DE102021126053A1

DE102021126053A1 - freezer

Info

Publication number: DE102021126053A1
Application number: DE102021126053.1A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Heidelck; Daniel Fischer
Original assignee: Lauda Dr R Wobser GmbH and Co KG
Current assignee: Lauda Dr R Wobser GmbH and Co KG
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Tiefkühlvorrichtung 1, insbesondere zur Kühlung und Aufbewahrung von Gegenständen bei Temperaturen zwischen -100 °C und -30 °C, mit einem einen Innenraum 3 bildenden Behälter, welcher zur Begrenzung des Innenraums 3 Behälterwandungen 7, 9 aufweist, wobei außenseitig an zumindest einer der Behälterwandungen 7, 9 ein Verdampfer angeordnet ist, und wobei zumindest eine der Behälterwandungen 7, 9 in einem an den Verdampfer angrenzenden Bereich 11 verdickt ausgeführt ist.Deep-freezing device 1, in particular for cooling and storing objects at temperatures between -100 °C and -30 °C, with a container forming an interior space 3, which has container walls 7, 9 to delimit the interior space 3, with the outside on at least one of the container walls 7, 9 an evaporator is arranged, and at least one of the container walls 7, 9 is thickened in a region 11 adjoining the evaporator.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung betrifft eine Tiefkühlvorrichtung und ein Verfahren zur Tiefkühlung.The invention relates to a deep-freezing device and a deep-freezing method.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind elektrisch betriebene Ultra-Tiefkühler (ultra low temperature, ULT) bekannt, welche stationär betrieben werden können, beispielsweise aus der US 2021/0033333 A1 . Zum Transport wird allerdings für Temperaturen von etwa -80 °C oft auf Trockeneis zurückgegriffen. Die Nutzung von Trockeneis ist körperlich anspruchsvoll, hinsichtlich der Arbeitssicherheit kritisch, da Erstickungsgefahr besteht, und außerdem abhängig von stetiger Zufuhr von frischem Trockeneis als Verbrauchsmaterial. Zudem stellt sich bei Trockeneis stets eine Temperatur nahe -78°C (Sublimationstemperatur) ein. Weder höhere noch tiefere Temperaturen können stabil eingestellt bzw. dauerhaft erreicht werden.Electrically operated ultra-low temperature (ULT) coolers are known from the prior art, which can be operated in a stationary manner, for example from US 2021/0033333 A1 . However, dry ice is often used for transport at temperatures of around -80 °C. The use of dry ice is physically demanding, critical in terms of worker safety due to the risk of suffocation, and also depends on a steady supply of fresh dry ice as a consumable. In addition, dry ice always has a temperature close to -78°C (sublimation temperature). Neither higher nor lower temperatures can be stably set or permanently achieved.

Daher besteht ein Bedarf für verbesserte mobile Lösungen zum Transport beispielsweise von Medikamenten, welche eine Tiefkühlung erfordern. Der Begriff „Tiefkühlung“ umfasst hier den für den Medikamententransport oft geforderten Bereich von -30 °C bis -100 °C.There is therefore a need for improved mobile solutions for transporting, for example, medicines that require freezing. The term "deep freezing" here includes the range of -30 °C to -100 °C that is often required for the transport of medicines.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten, insbesondere mobilen, Behälter für ultratief zu kühlendes Material anzugeben.The object of the invention is to specify a container for material that is to be ultra-deep chilled that is improved compared to the prior art, in particular a mobile container.

Die Aufgabe wird z. B. gelöst durch eine Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder durch eine Verwendung gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The task is e.g. B. solved by a cooling device according to claim 1 or by a use according to the independent claim. Further developments of the device are specified in the dependent claims.

Ein erster Aspekt betrifft eine Tiefkühlvorrichtung, insbesondere zur Kühlung und Aufbewahrung von Gegenständen bei Temperaturen zwischen -100°C und - 30 °C, mit einem einen Innenraum bildenden Behälter, welcher zur Begrenzung des Innenraums Behälterwandungen aufweist, wobei außenseitig an zumindest einer der Behälterwandungen ein Verdampfer angeordnet ist, und wobei zumindest eine der Behälterwandungen in einem an den Verdampfer angrenzenden Bereich verdickt ausgeführt ist.A first aspect relates to a deep-freezing device, in particular for cooling and storing objects at temperatures between -100° C. and -30° C., with a container forming an interior space, which has container walls to delimit the interior space, with a Evaporator is arranged, and wherein at least one of the container walls is thickened in an area adjacent to the evaporator.

