用于制备蜡和脂质颗粒的系统和方法与流程

背景技术：

蜡被用在各种工业应用中。通常，蜡以颗粒的形式使用。这样，蜡颗粒的生产可以为使用蜡的这种工业应用提供重要的方面。在许多情况下，可能有利的是蜡颗粒具有单分散性或统一的颗粒尺寸。常常通过从孔中挤出熔融蜡来生产蜡颗粒。

一些蜡颗粒形成技术包括将熔融蜡作为蜡颗粒射流喷出到空气或另一种(静态或运动的)流体中。蜡流的射流具有不稳定性，这使蜡流破裂成熔融蜡的小液滴，其凝固成蜡颗粒。破裂可以通过各种机制来实现，例如通过重力、静电、剪切等。液滴的多分散性是受不稳定性驱动的射流破裂的固有特征，并且已经充分研究了一百多年。这种基于射流形成蜡颗粒的方法在图1a中示出。

其他蜡颗粒形成技术包括将熔融蜡从孔挤出到一种液体中，该液体在蜡流从孔排出后就形成液滴。蜡流被挤出到液槽中，并根据两种流体之间的相对密度而被向下或向上引导。液滴在达到临界尺寸时通过浮力与孔脱离，浮力对抗重力和表面张力。在大多数典型的情况下，在特定阈值(约为2mm)以下，液滴尺寸基本上与孔尺寸无关，因而生产亚毫米的蜡颗粒极其困难。除此之外，这种方法与基于射流的方法相比生产量相对较低。这种基于液滴形成蜡颗粒的方法在图1b中示出。

技术实现要素：

在一些实施方式中，一种用于形成蜡颗粒的系统可以包括：管道，其包括具有第一尺寸的内腔并具有入口和出口；挤出器，其具有入口以及位于管道中作为出口的挤出器孔，该挤出器孔具有小于第一尺寸的第二尺寸；与管道的入口流体连接的载体流体容器；与挤出器的入口流体连接的挤出器容器；以及与管道的出口流体连接的颗粒收集器，其中颗粒收集器具有收集器入口和收集器出口，收集器入口具有第一温度，收集器出口具有低于第一温度的第二温度，在第一温度和第二温度之间存在温度梯度。在一些方面，管道适于作为允许挤出物与载体流体一起在其中流动的挤出物管道。在一些方面，第二尺寸与第一尺寸的比为约1:2至1:20，或1:5至1:15，或1:8至1:12，或1:10。在一些方面，挤出器和管道配合以形成孔接触器。在一些方面，包括加热系统，其具有至少与载体流体容器、挤出器容器和颗粒收集器热连接的一个或多个加热器。在一些方面，包括与挤出器容器热连接的加热器。在一些方面，包括冷却系统，其具有与颗粒收集器的出口端部热连接的一个或多个冷却器。在一些方面，包括控制系统，其具有适于控制所述系统的计算机处理器。在一些方面，包括与挤出器容器操作性地连接的泵。在一些方面，挤出器容器适于作为蜡容器。在一些方面，包括与蜡容器操作性地连接的一个或多个热电偶。在一些方面，包括与蜡容器操作性地连接的一个或多个压力传感器。在一些方面，蜡容器被构造为混合器。在一些方面，蜡分配器控制器适于控制蜡泵和蜡加热器并从蜡压力传感器、蜡热电偶和蜡流速传感器接收数据。在一些方面，包括与载体流体容器热连接的加热器。在一些方面，包括与载体流体容器操作性地连接的泵。在一些方面，包括与载体流体容器操作性地连接的一个或多个热电偶。在一些方面，包括与载体流体容器操作性地连接的一个或多个压力传感器。在一些方面，包括载体流体分配器控制器，其适于控制载体流体泵和载体流体加热器并从载体流体压力传感器、载体流体热电偶和载体流体流速传感器接收数据。在一些方面，颗粒收集器包括连接至颗粒收集器入口的挤出物管道。在一些方面，颗粒收集器包括垂直定向的流体柱体。在一些方面，颗粒收集器包括颗粒选择器。在一些方面，颗粒收集器包括具有旋转臂的颗粒选择器。在一些方面，在颗粒收集器的出口处包括废料腔室。在一些方面，在颗粒收集器的出口处包括产品腔室。在一些方面，在颗粒收集器的入口侧包括加热器。在一些方面，在颗粒收集器的出口侧包括冷却器。在一些方面，包括颗粒分析仪，其与颗粒收集器操作性地连接从而能够分析颗粒。在一些方面，颗粒分析仪包括摄像机。在一些方面，颗粒分析仪与控制系统操作性地连接。在一些方面，包括颗粒收集器，其可以具有压力传感器、流速传感器或热电偶中的至少一个。在一些方面，各组件容纳在外壳内，因此所述系统可以被构造为一个设备。

在一个实施方式中，一种形成蜡颗粒的方法可以包括：提供其中一个实施方式的系统或设备；使载体流体流过挤出物管道；利用挤出器将蜡挤出到流过挤出物管道的载体流体中，使得挤出物分离成彼此被载体流体节段分开的挤出物节段；以及使挤出物流入颗粒收集器中以形成蜡颗粒。在一个方面，蜡颗粒是蜡珠。在一个方面，所述方法可以包括将蜡容器中的蜡加热至高于蜡的熔点的温度。在一个方面，所述方法可以包括将载体流体容器中的载体流体加热至高于蜡的熔点的温度。在一个方面，所述方法可以包括调节挤出物管道内载体流体的流速和所挤出的蜡的流速，以控制所形成的蜡颗粒的颗粒尺寸。在一个方面，所述方法可包括将颗粒收集器的出口端部冷却至低于蜡的熔点的温度。在一个方面，所述方法可包括在颗粒收集器中将蜡凝固成蜡珠。在一个方面，所述方法可包括启动颗粒选择器以选择作为产品的蜡颗粒。在一个方面，所述方法可包括启动颗粒选择器以将有缺陷的蜡颗粒送去报废。在一个方面，所述方法可包括在控制系统中接收与所述系统的操作有关的数据并且使所述系统的操作发生改变。

前述发明内容仅仅是说明性的，并不认为是以任何方式进行限制。通过参照附图和以下具体实施方式部分，除了上述说明性的方面、实施方式和特征之外的其他的方面、实施方式和特征也将变得清楚。

附图说明

根据以下结合附图进行的描述和所附权利要求，本公开的前述和以下信息以及其他特征将变得更加显而易见。应当理解，这些附图仅描绘了根据本公开的几个实施方式，因此不应认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述本公开。

图1a示出了现有技术中已知的基于射流形成颗粒的方法。

图1b示出了现有技术中已知的基于液滴形成颗粒的方法。

图2a示出了颗粒形成系统的实施方式的示意图。

图2b示出了蜡分配器的实施方式的示意图。

图2c示出了载体流体分配器的示意图。

图3a示出了将颗粒挤出到载体流体中的颗粒挤出系统的实施方式。

图3b示出了将颗粒挤出到载体流体中的颗粒挤出系统的实施方式的剖视图。

图3c示出了将颗粒挤出到载体流体中的颗粒挤出系统的实施方式的剖视图。

图3d示出了将颗粒挤出到载体流体中的颗粒挤出系统的实施方式的剖视图。

图4a示出了实施方式的颗粒收集器系统的示意图。

图4b示出了实施方式的颗粒收集器系统的示意图。

图5a示出了容纳颗粒形成系统的外壳的实施方式。

图5b示出了容纳在图5a的外壳中的颗粒形成系统的各组件的实施方式。

图6示出了可以用作颗粒形成系统的控制器的计算系统的示意图。

图6a示出了颗粒形成系统的控制环境的示意图。

图7a示出了利用颗粒形成系统的实施方式形成的颗粒的图像。

图7b是利用颗粒形成系统的实施方式形成的颗粒的图像以及颗粒尺寸分布图。

图7c示出了利用颗粒形成系统的实施方式形成的颗粒的图像以及颗粒尺寸分布图。

图8a示出了将核和壳颗粒挤出到载体流体中的颗粒挤出系统的实施方式的剖视图。

图8b示出了将核和壳颗粒挤出到载体流体中的颗粒挤出系统的实施方式的剖视图。

图9示出了用于控制颗粒形成系统的控制构造的示意图。

图10是壳和核颗粒的图像。

图11包括装载有微粉化固体的蜂蜡的图像。

附图中所示的元件是根据本文描述的至少一个实施方式设置的，并且该设置可以由本领域的普通技术人员根据本文提供的公开内容进行修改。

具体实施方式

在下面的具体实施方式部分中，参照了构成该说明的一部分的附图。在附图中，相似的附图标记通常表示相似的组件，除非上下文另有规定。在具体实施方式部分、附图和权利要求中描述的说明性的实施方式并不意味着是限制性的。在不脱离本文给出的主题的精神或范围的情况下可以利用其他实施方式并且可以进行其他改变。容易理解的是，本文总体描述并在图中示出的本公开的方面可以通过各种不同的构造来设置、替代、组合、分离和设计，所有这些都在本文中明确进行了考虑。

