温度受控制的便携冷却单元的制作方法
【专利说明】温度受控制的便携冷却单元
【发明内容】
[0001] 在一些实施例中，配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元包括：干燥单元， 其包括基本限定内部干燥区域的至少一个外壁，其中内部干燥区域基本阻隔了在内部干燥 区域与在冷却单元之外的区域之间的气体传输；蒸发冷却单元，其包括基本限定内部蒸发 区域的至少一个外壁，其中内部蒸发区域基本阻隔了在内部蒸发区域和位于冷却单元之外 的区域之间的气体传输；蒸气管道，其包括第一端和第二端，蒸气管道在第一端附接到干燥 单元，蒸气管道在第二端附接到蒸气冷却单元，蒸气管道在内部干燥区域和内部蒸发区域 之间形成内部的、不能渗透气体的通道；以及附接到蒸气管道的蒸气控制单元。
[0002] 在一些实施例中，配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元包括：干燥单元， 其包括一个或多个外壁，所述一个或多个外部密封在一起以形成围绕内部干燥区域的不能 渗透气体的屏障，所述一个或多个外壁包括孔；蒸气冷却单元，其包括一个或多个外壁，该 一个或多个外壁密封在一起以形成围绕内部蒸气区域的不能渗透气体的屏障，所述一个或 多个外壁包括孔；蒸气管道，包括第一端和第二端，蒸气管道在第一端附接到围绕干燥单元 的孔的一个或多个外壁的外表面，蒸气管道在第二端附接到围绕蒸气冷却单元的孔的一个 或多个外壁的外表面，蒸气管道在干燥单元的内部干燥区域与蒸气冷却单元的内部蒸发区 域之间形成内部的、不能渗透气体的通道；以及附接到蒸气管道的蒸气控制单元。
[0003] 在一些实施例中，配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元，其包括：干燥单 元，其包括形成围绕内部干燥区域的基本细长结构的一个或多个外壁，基本细长结构包括 邻近一端的孔；蒸气冷却单元，其包括形成围绕内部蒸发区域的基本细长结构的一个或多 个外壁，基本细长结构包括邻近一端的孔；蒸气管道，包括第一端和第二端，蒸气管道在第 一端附接到围绕干燥单元的孔的外表面，蒸气管道在第二端附接到围绕蒸气冷却单元的孔 的外表面，蒸气管道在干燥单元的内部干燥区域与蒸气冷却单元的内部蒸发区域之间形成 内部的、不能渗透气体的通道；以及集成到蒸气管道的蒸气控制单元。
[0004] 前述的
【发明内容】
仅是说明性的，其不意在以任何方式进行限制。除了上文描述的 说明性的方面、实施例、和特征之外，通过参考附图和随后的【具体实施方式】，另外的方面、实 施例和特征将变得显而易见。
[0005] 附图简要说明
[0006] 图1是根据外部视图配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元的示意图。
[0007] 图2是根据剖视图配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元的示意图。
[0008] 图3根据剖视图描绘了配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元的方面。
[0009] 图4描绘了与存储容器一起使用的便携冷却单元。
[0010] 图5根据剖视图描绘了配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元的方面。
[0011] 图6根据剖视图描绘了配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元的方面。
[0012] 图7根据剖视图描绘了配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元的方面。