Ein weiterer Aspekt betrifft eine Verwendung einer Tiefkühlvorrichtung in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen zur Kühlung und zum Transport von pharmazeutischen Produkten.A further aspect relates to the use of a deep-freezing device in one of the typical embodiments described herein for cooling and transporting pharmaceutical products.

Typische Tiefkühlvorrichtungen sind zur Kühlung und Aufbewahrung von Gegenständen bei Temperaturen zwischen -100 °C und 0 °C, insbesondere zwischen -100 °C und -30 °C oder insbesondere zwischen -50 °C und -85 °C vorgesehen. Weitere Ausführungsformen können für Temperaturen zwischen 0 °C und -40 °C vorgesehen sein. Typischerweise ist mindestens eine Behälterwand, typischerweise mehrere oder alle Behälterwände, zumindest in einem an den Verdampfer angrenzenden Bereich, typischerweise im gesamten an den Verdampfer angrenzenden Bereich, verdickt ausgeführt. Es können mehrere Verdampfer vorhanden sein. Eine „Behälterwandung“ kann im Sinne des hier verwendeten Gebrauchs des Wortes auch einen Boden oder eine Oberseite des Behälters umfassen. Der Innenraum kann wie bei einer Truhe durch einen Deckel oder wie ein Schrank durch eine Tür zugänglich sein. Der Innenraum wird typischerweise durch die Behälterwandungen einerseits und den Deckel oder die Tür andererseits begrenzt.Typical deep-freezing devices are provided for cooling and storing objects at temperatures between -100°C and 0°C, in particular between -100°C and -30°C or in particular between -50°C and -85°C. Further embodiments can be provided for temperatures between 0°C and -40°C. Typically, at least one container wall, typically several or all container walls, is thickened at least in an area adjoining the evaporator, typically in the entire area adjoining the evaporator. There may be multiple evaporators. A "container wall" in the sense of the use of the word used here can also include a bottom or a top of the container. The interior can be accessed through a lid like a chest, or through a door like a closet. The interior is typically delimited by the container walls on the one hand and the lid or the door on the other hand.

Die Behälterwandungen umfasst bei typischen Ausführungsformen eine Metalllegierung, insbesondere Stahl, oder ist daraus gebildet. Typische Stähle oder Edelstähle können Legierungen mit zumindest 8 % Ni-Anteil sein. Gegebenenfalls können Legierungen mind. 15 % Cr umfassen. Ein typischer Stahl, aus welchem die Behälterwandungen aufgebaut sein können ist Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4301 bzw. der Legierungstyp X5CrNi18-10.In typical embodiments, the container walls comprise a metal alloy, in particular steel, or are formed from it. Typical steels or stainless steels can be alloys with at least 8% Ni content. Optionally alloys can contain at least 15% Cr. A typical steel from which the container walls can be constructed is steel with the material number 1.4301 or the alloy type X5CrNi18-10.

Typischerweise wird der zumindest eine verdickte Bereich durch ein Anordnen einer zusätzlichen Platte gebildet. Dabei kann die zusätzliche Platte innenseitig oder außenseitig der übrigen Behälterwandung angeordnet werden. Die Platte kann zusätzlich zu einem vergleichsweise dünneren Behälterblech vorgesehen werden. Das Behälterblech und die Platte bilden dann jeweils zusammen die verdickte Behälterwandung. Bei weiteren Ausführungsformen kann die verdickte Behälterwandung Teil eines einstückig kontinuierlich ausgebildeten Behälters sein.Typically, the at least one thickened area is formed by arranging an additional plate. The additional plate can be arranged on the inside or outside of the rest of the container wall. The plate can be provided in addition to a comparatively thinner container sheet. The container sheet metal and the plate then together form the thickened container wall. In other embodiments, the thickened container wall may be part of a one-piece continuous container.

Bei typischen Ausführungsformen weist der mindestens eine verdickte Bereich eine Dicke von mindestens 2 mm auf. Typischerweise ist der verdickte Bereich mindestens 6 mm dick.In typical embodiments, the at least one thickened area has a thickness of at least 2 mm. Typically the thickened area is at least 6mm thick.

Die Behälterwandungen außerhalb des mindestens einen verdickten Bereichs weisen jeweils eine Dicke von höchstens 3 mm auf, typischerweise höchstens 1 mm. Die Behälterwandungen außerhalb des mindestens einen verdickten Bereichs weisen jeweils typischerweise eine Dicke von mindestens 0,5 mm auf.The container walls outside the at least one thickened area each have a thickness of at most 3 mm, typically at most 1 mm. The container walls point outside the at least one thickened area each typically has a thickness of at least 0.5 mm.

