包括用于干冰的密封容器的设备和运输容器结构的制作方法

本发明涉及通过干冰来冷却产品。

背景技术：

us5363670公开了一种独立的冷却/制冷设备，其用于携带处于冷冻或冷藏环境中的物体。该设备包括分成两部分的隔热容器。第一部分用于存储物体，第二部分容纳有加压冷却剂隔间，以用于存储干冰。加压冷却剂隔间包括可拆卸的隔热板。大体上，加压冷却剂隔间为可控的散热器。在很短的时间内，干冰开始升华，由此在高压力下形成冷的气态二氧化碳。冷的气态二氧化碳通过电磁驱动的气体供给阀而在整个隔热容器内循环，由此进一步冷却隔热容器的第一部分。恒温控制器根据来源于位于隔热容器的第一部分内的热电偶的温度读数来激活气体供给阀。在隔热容器内设置有泄压阀，以避免隔热容器中的压力积累而超过最大值。干冰的升华会导致压力被释放到该设备之外。

当由干冰的升华而形成的冷的气态二氧化碳被引导至该设备之外时，二氧化碳就不再能用于冷却了。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种设备，其能消除上述缺陷中的至少一部分。本发明的目的可通过特征在于独立权利要求所述的内容的设备来实现。从属权利要求描述了本发明的实施方案。

某些实施方案提出了干冰的冷却能力的改进应用。升华的干冰不直接被释放到设备之外，而是用于将固态的干冰冷却下来。通过这种方式，可控制干冰的升华速率。

某些实施方案提出了能使用干冰来调节运输容器内的温度的运输容器结构。

在某些实施方案中，升华的干冰可在用于冷却存储容器和提高干冰的升华速率之后被释放到外部。

附图说明

下面将参照附图对实施方案进行描述，其中：

图1显示了根据一个实施方案的设备；

图2显示了根据一个实施方案的温度控制系统；

图3显示了根据一个实施方案的运输容器的内壁结构；

图4显示了根据一个实施方案的内壁结构的爆炸图；

图5显示了根据一个实施方案的具有门的设备的一个实施例；且

图6显示了根据一个实施方案的温度控制系统。

具体实施方式

这里的许多实施方案都描述了一种将干冰用作为冷却剂的设备。干冰为二氧化碳的固态形式。在地球大气压力下，干冰在－78.5℃的温度下升华。在固态的干冰升华时，干冰从固相直接转变成气相，而不经过中间的液相。在下文中，升华的干冰指的是处于气相中的干冰。固态的干冰的极度寒冷使得在没有保护的情况下触摸干冰会因由寒冷导致的灼伤(冻伤)而非常危险。由干冰所释放的气体虽然通常毒性不高，但是可能会因在有限空间内的累积而导致高碳酸血症。

图1显示了根据一个实施方案的设备。该设备可包括至少一个用于干冰的密封容器3a、3b、3c。该密封容器可被称为干冰容器。干冰容器可被包围在另一密封容器1内，该密封容器1可被称为外壳。干冰容器可与存储容器2操作式连接，以通过来自于第一容器的升华的干冰来将存储容器冷却至目标温度或目标温度范围。干冰容器可与外壳操作式连接，以在存储容器达到目标温度或目标温度范围时将升华的干冰从干冰容器引导至外壳中。

通过这种方式，干冰可首先作为冷却剂而用于冷却存储容器2，在存储容器内达到目标温度或目标温度范围之后，干冰可用于冷却干冰容器。由于供给到外壳中的冷却剂为未被用于冷却存储容器的升华的干冰，所以该冷却剂具有较高的冷却能力，且该冷却剂可有效地令用于干冰的容器冷却下来，并由此使该容器内的干冰冷却下来。冷却剂的冷却能力可确定为带走热量的能力(例如，以瓦特为单位进行测量)。对用于干冰的容器进行冷却使得干冰的升华速率可以受到控制，例如降低。升华速率可由每时间单位升华的干冰的重量(例如，kg/h)来定义。

