CN117897582A - 改进的包含干冰的装运器 - Google Patents
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Abstract
一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；干冰占据内容物区域容积的第一部分；一个或多个易腐物品占据内容物区域容积的第二部分；延伸到装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与内容物区域容积流体连通，以允许干冰和一个或多个易腐物品被引入到一个或多个开口中和从一个或多个开口中移除；一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；该改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域容积的热侵入，以产生标示为(U)的总传热系数。
Description
技术领域
本发明涉及用于在存在干冰的情况下在运输期间保存一个或多个易腐物品的可运输的干冰装运器。特别地，本发明涉及具有克服常规干冰装运器的性能限制的改进性能的干冰装运器。
背景技术
各种各样的易腐物品需要以冷冻状态保存以确保它们对于其预期应用具有足够的稳定性。这些易腐物品包括但不限于通常用于生命科学和保健领域的生物材料，例如药物、生物样本、基于组织的治疗物和生殖细胞。
将冷冻的生物材料从一个位置运输到另一个位置的常见手段是将冷冻的生物材料放置在具有干冰的隔热装运容器中(在下文中，可互换地称为“干冰装运器”或“装运器”)。干冰是二氧化碳的固体形式并且在大气压下具有大约-78.5℃的温度。
不幸的是，目前市售的干冰装运器没有表现出在所有期望的使用情况下有效储存和运输冷冻生物材料所需的可靠性能。许多传统的干冰装运器不能在运输期间维持足够的冷却持续时间。生物材料是对温度敏感的物品，如果它们没有保持足够冷，则会劣化。不充分或缩短的冷藏时间可能导致生物材料的损坏。
考虑到保持生物材料的质量和结构完整性的重要性，存在尚未满足的对改进的干冰装运器的需要，所述改进的干冰装运器设计成在干冰存在的情况下保持生物材料以及其它冷冻的易腐物品并且使得能够将那些物品从一个位置运送到另一个位置。
发明内容
在一个方面，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；干冰占据内容物区域容积的第一部分；所述一个或多个易腐物品占据所述内容物区域容积的第二部分；延伸到装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与内容物区域容积流体连通，以允许干冰和一个或多个易腐物品被引入到一个或多个开口中和从一个或多个开口中移除；一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；所述改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域容积的热侵入，以产生标示为(U)并且具有小于约0.5kJ/hr/m2/℃但大于0的值的总传热系数，其中所述总传热系数(U)在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个对应的隔热插塞封闭的条件下确定。
在第二方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积至少部分地由围绕内容物区域容积的隔热装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；干冰占据内容物区域容积的第一部分；一个或多个易腐物品占据所述内容物区域容积的第二部分；所述改进的包含干冰的设备特征还在于标示为(R)的装载比，其中装载比(R)被定义为内容物区域容积的用于容纳干冰并且具有体积VD的第一部分与内容物区域容积的用于容纳一个或多个易腐物品并且具有体积VI的第二部分的比率，其中装载比(R)具有4或更小但大于0的值。
在第三方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积至少部分地由围绕内容物区域容积的隔热装运器壁限定，所述内容物区域容积在适于保持干冰的第一部分和适于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；延伸到隔热装运器中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与内容物区域容积流体连通；所述可运输装运器呈现热通道特征，所述热通道特征在结构上由标示为(LT)的总热通道接缝长度限定，其中总热通道接缝长度(LT)等于总隔热热通道接缝长度(Lins)和总开口热通道接缝长度(Lopen)之和；所述改进的包含干冰的设备还通过被标示为(LN)并且具有值(LT/LS)的标准化总热通道接缝长度来参数化，其中(LS)是该改进的包含干冰的设备的三个主要外部尺寸的长度之和，其中(LN)具有0.6或更小但大于0的值。
在第四方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；其中，内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；干冰占据内容物区域容积的一部分；在围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)干冰能够被装载到内容物区域容积中和从内容物区域容积中移除，并且(ii)一个或多个易腐物品能够被装载到内容物区域容积中或从内容物区域容积中移除；一个或多个相应的隔热塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；其中根据在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个隔热插塞封闭的条件下所确定的，当所述内容物区域容积的2vol％至50vol％包含干冰时，所述内容物区域容积内的所有可用位置维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度。
在第五方面中，一种表现出温度均匀性的改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；内容区域容积基本上包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；干冰占据内容物区域容积的一部分；延伸到隔热装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与内容物区域容积流体连通，以允许干冰和所述一个或多个易腐物品被引入到所述一个或多个开口中和从所述一个或多个开口中移除；一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；其中根据在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个相应的隔热插塞封闭的条件下所确定的，当所述内容物区域容积的5vol％至60vol％被干冰占据时，所有可用位置中的最大温度差小于10摄氏度。
在第六方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的隔热装运器壁限定，所述内容物区域容积具有适于保持干冰的第一部分和适于保持一个或多个易腐物品的第二部分；干冰包含在内容物区域容积的第一部分中；延伸到隔热装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与内容物区域容积流体连通，以允许干冰和一个或多个易腐物品被引入到所述一个或多个开口中的每一个中以及从所述一个或多个开口中的每一个中移除；所述改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域的热侵入，以产生标示为(U)并且具有1kJ/hr/m2/℃或更小但大于0的值的总传热系数，其中所述总传热系数(U)的值在所述装运器的所述一个或多个开口中的每一个都暴露于周围环境的条件下确定。
在第七方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；其中，内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；干冰以大于内容物区域容积的10vol％的初始量来占据内容物区域容积的一部分；在围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)干冰能够被装载到内容物区域容积中和从内容物区域容积中移除，并且(ii)一个或多个易腐物品能够被装载到内容物区域容积中或从内容物区域容积中移除；一个或多个相应的隔热插塞，其基本上封闭所述一个或多个开口；隔热装运器壁包封内容物区域容积并且构造成当干冰在内容物区域容积中从占据高达约80vol％的初始量升华到占据小于初始量的内容物区域容积的百分比并且不小于内容物区域容积的约10vol％的最终量时，将在内容物区域容积中的任何位置处的温度的平均变化率维持在0和0.05℃/％之间。
在第八方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；其中，内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；干冰以大于内容物区域容积的10vol％的初始量来占据内容物区域容积的一部分；在围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)干冰能够被装载到内容物区域容积中和从内容物区域容积中移除，并且(ii)一个或多个易腐物品能够被装载到内容物区域容积中或从内容物区域容积中移除；一个或多个相应的隔热插塞，其基本上封闭所述一个或多个开口；隔热装运器壁包封内容物区域容积并且构造成当干冰在内容物区域容积中从占据高达约80vol％的初始量升华到占据小于初始量的内容物区域容积的百分比并且不小于内容物区域容积的约10vol％的最终量时，将在内容物区域容积中测量的最热温度的平均变化率维持在0和0.05℃/％之间。
在第九方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；干冰占据内容物区域容积的第一部分；一个或多个易腐物品占据所述内容物区域容积的第二部分；延伸到装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与内容物区域容积流体连通，以允许干冰和一个或多个易腐物品被引入到一个或多个开口中和从一个或多个开口中移除；一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；该改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域容积的热侵入，以产生标示为(UR)并且具有小于约2kJ/hr/m2/℃但大于0的值的装载比总传热系数，其中所述装载比总传热系数(UR)是在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个对应的隔热插塞封闭的条件下确定的。
在第十方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；干冰占据内容物区域容积的第一部分；一个或多个易腐物品占据所述内容物区域容积的第二部分；延伸到装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与内容物区域容积流体连通，以允许干冰和一个或多个易腐物品被引入到一个或多个开口中和从一个或多个开口中移除；改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域容积的热侵入，以产生标示为(UR)并且具有小于约4kJ/hr/m2/℃但大于0的值的装载比总传热系数，其中所述装载比总传热系数(UR)的值在装运器的所述一个或多个开口中的每一个都暴露于周围环境的条件下确定。
