for example, have a thickness of 0.3 to 5 mm and a width of 5 to 30 mm and are preferably made of aluminum, stainless steel or plastic.
  • a plurality of such elongate plate-shaped elements can be arranged parallel to one another and at a distance from one another, corresponding to the grid arrangement of the spacers.
  • the at least one pressure distribution element can be formed by a widened end of the spacer, the widened end preferably being formed in one piece with the spacer and therefore made of the same material as the latter.
  • the enlarged end may have a mushroom shape.
  • the widened end can have a height of 2-5 mm and a diameter of 6-50 mm, for example, and thus the forces that occur evenly into the outer or inner wall of
  • a preferred further development provides for a plurality of spaced-apart insulation foils to be arranged in the vacuum chamber, the foil plane of which runs essentially parallel to the plane of the outer and inner wall.
  • the insulation films are in stacked form, with a film stack preferably being arranged in each wall of the wall, which essentially extends over the entire wall.
  • the insulation foils are preferably arranged in such a way that they surround the interior on all sides with the exception of the opening.
  • the insulating films are preferably arranged in such a way that between the inner surface facing the vacuum chamber, the outer or a distance (protective space) remains between the inner wall and the film stack, so that the film stack is not compressed by any deformation of the walls.
  • the distance offers space for constructive stabilization of the spacers and makes vacuuming easier.
  • a further preferred embodiment provides that the insulation films are kept spaced apart from one another by flat spacer elements, the flat spacer elements preferably being formed by a textile fabric, in particular a polyester fleece.
  • the insulation foils can be designed as metal-coated or metallized plastic foils.
  • Such insulating films are also referred to as so-called super insulating films.
  • the metal coating consists of aluminum, for example.
  • the thermal conductivity of air depends both on the pressure and on the width of the air gap to be bridged. This can be explained by molecular thermodynamics and occurs when the gap width is of the same order of magnitude as the mean free path of the air molecules.
  • the mean free path of the air molecules is inversely proportional to the air pressure, i.e. it is relatively large at very low air pressures or very small gap widths.
  • the relationship is described with the Knudsen number, which results from the ratio between the mean free path and the characteristic length of a flow. If the Knudsen number is over 10, one speaks of free molecular movement and the thermal conductivity of the air is very low. In addition, convective heat conduction effects can be neglected.
  • a combination of low air pressure and small gap widths is used within the scope of the invention in order to achieve a very low thermal conductivity of the air (preferably ⁇ 1 mW/(mK)).
  • the gap widths are the distances between the individual layers of the insulating film and are preferably in the range between 0.1 and 5 mm.
  • the foil stack preferably consists of 2-50 layers with metal, in particular aluminum, vapor-deposited foil and 2-50 layers of foil spacers (e.g. a polyester spunbonded fabric).
  • the thermal radiation is greatly reduced by the insulating film. On the one hand, this is achieved by the low emissivity of the metal coating, especially the aluminum coating.
  • the individual opposing foil layers are each in thermal equilibrium and emit or absorb about the same amount of energy.
  • the solid heat conduction in the film spacers is preferably minimized in that the film spacers such.
  • the vacuum chamber is preferably closed by a connecting collar which runs along the edge of the opening and is connected to the outer and inner walls.
  • the connecting collar should be as gas-tight as possible and should be able to be connected to the outer and inner wall in a gas-tight manner. Examples of materials that can be used for the connecting collar are stainless steel or titanium.
  • the connecting collar preferably consists of the same material, in particular the same metal, as the inner and outer walls and is preferably welded to them.
  • the connecting collar can consist of a different metal than the inner and outer walls and can be welded to them, preferably by friction welding.
  • connection collar Since the thermal conductivity of the connecting collar is relatively high in the case of metal, a large part of the heat input into the transport container takes place via the connecting collar (thermal bridge). A constructive optimization of the connection collar and the surrounding structure is therefore advantageous in order to increase the overall performance of the insulation. Important parameters are the length of the connection between the outer and inner wall and the cross-sectional area of the connecting collar.
  • the connecting collar runs obliquely relative to the plane of the outer wall (i.e. at an angle other than 90°), in particular at an angle of 10-80 ° .
  • Another way of increasing the path length is for the connecting collar to have a corrugated or kinked course going from the outer to the inner wall.
  • the transport container also has a separate wall element with which the opening is closed, the separate wall element preferably having an outer wall and an inner wall spaced therefrom, between which a vacuum chamber is formed.
  • the separate wall element can have the same wall structure as the container wall. In its vacuum chamber, the separate wall element can therefore also contain a plurality of insulating films lying one above the other at a distance.
  • the separate wall element can be designed as a door, for example, and can therefore be attached to the transport container by means of a hinge.
  • Latent heat accumulators are able to absorb large amounts of heat through a phase change from solid to liquid.
  • a preferred development of the invention therefore provides that a layer of a phase change material is arranged on the side of the separate wall element facing the interior space, which layer extends at least along the edge region of the opening.
  • the phase change material therefore takes up and absorbs the heat introduced via the connection collar.
  • the phase change material preferably covers the entire surface of the separate wall element facing the interior, with an energy distribution layer made of a material with a thermal conductivity of > 100 W/(m.K), in particular > 200 W/(m.K), between the separate wall element and the phase change material.
  • phase change material with an energy distribution layer or. Plates made of highly thermally conductive materials (e.g. aluminum or carbon nanotubes) can be combined. The heat introduced locally via the connecting collar is distributed over a larger area of the energy distribution layer and evenly absorbed by the latent heat store.
  • phase change material can be used on the side walls, the floor, the ceiling and the rear wall.
  • energy distribution layers can also be used here to distribute the heat to the phase change material in the rear areas of the transport container. A sufficient distance to the connection collar is important here in order to avoid a direct thermal bridge.
  • a preferred embodiment of the invention in this context provides that a layer of a phase change material is arranged on the side of the inner wall of the container wall facing the interior space, which layer surrounds the interior space on all sides with the exception of the opening, and that preferably between the inner wall of the container wall and the phase change material an energy distribution layer made of a material with a thermal conductivity of
  • the at least one energy distribution layer preferably consists at least partially, in particular completely, of aluminum, copper or carbon nanotubes.
  • the at least one energy distribution layer is preferably designed to be relatively thin and in particular has a thickness of less than 2 mm.
  • phase change material is preferably selected with a phase transition temperature that is matched to the temperature range desired in the interior of the transport container, so that the desired temperature range can be kept as stable as possible and independent of the outside temperature.
  • phase transition temperature is in the range of 2°C-15°C.
  • the phase change material layer preferably comprises phase change material elements configured as flat chemical latent heat stores, with conventional configurations being usable with regard to the medium forming the latent heat store.
  • Preferred media for latent heat storage are paraffins and salt mixtures.
  • an insulating layer that is not designed as vacuum insulation can be arranged on the outside of the container wall.
  • the insulating layer preferably surrounds the interior of the transport container on all sides.
  • the insulation layer can have a thermal conductivity of ⁇ 0.02 W/(m.K), preferably ⁇ 0.012 W/(m.K).
  • the outer wall of the container wall forms the outer surface of the transport container, so that no further layers or elements are attached to the outer wall.
  • At least one temperature sensor is arranged in the interior, specifically at least one temperature sensor in each case preferably on each side of the transport container.
  • the performance of the insulation can be continuously monitored on the basis of the measured values of the at least one temperature sensor.
  • a sensor can be attached which measures the ambient temperature, it being possible for the insulation performance of the container wall to be continuously calculated from the temperature difference profile of the at least one temperature sensor arranged in the interior and the outside temperature sensor.
