專利名稱：具有長相變時間性能的可過冷組合物，制備和過冷該組合物的方法以及包含該組合物的制件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及可過冷組合物，更具體地是涉及一種具有長相變時間性能的可過冷組合物，一種制備該可過冷組合物的方法，一種過冷該可過冷組合物的方法，以及包含該可過冷組合物的制件。
背景技術(shù)：
在很多情況下較好，雖不一定必須，將一物品，例如用于移植的捐贈器官、食品或生物樣品保存在一特定的熱條件下。此時熱條件的例子包括維持一預(yù)定的溫度、在一預(yù)定的溫度范圍內(nèi)或低于預(yù)定的溫度。如若不能將物品保存在該特定的熱條件下，將對該物品的生存能力、新鮮度和/或使用性造成有害的影響。
傳統(tǒng)的隔熱容器有一些措施能使所裝的物品保存在一個特定的熱條件下。被動型隔熱容器包含絕熱材料，從而降低裝載的物品與外界環(huán)境之間傳熱速率。除了這種絕熱材料之外，并無其他措施來使裝載的物品保存在一個特定的熱條件下。主動型隔熱容器則包含絕熱材料和氣氛維持裝置。氣氛維持裝置能主動地將容器內(nèi)的空間維持在一個特定的熱條件下。裝有動力的冷卻裝置和傳統(tǒng)熱質(zhì)體(如冰袋)是氣氛維持裝置的一些例子。
傳統(tǒng)隔熱容器有一些不足，使得它們不能長時間地維持特定的熱條件，也難以達(dá)到/維持極端的熱條件。這些不足包括，傳統(tǒng)熱質(zhì)體能保持結(jié)冰或冷卻狀態(tài)的時間有限，傳統(tǒng)熱質(zhì)體致使的過冷程度不夠，便攜式電源維持電動冷卻裝置的運(yùn)行的時間有限，以及該電動冷卻裝置的工作效率、重量和體積有限。這些缺陷就降低了傳統(tǒng)絕熱容器和/或傳統(tǒng)熱質(zhì)體的效用和使用范圍。
因此，能克服上述缺陷的，一種具有長相變時間性能的可過冷組合物，一種制備該可過冷組合物的方法，一種過冷該可過冷組合物的方法，以及包含該可過冷組合物的制件，無論單獨(dú)的和/或聯(lián)合的，都是有用的。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明一個實(shí)施方式的可過冷組合物制備方法流程圖。
圖2是本發(fā)明第二個實(shí)施方式的絕熱容器的透視圖，其中該容器包括一個外部絕熱冷卻芯組合體。
圖3是沿圖2中線3-3的截面圖。
圖4是沿圖3中線4-4的截面圖。
圖5是沿圖2中線5-5的截面圖。
圖6是圖3中部位6的放大截面圖。
圖7是本發(fā)明一個實(shí)施方式的外部絕熱冷卻芯組合體的截面圖，其中的冷卻芯組分體具有單一結(jié)構(gòu)，無冷卻體。
圖8是本發(fā)明一個實(shí)施方式的內(nèi)絕熱冷卻芯組合體的截面圖。
圖9是圖8中的內(nèi)絕熱冷卻芯組合體的第一冷卻芯襯里和第二冷卻芯襯里的一個聯(lián)合裝置截面圖。
圖10是本發(fā)明一個實(shí)施方式的熱質(zhì)體的透視圖，其中該熱質(zhì)體包括一個外部絕熱冷卻芯組合體。
圖11是沿圖10中線11-11的截面圖。
圖12是圖11中部位12的放大截面圖。
圖13是本發(fā)明一個實(shí)施方式的熱質(zhì)體的截面圖，其中該熱質(zhì)體包括一個內(nèi)熱冷卻芯組合體。
圖14是圖13中部位14的放大截面圖。
圖15是本發(fā)明一個實(shí)施方式的冷卻裝置的簡圖。
圖16是能對本發(fā)明一個實(shí)施方式的制件進(jìn)行冷卻的本發(fā)明一個實(shí)施方式的方法流程圖。
詳細(xì)敘述依照本發(fā)明各種實(shí)施方式，圖1到圖16表示了一種可過冷組合物，一種制備該可過冷組合物的方法，一種過冷該可過冷組合物的方法，以及包含該可過冷組合物的制件。這種可過冷組合物和它的制備、過冷方法和包含該組合物的制件具有優(yōu)越的性能和特征。具體地說，該可過冷組合物性能持續(xù)時間非常長，在過冷和解凍后能夠恢復(fù)到凝固前的凝膠稠度。這里所述的可過冷材料的配方能適合這些特定的要求和/或用途，在被過冷后，能維持所需溫度(低于凝固點(diǎn))長達(dá)50小時之久。
本發(fā)明中的制件能通過在包埋于可過冷組合物中的冷卻體中通入過冷的冷卻液，來對可過冷組合物進(jìn)行過冷。冷卻體能很方便地對可過冷組合物進(jìn)行初始的過冷操作，使可過冷組合物達(dá)到過冷狀態(tài)。冷卻體也可進(jìn)行隨后的過冷操作，使得全部或部分解凍的可過冷組合物再重新恢復(fù)到過冷狀態(tài)。本發(fā)明的制件的例子有便攜式和可移動的冷卻器型制件，便攜式和可移動的致冷單元以及放置生物和病理學(xué)樣品和/或藥品的可移動式容器。
圖1描述了本發(fā)明第一實(shí)施方式的可過冷組合物的制備方法100。在方法100中，進(jìn)行102操作，得到包含水和乙醇的第一混合物。水和乙醇的比例由所希望的凝固溫度決定。乙醇比例越高，凝固溫度越低。可使用或不使用飲用水，這由具體的用途決定。將水和乙醇攪拌和混合是形成第一混合物的方法的例子。乙醇也可用其他物質(zhì)替代，例如甲基化酒精，鹽基溶液等。
102操作制得第一混合物后，進(jìn)行104操作，調(diào)節(jié)第一混合物的pH，這樣得到了pH已調(diào)節(jié)的第一混合物?？稍诘谝换旌衔镏屑尤雺A性或酸性物質(zhì)來調(diào)節(jié)它的pH。例如，碳酸氫鈉就是一種弱堿性物質(zhì)。在102操作的一個實(shí)施方式中，是將第一個混合物的pH調(diào)節(jié)到8.0左右。