在第十一方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积至少部分地由围绕内容物区域容积的隔热装运器壁限定，所述内容物区域容积在适于保持干冰的第一部分和适于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；其中，可运输装运器表现出热通道特征以限定总热通道接缝长度，该总热通道接缝长度在结构上构造成产生标示为(F)的标准化装载比热通道因子，该标准化装载比热通道因子具有1.5或更小但大于0的值。
在第十二方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；其中，内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；干冰以大于内容物区域容积的10vol％的初始量来占据内容物区域容积的一部分；在围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)干冰能够被装载到内容物区域容积中和从内容物区域容积中移除，并且(ii)一个或多个易腐物品能够被装载到内容物区域容积中或从内容物区域容积中移除；一个或多个相应的隔热插塞，其基本上封闭所述一个或多个开口；隔热装运器壁包封内容物区域容积并且构造成当干冰在内容物区域容积中从占据高达约80vol％的初始量升华到占据小于初始量的内容物区域容积的百分比并且不小于内容物区域容积的约10vol％的最终量时，将在内容物区域容积中的最大温度差的平均变化率维持在0和0.05℃/％之间。
在第十三方面中，一种改进的包含干冰的设备，包括：具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；其中，内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；干冰占据内容物区域容积的一部分；在围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)干冰能够被装载到内容物区域容积中和从内容物区域容积中移除，并且(ii)一个或多个易腐物品能够被装载到内容物区域容积中或从内容物区域容积中移除；一个或多个相应的隔热塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；其中当内容物区域容积的10vol％至70vol％含有干冰时，内容物区域容积内的所有可用位置维持在-70摄氏度或低于-70摄氏度，如在一个或多个开口中的每一个基本上被一个或多个对应的隔热塞封闭时的条件下所确定的。
附图说明
图1示出了根据本发明原理的干冰装运器的代表性示意图，其中内容物区域容积被预定量的干冰和易腐物品占据；
图2示出了根据本发明的原理的干冰装运器的代表性示意图，该干冰装运器具有延伸到干式装运器的主开口中的隔热盖，并且其中干冰装运器的内容物区域容积未被干冰和易腐物品占据；
图3示出了作为内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数的在常规干冰装运器内测量的最热温度图形显示；
图4示出了作为内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数的在本发明的干冰装运器内测量的最热温度图形显示；
图5示出了作为内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数的在常规干冰装运器内测量的最热温度的平均变化率图形显示；
图6示出了作为内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数的在本发明的干冰装运器内测量的最热温度的平均变化率图形显示；
图7示出了作为内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数的常规干冰装运器内的温度均匀性的图形显示；
图8示出了作为内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数的在本发明的干冰装运器内的温度均匀性的图形显示；
图9示出了作为内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数的在第二(较冷)位置测量的温度图形显示，该第二位置不同于本发明的干冰装运器内测量的最热温度所在的位置；和
图10示出了作为内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数的图9中在本发明的干冰装运器内测量的第二(较冷)位置的温度的平均变化率图形显示。
具体实施方式
应当理解，本文和全文中的“干冰”是指固化二氧化碳的颗粒(即，团块、弹丸)等或块体，其中所述颗粒或块体可以是任何尺寸。
如此处和全文所用，“物品”意指在未保持冷冻或低于一定温度时可易于发生腐败、降解和/或结构性变化或变动的任何温度敏感性商品、样品、产品或用品，包括但不限于生物样品，诸如血液、尿液和组织样品或它们的成分；易腐食品，诸如肉、家禽肉、鱼肉和乳制产品；个人护理品；以及化学品。
“内容物区域容积”是指干冰装运器内能够接收一个或多个易腐物品和预定量干冰的空间。
“充入”或“填充”或“引入”或“装载”或“进料”，其中的任何一者在此处和全文中可互换使用，意指将干冰进料到渐缩容器或设备中，由此可手动或自动地将干冰引入渐缩容器或设备中的过程。
“干冰装运器”或“装运器”两者在本文中和全文中可互换使用，旨在表示能够接收干冰和一个或多个易腐物品以供运输的特别设计的容器。
如本文和全文所用，“运输”或“可运输性”或“可运输的”意指通过任何已知手段(包括但不限于空气、地面或水)从第一位置(例如，用户位置)运输或装运至第二位置(例如，中间或最终目的地)的设备。可通过包括但不限于包裹邮递、运送服务、/>运送服务等各种包裹投递服务进行运输或运送。
通过以下详细描述来更好地理解实施方案的各种元件的关系和功能。该详细描述设想了如在本公开的范围内的以各种排列和组合的特征、方面和实施方案。本公开因此可被指定成包括这些具体特征、方面和实施方案的任何此类组合和排列，或选择的它们中的一个或多个、由或基本上由这些具体特征、方面和实施方案的任何此类组合和排列，或选择的它们中的一个或多个组成。
在值的范围描述了参数的情况下，在本文中明确公开了在该范围内或限定某一范围的所有子范围、点值和端点。
所有物理特性、参数、尺寸和比率范围以及那些特性、尺寸、参数和比率的范围端点之间的子范围(包括端点)都被认为是在本文明确公开的。
附图是用于说明本发明的目的，并且不旨在按比例绘制。参照附图描述实施方案，附图中用相似的附图标记指代类似的元件。在每个附图中有意省略某些特征，以更好地说明根据本发明原理的干冰装运器的各个方面。如下所述的实施方案仅作为示例，并且本发明不限于附图所示的实施方案。
干冰装运器必须在若干方面可靠。在干冰装运器中运送的冷冻易腐物品具有温度上限，它们需要维持在该温度上限以下以确保它们的质量和/或结构完整性。不幸的是，许多商业上可获得的干冰装运器不能用合理量的干冰和可用的有效装载容积来维持足够的冷却持续时间。为了补偿较差的冷却持续时间并满足运输要求，干冰装运器利用太多的干冰，从而损害用于储存易腐物品的可用有效装载空间。另外，引入过多的干冰以克服较短的冷却持续时间会增加干冰装运器的尺寸、重量和装运成本。干冰装运器的增加的重量也可潜在地导致人体工学的困难，包括装运器的可运输性的困难。
在其它情况下，商业上可获得的干冰装运器可能表现出较差的温度控制，其中在装运器储存区内可能出现显著的温度梯度，该温度梯度落在冷冻生物材料的规定温度范围之外。另外，当干冰升华时，可商购的干冰装运器经受增加的温度变化。干冰在大气压下的正常升华温度约为-78.5℃。二氧化碳从固体到气体的升华相变是吸热过程。结果，干冰装运器内的干冰的一部分可能潜在地过冷到其平衡升华温度以下，因为干冰的另一部分吸收热量并升华。结果，干冰装运器的内部容积的直接邻近干冰的区域可能具有处于或低于正常升华温度的温度。干冰装运器的内部容积的不直接邻近干冰的其它区域可能比正常升华温度更温暖。当干冰装运器内的干冰的量由于升华而继续减少时，内部位置距最近干冰的平均分离距离增加，从而导致该位置处的温度增加。由于这种现象，当干冰继续升华时，干冰装运器的内部容积通常呈现出温度不均匀性。在运输过程中不能在所需的时间范围内将易腐物品(包括但不限于生物材料)维持在正确的冷冻温度可能会损坏所述材料。
更进一步地，干冰或用于干冰的液态二氧化碳前体在某些地理区域中不总是供应充足的。因此，本发明人认识到需要一种解决方案，该解决方案通过创建特别设计的干冰装运器来最小化所需的干冰的量，该干冰装运器对于给定体积的易腐物品能够以安全且受控的方式产生更长的冷藏时间。
本发明人在对现有的市售干冰装运器进行了广泛的测试和筛选后，直接观察到了上述缺陷(如下面关于比较例1-24所讨论的)。因此，本发明涉及具有独特结构特征的改进的干冰装运器，该独特结构特征被设计成提供与常规装运器相比的优化性能。
图1和2是用于描述本发明的某些方面的代表性示意图。图1和2示出了干冰装运器1。干冰装运器1具有由括号区域示出的内容物区域容积8。内容物区域容积8具有被设计成容纳与预定量的干冰22组合的一个或多个易腐物品21的容积。内容物区域容积8的为一个或多个易腐物品21分配的部分在本文中被称为VI。内容物区域容积8的剩余部分，即-未分配给一个或多个易腐物品21的部分被分配给干冰22并且在本文中被称为VD在干冰装运器1内的易腐物品21的精确量和预定数量的干冰22允许在整个运输持续时间内维持物品21的所需冻结温度。
内容物区域容积8被示出为单个且连续的空间，在该空间中一个或多个易腐物品21和干冰22可以相互混合或者彼此相邻地定位。然而，内容物区域容积8的第一部分中的干冰22和内容物区域容积8的第二部分中的一个或多个易腐物品21的精确空间关系不限于图1中所示的。图1所示的布置仅仅是一个示例。本发明构思了干冰22和一个或多个易腐物品21的不脱离本发明的精神的任何空间关系。例如，内容物区域容积8可具有一个或多个隔室或其它合适的分隔件或屏障状结构，以将位于其中的一个或多个易腐物品21的至少一部分与干冰22隔离。替代地，易腐物品21可以被储存在内容物区域容积8内的单独的隔室中。更进一步地，干冰22可以被储存在专用干冰区域内，诸如围绕易腐物品21延伸的环状区域。
参照图1，内容物区域容积8基本上由多个壁来包封。虽然在图1中未示出，但多个壁可由一个或多个外壁4和一个或多个内壁3组成。内壁3优选地与干冰装运器1的内容物区域容积8直接连通，并且外壁4优选地与周围环境23直接连通。离散的低压(即，真空)区形成并维持在一个或多个外壁4与一个或多个内壁3之间。多个内壁3和外壁4的结合产生了彼此离散的多个离散的低压隔热区(图1中未示出)。所述一个或多个离散的低压隔热区可以实现并且维持高度的隔热性能，如由某些设计参数所量化的，这些设计参数包括总传热系数(U)以及装载比率总传热系数(UR)，这两者将在以下更详细地说明。一个或多个离散的低压隔热区域将内容物区域容积8与从装运器1的周围环境23通过所述多个壁(3和4)进入的不可接受量的热隔离开(即，所谓的“热侵入”)。
应当理解，一个或多个离散的低压隔热区是一种类型的隔热。除了被配置为围绕内容物区域容积8的离散低压隔热区域之外，本发明还考虑了其他类型的隔热。一般来说，可利用合适的离散隔热元件来充分地使内容物区域容积8与不可接受量的热侵入隔热。
发明人已经认识到，干冰装运器的热侵入程度与干冰装运器1的“热通道接缝”强烈相关，并且这种热通道接缝的减少、最小化或消除可以增强干冰装运器1的性能。如本文和全文所使用的“热通道接缝”是指在干冰装运器1的多个离散的低压隔热区或其他类型的多个离散的隔热元件彼此相邻地放置或接合在一起的位置处存在的间隙、接缝或空隙。热量更容易通过这种热通道接缝泄漏到干冰装运器1中，并且本发明人已经观察到，大长度的热通道接缝会显著降低干冰装运器的性能。