干冰的升华可由干冰的升温所导致。干冰的升温可由设备的环境中的当前温度高于干冰的升华温度所导致。

存储容器的目标温度或目标温度范围可由存储于存储容器内的物体的类型所限定。该物体可以是需要被存储在特定的温度或温度范围内的有机物，从而在物体存储于存储容器内时，它们的特性得以被保持。有机物的实施例包括人体器官、动物器官、生命体、细菌生长物和病毒生长物。应当理解的是，目标温度和目标温度范围也可由存储容器内的压力值或压力范围来表示。

干冰容器和外壳可以是密封的，以使得容器可保持由干冰升华产生的气体所带来的压力。干冰容器和外壳可连接在一起，以使得它们形成一个能有效地在存储容器、外壳和外壳内的干冰容器之间传递升华的干冰的密封体。

在一个实施方案中，该设备可包括与存储容器操作式连接的多个干冰容器3a、3b、3c。干冰容器的数量可根据所需的冷却能力来确定。所需的冷却能力可根据多个因素来确定，这些因素例如包括设备的外侧温度、存储容器的目标温度或目标温度范围，以及存储容器的容量。

在一个实施方案中，外壳1可具有门，以用于移除一个或多个干冰容器。由于存储容器是密封的，所以可通过门来移除干冰容器，而不会将升华的干冰从存储容器中释放出。

在一个实施方案中，存储容器2可与外壳1相连，以使得当存储容器内的压力超过存储容器内的压力阈值时可将因冷却了存储容器而具有较低的冷却能力的升华的干冰从存储容器中释放到外壳中。通过这种方式，来自于存储容器的升华的干冰可用于使保持干冰的密封容器升温，并提高干冰的升华速率。可通过连接存储容器和外壳的泄压阀8来释放升华的干冰。

在一个实施方案中，外壳1可具有泄压阀9，当外壳中的压力阈值被超过时，该泄压阀9使得升华的干冰能从外壳中被释放到设备之外。泄压阀可设置成能避免设备内的升华的干冰积聚。

优选地，泄压阀8、9可在压力达到干冰的三相点之前释放升华的干冰。通过这种方式，设备内的压力可保持足够低(即，低于三相点)，以避免升华的干冰转变成液体。泄压阀可根据相连的空间的压力差来释放升华的干冰。泄压阀还可设置成被释放的升华的干冰仅沿一个方向流动，由此避免被释放的升华的干冰返回来。

在一个实施方案中，该设备可包括：用于连接干冰容器3和存储容器2的流体管线10，以及温度控制阀7，该温度控制阀7设置成能根据存储容器内的温度来调节升华的干冰从流体管线到存储容器中的流量。温度控制阀可允许和禁止升华的干冰流向存储容器，从而存储容器可保持在目标温度或目标温度范围内。

通过打开阀可允许干冰流动，通过关闭阀可禁止干冰流动。因此，当温度控制阀打开时，升华的干冰可从流体管线流至存储容器中。当温度控制阀关闭时，升华的干冰不能进入存储容器中。

温度控制阀可操作为温控器，其能通过传感器“s”来检测存储容器内的温度。温度控制阀可与传感器“s”相连，以用于从存储容器的内部获取温度测量结果，并能根据来自于传感器的温度测量结果来允许或禁止升华的干冰流入存储容器中。当存储容器内的温度高于目标温度时，可允许升华的干冰流入到存储容器内，并且当存储容器内的温度处于目标温度或低于目标温度时，则禁止升华的干冰流入到存储容器内。

在一个实施方案中，流体管线10可通过阀6与外壳相连，可根据流体管线内的压力和借由设置成能调节进入到存储容器中的升华的干冰的流量的温度控制阀7来进行的对升华的干冰的流量控制中的至少一个来控制阀6。当流体管线内的压力超过压力阈值时，阀6可被控制成打开，并允许升华的干冰流到外壳1中。阈值压力可根据干冰的量并考虑存储容器2的冷却需要来限定。

冷却需要可根据存储容器是否处于目标温度或目标温度范围内来确定。冷却需要能导致对温度控制阀的控制。当存储容器未处于目标温度或目标温度范围内时，可打开温度控制阀7，该温度控制阀7设置成能调节从流体管线到存储容器中的升华的干冰的流量，当存储容器处于目标温度或目标温度范围内时，存储容器不需要被冷却，可关闭温度控制阀。因此，阀6可设置成在温度控制阀关闭且流体管线内的压力超过阈值时打开。通过这种方式，可将升华的干冰引导至外壳内，以用于冷却干冰容器，而不会进一步冷却存储容器。