[0013] 图8根据剖视图描绘了配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元的方面。
[0014] 图9根据剖视图描绘了配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元的方面。
[0015] 图10描绘了蒸气控制单元的方面。
[0016] 图11A描绘了蒸气控制单元的方面。
[0017] 图11B示出了蒸气控制单元的方面。
[0018] 图12描绘了测试结果。
【具体实施方式】
[0019] 在随后的【具体实施方式】中，参考构成其一部分的附图。在附图中，相似的标记典型 地标识相似的组件，除非上下文规定了。在【具体实施方式】、附图、和权利要求书中描述的说 明性实施例并不意在进行限制。可以利用其它的实施例，以及可以进行其他的改变，而不偏 离在此呈现的主题的精神和范围。
[0020] 在不同的附图中使用相同的标记典型地指示相似或相同的物品，除非上下文规定 了。
[0021] 本申请中描述的便携冷却单元包括用于与容器一起使用的被控制的蒸气冷却系 统。便携冷却单元包括蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统被校准和控制以将容器的内部存储 区域维持在预定的温度范围之内一时间段，上述时间段以天或星期来测量。在一些实施例 中，蒸发冷却系统被校准以将容器的内部存储区域维持在介于〇摄氏度和10摄氏度之间的 预定温度范围内。在一些实施例中，蒸发冷却系统被校准以将容器的内部存储区域维持在 介于2摄氏度与8摄氏度之间的预定温度范围内。例如，便携冷却单元可以适合在与诸如 疫苗之类的药用制剂一起使用的存储和/或运送容器中使用，其中存储温度必须保持在〇 摄氏度以上的温度范围内以避免所存储的材料凝固。在一些实施例中，便携冷却系统不需 要外部电源来工作。在一些实施例中，便携冷却系统需要最低功率以操作并控制蒸发冷却 的速率，例如功率需求小于标准制冷装置的功率需求。在一些实施例中，可以对冷却单元中 的蒸发冷却系统进行充电、维修或更新，以允许重新使用便携冷却单元多次。
[0022] 图1根据一实施例示出了配置用于与存储容器一起使用的便携冷却单元100的外 部视角。在图1中示出的视图是便携冷却单元1〇〇的实施例的外部视图。便携冷却单元1〇〇 包括蒸发单元110、蒸气管道130、附接到蒸气管道130的蒸气控制单元140、以及干燥单元 120。如在图1中所示出的，蒸发单元110和干燥单元120中的每一个都是具有基本相同大 小和形状的基本细长结构。在一些实施例中，蒸发单元110和干燥单元120具有不同的大 小和形状。在一些实施例中，蒸发单元110和干燥单元120被配置成沿由蒸气管道130限 定的中央轴基本平衡，例如，以在使用便携冷却单元100期间允许便携冷却单元100搁置在 与蒸气管道130的较低表面相邻的表面上，而不直接对蒸发单元110和干燥单元120进行 支撑。例如，在一些实施例中，干燥单元120和蒸发冷却单元110具有用于使便携冷却单元 100相对于蒸气管道130平衡的大小和形状。图1中描绘的便携冷却单元100包括密封到 干燥单元120的第一端185以及密封到蒸发冷却单元110的第二端180。蒸气管道130在 干燥单元120的内部区域与蒸发冷却单元110的内部区域之间形成不能渗透气体的通道。