当热通道接缝出现在与通向装运器的一个或多个开口不相关的两个离散的低压隔热区或其它类型的离散隔热元件之间时，热通道接缝被称为“隔热热通道接缝”。隔热热通道接缝的长度是接缝的最长尺寸，其被定向为最垂直于穿过接缝的热流的方向并且具有从周围环境23到干冰装运器1的内容物区域容积8中的最短路径。干冰装运器1的所有单独隔热热通道接缝长度的总和可以表示为总隔热热通道接缝长度，标示为Lins，并且以米为典型单位表示。
在一个优选实施例中，如图1所示，在隔热内壁3和外壁4中没有间断。因此，干冰装运器1具有由单个连续外壁4围绕的单个连续内壁3，且在内壁3与外壁4之间维持单个低压隔热区。结果，总隔热热通道接缝长度(Lins)等于0，这意味着沿着干冰装运器1的侧面和底部的隔热热通道接缝长度已经被消除。换句话说，不存在有利于热侵入内容物体积区域8的隔热热通道接缝。不存在通常由常规干冰装运器使用的多个离散的隔热壁元件。
除了需要减小、最小化或消除总隔热热通道接缝长度(Lins)之外，发明人还认识到图1和图2的干冰装运器1的一个或多个开口5可代表从周围环境23进入干冰装运器1的内容物区域容积8的显著热源。参照图2，干冰装运器1包括隔热帽9，该隔热帽将开口5与周围环境23隔离以在储存、保存和/或运输期间产生对内容物(即，干冰22和一个或多个易腐物品21)的限制。如图2中所示，帽9优选地包括跨越整个开口的盖10和装配到颈部区域6的整个横截面区域中的适当隔热材料的插塞11(下文更详细地描述且展示为图1中开口5与内容物区域容积8之间的括号区域)。插塞11的深度优选地基本适配颈部区域6的整个长度。当干冰装运器1的内容物(即，干冰22和一个或多个易腐物品21)没有被装载到装运器1的开口5中或从开口5移除时，帽9被保持在干冰装运器1上。由隔热帽9产生的这种所谓的“封闭”不完全密封开口5，从而允许由于干冰22的升华而在装运器1内部产生的二氧化碳自由地从内容物区域容积8逸出并且出现到周围环境23中。这种封闭防止了在装运器1内累积压力的可能性。
由隔热帽9形成的穿过开口5的通道的尺寸优选地被优化，以便最小化从周围环境23进入干冰装运器1的热量，同时允许二氧化碳废气排出以最小化内容物区域8的内部容积中的压力累积。
替代地，当干冰装运器1采用多于一个开口5时，应当理解，当一个或多个开口5中的每一个以上述方式装配有相应的隔热帽9时，装运器1被认为是“封闭的”或被认为处于“封闭状态”。
尽管示出了具有插塞11的隔热帽9，但是可以设想其它设计来产生通道或通路，二氧化碳废气可以通过该通道或通路从内容物区域容积8逸出，从而基本上减少或消除在装运器1中的物品的储存、保存和/或运输期间形成的二氧化碳气体的压力累积。可排出过量的二氧化碳压力同时使热增益最小化的任何合适的隔热帽都是可预期的。
当干冰装运器1处于封闭状态时，热通道接缝沿着每个开口5延伸。这种热通道接缝被称为“开口热通道接缝”。标示为Lopen的总开口热通道接缝长度以米的典型单位表示，并且计算为装运器1所包含的所有单独的开口热通道接缝长度的总和。例如，这种开口热通道接缝长度可以是圆形开口5的圆周长和矩形开口5的外周长。对于圆周长(对于小的圆形干冰装运器)和外周长(对于矩形干冰装运器)，本发明的总开口热通道接缝长度Lopen被设计成比具有类似预期有效装载容积的常规装运器更小。发明人已经观察到，每个开口潜在地损害外壁4和内壁3的隔热性能。虽然多个开口5对于内容物区域容积8的各个部段的可进入性来说可能是有利的，但是因为每个开口5用作进入干冰装运器1的进入点，所以它需要多个离散的低压隔热区中的一个或多个的对应的可移除部段，或多个离散的隔热元件中的一个或多个的对应的可移除部段。这种区域的一部分的移除可能通过允许干冰装运器对热侵入更敏感而降低总体性能。因此，根据本发明的原理，沿着干冰装运器1的进入开口的数量被最小化以减少可能的热传导路径，所述热传导路径具有增加进入干冰装运器1的热侵入的可能性。在本发明的优选实施例中，如图1和2所示，干冰装运器1被最佳地设计成具有单个开口。单个开口5的尺寸被确定为仅与能够装载干冰22和一个或多个易腐物品21所需的尺寸一样大。以这种方式，消除了尺寸过大的开口以最小化来自周围环境23的热侵入。图1和图2中的干冰装运器1示出了开口5，其用作主要且唯一的开口5，该开口被限制性地确定尺寸以允许用户将一个或多个易腐物品21和干冰22装载到内容物区域容积8中以及从内容物区域容积中移除。“限制性地确定尺寸”旨在排除尺寸极度或过度大的开口，所述尺寸极度或过度大的开口代表大的开口热通道接缝长度，所述大的开口热通道接缝长度导致从中通过的显著热侵入。
替代地，应当理解，本发明可以具有延伸到隔热外壁4和内壁3中的多于一个的开口，由此这样的开口5中的每一个被限制性地确定，使得能够装载干冰22和易腐物品21，而不是尺寸极度或过度大以便呈现导致从中通过的显著热侵入的相当大的开口热通道接缝长度。虽然这种设计可能由于总开口热通道接缝长度(Lopen)高于图1的总开口热通道接缝长度而倾向于更多的热侵入，但是具有多个开口的干冰装运器对于某些应用是可接受的，例如，由于较短的运输时间，较少的冷却持续时间就已足够的情况，和/或对于经由具有多个接入点的干冰装运器进行处理的便利性的需要超过最小化热侵入的收益的情况，这不脱离本发明的精神和范围。
已经设计了具有如下结构特征的改进的干冰装运器，其中总隔热热通道接缝长度(Lins)和总开口热通道接缝长度(Lopen)表示具有显著较低的传热阻力的路径，通过该路径发生从周围环境23进入内容物区域容积8的热侵入，干装运器1可通过以下由总热通道接缝长度LT来表征(通常以米为单位表达)，
LT＝Lins+Lopen (式1)
干冰装运器之间的热通道缝效应可以通过如下将总热通道缝长度LT标准化为被标示为LN的标准化总热通道缝长度来更有意义地进行比较：
其中Ls是干冰装运器1的三个外部尺寸的最大长度之和(例如，矩形容器的最大长度+最大宽度+最大高度，或者圆柱形容器的最大直径+最大直径+最大高度)。标准化总热通道接缝长度(LN)是量化干冰装运器1的某些结构特征的无量纲参数。较低的LN值表示特定干冰装运器1的热通道接缝的相对较低的发生率，这是最少的开口5和/或较小尺寸的开口5与需要接合的面板和/或壁的数量的减少(以便减少干冰装运器1的多个离散的低压隔热区域的数量)相结合的结果。在一个实施例中，干冰装运器1通过0.6或更小但大于0的标准化热通道接缝长度来参数化。在另一实施例中，干冰装运器1通过0.6或更小但大于约0.2的标准化热通道接缝长度来参数化。相反，常规干冰装运器被构造成具有显著更大的标准化热通道接缝长度的值，在0.8至3或更大的范围内，如以下表1中的示例装运器所示。等于0的总隔热热通道接缝长度(Lins)与被限制性地确定尺寸的单个开口限定的总开口热通道接缝长度(Lopen)的组合是本发明的一个方面，与如比较例13-18中所示和表1中所示的常规干冰装运器相比，本发明产生如示例9-12中所示和表2中所示的基本上较低的标准化总热通道接缝长度(LN)值。
进一步优选的是，每个开口5与装运器1的内容物区域容积8物理分离。参照图1，颈部区域6被限定为装运器1的内部容积的定位在开口5和内容物区域容积8之间的部分。尽管图1示出了具有单个颈部区域6的装运器1，但是具有多于一个开口5的装运器1(其中每个开口5具有如上文所限定的其自己的相关的颈部区域6)是本发明所预期的。干冰装运器1的内部容积的不包括颈部区域6的剩余部分旨在表示干冰22和/或易腐物品21可位于其中的内容物区域容积8。干冰22和易腐物品21不旨在储存在颈部区域6中。在优选实施例中，如上文所述，当装运器1封闭时，与帽9包括在一起的隔热材料的插塞11具有优选地基本上适配颈部区域6的全部长度的深度，这基本上排除或完全消除了干冰22或易腐物品21占据颈部区域内的位置。
进一步考虑的是，每个开口5与内容物区域容积8热隔离。这种热隔离可以通过由工业中已知的合适的可商购材料构造颈部6的内壁以表现出相对低的热导率来实现。
当热量从周围环境23进入干冰装运器1的内部容积时，装运器1的内容物区域8的容积的第一部分内的预定量的干冰22升华成二氧化碳蒸气(即，CO2气体或CO2废气)。特别地，以千焦每小时(kJ/hr)为单位的热侵入速率Q可以使用以下关系计算：
Q＝U*A*(Text-Tint) (等式3)
其中U是以千焦每小时每平方米每摄氏度(kJ/hr/m2/℃)为单位的装运器1的总传热系数，A是以平方米(m2)为单位的装运器1的内表面面积，Text是以摄氏度(℃)为单位的外部环境23的温度，并且Tint是以摄氏度(℃)为单位的内容物区域容积8的温度。本发明装运器表现出相对于传统装运器较低的总传热系数U。较低的总传热系数(U)表示对于进入内容物区域容积8的热侵入增加的阻力。在优选的实施方案中，当一个或多个开口5中的每一个被封闭时，装运器1具有小于0.5kJ/hr/m2/℃但大于0的总传热系数(U)，如以下示例1-4和17中所示。在另一个实施例中，在所有开口5封闭的情况下，装运器1具有0.5kJ/hr/m2/℃或更小但大于约0.1kJ/hr/m2/℃的总传热系数。更进一步地，在另一个实施例中，在所有开口5封闭的情况下，装运器1具有在大约0.15和0.5kJ/hr/m2/℃之间的总传热系数。表2列出了当示例性的本发明的装运器W、X、Y和Z处于封闭状态时的U值，并且示例17提供了示例性的本发明的装运器V的U值。相比之下，常规干冰装运器典型地具有范围在0.9kJ/hr/m2/℃与2kJ/hr/m2/℃之间或更大的显著更高的总传热系数值，如以下比较例1-6中所示并且在表1中列出的。
与常规装运器相比，本发明的干冰装运器1还在开放状态下提供好得多的抗热侵入性(即，当装运器1的开口5通过移除隔热帽9而向周围环境23开放时)。对热侵入的开放状态阻力是重要的，因为如果使用者频繁地接近装运器的内容物或者如果意外地移除盖，则装运器可能在开放状态下度过大量时间。在优选实施例中，当一个或多个开口5中的每一个开口开放时，装运器1具有小于1.0kJ/hr/m2/℃但大于0的总传热系数(U)。在另一实施例中，在所有开口5开放的情况下，装运器1具有1.0kJ/hr/m2/℃或更小但大于约0.2kJ/hr/m2/℃的总传热系数。如实施例5-8和17中所述并在表2中列出的，本发明的示例性的创造性的装运器W-Z和V的总传热系数(U)为0.31-0.93kJ/hr/m2/℃。令人惊讶的是，当每个装运器1的开口5未装配有隔热帽9并因此与周围环境23接触时，示例性的本发明的装运器的总传热系数(U)增加至小于预期的值。相比之下，当处于开放状态时，常规的干冰装运器典型地具有范围在3kJ/hr/m2/℃与5kJ/hr/m2/℃之间或更大的显著更高的总传热系数值，如以下比较例7-12中所示并在表1中所列。对于装运器A-F，在开放和封闭状态下的U的这些显著更高的值被认为代表了常规装运器的较差性能。
除了改进的U之外，本发明的装运器1还被设计成相对于常规装运器能够分配更少体积的干冰22和更多体积的易腐物品21。在这点上，本发明引入了称为装载比的新参数，表示为R，其被定义为内容物区域容积8的用于容纳干冰22的具有值VD的第一部分与内容物区域容积8的用于容纳一个或多个易腐物品21的具有值VI的第二部分的比率。
装载比(R)表示每单位体积易腐物品所利用的冷藏量。参照图1，内容物区域容积8在用于保存一个或多个易腐物品的体积VI(以m3为单位)和用于保存干冰的体积VD(以m3为单位)之间分配。一般而言，用于容纳干冰22的体积的增加增加了用于将一个或多个易腐物品21维持在冷冻状态的干冰装运器1的装载比(R)和潜在的冷藏能力，但是也减少了容纳一个或多个易腐物品21的可用空间。相反地，用于容纳干冰22的体积的减小减小了用于将一个或多个易腐物品21维持在冷冻状态的干冰装运器1的装载比(R)和潜在的冷藏能力，但是增加了在其中容纳一个或多个易腐物品21的可用空间。本发明可产生并维持足够的冷藏能力，而不会不必要地减小分配用于保持一个或多个易腐物品21的体积。