Typische Behälter weisen innenseitige Kantenlängen oder einen Durchmesser von mindestens 300 mm, typischerweise mindestens 400 mm oder höchstens 1800 mm, typischerweise höchstens 1200 mm auf. Eine innenseitige Höhe des Behälters ist typischerweise kleiner als 700 mm.Typical containers have inside edge lengths or a diameter of at least 300 mm, typically at least 400 mm or at most 1800 mm, typically at most 1200 mm. An inside height of the container is typically less than 700 mm.

Bei typischen Tiefkühlvorrichtungen ist außenseitig der Behälterwandungen eine Isolierungsschicht mit evakuierten Platten und geschlossenzelligem Schaumstoff ausgeführt. Dabei ist die Reihenfolge dieser Schichten typischerweise vom Behälter innen nach außen: evakuierte Platten, Schaumstoff. Der Schaumstoff besteht aus oder umfasst bevorzugt Polyurethan. Typischerweise sind die evakuierten Platten oder der geschlossenzellige Schaumstoff, typischerweise beide, in Bereichen, in welchen ein Verdampfer angeordnet ist, außenseitig des Verdampfers angeordnet. Bei weiteren Bereichen kann auch geschlossenzelliger Schaumstoff außen in nicht verdickten Bereichen der Behälterwandungen unmittelbar angrenzend an der Behälterwandung vorgesehen sein, d. h. dass in Teilbereichen insbesondere außerhalb der verdickten Bereiche auf eine Anordnung von evakuierten Platten verzichtet wird.In typical deep-freeze devices, the container walls are insulated with evacuated panels and closed-cell foam. The order of these layers is typically from the inside of the container to the outside: evacuated panels, foam. The foam consists of or preferably comprises polyurethane. Typically, in areas where an evaporator is located, the evacuated panels or the closed cell foam, typically both, are located outside the evaporator. In other areas, closed-cell foam can also be provided on the outside in non-thickened areas of the container walls immediately adjacent to the container wall, i. H. that in some areas, in particular outside of the thickened areas, an arrangement of evacuated plates is dispensed with.

Der Schaumstoff besteht bei beispielhaften Ausführungsformen aus einem wassergetriebenen 2-Komponenten-System, beispielsweise einem System wie im Bereich der Lebensmittelkühlung eingesetzt. Die Wärmeleitfähigkeit des Schaumstoffs ist bei typischen Ausführungsformen kleiner als 0,04 W/m*K. Die evakuierten Platten weisen bei typischen Ausführungsformen eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,008 W/m*K auf.In exemplary embodiments, the foam consists of a water-driven 2-component system, for example a system as used in the field of food cooling. In typical embodiments, the thermal conductivity of the foam is less than 0.04 W/m*K. In typical embodiments, the evacuated panels have a thermal conductivity of less than 0.008 W/m*K.

Typischerweise umfasst der Verdampfer Rohre, insbesondere Kupferrohre. Die Rohre sind bei Ausführungsformen um den Behälter oder an der mindestens einen Behälterwandung außen verteilt, beispielsweise spiralförmig, angeordnet. Dies ist eine Möglichkeit, wie die Kupferrohre für eine homogene Wärmeübertragung und Temperaturverteilung sorgen können. Insbesondere spiralförmig verlaufende Kupferrohre erreichen eine gleichmäßige Verteilung.Typically, the evaporator includes tubes, particularly copper tubes. In embodiments, the tubes are distributed around the container or on the outside of the at least one container wall, for example arranged in a spiral shape. This is one way the copper tubing can provide homogeneous heat transfer and temperature distribution. In particular, copper pipes that run in a spiral shape achieve an even distribution.

Bei typischen Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Verdampfer und dem Behälter eine Wärmeleitpaste oder es sind Wärmeleitbleche zur Sicherstellung eines unmittelbaren Wärmeübergangs angeordnet. Typischerweise sind zwischen dem Behälter und dem Verdampfer ausschließlich eine Wärmeleitpaste oder Wärmeleitbleche angeordnet. Dies ermöglicht eine zuverlässige Übertragung von Wärme.In typical exemplary embodiments, a thermally conductive paste is arranged between the evaporator and the container, or thermally conductive plates are arranged to ensure direct heat transfer. Typically, only a thermally conductive paste or thermally conductive sheets are arranged between the container and the evaporator. This enables reliable transfer of heat.