  • This data can be continuously transmitted to a central database by means of wireless data transmission means, so that the functionality of the transport container can be monitored and ensured globally.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cuboid transport container according to FIG invention
  • Fig. 2 a detailed view of the structure of the container wall
  • Fig. 3 a detailed view of an embodiment of the spacer
  • Fig. 4 a sectional view of a transport container with a closed opening
  • Fig. 5 an alternative embodiment of the transport container according to Fig. 4
  • Fig. 6 shows a detailed view of a wall design in the area of the connecting collar
  • FIG. 7 shows a detailed view of an alternative wall design in the area of the connecting collar
  • FIG. 8 shows a detail of the connecting collar 12 in section.
  • a cuboid transport container 1 is shown, the container wall 2 surrounds an interior 3 with the exception of an opening 4 on all sides.
  • the container wall 2 comprises two side walls 5, a rear wall 6, a bottom 7 and a ceiling 8.
  • the container wall 2 is designed as a double-walled vacuum container and comprises an outer wall 9 and an inner wall 10 which run parallel and at a distance from one another.
  • the wall structure can be seen in FIG. 1 in the area shown broken away and in the detailed view according to FIG.
  • the outer wall 9 consists of five plate-shaped outer wall sections, one each for the two side walls 5, the rear wall 6, the floor 7 and the ceiling 8.
  • the wall sections can be bent from a single flat piece of material, such as sheet metal, and along the abutting edges with each other connected, especially welded.
  • the wall sections can also consist of separate flat pieces of material, such as separate metal sheets, so that a connection, in particular a weld seam, is required at each edge.
  • the inner wall 10 consists of five plate-shaped outer wall sections, one each for the two side walls 5 , the rear wall 6 , the bottom 7 and the top 8 .
  • the wall sections can also be made of a single flat piece of material such. B.
  • a metal sheet can be bent and connected to one another along the abutting edges, in particular welded.
  • the wall sections can also be made of separate flat pieces of material such.
  • B. consist of separate sheets, so that a connection, in particular a weld seam, is required on each edge.
  • the outer wall 9 and the inner wall 10 thus form two separate shells, between which a continuous vacuum chamber 11 is formed.
  • a connecting collar 12 In order to close the vacuum chamber 11, the outer wall 9 and the inner wall 10 at the front, d. H . along the opening 4 , connected by means of a connecting collar 12 .
  • the connecting collar 12 can also consist of a flat piece of material, in particular a metal sheet, and can be welded to the outer wall 9 and the inner wall 10 at the abutting edges.
  • a plurality of spacers 13 run between the outer wall 9 and the inner wall 10, which are used in the embodiment according to FIG. 2 are designed as pins fte.
  • the spacers 13 must be able to absorb the compressive forces that occur and pass them on to the walls of the vacuum container as evenly as possible.
  • the solid heat conduction must be minimized by the spacers 13, otherwise the insulation performance of the I solation would deteriorate.
  • the overall weight of the structure plays an important role and must also be minimized. In order to meet these requirements, a large number of relatively thin spacers 13 are provided.
  • the spacers 13 make contact with the outer wall 9 and the inner wall 10 with the interposition of pressure distributor elements 14 which are designed as flat webs.
  • the spacers 13 are fastened in holes along the webs 14 with connecting pieces.
  • Fig. 1 it can be seen that in the vacuum chamber 11 stacks 15 of insulation foils are arranged that extend over the entire wall surface.
  • the spacers 13 can either be designed so that they can be plugged together or the insulation foil can be provided with corresponding slots.
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of the spacers 13 .
  • the transmission of force between the spacers 13 to the outer wall 9 and to the inner wall 10 is achieved via a mushroom shape of the spacers 13 on both sides.
  • the mushrooms are part of the spacers 13 and consist, for example, of a poorly thermally conductive plastic (eg PEEK or Kevlar).
  • PEEK poorly thermally conductive plastic
  • Kevlar Kevlar
  • Spacer 12 is preferably 1-5 mm and thus significantly smaller than the length, which entails a further reduction in solid-state heat conduction.
  • the mushrooms preferably have a height of 2-5 mm each and a diameter of 6-50 mm at their support and transfer the occurring forces evenly into the walls.
  • Fig. 4 shows the structure of the transport container 1 schematically in a section.
  • the vacuum container is combined with a separate wall element 16 for isolating the front, so that the transport container 1 is closed. Since the greatest heat input is expected in the area of the connecting collar 12, in this variant a latent heat store 17 is only installed at the front in order to absorb the heat and keep it away from the goods being transported.
  • a highly thermally conductive energy distribution plate 18 between the door insulation and the latent heat store 17 ensures an even distribution of the heat in order to prevent local melting of the phase change material of the latent heat store 17 .
  • Fig. 5 shows an alternative structure of the transport container 1 schematically in a section.
  • the vacuum container 1 is combined with a separate wall element 16 for isolating the front, so that the transport container is closed.
  • the greatest heat input is expected in the area of the connecting collar 12 .
  • latent heat accumulators 19 are also used in this variant on the side walls 5 , the rear wall 6 , the floor 7 and the ceiling 8 .
  • highly thermally conductive energy distribution plates 20 are used to distribute the heat to the latent heat storage devices 19 in the rear areas of the transport container 1 .
  • a sufficient distance from the connecting collar 12 is important here in order to avoid a direct thermal bridge.
  • Fig. 6 shows a detail of the connecting collar 12 in
  • connection collar 12 in an oblique
  • the outer wall 9 and the inner wall 10 can be made of stainless steel (e.g. V2A) with a thickness of 0.01 to 1 mm, with the metal sheets being welded at the front.
  • V2A stainless steel
  • the outer wall 9 and the inner wall 10 are made of aluminum with a thickness of, for example, 0.5-5 mm.
  • the connecting collar 12 consists of stainless steel (e.g. V2A) with a thickness of e.g. 0.1 to 1 mm. The different materials are welded together using friction welding or by coating the counterparts with a weldable material.
  • the connecting collar 12 is designed as a labyrinth, so that the path length between the outer wall 9 and the inner wall 10 is increased and the heat input is thus reduced.
  • the connection collar 12 is insulated from the outside with thermal insulation 21 .
  • the beginning of the aluminum inner wall 10 is offset to the rear in order to reduce the heat input into the rear area of the transport container 1.
  • the connecting collar 12 shows an alternative embodiment of the connecting collar 12 in section, the connecting collar 12 running in an asymmetrical U-shape between the outer wall 9 and the inner wall 10, so that the path length between the outer wall 9 and the inner wall 10 is increased.
  • the connecting collar 12 is insulated with thermal insulation 22 introduced in the U-shape.
  • the outer wall 9 and the inner wall 10 as well as the connecting collar 12 can be made of stainless steel (eg V2A) with a thickness of 0.01 to 1 mm, the metal sheets being welded at the front.
  • a further possibility of increasing the path length between the outer and inner wall of the vacuum container is to design the connecting collar in a corrugated form.
  • the overall efficiency of the insulation of the transport container according to the invention results from an interconnection of the individual thermal resistances.
  • the following elements are taken into account:
  • an equivalent thermal conductivity (X eq ) can be calculated.
  • an equivalent thermal conductivity of X equ 4 mW/(mK) to 0.5 mW/(mK) is achieved with a size of the transport container of approximately 1 ⁇ 1.2 ⁇ 1.2.
  • conventional vacuum panels have a thermal conductivity of about 5 mW/(mK) . the present invention thus offers a significantly better one
  • the transport container is stabilized by the vacuum insulation.
  • the vacuum container is constructed in such a way that it can withstand the external pressure forces, but has a low dead weight.
  • the vacuum container comprises five sides of the transport container. This ensures stability without the need for additional structural components. Even if the vacuum container is damaged, e.g. B. the stability of the transport container is retained by external influences.
  • the materials used for the outer and inner walls are preferably highly ductile and can exhibit high plastic strains before failure. First both sides of the vacuum chamber would be fully compressed before the walls fail.