总体上，本技术涉及系统和方法，并且可用于在更好地控制颗粒尺寸的情况下生产蜡颗粒，并允许更窄的多分散性以及实现蜡颗粒的更好的单分散性。该系统可以通过形成相对单分散的颗粒或非常窄的多分散性的方式挤出熔融蜡。系统的操作方法可以利用系统的设计所提供的新颖物理学来获得蜡颗粒。

尽管结合蜡颗粒描述本技术，但是系统和方法也可以应用于脂质颗粒和脂质/蜡组合颗粒。本技术还可用于制造包括各种疏水性材料的疏水性颗粒。这样，本文描述的系统和方法的说明可以用于制备蜡颗粒、脂质颗粒、脂质/蜡颗粒、疏水性颗粒或它们的组合。在一个方面，本文描述的系统和方法可仅应用于蜡颗粒。在一个方面，本文描述的系统和方法可仅应用于脂质颗粒。在一个方面，本文描述的系统和方法可仅应用于脂质/蜡组合颗粒。

在一个实施方式中，将熔融蜡从具有对应的第一横截面轮廓尺寸的第一横截面轮廓的孔挤出到位于具有对应的第二横截面轮廓尺寸的第二横截面轮廓的流体通道的内腔内的不混溶流体(例如，与熔融蜡不混溶)中。第一横截面轮廓和第二横截面轮廓可以具有相同的形状或不同的形状。可以基于各种因素来选择颗粒尺寸，所述因素例如为不混溶流体的流速、不混溶流体的温度以及第一横截面轮廓尺寸与第二横截面轮廓尺寸的关系等。

在一个例子中，连续地泵送熔融蜡液流并使其通过挤出孔挤出，使得熔融蜡从孔被挤出，与流体通道内的另一种不混溶流体共同流动。将熔融蜡挤出到不混溶流体中在流体通道内形成了一串快速运动的单分散熔融蜡滴。流体通道包括与不混溶流体的液槽流体连接的出口。蜡颗粒在从挤出孔通过流体通道进入液槽的移动期间形成并凝固。熔融蜡的温度和不混溶流体的温度可从挤出孔到流体通道并且穿过流体通道以及可选地在液槽中形成温度梯度，这促进蜡颗粒的形成和凝固。蜡液滴连续形成并且高度单分散。蜡颗粒的珠粒尺寸最终受所使用的通道的尺寸限制，通道的尺寸可以小至0.1mm或是所需的尺寸。挤出孔可以被认为是在熔融蜡挤出到不混溶流体中的过程中与其接触的接触器，因此可以被认为是挤压接触器。限定流体通道的内腔也可以被认为是在熔融蜡挤出之后在颗粒形成期间可以与其接触的接触器，并因此可以被认为是颗粒接触器。

在一个实施方式中，如图2a所示，用于利用本文描述的方法形成蜡颗粒的系统10可以包括以下组件：蜡分配单元20(例如，蜡分配器)；载体流体单元22(例如，载体流体分配器)；孔接触器25(例如，挤出器24和挤出物管道26的组合)；收集单元28(例如，颗粒收集器)；加热单元30(例如，加热器、加热系统)；冷却系统31；以及控制系统32(例如，计算机)。在图2a中，实线箭头表示材料流，而虚线箭头表示热流或冷却流。如图所示，蜡分配器20将熔融蜡提供给挤出器24，同时载体流体分配器22将载体流体提供给挤出物管道26，其中熔融蜡和载体流体在挤出物管道26内配合以形成蜡颗粒。然后将蜡颗粒转移到颗粒收集器28。在形成蜡颗粒的过程中，加热系统30可以独立地向蜡分配器20、载体流体分配器22、挤出器24、挤出物管道26和可选的颗粒收集器28以及这些组件之间用于材料传递的任何管道提供热量。控制系统32可以连接至所述组件以及与这些组件配合的泵或其他设备，以控制形成所需尺寸的蜡颗粒的工序。这些组件在本文中更详细地描述。

蜡分配器20可以设置为各种构造。在图2b所示的一个方面，蜡分配器20可以包括蜡容器40，其可以容纳固体蜡和/或熔融蜡。加热器42可以与蜡容器40关联(例如，物理连接或热连接)，以将蜡加热至高于熔点的温度，从而形成熔融蜡。蜡泵44可以与蜡容器40关联(例如，物理连接或压力连接)，从而增加蜡容器40内的压力和/或操作为使熔融蜡从蜡容器40分配到蜡管道46中。应认识到，蜡泵44或附加的蜡泵44(例如，一系列蜡泵44)可以与蜡管道46操作性地连接，以实现蜡在其中的流动。还应认识到，加热器42可以与蜡管道46操作性地连接，以将其中的蜡保持为可在其中流动的熔融蜡。热电偶48(例如，一个或多个)和压力传感器50(例如，一个或多个)可位于蜡容器40和蜡管道46的任何位置，使得可以监测温度和压力。此外，流速传感器52可以操作性地连接至蜡管道46，使得可以监测熔融蜡的流速。可以作为控制系统32(图2a)的一部分的蜡分配器控制器54可以与加热器42、蜡泵44、热电偶48、压力传感器50和/或流速传感器52操作性地连接，使得可以通过蜡分配器控制器54测量并分析参数，从而可以提供操作指令使得熔融蜡处于所需的温度和压力并以所需的流速流过蜡管道46。

在蜡分配器20的一个例子中，可以控制温度和流速，使得熔融蜡流受压力驱动(例如注射泵)穿过流体路由系统(例如，流体路径)，以允许熔融蜡流到达并穿过挤出器24。将固体蜡装入蜡容器40中，加热蜡容器以使蜡熔化至其熔融状态。可选地，可以将熔融蜡装入蜡容器40中，并且由加热器42提供的热量可以将蜡在所需的温度下保持在所需的熔融状态。在一个特定的例子中，蜡容器40可以保留多达100ml的蜡。根据蜡颗粒的尺寸，蜡的输送速率可以从数微升/分钟到数毫升/分钟不等。

在一个实施方式中，可以使用任何类型的蜡(例如，合成的和天然的)、脂质或这些材料的混合物。可选地，可以使用其他疏水性材料制备疏水性颗粒，例如疏水性聚合物。蜡是一类各种各样的有机化合物，它们在环境温度附近是疏水的、有延展性的固体。蜡的熔点通常高于40℃，熔化形成低粘度液体。脂质组合物可以具有高于约30℃的典型熔点，其可以应用于栓剂组合物。蜡不溶于水，但可溶于大多数有机的非极性溶剂。在一个方面，既可以使用合成蜡又可以使用天然蜡(例如，源自动物、植物和矿物质)。天然蜡的例子包括但不限于蜂蜡、巴西棕榈蜡、小烛树蜡、蓖麻蜡、羊毛脂蜡、地蜡、紫胶蜡、向日葵蜡、米糠蜡、浆果蜡、植物蜡、它们的混合物(例如组合)等等。合成蜡包括但不限于石蜡、鲸蜡酯、微晶蜡和脂质，包括栓剂赋形剂等。