在調(diào)節(jié)好第一混合物的pH(104操作)后，進(jìn)行106操作，形成包含已調(diào)節(jié)pH的第一混合物與粘合劑的第二混合物。攪拌與混合粘合劑和pH已調(diào)節(jié)的第一混合物得到第二混合物。纖維素酯，例如DOW化學(xué)品公司生產(chǎn)的Methocel牌纖維素酯，就是一種商業(yè)化了的水溶性粘合劑。甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素是兩種不同類型纖維素酯的例子。
對于包含30重量％左右乙醇和70重量％左右水的混合物，最好加入約3重量％的纖維素酯。如混合物幾乎不含乙醇，最好加入1重量％到2重量％的纖維素酯。包含上述含量的纖維素時，pH最好在8左右。然而，如果對組合物有特定要求，pH也可以不是8。調(diào)節(jié)pH至所需的水平的重要性在于pH能影響混合物形成凝膠的時間。
經(jīng)106操作得到第二混合物后，進(jìn)行108操作，攪拌第二混合物，直到其粘度增大，成奶油狀。攪拌的方法例如有攪拌和混合。第二混合物是一種可過冷組合物，它包含水、乙醇、一種能將水和乙醇混合物的pH調(diào)節(jié)至8左右的物質(zhì)和水溶性粘合劑。
實(shí)施施1-制備一種凝固點(diǎn)在-18℃左右的可過冷組合物約30重量％的乙醇和約70重量％的飲用水混合形成第一混合物。然后加入足量的碳酸氫鈉，調(diào)節(jié)乙醇和水混合物的pH至8左右，從而得到pH調(diào)節(jié)好的第一混合物。之后，在攪拌pH已調(diào)節(jié)的第一混合物中，攪拌加入Mehtocel牌纖維素酯，加入的纖維素酯量為水、乙醇和碳酸氫鈉混合物重量的3％左右。一直攪拌第二混合物，直到成奶狀均勻。第二混合物是一種包含水、乙醇、碳酸氫鈉和纖維素酯的可過冷組合物。
在得到奶狀均勻溶液后約10分鐘，第二混合物就開始凝膠。因此，在得到奶油狀粘稠液體后的10分鐘之內(nèi)，把第二混合物灌入最后使用的容器中。
依照本發(fā)明的實(shí)施方式來混合制備可過冷材料的配方是不同的，由要求的相變溫度來決定。上述的實(shí)施方式僅僅是依照本發(fā)明制備可過冷材料的許多實(shí)施方式中的一個。
圖1和實(shí)施例1的可過冷組合物具有長相變時間性能，經(jīng)過過冷和解凍后，又能恢復(fù)到凝固前的凝膠稠度。在將該組合物過冷到-18℃或更低的溫度，然后又第一次融化后，不會出現(xiàn)液體層的分離。液體層不分離是有利的，因?yàn)樵诘谝淮卫鋮s和融化循環(huán)后的隨后的冷卻循環(huán)中，將會增加組合物的溶解。當(dāng)對該組合物進(jìn)行過冷操作時，組合物中的一部分水處于潛熱過冷狀態(tài)，并不凝固。水凝固時通常釋放的熱量(也稱為熔化熱)因過冷而減小。
圖2到6對依照本發(fā)明另一個實(shí)施方式的絕熱容器200的各個方面進(jìn)行了表示。絕熱容器200包括容器體202和容器蓋204。容器蓋204可以在P1位置和P2位置之間移動。當(dāng)容器蓋204在位置P1時，容器腔可以存取物品；當(dāng)容器蓋204在位置P2時，容器腔則不能存取物品?？梢苿邮缴w和鉸接式蓋的設(shè)計(jì)是使得容器蓋能在P1和P2位置之間移動的設(shè)計(jì)的兩個例子。
絕熱容器200有一個信息存儲裝置208，在圖2中是附在容器體202上的。信息存儲裝置208也可附在容器蓋204上。市售的無線電頻率識別標(biāo)簽，例如得克薩斯儀器公司(Texas Instruments Incorporated)提供的就是這種信息存儲裝置208的一個例子。信息存儲裝置208能對容器200和保存在容器200中的物品的各種情況進(jìn)行監(jiān)測。例如，關(guān)于運(yùn)送路線、遞送時間、環(huán)境溫度的信息和保存在容器200中的物品的詳細(xì)信息都可以傳遞到信息存儲裝置208中，也可從其獲得。
容器體202包括一個外部絕熱冷卻芯組合體210、一層絕熱殼體211和一層外殼212。外殼212的一個功能就是保護(hù)絕熱殼體211。外部絕熱冷卻芯組合體210包括第一冷卻芯殼214和第二冷卻芯殼216。第一冷卻芯殼214和第二冷卻芯殼216采用一種已知的方法，例如激光焊接、液狀粘固劑超聲焊接溶劑膠結(jié)材料或其他類似方法沿著兩者交匯的邊緣而結(jié)合在一起。芯腔218位于冷卻芯體中。外部絕熱是指在芯腔218外面提供絕熱。因此，絕熱殼體211覆蓋著第二層冷卻芯殼216的很大一部分。
在第一冷卻芯殼214和第二冷卻芯殼216的一個實(shí)施方式中，第一冷卻芯殼214和第二冷卻芯殼216是用聚乙烯制成，能采用一種已知技術(shù)，例如注射成形、旋轉(zhuǎn)模制成形或吹塑成形等方法制成。第一冷卻芯殼214和第二冷卻芯殼216可以是獨(dú)立制造的，也可以先一起制造，然后在根據(jù)需要分離。
絕熱殼體211可以是個單層(也就是絕熱層)結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)。具有傳導(dǎo)絕熱功能的層、具有蒸氣透過功能的層和具有輻射絕熱功能的層都是這種多層結(jié)構(gòu)中可能層的例子。絕熱殼體211可以連接于或可分離嚙合在冷卻芯組合體210上。類似地，絕熱殼體211可以連接于或可分離嚙合在外殼上。
聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯泡沫塑料就是具有傳導(dǎo)絕熱功能的材料的兩個例子。Polar熱制件有限公司(Polar Thermal Products LTD)生產(chǎn)的PolarTherm牌材料是具有多層結(jié)構(gòu)的絕熱殼體的一個例子。絕熱殼體211可以是由柔性材料、柔順性材料、剛性材料或它們的組合制成的。
有個冷卻體220位于芯腔218內(nèi)。冷卻體220包括很多間隔的冷卻體片段222，第一冷卻體接頭224和第二冷卻體接頭226。第一冷卻體接頭224和第二冷卻體接頭226延伸通過第二冷卻芯殼216、絕熱殼體211和外殼212。冷卻體220的結(jié)構(gòu)，是許多間隔的冷卻體片段222基本上均勻地分布在整個芯腔218內(nèi)(也就是說，在冷卻芯組合體210的每個壁中)。冷卻體220的結(jié)構(gòu)，也可以不是在冷卻芯組合體210的所有壁中都有，而且間隔的冷卻體片段222不是均勻分布的。
冷卻體可以依照各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來制作。在其中的一個結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，冷卻體220是由一段可貼合材料制成的，例如被彎曲成單道結(jié)構(gòu)，有許多回路(例如來回回路)的銅質(zhì)或高分子管。每一個這種單道結(jié)構(gòu)的回路就形成一個間隔的冷卻體片段222。單道結(jié)構(gòu)就使得冷卻液依次在每一個分隔的冷卻體片段222中流動。在另一個結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，該許多間隔的冷卻體片段222具有多道旋管構(gòu)造。在這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，間隔的冷卻體片段222通過一種方式連接，使得冷卻液，例如下面結(jié)合圖15和16中所敘述的，能在多個途徑中流動。例如，在第一和第二冷卻液集管之間有很多獨(dú)立的冷卻體片段(直的或彎曲的)連接，就得到了這種多道旋管結(jié)構(gòu)。
包括許多S形旋管的一個冷卻旋管和具有螺旋纏繞構(gòu)造的冷卻旋管是本文所述的冷卻體和/或冷卻體片段的兩個例子。這里的冷卻體可以是用金屬、聚合物材料、陶瓷材料和類似材料制成的。
至少有一部分未被冷卻體220占據(jù)的芯腔218填充著可過冷組合物228，例如這里所述的可過冷組合物?？蛇^冷組合物228通過一個大小合適的孔(未畫出)輸入芯腔218。在將可過冷組合物228輸入到芯腔218之后，該孔被塞上或蓋上。
冷卻體220的間隔冷卻體片段222基本上被包埋在可過冷組合物228中。第一冷卻體接頭224和第二冷卻體接頭226可將一冷卻裝置與冷卻體220連接在一起。正如在下面就圖15和16中詳細(xì)描述的那樣，該冷卻裝置可以在冷卻體220中通入過冷的冷卻液進(jìn)行循環(huán)，對可過冷組合物228進(jìn)行過冷。
在容器蓋204的一個實(shí)施方式中，容器蓋204包括一個冷卻芯組合體，在其冷卻腔內(nèi)有個冷卻體和可過冷組合物。在這樣的容器蓋204的實(shí)施方式中，容器蓋204中的冷卻芯組合體可以是內(nèi)部絕熱構(gòu)造或外部絕熱構(gòu)造的。在容器蓋的另一個實(shí)施方式中，容器蓋包含一層或多層絕熱材料。
圖7描繪了本發(fā)明另一個實(shí)施方式中的容器體302。容器體302包括一個外部絕熱冷卻芯組合體310，一個絕熱殼體311和一個外殼312。該冷卻芯組合體310包括一個冷卻芯體315。冷卻芯體315和外殼312通過一種已知技術(shù)，例如激光焊接、超聲焊接溶劑膠結(jié)材料或其他類似方法沿著兩者交匯的邊緣而結(jié)合在一起。
冷卻芯體315具有一個芯腔318，其中至少部分被可過冷組合物328所填充。冷卻芯體315具有單一的結(jié)構(gòu)，是通過一些已知技術(shù)，例如吹塑成形和旋轉(zhuǎn)模塑成形制成。冷芯體315的這種單一結(jié)構(gòu)避免了在芯腔318中設(shè)置冷卻體。因此，對芯腔318內(nèi)的可過冷組合物328的過冷是通過將容器體302浸入到盛有過冷冷卻液的槽中進(jìn)行的。將容器體302浸入到盛有過冷冷卻液的槽中，是一種低成本和有效的過冷對可過冷組合物的方法。將結(jié)合圖15和16對這樣的盛有過冷冷卻液的槽進(jìn)行詳細(xì)的討論。
這里將結(jié)合圖8和9對本發(fā)明另一個實(shí)施方式中的容器體402進(jìn)行描述。從功能的角度考慮，圖8和9中的容器體402與圖2到6中的容器體202是基本一樣的。然而，從結(jié)構(gòu)上看，容器體402相對于前述的容器體202，具有很多的不同點(diǎn)。下面只闡述這些不同的方面。
容器體402包括一個內(nèi)絕熱冷卻芯組合體410。冷卻芯組合體410包括一個絕熱插件411、第一冷卻芯殼414和第二冷卻芯殼416。第一冷卻芯殼414和第二冷卻芯殼416通過一種已知技術(shù)，例如激光焊接、液狀粘固劑超聲焊接溶劑膠結(jié)物或其他類似方法沿著兩者交匯的邊緣而結(jié)合在一起，從而制得冷卻芯體。在將第一冷卻芯殼414連接到第二冷卻芯殼416以前，絕熱插件411放置在兩者之間。
