用于评估隔热运输单元的阻隔属性的系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于评估隔热运输单元的阻隔属性的系统、评估装置在这种系统中的用途、隔热运输单元在这种系统中的用途以及计算温度数据在这种系统中的用途。


背景技术：

2.在现有技术中，隔热运输单元(例如，运输箱)是众所周知的，且以各种各样的设计和尺寸使用。例如，这种隔热运输单元被用于温度敏感货物的运输，例如，在制药或医疗部门中，其中在运输期间，必须确保运送的货物(例如，疫苗)保持在某一温度带内(例如，在2℃和8℃之间)。出于此目的，使用了所谓的被动阻隔箱或主动阻隔箱。与被动箱相比，主动箱包括电冷却单元，而被动箱包括作为冷却能力的相变材料(pcm)。目前，与具有需要电力的电冷却单元(例如，压缩机)的主动箱相比，被动箱由于在操作中的更高灵活性而获得相对的市场份额。
3.然而，多次使用用于温度受控运送的被动箱是有问题的，因为在一次行程之后不能单从外部外观上可靠地判断这些箱的质量。高质量运输箱的最敏感的部件是真空阻隔面板(所谓的vip)，通常被用作若干阻隔层中的一个。这种真空阻隔面板处于真空下，即使小但在大多数时候不可见的损坏可以导致阻隔性能的巨大损失。
4.因此，这些被动箱往往在仅使用一次之后就被丢弃，即使被动箱的性能仍然足以用于更多的行程。在当前的操作中，存在两种处理这个问题的方法。一些公司在没有确切了解状况的情况下已经多次使用被动箱从而承担故障的风险。其他公司使用具有集成到真空阻隔面板中的金属坯的被动箱，但是需要手动检查性能，这是劳动密集的且是耗时的。
5.鉴于此，发现存在提供更可靠、更快速并且更低成本的系统以用于评估隔热运输单元的阻隔属性的其他需求。


技术实现要素：

6.根据上面的观点，本发明的目的是提供一种用于以更可靠、更快速且更低成本的方式评估隔热运输单元的阻隔属性的系统。
7.这些和其他目的在阅读下列描述时会变得明显，且由独立权利要求的主题解决。从属权利要求指代本发明的优选实施方案。
8.根据本发明，提供了一种用于评估隔热运输单元的阻隔属性的系统，包括：至少一个用于运输和/或存储货物的隔热运输单元，其中所述隔热运输单元包括至少一个温度传感器装置，所述至少一个温度传感器装置被配置为提供所述隔热运输单元内的温度的实际温度数据；还包括至少一个评估装置，用于至少基于实际温度数据与计算温度数据的比较来评估阻隔属性，所述计算温度数据基于所述隔热运输单元的热模型。
9.换句话说，本发明提出通过比较所测量的实际温度与所计算/所预期的温度来评估特定运输单元的阻隔属性，所计算/所预期的温度基于所使用的运输单元的温度模型。优选地，温度模型提供温度值和/或温度值范围，这些温度值和/或温度值范围预期用于特定
运输单元且例如还用于特定运输单元的特定运输路线。如果这种比较示出了实际温度显著偏离所计算的温度，则可以假定运输单元的阻隔被损坏，且运输单元不再适于另外的使用，否则运输单元可以被重复使用以进行另外的运输。因此，运输单元的质量可以通过对理论温度曲线(期望)与运送期间测量的实际温度曲线(当前)进行比较来估计。基于期望曲线与当前曲线之间的差值，可以估计箱的质量，且在重复使用阻隔运输单元之前，不再需要对其进行检查，即从而可以避免检查工作或者至少使检查工作降低至最小。此外，基于所估计的运输单元的质量，不仅可以确定运输箱完全可以重复使用，而且可以确定运输单元可以被重复用于哪些特定的运输，例如根据另外运输的运输条件，如运输路线、运输持续时间、在另外运输期间所预期的条件(温度、湿度等)。最后，基于所估计的运输单元的质量，可以评估阻隔运输单元的耐久性和储存期和/或可以对阻隔运输单元的特定类型进行分类。
10.隔热运输单元可以是适于运输货物的任何箱、封装物、纸板等。在此背景下，应注意，本发明不限于特定的隔热运输单元，例如任何主动或被动隔热运输单元。然而，优选地，隔热运输单元不是运送容器，而是箱、封装物、纸板等。温度传感器装置可以由被配置为测量运输箱内的温度的任何装置提供。此外，温度比较可以连续进行或者在预定时间点进行，无论是定期地还是随机地。