[0023] 便携冷却单元100具有可以由单个用户携带的大小和形状的构造。例如，在一些 实施例中，便携冷却单元100的重量小于2公斤（kg)。例如，在一些实施例中，便携冷却单 元100的重量小于5公斤（kg)。例如，在一些实施例中，便携冷却单元100的重量小于10 公斤（kg)。例如，在一些实施例中，便携冷却单元100的重量小于15公斤（kg)。例如，在 一些实施例中，便携冷却单元100的重量小于20公斤（kg)。例如，在一些实施例中，蒸发 单元110和干燥单元120为大致矩形，大致的尺寸为35cm乘以20cm乘以10cm，与直径大 约5cm且长15cm的蒸气管道130相结合。例如，在一些实施例中，蒸发单元110和干燥单 元120是基本椭圆的，其大致尺寸为20cm乘以10cm乘以5cm，与大约直径3cm且长8cm的 蒸气管道130相结合。在一些实施例中，蒸气管道130具有足够的大小和强度来运送蒸发 冷却单元110和干燥单元120两者的质量。例如，在一些实施例中，蒸发冷却单元110和干 燥单元120在使用期间相对于蒸气管道130平衡。在这些实施例中，为了便携冷却单元100 的稳定，蒸发冷却单元110和干燥单元120可以被制造成具有相等的大小、形状和质量。
[0024] 在一些实施例中，便携冷却单元100被配置成一次性使用，且在一次性使用之后 可以丢弃或回收。例如，便携冷却单元1〇〇可以基本由可回收塑料或金属来制造。便携冷 却单元可以由这样的材料制成：在内部空间气压低于大气压的情况下具有足够的强度来维 持其形状。例如，根据实施例，便携冷却单元的一个或多个壁可以由不锈钢、铝、聚碳酸酯塑 料、玻璃、或其他材料制造。在一些实施例中，便携冷却单元包括半透明的一个或多个部分， 以允许用户看见蒸发冷却单元和/或干燥单元的内部。在一些实施例中，便携冷却单元100 被配置成可重新使用，例如在将蒸发冷却单元110和干燥单元120更新和充电之后。例如， 便携冷却单元100可以被配置成通过在使用之间加热干燥单元120来对内部蒸发液体和干 燥材料进行充电。例如参见图5和关联的文本。例如，便携冷却单元100可以被配置成被 打开和内部的方面，例如在使用之间替换干燥材料和蒸发液体。
[0025] 便携冷却单元100的蒸气管道130具有第一端和第二端，蒸气管道130的每一端 分别在与蒸发单元110和干燥单元120的顶缘相邻的地方附接到蒸发单元110和干燥单 元120。如在本申请中所使用的，"管道"指具有中空的内部和在远端具有至少两个孔的结 构，例如管道、管子或导管。在一些实施例中，管道的内部中空具有基本上圆的剖面。在一 些实施例中，管道的内部中空具有基本矩形、椭圆或不规则形状的剖面。如在本申请中所 使用的，"蒸气管道"指被配置用于气体（包括蒸气形式的蒸发液体）移动通过该管道的管 道。在一些实施例中，蒸气管道130、蒸发单元110和干燥单元120由单个组件制造并且然 后利用不能渗透气体的密封件组合在一起。在一些实施例中，蒸气管道130、蒸发单元110 和干燥单元120基本被制成单个单元，例如利用吹塑成型的塑料或金属制造。例如，组件中 的一个或多个可以由聚碳酸酯塑料制造。例如，组件中的一个或多个可以由铝或不锈钢制 造。蒸气管道130被配置成具有用于在使用期间支持蒸发单元110和干燥单元120两者的 足够的强度和耐久性，例如如果便携冷却单元110被放置在蒸气管道130之下的支撑件上。 例如，参见图4。蒸气管道130被配置成具有在传输期间用于支持蒸发单元110和干燥单元 120两者的足够的强度和耐久性，例如，如果用户将蒸气管道130使用为用于运送整个便携 冷却单元100的把手。蒸气管道包括蒸气控制单元140。虽然蒸气控制单元140在图1中 示出的实施例中可见，但是，在一些实施例中，蒸气控制单元140整个都在蒸气管道130的 内部且在冷却单元100的外部看不见。