芯腔418位于第一冷卻芯殼414和絕熱插件411之間。冷卻芯組合體包括位于芯組合體410的芯腔418之內(nèi)的冷卻體420。這里所說的內(nèi)絕熱是指在芯腔418內(nèi)提供絕熱。絕熱插件411可以是一件頭或多件頭的。
至少有一部分未被冷卻體420占據(jù)的芯腔418填充有可過冷組合物428，例如這里所述的可過冷組合物。正如將在下面圖15和16中詳細(xì)討論的那樣，冷卻體420能夠與一臺冷卻裝置連接起來。冷卻裝置可以在冷卻體420中通入過冷的冷卻液進(jìn)行循環(huán)，對可過冷組合物428進(jìn)行過冷。
將就圖10到12對本發(fā)明一實(shí)施方式中的熱質(zhì)體500進(jìn)行描述。這里所敘述的熱質(zhì)體，例如熱質(zhì)體500只是本文所述的冷卻芯組合體的一個實(shí)施方式。這里所敘述的熱質(zhì)體，例如熱質(zhì)體500，可以有很多種形狀(例如矩形、圓形等)，也可以有很多不同的輪廓(例如平的，圓柱形的)。
如圖10所示，熱質(zhì)體500有一個信息存儲裝置508。信息存儲裝置508可以連接在容器蓋504上，而不是連接在容器體502上。市售的一種無線電頻率識別標(biāo)簽，例如得克薩斯儀器公司(Texas Instruments Incorporated)提供的，就是這種信息存儲裝置508的一個例子。信息存儲裝置508能對熱質(zhì)體500和與熱質(zhì)體500相連的一些系統(tǒng)的各種情況進(jìn)行監(jiān)測。例如，關(guān)于運(yùn)送路線、遞送時間、環(huán)境溫度的信息和與熱質(zhì)體500相連的系統(tǒng)的詳細(xì)信息都可以傳遞到信息存儲裝置508中，也可從其獲得。
熱質(zhì)體500包括一個外部絕熱冷卻芯組合體510和一個絕熱殼體511。冷卻芯組合體510包括第一冷卻芯殼514和第二冷卻芯殼516。第一冷卻芯殼514和第二層冷卻芯殼516通過一種已知的方法，例如激光焊接、超聲焊接溶劑膠結(jié)材料或其他類似方法沿著兩者交匯的邊緣而結(jié)合在一起，從而制得冷卻芯體。芯腔518位于冷卻芯體內(nèi)。
在第一冷卻芯殼514和第二冷卻芯殼516的一個實(shí)施方式中，第一層冷卻芯殼514和第二層冷卻芯殼516是用聚乙烯制成，能采用一種已知技術(shù)，例如注射成形、旋轉(zhuǎn)模制成形或吹塑所形等方法制成。第一冷卻芯殼514和第二冷卻芯殼516可以是獨(dú)立制造的，也可以是先一起制造，然后再根據(jù)需要分離。
絕熱殼體511覆蓋著第一冷卻芯殼514和第二冷卻芯殼516的很大一部分。絕熱殼體511可有兩部分，共同覆蓋大部分的第一冷卻芯殼514和第二冷卻芯殼516的很大一部分。絕熱殼體511可以是單層(也就是絕熱層)結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)。具有傳導(dǎo)絕熱功能的層、具有蒸氣透過功能的層和具有輻射絕熱功能的層都是這種多層結(jié)構(gòu)中可能層的例子。絕熱殼體511可以連接在冷卻芯組合體上，也可從其上脫離。
聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯泡沫塑料就是具有傳導(dǎo)絕熱功能的材料的兩個例子。Polar熱制件有限公司(Polar Thermal Products LTD)生產(chǎn)的PolarTherm牌材料是具有多層結(jié)構(gòu)的絕熱殼體的一個例子。此外，絕熱殼體511可以是由柔性材料、柔順性材料、剛性材料或它們的組合制成的。
冷卻芯組合體包括一個位于芯腔518內(nèi)的冷卻體520。冷卻體520包括很多間隔的冷卻體片段522、第一冷卻體接頭524和第二冷卻體接頭526。如圖10所示，第一冷卻體接頭524和第二冷卻體接頭526延伸通過第二冷卻芯殼516和絕熱殼體511。冷卻體520的結(jié)構(gòu)，是許多間隔的冷卻體片段522基本上均勻地分布在整個芯腔518內(nèi)。正如上面就圖2到6所述的那樣，冷卻體520可被設(shè)計(jì)為單道或多道結(jié)構(gòu)。
至少有一部分未被冷卻體520占據(jù)的芯腔518填充著可過冷組合物528，例如這里所述的可過冷組合物?？蛇^冷組合物528可通過一個位于第一層冷卻芯殼514或第二層冷卻芯殼516上的大小合適的孔(未畫出)輸入到芯腔518里。在將可過冷組合物528輸入到芯腔518之后，該孔就塞上或蓋上。另一個填入可過冷組合物528到芯腔518內(nèi)的方法，在將第二冷卻芯殼516連接到第一冷卻芯殼514之前，向第一冷卻芯殼514中輸入可過冷組合物528。
冷卻體520的間隔冷卻體片段522基本上被包埋在可過冷組合物528中。第一冷卻體接頭524和第二冷卻體接頭526可將冷卻裝置與冷卻體520連接在一起。正如在下面就圖15和16中詳細(xì)描述的那樣，該冷卻裝置可以在冷卻體520中通入過冷的冷卻液進(jìn)行循環(huán)，對可過冷組合物528進(jìn)行過冷。
現(xiàn)結(jié)合圖13和14對本發(fā)明另一實(shí)施方式中的熱質(zhì)體550進(jìn)行描述。從功能的角度考慮，熱質(zhì)體550與圖11到12中的熱質(zhì)體500是基本一樣的。然而，從結(jié)構(gòu)上看，熱質(zhì)體550相對于熱質(zhì)體500，具有很多的不同點(diǎn)。下面將只對這些不同的方面進(jìn)行闡述。