Bei weiteren Ausführungsformen kann der Verdampfer auch als Platte mit integrierten Kältemittelleitungen ausgeführt sein, welcher typischerweise in Kühlschränken verwendet wird und an einer Außenseite jeweils eines verdickten Bereichs angeordnet ist.In further embodiments, the evaporator can also be designed as a plate with integrated refrigerant lines, which is typically used in refrigerators and is arranged on an outer side of a thickened area in each case.

Typischerweise weist der Behälter in dem mindestens einen verdickten Bereich eine Masse von mindestens 15 kg/m² auf. Typische Ausführungsformen des Behälters weisen in dem mindestens einen verdickten Bereich ein Speichervermögen von mehr als 7,5 kJ/K*m² auf. Auf diese Weise kann eine ausreichende Temperaturstabilität beim Ausfall der aktiven Kühlung für einen gewissen Zeitraum sichergestellt werden.Typically, the container has a mass of at least 15 kg/m ² in the at least one thickened area. Typical embodiments of the container have a storage capacity of more than 7.5 kJ/K*m ² in the at least one thickened area. In this way, sufficient temperature stability can be ensured for a certain period of time if the active cooling fails.

Typische Ausführungsformen umfassen eine elektrisch angetriebene Kältemaschine, wobei die Tiefkühlvorrichtung sowohl stationär als auch mobil ausgeführt sein kann. Mobile Ausführungsformen können fest installierte oder koppelbare Kältemaschinen aufweisen. Fest installierte Kältemaschinen weisen bei mobilen Geräten den Vorteil auf, dass zur Wiederherstellung der Kühlung lediglich ein entsprechender Netzanschluss vorgehalten werden muss.Typical embodiments include an electrically driven refrigerating machine, in which case the deep-freezing device can be designed both stationary and mobile. Mobile embodiments can have permanently installed or connectable cooling machines. Permanently installed chillers have the advantage in mobile devices that only a corresponding mains connection needs to be kept available to restore the cooling.

Typische Ausführungsformen sind derart eingerichtet, dass die Temperatur mittig in dem Innenraum des, insbesondere unbeladenen, Behälters nach Abschaltung einer den Verdampfer mit Kälte versorgenden Kältemaschine ausgehend von einer Temperatur von -80 °C bei einer Außentemperatur von 20 °C um maximal 10 K innerhalb von einer Stunde ansteigt. Hintergrund ist, dass bei Netztrennung typischerweise gar keine Kühlung über den Verdampfer mehr erfolgt. Typische Ausführungsformen sind frei von einer mobilen Stromversorgung, insbesondere von einer mobilen Arbeitsstromversorgung, welche geeignet ist, den Verdampfer wie bei Netzbetrieb über mindestens eine Stunde zu betreiben.Typical embodiments are set up in such a way that the temperature in the center of the interior of the, in particular unloaded, container after switching off a refrigeration machine supplying the evaporator with cooling, starting from a temperature of -80 °C at an outside temperature of 20 °C, by a maximum of 10 K within one hour rises. The reason for this is that when the grid is disconnected, there is typically no cooling at all via the evaporator. Typical embodiments do not have a mobile power supply, in particular a mobile working power supply, which is suitable for operating the evaporator for at least one hour, as with mains operation.

Typische Vorteile von Ausführungsformen sind ein kompakter Aufbau und die verbesserte Speicherung von Kälte. Hierzu können bei Ausführungsformen insbesondere die gute Wärmeleitfähigkeit und die hohe spezifische Wärmekapazität der Behälterwände sowie der gute oder direkte thermische Kontakt zwischen dem Rohr des Verdampfers, bzw. der Verdampferplatte und der Behälterwand beitragen. Es erfolgt ein vergleichsweise unmittelbarer Wärmeübergang von der Behälterwand als Kältespeicher auf das Kältemittel. Eine Positionierung eines Kältespeichers an anderer Stelle kann ungünstiger sein, da dieser dann nur indirekt über den Innenraum „geladen“ werden könnte; inklusive Temperaturverluste. Wird die aktive Kühlung unterbrochen, beginnt die durch Isolierungsverluste hervorgerufene Wärmeaufnahme vom Innenraum auf den Kältespeicher. Außerdem wirkt der Kältespeicher zusätzlich als Barriere für den Wärmeeinfall von außen.Typical advantages of embodiments are compact design and improved storage of cold. In particular, the good thermal conductivity and the high specific thermal capacity of the container walls and the good or direct thermal contact between the tube of the evaporator or the evaporator plate and the container wall can contribute to this in embodiments. There is a comparatively direct heat transfer from the container wall as a cold store to the refrigerant. Positioning a cold accumulator elsewhere can be less favorable, since it could then only be "loaded" indirectly via the interior; including temperature losses. If the active cooling is interrupted, that caused by insulation losses begins Heat absorption from the interior to the cold accumulator. In addition, the cold accumulator also acts as a barrier for the ingress of heat from the outside.