[0026] 便携冷却单元100包括干燥单元120。在一些实施例中，便携冷却单元100包括具 有至少一个基本上限定内部干燥区域的外壁的干燥单元120,其中内部干燥区域基本阻隔 了在内部干燥区域与位于便携冷却单元100之外的区域之间的气体传输。例如，在一些实 施例中，干燥单元120可以包括外壁，该外壁利用不能渗透气体的密封件彼此密封，形成基 本阻隔了在内部干燥区域与位于冷却单元100之外的区域之间的气体传输的内部干燥区 域。例如，在一些实施例中，干燥单元120由单件的制造材料形成，例如吹塑成型的塑料或 金属。在一些实施例中，便携冷却单元100包括具有一个或多个外壁的干燥单元120,该一 个或多个外壁被密封在一起，以形成围绕内部干燥区域的不能渗透气体的屏障，该一个或 多个外壁包括孔。例如，在一些实施例中，干燥单元120可以具有多个壁结构密封在一起的 构造，其中这些壁中的一个可以包括在不与密封件相邻的区域中的孔。在一些实施例中，便 携冷却单元100包括具有一个或者外壁的干燥单元120,该一个或者外壁形成围绕内部干 燥区域的基本细长结构，该基本细长结构包括邻近一端的孔。例如，在一些实施例中，干燥 单元120可以包括形成基本细长机构的一个或者外壁，该基本细长结构为大致矩形（参见 例如图1)。例如，在一些实施例中，干燥单元120可以包括形成基本细长结构的一个或多个 外壁，该基本细长结构为大致椭圆形。例如，在一些实施例中，干燥单元120可以包括形成 基本细长结构的一个或多个外壁，该基本细长结构为大致长圆形。干燥单元120在使用冷 却单元期间将不会变冷，但是将趋向于在使用期间变热。因此，在使用期间，便携冷却单元 100的干燥单元120部分不应该放在要被冷却的存储区域旁边。相比之下，在使用期间，干 燥单元120应该放在远离要被冷却的存储区域或在要被冷却的存储区域之外的位置中（参 见例如图4)。
[0027] 在图1中示出的便携冷却单元100包括单个蒸发单元110。在一些实施例中，便 携冷却单元包括多个蒸发单元。例如，多个蒸发单元可以串联或并联连接到单个蒸气管道。 在一些实施例中，蒸发单元110包括基本限定内部蒸发区域的至少一个外壁，其中内部蒸 发区域是基本阻隔了在内部蒸发区域和位于冷却单元100之外的区域之间的气体传输。例 如，在一些实施例中，蒸发单元110可以包括利用不能渗透气体的密封件彼此密封在一起 的外壁，形成阻隔了在内部干燥区域和位于冷却单元100外部的区域之间的气体传输的内 部干燥区域。例如，在一些实施例中，蒸发单元110由单件制造材料形成，例如吹塑成型的 塑料或金属。在一些实施例中，蒸发单元110包括一个或多个外壁，该一个或多个外壁密 封在一起以形成围绕内部蒸发区域的气体不能渗透的屏障，一个或多个外壁包括孔。例如， 在一些实施例中，蒸发单元110可以具有密封在一起的多个外壁的结构，其中这些壁中的 一个可以包括位于不与密封件相邻的区域中的孔。在一些实施例中，蒸发单元110包括形 成围绕内部蒸发区域的基本细长结构的一个或多个外壁，该基本细长结构包括邻近一端的 孔。例如，在一些实施例中，蒸发单元110可以包括形成基本细长结构的一个或多个外壁， 该基本细长结构是大致矩形的（参见，例如图1)。例如，在一些实施例中，蒸发单元110可 以包括形成基本细长结构的一个或多个外壁，该基本细长结构是大致椭圆的。例如，在一些 实施例中，蒸发单元110可以包括形成基本细长结构的一个或多个外壁，该基本细长结构 是大致长圆形的。在使用期间，蒸发单元100将会冷却，从而向相邻存储区域提供了冷却效 果。参见，例如图4。
[0028] 图1中示出的便携冷却单元100包括蒸气管道130。蒸气管道130包括第一端和 第二端。在一些实施例中，蒸气管道130包括第一端和第二端，蒸气管道在第一端附接到干 燥单元，蒸气管道在第二端附接到蒸发冷却单元110,蒸气管道在内部干燥区域和内部蒸发 区域之间形成了内部的、气体不能渗透的通路。例如，在一些实施例中，蒸气管道130的第 一端和第二端可以利用不能渗透气体的密封件被密封到干燥单元120和蒸发冷却单元110 的相应表面。根据在制造中使用的材料，例如可以利用环氧树脂、卷曲结构或焊接来在一端 或两端密封蒸气管道130。