另一方面，如果流体管线内的压力阈值未被超过和/或当温度控制阀7打开时，可关闭阀6。由此，流体管线可保持要被供给到存储容器内以用于冷却存储容器的升华的干冰，另一方面，如果不需要冷却存储容器，那么可将升华的干冰引导至外壳内，以用于使干冰容器冷却下来，由此来降低干冰的升华速率。

可通过用于引导升华的干冰的机构来实现干冰容器、存储容器和外壳之间的连接。这种机构的实施例包括流体管线10、流体通道、流体导管和流体软管。用于引导升华的干冰的机构可以是可控的，以实现干冰容器、存储容器和外壳之间的操作式连接。该操作式连接可允许和禁止升华的干冰在干冰容器和存储容器之间，以及在干冰容器和外壳之间的流动。对干冰的引导的控制可通过一个或多个阀5a、5b、5c、6、7、8来实现，这些阀可打开以允许升华的干冰流动，并可关闭以禁止升华的干冰流动。阀的打开和关闭可通过升华的干冰的压力和/或存储容器的温度来控制。

在通过升华的干冰的压力来控制阀的一个实施例中，阀可被手动地设定阈值压力。当达到该阈值压力时，阀可以打开，如果未达到该阈值压力，那么阀就可以关闭。阈值压力可被设定成能将存储容器保持在目标温度或目标温度范围内。应当理解的是，也可使用电磁阀。可根据存储容器内的当前温度以及当前温度与目标温度或目标温度范围的比较结果来打开和关闭电磁阀。当前温度可通过传感器“s”而测得。另一方面，特别地，当升华的干冰不被引导至存储容器中时，可将干冰引导至外壳内，以用于冷却干冰容器。然而，当存储容器需要冷却时，干冰容器的冷却被超越，并将升华的干冰引导至存储容器中。存储容器的冷却需要可根据存储容器内所未达到的目标温度或目标温度范围来确定。

在一个实施方案中，一个或多个干冰容器可通过快速释放接头4a、4b、4c和回压阀5a、5b、5c而与流体管线10相连。回压阀5a、5b、5c使得从干冰容器中被释放出的升华的干冰不会返回到干冰容器内，且当干冰容器被释放时(例如，被替换时)，可将升华的干冰保持在流体管线中。因此，回压阀和快速释放接头可形成流体管线10的一部分。通过这种方式，在干冰容器与流体管线断开连接之后，可借由保持在流体管线中的升华的干冰使存储容器冷却下来。

在一个实施方案中，可将设备的产生热量的部件安装在外壳1内。通过这种方式，由这些部件产生的热量可用于提高干冰的升华速率。在一个实施例中，可将图2中的温度控制系统的一个或多个部件安装在壳体中。温度控制系统可包括电磁阀，该电磁阀可通过会导致在阀中产生热量的电流来打开。例如，当温度控制阀7为电磁阀且电流被供给至该阀以用于打开该阀时，可能会产生热量。由于温度控制阀位于外壳内，所以由温度控制阀产生的热量可用于提高干冰的升华速率。通过这种方式，可以提高升华的干冰的产量，以用于进一步冷却存储容器。由此，当达到存储容器的目标温度时，可通过切断电流来关闭温度控制阀。在这种情况下，温度控制阀不会产生热量，且干冰的升华速率可以降低。可通过将升华的干冰从流体管线借由阀6直接引导至外壳中来实现进一步降低升华速率。

图2显示了根据一个实施方案的温度控制系统。在这里所描述的实施方案中，该温度控制系统可用于控制升华的干冰进入到存储容器2或外壳1中或者进入到存储容器和外壳中的流量。下面将参照与图1中相同或相应的物体来描述温度控制系统。该温度控制系统可包括一个或多个温度控制阀6、7，温度传感器“s”，以及与传感器和阀相连的控制器“cntl”，从而该阀可根据传感器的测量结果而打开和关闭。可将传感器“s”设置在存储容器内，以获取用于控制阀的温度测量结果。温度控制阀可操作为温控器，该温控器可通过传感器来检测存储容器内的温度，并允许和禁止升华的干冰流入到存储容器内，从而可将存储容器保持在目标温度或目标温度范围内。