熱質(zhì)體550包括一個內(nèi)絕熱冷卻芯組合體560。該冷卻芯組合體560包括第一冷卻芯殼564、第二冷卻芯殼566和絕熱插件567。第一冷卻芯殼564和第二冷卻芯殼566通過一個已知技術(shù)，例如激光焊接、超聲焊接溶劑膠結(jié)材料或其他類似方法沿著兩者交匯的邊緣結(jié)合在一起，從而制得冷卻芯體。芯腔568位于冷卻芯體內(nèi)。絕熱插件567在芯腔568內(nèi)，并覆蓋著冷卻芯體內(nèi)表面的大部分。絕熱插件567可以單件或多件的。
冷卻體570位于芯腔568內(nèi)。冷卻體570包括很多間隔的冷卻體片段572。至少有一部分未被冷卻體570占據(jù)的芯腔568填充有可過冷組合物578，例如這里所述的可過冷組合物。冷卻體570的間隔冷卻體片段572基本上包埋在可過冷組合物578中。正如在下面圖15和16中詳細(xì)描述的那樣，冷卻裝置可以在冷卻體570中通入過冷的冷卻液進(jìn)行循環(huán)，對可過冷組合物578進(jìn)行過冷。
作為發(fā)明所述的熱質(zhì)體的一個應(yīng)用例子，將熱放置在一容器內(nèi)用以在容器內(nèi)維持所需要的熱條件，此時往熱質(zhì)體中的冷卻體里通入液體，用以保持液體的受冷狀態(tài)等。由于本文所述的可過冷組合物可以被過冷，并且具有很長的相變時間，這就有利地使得這種熱質(zhì)體能在較長的時間內(nèi)維持系統(tǒng)處于低溫狀態(tài)。此外，由于能往本文所述的熱質(zhì)體中的冷卻體中注入各種液體，然后冷卻這些液體，同時本文所述的可過冷材料也具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，這就使得該熱質(zhì)體能在現(xiàn)有的和新近發(fā)展的應(yīng)用中能有有利的效果。例如，為了器官灌流的用途，將灌流液泵入到本文所述的熱質(zhì)體中的冷卻體中，可以使灌流液保持冷凍狀態(tài)。
圖15是本發(fā)明一個實(shí)施方式的一臺可對制件進(jìn)行冷卻的冷卻裝置600的示意圖。冷卻裝置600包括一個與致冷單元604相連的冷卻單元602。冷卻單元602最好包括一個裝有冷卻液608的絕熱槽606。許多個循環(huán)器610和一個熱交換旋管612浸沒在冷卻液608內(nèi)。一臺接著一個葉片的電動機(jī)是循環(huán)器610的一個例子。致冷單元604置于絕熱槽606的外部，與熱交換旋管612相連。
在冷卻液608的一個實(shí)施方式中，冷卻液608是一種食品級液體。食品級冷卻液的例子有丙二醇類物質(zhì)、NaCl溶液或類似物質(zhì)。
絕熱槽606的尺寸可以任意，只要有利于冷卻絕熱槽606中冷卻液608的冷卻。在絕熱槽606的至少一個實(shí)施方式中，絕熱槽606的尺寸能保證能對絕熱槽606中的冷卻液進(jìn)行過冷，同時能保證一個或多個物品(例如制件、生物材料、食品等)至少能部分地浸入到冷卻液608中。
上面所述的圖7中的絕熱容器就是可浸沒于冷卻液608中的物品的一個例子。這種絕熱容器中裝有可過冷組合物，但沒有冷卻體。因此，將絕熱容器的全部或部分浸入到冷卻液608中，才能對可過冷組合物進(jìn)行過冷。
熱交換旋管612最好是“多徑旋管”，這樣，來自致冷單元604的冷卻劑可沿多條路徑(也就是說三條或更多路徑)流動，而不象在傳統(tǒng)的致冷旋管中那樣，冷卻劑通常只有一條或兩條連續(xù)的路徑。此外，旋管的尺寸是直接與裝有合適量的冷卻液608的截面積相關(guān)。例如，在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，槽606有1英尺長，2英尺深，4英尺寬，所用的熱交換旋管612是1英尺長，2英尺高。如果槽606的長度增大到20英尺長，那么熱交換旋管612的長度也可增加到20英尺。因此，在相同熱負(fù)荷的情況下，這種熱交換旋管612的尺寸約為傳統(tǒng)旋管的一半。
循環(huán)器610使得冷卻液608在冷卻槽內(nèi)和浸沒在冷卻液608中的物品(例如本發(fā)明制件、生物材料、食品等)上方流動，然后流到熱交換旋管612中。在至少一個實(shí)施方式中，熱交換旋管被設(shè)計(jì)為，旋管從冷卻液中除去的熱量不小于冷卻液從被冷卻的物體上除去的熱量，從而維持冷卻液608的溫度在預(yù)定的范圍內(nèi)。熱交換旋管612與致冷單元604連接。
在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，致冷單元604被設(shè)計(jì)成可滿足熱交換旋管612的負(fù)荷要求。因此，是以一種平衡和有效的方式從冷卻液608中除去熱量的，使得一種物料或物體受到可控而快速的冷卻。抽吸壓力的方法以及致冷單元604中的效率直接與用來有效地向熱交換旋管612進(jìn)行輸入所用的控制抽吸壓力的方法以及致冷單元604中所用壓縮機(jī)的有效輸出有關(guān)。
滿足負(fù)荷需求的方法要求在致冷劑與冷卻液608的溫度之間，冷凝溫度與環(huán)境溫度之間維持較小的溫差。這些溫度標(biāo)準(zhǔn)，連同熱交換旋管612的設(shè)計(jì)，使得熱交換旋管612能更有效地進(jìn)液。而這轉(zhuǎn)而要求壓縮機(jī)能以平衡而緊密控制的方式進(jìn)液，以獲得超過壓縮機(jī)制額定值25％的性能。