11.优选地，隔热运输单元还包括用于存储实际温度数据的存储器装置。这允许在运输结束时评估运输期间所测量的温度，或者证明运输期间的温度处于预定的温度范围内。特别地，此处使用所谓的温度记录器，该温度记录器一方面被配置为测量实际温度并且同时在存储器单元中存储这些值。
12.进一步优选地，隔热运输单元还包括至少一个通信装置，所述至少一个通信装置被配置为与分立的计算机单元建立通信，且其中评估装置位于所述分立的计算机单元中。优选地，所述分立的计算机单元是移动计算机设备，例如智能手机、平板计算机、笔记本计算机、仪表盘等。在这种情况下，通信装置可以被设置为蓝牙、nfc或者被配置用于短距离通信的wlan-接口。然而，分立的计算机还可以定位得更远，在这种情况下，可以使用合适的长距离通信接口，诸如移动无线电接口。替代地或附加地，隔热运输单元还可以包括计算机单元，其中在这种情况下，优选地，评估装置位于隔热运输单元的计算机单元内。此外，通信装置使得对运输单元的阻隔属性提供实时监测成为可能。
13.优选地，隔热运输单元的阻隔包括至少一个真空阻隔面板(vip)，其中隔热运输单元优选地还包括冷却和阻隔元件或层，且其中隔热运输单元优选地还包括作为进一步冷却能力的相变材料(pcm)。vip可以由多种材料制成，其中材料被区分为核材料与箔(或膜)材料。核材料可以是诸如聚氨酯(pu)或eps的材料。高性能阻隔材料是市售可得的，例如，来自basf se，ludwigshafen，德国，如slentite。箔可以是单层箔或者可以是(相同或不同材料的)多层箔。例如，箔可以是金属化的聚合物箔，或者可以是没有金属化的聚合物箔。属性(诸如，气体渗透率或水蒸气扩散率)存在差异。在核材料和箔材料之间可以存在任何组合。注意，本发明在阻隔运输单元的隔热材料/层方面不受限制。除了或替代vip的使用，可以使用多种其他材料或其组合，诸如塑料、卡纸板或纸张、金属、复合材料、发泡聚丙烯(epp)、发泡聚苯乙烯(eps)等。
14.优选地，隔热运输单元不包括任何主动冷却元件，即隔热运输单元是所谓的被动运输单元/箱。尤其对于被动运输箱，通常在单次使用之后会将其处理掉。本发明现在允许
确定这些被动箱是否可以多次使用，因此通过使用本发明的被动箱可以实现避免相当大的浪费以及成本益处。一些公司使用具有集成到真空阻隔面板中的金属坯的被动箱，允许对面板进行质量检查。由于手动处理，所以这个过程是劳动密集的且是耗时的。因此，一个另外的益处是，在操作中基于比较(期望vs.当前)生成质量估计，而无需手动处理。特别地，优选地，隔热运输单元不包括任何提供主动冷却的冷却电路、主动受控热交换器元件、压缩机、膨胀阀等。因此，优选地，隔热运输单元也不包括用于控制和/或调节隔热运输单元内的温度的装置。
15.优选地，隔热运输单元还包括位置确定单元(优选地，全球定位系统(gps)或者通过使用基于低功率广域网(lpwan)的信号的定位确定算法)，其中位置确定单元优选地被配置为基于定位信息数据来指派温度数据。因此，可以进一步改进对运输单元的阻隔属性的实时监测，因为温度数据和定位信息可以经由通信装置传输，例如传输至中央计算机设备、云计算机等。
16.更优选地，隔热运输单元包括另外的传感器装置，这些传感器装置被配置为提供隔热运输单元外的温度的实际温度数据、隔热运输单元所承受的湿度数据、隔热运输单元所承受的加速度的加速度数据和/或太阳辐射的持续时间和强度的太阳数据。在此背景下，优选地，这种数据也被纳入温度模型中，以便可以改进所计算的温度值的精确性。
17.优选地，评估装置被配置为执行评估算法，优选地基于机器学习算法和/或经由计算流体动力学(cfd)方法的在线仿真和/或半经验相关性和/或考虑到相变材料、工程师规则(例如，vdi)和材料属性(如，用于确定隔热运输单元的阻隔属性的热传导)的热传导计算的结果。
