气流凝胶包调节设备的制作方法

气流凝胶包调节设备


背景技术：

1.在药品和其他温度敏感产品(例如疫苗等)的运送中，可以使用特殊的多壁包装或航运容器，在其中凝胶包布置在包装的内部盒体或类似物周围。凝胶包提供了一种热电池，以在包装运输期间吸收或释放热量，否则包装可能会暴露于环境高温或低温下，这取决于装运的地理区域及其季节。
2.凝胶包通常填充有水、相变材料(pcm)或其他流体，并且可以在使用前调节(冷冻、冷却、加热)至预定温度，并且稳定在预定温度。相变材料(pcm)是一种带有高熔合热的物质，在一定温度下熔化和固化，能够储存和释放大量能量。
3.不同药品产品的包装和装运可能需要在各种不同温度下调节和稳定的凝胶包。此外，在不同温度下调节的凝胶包可以在包装内不同位置处的相同包装内使用。通过示例而非通过限制，包装可能需要例如使用布置在包装内一些位置处的在
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20℃(
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4℉)下冷冻的凝胶包和布置在包装内其它位置处的在 5℃(41℉)下冷藏的凝胶包。
4.为了确保这种包装的恰当性能，必须将凝胶包内的材料制备成固体、液体或部分固体和部分液体的混合物，并且在特定的期望温度下，以确保凝胶包的内部焓(与显热和潜热相关的内部能量)的范围。包装必须执行类似于包装鉴定期间执行的测试，以及利用调节和稳定的凝胶包制备和组装包装的过程。
5.独立设备或维持在受控温度下的步入式区域可以用于调节凝胶包。例如，凝胶包可以在非常低的温度(即，低于0℃(32℉))下在冷冻箱单元中冷冻，在相对冷的温度(即，大约 2至 8℃(35.6至46.4℉))下在冰箱单元中冷却，和/或在保温箱单元或环境区域(即，温度从 15至 30℃(59至86℉))中加温或加热。通常，准许凝胶包在任何上述参考区域处停留预定和延长的时间段，以调节凝胶包并且制备用于在装运包装中使用的凝胶包。依据所使用的设备和待调节的凝胶包，稳定凝胶包的温度所需要的调节时间可能需要例如多达五天。
6.通过进一步特定示例，环境装运所需的pcm凝胶包可以通过在环境温度下维持至少24小时来调节，以在使用前稳定凝胶包的温度。冷藏装运所需的pcm凝胶包可以通过在冷冻箱中冷冻24小时，然后在冰箱(温度略低于冷冻温度)中放置至少24小时来进行调节，以在使用前稳定凝胶包的温度(即，总共48小时的调节)。冷冻装运所需的pcm凝胶包和冷藏装运所需的水基凝胶包可以在冷冻箱中冷冻72小时进行调节，以在使用前稳定凝胶包的温度。对于一些较大规模的调节操作，可以将在冷冻箱或气流冷冻箱(即，通过鼓风机循环冷空气的冷冻箱)中额外的4至24小时的预冷添加到上述调节时间。