在一个实施方案中，本发明的装运器具有可以取4或更小但大于0的任何值的装载比参数R，其小于如表1中针对示例性装运器所示的需要范围从6至13的装载比的常规装运器。在另一个实施方案中，本发明的装载比参数(R)为4或更小，但大于0.5。表2列出了用于示例性的本发明的装运器W、X、Y和Z的R值。与常规装运器相比，本发明的较低装载比参数(R)可令人惊讶地产生足够的冷藏能力，且内部容积中的干冰22的量相对较小，同时产生可用于易腐物品21的更多内部容积。
最小化总传热系数(U)和装载比(R)后，本发明可进一步参数化。干冰装运器1的总传热系数(U)被标准化为装载比总传热系数(UR)，其被计算为U和R的乘积。
UR＝U*R (式5)
装载比总传热系数(UR)是本发明的装运器的性能的有意义的指标，其用作总传热系数(U)的标准化值，这使得本发明的干冰装运器1的性能能够相对于常规装运器进行评估。装载比总传热系数(UR)代表本发明的关键设计标准，因为该参数在设计中考虑了装运器1中的在内容物区域容积8的第一部分内的相对较低量的干冰22(VD)，该第一部分被配置成对内容物区域容积8的第二部分中保存的相对较大量的易腐物品(VI)提供有效冷藏。在一个实施方案中，当一个或多个开口5中的每一个被封闭时，干冰装运器1的装载比总传热系数(UR)小于2kJ/hr/m2/℃，但大于0；在另一个实施例中，当一个或多个开口5中的每一个被封闭时，为1.85kJ/hr/m2/℃或更小，但大于0。在另一个实施方案中，当一个或多个开口5中的每一个开口开放时，装载比总传热系数(UR)小于4kJ/hr/m2/℃，但大于0；在另一个实施例中，当一个或多个开口5中的每一个开口开放时，3.5kJ/hr/m2/℃或更小，但大于0.5kJ/hr/m2/℃。表2列出了在封闭状态和开放状态下示例性的本发明的装运器W、X、Y和Z的UR值，并且示例17提供了示例性的本发明的装运器V的UR值。通过将每个装运器的R值乘以在封闭状态下确定的相应U值来确定封闭状态下的UR。通过将每个装运器的R值乘以在开放状态中确定的对应U值来确定开放状态中的UR。每个装运器的R值在封闭状态和开放状态下保持相同。通过比较，本发明人已经确定，当装运器的开口被封闭时，常规的干冰装运器具有显著更高的装载比总传热系数(UR)(表1)，这可归因于较差冷却，该较差冷却是由于次等隔热性能结合每单位体积易腐物品需要相对更多干冰的内部容积(与本发明所需相比)而导致的。此外，当装运器将其各自的帽从开口移除并暴露于周围环境时，常规装运器的UR性能恶化；表1显示出当装运器对周围环境开放时UR值显著更高。与常规装运器相比，本发明的相对较低的装载比总传热系数UR表明了优异的总体性能，同时维持了提供可被运输并被人机工程学地处理的总体紧凑的装运器的能力。
本发明进一步用标示为F的标准化装载比热通道因子来参数化干冰装运器1的结构特征，所述标准化装载比热通道因子被定义为标准化热通道接缝长度(LN)和装载比(R)的乘积。
F＝LN*R (式6)
其中LN和R如上文所定义和描述。标准化装载比热通道因子(F)是无量纲参数，其为装运器的性能比较提供有意义的基础。较低的F值是理想的，因为它表示干冰装运器更有效地使用其有效装载空间来运送冷冻物品。在优选的实施方案中，本发明的干冰装运器具有1.5或更小但大于0的标准化装载比热通道因子(F)。如示例9-12中所述和表2中所列的，本发明的示例性的创造性的装运器W-Z的标准化装载比热通道因子(F)在0.50至1.06的范围内。相比之下，并且如将在下面解释的，如通过比较例13-18中的装运器A-F的测试所证明的并且在表1中所列出的，常规干冰装运器的标准化装载比热通道因子(F)的值在约6至34的范围内。
本发明的干冰装运器1以优化的方式进行设计，以便呈现有利的温度行为和趋势。在优选实施例中，当至少10vol％的内容物区域容积8被干冰22占据且干冰装运器1的一个或多个开口5中的每一个处于封闭状态时，本发明的干冰装运器1具有将内容物区域容积8内的所有位置维持在-70℃或-70℃以下的能力。在另一个实施例中，当内容物区域容积8的至少2vol％被干冰22占据时，本发明的干冰装运器1在结构上被配置成将内容物区域容积8内的所有位置维持在-60℃或以下。例如本发明干冰装运器W-Z的性能数据在图4、6、9和10中与实施例13-16中所述的相应测试一起被图示。相比之下，当多达70vol％至80vol％的内容物区域容积被干冰占据并且干冰装运器的一个或多个开口中的每一个被封闭时，许多常规装运器(如在比较例19-24中由装运器A-F表示并在图3和图5中示出的)不能将内容物区域容积内的所有位置维持在-70℃以下。此外，如图3和5所示，当较少的干冰占据内容物区域容积时，这种常规装运器的温度能力以基本上线性的方式变得显著更差。在这点上，图3示出了当干冰从约80vol％减少到10vol％时，在内容物区域容积中测量的最热温度的快速增加。
本发明的干冰装运器被构造成当它们的干冰内容物升华离开时，与常规装运器所表现出的行为相比，提供对内部温度变化的令人惊讶的高阻力。这种阻力通过针对内容物区域容积8的含有部分升华后剩余的干冰22的百分比的特定值确定在内容物区域容积8中测量的最热温度的平均变化率(以下简称为“最热温度的平均变化率”)来表征，该平均变化率由以下计算序列定义。首先，确定(a)减去(b)的温度差，其中(a)是当用于容纳干冰22的内容物区域容积8的部分被最大地装载干冰22时(内容物区域容积8的剩余部分容纳易腐物品21)在内容物区域容积8中测量的最热温度；
(b)是当干冰22升华时在内容物区域容积8中测量的最热温度，并且从最大装载量降低到内容物区域容积8的包含干冰22的百分比的特定值。第二，(a)减去(b)的温度差除以(x)减去(y)的包含干冰22的内容物区域容积8的百分比的值的差，其中(x)对应于(a)处的内容物区域容积8的包含最大量干冰的百分比；并且(y)对应于在升华以产生(b)之后内容物区域容积8的含有干冰的百分比。在本发明的一个实施例中，当干冰22升华并且在干冰装运器1的内容物区域容积8中从占据高达约80vol％的初始量减少到占据小于初始量的内容物区域容积8的百分比并且不小于内容物区域容积8的约10vol％的最终量时，在内容物区域容积8的包含干冰22的百分比上每增加1vol％的减少，初始量与最终量之间的最热温度的平均变化率在0与0.05摄氏度之间(这意味着平均变化率的单位此后在本文中和图5、6和10中缩写为“℃/％”)。在另一个实施方案中，最热温度在初始量和最终量之间的平均变化率为0-0.03℃/％。相比之下，常规装运器的最热温度的平均变化率通常在0.2至2.0℃/％的范围内，甚至更高的值也是可能的。
基于图3和4中所示的数据，常规装运器A-F和本发明的装运器W-Z的最热温度的平均变化率的结果分别示于图5和图6中。如图5所示，常规装运器A-F的最热温度的平均变化率通常在约0.3至0.8℃/％之间。此外，常规装运器A-F还表现出显著大于0.8℃/％的最热温度的平均变化率值，这表明当干冰随时间升华时，常规装运器甚至倾向于更大量的内部升温。相反，当干冰22升华并且在内容物区域容积8内的量减少时，本发明表现出对装运器内容物区域容积8的最热温度变化的阻力。事实上，如图6中所示和示例13-16中所述，当干冰22升华并且在干冰装运器1的内容物区域容积8中从初始占内容物区域容积8的约80vol％减少到占内容物区域容积8的约10vol％时，本发明装运器W-Z的最热温度的平均变化率保持相对恒定，仅表现出0和0.03℃/％之间的最热温度的平均变化率。
还应注意，当干冰22升华时，干冰装运器1的内容物区域容积8内的任何位置的测量温度的平均变化率将类似于最热位置的测量温度的平均变化率(见示例性的图10)。在本发明的一个实施例中，当干冰22升华并且在干冰装运器1的内容物区域容积8中从占据高达约80vol％的初始量减少到占据内容物区域容积8的小于初始量的百分比并且不小于内容物区域容积8的约10vol％的最终量时，干冰装运器1内的任何位置的温度的平均变化率在0与0.05℃/％之间，并且在另一个实施例中，任何位置的温度的平均变化率在0与0.03℃/％之间。
如图7和8中所示的测试结果所证明的，本发明的干冰装运器1还表现出改善的温度均匀性。关于本发明，温度均匀性以“最大温度差”为特征，“最大温度差”定义为针对装运器的内容物区域容积8的含有干冰的特定百分比，在干冰装运器1的内容物区域容积8中测量的最热温度与干冰22的正常升华温度之间的差。应当理解的是，为了与其他装运器进行比较，不需要考虑干冰的过冷效应来获得装运器内部的最大温度差的合理估计。在本发明中，当仅约5vol％的内容物区域容积8容纳干冰22(参见图8和示例13-16)且一个或多个开口5中的每一个处于封闭状态时，最大温度差小于10摄氏度，并且在另一实施例中，当仅约10vol％的内容物区域容积8容纳干冰22(参见图8和示例13-16)时，最大温度差小于8摄氏度。相反，当处于封闭状态的常规装运器的内容物区域容积的约5vol％含有干冰时，结果明显更差；具有图7中所示的结果数据的比较例19-24表现出65-80摄氏度的最大温度差，这展示出比本发明的不均匀性大8-10倍的不均匀性。此外，如图7所示，当较少的干冰22占据内容物区域容积8时，常规装运器内的最大温度差以基本上线性的方式恶化。在这点上，图7示出了当干冰22从高达约80vol％减少到10vol％时，内容物区域容积8内的最大温度差的快速增加。相反，当干冰22升华并且在内容物区域容积8内的量减少时，本发明表现出对其最大温度差变化的抗性。事实上，如图8所示以及示例13-16中所述，当干冰22升华并且在干冰装运器1的内容物区域容积8中从占内容物区域容积8的约80vol％减少到占内容物区域容积8的约10vol％时，本发明的装运器W-Z内的最大温度差保持相对恒定。
基于图7和图8所示的数据，分别计算传统装运器A-F和本发明的装运器W-Z在内容物区域容积8的含有干冰的百分比的特定值处的内容物区域容积8内的最大温度差的平均变化率(以下简称为“最大温度差的平均变化率”)。首先，确定(c)减去(d)的温度差，其中(c)是当用于保持干冰22的内容物区域容积8的部分被最大地装载干冰22(内容物区域容积8的剩余部分保持易腐物品)时在内容物区域容积8中测量的最大温度差；(d)是当干冰22升华时在内容物区域容积8中测量的最大温度差，并且从最大装载量减小到内容物区域容积8的包含干冰22的百分比的特定值。第二，(c)减去(d)的温度差除以(e)减去(f)的内容物区域容积8的含有干冰的百分比的值的差，其中(e)是对应于(c)的内容物区域容积8的含有干冰的百分比；(f)是内容物区域容积8的含有对应于(d)的干冰的百分比。比较在干冰装运器1中测量的最热温度和最大温度差的定义(以及图3、4、7和8中的示例性数据的绘图)，最大温度差的平均变化率与在相同条件下同一装运器的最热温度的平均变化率相同。因此，本发明的一个实施例呈现出，当干冰22升华并且在干冰装运器1的内容物区域容积8中从占据高达约80vol％的初始量减少到占据内容物区域容积8的小于初始量的百分比并且不小于内容物区域容积8的约10vol％的最终量时，干冰装运器1内的最大温度差的平均变化率在0与0.05℃/％之间，并且在另一个实施例中，最大温度差的平均变化率在0与0.03℃/％之间。同时，常规的装运器通常呈现出在0.3℃/％和0.8℃/％之间的大得多的最大温度差变化率，并且特别地还包括最大温度差的更大的平均变化率。
应当理解，本发明的干冰装运器可适用在发明人的序列号No.16/223,233的申请中描述的预填充CO2发明技术；在序列号No.15.645,152的申请中描述的设备；在序列号No.16/221,906的申请中描述的包括自动填充系统的自动系统；美国专利No.10,712,072和序列号No.16/895,688的申请的可运输的原位容器和填充系统；以及美国专利No.10,330,200和序列号No.16/510027的申请的用干冰热填充隔热容器的方法和系统，出于所有目的通过引用将它们各自的全部内容并入本文。