  • the weight of the vacuum insulation is 3 to 16 kg/m 2 (depending on the design and choice of material) somewhat higher than that of vacuum panels at around 4 kg/m 2 , the resulting overall weight of the transport container is significantly lower.

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Abstract

Bei einem Transportbehälter (1) zum Transport von temperaturempfindlichem Transportgut mit einer einen Innenraum (3) zur Aufnahme des Transportguts umgebenden Behälterwandung (2) mit einer Mehrzahl von unter einem Winkel aneinandergrenzenden Wänden (5,6,7,8), wobei die Behälterwandung (2) selbsttragend ist und eine Öffnung (4) zum Be- und Entladen des Innenraums (3) aufweist, die mittels eines gesonderten Wandelements (16) verschließbar ist, und wobei die Behälterwandung (2) den Innenraum (3) mit Ausnahme der Öffnung (4) allseitig umschließt, weist die Behälterwandung (2) eine Außenwand (9), eine davon beabstandete Innenwand (10) und eine zwischen Außen- und Innenwand (9,10) ausgebildete Vakuumkammer (11) auf, wobei die Vakuumkammer (11) als durchgehende, den Innenraum (3) mit Ausnahme der Öffnung (4) allseitig umgebende Vakuumkammer (11) ausgebildet ist.

Description

Transportbehälter
Die Erfindung betri f ft einen Transportbehälter zum Transport von temperaturempfindlichem Transportgut mit einer einen Innenraum zur Aufnahme des Transportguts umgebenden Behälterwandung mit einer Mehrzahl von unter einem Winkel aneinandergrenzenden Wänden, wobei die Behälterwandung selbsttragend ist und eine Öf fnung zum Bound Entladen des Innenraums aufweist , die mittels eines gesonderten Wandelements verschließbar ist , und wobei die Behälterwandung den Innenraum mit Ausnahme der Öf fnung allseitig umschließt .
Beim Transport von temperaturempfindlichem Transportgut , wie z . B . Arzneimitteln, über Zeiträume von mehreren Stunden oder Tagen müssen vorgegebene Temperaturbereiche bei der Lagerung und dem Transport eingehalten werden, um die Verwendbarkeit und die Sicherheit des Transportguts zu gewährleisten . Für verschiedene Arzneimittel sind Temperaturbereiche von 2 bis 25 ° C, insbesondere 2 bis 8 ° C oder 15 bis 25 ° C, als Lager- und Transportbedingungen fest geschrieben .
Damit der gewünschte Temperaturbereich des Transportguts beim Transport permanent und nachweislich eingehalten wird, werden Transportcontainer, z . B . Luftfrachtcontainer, mit besonderem I solationsvermögen eingesetzt . Die technische Umsetzung temperaturkontrollierter Transportbehälter erfolgt üblicherweise mit aktiven oder passiven Kühlsystemen in Kombination mit einer I solation der Außenhülle . Die Güte der I solation spielt insbesondere bei passiven Kühlsystemen eine große Rolle für die Leistungs fähigkeit des Behälters . Eine konventionelle Aus führung der I solation von temperaturkontrollierten Transportbehältern beinhaltet den schichtweisen Einsatz von Dämmmaterialen, wie z . B . Styropor, Polyisocyanurat ( PIR) , extrudiertes Polystyrol (XPS ) . Die Dämmleistung dieser Materialen ist j edoch begrenzt und es werden dicke Wandaufbauten benötigt , um die gewünschte Leistungs fähigkeit des Behälters zu erreichen . Dies führt zu einer Verkleinerung des nutzbaren Innenraums und zu einer Erhöhung des Behältergewichts . Beides ist speziell beim Lufttransport sowohl aus finanziellen als auch ökologischen Gesichtspunkten von Nachteil .
Eine andere Aus führung von temperaturkontrollierten Transportbehältern umfasst einen Wandaufbau mit plattenförmigen Vakuumpaneelen . Sie bestehen im Allgemeinen aus einem porösen Kernmaterial , das unter anderem als Stützkörper für das im Inneren des Vakuumpaneels vorliegende Vakuum dient , und einer hochdichten Hülle , die einen Gaseintrag in das Vakuumpaneel verhindert . Vakuumpaneele sind allerdings anfällig gegen Beschädigungen, die zu einer drastischen Verringerung der Dämmleistung führen können . Daher werden zusätzliche Wandstrukturen benötigt , um die Vakuumpaneele vor äußeren Einflüssen zu schützen, was zu einer nachteiligen Gewichtserhöhung führt . Außerdem werden an den Rändern der Vakuumpaneele zusätzliche Bauteile benötigt , um die einzelnen Behälterwände miteinander zu verbinden . Dadurch entstehen Wärmebrücken, welche die ef fektive Dämmleistung verringern, und das Gesamtgewicht des Behälters erhöhen .
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, eine wandintegrierte Vakuumisolation für temperaturkontrollierte Transportbehälter bereitzustellen . Die Außenwände des Behälters sollen plane Wände sein, so dass der zur Verfügung stehende Platz beim Lufttransport optimal ausgenutzt werden kann . Die Dämmleistung soll deutlich besser als bei aktuellen Transportbehältern in der gleichen Größenordnung sein . Die bedeutet , bei einer Behältergröße von z . B . 1 x 1 , 2 x 1 , 2 m soll die äquivalente Wärmeleitfähigkeit ( inklusive aller Wärmebrücken) der I solation im Bereich < 5 mW/ (m . K) liegen . Da der Transportbehälter vorzugsweise für den Lufttransport bestimmt ist , spielt das Gewicht der I solation eine zentrale Rolle . Die Konstruktion soll daher bezüglich des Behältergesamtgewichts optimiert werden . Gleichzeitig soll die Stabilität des Behälters gewährleistet sein, ohne dass zusätzliche Strukturbauteile notwendig sind .
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Transportbehälter der eingangs genannten Art im Wesentlichen vor, dass die Behälterwandung eine Außenwand, eine davon beabstandete Innenwand und eine zwischen Außen- und Innenwand ausgebildete Vakuumkammer aufweist , wobei die Vakuumkammer als durchgehende , den Innenraum mit Ausnahme der Öf fnung allseitig umgebende Vakuumkammer ausgebildet ist . Die Behälterwandung ist somit als doppelwandiger Vakuumbehälter ausgeführt , der den Innenraum mit Ausnahme der Behälteröf fnung allseitig umgibt . Im Unterschied zur Verwendung von herkömmlichen Vakuumpaneelen besteht die I solation daher nicht aus einzelnen Vakuumelementen, die zu einem Behälter zusammengebaut werden müssen, sondern umfasst in einem Teil alle Seiten des Transportbehälters mit Ausnahme der Öf fnung . Der Transportbehälter bzw . die Behälterwandung kann dabei in verschiedenen geometrischen Formen ausgeführt sein, bei denen eine Mehrzahl von unter einem Winkel aneinandergrenzenden Wänden vorgesehen sind . Bevorzugt handelt es sich um einen quaderförmigen Transportbehälter, der sechs Wände aufweist , von denen die erfindungsgemäße Wandung fünf Wände ausbildet , und ein gesondertes Wandelement ist vorgesehen, um die Öf fnung des von der Wandung gebildeten Innenraums zu verschließen . Bevorzugt bildet die Wandung somit die Decke , den Boden, die Seitenwände und die Rückwand des Transportbehälters aus .
Erfindungsgemäß ist zwischen der Innen- und der Außenwand der Behälterwandung eine durchgehende Vakuumkammer ausgebildet , die den Innenraum mit Ausnahme der Öf fnung allseitig umgibt . Dies bedeutet , dass der Innenraum nicht von mehreren gesonderten Vakuumkammern umgeben ist , wie dies bei einer herkömmlichen Ausbildung der Fall ist , bei der die Decke , der Boden, die Seitenwände und die Rückwand j eweils von einem eigenen Vakuumpaneel gebildet werden und bei der an der Verbindungsstelle zwischen aneinandergrenzenden Paneelen j eweils eine Wärmebrücke entsteht .