18.为了提供基于运输单元的温度模型的评估算法，可以采取如下步骤，由此本发明不限于如下步骤：
[0019]-提供关于运输单元的几何维度的数据，例如通过使用cad文件；
[0020]-经由计算程序的源代码中的数值拟合函数或多项式来描述材料数据，诸如热传导函数、阻隔属性、热容量函数、电池数据(相变焓)或作为温度/压力的函数的空气数据；
[0021]-链接/组合待求解的方程，如能量方程、脉冲方程、连续性方程，启动；
[0022]-限定环境和箱本身中的温度的边界条件，施加风速或依赖位置的太阳能输入；以及
[0023]-根据计算流体动力学的数值规则，计算和观测数值收敛性和稳定性。
[0024]
使用热传导方程计算箱的个体部件与它们周围环境之间的热传导。为此，材料的密度、热传导系数lambdax和热容量cpx是必需的。对于空气，还需要粘度和普朗特数。通过计算流体动力学(cfd)仿真，可以在三维和时间上详细计算完整的几何形状和环境。出于此目的，对流动方程和热传导方程以及能量方程进行求解。空气的流动方程代表纳维-斯托克斯方程(脉冲方程)和连续性方程，必须用专门的已知的解决方法来求解。另外，关于温度和电荷状态，必须知道作为冷却能力的相变材料(pcm)(例如，冷却/冷包)的当前状态。电荷状态描述了使相变材料从固体变为液体所要增加的热量(相变的焓)。或者，如果相变材料已经是液体，如何可以通过热传导方程和能量方程计算相变材料的热容量从而热量。
[0025]
在缩小、简化的模型中，可能不再映射空间性。点(每个下列部件至少一个点)被假定用于相变材料、内部阻隔、外部周围空气、货物的内部、货物本身，这些点包含了待校准的
替代热传导、替代热容量、可能的具有对应焓的相转变以及替代的密度。
[0026]
由于初始温度，仿真开始于部件(或者点)之间的热传导。空气中的热传导通过上面所提及的计算流体动力学仿真或者通过替代模型(每空气体积至少一个点)来计算。新的温度(能量方程)由所计算的热流产生。电荷状态将相变材料(例如，冷却包)的热损失纳入考虑。依赖于电荷状态，相变材料的温度将会随热流变化。因此，随时间的整合使得可以确定货物温度的总体时间趋势以及箱的个体部件温度的总体时间趋势。
[0027]
如果评估算法是基于机器学习算法的结果，优选地，机器学习算法包括决策树、朴素贝叶斯分类、最近邻、神经网络、卷积神经网络、生成对抗网络、支持向量机、线性回归、逻辑回归、随机森林和/或梯度提升算法。优选地，机器学习算法被组织为将具有高维度的输入处理成很低维度的输出。这种机器学习算法被称为“智能”，因为它能够被“训练”。可以使用训练数据记录来训练算法。训练数据记录包括训练输入数据以及对应的训练输出数据。训练数据记录的训练输出数据是当机器学习算法被给定相同的训练数据记录的训练输入数据作为输入时预期由机器学习算法所产生的结果。由算法所产生的此预期结果与实际结果之间的偏差通过“损失函数”的方式来观测和评定。此损失函数被用作调整机器学习算法的内部处理链的参数的反馈。例如，参数可以随着优化目标进行调整，该优化目标是当所有训练输入数据被馈入机器学习算法且将结果与对应的训练输出数据进行比较时，使损失函数的值最小化。此训练的结果是，给定相对小数目的训练数据记录作为“真值”，机器学习算法能够针对高出许多数量级的一些输入数据记录很好地执行其工作。
[0028]
优选地，评估装置被配置为发布评估消息，该评估消息指示隔热运输单元的阻隔属性，其中消息是如下消息中的至少一种：提供关于另外使用隔热运输单元的推荐的推荐消息、指示隔热运输单元的阻隔能力严重损失的警告消息、指示隔热运输单元必须由服务技术人员检查的检查消息和/或指示在发生故障之前的预测时间(优选地，以分钟为单位)的寿命终止消息。在此方面，进一步优选地，系统包括输出评估装置的消息的显示器和/或音频输出装置。显示器和/或音频输出装置可以由移动计算机、中央计算机、平板计算机、智能手机、仪表盘、扬声器、灯等提供。