载体流体分配器22可以设置为各种构造。在图2c所示的一个方面，载体流体分配器22可包括载体流体容器60，其可容纳载体流体(例如，与熔融蜡不混溶)。加热器62可以与载体流体容器60关联(例如，物理连接或热连接)，以将载体流体加热至低于、等于或高于熔融蜡的熔点的温度，其中为了所需的结果温度可以变化。流体泵64可以与载体流体容器60关联(例如，物理连接或压力连接)，从而增加载体流体容器60内的压力和/或操作为使载体流体从载体流体容器60分配到载体流体管道66中。应认识到，流体泵64或附加的泵64(例如，一系列泵64)可以与载体流体管道66操作性地连接，以实现载体流体在其中的流动。还应认识到，加热器62可以与载体流体管道66操作性地连接，以保持可从中流过的载体流体的温度。热电偶68(例如，一个或多个)和压力传感器70(例如，一个或多个)可以位于载体流体容器60和载体流体管道66的任何位置，使得可以监测载体流体的温度和压力。此外，流速传感器72可以操作性地连接至载体流体管道66，使得可以监测载体流体的流速。可以作为控制系统32(图2a)的一部分的载体流体分配器控制器74可以与加热器62、流体泵64、热电偶68、压力传感器70和/或流速传感器72操作性地连接，使得可以通过载体流体分配器控制器74测量并分析参数，从而可以提供操作指令使得载体流体处于所需的温度和压力并以所需的流速流过载体流体管道66到达挤出物管道26。

在一个例子中，将载体流体调节为适合于在熔融蜡转变成固态颗粒时运送熔融蜡，然后将颗粒输送至颗粒收集器。载体流体在从挤出器中挤出熔融蜡时与其接触，然后在凝固和颗粒形成过程中与熔融蜡一起流过挤出物管道。挤出器和挤出物管道的相对尺寸以及熔融蜡和载体流体的相对流速以及温度或温度梯度影响所产生的蜡颗粒的尺寸。

载体流体可以是与被加工成蜡颗粒的蜡不混溶的任何流体。载体流体的一些例子包括但不限于水、硅油、甘油、聚乙烯醇溶液、它们的组合等。在一些情况下，载体流体的沸腾温度可以高于蜡的熔融温度，例如优选比蜡的熔点高至少5℃、10℃、15℃或20℃。在载体流体与熔融蜡流接触之前，加热载体流体并将其保持在接近或高于熔融蜡的温度，以防止在挤出时以及在流过孔接触器的过程中蜡过早凝固。

孔接触器25可以设置为各种构造，并且包括挤出器24和挤出物管道26。在图3a和图3b所示的一个方面，孔接触器25包括挤出器24和挤出物管道26，挤出物管道26包含挤出器24的挤出器孔80(例如，喷嘴)。孔接触器25包括与挤出器孔80流体连接的挤出器入口82，它们是挤出器24的一部分。另外，孔接触器25包括连接至流体管道86的载体流体入口84，其中流体管道包含挤出器24。流体管道86在挤出器孔80处过渡到挤出物管道26中。然而，应认识到，流体管道86和挤出物管道26可以是同一管道。在操作中，孔接触器25通过挤出器入口82引导熔融蜡流并通过载体流体入口84引导载体流体，使得熔融蜡流从挤出器孔80被挤出到挤出物管道26中，从而使熔融蜡和载体流体接触。通过设计挤出器孔80和选择适当的熔融蜡和载体流体的流速，熔融蜡形成蜡颗粒，这些蜡颗粒开始在载体流体内沿着挤出物管道26流动。如图所示，蜡颗粒在载体流体中的形成产生了一串连续交替的蜡节段85和载体节段87。蜡节段85和载体节段87的尺寸可以确定产生的蜡颗粒的尺寸和形状。孔接触器25在挤出物管道26处的直径范围可以是10-3000μm。孔接触器25可以被构造成具有不同的挤出器孔80尺寸和不同的挤出物管道26尺寸，从而制备不同尺寸范围的颗粒。在一个例子中，挤出器孔80和挤出物管道26的尺寸比可以为约1:2至1:20，或1:5至1:15，或1:8至1:12，或1:10。这些蜡节段85可以是颗粒形状或圆柱形形状；然而，应认识到，当蜡节段85朝着颗粒收集器28穿过挤出物管道26时，蜡滚动形成可以是球形的颗粒。

应认识到，孔接触器25可以被准备成各种构造。如图3a和图3b所示，挤出器24是被插入到挤出物管道26的内腔中的单独的构件，然后将它们紧固在一起以形成不透流体的密封部，使得载体流体和熔融蜡只能流向颗粒收集器28。即，使挤出器管超过载体流体入口84所在的接合部位置插入到载体流体管的内腔中。

图3c示出了一体式构件，其包括形成到外壳27中的挤出器24，该外壳还包括挤出物管道26和来自载体流体管道84的入口(入口b)，以形成孔接触器25。在此，入口a可以连接至蜡管道46，入口b可以连接至载体流体入口84，出口c可以连接至颗粒收集器28或随后连接至颗粒收集器28的挤出物管道。图3d示出了与挤出物管道外壳29b分开的挤出器外壳29a，它们被紧固在一起，例如挤出器外壳29a和挤出物管道外壳29b均具有可被拧在一起的匹配的螺纹部29c、29d。然而，应认识到，孔接触器25可以准备成其他构造。

颗粒收集器28可以设置为各种构造。在一个例子中，颗粒收集器包括垂直定向的狭窄的细长腔室90；然而，腔室90可以是任何合适的尺寸。在图4a所示的一个方面，颗粒收集器28包括填充有载体流体的腔室90。腔室90包括颗粒入口92，其将挤出物管道26流体连接至颗粒收集器28。加热器94与颗粒收集器28连接，使得腔室90内的温度和温度梯度可根据期望或需要被控制，以提供热量来升高温度。类似地，冷却器95与颗粒收集器28连接，使得腔室90内的温度和温度梯度可根据期望或需要被控制，以提供冷却来降低温度。加热器94和冷却器95可以协同操作，使得可以形成期望的温度区域和温度梯度，以促进颗粒的形成和硬化。可以包括颗粒选择器99，其选出要通过废料出口96a提供给废料腔室96或通过产品出口98a提供给产品腔室98的颗粒。颗粒选择器99可以具有用于选择颗粒的各种构造。在一个方面，颗粒选择器99可以包括旋转构件99a(例如，马达)，其使旋转臂99b旋转，使得一个方向上的旋转导致颗粒流到废料出口96a，而另一个方向上的旋转导致颗粒流到产品出口98a。旋转臂99b可延伸跨过腔室90以接触侧表面，从而形成将颗粒引导至废料出口96a或产品出口98a的屏障坡道。可以包括颗粒分析仪91，其分析颗粒从而使颗粒选择器99对废料或产品进行适当的选择。颗粒分析仪91可以使用光学器件来确定颗粒的尺寸以进行选择或排除；但是，可以根据机器运行时间使用或预编程任何其他分析技术。如图4a所示，颗粒比载体流体浮力更大，使得载体流体比颗粒密度大使颗粒向上浮起以供选择。然而，图4b示出了颗粒比载体流体密度大，使得颗粒下沉。应认识到，图4b的颗粒收集器28可以基本上与图4a中的颗粒收集器28一样地操作，其中颗粒行进的方向相反。