值得注意的是，在圖15中所示的實(shí)施方式中，致冷單元604是一個較遠(yuǎn)外置的致冷系統(tǒng)。然而，在另一個實(shí)施方式中(未圖示)，致冷單元604被并入到冷卻槽606的另一部分中。致冷單元602的各種配置都或多或少適合于某種特定配置的冷卻單元602。例如，如果冷卻槽606非常大，一個分離的致冷單元604是可取的，然而如果是便攜式的冷卻槽，則可以使一個裝入的致冷單元604。只有在執(zhí)行上述原則，獲得高效率，特別是使用小尺寸的熱交換旋管，這種裝入才有可能。
在一個優(yōu)選實(shí)施方式中，由于致冷單元604和熱交換旋管612的作用，冷卻液608被冷卻到-20℃到-30℃之間的一個溫度，并且整個冷卻液的溫差要小于0.5℃左右。在其他實(shí)施方式中，冷卻液608被冷卻到-20℃到-30℃之外的一個溫度，目的是為了控制物品或可過冷組合物要冷凍的速度。在其他實(shí)施方式中，通過控制冷卻液608的循環(huán)速度來獲得所需的冷凍速度。還可以改變冷卻液608的體積來得到某個特定的冷凍速度。要知道冷卻液循環(huán)速度、冷卻液體積和冷卻液溫度的各種組合都可被用來得到所需的冷凍速度。
如圖15所示，裝有可過冷組合物616和位于此可過冷組合物616內(nèi)的冷卻體618的制件614可以與冷卻單元602結(jié)合在一起。上文所述的包括冷卻體的絕熱容器和熱質(zhì)體都是制件614的例子。冷卻體618包括聯(lián)結(jié)裝置620，可與冷卻單元602的冷卻液導(dǎo)管連接在一起。冷卻導(dǎo)管可以使冷卻液608在冷卻單元602與制件614之間流動。
上文所述的冷卻體接頭是聯(lián)結(jié)裝置620的例子。運(yùn)行時，當(dāng)冷卻液導(dǎo)管622與聯(lián)結(jié)裝置620連接好后，冷卻液608可以通過冷卻單元602的泵623的作用，在制件614的冷卻體618中循環(huán)，然后流回冷卻單元602。以這種方式，制件614中的可過冷組合物616能夠被冷卻裝置600所過冷。
優(yōu)選的是，每個循環(huán)器610都包括一個馬達(dá)，能控制馬達(dá)使冷卻液流經(jīng)被冷卻物體時的速度維持在一恒定預(yù)定值，同時維持冷卻液溫度的均勻分布，在槽606各處的溫差在+/-0.5℃范圍內(nèi)。冷卻液流經(jīng)生物材料的速度恒定，所除去的熱量也是恒定的，這就使得含水組合物和材料在冷凍時發(fā)生玻璃化作用。在一個實(shí)施方式中，測量并處理冷卻液的一些性質(zhì)，例如粘度和溫度等，控制信號被傳送到一個或多個循環(huán)器610的馬達(dá)上，根據(jù)需要來增大或減小旋轉(zhuǎn)速度或循環(huán)器葉片的扭矩。在其他實(shí)施方式中，一個或多個循環(huán)器的葉片被設(shè)計(jì)成可在某個冷卻液狀態(tài)范圍內(nèi)保持一預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度。在這種情況下，由連接的馬達(dá)帶動的，每個循環(huán)器610的葉片的扭矩和旋轉(zhuǎn)速度不受外部控制。值得注意的是，為實(shí)施本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式，就不需要外部的泵、軸或滑輪了。每個循環(huán)器610的馬達(dá)都直接浸沒在冷卻液608里，因此冷卻液608也冷卻了這些馬達(dá)。
圖16表示了本發(fā)明一個實(shí)施方式的方法700。本方法可通過一臺合適的冷卻裝置來實(shí)現(xiàn)。在成本和冷凍速度方面，方法700要優(yōu)于傳統(tǒng)的冷凍方法，例如鼓風(fēng)冷凍。上文所述的冷卻裝置600就是這種適宜的冷卻裝置的一個例子。
在方法700中，執(zhí)行710操作，使在冷卻裝置的冷卻槽中的冷卻液流經(jīng)冷卻裝置的熱交換旋管。如上文所述，熱交換旋管與致冷系統(tǒng)操作連接，用來在冷卻液流經(jīng)熱交換旋管時使冷卻液溫度降低。響應(yīng)于冷卻液在熱交換旋管中的循環(huán)，執(zhí)行720操作，測定槽中冷卻液的溫度。測定好冷卻液的溫度之后，執(zhí)行730操作，判斷冷卻液的溫度是否在優(yōu)選溫度范圍內(nèi)。冷卻液的優(yōu)選溫度范圍隨應(yīng)用的不同而不同，然而，在許多應(yīng)用中，優(yōu)選的溫度范圍在-20℃到-30℃之間。
如果測出的冷卻液溫度不在優(yōu)選的預(yù)定溫度范圍內(nèi)，就執(zhí)行735操作，調(diào)節(jié)熱交換旋管的溫度。至少在操作735的一個實(shí)施方式中，熱交換旋管的溫度是自動調(diào)節(jié)的。熱交換旋管的溫度可以通過冷卻裝置的致冷單元來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)熱交換旋管的溫度的方法的一個例子是增大或減小熱交換旋管的傳熱量。在執(zhí)行了調(diào)節(jié)熱交換旋管溫度的操作735之后，又進(jìn)行操作710，使冷卻液在熱交換旋管中循環(huán)，用以降低冷卻液的溫度。優(yōu)選的是，操作710、720、730和735連續(xù)進(jìn)行，直到冷卻液的溫度在優(yōu)選的溫度范圍內(nèi)。