Die doppelwandige Behälterwandung ist selbsttragend, sodass keine gesonderten Bauelemente erforderlich sind, um die Stabilität des Behälters zu gewährleisten .
Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass die Außen- und die Innenwand aus einem Metallblech bestehen, insbesondere aus Edelstahl , Aluminium oder Titan, und vorzugsweise eine Dicke von 0 , 01 bis 1 mm aufweisen . Dies gewährleistet einerseits die erforderliche Stabilität und andererseits die gasdichte Aus führung der Wände . Bevorzugt können die Außenwand und die Innenwand j eweils aus einer Mehrzahl von ebenen Blechen zusammengebaut werden, wobei die Verbindungsstellen gasdicht durch Schweißnähte miteinander verbunden werden können.
Weiters ist die Vakuumkammer bevorzugt durch einen entlang des Randes der Öffnung verlaufenden, mit der Außen- und der Innenwand verbundenen Verbindungskragen verschlossen.
Bevorzugt sind die Außen- und die Innenwand der Behälterwandung plan ausgeführt.
Der erfindungsgemäße Transportbehälter ist bevorzugt als Luftfrachtcontainer ausgeführt und weist daher bevorzugt Außenabmessungen von mindestens 0,4x0, 4x0, 4 m, vorzugsweise 0,4x0, 4x0, 4 m bis 1, 6x1, 6x1, 6 m, vorzugsweise 1,0x1, 0x1,0 m bis 1, 6x1, 6x1, 6 m, auf.
Der Begriff „Vakuumkammer" bedeutet, dass der Raum zwischen der Innen- und der Außenwand der Behälterwandung evakuiert ist, um dadurch eine Wärmedämmung zu erreichen, indem durch das Vakuum die Wärmeleitung der Gasmoleküle reduziert oder unterbunden wird. Bevorzugt beträgt der Luftdruck in der Vakuumkammer 0,001-0,1 mbar.
Um den Druckkräften der umgebenden Luft standhaften zu können, ohne die Außen- und die Innenwand übermäßig dickwandig ausführen zu müssen, sind die Außenwand und die Innenwand bevorzugt durch eine Vielzahl von Abstandshaltern verbunden, die vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von < 2 W/ (m-K) , weiter bevorzugt < 1 W/ (m-K) , weiter bevorzugt < 0, 5 W/ (m-K) , weiter bevorzugt < 0,35 W/ (m-K) und besonders bevorzugt < 0,2 W/ (m-K) aufweisen und bevorzugt aus einem Kunststoff, wie z.B. Polyetheretherketon oder Aramid, einem keramischen Werkstof f oder aus Glas bestehen . Die Abstandshalter stellen den gewünschten Abstand zwischen der Außen- und der Innenwand sicher, sodass der dazwischen liegende Hohlraum, d . h . die Vakuumkammer, bestehen bleibt . Da die Abstandshalter Wärmebrücken bilden, ist es vorteilhaft , diese aus einem Material mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit aus zubilden .
Um die Wärmeübertragung zwischen der Außen- und der Innenseite weiter zu minimieren, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Abstandhalter als möglichst dünne Elemente ausgebildet sind . Insbesondere können die Abstandhalter als sti ftförmige Elemente ausgebildet sein, die vorzugsweise einen runden, insbesondere kreisrunden, Querschnitt aufweisen und vorzugweise an der dünnsten Stelle einen Durchmesser von 1-5 mm aufweisen .
Bevorzugt beträgt der Normalabstand zwischen der Außen- und der Innenwand 10-40 mm, bevorzugt 10-20 mm .
Daraus ergibt sich eine Ausbildung, bei der die Länge der Abstandhalter deutlich größer als deren Durchmesser ist , was eine Minimierung der Wärmeleitung bewirkt .
Bevorzugt stehen die Abstandhalter in einem gleichmäßigen Abstand von 10- 100mm zueinander .
Um eine Punktbelastung der Außen- und der Innenwand an der Kontaktstelle der Abstandshalter zu vermeiden, sieht eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung vor, dass die Abstandshalter die Außen- und die Innenwand über j eweils wenigstens ein Druckverteilungselement kontaktieren . Auf Grund der Druckverteilung auf eine größere Wandfläche kann die Außen- und die Innenwand mit einer verringerten Wandstärke ausgeführt werden, was mit einer Gewichtsreduktion einhergeht , wobei im Falle einer Aus führung aus Edelstahl eine Wandstärke von vorzugsweise 0 , 1- 1 mm ausreicht und im Falle einer Aus führung aus Aluminium eine Wandstärke von vorzugsweise 0 , 5-5 mm ausreicht . Ohne Druckverteilungselemente besteht die Gefahr, dass die Abstandshalter unter dem Druck der Umgebungsluft bei solch geringen Wandstärken die Außen- und Innenwand durchstoßen .
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Druckverteilungselement als eine Auflageplatte ausgebildet ist , wobei die Auflageplatte vorzugsweise eine gemeinsame Auflage für eine Mehrzahl von miteinander fluchtenden Abstandshaltern bildet . Die Druckverteilungselemente können in diesem Fall als längliche plattenförmige Elementen ausgebildet sein, die beispielsweise eine Dicke von 0 , 3 bis 5 mm und eine Breite von 5 bis 30 mm aufweisen und vorzugsweise aus Aluminium, Edelstahl oder Kunststof f bestehen . Dabei kann eine Mehrzahl solcher länglicher plattenförmiger Elemente entsprechend der Rasteranordnung der Abstandshalter parallel zueinander und in Abstand voneinander verlaufend angeordnet sein .
Alternativ kann das wenigstens eine Druckverteilungselement von einem verbreiterten Ende des Abstandshalters gebildet sein, wobei das verbreiterte Ende bevorzugt einstückig mit dem Abstandshalter und daher aus demselben Material wie dieser ausgebildet ist . Das verbreiterte Ende kann eine Pil z form aufweisen . Das verbreitere Ende kann hierbei beispielsweise eine Höhe von 2-5 mm und einen Durchmesser von 6-50 mm aufweisen und dadurch die auftretenden Kräfte gleichmäßig in die Außen- bzw . Innenwand der
Behälterwandung einleiten .
Um die Wärmedämmleistung der Behälterwandung weiter zu erhöhen, sieht eine bevorzugte Weiterbildung vor, dass in der Vakuumkammer eine Mehrzahl von mit Abstand übereinander liegenden I solations folien angeordnet ist , deren Folienebene im Wesentlichen parallel zur Ebene der Außen- und Innenwand verläuft . Insbesondere liegen die I solations folien in gestapelter Form vor, wobei in j eder Wand der Wandung bevorzugt ein Folienstapel angeordnet ist , der sich im Wesentlich über die gesamte Wand erstreckt . Vorzugsweise sind die I solations folien so angeordnet , dass sie den Innenraum mit Ausnahme der Öf fnung allseitig umgeben .
Bevorzugt sind die I solations folien so angeordnet , dass zwischen der der Vakuumkammer zugewandten Innenfläche der Außen- bzw . der Innenwand und dem Folienstapel j eweils ein Abstand ( Schutzraum) verbleibt , damit der Folienstapel nicht durch eventuelle Verformungen der Wände zusammengedrückt wird . Außerdem bietet der Abstand Raum für konstruktive Stabilisierungen der Abstandshalter und erleichtert das Vakuumieren .