例如，离开孔接触器25的载体流体87的蜡颗粒85的节段被泵送穿过挤出物管道26，然后直接进入颗粒收集器28。颗粒收集器28可以包括在腔室90中的载体流体的高柱体、加热单元(例如，加热器94)和冷却单元(例如，冷却器95)以及用于选择颗粒的颗粒选择器99。腔室90中的流体通过旋转臂99b送到废料收集腔室96或产品收集腔室98中。臂99b能够将凝固的颗粒引导至废料腔室96或产品腔室98。流体可以与载体流体相同，或者它可以是与蜡不混溶的任何流体。在图4a中，载体流体的密度高于蜡并且沸点高于蜡的熔点。然而，在图4b中，载体流体的密度低于蜡并且沸点高于蜡的熔点。借助于加热和冷却单元，跨过在腔室90的垂直长度建立温度梯度。熔融蜡进入颗粒收集器28的位置可以保持在与挤出物管道26和其中流动的载体流体相同的温度下，并且该温度沿着腔室90的长度逐渐降低，直到腔室的末端(例如，图4a的顶部、图4b的底部)保持在低于蜡的凝固温度的温度为止。这种跨过颗粒收集器28的垂直长度的温度梯度有助于熔融蜡在其流过腔室90时在流进废料收集腔室96或产品收集腔室98之前完全凝固。

热电偶68(例如，一个或多个)和压力传感器70(例如，一个或多个)可以位于颗粒收集器28的任何位置，使得可以监测腔室90内的载体流体的温度和压力。此外，流速传感器72可以操作性地连接至颗粒收集器28，使得可以监测载体流体的流速。可以作为控制系统32的一部分的收集器控制器93可以与加热器94、冷却器95、热电偶68、压力传感器70和/或流速传感器72操作性地连接，使得可以通过收集器控制器93测量并分析参数，从而可以提供操作指令使得载体流体处于所需的温度、温度梯度和压力下并以所需的流速流过腔室90到达废料腔室96或产品腔室98。

进入腔室90的蜡可以是熔融的液态或正在凝固的颗粒形式。虽然流过挤出物管道26的蜡可以是图示的颗粒，但是它也可以是一片片的蜡被一片片的载体流体分开的柱体的形式。

尽管通常优选载体流体的密度高于蜡珠，但这并非总是可行的，尤其是在生产的装载有固体的蜡珠包括蜡中的试剂的情况下(例如，有机或无机试剂，本文更详细地描述)。在这种情况下，如图4b所示，将挤出物管道安装到颗粒选择器的流体柱体(例如，腔室)的顶部，熔融的蜡珠由于重力而穿过流体下降并进入连接在流体柱体的底部的废料腔室或产品腔室。仍然跨过流体柱体的长度保持温度梯度，柱的顶部保持在熔融蜡的温度下，而柱的底部保持为低于蜡的熔点。

在一个实施方式中，颗粒收集器的整个流体柱体可以用管路代替。挤出物管道可以直接连接至可以用作颗粒收集器的一段管路。在另一个端部，管路连接至颗粒选择器的枢转臂。所需的管路长度可以由所需的温度梯度以及熔融蜡在进入废料收集腔室或产品收集腔室之前流过管和凝固所需的时间确定。一般而言，在许多情况下，管长度为20cm就够了，但范围可以是15-25cm、10-30cm、5-35cm或更长的长度。在一个实施方式中，可以保持管路长度并且将辅助冷却剂流体泵入管路中以与蜡和载体流体共同流动，从而主动地使蜡颗粒凝固。这种辅助冷却剂流体可以在载体流体容器60、载体流体管道66或挤出物管道26中或颗粒收集器28中的任何点处引入。例如，图4a和图4b以示意图示出了颗粒收集器28，并且应认识到细长腔室90可以被构造为管。在另一个例子中，管状的细长腔室90可具有类似于管道86或挤出物管道26的尺寸或更大的尺寸。

另外，可以对系统进行编程，使得从颗粒形成工序的开始到具体限定的运行时间(例如，预编程的运行时间)的过程中所有形成的颗粒都被送到废料腔室。然后，在限定的运行时间之后，颗粒选择器可以将随后形成的颗粒送到产品腔室。可以将限定的运行时间设置为直至达到稳态操作为止的前置时间，其可以在系统和所需颗粒之间变化。例如，将颗粒自动作为废料丢弃的限定的运行时间可以是30秒、1分钟、2分钟、3分钟、5分钟或10分钟。在一个方面，可以执行一次或多次测试运行，以确定直至稳态为止的前置时间，并且该前置时间可以用于限定将颗粒作为废料丢弃的运行时间。在将颗粒送去报废的运行时间之后，系统可以如本文所述那样操作，使颗粒选择器将不适当的颗粒选择为废料并将合适颗粒选择为产品。这样，可以将从废料到产品指令的切换编程到系统中，使得系统可以在限定的时间自动执行切换。

也可以将系统编程成使得在限定的稳态时长或限定的颗粒产品收集时间之后，系统可以切换为使得所有后续的颗粒被送去报废。这样，可以将从产品到废料指令的切换编程到系统中，使得系统可以在限定的时间自动执行切换。

另外，由于控制系统监测不同的组件、热电偶、传感器和整体运行，因此可以识别与最佳运行或正常运行之间的偏差。一旦识别出这种偏差，系统就可以使颗粒选择器从产品切换为废料，从而使在偏差期间形成的颗粒不会被收集为产品。例如，泵、加热器、冷却器的运行条件的变化、温度的变化和/或流速或压力的变化可能表明后续的颗粒可能有缺陷，因此它们可以被送去报废并且不被收集为产品。此外，可以监测蜡容器中蜡的液位或载体流体容器中载体流体的液位，并且在这种液位低于限定的阈值时系统可以将颗粒选择器切换为将后续的颗粒送去报废。

在一个实施方式中，可以将系统编程为具有直到达到所有颗粒都被送去报废的稳态为止的前置时间、分析颗粒为废料或产品(或所有送入的颗粒被收集为产品)经过的生产时间以及在系统被初始化并执行关闭操作的稳态之后的关闭时间。这样，只有在稳态操作时间内产生的颗粒才可以被收集为产品，否则，在前置时间和关闭时间期间颗粒会自动被送去报废。因此，将所有颗粒送去报废的判断可与组件的操作关联，例如蜡泵或载体泵、蜡加热器、载体加热器或其他组件，其中这种组件的关闭会触发颗粒选择器将所有后续的颗粒送去报废。当系统自动化时，对一个或多个组件的这种关闭时刻进行编程，并且这种编程也可以包括对颗粒选择器进行编程以在组件开始关闭工序之前或之时自动将颗粒送去报废。例如，在蜡泵关闭之前的限定时间，颗粒选择器可以切换为使得后续形成的颗粒全部被送去报废，例如在编程的关闭时间之前的30秒、1分钟、2分钟或其他时间。

在一个实施方式中，如图5a所示，本文所述和附图所示的系统可以被构造为一体式设备100。一体式设备100包括其中容纳各组件(例如，如图2a、图2b、图2c、图3a、图3b、图3c、图3d、图4a、图4b等所示)的外壳102。外壳102可包括用户界面104，其包括可用于操作的输入装置(例如，触摸屏、旋钮、按钮、转盘等)和显示装置(例如，屏幕)。尽管未具体示出，但是外壳102可包括用于接收将要形成蜡颗粒的蜡、载体流体和用于从中获得蜡颗粒的端口。蜡颗粒形成方案可以在其整个操作过程中利用精确的温度控制和保持，这可以包括加热和可选的选择性冷却。可以通过ir加热器、加热垫、水浴、热交换器或其他加热装置来实现由加热系统和单个加热器执行的加热。例如，在连续加热的情况下将固体蜡供应到蜡容器中，以将固体蜡尽可能快地熔化成熔融蜡并将其保持为高于蜡的熔点，例如至少比蜡的熔点高4℃。加热可以扩展到载体流体和孔接触器以及管道和颗粒收集器。可以将组件保持在恒定的均匀温度，使蜡保持熔融直到到达挤出物管道和/或颗粒收集器为止。

在一个方面，热量也被供应给收集单元；然而，自然地通过环境条件或通过主动的冷却系统来保持温度梯度。主动冷却可以使用任何冷却技术进行，包括制冷、温度调节、热交换、冷水浴等。在一个方面，将挤出物管道或颗粒收集器内的载体流体加热至一定温度或保持在高于蜡的熔点的温度下。在颗粒收集器的末端(约为距出口高度的10％)，可以将温度保持为比蜡的凝固温度(例如，低于熔点)低至少2-3℃。加热和冷却可以产生用于颗粒凝固的选择性温度梯度。在一个例子中，靠近颗粒收集器的出口的区域处循环的冷水也可以冷却出口并形成温度梯度。

