Verschluss für einen auslaufsicheren Kryobehälter

Abstract

 Bei auslaufsicheren Kryobehältern muß auch bei Kopfstand des Behälters sichergestellt sein, daß keine Umgebungs­luft durch den zwischen Behälterhals und Verschlußelement gebildeten Abgasspalt in das Behälterinnere eindringt und das Kühlmedium verdrängt. Dies ist bei großen Behäl­tern mit dickwandigem Behälterhals (1) und in diesen un­ter Ausbildung eines Abgasspaltes (5) eingesetzten Ver­schlußstopfen (2) besonders schwierig, weil der Quer­schnitt des Abgasspaltes zu groß ist, um dem Eindringen von Luft wirksamen Widerstand entgegenzusetzen. Diese Schwierigkeit wird behoben, indem der Abgasspalt zumin­dest teilweise auf dem gesamten Umfang durch Polyimid­Schaum (3) ausgefüllt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Verschluß für einen aus­laufsicheren Kryobehälter nach dem Oberbegriff des An spruches 1.

[0002] Auslaufsichere Kryobehälter sind vakuumisolierte doppel­wandige Behälter, die im Innern eine Kammer zur Aufnahme der zu kühlenden Materialproben besitzen. Diese Kammer ist vom Kühlmedium, in der Regel flüssiger Stickstoff, umgeben. Das flüssige Kühlmedium ist in einer porösen Masse gespeichert, die also beispielsweise mit flüssigem Stickstoff vollgesogen ist. Der flüssige Stickstoff kann daher nicht ausfließen, wenn der Behälter umfällt oder auf dem Kopf steht. Der doppelwandige Behälter wird durch einen Stopfen verschlossen, der mit dem Behälter­hals einen Abgasspalt bildet.

[0003] Durch diesen Abgasspalt entweicht das durch Wärmeein­fall verdampfte Kühlmittel, also beispielsweise gasför­miger kalter Stickstoff. In derartigen Behältern können die zu kühlenden Materialproben versandt werden.

[0004] Wenn derartige Behälter auf dem Kopf stehen, beispiels­weise infolge eines Unfalles, erfüllen sie ihre Kühlfunk­tion nicht mehr einwandfrei. Dies gilt insbesondere für große Behälter. Große Behälter, in denen z.B. Tierkadaver wie Ziegen in tiefkaltem Zustand aufbewahrt und versandt werden sollen, sind zwar ebenfalls auslaufsicher, sie er­füllen aber ihre Kühlfunktion bei Kopfstand nur noch sehr schlecht. Die Ursache hierfür ist, daß bei derartigen Be­hältern konstruktionsbedingt der Abgasspalt einen wesent­lich größeren Strömungsquerschnitt aufweist als bei einem kleinen Behälter. Wenn ein solcher großer Behälter auf dem Kopf steht, dringt durch den großen Abgasspalt Umge­bungsluft in das Behälterinnere und bewirkt eine Verdamp­fung des flüssigen Stickstoffs, der in Form von gasförmi­gem kalten Stickstoff durch den Abgasspalt nach unten ab­fließt. Man kann die Verhältnisse direkt mit freier Kon­vektion beschreiben, da das spezifische Gewicht des kalten Stickstoffes etwa viermal größer ist als Luft.

[0005] Das Eindringen der warmen Umgebungsluft in das Behälter­innere bewirkt eine schnelle Verdampfung des flüssigen Stickstoffs, so daß der Behälter seine Kühlfunktion nur kurze Zeit aufrechterhalten kann. Außerdem kann es hier­bei im Falle der großen Behälter zu gefährlichen Sauer­stoffanreicherungen im Behälterinnern kommen. Zudem ge­langt mit der Luft Wasser in das Behälterinnere, welches das Speichermaterial verunreinigt.

[0006] Eine Verbesserung läßt sich erreichen, wenn man den Ver­schlußstopfen als Abschlußdeckel ausbildet, der den Behälterhals außen umfaßt. Der Abschlußdeckel übernimmt dann bei einem Kopfstand des Behälters die Funktion eines Siphons. Das Eindringen von Umgebungsluft in den Behälter kann dann nicht mehr stattfinden. Wenn der Behälter aber auf der Seite liegt, schützt ein solcher Siphon nicht gegen das Eindringen von Luft in den Behälter.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschluß für auslaufsichere Kryobehälter beliebiger Größe zu schaf­fen, der in jeder Lage des Kryobehälters das Eindringen von Umgebungsluft in das Behälterinnere verhindert.

[0008] Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be­rücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er­findungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

[0009] Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist im Unter­anspruch angegeben.