Mit typischen Ausführungsbeispielen lassen sich Schaltzyklen der Regelung reduzieren, so dass die Lebensdauer des Verdichters einer Kältemaschine der Tiefkühlvorrichtung verlängert werden kann.Switching cycles of the regulation can be reduced with typical exemplary embodiments, so that the service life of the compressor of a refrigerating machine of the deep-freezing device can be extended.

Figurenlistecharacter list

Weitere Vorteile und Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, wobei die Figur zeigt:

1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung.

Further advantages and features of preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the attached drawing, in which the figure shows:

1 Figure 12 is a schematic sectional view of an embodiment of the invention.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments

Nachfolgend werden typische Ausführungsformen anhand der Figur beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt.Typical embodiments are described below with reference to the figure, with the invention not being limited to exemplary embodiments; rather, the scope of the invention is determined by the claims.

Ausführungsformen umfassen einen passiven, regenerierenden Kältespeicher. Dieser ist mit einem aktiv kühlenden Kältesystem der Tiefkühlvorrichtung thermisch unmittelbar verbunden. Das Kältesystem ist beispielsweise als Kompressionskältemaschine aufgebaut. Ausführungsformen erreichen ein Halten tiefer Temperaturen ohne aktive Kühlung über einen längeren Zeitraum. Ausführungsformen können beispielsweise eine Erwärmung ausgehend von - 80 °C von höchstens 10 K Temperaturerhöhung nach 1 h im ausgeschalteten Zustand bei 20 °C sicherstellen. Bei Unterbrechung der Stromzufuhr sorgt der passive Kältespeicher durch die langsame Speicherentladung für eine deutlich verzögerte Erwärmung. An den Innenseiten der Tiefkühlvorrichtung wird dazu insbesondere bereichsweise ein Material hoher Dichte und Wärmekapazität eingesetzt, welches Wärme aufnimmt, die während der Stromunterbrechung durch Isolierungsverluste den Innenraum erwärmt. Der Kältespeicher soll dabei den zur Verfügung stehenden Innenraum nicht maßgeblich verkleinern. Edelstähle, bspw. 1.4301 (X5CrNi18-10), erfüllen diese Anforderungen und werden daher in Ausführungsformen verwendet. Weitere typische Materialien können geringlegierte oder unlegierte Stähle sein, beispielsweise Stahl 1.0330 / DC01 / ST1203, ggf. beschichtet.Embodiments include a passive regenerative cold storage. This is thermally directly connected to an actively cooling refrigeration system of the freezer. The refrigeration system is constructed, for example, as a compression refrigeration machine. Embodiments achieve low temperatures without active cooling over a longer period of time. Embodiments can, for example, ensure heating starting from −80° C. with a temperature increase of at most 10 K after 1 h in the switched-off state at 20° C. If the power supply is interrupted, the passive cold store ensures that heating is significantly delayed due to the slow storage discharge. For this purpose, a material of high density and thermal capacity is used on the insides of the deep-freezing device, in particular in certain areas, which absorbs heat that heats up the interior during the power interruption due to insulation losses. The cold accumulator should not significantly reduce the available interior space. Stainless steels, for example 1.4301 (X5CrNi18-10), meet these requirements and are therefore used in embodiments. Other typical materials can be low-alloy or unalloyed steel, for example steel 1.0330 / DC01 / ST1203, coated if necessary.

Edelstahl verfügt über eine Wärmekapazität von 0,477 kJ/kg*K und eine hohe Dichte von 7,9 kg/dm³. Der Faktor aus Wärmekapazität und Dichte beträgt bei Edelstahl 3,77 kJ pro dm³ und K und wird damit bspw. gegenüber Aluminium mit 2,4 kJ/K*dm³ für Ausführungsbeispiele bevorzugt eingesetzt. Je höher dieser Wert ist, desto effektiver ist der Kältespeicher.Stainless steel has a heat capacity of 0.477 kJ/kg*K and a high density of 7.9 kg/dm ³ . The factor of heat capacity and density is 3.77 kJ per dm ³ and K for stainless steel and is therefore preferably used for example compared to aluminum with 2.4 kJ/K*dm ³ for exemplary embodiments. The higher this value, the more effective the cold storage.