图2中的温度控制系统的单元可实施为独立的单元，或者这些单元可结合成更大的单元。在一个实施例中，温度控制阀7可包括控制器“cntl”。图2中的单元之间的连接例如可以是通过电线实现的电连接。因此，图2中的阀可以是通过来自于控制器的电流来控制的电磁阀。

控制器例如可以是处理器、微控制器或现场可编程门阵列(fpga)。控制器可具有用于存储由控制器执行的计算机程序的存储器。控制器和存储器可形成用于执行这里所描述的实施方案的处理机构。该处理机构可以是计算机或计算机的一部分。

在一个实施方案中，提出了一种计算机程序，该计算机程序包括在计算机上执行的计算机程序代码，以在所述产品在计算机上运行时实现根据一个实施方案的一个或多个功能。该计算机程序可包含在计算机可读存储介质上。

在一个实施方案中，提出了一种用于计算机的计算机程序产品，其包括根据一个实施方案的计算机程序。

一个实施方案涉及包含在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包括用于执行包括根据一个实施方案的方法的过程的程序。

当存储容器内的温度处于目标温度或目标温度范围内时，温度控制阀7可关闭，以使得升华的干冰不能流到存储容器中。当存储容器内的温度高于目标温度或目标温度范围时，温度控制阀7可打开，以使得升华的干冰能流到存储容器中，以用于冷却存储容器。应当理解的是，作为使用温度传感器的附加或替代，可使用压力传感器，由此通过压力传感器测得的压力可用于通过与测得的温度相类似的方式来控制阀。

下面将参照显示了根据一个实施方案的运输容器14的内壁结构的图1和图3并参照显示了根据一个实施方案的内壁结构的爆炸图的图4来描述根据多个实施方案的内壁结构。在图3中，部分地显示了运输容器内的内壁结构。然而，应当理解的是，内壁结构的尺寸小于运输容器的尺寸，以允许该内壁结构能完全安装在运输容器内。因此，当内壁结构被安装在运输容器内时，内壁结构能基本上容纳运输容器的整个空间。当内壁结构被安装并包围在运输容器内时，该运输容器能用干冰来调节运输容器内的温度。当运输容器的内壁结构被包围在运输容器内时，运输容器从各个方向基本上覆盖了内壁结构，从而能保护内壁结构免受外部接触，例如冲击。

在一个实施方案中，内壁结构可包括上述设备的一个或多个部分。优选地，这些部分包括一个或多个干冰容器3a、3b、3c和存储容器2。因此，内壁结构可包括在上述实施方案中所描述的设备，其适应于在被安装运输容器内时基本上容纳运输容器的整个空间。

内壁结构可包括：第一部分16，其包括至少一个用于干冰的密封容器3a、3b、3c；以及第二部分18，其包括存储容器2。至少一个用于干冰的密封容器3a、3b、3c可与存储容器2操作式连接，以用于通过来自于至少一个用于干冰的密封容器的升华的干冰来将存储容器冷却至目标温度或目标温度范围内。通过这种方式，包围了内壁结构的运输容器能使用干冰来调节调节运输容器内的温度。

在一个实施例中，包括存储容器2的第二部分18可包括支撑框架15、19、20、21，以及能安装在支撑框架上的覆盖部分22、23、24、25。覆盖部件可提供隔热，从而可保护存储容器内的温度，使其免受运输容器的内壁结构外的当前环境以及运输容器外的当前环境的影响。

支撑框架可由用于内壁结构的各个侧壁的侧框架20、底部框架21和顶部框架15构造成。侧框架、底部框架和顶部框架适于使它们彼此相连。支撑框架可具有框架接合件19，其用于使侧框架彼此相连，并用于将侧框架连接到底部框架和顶部框架上。支撑框架在连接到一起之后可形成用于存储容器的框架。