图5b示出了载体流体单元222、收集和加热单元228、蜡分配单元220、孔接触器和加热单元225以及控制系统单元232。图5b的组件可以被保持在图5a的外壳102内。

本文所述的蜡颗粒形成系统包括允许自动化的控制系统(例如，用作一个或多个控制单元的计算机)。图6和图6a示出了控制系统的实施方式。图6示出了可用于本文描述的任何控制器或控制单元或控制系统的计算机(例如，计算设备600)。这样，蜡颗粒的生产可以通过控制系统300完全自动化并进行操作，例如图6a所示。控制系统300可以从温度传感器(例如，热电偶)、压力传感器、流速传感器、用于不同组件的各种控制器、线性马达(例如，具有线性马达的泵，例如注射泵)以及控制蜡颗粒(例如，蜡珠)的生产的检测器(例如，颗粒分析仪)获得数据，它们中的任何一个都在本文进行描述和/或在附图中示出。在打开蜡颗粒形成系统302时，加热系统242(例如，包括独立的加热器)被启动，其中收集单元228a的颗粒收集器也被加热。一旦达到颗粒收集器中所需的温度梯度并且蜡和载体流体已达到它们的预设温度，就将载体流体泵送穿过载体流体单元222a的载体流体管道并穿过孔接触器225a的挤出物管道。在预定时间之后或在达到载体流体流速的稳态条件之后，随后泵送蜡穿过蜡管道流到蜡分配单元220a的挤出器，从而被挤出到挤出物管道内或大致在孔接触器中的载体流体中。蜡与载体流体一起流过挤出物管道到达颗粒收集器，在颗粒收集器中产生蜡颗粒。在一个方面，在操作的最初几分钟内或在通过颗粒分析仪进行标记时产生的蜡颗粒被引导到废料收集腔室，以解决系统启动动态中或直到达到稳态条件为止可能存在或固有的初始可变性。颗粒收集器中的蜡颗粒通过颗粒分析仪(例如用于实时监视的摄像机)进行监测，这允许选择有缺陷的蜡颗粒(例如，太小、太大、变形等)并选择用于产品的合适的蜡颗粒。当利用一致的蜡颗粒达到稳定的蜡颗粒生产状态时，控制系统可以启动颗粒选择器，以将蜡颗粒收集到产品腔室中。

控制单元232a可以实施各种控制指令，例如操作循环310、加热器温度控制312、液位控制314、产品分离316、蜡分配操作318和载体流体控制320，还有本文所述的其他控制指令。

蜡颗粒形成系统可以在稳态下运行直到实施关闭方案为止。蜡颗粒形成系统可以包括被执行为进行关闭并且由控制系统控制的方案。关闭系统时，关闭方案可以遵循一系列不同的步骤，使得其准备好被初始化以用于将来的操作。首先，通过关闭蜡加热器来终止蜡容器的加热，并通过关闭蜡泵来停止蜡流入孔接触器的挤出器中。同时，继续泵送经过加热的载体流体穿过载体流体管道、挤出物管道和可选的颗粒收集器，以清除孔接触器、管道或颗粒收集器中的任何残留蜡。在限定的时间之后或清除蜡之后，然后停止对容器中载体流体的加热。在终止载体流体的加热之前、过程中或之后，也关掉载体流体泵。一旦系统温度恢复到预设温度，就可关掉系统。

在一个实施方式中，在产生蜡颗粒的运行开始时，载体流体容器中的载体流体可以不同于颗粒收集器中的流体。随着产生颗粒并且载体流体进入颗粒收集器，载体流体将以百分比增加直到颗粒收集器中基本上所有流体都是来自载体流体容器的载体流体为止。然而，如果不同流体的密度明显不同，则可将载体流体从颗粒收集器中抽出，以使其中的两种不同的流体之间具有梯度，其中密度大的流体将聚集在颗粒收集器的下部。但是，载体流体和颗粒收集器的流体可以是相同的。

可以操作系统形成各种尺寸的蜡颗粒，这些蜡颗粒通过单次操作运行形成为具有均匀尺寸的珠粒。图7a示出了以尺寸归类的所形成的蜡珠的例子。图7b(平均直径＝433.2微米，标准偏差为1.9微米)和图7c(集中为2毫米的颗粒)示出了利用所述系统实现的、可以被认为是单分散的窄颗粒尺寸范围。

在一个实施方式中，蜡颗粒可形成为包含各种试剂。试剂的范围可以是药物、化妆品杀虫剂、杀真菌剂、抗菌剂、化学品、填料或可以是微粉化固体的其他材料。通常，试剂是各种化学物质的微米尺寸的固体颗粒。这样，蜡容器可以可选地被构造为将试剂与蜡混合的混合器；然而，蜡容器可以不被构造为将试剂包含到蜡颗粒中的混合器。系统的操作可以形成装载到蜡颗粒(例如蜡珠)中的微粉化固体或其他试剂。为了生产装载在蜡颗粒中的微粉化固体或其他试剂，系统的操作与本文所述的方案类似，其中对被引入蜡容器中的试剂进行改性。在一个例子中，微粉化固体或其他试剂在被装载到蜡容器中之前与蜡一起混合(例如，可以是熔融蜡或固体蜡的混合)。在这种情况下，将包含微粉化固体的熔融蜡装载到蜡容器中，该蜡容器可以是注射泵的形式。微粉化固体或其他试剂可以是结晶的或非晶态的，并且可以溶于蜡或不溶于蜡。在一个例子中，固体的尺寸通常为50微米或更小。蜡中固体的体积分数的范围按重量计可为约5-70％、10-60％、20-50％、30-40％或为约35％。参见图11。

当蜡容器被构造为混合器时，或者当载体流体容器被构造为混合器时，可以使用任何混合布置或构造或混合器类型。混合器是常见的组件，并且作为混合容器的容器可以适用于本文的用途。此外，任何管道或组件都可以包括从容器到挤出物管道的混合器，其中挤出物管道和颗粒收集器可以没有混合器。尽管没有具体示出混合器，但是应认识到，容器、管道和挤出器可以包括混合器。可以使用任何类型的混合器，其可以包括旋转混合器、螺旋混合器、静态混合器、振动混合器、超声混合器、磁力搅拌器或其他混合器。可以针对可以包括混合器的不同组件选择混合器的类型。在一个例子中，容器可以包括超声混合器或磁力搅拌器。在另一个例子中，管道可以包括静态混合器，例如在孔接触器之前(例如，在挤出器之前)。

在一个例子中，有机材料可以作为与蜡混合以形成包含有机材料的蜡珠的试剂。可以在形成蜡颗粒之前如本文所述那样将有机材料与熔融蜡混合。因此，也可以利用本文所述的系统生产包含有机材料(例如精油)的蜡珠。在装载到分配器中之前，将所需的有机材料与熔融蜡混合在一起。可以使用混溶或易溶于蜡的任何有机材料。一些例子是精油(例如，茶树油)和芳香剂以及植物的提取物、营养品、膳食补充剂、维生素、药物、化妆品或其他有机材料。通常，有机材料将会溶于蜡材料。在一个例子中，蜡可以是可食用的，并且有机材料可以是膳食补充剂。

在一个例子中，无机材料可以作为与蜡混合以形成包含无机材料的蜡珠的试剂。可以在形成蜡颗粒之前如本文所述那样将无机材料与熔融蜡混合。因此，也可以利用本文所述的系统生产包含无机材料的蜡珠。在装载到分配器中之前，将所需的无机材料与熔融蜡混合在一起。可以使用可以混合或悬浮于蜡中的任何无机材料。无机材料的一些例子是玻璃、陶瓷、金属、复合材料、岩石、矿物、催化剂等。包含无机材料的蜡可以用于给工业工序提供无机材料，其中蜡可以被熔化掉使得可以使用无机材料。