Edelstahl kann Vorteile bezüglich Korrosionsschutzeigenschaften aufweisen. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Edelstahlkessel oder eine Edelstahltruhe als Behälter mit Innenraum derart auszuführen, dass der Behälter die Funktion des Kältespeichers mittels Vorsehen integral ausgeführter verdickter Bereiche der Behälterwände umfasst.Stainless steel can have advantages in terms of anti-corrosion properties. There is also the possibility of designing a stainless steel boiler or a stainless steel chest as a container with an interior space in such a way that the container includes the function of cold storage by providing integrally designed thickened areas of the container walls.

In der 1 ist eine Ausführungsform einer Tiefkühlvorrichtung 1 beispielhaft schematisch dargestellt; neben dieser Truhenbauform ist eine Schrankbauform mit Öffnung über eine Tür typisch. Die Tiefkühlvorrichtung 1 umfasst einen einen Innenraum 3 bildenden Behälter. Der Behälter umfasst Behälterwandungen 7 und 9, welche in einigen Bereichen 11 verdickt ausgeführt sind. Die untere der Behälterwandungen 9 bildet dabei einen Boden für den Innenraum, welcher nach oben durch einen klappbaren Deckel 13 begrenzt ist.In the 1 an embodiment of a deep-freezing device 1 is shown schematically as an example; in addition to this chest design, a cabinet design with opening via a door is typical. The deep-freezing device 1 comprises a container forming an interior space 3 . The container comprises container walls 7 and 9, which are thickened in some areas 11. The bottom of the container walls 9 forms a floor for the interior space, which is delimited at the top by a hinged cover 13 .

An einigen der Behälterwandungen 7, typischerweise an allen seitlichen Behälterwandungen 7, sind außenseitig Rohre 15 aus Kupfer angeordnet, welche Teil eines Verdampfers sind. Nicht alle der Rohre 15 sind zur besseren Übersichtlichkeit in der 1 mit einem Bezugszeichen versehen.On some of the container walls 7, typically on all lateral container walls 7, tubes 15 made of copper are arranged on the outside, which are part of an evaporator. Not all of the tubes 15 are shown in FIG 1 provided with a reference number.

Kupferrohre weisen den Vorteil einer sehr guten Wärmeübertragung auf. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können die Rohre aus einem anderen Metall oder einer anderen Metalllegierung gebildet sein, beispielsweise Edelstahl.Copper tubes have the advantage of very good heat transfer. In other embodiments, the tubes may be formed of a different metal or metal alloy, such as stainless steel.

Zum Betrieb des Verdampfers, wobei den Behälterwandungen 7 insbesondere in den verdickten Bereichen 11 Wärme entzogen wird, weist die Tiefkühlvorrichtung 1 unterhalb des Behälters eine elektrisch betriebene Kältemaschine 17 auf. Die Rohre 15 sind thermisch direkt mit den verdickten Bereichen 11 verbunden, beispielsweise über eine Wärmeleitpaste (nicht dargestellt).To operate the evaporator, with heat being extracted from the container walls 7, particularly in the thickened areas 11, the deep-freezing device 1 has an electrically operated refrigerating machine 17 below the container. The tubes 15 are thermally connected directly to the thickened areas 11, for example via a thermally conductive paste (not shown).

In den Rohren 15 wird verdampfendes Kältemittel der zweiten, kälteren Stufe der Kältemaschine 17 dazu benutzt, Wärme über die Behälterwandungen 7 aus dem Innenraum 3 aufzunehmen und über einen Zwischenwärmetauscher an den Kondensator der ersten, wärmeren Stufe und somit an die Umgebung abzugeben. Dadurch wird der Innenraum 3 kontinuierlich gekühlt.In the tubes 15, evaporating refrigerant of the second, colder stage of the refrigeration machine 17 is used to absorb heat from the interior 3 via the container walls 7 and to emit it via an intermediate heat exchanger to the condenser of the first, warmer stage and thus to the environment. As a result, the interior 3 is continuously cooled.

Bei typischen Ausführungsformen ist unterhalb der Kältemaschine ein Gehäuse zur Aufnahme auf einer Staplergabel oder einem Gabelhubwagen vorgesehen. Bei weiteren Ausführungsformen können Rollen unter der Kältemaschine vorgesehen sein. Auf diese Weise können Tiefkühlvorrichtungen gemäß Ausführungsformen transportabel, also mobil sein. Zur Verringerung des zu transportierenden Gewichts sind weitere Ausführungsformen vorgesehen, bei welchen die Kältemaschine lösbar an der Tiefkühlvorrichtung vorgesehen ist. Weitere Ausführungsformen sind zum stationären Gebrauch vorgesehen. In typical embodiments, a housing is provided below the refrigerating machine to be mounted on a forklift or a pallet truck. In further embodiments, rollers can be provided under the refrigerator be. In this way, deep-freezing devices according to embodiments can be transportable, ie mobile. In order to reduce the weight to be transported, further embodiments are provided in which the refrigerating machine is detachably provided on the deep-freezing device. Further embodiments are intended for stationary use.