覆盖部件可包括底板22、顶部覆盖件25和侧部覆盖件24，以及用于使侧部覆盖件彼此相连和用于将侧框架与底板和顶部覆盖件连接在一起的覆盖件接合件23。可将覆盖部件和干冰容器安装在支撑框架上，以形成内壁结构的一部分。通过这种方式，存放在存储容器内的底板上的物体可被支撑框架所支撑，且干冰容器可被支撑在存储容器之上，以用于使用干冰来调节运输容器内的温度。由于覆盖部件和支撑框架的这种设置，可通过设置在底板之下的重量传感器来测量位于存储容器内的物体位置，在下文中将对其进行更加详细的描述。

根据一个实施方案的内壁结构还可包括可被包围在另一密封容器1内的至少一个用于干冰的密封容器3a、3b、3c，且该至少一个用于干冰的密封容器3a、3b、3c可与上述另一密封容器1操作式连接，以用于在达到存储容器的目标温度时将升华的干冰从该至少一个用于干冰的密封容器3a、3b、3c引导至上述另一密封容器1中。因此，干冰可被封闭在外壳内。

在一个实施方案中，内壁结构可具有支撑框架21，存储容器的底板22有弹性地安装在该支撑框架21上，且一个或多个重量传感器26可被设置在存储容器的底板之下的框架上，以用于与存储容器的底板一起操作来测量存储容器的内容物的重量。框架可包括安装部27(例如，孔)，以用于将重量传感器安装到框架上。底板的有弹性的安装可传递放置在存储容器的底板上的物体的重量，从而可通过重量传感器来检测物体和/或它们的重量。有弹性的安装可通过结构的材料和/或底板的材料来实现。设置在存储容器的底板上的物体可导致传感器的激活，由此可在存储容器内检测到物体的存在。重量传感器能测量重量，由此，各个物体被放置到存储容器内或从存储容器内移除都会导致新的测量值。该测量值可用于监控以下内容中的一个或多个：存储容器内的物体的数量，存储容器内的物体的总重量，以及存储容器内的各个物体的重量。在一个实施例中，支撑框架可具有对角线的形式，例如罗马字体中的字母x的形状。用于对角线的臂在由支撑框架所支撑的覆盖件上交叉式地延伸。重量传感器可设置成远离上述交叉线的位置中的一个或多个位置，即：交叉线的臂，交叉线的中部。优选地，重量传感器设置在交叉线的臂上远离交叉线的中部和臂的端部的位置上。重量传感器在臂上的可能的定位可以在臂的中部，以及靠近臂的端部而远离臂的中部。

在一个实施方案中，根据一个实施方案的内壁结构可折叠。通过这种方式，当内壁结构被折叠时，内壁结构所需的体积可以较小，由此，可以高效地存储和运输折叠的内壁结构。

在一个实施例中，支撑框架可具有对角线的形式，例如罗马字体中的字母x的形状。对角线的臂在由支撑框架所支撑的覆盖件上交叉式地延伸。对角线的臂可由彼此相连的部件形成，这些部件能移动，以使得内壁结构的侧部折叠。支撑框架可具有锁定机构，其用于锁定对角线的臂，且避免支撑元件的折叠。

在一个实施方案中，运输容器可包括内壁结构。内壁结构可从运输容器中滑动式替换。通过这种方式，可通过滑动而将内壁结构安装到运输容器内，以及从运输容器中移除。当内壁结构具有一个或多个允许其容易地滑入和/或滑出运输容器的滑轨时，内壁结构可进行滑动。支撑框架和运输容器的材料可适于支持这种滑动。因此，支撑框架的作用在运输容器上的表面可适于支持运输容器与支撑框架之间的滑动。

应当理解的是，内壁结构可以不需要独立的滑轨，而是内壁结构的的支撑框架可用作为滑轨。由此，特别地，可将支撑框架的用于支撑底板22的部分21用作为滑轨。

在一个实施方案中，运输容器可以是货物集装箱或运输柜。货物集装箱例如可以是通常用于货船的标准的联运式货运集装箱。运输柜可以使能通过人推动和拉动来手动地移动的货柜。这种运输柜例如可通常用于杂货店，其中温度敏感的商品在装载坡台处被从货车中接收到运输柜内，并在这之后被移动到杂货店内以进行存储，或者被直接移动到销售区域。