Eine weitere bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass die I solations folien durch flächige Abstandselemente voneinander beabstandet gehalten sind, wobei die flächigen Abstandselemente vorzugsweise von einem textilen Flächengebilde gebildet , insbesondere als Polyestervlies ausgebildet sind . Insbesondere können die Isolationsfolien als metallbeschichte oder -bedampfte Kunststofffolien ausgebildet sein. Solche Isolationsfolien werden auch sog. Superisolationsfolien bezeichnet. Die Metallbeschichtung besteht beispielsweise aus Aluminium.
Die Funktionsweise der Isolationsfolien ergibt sich aus folgendem physikalischen Zusammenhang: Die Wärmeleitfähigkeit von Luft hängt sowohl vom Druck, als auch von der Breite des zu überbrückenden Luftspalts ab. Dies lässt sich über die molekulare Thermodynamik erklären und tritt auf, wenn die Spaltbreite in der gleichen Größenordnung wie die mittlere freie Weglänge der Luftmoleküle ist. Die mittlere freie Weglänge der Luftmoleküle ist umgekehrt proportional zum Luftdruck, d.h. bei sehr niedrigen Luftdrücken oder sehr kleinen Spaltbreiten ist diese relativ groß. Der Zusammenhang wird mit der Knudsenzahl beschrieben, welche sich aus dem Verhältnis zwischen mittlerer freier Weglänge und charakteristischer Länge einer Strömung ergibt. Bei einer Knudsenzahl von über 10 spricht man von freier Molekülbewegung und die Wärmeleitfähigkeit der Luft ist sehr gering. Außerdem können konvektive Wärmeleitungseffekte vernachlässigt werden.
Eine Kombination aus niedrigem Luftdruck und kleinen Spaltbreiten wird im Rahmen der Erfindung dazu genutzt, um eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit der Luft (bevorzugt < 1 mW/ (m.K) ) zu erreichen. Die Spaltbreiten sind hierbei die Abstände zwischen den einzelnen Lagen der Isolationsfolie und liegen bevorzugt im Bereich zwischen 0, 1 und 5 mm. Der Folienstapel besteht vorzugsweise aus 2-50 Schichten mit Metall , insbesondere Aluminium, bedampfter Folie und 2- 50 Schichten Folienabstandshalter ( z . B . ein Polyester- Spinnvlies ) . Zusätzlich zur Reduktion der Spaltbreite und damit einhergehenden Unterbindung der Wärmeleitung in der Luft wird durch die I solations folie die Wärmestrahlung stark reduziert . Zum einen wird dies durch den niedrigen Emissionsgrad der Metallbeschichtung, insbesondere der Aluminiumbeschichtung, erreicht . Zum anderen stehen die einzelnen gegenüberstehenden Folienschichten j eweils im thermischen Gleichgewicht und emittieren bzw . absorbieren etwa die gleiche Menge Energie . Die Festkörperwärmeleitung in den Folienabstandshaltern wird bevorzugt dadurch minimiert , dass die Folienabstandshalter, wie z . B . ein Polyestervlies , locker zwischen den Folien liegt und nur an wenigen Stellen tatsächliche Berührungen stattfinden . Im Falle der Verwendung eines Polyestervlieses wird der Vorteil genutzt , dass Polyester ein schwach wärmeleitendes Material ist , die Fadenstärke des Vlieses klein ist und eine direkte Verbindung zwischen gegenüberliegenden I solations folien in der chaotischen Vliesstruktur nur sehr selten auftritt .
Wie bereits erwähnt , ist die Vakuumkammer vorzugsweise durch einen entlang des Randes der Öf fnung verlaufenden, mit der Außen- und der Innenwand verbundenen Verbindungskragen verschlossen . Der Verbindungskragen sollte möglichst gasdicht sein und sich gasdicht mit der Außen- und Innenwand verbinden lassen . Als Materialien für den Verbindungskragen kommen zum Beispiel Edelstahl oder Titan in Frage . Vorzugsweise besteht der Verbindungskragen aus demselben Material , insbesondere aus demselben Metall , wie die Innen- und die Außenwand und ist mit diesen vorzugsweise verschweißt .
Alternativ kann der Verbindungskragen aus einem anderen Metall bestehen als die Innen- und die Außenwand und mit diesen vorzugsweise durch Reibschweißen verschweißt sein .
Da die Wärmeleitfähigkeit des Verbindungskragens im Falle von Metall relativ hoch ist , erfolgt ein Großteil des Wärmeeintrags in den Transportbehälter über den Verbindungskragen (Wärmebrücke ) . Eine konstruktive Optimierung des Verbindungskragens sowie der umgebenden Struktur ist daher vorteilhaft , um die Gesamtleistungs fähigkeit der I solation zu erhöhen . Wichtige Parameter sind die Länge der Verbindung zwischen Außen- und Innenwand sowie die Querschnitts fläche des Verbindungskragens .
Um die Weglänge zwischen Außen- und Innenwand zu erhöhen, ist gemäß einer bevorzugten Ausbildung vorgesehen, dass der Verbindungskragen relativ zur Ebene der Außenwand schräg ( d . h . in einem von 90 ° verschiedenen Winkel ) verläuft , insbesondere in einem Winkel von 10- 80 ° .
Eine andere Möglichkeit der Erhöhung der Weglänge liegt darin, dass der Verbindungskragen einen von der Außen- zur Innenwand gehenden, gewellten oder geknickten Verlauf aufweist .
Die Gesamtleistungs fähigkeit der I solation des Transportbehälters hängt naturgemäß auch von den Wärmedämmeigenschaften des die Öf fnung des Innenraums verschließenden Elements ab . Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass der Transportbehälter weiters ein gesondertes Wandelement aufweist , mit welchem die Öf fnung verschlossen ist , wobei das gesonderte Wandelement vorzugsweise eine Außenwand und eine davon beabstandete Innenwand aufweist , zwischen denen eine Vakuumkammer ausgebildet ist .
Das gesonderte Wandelement kann denselben Wandaufbau aufweisen wie die Behälterwandung . Das gesonderte Wandelement kann in seiner Vakuumkammer daher auch eine Mehrzahl von mit Abstand übereinander liegenden I solations folien enthalten .
Das gesonderte Wandelement kann beispielsweise als Tür ausgebildet sein und daher mittels eines Scharniers am Transportbehälter befestigt sein .
Wie bereits erwähnt , kommt ein Großteil der Wärme über den Verbindungskragen in den Transportbehälter . Es ist daher wichtig, eine direkte Weiterleitung der Wärme zur transportierten Ware zu verhindern . Latentwärmespeicher sind in der Lage , durch einen Phasenwechsel von fest zu flüssig große Mengen von Wärme zu absorbieren . Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass an der dem Innenraum zugewandten Seite des gesonderten Wandelements eine Schicht eines Phasenwechselmaterials angeordnet ist , welches sich zumindest entlang des Randbereichs der Öf fnung erstreckt . Das Phasenwechselmaterials nimmt daher die über den Verbindungskragen eingetragene Wärme auf und absorbiert diese . Bevorzugt deckt das Phasenwechselmaterial die gesamte dem Innenraum zugewandte Fläche des gesonderten Wandelements ab, wobei zwischen dem gesonderte Wandelement und dem Phasenwechselmaterial eine Energieverteilschicht aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von > 100 W/ (m . K) , insbesondere > 200 W/ (m . K) , angeordnet sein kann . Je gleichmäßiger der Phasenwechsel des Phasenwechselmaterials erfolgt , desto ef fi zienter kann die eingetragene Wärme absorbiert werden . Daher kann das Phasenwechselmaterials mit einer Energieverteilschicht bzw . Platten aus hochwärmeleitenden Materialien ( z . B . Aluminium oder Carbon Nanotubes ) kombiniert werden . Die lokal über den Verbindungskragen eingebrachte Wärme wird hierbei über eine größere Fläche der Energieverteilschicht verteilt und gleichmäßig vom Latentwärmespeicher absorbiert .