在一些实施例中，便携冷却单元100的结构是以包括蒸气管道 130、干燥单元120和蒸发冷却单元110的单件来制造的。例如，便携冷却单元100的结构 可以由吹塑成型的塑料或金属制造。在一些实施例中，蒸气管道130包括第一端和第二端， 蒸气管道在第一端附接到围绕干燥单元120的孔的一个或多个外壁的外表面，蒸气管道在 第二端附接到围绕蒸发冷却单元110的孔的一个或多个外壁的外表面，蒸气管道在干燥单 元120的内部干燥区域与蒸发冷却单元110的内部蒸发区域之间形成内部的、不能渗透气 体的通道。在一些实施例中，蒸气管道130包括第一端和第二端，蒸气管道在第一端附接到 围绕干燥单元120的孔的外表面，蒸气管道在第二端附接到围绕蒸发冷却单元110的孔的 外表面，蒸气管道在干燥单元120的内部干燥区域与蒸发冷却单元110的内部蒸发区域之 间形成内部的、不能渗透气体的通道。
[0029] 如在图1中所示出的，蒸气控制单元140附接到蒸气管道130。在一些实施例 中，蒸气控制单元140整个位于蒸发管道130内部且在冷却单元100外部看不见。在一 些实施例中，蒸气控制单元140被集成到蒸气管道130。蒸气控制单元140可控制地增 加或减小位于蒸气控制单元140内部的管道的内部尺寸，其用于改变蒸气流过蒸气控制 单元140的速率，进而控制在蒸气管道的第一端185与蒸气管道的第二端180之间的速 率。参见：里其乐托玛斯公司的技术参考资料第9部分的"计算在真空系统中的管道大小 和压降'，（"CalculatingPipeSizes&PressureDropsinVacuumSystems'，，Section 9-TechnicalReference,RietschleThomasCompany)，通过引用的方式将其并入。
[0030] 图2示出了便携冷却单元100的实施例的另外的方面。图2示出了在垂直剖面中 的便携冷却单元1〇〇以描绘在外部视图（例如，如图1)中看不见的便携冷却单元1〇〇的内 部的方面。图2描绘了包括干燥单元120和蒸发冷却单元110的便携冷却单元100,其中蒸 气管道130在第一端185附接到干燥单元120并且在第二端180附接到蒸发冷却单元110。
[0031] 图2示出了干燥单元120的方面。根据实施例，干燥单元120的外壁可以由各种材 料制造。外壁可以由这样的材料制造：具有足够的强度以在内部干燥区域260的气压低于 大气压时维持其形状。例如，根据实施例，外壁可以由不锈钢、铝、聚碳酸酯塑料、玻璃、或其 他材料制造。在一些实施例中，干燥单元120由3%到5%的泡沫铝制造，其基本围绕内部干 燥材料250变形。在一些实施例中，干燥单元120由单件制造材料形成。在一些实施例中， 便携冷却单元100的主要结构由单件制造材料形成，上述主要结构包括干燥单元120、蒸发 冷却单元110以及蒸气管道130。例如，便携冷却单元100的一个或多个部分可以由吹塑成 型的塑料或金属制造。在一些实施例中，干燥单元120的外壁包括邻近蒸气管道130的内 部的孔，蒸气管道130的第一端185在围绕所述孔的表面上被密封到干燥单元120的外壁。 在一些实施例中，干燥单元120可以包括邻近外壁的内衬。在具体实施例中，例如，内衬可 以被配置成保护外壁的材料免受到来自所利用的干燥材料250的任何可能的腐蚀。
[0032] 干燥单元120包括内部干燥区域260。干燥材料250的多个单元位于内部干燥区 域260中。虽然干燥材料250的单元被描述为块，但是在一些实施例中，其可以排列成规则 的图形以促进干燥材料250与气体在干燥单元120的内部干燥区域260内部的最大表面接 触。在一些实施例中，干燥材料250的单元其它材料或结构，该其它材料或结构被配置成促 进干燥材料250与气体在干燥单元120的内部干燥区域260内的最大表面接触。在一些实 施例中，干燥单元120的外壁提供了围绕内部干燥区域260的不能渗透气体的屏障。在一 些实施例中，内壁或内衬形成围绕内部干燥区域260的气体不能渗透的屏障。内部干燥区 域260包括在小于便携冷却单元100的外部区域的气压下被密封的空间。例如，干燥单元 120可以在内部干燥区域260内包括小于大气压的气压。