當(dāng)冷卻液被冷卻到合適的溫度，就進(jìn)行740操作把某個制件的冷卻體與冷卻裝置的冷卻單元連接起來。上文所述的包括冷卻體的絕熱容器和熱質(zhì)體都是制件的例子。同樣如上文所述，冷卻體與冷卻單元連接后，應(yīng)使冷卻液從冷卻單元流入冷卻體，然后又從冷卻體中流回冷卻單元。
在冷卻液的溫度達(dá)到優(yōu)選溫度范圍內(nèi)以后，就進(jìn)行745操作促使冷卻液在制件的冷卻體中循環(huán)。當(dāng)冷卻液從冷卻體中流過時，可過冷組合物例如上文圖1中可過冷組合物的熱量就被冷卻液所吸收?？蛇^冷材料的溫度起先高于冷卻液的溫度。這樣，熱量被傳遞給冷卻液，然后通過冷卻液在冷卻體中的循環(huán)，熱量被從制件中轉(zhuǎn)移出去。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實(shí)施方式，為充分冷卻可過冷組合物，冷卻液需在冷卻體中連續(xù)循環(huán)。
在冷卻液開始在制件的冷卻體中流動后，進(jìn)行操作750調(diào)節(jié)冷卻液在制件冷卻體和/或循環(huán)器中的流動速度，以適應(yīng)冷卻液的粘度、溫度和類似性質(zhì)的變化。優(yōu)選的是，通過控制冷卻液在冷卻體中流動的泵和連接于每個循環(huán)器的馬達(dá)調(diào)節(jié)這些馬達(dá)的作用力，使冷卻液在制件冷卻體和循環(huán)器中的流動速度保持恒定。
圖16中的操作是以連續(xù)的順序來說明和討論的。然而，所描述的方法中的一些或所有步驟是連續(xù)進(jìn)行的，可以不同的順序進(jìn)行。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，不斷地在系統(tǒng)內(nèi)的多個位置測量冷卻液的溫度、粘度和其他性質(zhì)。在另一個實(shí)施方式中，冷卻液的有些性質(zhì)并不直接測定，而是通過與泵連接的馬達(dá)或與各個冷卻單元中的冷卻液循環(huán)器連接的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，來判定冷卻液性質(zhì)的變化。如果馬達(dá)的速度變慢，就要增大其功率以恢復(fù)到所需的速度，從而抵消冷卻液性質(zhì)的變化。在至少一個實(shí)施方式中，與泵和冷卻單元的循環(huán)器連接的泵被設(shè)計(jì)成，可以基本恒定的速度旋轉(zhuǎn)。基本恒定的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度就使得冷卻液循環(huán)的速度也保持基本恒定。
在上文的詳述中，通過描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
對附圖進(jìn)行了說明。對這些不同的實(shí)施方式進(jìn)行了足夠詳細(xì)的敘述，可以使得業(yè)內(nèi)人士能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。為避免不必要的細(xì)節(jié)，敘述時省略了一些業(yè)內(nèi)人士熟知的信息。因此，上文的祥述并不是要將本發(fā)明局限于這里所提出的具體形式中，而是要覆蓋那些包含于附屬權(quán)利要求中的，符合本發(fā)明的精神和范圍的，合理的對本發(fā)明的替換、修改和等價內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制備可過冷組合物的方法，該方法包括形成包含水和乙醇的第一混合物，該第一混合物具有第一pH值；將第一混合物的pH值調(diào)節(jié)到與第一pH值不同的另一個pH值；將水溶性粘合劑與第一混合物混合得到第二個混合物。
2.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，第一混合物包含約70重量％的水和約30重量％的乙醇。
3.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，第一混合物包含不到70重量％左右的水和超過30重量％左右的乙醇。
4.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，第一混合物包含不到10重量％左右的水和超過90重量％左右的乙醇。
5.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，形成第一混合物，包括形成第一pH值不為8的混合物；調(diào)節(jié)將所述第一混合物的pH水平，包括將所述第一混合物的pH水平調(diào)節(jié)到8左右。
6.權(quán)利要求5中所述的方法，其特征在于，是通過加入水溶性堿性物質(zhì)來調(diào)節(jié)第一混合物的pH值。
7.權(quán)利要求5中所述的方法，其特征在于，通過加入碳酸氫鈉來調(diào)節(jié)第一混合物的pH值。
8.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，混合所述水溶性粘合劑和第一混合物包括將纖維素酯基物質(zhì)和第一混合物混合。
9.權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于，混合所述纖維素酯基物質(zhì)和第一混合物包括將甲基纖維素物質(zhì)和第一混合物混合。