Zusätzlich zur Anordnung des Phasenwechselmaterials an dem gesonderten Wandelement bzw . der Türe kann auch an der Behälterwandung, d . h . an den Seitenwänden, dem Boden, der Decke sowie der Rückwand eine Phasenwechselmaterial eingesetzt werden . Außerdem können auch hier Energieverteilschichten zur Verteilung der Wärme zum Phasenwechselmaterial in den hinteren Bereichen des Transportbehälters eingesetzt werden . Wichtig hierbei ist ein ausreichender Abstand zum Verbindungskragen, um eine direkte Wärmebrücke zu vermeiden . Insbesondere sieht eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung in diesem Zusammenhang vor, dass an der dem Innenraum zugewandten Seite der Innenwand der Behälterwandung eine Schicht eines Phasenwechselmaterials angeordnet ist , welche den Innenraum mit Ausnahme der Öf fnung allseitig umgibt , und dass vorzugsweise zwischen der Innenwand der Behälterwandung und dem Phasenwechselmaterial eine Energieverteilschicht aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von
> 100 W/ (m . K) , insbesondere > 200 W/ (m . K) , angeordnet ist .
Vorzugsweise besteht die wenigstens eine Energieverteilschicht zumindest teilweise , insbesondere vollständig, aus Aluminium, Kupfer oder Kohlenstof f- Nanoröhrchen .
Im Hinblick auf eine möglichst gewichtsoptimierte Ausbildung des Transportbehälters ist die wenigstens eine Energieverteilschicht bevorzugt relativ dünn ausgebildet und weist insbesondere eine Dicke von weniger als 2 mm auf .
Vorzugsweise wird ein Phasenwechselmaterial mit einer Phasenübergangstemperatur ausgewählt , die auf den im Innenraum des Transportbehälters gewünschten Temperaturbereich abgestimmt ist , sodass der gewünschte Temperaturbereich möglichst stabil und unabhängig von der Außentemperatur gehalten werden kann . Bevorzugt liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 2 ° C-15 ° C .
Die Phasenwechselmaterialschicht umfasst bevorzugt als flächige chemische Latentwärmespeicher ausgebildete Phasenwechselmaterialelemente , wobei bezüglich des den Latentwärmespeicher bildenden Mediums herkömmliche Ausbildungen verwendbar sind . Bevorzugte Medien für die Latentwärmespeicher sind Paraf fine und Sal zmischungen .
Um die I solationseigenschaften weiter zu verbessern, kann an der Außenseite der Behälterwandung eine nicht als Vakuumisolation ausgebildete Dämmschicht angeordnet sein . Mittels der Dämmschicht wird der Energiefluss in radialer Richtung zum Innenraum des Transportbehälters hin weiter reduziert . Die Dämmschicht umgibt den Innenraum des Transportbehälters bevorzugt allseitig . Die Dämmschicht kann eine Wärmeleitfähigkeit von < 0 , 02 W/ (m . K) , bevorzugt < 0 , 012 W/ (m . K) , aufweisen .
Alternativ bildet die Außenwand der Behälterwandung die Außenfläche des Transportbehälters aus , sodass an der Außenwand keine weiteren Schichten oder Elemente angebracht sind .
Um eine all fällige Beschädigung des Transportbehälters feststellen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass im Innenraum wenigstens ein Temperatursensor, und zwar vorzugsweise an j eder Seite des Transportbehälters j eweils wenigstens ein Temperatursensor, angeordnet ist . Auf Grund der Messwerte des wenigstens einen Temperatursensors kann die Leistungs fähigkeit der Dämmung laufend kontrolliert werden . Ergänzend kann ein Sensor angebracht werden, welcher die Umgebungstemperatur misst , wobei aus dem Temperaturdi f ferenzverlauf des wenigstens einen im Innenraum angeordneten Temperatursensors und des Außentemperatursensors die Dämmleistung der Behälterwandung laufend berechnet werden kann . Diese Daten können mittels drahtloser Datenübertragungsmittel laufend an eine zentrale Datenbank übermittelt werden, sodass die Funktionstüchtigkeit des Transportbehälters global überwacht und sichergestellt werden kann .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus führungsbeispielen näher erläutert . In dieser zeigen Fig . 1 eine perspektivische Ansicht eines quaderförmigen Transportbehälters gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Detailansicht des Aufbaus der Behälterwandung, Fig. 3 eine Detailansicht einer Aus führungs form des Abstandshalters, Fig. 4 eine Schnittansicht eines Transportbehälters mit verschlossener Öffnung, Fig. 5 eine alternative Ausführung des Transportbehälters gemäß Fig. 4, Fig. 6 eine Detailansicht einer Wandgestaltung im Bereich des Verbindungskragens, Fig. 7 eine Detailansicht einer alternativen Wandgestaltung im Bereich des Verbindungskragens und Fig. 8 ein Detail des Verbindungskragens 12 im Schnitt.
In Fig. 1 ist ein quaderförmiger Transportbehälter 1 dargestellt, dessen Behälterwandung 2 einen Innenraum 3 mit Ausnahme einer Öffnung 4 allseitig umgibt. Die Behälterwandung 2 umfasst zwei Seitenwände 5, eine Rückwand 6, einen Boden 7 und eine Decke 8. Die Behälterwandung 2 ist als doppelwandiger Vakuumbehälter ausgebildet und umfasst eine Außenwand 9 und eine Innenwand 10, die parallel und in Abstand voneinander verlaufen. Der Wandaufbau ist in Fig. 1 im aufgebrochen dargestellten Bereich sowie in der Detailansicht gemäß Fig. 2 erkennbar.
Die Außenwand 9 besteht aus fünf plattenförmigen Außenwandabschnitten, jeweils einen für die zwei Seitenwände 5, die Rückwand 6, den Boden 7 und die Decke 8. Die Wandabschnitte können aus einem einzigen flächigen Materialstück, wie z.B. einen Metallblech gebogen werden und entlang der aneinanderstoßenden Kannten miteinander verbunden, insbesondere verschweißt sein. Die Wandabschnitte können auch aus gesonderten flächigen Materialstücken, wie z.B. aus gesonderten Blechen bestehen, sodass an jeder Kante eine Verbindung, insbesondere eine Schweißnaht erforderlich ist. Ebenso besteht die Innenwand 10 aus fünf plattenförmigen Außenwandabschnitten, j eweils einen für die zwei Seitenwände 5 , die Rückwand 6 , den Boden 7 und die Decke 8 . Die Wandabschnitte können auch hier aus einem einzigen flächigen Materialstück, wie z . B . einen Metallblech gebogen werden und entlang der aneinanderstoßenden Kannten miteinander verbunden, insbesondere verschweißt sein . Die Wandabschnitte können auch aus gesonderten flächigen Materialstücken, wie z . B . aus gesonderten Blechen bestehen, sodass an j eder Kante eine Verbindung, insbesondere eine Schweißnaht erforderlich ist .
Die Außenwand 9 und die Innenwand 10 bilden somit zwei voneinander getrennte Schalen, zwischen denen eine durchgehende Vakuumkammer 11 ausgebildet wird . Um die Vakuumkammer 11 zu verschließen, sind die Außenwand 9 und die Innenwand 10 an der Vorderseite , d . h . entlang der Öf fnung 4 , mittels eines Verbindungskragens 12 verbunden . Der Verbindungskragen 12 kann ebenfalls aus einem flächigen Materialstück, insbesondere einem Metallblech bestehen und mit der Außenwand 9 und der Innenwand 10 an den aneinanderstoßenden Kanten verschweißt sein .