在一个实施方式中，孔接触器可被构造为产生具有核和壳构造的蜡颗粒。在一个方面，壳是蜡，核是液体。在一个方面，壳是蜡，而核是不同的固体。系统可以修改为包括用于在孔接触器中向蜡提供核材料的附加的容器和管道。对于核，可以使用固体材料；然而，该材料的熔点可能需要低于蜡的熔点，从而制备具有可凝固成固体核的液体核的蜡颗粒。形成核的材料可与蜡壳不混溶。这样，将在讨论液体核的情况下提供例子，其中液体核可以凝固或保持为液体。

图8a示出了多级孔接触器800的例子。多级孔接触器800包括液体核入口802，其连接至从液体核容器806接收液体的液体核管道804。液体核材料流过入口802、中心管道808、喷嘴810到达结合点812，在结合点处经由蜡管道46供应自蜡容器40的蜡包围液体核材料。从结合点812开始，包含液体核材料的蜡流过挤出器24并流出挤出器孔80，在挤出器孔处载体流体(例如，经由载体流体管道66供应自载体流体容器60)包围蜡，使得液体核材料和蜡被共同挤出到载体流体中。也就是说，蜡包围液体核材料被挤出，使得载体流体包围蜡。所述系统可以被修改为包含多级孔接触器800。因此，多级孔接触器800在设计上与仅使用蜡和载体流体的孔接触器类似。这种设置将允许形成具有与蜡不混溶的液体/水性核的蜡珠。多级孔接触器800被构造为允许三股流体流进行接触。

图8b示出了一种构造，其中液体核管道804穿过蜡管道46的中心使得蜡被挤出到液体核材料周围，其中如本文所述两者均被挤出到载体流体内。液体核流被注入蜡流中，蜡流又流到载体流体流中。这再次产生蜡与液体核的节段和载体流体节段的连续交替。图8b示出了挤出液体核材料的内部挤出器820，其位于将蜡挤出到液体核材料周围的蜡挤出器822内。蜡挤出器822和其中的内部挤出器820均在流体管道86内。这种设置产生具有核826和壳828的核和壳颗粒824。

另外，应认识到，可以根据需求或根据需要改变和调节孔接触器的构造。挤出器直径相对于挤出物管道的内腔直径的调节可以调节为改变所形成的蜡颗粒的直径。尽管将挤出器和挤出物管道的横截面轮廓描述为大致圆形，但是可以类似地调节挤出器和/或挤出物管道的横截面轮廓的形状，例如正方形、矩形、椭圆形、三角形或其他形状。这样，可以调节形状和几何结构以产生形状和尺寸可调的产品。管道也可以由形成所需管道形状的两个以上的组件形成。

图10示出了具有蜡壳和液体核的微颗粒的实施例。

实施例1

利用所述系统可以形成单分散的蜂蜡颗粒。为了制备单分散的蜂蜡颗粒，选择水作为载体流体和颗粒收集器中的流体。蜂蜡的熔化温度在约62-65℃的范围内，因此作为沸点为100℃的密度更大的不混溶流体的水是合适的载体流体和颗粒收集器流体。将固体蜂蜡装载到蜡容器中，将水装载到载体流体容器和颗粒收集器中。操作控制系统将蜡容器、载体容器、孔接触器和各种管道的温度设置为约70℃。靠近挤出物管道入口的颗粒收集器的入口温度也设置为70℃，而挤出物管道入口的相对端部(例如，靠近废料收集器或产品收集器)的出口温度设置为60℃。对温度曲线进行编程后，通过控制系统打开加热元件。一旦蜂蜡、水和孔接触器达到设置的温度，控制系统就会打开位于颗粒收集器的与挤出物管道入口相对的端部(例如，靠近废料收集器或产品收集器)的冷却单元。当实现跨过颗粒收集器中流体的温度梯度时，控制系统打开载体流体泵(例如，位于载体流体容器处)。然后，使水循环穿过孔接触器并且进入颗粒收集器中。水的流速范围为0.5-10ml/分钟，这取决于要产生的蜡珠的尺寸。一旦水流过孔接触器并进入颗粒收集器，就打开蜡泵(例如，位于蜡容器处)，并以比水载体流体慢得多的速率使熔融的蜂蜡泵送穿过孔接触器。典型的蜡流速为0.025-0.1ml/分钟。蜡流速通常至少比载体流体小10倍(例如10x)。例如，为了制造0.5毫米的蜂蜡珠，蜡流速设置为0.1ml/分钟，载体流体流速设置为5ml/分钟。对于尺寸为0.3毫米的蜂蜡珠，蜡流速设置为0.025ml/分钟，水为0.75ml/分钟。因此，可以通过较小的流速获得较小的颗粒。在两种情况下孔接触器都保持相同，其中挤出器孔直径为约0.5mm并且挤出物管道直径为约1.5mm。

随着熔融蜡和载体流体被泵送穿过孔接触器的挤出器，两股流接触。由于两股流是不混溶的，因此它们的不同流速导致要生产的蜡和载体节段连续的交替(例如，蜡，载体流体，蜡，载体流体，如此重复)。蜡和载体节段的尺寸决定了所产生的颗粒的尺寸和形状。因此，来自较小流速的较小的蜡节段可产生较小的颗粒，而来自较大流速的较大的蜡节段可产生较大的颗粒。

随着熔融蜡节段进入颗粒收集器中，密度较小的蜡在颗粒收集器内浮起，颗粒收集器的顶端保持在低于蜡的熔点的温度下。随着熔融蜡穿过颗粒收集器的流体柱体，它开始凝固并在其到达温度较低的顶端时变成固体。可以对控制系统进行编程，从而将产生的第一组蜡颗粒转移到废料腔室中，然后在指定的时间或经过适当的分析可以将蜡颗粒转移到产品收集器中并将蜡颗粒收集为产品。蜡颗粒可以是珠粒的形式，其流入颗粒收集器和产品收集器中，并被过滤以回收固体蜡珠。

在所述方案期间，一旦产生了所需量的蜡颗粒，就关掉蜡泵和加热装置。经过加热的载体流体继续被泵送穿过系统，以除去系统中的任何残留蜡。在经过加热的载体流体泵送约5分钟后，关掉载体流体容器的加热器，并关掉载体流体泵。

需要时，可以将清洁剂流体引入蜡容器中并通过系统进行处理，以从蜡容器和输送熔融蜡的管道中除去蜡。清洁剂流体可与蜡混溶或是蜡的已知溶剂。在一个方面，可以从系统中排出载体流体，例如通过颗粒收集器底部的栓塞，或以其他方式抽出。然后，可使用清洁剂流体来清洁系统。清洁剂流体也可以被引入到载体流体容器和关联的管道中。然后可以从系统中除去清洁剂流体以除去其中包含或夹带的任何蜡。

在一个实施方式中，本文描述的技术可以不具有不受限挤出，不受限挤出包括的挤出/注射熔融流体(例如，脂质或蜡)所穿过的孔明显小于周围的流体浴的孔，例如通向明显更大的容器的小管道开口。相反，本技术通过具有与包括载体流体的载体管道对应尺寸的孔(其中尺寸差异并不大)来排出熔融流体。

所提出的工序包括受限挤出，其中蜡或脂质被挤出然后与载体流体在受限管道中共同流动。蜡/脂质与载体流体相比的相对速率允许该工序将熔融蜡在载体流体内分割成一连串液滴。孔尺寸和流速都可以精确控制液滴的尺寸。因此，相对于具有载体流体的管道的尺寸调节孔尺寸和/或调节蜡或脂质的流速或载体流体的流速可以对系统进行微调，以获得具有窄的多分散性的所需尺寸的颗粒。在受限挤出中，挤出的流体(即，蜡)在不混溶流体的受限管道内共同流动。挤出的流体被分成液滴节段，它们被较大但仅大出不到一定数量级(孔宽度<浴槽宽度)的不混溶流体包裹。所提出的技术可以被认为是受限挤出的工序。

对于本文公开的工序和方法，在该工序和方法中执行的操作可以以不同的顺序来实现。此外，概述的操作仅作为例子提供，并且在不影响所公开的实施方式的本质的情况下一些操作可以是可选的、组合成较少的操作、被消除、补充有另外的操作或扩展为附加的操作。