[0033] 图2描绘了干燥单元120内的干燥材料250的多个单元。干燥材料250的多个单 元位于干燥单元120的内部干燥区域260中。虽然干燥材料250的单元被示出为块，但是 在一些实施例中，其可以排列成规则图案，以促进干燥材料250与气体在干燥单元120的内 部空间260中的最大表面接触。在一些实施例中，干燥材料250的单元包括具有用于提高 围绕干燥材料250的单元中的每一个的气体循环的大小和形状的结构或涂层。气体填充的 内部干燥区域260在干燥材料250与蒸气管道130的相邻端的内部之间提供气体接触。在 一些实施例中，干燥单元120包括蒸气密封室，该蒸气密封室包括与蒸气管道130的内部区 域蒸气接触的内部干燥区域260。在一些实施例中，干燥单元120包括在干燥单元120内的 蒸气不可渗透的区域，蒸气不可渗透的区域与蒸气管道130的内部蒸气接触。在一些实施 例中，干燥单元120可以包括邻近壁的内衬。在具体实施例中，例如，内衬可以被配置成避 免外壁的材料受到来自所使用的干燥材料260的任何可能的腐蚀。
[0034] 干燥材料250的单元由具有干燥属性或具有将液体从周围空间中的液体蒸气 移除的能力的至少一种材料制造。例如，干燥材料250的单元可以例如通过吸收周围空 间的水蒸气或从周围空间的水蒸气吸收水来操作。所选择的干燥材料250的一个或多 个单元将取决于具体实施例，特别地，针对需要操作集成到特定容器的特定蒸发冷却单 元所需的估计时间段，该体积需要足够量的干燥材料来吸收液体。在一些实施例中，在 日常的操作条件下，所选择的干燥材料250的单元将是固体材料。干燥材料250的一个 或多个单元可以包括非干燥材料，例如粘合材料、支架材料、或支撑材料。干燥材料250 的一个或多个单元可以包括两种或更多类型的干燥材料。本申请中描述的便携冷却单 元意在与蒸发冷却一起使用几天或几星期，且在任何给定的实施例中，足够的干燥材料 和相应的蒸发液体被包含用于这些时间段。对于关于液体-干燥材料配对的更多信息， 参见：Saha等人的"ANewGenerationCoolingDeviceEmployingCaC12-in_silica Gel-waterSystem'，，国际传热与传质杂志（InternationalJournalofHeatandMass Transfer), 52:516-524(2009)，通过引用将其并入。选择一种或多种干燥材料250在特 定实施例中使用还将取决于特定实施例中的目标冷却温度范围。例如，在一些实施例 中，干燥材料可以包括碳酸钙。例如，在一些实施例中，干燥材料可以包括氯化锂。例 如，在一些实施例中，干燥材料可以包括液氨。例如，在一些实施例中，干燥材料可以包 括沸石。例如，在一些实施例中，干燥材料可以包括二氧化硅。关于干燥材料的更多 信息在下文中可获得：Dawoud和Aristov的"ExperimentalStudyontheKinetics ofWaterVaporSorptiononSelectiveWaterSorbents,SilicaGelandAlumina UnderTypicalOperatingConditionsofSorptionHeatPumps''，国际传热与传质杂志 (InternationalJournalofHeatandMassTransfer)?46:273-281 (2004) ；Conde~Petit 的"AqueousSolutionsofLitiumandCa