Um die Außenwand 9 und die Innenwand 10 in dem vorgegebenen Abstand zu halten, verlaufen zwischen der Außenwand 9 und die Innenwand 10 mehrere Abstandshalter 13 , die bei der Aus führung gemäß Fig . 2 als Sti fte ausgebildet sind . Die Abstandshalter 13 müssen die auftretenden Druckkräfte aufnehmen können und möglichst gleichmäßig an die Wände des Vakuumbehälters weitergeben . Zusätzlich muss die Festkörperwärmeleitung durch die Abstandshalter 13 minimiert werden, da sonst die Dämmleistung der I solation verschlechtert würde . Außerdem spielt das Gesamtgewicht der Konstruktion eine wichtige Rolle und muss ebenfalls minimiert werden . Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine Viel zahl von relativ dünnen Abstandshaltern 13 vorgesehen .
Die Abstandshalter 13 kontaktieren die Außenwand 9 und die Innenwand 10 unter Zwischenschaltung von Druckverteilerelementen 14 , die als flache Stege ausgebildet sind . Die Abstandshalter 13 werden mit Verbindungsstutzen in Löchern entlang der Stege 14 befestigt .
In Fig . 1 ist ersichtlich, dass in der Vakuumkammer 11 sich über die gesamte Wandfläche erstreckende Stapel 15 aus I solations folien angeordnet sind . Zum Einlegen der I solations folien können die Abstandshalter 13 entweder zusammensteckbar ausgelegt werden oder die I solations folie mit entsprechenden Schlitzen versehen werden .
Fig . 3 zeigt eine alternative Ausbildung der Abstandshalter 13 . Die Kraftübertragung zwischen den Abstandshaltern 13 zu zur Außenwand 9 und zur Innenwand 10 wird über eine beidseitige Pil z form der Abstandshalter 13 erreicht . Die Pil ze sind Teil der Abstandshalter 13 und bestehen beispielsweise aus einem schwach wärmeleitenden Kunststof f ( z . B . PEEK oder Kevlar ) . Der kleinste Durchmesser der
Abstandshalter 12 ist vorzugsweise l-5mm und damit deutlich kleiner als die Länge , was eine weitere Reduktion der Festkörperwärmeleitung mit sich bringt . Die Pil ze haben vorzugsweise eine Höhe von j eweils 2-5mm und an deren Auflage einen Durchmesser von 6-50mm und leiten die auftretenden Kräfte gleichmäßig in die Wände ein . In Fig . 4 ist der Aufbau des Transportbehälters 1 schematisch in einem Schnitt dargestellt . Der Vakuumbehälter wird mit einem gesonderten Wandelement 16 zur I solation der Vorderseite kombiniert , so dass der Transportbehälter 1 geschlossen ist . Da der größte Wärmeeintrag im Bereich des Verbindungskragens 12 erwartet wird, ist in dieser Variante nur vorne ein Latentwärmespeicher 17 installiert , um die Wärme zu absorbieren und von der transportierten Ware abzuhalten . Eine hochwärmeleitende Energieverteilplatte 18 zwischen Türisolation und Latentwärmespeicher 17 sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Wärme , um ein lokales Abschmel zen des Phasenwechselmaterials des Latentwärmespeichers 17 zu verhindern .
Fig . 5 zeigt einen alternativen Aufbau des Transportbehälters 1 schematisch in einem Schnitt . Der Vakuumbehälter 1 wird mit einem gesonderten Wandelement 16 zur I solation der Vorderseite kombiniert , so dass der Transportbehälter geschlossen ist . Auch hier wird der größte Wärmeeintrag im Bereich des Verbindungskragens 12 erwartet . Zusätzlich zum vorderen Latentwärmespeicher 17 werden in dieser Variante auch an den Seitenwänden 5 , der Rückwand 6 , dem Boden 7 und der Decke 8 Latentwärmespeicher 19 eingesetzt . Außerdem werden hochwärmeleitende Energieverteilplatten 20 zur Verteilung der Wärme zu den Latentwärmespeichern 19 in den hinteren Bereichen des Transportbehälters 1 eingesetzt . Wichtig hierbei ist ein ausreichender Abstand zum Verbindungskragen 12 , um eine direkte Wärmebrücke zu vermeiden . Fig. 6 zeigt ein Detail des Verbindungskragens 12 im
Schnitt, wobei der Verbindungskragen 12 in einem schrägen
Winkel zur Außenwand 9 und zur Innenwand 10 verläuft, sodass die Weglänge zwischen Außenwand 9 und Innenwand 10 vergrößert wird. Bei dieser Aus führungs form können die Außenwand 9 und die Innenwand 10 sowie der Verbindungskragen 12 aus Edelstahl (z.B. V2A) mit einer Dicke von 0,01 bis 1 mm bestehen, wobei die Bleche vorne verschweißt sind.
Bei der alternativen Aus führungs form gemäß Fig. 7 bestehen die Außenwand 9 und die Innenwand 10 aus Aluminium mit einer Dicke von z.B. 0,5-5 mm. Der Verbindungskragen 12 besteht aus Edelstahl (z.B. V2A) mit einer Dicke von z.B. 0,1 bis 1 mm. Die Verschweißung der unterschiedlichen Materialen erfolgt über Reibschweißen oder durch Beschichtung der Gegenstücke mit einem schweißbaren Material. Der Verbindungskragen 12 ist als Labyrinth ausgeführt, so dass sich die Weglänge zwischen Außenwand 9 und Innenwand 10 erhöht und damit der Wärmeeintrag verringert. Zusätzlich ist der Verbindungskragen 12 von außen mit einer Wärmedämmung 21 isoliert. Der Beginn der Aluminium- Innenwand 10 ist nach hinten versetzt, um den Wärmeeintrag in den hinteren Bereich des Transportbehälters 1 zu verringern.
Fig. 8 zeigt eine alternative Aus führungs form des Verbindungskragens 12 im Schnitt, wobei der Verbindungskragen 12 in einer asymmetrischen U-Form zwischen Außenwand 9 und Innenwand 10 verläuft, sodass die Weglänge zwischen Außenwand 9 und Innenwand 10 vergrößert wird. Zusätzlich ist der Verbindungskragen 12 mit einer in der U-Form eingebrachten Wärmedämmung 22 isoliert. Bei dieser Aus führungs form können die Außenwand 9 und die Innenwand 10 sowie der Verbindungskragen 12 aus Edelstahl (z.B. V2A) mit einer Dicke von 0,01 bis 1 mm bestehen, wobei die Bleche vorne verschweißt sind.
Eine weitere Möglichkeit die Weglänge zwischen Außen- und Innenwand des Vakuumbehälters zu erhöhen liegt darin, den Verbindungskragen in einer gewellten Form auszuführen.
Die Gesamtleistungsfähigkeit der Isolation des Transportbehälters gemäß der Erfindung ergibt sich aus einer Zusammenschaltung der einzelnen Wärmewiderstände. Dabei werden folgende Elemente berücksichtigt:
Türisolation
Wärmestrahlung
Vakuumbehälter:
Außen- und Innenhülle Abstandshalter inkl . Versteifungsstrukturen Luft im umgebenden Schutzraum Luft zwischen den einzelnen Schichten der Superisolationsfolie Folienabstandshalter der Superisolation (z.B. Polyestervlies ) Folienschichten der Superisolation
Mit dem resultierenden Gesamtwärmewiderstand, der Oberfläche des Behälters und der Isolationsdicke kann eine äquivalente Wärmeleitfähigkeit (Xäqu) berechnet werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird bei einer Größe des Transportbehälters von etwa 1 x 1,2 x 1,2 eine äquivalente Wärmeleitfähigkeit von Xäqu =4 mW/ (m.K) bis 0.5 mW/ (m.K) erreicht. Zum Vergleich haben herkömmliche Vakuumpaneele eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 5 mW/ (m.K) . Die vorliegende Erfindung bietet also eine deutlich bessere
Dämmleistung .