就本申请中描述的特定实施方式而言，本公开不受限制，这些特定的实施方式用于作为各个方面的说明。在不脱离其精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变型。除了本文列举的方法和装置之外，根据前面的描述也可以实现在本公开的范围内功能上等效的方法和装置。这种修改和变型应落入所附权利要求的范围内。本公开仅由所附权利要求的词语以及这些权利要求所赋予的等同物的整体范围来限制。本文所使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，并不是限制性的。

在一个实施方式中，所提出的方法可以包括在计算系统上执行的方面。这样，计算系统可以包括具有用于执行该方法的计算机可执行指令的存储设备。该计算机可执行指令可以是计算机程序产品的一部分，其包括用于执行任何权利要求的任何方法的一个或多个算法。

在一个实施方式中，响应于存储在计算机可读介质上并可由一个或多个处理器执行的计算机可读指令的执行，可以执行或引起执行本文所述的任何操作、工序或方法。计算机可读指令可由来自台式计算机系统、便携式计算系统、平板计算系统、手持式计算系统以及网络元件和/或任何其他计算设备的各种计算系统的处理器执行。计算机可读介质不是临时性的。计算机可读介质是其中存储有可由计算机/处理器从物理介质中物理地读取的计算机可读指令的物理介质。

存在可以实现本文描述的工序和/或系统和/或其他技术的各种媒介(例如，硬件、软件和/或固件)，并且优选的媒介可以随配置工序和/或系统和/或其他技术的环境而变化。例如，如果实施者确定速度和准确性至关重要，则实施者可以选择主要是硬件和/或固件的媒介；如果灵活性至关重要，则实施者可以选择主要是软件的实现方式；再或者，实施者可以选择硬件、软件和/或固件的某种组合。

本文描述的各种操作可以通过各种各样的硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来单独地和/或共同地实现。在一个实施方式中，可以通过专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)或其他集成格式来实现本文描述的主题的几个部分。然而，本文公开的实施方式的一些方面可以全部或部分地等效地在集成电路中实现为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)、在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)、固件或实际上它们的任何组合，并且根据本公开设计电路和/或编写用于软件和/或固件的代码也是可行的。另外，本文描述的主题的机制能够分配为各种形式的程序产品，并且本文描述的主题的说明性实施方式的应用与实际用于进行分配的信号承载介质的特定类型无关。物理信号承载介质的例子包括但不限于以下介质：可记录型介质，例如软盘、硬盘驱动器、cd、dvd、数字磁带、计算机存储器或任何其他非临时性的或传输型物理介质。具有计算机可读指令的物理介质的例子省略了诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)的临时性或传输型介质。

通常以本文阐述的方式描述设备和/或工序，然后使用工程实践将这样描述的设备和/或工序集成到数据处理系统中。即，本文中描述的设备和/或工序的至少一部分可以经由合理数量的实验被集成到数据处理系统中。典型的数据处理系统通常包括下述中的一个或多个：系统单元外壳、视频显示设备、诸如易失性和非易失性存储器的存储器、诸如微处理器和数字信号处理器的处理器、诸如操作系统、驱动器、图形用户界面和应用程序的计算实体、诸如触摸板或屏幕的一个或多个交互设备和/或控制系统，包括反馈回路和控制马达(例如，用于感测位置和/或速度、温度变化的反馈；用于移动和/或调节组件和/或量的控制马达)。典型的数据处理系统可以利用任何合适的可商购的组件来实现，例如通常在数据计算/通信和/或网络计算/通信系统中使用的那些组件。

在一个实施方式中，所述系统可以包括可编程逻辑控制器，其可以用于控制其各个组件的整个系统。图9示出了使用可编程逻辑控制器的例子。这样，图9示出了控制构造900，其包括控制层902和信息层904。示出了可以与网络连接部910通信的网络906和以太网908，该网络连接部910可以与可编程逻辑控制器(plc)处理器912通信。plc处理器912可以与plc电源914操作性地连接。plc输入模块916从诸如开关、传感器、机器输出装置或其他plc输入装置之类的组件918以及诸如手持式编程器920a或个人计算机920b之类的用户设备接收数据，并将数据提供给plc处理器912。plc处理器912可以将处理后的数据提供给plc输出模块922。编程设备924可用于与plc913进行对接。plc输出模块922可以向组件926(例如，灯、继电器、马达控制器、电磁阀、加热器、泵(空气/液体)、水位传感器、温度控制器、机器输入装置、其他plc输出装置)提供输出信号。在一些情况下，plc输入装置可以被配置为plc输出装置，plc输出装置可以被配置为plc输入装置。

在一个方面，可编程逻辑控制器(plc)913可以包括操作性地连接至plc处理器的plc电源，其中plc处理器可以与plc输入模块操作性地连接，并且与plc输出模块操作性地连接。plc输入模块可以与不同的传感器、控制器和组件(例如开关、传感器、机器输出装置和其他plc输出装置)操作性地连接。plc输出模块可以与可动态控制的组件(例如灯、继电器、马达控制器、电磁阀、加热器、泵(例如，空气/液体)、水位传感器、温度控制器(例如，加热器和冷却器及它们的控制器)、机器输入装置和其他plc输入装置)操作性地连接。plc还可以包括带有软件的有形(非临时性)存储设备，或包括可以针对一个或多个操作方案进行编程的固件。plc可以操作性地连接至编程设备，该编程设备可以是包括要编程到plc中的计算机程序的计算机。此外，手持式编程器或其他个人计算机可以与plc连接，例如通过plc输入模块连接。plc还可以包括用于建立连接并通过诸如以太网或互联网的网络进行通信的网络连接部。在一个例子中，以太网可以提供信息层，其中可以传输有关plc和整个系统的信息。在另一个例子中，诸如互联网等的网络可以用于控制要发送的数据。本文描述的主题有时表示出包含在不同的其他组件中或与它们连接的不同组件。这样描绘的架构仅仅是示例性的，并且事实上可以实施实现相同功能的许多其他架构。从概念上讲，用于实现相同功能的组件的任何设置被有效地“关联”，从而实现所需的功能。因此，本文中组合实现特定功能的任何两个组件可以被视为彼此“关联”，从而实现所需的功能，而与架构或中间组件无关。同样地，如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“操作性地连接”或“操作性地耦合”以实现所需的功能，并且能够如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作性地耦合”以实现所需的功能。可操作地耦合的特定例子包括但不限于：物理上可配对和/或物理上交互的组件和/或可无线交互和/或无线交互的组件和/或逻辑上交互和/或逻辑上可交互的组件。

图6示出了示例性计算设备600，其在一些实施方式中可以被设置为执行本文所述的方法(或其一部分)。该计算设备可以用作本文描述的系统控制器。在非常基本的构造602中，计算设备600通常包括一个或多个处理器604和系统存储器606。存储器总线608可以用于在处理器604和系统存储器606之间进行通信。

根据所需的构造，处理器604可以是任何类型，包括但不限于：微处理器(μp)、微控制器(μc)、数字信号处理器(dsp)或它们的任何组合。处理器604可包括一级或多级缓存(例如一级缓存610和二级缓存612)、处理器核614和寄存器616。示例性处理器核614可以包括算术逻辑单元(alu)、浮点单元(fpu)、数字信号处理核(dsp核)或它们的任意组合。示例性存储器控制器618也可以与处理器604一起使用，或者在一些实现方式中，存储器控制器618可以是处理器604的内部部分。

根据所需的构造，系统存储器606可以是任何类型，包括但不限于：易失性存储器(例如ram)、非易失性存储器(例如rom、闪存等)或它们的任何组合。系统存储器606可以包括操作系统620、一个或多个应用程序622以及程序数据624。应用程序622可以包括确定应用程序626，其被设置为执行本文所述的操作，包括针对本文所述的方法描述的那些操作。