10.權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于，混合所述纖維素酯基物質(zhì)和第一混合物包括將羥丙基甲基纖維素物質(zhì)和第一混合物混合。
11.權(quán)利要求1中所述的方法，還包括攪拌第二混合物，直到其粘度均勻增大，形成奶狀均勻的第二混合物。
12.一種容器，它包括容器體，包括冷卻芯體，在冷卻芯體的芯腔中有可過冷組合物，冷卻芯體中形成可放置物品的容器腔；絕熱容器蓋，可放置在容器體上，覆蓋容器腔。
13.權(quán)利要求12中所述的容器，其特征在于，冷卻芯體包括第一冷卻芯殼以及與第一冷卻芯殼連接的第二層冷卻芯殼；芯腔形成在第一和第二冷卻芯殼之間。
14.權(quán)利要求13中所述的容器，還包括置于芯腔內(nèi)的，基本包埋于可過冷組合物中的冷卻體。
15.權(quán)利要求12中所述的容器，還包括置于芯腔內(nèi)的，基本包埋于可過冷組合物中的冷卻體。
16.權(quán)利要求15中所述的容器，其特征在于，所述冷卻體包括很多個冷卻體片段。
17.權(quán)利要求15中所述的容器，其特征在于，所述冷卻體是多道冷卻體。
18.權(quán)利要求15中所述的容器，其特征在于，所述冷卻體包括第一冷卻體接頭和第二冷卻體接頭。
19.權(quán)利要求12中所述的容器，還包括其內(nèi)置有冷卻芯體的絕熱殼體。
20.權(quán)利要求12中所述的容器，還包括置于冷卻芯體內(nèi)的絕熱插件。
21.權(quán)利要求20中所述的容器，其特征在于，所述冷卻芯體包括第一冷卻芯殼以及與第一冷卻芯殼連接的第二冷卻芯殼；所述芯腔形成在第一冷卻芯殼和絕熱殼體之間。
22.權(quán)利要求21中所述的容器，還包括置于芯腔內(nèi)，基本包埋于可過冷組合物中的冷卻體。
23.權(quán)利要求12中所述的容器，其特征在于，所述可過冷組合物是通過如下方法制備，包括形成一種包含水和乙醇的第一混合物，該混合物具有第一pH值；將第一混合物的pH值調(diào)節(jié)到與第一pH值不同的另一個pH值；將水溶性粘合劑與第一混合物混合得到第二混合物。
24.冷卻芯組合體，包括其中包括芯腔的冷卻芯體；位于芯腔內(nèi)的冷卻體；位于芯腔內(nèi)，包埋冷卻體至少一部分的可過冷組合物。
25.權(quán)利要求24中的冷卻芯組合體，其特征在于，所述冷卻芯體包括第一冷卻芯殼以及與第一冷卻芯殼連接的第二層冷卻芯殼；所述芯腔形成在第一冷卻芯殼和第二冷卻芯殼之間。
26.權(quán)利要求24中的冷卻芯組合體，其特征在于，所述冷卻體包括很多個冷卻體片段。
27.權(quán)利要求26中的冷卻芯組合體，其特征在于，所述冷卻體是多道冷卻體。
28.權(quán)利要求24中的冷卻芯組合體，其特征在于，所述冷卻體包括第一冷卻體接頭和第二冷卻體接頭。
29.權(quán)利要求24中的冷卻芯組合體，還包括幾乎完全覆蓋冷卻芯體外表面的絕熱殼體。
30.權(quán)利要求24中的冷卻芯組合體，還包含幾乎完全覆蓋冷卻芯體內(nèi)表面的絕熱殼體。
31.權(quán)利要求24中的冷卻芯組合體，其特征在于，所述可過冷組合物是通過如下方法制備的，包括形成一種包含水和乙醇的第一混合物，該混合物具有第一pH值；第一混合物的pH值調(diào)節(jié)到與第一pH值不同的另一個pH值；將水溶性粘合劑與第一混合物混合得到第二混合物。
32.一種對制件可過冷組合物進(jìn)行過冷的方法，該方法包括將制件的冷卻體與可冷卻液過冷的冷卻裝置的冷卻單元連接在一起，其中的冷卻體被制件的冷卻芯腔內(nèi)的可過冷組合物所包埋；對冷卻單元的冷卻槽中的冷卻液進(jìn)行過冷；在冷卻液達(dá)到預(yù)定的過冷狀態(tài)后，使其在冷卻體中循環(huán)。
33.權(quán)利要求32中所述的方法，其特征在于，對冷卻液進(jìn)行過冷處理包括將冷卻液冷卻到-20℃到-30℃之間的溫度。
34.權(quán)利要求32中所述的方法，其特征在于，對冷卻液進(jìn)行過冷處理包括使冷卻液流過浸沒在冷卻液中的循環(huán)器；使冷卻液流經(jīng)熱交換旋管。
35.權(quán)利要求32中所述的方法，其特征在于，將制件的冷卻體與冷卻裝置連接在一起包括把冷卻體與冷卻單元的泵連接。
36.權(quán)利要求35中所述的方法，其特征在于，在冷卻液達(dá)到預(yù)定的過冷狀態(tài)后使其在冷卻體中循環(huán)的過程包括將冷卻液通過泵的作用從冷卻槽流經(jīng)冷卻體，然后又流回冷卻槽。
37.權(quán)利要求36中所述的方法，還包括調(diào)節(jié)冷卻液在冷卻體中的循環(huán)速度來維持所需的冷卻液流動狀態(tài)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式生產(chǎn)的一制件中包含冷卻芯體、冷卻體和可過冷組合物。冷卻芯體包括芯腔，冷卻體就位于芯腔內(nèi)，可過冷組合物也裝在芯腔內(nèi)，并且至少一部分的冷卻體被可過冷組合物所包埋。
文檔編號F25D3/06GK1633490SQ02824997
公開日2005年6月29日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月16日
發(fā)明者布萊恩·伍德, 阿倫·J·卡塞爾 申請人:蘇帕契勒技術(shù)控股有限公司, 布萊恩·伍德, 阿倫·J·卡塞爾