[0029]
本发明进一步涉及评估装置在如上面所描述的系统中的用途，其中评估系统被配置为评估隔热运输单元的阻隔属性，且优选地发布指示隔热运输单元的阻隔属性的评估消息、提供关于另外使用隔热运输单元的推荐的推荐消息、指示隔热运输单元的隔热能力严重损失的警告消息、指示隔热运输单元必须由服务技术人员检查的检查消息和/或指示在发生故障之前的预测时间(优选地，以分钟为单位)从而仍然可以使用箱的时间的中止信息。
[0030]
本发明还涉及用于运输和存储货物的隔热运输单元的用途，该隔热运输单元包括至少一个温度传感器装置，所述至少一个温度传感器装置被配置为在如上面所描述的系统中提供隔热运输单元内的温度的实际温度数据。在此方面，优选地，隔热运输单元被配置为运输温度敏感货物，如医疗产品和制药产品。
[0031]
此外，本发明还涉及基于隔热运输单元的热模型的计算温度数据的用途，所述计算温度数据用于评估隔热运输单元在上面所描述的系统中的阻隔属性。
[0032]
最后，本发明还涉及用于提供关于隔热运输单元在如上面所描述的系统中的阻隔属性的信息的方法，包括如下步骤：
[0033]-获得隔热运输单元的实际温度数据(当前)；
[0034]-基于隔热运输单元的热模型(期望)，提供计算温度数据；
[0035]-比较实际温度数据与计算温度数据；以及
[0036]-基于实际温度数据与计算温度数据的比较来提供信息。
附图说明
[0037]
在下文中，通过参考附图示例性地描述本发明，其中：
[0038]
图1是根据本发明的优选实施方案的系统的示意图。
具体实施方式
[0039]
图1是根据本发明的优选实施方案的用于评估隔热运输件10的阻隔属性的系统的示意图。
[0040]
系统10包括用于运输和/或存储货物的隔热运输单元20。在本发明的优选实施方案中，隔热运输单元/箱20是所谓的被动箱，所述被动箱包括外部材料、阻隔层以及作为冷却能力的相变材料(pcm)。这种隔热运输单元20可以由箱、封装件、纸板等提供。这种隔热运输单元20的高度优选地在100mm与1200mm之间，更优选地在200mm与1000mm之间，最优选地在500mm与800mm之间。这种隔热运输单元20的长度和/或宽度优选地在100mm与1200mm之间，更优选地在200mm与1000mm之间，最优选地在500mm与800mm之间。
[0041]
然而，对于隔热运输单元20，更大的维度也是可能的。隔热运输单元20可以是容器(集装设备)。例如，用于空运的容器特别地具有1m3至50m3，优选地1至30m3，更优选地1至20m3，最优选地1至15m3范围内的容积。
[0042]
此外，例如，隔热运输单元20被用作临床试验供应的冷却容器。
[0043]
例如，这种容器形式的隔热运输单元20具有50cm至500cm，优选地60cm至400cm，更优选地70cm至300cm，最优选地80cm至200cm范围内的高度、长度和/或宽度。然而，本发明不限于这些优选的维度，即偏离这些维度也是可能的。
[0044]
隔热运输单元20包括至少一个所谓的温度记录器30形式的温度传感器30，用于捕获隔热运输单元20内的实际温度数据。在优选的实施方案中，温度记录器30还包括用于存储实际温度数据的存储器装置。
[0045]
系统10(在此为隔热运输单元20)还包括计算机单元40，其中计算机单元40承载至少一个评估装置，所述至少一个评估装置用于通过对由温度记录器30所提供的实际温度数据与基于隔热运输单元20的热模型所计算的温度数据进行比较来评估隔热运输单元20的阻隔属性。在这方面，计算机单元40被配置为执行相关的评估算法。因此，运输单元20的质量可以通过对理论/计算温度曲线(期望)与运送期间测量的实际温度曲线(当前)进行比较来估计。基于当前曲线与期望曲线之间的差值，可以估计运输单元20的质量。此外，在优选的实施方案中，评估装置还被配置为发布指示运输单元20的阻隔属性的评估消息，其中所述消息是如下消息中的至少一种：提供关于另外使用运输单元20的推荐的推荐消息、指示运输单元20的阻隔能力严重损失的警告消息、指示运输单元20必须由服务技术人员检查的检查消息和/或指示在发生故障之前仍然可以使用运输单元20的时间(以分钟为单位)的中止消息。这些消息优选地被输出在计算机单元40的显示器上，其中在运输单元20处可以提