Außenseitig der Behälterwandungen 7, 9 ist teilweise eine Isolierungsschicht mit evakuierten Platten 19, 21 vorgesehen, insbesondere in den verdickten Bereichen 11 der seitlichen Behälterwandungen 7 und unterhalb der den Boden bildenden Behälterwandung 9. Nachfolgend in Richtung außen oder in Bereichen ohne Rohre 15 bzw. ohne evakuierte Platten 19, 21 unmittelbar angrenzen an die Behälterwandungen 7, 9 ist die Isolierungsschicht mit geschlossenzelligem Schaumstoff 25 ausgeführt.On the outside of the container walls 7, 9 there is partially an insulation layer with evacuated panels 19, 21, in particular in the thickened areas 11 of the lateral container walls 7 and below the container wall 9 forming the base Evacuated plates 19, 21 immediately adjacent to the container walls 7, 9, the insulating layer is made of closed-cell foam 25.

Die evakuierten Platten 21 liegen in den verdickten Bereichen 11 außen an den Rohren 15 an, so dass die Rohre zwischen verdickten Bereichen 11 und evakuierten Platten 21 eingeschlossen sind. Im Bereich der Boden-Behälterwandung 9 liegt die evakuierte Platte 19 unmittelbar an der Behälterwandung 9. An den seitlichen Behälterwandungen 7 sind die evakuierten Platten 21 insbesondere in den verdickten Bereichen mit den Rohren 15 vorgesehen, sie können sich jedoch bei weiteren Ausführungsformen auch über die gesamte Fläche der seitlichen Behälterwandungen 7 erstrecken.The evacuated plates 21 are in the thickened areas 11 on the outside of the tubes 15 so that the tubes are enclosed between the thickened areas 11 and evacuated plates 21 . In the area of the bottom container wall 9, the evacuated plate 19 lies directly against the container wall 9. The evacuated plates 21 are provided on the lateral container walls 7, in particular in the thickened areas with the tubes 15, but in other embodiments they can also extend over the entire Surface of the lateral container walls 7 extend.

Der Deckel 13 weist ebenfalls einen dem Innenraum 3 zugewandte evakuierte Platte 23 auf, welche nach außen durch geschlossenzelligen Schaumstoff 25 aus Polyurethan-Hartschaum zusätzlich abgeschirmt wird.The cover 13 also has an evacuated plate 23 facing the interior 3, which is additionally shielded from the outside by closed-cell foam 25 made of rigid polyurethane foam.

Das Gehäuse um den Schaumstoff 25 ist als lackiertes Stahlblech ausgeführt und dient insbesondere dem Schutz des Schaumstoffs 25 vor mechanischem oder auch chemischem Angriff.The housing around the foam 25 is designed as a painted sheet steel and serves in particular to protect the foam 25 from mechanical or chemical attack.

Der Behälter der Tiefkühlvorrichtung 1 der 1 umfasst Behälterwandungen aus Edelstahl, welche in den nicht verdickten Bereichen, beispielsweise die den Boden bildenden Behälterwandung 9, 0,8 mm dick sind. Die Abmessungen dieses Edelstahlkessels des Ausführungsbeispiels betragen 790 mm x 500 mm x 520 mm (B x H x T).The tank of the freezer 1 of 1 comprises container walls made of stainless steel, which are 0.8 mm thick in the non-thickened areas, for example the container wall 9 forming the bottom. The dimensions of this stainless steel tank of the exemplary embodiment are 790 mm x 500 mm x 520 mm (W x H x D).

In den verdickten Bereichen 11 sind innen auf dem 0,8 mm dicken Edelstahl der Behälterwandungen zusätzliche Platten aus Edelstahl mittels wärmeleitendendem Silikon als Kontakt- und Haftmittel aufgeklebt. Die Abmessungen der zusätzlichen Platten sind: lange seitliche Behälterwandungen: 725 mm x 455 mm x 10 mm und kurze seitliche Behälterwandungen: 455 mm x 455 mm x 10 mm.In the thickened areas 11, additional plates made of stainless steel are glued to the inside of the 0.8 mm thick stainless steel of the container walls using heat-conducting silicone as a contact and adhesive agent. The dimensions of the additional panels are: long tank side walls: 725mm x 455mm x 10mm and short tank side walls: 455mm x 455mm x 10mm.