应当理解，关于本发明描述的一个或多个实施例的任何组合都在本公开的范围内。例如，在本发明的一个方面中，干冰装运器1可具有与低温均匀性相结合的0.5kJ/hr/m2或更小但大于0的装载比总传热系数(UR)，使得当内容物区域容积8的2vol％至50vol％包含预定量的干冰22时，干冰装运器1的内容物区域容积内的所有可用位置都维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度，如在一个或多个开口中的每一个基本上被隔热帽9封闭的条件下所确定的。在另一实施例中，干冰装运器1可具有标示为LN的标准化总热通道接缝长度，其为0.6或更小但大于0，其与被标示为U并且具有1kJ/hr/m2/℃或更小但大于0的值的总传热系数相结合，其中总传热系数(U)的所述值在容器的所述一个或多个开口中的每一个暴露于周围环境的条件下确定。一般而言，本文描述的实施例的任何组合能够实现比常规干冰装运器的典型性能显著更好的性能。
发明人在以下测试中证明了本发明干冰装运器相对于常规装运器的性能的显著改进。如下所述，“比较例”是指对传统装运器进行的测试。而“实施例”旨在表示对本发明的装运器进行的测试。被标示为A、B、C、D、E和F的常规装运器代表市场上可获得的最高性能的干冰装运器并且代表基准工业标准。装运器A和B是由Sonoco Thermosafe制造的ThermoSafe EPS装运器(439和110LB4)；装运器C是由Cold Chain Technologies制造的KoolTemp隔热装运器(STS-U186-DIUL)；装运器D、E和F是由Pelicoan BioThermal，LLC制造的NanoCool隔热装运器(2-85430、2-98630和2-1191030)。下面的表1表示它们各自的尺寸和物理性能。装运器A、B、C、D、E和F表现出围绕其内容物区域容积延伸的一系列的隔热材料。
作为比较的基础，根据本发明制备了五个另外的装运器，并在下文中表示为V、W、X、Y和Z。装运器具有一系列尺寸。表2示出了根据发明人进行测试的结果的本发明的运送品W、X、Y和Z所表现出的特性；装运器V的特性总结在示例17中。
比较例1-6(U、R和UR，对周围环境封闭的常规装运器)
测试了每个常规装运器A-F以确定它们各自的总传热系数(U)、装载比(R)和相应的装载比总传热系数(UR)。每个装运器具有单个开口，向其中引入2毫升(mL)冻存小瓶和干冰。每个冻存小瓶填充有1.8mL自来水。在装载到装运器A-F中之前，冻存小瓶在24小时内被冷冻到-79℃以模拟冷冻的易腐物品在装运器A-F中的储存。与每个装运器A-F一起使用的冻存小瓶的数量和用于冻存小瓶的额外包装(例如，袋或低温箱)在表1中被列出。装运器A、B、C、E和F使用尺寸为长5.25英寸、宽5.25英寸、高2英寸的低温箱。单个低温箱具有足够的容积以容纳81个冻存小瓶。
所采用的特定包装和包装的量取决于每个装运器A-F的尺寸。在这点上，发明人将1个低温箱装载到装运器A和E中(即，总共81个冻存小瓶)；3个低温箱装载到装运器B中(即，总共243个冻存小瓶)；2个低温箱装载到装运器F中(即，总共162个冻存小瓶)；5个低温箱装载到装运器C中(总共405个冻存小瓶)；并且将1个袋装载到装运器D中(即，总共20个小瓶)。
将已知量的低温箱或袋装载到装运器A-F中后，确定所述低温箱和袋所占据的容积，如表1中VI的值所示。另外，通过表1中列出的每个装运器A-F的内容物区域的长度、宽度和高度确定每个装运器A-F的内容物区域容积。内容物区域容积和VI之间的差等于引入每个装运器A-F中的干冰的量(VD)。
接着，如式(4)所示，按照VD/VI求出各装运器A～F的装载比R。表1示出了装运器A-F的R值范围为6.8-13.0。
装运器A-F用其附带的隔热盖来封闭，然后在封闭后约1小时称重，以允许装运器及其内容物有足够的时间与装载的干冰充分平衡。该第一重量测量结果表示装运器A-F的起始重量。将装运器A-F在正常的室内条件(20℃)下再静置约24小时，在此期间干冰升华成二氧化碳蒸气，其随后通过盖件和开口之间的间隙或通道排放到外部大气中，从而防止装运器A-F中的压力累积。在24小时的持续时间之后，确认存在干冰保留在每个装运器A-F中，并且将装运器A-F称重以获得第二重量测量结果。第一次和第二次重量测量结果之间的差异是在24小时测试期间升华到二氧化碳蒸气中的干冰的量。重量变化除以24小时表示表1中所列的每个装运器A-F的升华速率。
进入装运器A-F中的热侵入Q通过将干冰的升华速率乘以干冰的升华焓(571kJ/kg)来计算。在24小时测试期间，观察到装运器A-F的内容物区域容积内的平均温度近似等于干冰的正常升华温度(-78.5℃)，并且计算外部温度(20℃)和内部温度(-78.5℃)之间的差。从基于升华速率计算的热侵入；基于装运器A-F的尺寸的已知内表面面积；以及外部温度和内部温度之间的差值，使用上文所示的式(3)计算总传热系数U。对于处于封闭状态的装运器A-F的总传热系数(U)的所得值示出在表1中。总传热系数(U)范围从0.91至1.87kJ/hr/m2/℃。
然后使用式(5)来计算相应的装载比总传热系数(UR)。所得值于表1中。当装运器A-F封闭时，装载比总传热系数范围从11.58至15.87kJ/hr/m2/℃。
示例1-4(U、R和UR，对周围环境封闭的本发明的装运器)
测试了本发明的装运器W、X、Y和Z中的每一个以确定它们各自的总传热系数(U)、装载比(R)和相应的装载比总传热系数(UR)。每个装运器W、X、Y和Z具有单个开口，向其中引入2毫升(ml)冻存小瓶和干冰。类似于比较例1-6，每个冻存小瓶填充有1.8mL自来水。在装载到装运器W-Z中之前，冻存小瓶在24小时内被冷冻到-79℃以模拟冷冻的易腐物品在装运器W-Z中的储存。与每个装运器W-Z一起使用的冻存小瓶的数量和用于冻存小瓶的额外包装(例如，袋，冻存条或低温箱)也在表2中被列出。装运器Z使用低温箱，其尺寸为长5.25英寸、宽5.25英寸、高2英寸，每个低温箱能够容纳81个冻存小瓶。装运器X和Y使用了冻存条，冻存条是通常用于保持生物样本的标准竖直定向结构，每个冻存条能够保持5个冻存小瓶。装运器W使用了袋，其中每个袋能够储存10个小瓶。
所采用的特定包装和包装量取决于每个装运器W-Z的尺寸。在这点上，发明人将2个袋装载到装运器W中(即，总共20个冻存小瓶)；14个冻存条装载到装运器X中(即，总共70个冻存小瓶)；56个冻存条装载到装运器Y中(即，总共280个冻存小瓶)；并且5个低温箱装载到装运器Z中(即，总共405个冻存小瓶)。
将已知量的冻存小瓶分别装载到每个装运器W-Z的袋、冻存条和低温箱中后，确定所述袋、冻存条和低温箱所占的容积，如表2中VI的值所示。另外，通过表2中列出的每个装运器W-Z的内容物区域的直径和高度确定每个装运器W-Z的内容物区域容积。内容物区域容积和VI之间的差等于引入每个装运器W-Z中的干冰的量(表示为VD)。
接着，按照VD/VI确定填充率R。表2示出了R值范围从0.9至3.6。这些R值显著低于具有范围为6.8至13.0的R值的常规装运器A-F的R值。装运器W-Z的较小R值表示本发明在不损害冷却持续时间的情况下储存更多易腐物品和更少干冰的能力。
用帽封闭装运器W-Z，然后在封闭后约1小时称重，以允许装运器及其内容物有足够的时间与装载的干冰充分平衡。该第一重量测量结果表示装运器W-Z的起始重量。将装运器W-Z在正常的室内条件(20℃)下再静置约24小时，在此期间干冰升华成二氧化碳蒸气，其随后通过帽的插塞和装运器开口之间的通道排放到外部大气中，从而防止装运器W-Z中的压力累积。在24小时的持续时间之后，确认存在干冰保留在每个装运器A-F中，并且将装运器W-Z称重以获得第二重量测量结果。第一次和第二次重量测量结果之间的差异是在24小时测试期间升华到二氧化碳蒸气中的干冰的量。重量变化除以24小时表示表2中所列的每个运送W-Z的升华速率。
进入装运器中W-Z的热侵入Q通过将干冰的升华速率乘以干冰的升华焓(571kJ/kg)来计算。在24小时测试期间，观察到装运W-Z内容物区域容积内的平均温度近似等于干冰的正常升华温度(-78.5℃)，并且计算外部温度(20℃)和内部温度(-78.5℃)之间的差。从基于升华速率计算的热侵入；基于装运W-Z尺寸的已知内表面面积；以及外部温度和内部温度之间的差值，使用上文所示的式(3)计算总传热系数U。对于处于封闭状态的装运器W-Z的总传热系数(U)的所得值示出在表2中。总传热系数(U)范围从0.16至0.28kJ/hr/m2/℃，其显著低于常规装运器A-F的范围从0.91至1.87kJ/hr/m2/℃的U。较低的U证实了本发明维持比常规装运器A-F更好的冷却持续时间的能力。
使用式(5)计算相应的装载比总传热系数(UR)，，其为U和R的乘积。所得值示出在表2中。当装运器W-Z处于封闭状态时，装载比总传热系数UR范围从0.15至0.67kJ/hr/m2/℃，这在数量级上低于常规装运器A-F(其范围从11.58至15.87kJ/hr/m2/℃)。本发明的装运器W-Z的较低UR是关键性能参数，其指示延长的冷却持续时间，同时与常规装运器相比维持以相对较少的干冰储存足够量的易腐物品的能力(如由比较例1-6的测试所表示的)。
比较例7-12(U、R和UR，向周围环境开放的常规装运器)
测试了每个常规装运器A-F以确定在装运器A-F处于开放状态的情况下它们各自的总传热系数(U)、装载比(R)以及对应的装载比总传热系数(UR)，这代表了旨在评估装运器A-F的性能的最坏情况场景。开放状态被定义为从装运器A-F中的每一个移除相应的隔热盖件，使得装运器A-F的单个开口暴露于周围环境。
除了从每个装运器A-F的单个开口移除隔热盖件之外，其余的测试过程基本上类似于比较例1-6和示例1-4中所述的过程。
将干冰装载到装运器A-F中以填充体积VD，然后将隔热盖件插入到每个装运器A-F的单个开口中以封闭装运器。装运器A-F维持封闭一小时，然后称重。该第一重量表示装运器A-F的起始重量。接着，将每个装运器A-F的隔热盖件从其各自的开口中移除。
将开放的装运器A-F在正常的室内条件(20℃)下保持不受干扰约24小时，在此期间干冰升华成二氧化碳蒸气，其随后通过装运器A-F的相应开口自由流出。因为装运器A-F是开放的并且暴露于周围环境，所以观察到装运器A-F的内部温度(即，内容物区域容积的温度)在24小时内基本上不等于干冰的正常升华温度(-78.5℃)。因此，内部温度近似为干冰的正常升华温度和在24小时的时间点处在装运器A-F的内容物区域容积中测量的最热温度的平均值。对于所有装运器A-F，发明人观察到内容物区域容积中最热温度总是在靠近装运器A-F的相应开口的位于其顶部附近的区域中测得。记录在24小时的时间点处测量的温度值并列在表1中。
在24小时的持续时间后，确认存在干冰保留在每个装运器A-F中。再次称重装运器A-F以获得第二次重量测量结果。第一次和第二次重量测量结果之间的差异是在24小时测试期间升华到二氧化碳蒸气中的干冰的量。重量变化除以24小时表示装运器A-F开放时的升华速率，如表1中所列。
进入装运器A-F的热侵入(Q)通过将干冰的升华速率乘以干冰的升华焓(571kJ/kg)来计算。使用上文所述和表1中列出的内部温度的近似值计算内部温度与外部温度(20℃)之间的差值。从根据基于升华速率计算的热侵入(Q)；基于装运器A-F的尺寸的已知内表面面积；以及外部温度和内部温度之间的差异，计算在装运器A-F开放的情况下的总传热系数(U)并示出在表1中。总传热系数(U)范围从3.32至4.90kJ/hr/m2/℃。利用在比较例1-6中测定的R值，计算装载比总传热系数(UR)并示出在表1中，其范围从30.8至62.4kJ/hr/m2/℃。
示例5-8(U、R和UR，向周围环境开放的本发明的装运器)
测试本发明的装运器W-Z中的每一个以确定其各自的总传热系数(U)、装载比(R)和相应的装载比总传热系数(UR)，其中装运器W-Z处于开放状态。测试程序与比较例7-12中所述的相同。计算装运器W-Z开放时的总传热系数(U)并示出在表2中。总传热系数(U)范围从0.31至0.82kJ/hr/m2/℃，其显著低于常规装运器A-F的范围从3.32至4.90kJ/hr/m2/℃的U。本发明的较低的U(装运器W-Z直接暴露于周围环境)用于加强本发明在传统装运器A-F呈现出较差表现的最坏情况下表现得明显更好的能力。
利用实施例1-4中确定的R值，计算装载比总传热系数(UR)并示出在表2中，其范围从0.75至1.29kJ/hr/m2/℃，这也显著低于常规装运器A-F的装载比总传热系数(UR)，其范围为30.8至62.4kJ/hr/m2/℃。本发明的装运器W-Z在封闭状态和开放状态之间的U和UR的绝对值的增加不如在常规装运器A-F中观察到的剧烈。