供另外的输出装置，如扬声器、灯等。
[0046]
为了提供基于隔热运输单元20的温度模型的评估算法，可以采取如下步骤：
[0047]-提供关于运输单元20的几何维度的数据，例如通过使用cad文件；
[0048]-经由计算程序的源代码中的数值拟合函数或多项式来描述材料数据，诸如热传导函数、材料常量、阻隔属性、热容量函数、电池数据(相变焓)或者作为温度/压力的函数的空气数据；
[0049]-链接/组合待求解的方程，如能量方程、脉冲方程、连续性方程，启动；
[0050]-限定环境和运输单元20中的温度的边界条件，施加风速或依赖位置的太阳能输入；以及
[0051]-根据计算流体动力学的数值规则，计算和观测数值收敛性和稳定性。
[0052]
在运输单元20的个体部件与它们的周围环境之间的热传导是使用热传导方程计算的。为此，材料的密度、热传导系数lambdax和热容量cpx是必需的。对于空气，还需要粘度和普朗特数。通过计算流体动力学(cfd)仿真，可以在三维和时间上详细计算完整的几何形状和环境。出于此目的，对流动方程和热传导方程以及能量方程进行求解。空气的流动方程代表纳维-斯托克斯方程(脉冲方程)和连续性方程，必须用专门的已知的解决方法来求解。另外，关于温度和电荷状态，必须知道作为冷却能力的相变材料(pcm)(例如，冷却/冷包)的当前状态。电荷状态描述了使相变材料从固体变为液体所要增加的热量(相变的焓)。或者，如果相变材料已经是液体，如何可以通过热传导方程和能量方程来计算相变材料的热容量从而热量。由于初始温度，仿真开始于部件(或者点)之间的热传导。空气中的热传导通过上面所提及的计算流体动力学仿真或者通过替代模型(每空气体积至少一个点)来计算。新的温度(能量方程)由所计算的热流产生。电荷状态将相变材料(例如，冷却包)的热损失纳入考虑。依赖于电荷状态，相变材料的温度将会随热流而变化。因此，随时间的整合使得可以确定货物温度的总体时间趋势与运输单元20的个体部件温度的总体时间趋势。
[0053]
在所示出的优选实施方案中，运输箱20还包括通信接口50，例如短距离或长距离通信接口，如蓝牙、wlan、用于与另外设备建立数据通信的移动通信接口。因此，发布的评估消息和/或温度数据还可以被传输至分立的计算机单元，如移动计算机设备，例如智能手机、平板计算机、笔记本计算机、仪表盘等。
[0054]
已经与优选的实施方案(也作为实施例)结合对本发明进行了描述。然而，从对附图、本公开内容和权利要求的研究中，本领域技术人员可以通过施行所要求保护的发明来理解和实现其他变体。
[0055]
特别地，本发明不限于评估装置的特定位置，例如评估装置可以被提供在隔离单元30处或者任何其他位置处。在后者的情况中，仅需要提供相关通信接口用于相关数据交换。在权利要求和说明书中，措辞“包括”不排除其他元素或步骤，且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中所记载的若干实体或项的功能。在互相不同的从属权利要求中引用某些措施这一纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被用在有利的实施方式中。
[0056]
参考数字列表
[0057]
10 用于评估隔热运输的阻隔属性的系统
[0058]
20 隔热运输单元
[0059]
30 温度传感器/温度记录器
[0060]
40 计算机单元
[0061]
50 通信接口