In den verdickten Bereichen 11 ist somit eine Materialstärke des Edelstahls von insgesamt 10,8 mm vorhanden.In the thickened areas 11 there is thus a material thickness of the stainless steel of 10.8 mm in total.

Hinter den äußeren, 0,8 mm dicken Blechen der Behälterwandungen des Edelstahlkessels des Ausführungsbeispiels der 1 befinden sich in den verdickten Bereichen 11 Rohre 15 aus Kupfer. Bei typischen Ausführungsformen sind die Rohre 15 spiralförmig verlegt und stehen in Kontakt mit den Behälterwandungen 7.Behind the outer, 0.8 mm thick sheets of the container walls of the stainless steel boiler of the embodiment of the 1 are in the thickened areas 11 tubes 15 made of copper. In typical embodiments, the tubes 15 are laid in a spiral and are in contact with the container walls 7.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ergibt sich eine verbesserte Standzeit oder Haltezeit für die Temperatur im Innenraum 3 der Tiefkühlvorrichtung gegenüber einer Tiefkühlvorrichtung, welche keine zusätzlichen Platten aufweist. So wird bei einem mittig in dem Innenraum angeordnetem Sensor ohne zusätzliche Platten ein Temperaturanstieg von -80 °C bei 20 °C Außentemperatur von 19 K innerhalb einer Stunde gemessen. Mit Platten in den verdickten Bereichen 11 betrug der Anstieg nach Ausfall der Kühlung durch die Kältemaschine 17 nur 5 K innerhalb einer Stunde.In the embodiment of 1 the result is an improved service life or holding time for the temperature in the interior 3 of the deep-freezing device compared to a deep-freezing device which has no additional plates. A temperature rise of -80 °C at an outside temperature of 20 °C of 19 K within one hour is measured with a sensor arranged in the middle of the interior without additional plates. With plates in the thickened areas 11, the increase after failure of the cooling by the refrigerator 17 was only 5 K within one hour.

Durch den Einsatz der Platten als Kältespeicher verbessert sich bei dem Ausführungsbeispiel, welches in der 1 gezeigt ist, die Regelung in typischen Betriebspunkten. Bei -80 °C wird gegenüber der Ausführung ohne die Platten eine engeres Temperaturfenster gehalten: ± 0,5 K mit Platten gegenüber ± 1,8 K ohne Platten.By using the plates as a cold storage improves in the embodiment, which in the 1 shown is the control at typical operating points. At -80 °C, a narrower temperature window is maintained than the version without the plates: ± 0.5 K with plates versus ± 1.8 K without plates.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US 20210033333 A1 [0002]

Claims

Deep-freezing device (1), in particular for cooling and storing objects at temperatures between -100 °C and -30 °C, with a container forming an interior space (3) which has container walls (7, 9) to delimit the interior space (3). , wherein an evaporator is arranged on the outside of at least one of the container walls (7, 9), and wherein at least one of the container walls (7, 9) is thickened in a region (11) adjoining the evaporator.

Freezer (1) after claim 1 , wherein the container walls (7, 9) comprise or are formed from a metal alloy, in particular steel.

Freezing device (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one thickened area is formed by arranging an additional plate.

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one thickened region (11) has a thickness of at least 2 mm.

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims, wherein the container walls (7, 9) outside the at least one thickened area (11) each have a thickness of at most 3 mm.

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims, wherein the container has inside edge lengths and/or a diameter of at least 300 mm and/or at most 1800 mm.

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims, wherein an insulating layer with evacuated panels (19, 21, 23) and closed-cell foam (25) is provided on the outside of the container walls (7, 9).

Freezer (1) according to any one of the preceding claims, wherein the evaporator comprises copper tubes (15).

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims, wherein between the evaporator or the copper pipes (15) and the container, in particular the thickened areas (11) of the container walls (7), heat-conducting paste and/or heat-conducting plates are arranged to ensure direct heat transfer.

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims, in which the container has a mass of at least 15 kg/m ² in the at least one thickened region (11).

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims, in which the container has a storage capacity of more than 7.5 kJ/K*m ² in the at least one thickened area.

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims with an electrically operated refrigeration machine (17), it being possible for the deep-freezing device (1) to be designed both stationary and mobile.

Deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims, wherein the temperature in the center of the interior (3) of the container after the refrigerating machine (17) supplying the evaporator with cooling has been switched off starts at a temperature of -80 °C at an outside temperature of 20 °C increases by a maximum of 10 K within one hour.

Use of a deep-freezing device (1) according to one of the preceding claims for cooling and transporting pharmaceutical products.