[0010] Der Polyimid-Schaum, mit dem gemäß der Erfindung der Ab­gasspalt ausgefüllt wird, ist ein beispielsweise in der Luftfahrtindustrie gebräuchliches Isorliermittel, welches hochfeuerfest ist. Es ist porös und elastisch und behält seine Elastizität auch bei Temperaturen des flüssigen Stickstoffs bei.

[0011] Die Herstellung solcher Polyimid-Schäume ist beschrieben in US-Pat.No. Re. 30213 und US-Pat.No. 4 369 261.

[0012] Im Abgasspalt wirkt der Polyimid-Schaum als Strömungs­widerstand. Im Behälterinnern entsteht ein geringer Über­druck, der in allen Betriebslagen des Behälters das Ein­strömen von Umgebungsluft verhindert.

[0013] Da der Polyimid-Schaum abriebfest ist, kann er um den Stopfen verklebt werden.

[0014] Die Zeichnungen veranschaulichen drei Ausführungsbei­spiele der Erfindung im Schnitt.

[0015] Es zeigen:

Fig.1 einen Verschlußstopfen mit aufgeklebten Polyimid-Schaum,

Fig.2 einen Verschlußstopfen mit Deckel, bei dem der Polyimid-­Schaum auf den Deckel aufge­klebt ist,

Fig.3 ein Verschlußstopfen, der sicher gegen Vakuumbruch des Behälters ist.

[0016] In den Fig.1 und 2 ist jeweils nur der Behälterhals 1 mit eingesetztem Verschlußstopfen 2 von auf dem Kopf stehenden Behältern dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 ist der Polyimid-Schaum 3 auf den Verschlußstopfen 2 auf­geklebt. Bei der Ausführungsform nach Fig.2 besitzt der Verschlußstopfen 2 einen Deckel 4, der den Behälterhals 1 umfaßt. Der Polyimid-Schaum 3 ist hierbei auf das Innere des Deckels 3 geklebt, so daß er sich beim Einsetzen des Verschlußstopfens 2 unter leichtem Druck den Konturen des Behälterhalses 1 anpaßt. Nicht dargestellt sind in beiden Fällen Verschaubungen, die ein Herausfallen des Verschluß­stopfens 2 verhindern.

[0017] Neben den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungs­formen sind selbstverständlich andere konstruktive Lösungen möglich.

[0018] Wichtig ist lediglich, daß der gesamte freie Strömungs­querschnitt des Abgasspaltes 5 an irgend einem Bereich vollständig mit Polyimid-Schaum ausgefüllt ist. Aus Sicherheitsgründen sollte auch jeder Behälter mit einem Sicherheitsventil versehen sein, welches den Innenbehäl­ter gegen unzulässigen Überdruck schützt.

[0019] Fig.3 zeigt eine Ausführungsform, die sicher ist gegen Vakuumbruch des Behälters. Der aus Innenbehälter 6, Außenbehälter 7 und Behälterhals 1 bestehende Behälter ist aufrechtstehend dargestellt. Der Verschlußstopfen 2 besitzt keilförmige Ringnuten, in welche der Polyimid-­Schaum 3 in Form von Ringen eingelegt ist. Bei Vakuum­bruch verdampft der Stickstoff rasch und strömt in Rich­tung des Pfeiles 8 durch den Abgaspalt 5. Da der Polyi­mid-Schaum 3 auch bei der Temperatur von flüssigem Stick­stoff elastisch bleibt, verformt er sich bei wachsendem Innendruck und nimmt die gestrichelt dargestellte Posi­tion an. Somit wird der maximal mögliche Spaltquerschnitt freigemacht. Eine weitere Funktion des Schaumes im Abgas­spalt ist die Verhinderung von Diffusion, beispielsweise durch Partialdruckunterschiede zwischen Behälterinnenraum und Umgebungsatmospäre.

[0020] Als besonderer Bedarfsfall ist die Verwendung in der Raum­fahrt zu nennen.

[0021] Da im Erdumlauf die Gravikationskraft kompensiert wird entfällt der Effekt des Auftriebes, welcher auf der Erde, durch die hohe Dichte des kalten Gases im aufrechtstehen­den Behälter ein Eindringen von Umgebungsluft verhindert.

Ansprüche

1. Verschluß für einen auslaufsicheren Kryobehälter mit einem unter Ausbildung eines Abgasspaltes (5) in den Behälterhals (1) einsetzbaren Verschlußstopfen (2),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abgasspalt zumindest teilweise auf dem ge­samten Umgang durch Polyimid-Schaum (3) ausgefüllt ist.

2. Verschluß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Polyimid-Schaum auf den Verschlußstopfen aufgeklebt ist.

Zeichnung