计算设备600可以具有附加的特征或功能以及附加的接口，以促进基本构造602与任何所需的设备和接口之间的通信。例如，总线/接口控制器630可以用于经由存储器接口总线634促进基本构造602和一个或多个数据存储设备632之间的通信。数据存储设备632可以是可移除存储设备636、非可移除存储设备638或它们的组合。可移除存储设备和非可移除存储设备的例子包括：磁盘设备(例如软盘驱动器和硬盘驱动器(hdd))、光盘驱动器(例如光盘(cd)驱动器或数字多功能磁盘(dvd)驱动器)、固态驱动器(ssd)和磁带驱动器等。示例性计算机存储介质可以包括：通过用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性的、可移除和非可移除的介质。

系统存储器606、可移除存储设备636和非可移除存储设备638是计算机存储介质的例子。计算机存储介质包括但不限于：ram、rom、eeprom、闪存或其他存储技术、cd-rom、数字多功能磁盘(dvd)或其他光学存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储设备或可用于存储所需信息并可由计算设备600访问的任何其他介质。任何这种计算机存储介质都可以是计算设备600的一部分。

计算设备600还可包括接口总线640，以促进经由总线/接口控制器630从各种接口设备(例如，输出设备642、外围接口644和通信设备646)到基本构造602的通信。示例性输出设备642包括图形处理单元648和音频处理单元650，它们可以被配置为经由一个或多个a/v端口652与诸如显示器或扬声器的各种外部设备通信。示例性外围接口644包括串行接口控制器654或并行接口控制器656，其可以被配置为经由一个或多个i/o端口658与诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等)的外部设备或其他外围设备(例如打印机，扫描仪等)通信。示例性通信设备646包括网络控制器660，其可以被设置为促进经由一个或多个通信端口664通过网络通信链路与一个或多个其他计算设备662进行的通信。

网络通信链路可以是通信介质的一个例子。通信介质通常可以由计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号中的其他数据(例如，载波或其他传输机制)来实现，并且可以包括任何信息传递介质。“调制数据信号”可以是具有通过将信息编码在信号中的方式来设置或改变的一个或多个特征的信号。作为例子而非限制地，通信介质可以包括诸如有线网络或直接有线连接部之类的有线介质以及诸如声学、射频(rf)、微波、红外(ir)和其他无线介质的无线介质。本文所使用的词语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质二者。

计算设备600可以被实现为诸如手机、个人数据助理(pda)、个人媒体播放器设备、无线网络观看设备、个人头戴式设备、专用设备或包括任何上述功能的混合设备的小型便携式(或移动)电子设备的一部分。计算设备600也可以被实现为包括膝上型计算机和非膝上型计算机构造两者的个人计算机。计算设备600也可以是任何类型的网络计算设备。计算设备600也可以是本文所述的自动化系统。

本文描述的实施方式可以包括使用包括各种计算机硬件或软件模块的专用或通用计算机。

本发明范围内的实施方式还包括用于承载或存储有计算机可执行指令或数据结构的计算机可读介质。这种计算机可读介质可以是可以由通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制地，这种计算机可读介质可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储设备或可以用于通过计算机可执行指令或数据结构的形式承载或存储所需的程序代码并且可以由通用或专用计算机访问的任何其他介质。当信息通过网络或另一种通信连接部(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)传输或提供给计算机时，计算机会将该连接部正确地视为计算机可读介质。因此，任何这种连接部都被适当地称为计算机可读介质。上述内容的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

例如，计算机可执行指令包括使通用计算机、专用计算机或专用处理设备执行特定功能或一组功能的指令和数据。尽管已经用结构特征和/或方法动作特定的语言描述了主题，但是应理解，所附权利要求中定义的主题不必限于上述特定的特征或动作。相反，上述特定的特征和动作作为实现权利要求的示例形式被公开。

如本文所使用的，词语“模块”或“组件”可以指代在计算系统上执行的软件对象或程序。本文描述的不同组件、模块、引擎和服务可以被实现为在计算系统上执行的对象或进程(例如，作为单独的线程)。尽管本文描述的系统和方法优选以软件实现，但是以硬件或软件和硬件的组合的实现方式也是可行的并且是可想到的。在本说明书中，“计算实体”可以是本文先前定义的任何计算系统，或者可以是在计算系统上运行的任何模块或模块组合。

关于本文中基本上任何复数和/或单数词语的使用，在适合上下文和/或应用时，本领域技术人员可以将复数解释为单数和/或将单数解释为复数。为了清楚起见，各种单数/复数转换可在本文进行明确阐述。

本领域技术人员将理解，一般而言，本文、尤其是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的词语通常作为“开放式”词语(例如，词语“包括”应解释为“包括但不限于”，词语“具有”应解释为“至少具有”，词语“包含”应解释为“包含但不限于”等等)。本领域技术人员还将理解，如果所引入的权利要求叙述物的具体数量是有意图的，那么在权利要求中将会明确地叙述这种意图，并且在没有这种叙述的情况下不存在这种意图。例如，为了帮助理解，所附权利要求可以使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”，以引入权利要求叙述物。然而，这种短语的使用不应解释为暗示通过不定冠词“一”对权利要求叙述物进行引入将包含这种引入的权利要求叙述物的任何特定权利要求限制为仅包含一个这种叙述物的实施方式，即便是该权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一”的不定冠词(例如，“一”应解释为“至少一个”或“一个或多个”)；这对于用于引入权利要求叙述物的定冠词的使用同样适用。另外，即使明确叙述了所引入的权利要求叙述物的具体数量，本领域技术人员将认识到，这种叙述应被解释为表示至少是所叙述的数量(例如，在没有其他修饰语的情况下，“两个叙述物”的仅有叙述是指至少两个叙述物或两个以上的叙述物)。此外，在那些使用类似于“a、b和c等中的至少一个”的习语的情况下，通常这种结构意味着本领域技术人员将会理解的该习语的意义(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”将包括但不限于仅有a、仅有b、仅有c、同时有a和b、同时有a和c、同时有b和c和/或同时有a、b和c的系统等)。在那些使用类似于“a、b或c等中的至少一个”的习语的情况下，通常这种结构意味着本领域技术人员将会理解该习语的意义(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”将包括但不限于仅有a、仅有b、仅有c、同时有a和b、同时有a和c、同时有b和c和/或同时有a、b和c的系统等)。本领域技术人员将进一步理解，实际上，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，给出两个以上的可选项的任何转折词和/或短语都应理解为预想到包括这些项中的一个、这些项中任意一个或全部的可能性。例如，短语“a或b”将被理解为包括“a”或“b”或“a和b”的可能性。

另外，在利用马库什组合描述本公开的特征或方面的情况下，本领域技术人员将认识到，公开内容由此也是在马库什组合的任何单独元素或元素的子组合方面进行描述的。

本领域技术人员将理解，出于任何和所有目的，例如就提供书面说明而言，本文公开的所有范围也涵盖其任何和所有可能的子范围及子范围的组合。所列出的任何范围都可以容易地被看作是充分描述该范围并使该范围能够分为至少相等的二等分、三等分、四等分、五等分、十等分等。作为非限制性例子，本文所讨论的每种范围可以容易地分为三等分的后段、三等分的中段和三等分的前段等。本领域技术人员还将理解，诸如“多达”、“至少”等所有语言均包括所列举的数字，并且是指可随后分为如上所述的子范围的范围。最后，本领域技术人员将理解，范围包括每个单独的元素。因此，例如，具有1-3个单元的组合是指具有1个、2个或3个单元的组合。类似地，具有1-5个单元的组合是指具有1个、2个、3个、4个或5个单元的组合，依此类推。

根据前述内容，将认识到，出于说明的目的，在本文中已经描述了本公开的各种实施方式，并且可以在不脱离本公开的范围和精神的情况下进行各种修改。因此，本文公开的各种实施方式并不是限制性的，其实际范围和精神由所附权利要求指示。

本文所列举的所有参考文献均通过具体的引用而整体并入本文，包括：us8,883,864、us8,663,511、us8,551,763、us8,114,319、us8,021,582、us3,468,986、us3,389,194、us3,329,994、us3,320,338和us3,092,553。