运输容器可由能给内壁结构提供足够的保护以在运输期间使其免受外部接触的材料制成。材料的类型和材料的强度可根据容器所用于的运输种类和所需的保护等级来调整。例如，当运输容器用于海洋运输时，运输容器可由通常用于标准的联运式货运容器的材料制成。由此，应当理解的是，材料例如可以为塑料、复合材料、钢或不锈钢。

图5显示了根据一个实施方案的具有门的设备。该设备可具有一个或多个门。门可以打开和关闭。在打开位置中，门可允许移除设备中的内容物，以及将内容物放置到设备内。内容物可以为至少一个或多个干冰容器、存储容器和用于存储在存储容器内的物体。由此，门可供一个或多个干冰容器、存储容器和用于存储在设备中的存储容器内的物体通过。在一个实施例中，在外壳上设置有门，以用于移除和安装一个或多个干冰容器。在另一个实施例中，在运输容器上设置有门，以用于移除和安装内壁结构。当内壁结构被安装到运输容器内时，例如为了能从运输容器内移除物体、将物体存放到存储容器内以及替换干冰容器，门允许运输容器中的内壁结构通过。在关闭位置中，门或覆盖件可允许内容物被封闭在设备内。由此，设置在运输容器上的门允许将内壁结构封闭在运输容器内。

门或覆盖件可具有多于一个部件32、34，它们均可打开和关闭。门部件可形成双扇门。门部件或覆盖件部件中的每一个均仅能覆盖运输容器的侧部的一部分“p1”、“p2”。通过这种方式，可在不完全打开运输容器的情况下将物体从存储容器内移除或插入到存储容器内，由此可至少部分地阻挡外侧的空气流入到存储容器内。门部件可具有基本上相同的尺寸，从而它们能覆盖运输容器的基本上相似的部分。优选地，门部件的尺寸设置成其中一个部件32大于另一个部件34。通过这种方式，可借由打开较小的部分而使存储部分中的物体通过，且与部件具有基本上相等尺寸的情况相比，能够阻挡更多的流入存储容器内的外部空气。

门和门部件可通过铰链36与运输容器相连，由此，它们能移动至打开位置和关闭位置。

应当理解的是，除了门之外，单个覆盖件或覆盖件部件也可适用于运输容器，以使得它们能被从运输容器上移除，以及安装到运输容器上，以与门和门部件相似地用于封闭运输容器。覆盖件或覆盖件部件可通过闩来与运输容器相连。

在一个实施方案中，门可具有把手部38(例如，手柄)，以利于将门操作至打开位置或关闭位置。把手部可设置在凹槽内，从而运输容器的表面可以是基本上齐平的。

图6显示了根据一个实施方案的温度控制系统。参照图1、2、4和6，在这里所描述的实施方案中，温度控制系统能测量存储容器的内容物的重量，以用于通过控制升华的干冰进入到存储容器2或外壳1中的流量或者进入到存储容器2和外壳1中的流量来控制温度。

控制器“cntl”可与重量传感器26相连，以使得阀6、7可根据温度传感器和重量传感器的测量结果而打开和关闭。重量传感器26可位于存储容器的底板22之下的支撑框架21上，以用于对存储容器的底板进行操作来测量存储容器的内容物的重量。

图6中的温度控制系统的单元可实施为独立的单元，或者这些单元可结合成较大的单元。图6中的单元之间的连接例如可以是通过电线来实现的电连接。

在上述多个实施方案中，来自于干冰容器的升华的干冰可被引导至存储容器中，以用于将存储容器冷却至目标温度或目标温度范围。在干冰容器内的压力大于存储容器内的压力、包围干冰容器的外壳内的压力和/或流体管线内的压力时，干冰可流出存储容器之外。由此，根据这里所描述的多个实施方案的设备可操作为由干冰的升华所驱动，而不需其他动力源。然而，某些实施方案可使用电磁阀来实施，由此能精确地控制存储容器内的温度并控制升华速率。

对于本领域的技术人员来说显而易见的是，随着技术的发展，发明构思可通过许多方式来实现。本发明和其实施方案不限于上文所描述的实施例，而是可以在权利要求的范围内发生变化。