Ein weiterer Vorteil ist das niedrige Gewicht . Da Vakuumpaneele aus einzelnen Elementen bestehen, werden zusätzlich Strukturteile benötigt , um die Stabilität des Transportbehälters zu gewährleisten . Dies bedeutet zusätzliches Gewicht . Mit der vorliegenden Erfindung wird der Transportbehälter durch die Vakuumisolation stabilisiert . Der Vakuumbehälter ist so konstruiert , dass er den äußeren Druckkräften standhaf ten kann, aber ein geringes Eigengewicht besitzt . Zudem umfasst der Vakuumbehälter fünf Seiten des Transportbehälters . Damit ist die Stabilität gewährleistet , ohne dass zusätzliche Strukturbauteile notwendig sind . Sogar bei einer Beschädigung des Vakuumbehälters z . B . durch äußere Einflüsse bleibt die Stabilität des Transportbehälters erhalten . Die für die Außen- und Innenwände verwendeten Materialien sind vorzugsweise hochduktil und können hohe plastische Verformungen aufweisen bevor sie versagen . Zuerst würden beide Seiten der Vakuumkammer vollständig zusammengedrückt werden, bevor die Wände versagen . Zwar ist das Gewicht der Vakuumisolation mit 3 bis 16 kg/m2 ( j e nach Konstruktion und Materialwahl ) etwas höher als bei Vakuumpaneelen mit etwa 4 kg/m2 , das resultierende Gesamtgewicht des Transportbehälters ist aber deutlich niedriger .

Claims

Patentansprüche :
1. Transportbehälter zum Transport von temperaturempfindlichem Transportgut mit einer einen Innenraum (3) zur Aufnahme des Transportguts umgebenden Behälterwandung (2) mit einer Mehrzahl von unter einem Winkel aneinandergrenzenden Wänden (5, 6, 7, 8) , wobei die Behälterwandung (2) selbsttragend ist und eine Öffnung (4) zum Be- und Entladen des Innenraums (3) aufweist, die mittels eines gesonderten Wandelements (16) verschließbar ist, und wobei die Behälterwandung (2) den Innenraum (3) mit Ausnahme der Öffnung (4) allseitig umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterwandung (2) eine Außenwand (9) , eine davon beabstandete Innenwand (10) und eine zwischen Außen- und Innenwand (9,19) ausgebildete Vakuumkammer (11) aufweist, wobei die Vakuumkammer (11) als durchgehende, den Innenraum (3) mit Ausnahme der Öffnung (4) allseitig umgebende Vakuumkammer (11) ausgebildet ist.
2. Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (9) und die Innenwand (10) durch eine Vielzahl von Abstandshaltern (13) verbunden sind, die vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von < 2 W/ (m-K) , weiter bevorzugt < 1 W/ (m-K) , weiter bevorzugt < 0, 5 W/ (m-K) , weiter bevorzugt < 0,35 W/ (m-K) und besonders bevorzugt < 0,2 W/ (m-K) aufweisen und bevorzugt aus einem Kunststoff, wie z.B. Polyetheretherketon oder Aramid, einem keramischen Werkstoff oder aus Glas bestehen.
3. Transportbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter (13) als stiftförmige Elemente ausgebildet sind, die vorzugsweise einen runden, insbesondere kreisrunden, Querschnitt
23 aufweisen und vorzugweise an der dünnsten Stelle einen
Durchmesser von 1-5 mm aufweisen.
4. Transportbehälter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (13) die Außen- und die Innenwand (9,10) über wenigstens ein Druckverteilungselement (14) kontaktieren.
5. Transportbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Druckverteilungselement (14) als eine Auflageplatte ausgebildet ist, wobei die Auflageplatte vorzugsweise eine gemeinsame Auflage für eine Mehrzahl von miteinander fluchtenden Abstandshaltern (13) bildet.
6. Transportbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Druckverteilungselement (14) von einem verbreiterten Ende des Abstandshalters gebildet ist.
7. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer (11) eine Mehrzahl von mit Abstand übereinander liegenden Isolationsfolien (15) angeordnet ist, deren Folienebene im Wesentlichen parallel zur Ebene der Außen- und Innenwand
(9, 10) verläuft .
8. Transportbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolien (15) durch flächige Abstandselemente voneinander beabstandet gehalten sind, wobei die flächigen Abstandselemente vorzugsweise von einem textilen Flächengebilde gebildet, insbesondere als Polyestervlies ausgebildet sind.
9. Transportbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolien (15) als metallbedampfte Kunststofffolien ausgebildet sind.
10. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen- und die Innenwand (9,10) aus einem Metallblech bestehen, insbesondere aus Edelstahl, Aluminium oder Titan, und vorzugsweise eine Dicke von 0,01 bis 1 mm aufweisen.
11. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (11) durch einen entlang des Randes der Öffnung (4) verlaufenden, mit der Außen- und der Innenwand verbundenen Verbindungskragen (12) verschlossen ist.
12. Transportbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskragen (12) relativ zur Ebene der Außenwand (9,10) schräg verläuft, insbesondere in einem Winkel von 10-80°.
13. Transportbehälter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskragen (12) von der Außen- zur Innenwand (9,10) einen gewellten oder geknickten Verlauf aufweist.
14. Transportbehälter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der geknickte Verlauf eine U-Form umfasst, wobei in die durch die U-Form entstandene Ausnehmung vorzugsweise eine Wärmedämmung (22) eingebracht ist .
15. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskragen (12) aus demselben Material besteht wie die Innen- und die Außenwand (9,10) und mit diesen vorzugsweise verschweißt ist.
16. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskragen (12) aus einem anderen Metall besteht als die Innen- und die Außenwand (9,10) und mit diesen vorzugsweise durch Reibschweißen verschweißt ist.
17. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (1) weiters ein gesondertes Wandelement (16) aufweist, mit welchem die Öffnung (4) verschlossen ist, wobei das gesonderte Wandelement (16) vorzugsweise eine Außenwand und eine davon beabstandete Innenwand aufweist, zwischen denen eine Vakuumkammer ausgebildet ist.
18. Transportbehälter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Innenraum (3) zugewandten Seite des gesonderten Wandelements (16) eine Schicht eines Phasenwechselmaterials (17) angeordnet ist, welches sich zumindest entlang des Randbereichs der Öffnung (4) erstreckt .
19. Transportbehälter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial die gesamte dem Innenraum (3) zugewandte Fläche des gesonderten Wandelements (16) abdeckt und zwischen dem gesonderten Wandelement und dem Phasenwechselmaterial eine Energieverteilschicht (18) aus einem Material mit einer
26 Wärmeleitfähigkeit von > 100 W/ (m.K) , insbesondere > 200 W/ (m.K) angeordnet ist.
20. Transportbehälter nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Innenraum (3) zugewandten Seite der Innenwand (10) der Behälterwandung (2) eine Schicht eines Phasenwechselmaterials (19) angeordnet ist, welche den Innenraum (3) mit Ausnahme der Öffnung (4) allseitig umgibt, und dass vorzugsweise zwischen der Innenwand (10) der Behälterwandung (2) und dem Phasenwechselmaterial (19) eine Energieverteilschicht (20) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von
> 100 W/ (m.K) , insbesondere > 200 W/ (m.K) , angeordnet ist.
21. Transportbehälter nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Energieverteilschicht (18,20) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus Aluminium, Kupfer oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen besteht .
22. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck in der Vakuumkammer (11) 0,001-0,1 mbar beträgt.
23. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenabmessungen des Transportbehälters (1) mindestens 0,4x0, 4x0, 4 m, vorzugsweise 0,4x0, 4x0, 4 m bis 1, 6x1, 6x1, 6 m, vorzugsweise 1,0x1, 0x1,0 m bis 1, 6x1, 6x1, 6 m, betragen.
24. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalabstand zwischen der
27 Außen- und der Innenwand (9,10) 10-40 mm, bevorzugt 10-
20 mm, beträgt.
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