比较例13-18(常规装运器的接缝长度和标准化装载比热通道因子)
常规装运器A-F中的每一个根据它们的接缝长度来进行表征。首先，确定总隔热热通道接缝长度(Lins)。隔热热通道接缝出现在两个隔热板或隔热壁在装运器的一侧上结合在一起的位置。发明人注意到，装运器A、B和C中的每一个不具有隔热热通道接缝，这意味着在隔热壁中不存在不连续性。装运器D、E和F被测量为相应地具有1.1m；1.57m和2.08m的总隔热热通道接缝长度，如表1所示。
接着，确定总开口热通道接缝长度(Lopen)。开口热通道接缝沿着装运器开口的外周而存在。对于装运器A-F中的每一个，总开口热通道接缝长度被测量分别为0.71m、1.22m、1.65m、0.67m、0.90m和1.03m，如表1中所列出的。
接下来，将装运器A-F的总热通道接缝长度LT(以m为单位)计算为总隔热热通道接缝长度(Lin)和总开口热通道接缝长度(Lopen)之和。值示出在表1中。
为了提供有意义的能够与其它装运器进行比较的热通道缝长度测量结构，而不管它们的尺寸，总热通道缝长度LT通过除以LS被转换成标准化值，LS表示特定装运器的三个主要外部尺寸的总和。这里，所有装运器的形状都是矩形的，因此最大长度、宽度和高度的总和产生装运器A-F中每一个的LS值。LT除以LS产生标准化总热通道接缝长度，表示为LN(式2)并列在表1中。
在确定了LN和R之后，基于式(6)计算被称为标准化装载比热通道因子(F)的关键设计特征。结果示出在表1中。
示例9-12(本发明的装运器的接缝长度和标准化装载比热通道因子)
本发明的装运器W-Z中的每一个根据它们的接缝长度进行表征。首先，确定总隔热热通道接缝长度(Lins)。隔热热通道接缝出现在两个隔热板或隔热壁在装运器的一侧上结合在一起的位置。发明人注意到，装运器W、X、Y和Z中的每一个不具有隔热热通道接缝，这意味着在隔热壁中不存在不连续性。因此，表2示出了对于每个装运器W-Z，Lins＝0。
接着，确定总开口热通道接缝长度(Lopen)。开口热通道接缝沿着装运器开口的外周而存在。对于每个装运器W-Z，总开口热通道接缝长度被测量为其开口的圆周长，其分别为0.28m、0.28m、0.48m和0.68m，如表2中所列出的。
接下来，将装运W-Z总热通道接缝长度LT(以m为单位)计算为总隔热热通道接缝长度(Lin)和总开口热通道接缝长度(Lopen)之和。值列出在表2中。
为了提供有意义的能够与其它装运器进行比较的热通道缝长度测量结构，而不管它们的尺寸，总热通道缝长度LT通过除以LS被转换成标准化值，LS表示特定装运器的三个主要外部尺寸的总和。这里，所有的装运器W-Z都是圆柱形的，因此最大外部尺寸是最大直径及其最大高度。为了与为矩形形状的装运器A-F获得的用于LS计算的三个外部尺寸的使用一致，圆柱形装运器W-Z的LS值等于最大直径+最大直径+最大高度。LT除以LS产生标准化总热通道接缝长度，表示为LN(式2)并列在表2中。表2与表1的比较表明，具有范围从0.30到0.54的值的本发明装运器W-Z的标准化总热通道接缝长度(LN)显著小于具有范围从0.84到2.97的值的常规装运器A-F的标准化总热通道接缝长度。
在确定了LN和R之后，基于式(6)计算本发明的装运器W-Z的被称为标准化装载比热通道因子F的关键设计特征。结果列出在表2中。表2与表1的比较表明，具有范围从0.50至1.06的值的本发明的装运器W-Z的标准化装载比热通道因子(F)显著小于具有范围从5.72至34.05的值的常规装运器A-F的标准化装载比热通道因子。总之，与常规装运器A-F相比，本发明的较低的F和LN参数表现出产生更有效和更好性能装运器而不必引入更多干冰或减少有效装载容积的热通道特征。
比较例19-24(图3、图5和图7)
测试每个常规装运器A-F以确定内容物区域容积中最热温度和装运器维持温度均匀性的能力，其作为装运器内剩余干冰百分比的函数。在完成上述测试以确定各自的总传热系数(比较例1-6和7-12)之后，允许将对应于常规装运器A-F的冻存小瓶、冻存条和袋保留在常规干冰装运器内部，并且随后用干冰重新填充装运器并封闭。将T型热电偶放置在每个装运器中盖件下侧的内容物区域容积内。该位置提供在内容物区域容积中测量的最热温度(在下文中，也称为“最热温度”)。以这种方式，当每个装运器在正常室内条件(20℃)下不受干扰并且干冰经历升华时，测量并监测最热温度。另外，测量每个装运器(A-F)的重量以确定在装运器内部进行升华之后剩余的干冰的量和装运器的内容物区域容积被干冰占据的相应百分比。
所得到的性能数据在图3、5和7中针对装运器A-F被绘制出来。在每种情况下，水平轴是装运器的内容物区域容积的含有干冰的百分比，并且对于装运器的内容物区域容积的含有干冰的百分比的起始测量结果小于100vol％，因为冻存小瓶、冻存条或袋内的物品占据了内容物区域容积的一部分。
图3在竖直轴上示出了在装运器的内容物区域容积内测量的最热温度，其作为装运器的内容物区域容积的含有干冰的百分比的函数。图5示出根据图3中的数据计算的装运器的内容物区域容积内的最热温度的平均变化率。
装运器的最冷区域出现在干冰的表面处，并且其温度近似为干冰的正常升华温度-78.5℃。使用来自图3的数据，计算在装运器的内容物区域容积中测量的最热温度与干冰的正常升华温度(-78.5℃)之间的差，并且绘制在图7的竖直轴上。为了与其他装运器进行比较，不需要考虑干冰的过冷效应来获得装运器内部的最大温度差的合理估计。一般而言，所有装运器A-F表现出不令人满意的温度均匀性，如在每个装运器的内容物区域容积的最热区域和最冷区域中测量的温度之间的大温度差所证明的。
示例13-16(图4、图6、图8、图9和图10)
本发明的装运器W-Z中的每一个都按照比较例19-24所述的完全相同的方式和条件进行了测试，以确保可以进行常规装运器和本发明装运器的适当比较。T型热电偶被放置在容物区域容积内在所述发明的装运器W-Z的每一个中的盖件的插塞的下侧处。该位置提供最热温度。以这种方式，当每个装运器在正常室内条件(20℃)下不受干扰并且干冰经历升华时，测量并监测最热温度。还进行重量测量以确定在装运器内进行升华之后剩余的干冰的量和装运器的内容物区域容积被干冰占据的相应百分比。所得性能数据绘制在图4、图6和图8中。
图4清楚地示出了将本发明的装运器W-Z的内容物区域容积中的所有位置维持在-70℃以下所必需的内容物区域容积的包含干冰的最小百分比在大约2vol％至8vol％的范围内。另外，装运器W-Z的内容物区域容积中的所有位置在少至2vol％的内容物区域容积被干冰占据的情况下具有低于-60℃的温度。相比之下，图3示出的是，几个常规装运器A-F不能将它们各自的内容物区域容积中的所有位置维持在-70℃以下，即使内容物区域容积的70vol％以上包含干冰。
另外，图6示出了本发明的装运器W-Z在干冰升华并在内容物区域容积内的量减少时表现出对装运器内容物区域容积的最热温度变化的阻力。当干冰在干冰装运器的内容物区域容积中从所占内容物区域容积的约80vol％升华到约10vol％时，本发明装运器W-Z的最热温度保持相对恒定，仅表现出最热温度在0℃/％与0.03℃/％之间的平均变化率，这在性能上比常规装运器A-F有显著改善，如图5中关于比较例19-24所示。
当干冰升华时，干冰装运器的内容物区域容积内的任何位置的测量温度变化的平均阻力(即，任何位置的温度的平均变化率)被确定为在行为上类似于当干冰升华时，干冰装运器的最热位置的测量温度变化的平均阻力(即，最热温度的平均变化率)。这一观察结果通过以下程序来证明。T型热电偶从最热位置重新定位到本发明的装运器W-Z中的每一个的内容物区域容积内的第二(较冷)位置。在每个装运器在正常的室内条件(20℃)下保持不受干扰并且干冰经历升华时，测量并监测该第二位置的温度。还周期性地进行重量测量以确定在装运器内进行升华之后剩余的干冰的量和装运器的内容物区域容积被干冰占据的相应百分比。所得性能数据绘制在图9和图10中。图9在竖直轴上示出了在装运器的内容物区域容积内的第二(较冷)位置处测量的温度，该温度是装运器的内容物区域容积中包含干冰的百分比的函数。图4和图9的比较证实，对于保留在本发明的装运器W-Z的内容物区域容积中的所有量的干冰，在第二(较冷)位置中测量的温度始终比在最热位置中测量的温度更冷。
基于图9的数据，对于本发明的装运器W-Z，在内容物区域容积的含有干冰的百分比的特定值处，计算在装运器的内容物区域容积内的第二(较冷)位置处测量的温度的平均变化率(此后，简称为“第二(较冷)位置的温度平均变化率”)。首先，确定(g)减去(h)的温度差，其中(g)是当内容物区域容积的用于保持干冰的部分(内容物区域容积的剩余部分保持易腐物品)被最大装载时的第二(较冷)位置的温度，并且(h)是当干冰升华并且从最大装载量减小到内容物区域容积的含有干冰的百分比的特定值时的第二(较冷)位置的温度。接着，(g)减去(h)的温度差除以(i)减去(j)的内容物区域容积的含有干冰的百分比的值的差，其中(i)对应于(g)处的内容物区域容积的含有最大量干冰的百分比；并且(j)对应于在升华以产生(h)之后内容物区域容积的含有干冰的百分比。第二(较冷)位置的温度的平均变化率示出在图10中。图6和图10的比较示出了干冰装运器的内容物区域容积内的第二(较冷)位置中的温度的平均变化率类似于本发明装运器的最热温度的平均变化率。因此，本发明的装运器W-Z被确定为当干冰升华并且在内容物区域容积中从占据高达约80vol％的初始量减少到占据内容物区域容积8的小于初始量的百分比并且不小于内容物区域容积8的约10vol％的最终量时，呈现0℃/％与0.03℃/％之间的内容物区域容积中的任何位置的温度的平均变化率。
类似于比较例19-24，本发明的装运器W-Z的最冷区域近似为干冰的正常升华温度-78.5℃。使用来自图4的数据，计算在装运器的内容物区域容积中测量的最热温度与干冰的正常升华温度(-78.5℃)之间的差，并且绘制在图8的竖直轴上。为了与其他装运器进行比较，不需要考虑干冰的过冷效应来获得装运器内部的最大温度差的合理估计。由比较例19-24的测试产生的图8与图7的比较显示了本发明的装运器W-Z和常规装运器A-F之间的内容物区域容积的温度均匀性的显著差异。常规装运器A-F在每个装运器的内容物区域的最热区域中测量的温度与干冰的正常升华温度之间具有大得多的差异。相反，图8示出的是，只要内容物区域容积的至少10vol％被干冰占据，本发明干冰装运器W-Z的温度差就小于8℃，并且只要内容物区域容积的至少5vol％被干冰占据，温度差就小于10℃。与此相反，在常规装运器A～F中，几乎没有装运器能够维持10℃的温度差，并且那些能够实现10℃的温度差的装运器需要内容物区域容积的70vol％以上来容纳干冰。本发明的装运器在少至5vol％的干冰的情况下维持足够的温度均匀性的能力是现有干冰装运器不可能实现的显著性能改进。
示例17
测试不同的本发明的装运器V以确定其在开放和封闭状态下各自的总传热系数(U)和装载比总传热系数(UR)。装运器V具有直径为17.4cm、高度为28.8cm且体积为6.9升的圆柱形内容物区域容积。装运器V的总内表面积为0.20m2。装运器V具有单个开口，向其中引入2毫升(mL)冻存小瓶和干冰。在被装载到装运器V中之前，每个冻存小瓶填充有1.8mL自来水并且在24小时的时间段内被冷冻到-79℃以模拟冷冻的易腐物品在装运器V中的储存。将总共70个冻存小瓶装载到装运器V中，其中将5个冻存小瓶装载到14个冻存条中的每一个上。由冻存条占据的体积表示装运器V的内容物区域容积的分配给物品的部分(VI)并且被确定为1.5升。内容物区域容积与VI之间的差等于5.4升，并且是引入到装运器V中的干冰的量(标示为VD)。因此，装载比R为3.6。
对于封闭条件测试，用帽封闭装运器V，然后在封闭后约1小时称重，以允许装运器及其内容物有足够的时间与装载的干冰充分平衡。该第一次重量测量结果代表装运器V的起始重量。将装运器在正常的室内条件(20℃)下再静置约24小时，在此期间一部分干冰升华成二氧化碳蒸气。然后再次称重装运器V以获得第二次重量测量结果。在24小时测试期间，根据第一次和第二次重量测量结果计算出在封闭条件下装运器V中的干冰的升华速率为0.018kg/hr。
对于开放条件测试，用干冰再填充装运器V，并且将帽插入到装运器V的单个开口中。在填充干冰后约1小时称重装运器V以获得第一次重量测量结果。移除帽，并使装运器V在正常室内条件(20℃)下不受干扰地再保持约24小时。再次称重装运器V以获得第二次重量测量结果。在24小时测试期间，根据第一次和第二次重量测量结果计算出在开放条件下装运器V中的干冰的升华速率为0.033kg/hr。
遵循与示例1-4和5-8中所述相同的程序，使用式(3)计算总传热系数U，在封闭条件下为0.51kJ/hr/m2/℃，在开放条件下为0.93kJ/hr/m2/℃。使用式(5)计算相应的装载比总传热系数(UR)，在封闭条件下为1.84kJ/hr/m2/℃，在开放条件下为3.35kJ/hr/m2/℃。尽管本发明的装运器V在封闭状态和开放状态下的装载比总传热系数大于针对本发明的装运器W-Z所确定的UR值，但它们仍远小于常规装运器A-F的相应值。
表1
1低温箱尺寸为5.25英寸长×5.25英寸宽×2英寸高。
表2
虽然已示出和描述了被认为是本发明的某些实施方案，但当然应当理解，在不脱离本发明的实质和范围的前提下，可轻易地对其形式或细节作出修改和改变。因此，本发明并不局限于本文所示和所述的具体形式和细节，也不局限于本文所公开的以及后文所要求的本发明整体之内的任何内容。
Claims (44)
1.一种改进的包含干冰的设备，包括：
可运输装运器，所述可运输装运器具有内容物区域容积，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；
所述干冰占据所述内容物区域容积的第一部分；
所述一个或多个易腐物品占据所述内容物区域容积的第二部分；
延伸到装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与内容物区域容积流体连通，以允许干冰和所述一个或多个易腐物品被引入到所述一个或多个开口中和从所述一个或多个开口中移除；
一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；
所述改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域容积的热侵入，以产生标示为(U)并且具有小于约0.5kJ/hr/m2/℃但大于0的值的总传热系数，其中所述总传热系数(U)在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个对应的隔热插塞封闭的条件下确定。
2.根据权利要求1所述的改进的包含干冰的设备，其中所述总传热系数(U)为0.5kJ/hr/m2/℃或更小，但大于约0.1kJ/hr/m2/℃。
3.根据权利要求1所述的改进的包含干冰的设备，其中所述总传热系数(U)在约0.15kJ/hr/m2/℃至约0.5kJ/hr/m2/℃的范围内。
4.根据权利要求1所述的改进的包含干冰的设备，所述隔热结构元件的特征在于由单个连续外壁包围的单个连续内壁以及基本上封闭延伸穿过所述内壁和所述外壁的单个开口的单个隔热插塞。
5.根据权利要求1所述的改进的包含干冰的设备，其特征还在于标示为(R)的装载比，其中所述装载比(R)被定义为所述内容物区域容积的用于容纳所述干冰并且具有体积VD的第一部分与内容物区域容积的用于容纳所述一个或多个易腐物品并且具有体积VI的第二部分的比率，其中所述装载比(R)具有4或更小但大于0的值。
6.一种改进的包含干冰的设备，包括：
可运输装运器，所述可运输装运器具有内容物区域容积，所述内容物区域容积至少部分地由围绕所述内容物区域容积的隔热装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；
所述干冰占据所述内容物区域容积的所述第一部分；
所述一个或多个易腐物品占据所述内容物区域容积的所述第二部分；
所述改进的包含干冰的设备特征还在于标示为(R)的装载比，其中所述装载比(R)被定义为所述内容物区域容积的用于容纳干冰并且具有体积VD的所述第一部分与内容物区域容积的用于容纳所述一个或多个易腐物品并且具有体积VI的所述第二部分的所述比率，其中所述装载比(R)具有4或更小但大于0的值。
7.根据权利要求6所述的改进的包含干冰的设备，其中所述装载比(R)为4或更小，但大于约0.5。
8.一种改进的包含干冰的设备，包括：
可运输装运器，所述可运输装运器具有内容物区域容积，所述内容物区域容积至少部分地由围绕所述内容物区域容积的隔热装运器壁限定，所述内容物区域容积在适于保持干冰的第一部分和适于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；
延伸到隔热装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与所述内容物区域容积流体连通；
所述可运输装运器呈现热通道特征，所述热通道特征在结构上由标示为(LT)的总热通道接缝长度限定，其中总热通道接缝长度(LT)等于总隔热热通道接缝长度(Lins)和总开口热通道接缝长度(Lopen)之和；
所述改进的包含干冰的设备还通过被标示为(LN)并且具有值(LT/LS)的标准化总热通道接缝长度来参数化，其中(LS)是所述改进的包含干冰的设备的三个主要外部尺寸的长度之和，其中(LN)具有0.6或更小但大于0的值。
9.根据权利要求8所述的改进的包含干冰的设备，其中所述标准化总热通道接缝长度(LN)为0.6或更小，但大于约0.2。
10.根据权利要求9所述的改进的包含干冰的设备，还包括：
所述内容物区域容积的用于容纳干冰的量为VD的第一部分和所述内容物区域容积的用于容纳一个或多个易腐物品的量为VI的第二部分；
装载比(R)，所述装载比(R)的定义为VD/VI，其中(R)具有4或更小但大于0的值；
其中标示为(F)的标准化装载比热通道因子被定义为所述装载比(R)和所述标准化总热通道接缝长度(LN)的乘积，其中(F)具有1.5或更小但大于0的值。
11.根据权利要求9所述的改进的包含干冰的设备，其中所述总隔热热通道接缝长度(Lins)为0，并且所述内容物区域容积至少部分地被单个连续内壁围绕，所述单个连续内壁被单个连续外壁围绕，所述单个连续外壁具有延伸到所述内容物区域容积中的单个开口。
12.一种改进的包含干冰的设备，包括：
具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；
其中所述内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；
所述干冰占据所述内容物区域容积的一部分；
在围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)所述干冰能够被装载到所述内容物区域容积中和从所述内容物区域容积中移除，并且(ii)所述一个或多个易腐物品能够被装载到所述内容物区域容积中或从所述内容物区域容积中移除；
一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；
其中根据在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个相应的隔热插塞封闭的条件下所确定的，当所述内容物区域容积的2vol％至50vol％包含所述干冰时，所述内容物区域容积内的所有可用位置维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度。
13.根据权利要求12所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的2vol％至40vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度。
14.根据权利要求12所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的2vol％至30vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度。
15.根据权利要求12所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的2vol％至20vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度。
16.根据权利要求12所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的2vol％至10vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度。
17.根据权利要求12所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的2vol％至6vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度。
18.根据权利要求12所述的改进的包含干冰的设备，所述装置适于在干冰升华并且在干冰装运器的所述内容物区域容积中从占据高达约80vol％的初始量减少到占据所述内容物区域容积的小于所述初始量的百分比且不小于所述内容物区域容积的约10vol％的最终量时，表现出在所述内容物区域容积中的任何位置的在0℃/％和0.05℃/％之间的温度的平均变化率。
19.根据权利要求12所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的至少2vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-60摄氏度或低于-60摄氏度。
20.一种改进的包含干冰的设备，其表现出温度均匀性的，所述改进的包含干冰的设备包括：
具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；
所述内容区域容积基本上包含用于放置所述干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；
所述干冰占据所述内容物区域容积的一部分；
延伸到隔热装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与所述内容物区域容积流体连通，以允许所述干冰和所述一个或多个易腐物品被引入到所述一个或多个开口中和从所述一个或多个开口中移除；
一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；
其中根据在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个相应的隔热插塞封闭的条件下所确定的，当所述内容物区域容积的5vol％至60vol％被所述干冰占据时，所有可用位置中的最大温度差小于10摄氏度。
21.根据权利要求20所述的改进的包含干冰的设备，其中根据在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个相应的隔热插塞封闭的条件下所确定的，当所述内容物区域容积的10vol％至60vol％被所述干冰占据时，所有可用位置中的所述最大温度差小于8摄氏度。
22.一种改进的包含干冰的设备，包括：
可运输装运器，所述可运输装运器具有内容物区域容积，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的隔热装运器壁限定，所述内容物区域容积具有适于保持干冰的第一部分和适于保持一个或多个易腐物品的第二部分；
所述干冰包含在所述内容物区域容积的所述第一部分中；
延伸到所述隔热装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与所述内容物区域容积流体连通，以允许所述干冰和所述一个或多个易腐物品被引入到所述一个或多个开口中的每一个中以及从所述一个或多个开口中的每一个中移除；
所述改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域的热侵入，以产生标示为(U)并且具有1kJ/hr/m2/℃或更小但大于0的值的总传热系数，其中所述总传热系数(U)的值在所述装运器的所述一个或多个开口中的每一个都暴露于周围环境的条件下确定。
23.根据权利要求22所述的改进的包含干冰的设备，其中所述总传热系数(U)为1或更小，但大于约0.2kJ/hr/m2/℃。
24.根据权利要求22所述的改进的包含干冰的设备，还包括标示为(R)的装载比，其中所述装载比(R)被定义为内容物区域容积的用于容纳所述干冰的量为VD的所述第一部分与内容物区域容积的用于容纳一个或多个易腐物品的量为VI的所述第二部分的比率，其中所述装载比(R)具有4或更小但大于0的值，并且进一步其中标示为(UR)的装载比总传热系数被定义为所述总传热系数(U)和所述装载比(R)的乘积，所述装载比总传热系数(UR)具有范围在约0kJ/hr/m2/℃至4kJ/hr/m2/℃之间的值。
25.一种改进的包含干冰的设备，包括：
具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；
其中所述内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；
所述干冰以大于所述内容物区域容积的10vol％的初始量来占据所述内容物区域容积的一部分；
在所述围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)所述干冰能够被装载到所述内容物区域容积中和从所述内容物区域容积中移除，并且(ii)所述一个或多个易腐物品能够被装载到所述内容物区域容积中或从所述内容物区域容积中移除；
一个或多个相应的隔热插塞，所述一个或多个相应的隔热插塞基本上封闭所述一个或多个开口；
所述隔热装运器壁包封所述内容物区域容积并且构造成当所述干冰在所述内容物区域容积中从占据高达约80vol％的初始量升华到占据小于所述初始量的所述内容物区域容积的百分比并且不小于所述内容物区域容积的约10vol％的最终量时，将在所述内容物区域容积中的任何位置处的所述温度的平均变化率维持在0℃/％和0.05℃/％之间。
26.根据权利要求25所述的改进的包含干冰的设备，其中在所述内容物区域容积中的任何位置处的所述温度的所述平均变化率在0℃/％与0.03℃/％之间。
27.一种改进的包含干冰的设备，包括：
具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；
其中所述内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；
所述干冰以大于所述内容物区域容积的10vol％的初始量来占据所述内容物区域容积的一部分；
在所述围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)所述干冰能够被装载到所述内容物区域容积中和从所述内容物区域容积中移除，并且(ii)所述一个或多个易腐物品能够被装载到所述内容物区域容积中或从所述内容物区域容积中移除；
一个或多个相应的隔热插塞，所述一个或多个相应的隔热插塞基本上封闭所述一个或多个开口；
所述隔热装运器壁包封所述内容物区域容积并且构造成当所述干冰在所述内容物区域容积中从占据高达约80vol％的初始量升华到占据小于所述初始量的所述内容物区域容积的百分比并且不小于所述内容物区域容积的约10vol％的最终量时，将在所述内容物区域容积中测量的最热温度的平均变化率维持在0℃/％和0.05℃/％之间。
28.根据权利要求27所述的改进的包含干冰的设备，其中在所述内容物区域容积中的所述最热温度的所述平均变化率在0℃/％与0.03℃/％之间。
29.一种改进的包含干冰的设备，包括：
可运输装运器，所述可运输装运器具有内容物区域容积，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；
所述干冰占据所述内容物区域容积的所述第一部分；
所述一个或多个易腐物品占据所述内容物区域容积的所述第二部分；
延伸到所述装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与所述内容物区域容积流体连通，以允许干冰和所述一个或多个易腐物品被引入到所述一个或多个开口中和从所述一个或多个开口中移除；
一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；
所述改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域容积的热侵入，以产生标示为(UR)并且具有小于约2kJ/hr/m2/℃但大于0的值的装载比总传热系数，其中所述装载比总传热系数(UR)是在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个对应的隔热插塞封闭的条件下确定的。
30.根据权利要求29所述的改进的包含干冰的设备，其中所述装载比总传热系数(UR)为1.85kJ/hr/m2/℃或更小但大于0，其中所述装载比总传热系数(UR)在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个相应的隔热塞封闭的条件下确定。
31.一种改进的包含干冰的设备，包括：
可运输装运器，所述可运输装运器具有内容物区域容积，所述内容物区域容积至少部分地由沿其围绕的装运器壁限定，所述内容物区域容积在用于保持干冰的第一部分和用于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；
所述干冰占据所述内容物区域容积的所述第一部分；
所述一个或多个易腐物品占据所述内容物区域容积的所述第二部分；
延伸到所述装运器壁中的一个或多个开口，所述一个或多个开口中的每一个与所述内容物区域容积流体连通，以允许干冰和所述一个或多个易腐物品被引入到所述一个或多个开口中和从所述一个或多个开口中移除；
所述改进的包含干冰的设备包括隔热结构元件，所述隔热结构元件包封所述内容物区域容积并且被配置为减少从周围环境进入所述内容物区域容积的热侵入，以产生标示为(UR)并且具有小于约4kJ/hr/m2/℃但大于0的值的装载比总传热系数，其中所述装载比总传热系数(UR)的值在装运器的所述一个或多个开口中的每一个都暴露于周围环境的条件下确定。
32.根据权利要求31所述的改进的包含干冰的设备，其中所述装载比总传热系数(UR)为3.5kJ/hr/m2/℃或更小但大于0.5kJ/hr/m2/℃，其中所述装载比总传热系数(UR)的值在所述装运器的所述一个或多个开口中的每一个都暴露于周围环境的条件下确定。
33.一种改进的包含干冰的设备，包括：
可运输装运器，所述可运输装运器具有内容物区域容积，所述内容物区域容积至少部分地由围绕所述内容物区域容积的隔热装运器壁限定，所述内容物区域容积在适于保持干冰的第一部分和适于保持一个或多个易腐物品的第二部分之间分配；
其中所述可运输装运器表现出热通道特征以限定总热通道接缝长度，该总热通道接缝长度在结构上构造成产生标示为(F)的标准化装载比热通道因子，该标准化装载比热通道因子具有1.5或更小但大于0的值。
34.根据权利要求33所述的改进的包含干冰的设备，其中所述标准化装载比热通道因子(F)具有范围从0.50至1.06的值。
35.一种改进的包含干冰的设备，包括：
具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；
其中所述内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；
所述干冰以大于所述内容物区域容积的10vol％的初始量来占据所述内容物区域容积的一部分；
在所述围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)所述干冰能够被装载到所述内容物区域容积中和从所述内容物区域容积中移除，并且(ii)所述一个或多个易腐物品能够被装载到所述内容物区域容积中或从所述内容物区域容积中移除；
一个或多个相应的隔热插塞，所述一个或多个相应的隔热插塞基本上封闭所述一个或多个开口；
所述隔热装运器壁包封所述内容物区域容积并且构造成当所述干冰在所述内容物区域容积中从占据高达约80vol％的所述初始量升华到占据小于所述初始量的所述内容物区域容积的百分比并且不小于所述内容物区域容积的约10vol％的最终量时，将在所述内容物区域容积中的最大温度差的平均变化率维持在0℃/％和0.05℃/％之间。
36.根据权利要求35所述的改进的包含干冰的设备，其中所述内容物区域容积中的所述最大温度差的所述平均变化率在0℃/％和0.03℃/％之间。
37.一种改进的包含干冰的设备，包括：
具有内容物区域容积的可运输装运器，所述内容物区域容积由隔热装运器壁围绕；
其中所述内容区域容积包含用于放置干冰和一个或多个易腐物品的所有可用位置；
所述干冰占据所述内容物区域容积的一部分；
在所述围绕的隔热装运器壁中的一个或多个开口，通过所述开口(i)所述干冰能够被装载到所述内容物区域容积中和从所述内容物区域容积中移除，并且(ii)所述一个或多个易腐物品能够被装载到所述内容物区域容积中或从所述内容物区域容积中移除；
一个或多个相应的隔热插塞，用于基本上封闭所述一个或多个开口；
其中根据在所述一个或多个开口中的每一个基本上被所述一个或多个相应的隔热插塞封闭的条件下所确定的，当所述内容物区域容积的10vol％至70vol％包含干冰时，所述内容物区域容积内的所有可用位置维持在-70摄氏度或低于-70摄氏度。
38.根据权利要求37所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的10vol％至60vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-70摄氏度或低于-70摄氏度。
39.根据权利要求37所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的10vol％至50vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-70摄氏度或低于-70摄氏度。
40.根据权利要求37所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的10vol％至40vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-70摄氏度或低于-70摄氏度。
41.根据权利要求37所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的10vol％至30vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-70摄氏度或低于-70摄氏度。
42.根据权利要求37所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的10vol％至20vol％容纳所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-70摄氏度或低于-70摄氏度。
43.根据权利要求37所述的改进的包含干冰的设备，所述装置适于在干冰升华并且在所述干冰装运器的所述内容物区域容积中从占据高达约80vol％的初始量减少到占据所述内容物区域容积的小于所述初始量的百分比且不小于所述内容物区域容积的约10vol％的最终量时，表现出在所述内容物区域容积中的任何位置的在0℃/％和0.05℃/％之间的所述温度的平均变化率。
44.根据权利要求37所述的改进的包含干冰的设备，其中当所述内容物区域容积的至少10vol％包含所述干冰时，所述内容物区域容积维持在-70摄氏度或低于-70摄氏度。
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2022
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