技术实现要素：

7.根据一个实施例，提供了自动气流凝胶包调节设备。该调节设备包括带有蒸发器和加热器的壳体，用于限定容纳一组凝胶包的空的空间；至少一个风扇，用于使空气在壳体内循环，使得气流的路径延伸通过空气吹入端至空气返回端；至少一个温度传感器，位于壳体内；以及控制器，用于从至少一个温度传感器接收温度测量值，并且用于在凝胶包的相变
处理(即，冷冻或熔化)和调节期间自动控制蒸发器、加热器和风扇的操作。
8.根据另一实施例，提供了一种用于pcm凝胶包调节设备的温度传感器。该传感器包括填充有石蜡的罐状容器，该管状容器具有抵靠罐状容器的内壁定位在石蜡的外周上的温度传感器。
9.根据另一实施例，提供了一种用于自动相变处理(即，冷冻或熔化)和调节凝胶包的方法。该方法包括以下步骤：在气流凝胶包调节设备内对一组凝胶包进行相变处理，并且相变处理步骤之后，在不从气流凝胶包调节设备中移除该组凝胶包的情况下，立即将该组凝胶包调节到预定的特定温度，以便调整显热。气流凝胶包调节设备包括：带有蒸发器和加热器的壳体；至少一个风扇，用于使空气在壳体内循环，使得空气流的路径延伸通过空气吹入端至空气返回端；至少一个温度传感器，位于壳体内；以及控制器，用于从至少一个温度传感器自动接收温度测量值，并且用于在相变处理和调节步骤期间自动控制壳体内的蒸发器、加热器和风扇的操作。
附图说明
10.当参考附图考虑时，可以更全面地理解在以下详细描述中描述的实施例的各种特征，其中相同的数字指代相同的元件。
11.图1是根据一个实施例的气流凝胶包调节设备的示意图。
12.图2是根据一个实施例的用于支撑气流凝胶包调节设备内的凝胶包的小车的前视图。
13.图3是图2的小车的俯视图。
14.图4是根据一个实施例的通过气流凝胶包调节设备水平截取的横截面图。
15.图5是图3的气流凝胶包调节设备的前视图。
16.图6是图4的气流凝胶包调节设备的另一个横截面图。
17.图7是根据一个实施例的气流凝胶包调节设备的前视图。
18.图8是沿着图7的线aa截取的图6的气流凝胶包调节设备的横截面图。
19.图9是根据一个实施例的气流凝胶包调节设备的前视图。
20.图10是沿着图9的线bb截取的图9的气流凝胶包调节设备的横截面图。
21.图11是沿着图9的线cc截取的图9的气流凝胶包调节设备的横截面图。
22.图12是根据一个实施例的温度传感器的示意图。
23.图13是根据一个实施例的温度传感器的透视图。
24.图14是根据一个实施例的气流凝胶包调节设备的图像。
25.图15是根据一个实施例控制的冷冻温度的曲线图。
26.图16是设定在恒定值的冷冻温度的曲线图。
具体实施方式
27.为了简单和说明的目的，通过主要参考其示例来描述实施例的原理。在以下描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域中的普通技术人员来说，显而易见的是，实施例可以在不限于这些具体细节的情况下实施。在一些情况下，没有详细描述众所周知的方法和结构，以免不必要地模糊实施例。
28.根据实施例，提供相对高速气流和低或高处理温度的自动气流凝胶包调节设备用于减少一组凝胶包的相变处理期间的时间。如本文所用的，术语“相变处理(phase change processing)”指代凝胶包的一些或全部相变材料从一种状态改变为另一种状态的过程，例如，将液体冷冻为固体和将固体熔化为液态的过程。此外，气流凝胶包调节设备中的高速气流和/或加热和/或冷却系统用于减少将凝胶包的温度调节和稳定在最终期望温度所需的时间。因此，本文公开的实施例能够减少一组凝胶包(例如pcm凝胶包)的调节过程的总时间。
29.根据实施例，自动气流凝胶包调节设备可以包括定制的控制器，以通过利用高速气流、相同单元内的强大的冷藏系统和加热系统，在相同单元内以减少的处理时间来运行凝胶包相变处理和/或调节的完整过程。
30.图1中显示了气流凝胶包调节设备的一个实施例的示例，其包括气流凝胶包调节设备10，能够容纳大量凝胶包的独立小车12或多个独立小车(未显示)可以定位在该气流凝胶包调节设备中。气流凝胶包调节设备10可以包括在气流凝胶包调节设备10内的关键位置处的电加热器14和温度传感器16。此外，气流凝胶包调节设备10可以包括控制器18和接口20。控制器18可以被配置成从传感器16接收温度测量值，并且可以与气流凝胶包调节设备10的气流冷冻箱本地控制器22和加热器14通信，以调整气流凝胶包调节设备10内的空气的温度，并且确定何时在相变处理、冷冻、冷藏、通风、加温、熔化、调节等操作之间切换。
31.控制器18可以被配置成运行存储用于调节凝胶包(例如pcm凝胶包)的各种配方的具体细节(温度、时间等)的软件，以及控制系统的冷却和加热的能力/量，以便确保凝胶包的pcm材料的相变和整个小车12或多个小车12上的稳定温度。电加热器14用于对气流凝胶包调节设备10内的空气进行加热，例如在调节期间，并且传感器16安装在气流调节器10内的被认定为针对各种相变处理和调节的极限的点处，以能够精确控制气流凝胶包调节设备10内的空气温度。
32.图2和图3公开了根据一个实施例的小车24。小车24包括轮子26和支撑结构28，该支撑结构包括用于接收和支撑单个凝胶包的搁板或空间30。用于支撑搁板30的支架28a被隔开，以确保凝胶包之间的适当间距，从而促进所有凝胶包上的均匀空气流动，而不管在整个小车24上的位置如何。小车24具有可以位于凝胶包调节器的空的空间或小车接收空间内的尺寸，如下面更详细公开的。可以使用多个小车。
33.传统的冷冻箱和相似的设备倾向于在这种设备的顶部和底部区域内产生较低的空气流，这可能对相变和/或调节过程产生负面影响。此外，可以用于加热过程的传统设备的顶部可能变得比设备的其余部分更热，并且因此可能造成位于顶部处的凝胶包首先熔化。因此，冷冻、冷却、加热、相变处理和/或调节可以依据凝胶包在传统设备内的位置而变化。调节凝胶包的这种均匀性的缺失对于确保位于设备的顶部和底部处的pcm凝胶包的质量调节来说是一个挑战，特别是，通常需要调节过程足够慢以确保被调节的所有pcm凝胶包的质量。
34.传统设备的另一个问题是，在传统设备内更靠近风扇或鼓风机定位的凝胶包的一部分可能暴露于更高的空气流中。因此，在冷冻过程期间，凝胶包的一侧可能会冷冻得更快。然而，在稳定过程期间，这些凝胶包可能先于其余凝胶包熔化。
35.图4显示了根据一个实施例的气流凝胶包调节设备32，该设备专门设计用于解决
上述提及的问题。凝胶包的一个或多个小车可以位于气流凝胶包调节设备32中，并且根据一个实施例的气流凝胶包调节设备32被配置成增加小车或多个小车(例如小车24)的体积内的空气流和温度的均匀性，所述小车支撑位于气流凝胶包调节设备32内的凝胶包。
36.图4
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6中显示的气流凝胶包调节设备32包括外壳体34，空气流被限制在该外壳体中。壳体34可以是绝缘的，并且可以包括位于气流凝胶包调节设备32的前部34a处的门36，该门与尺寸设置为用于接收小车24(或多个小车)的内部通道结构38对齐。门36可以打开以准许小车24(或多个小车)的进入或离开，并且可以在相变和/或调节过程期间关闭。用于使空气变冷的蒸发器40和用于加热壳体34内的空气的电加热器42定位成邻近通道38的后部38a，以冷却或加热通过壳体循环的空气。一组风扇或鼓风机44邻近通道38的后部定位在通道38的相对的横向侧上。
37.冷的、经冷却的、环境空气的高速空气流，或气流凝胶包调节设备32内的加热空气由风扇44通过壳体34内的侧管道或过道46沿着朝向通道38的封闭侧的外部的气流凝胶包调节设备32的前部的方向在壳体34内循环，然后由壳体34的前部引导进入通道38的前部开口38b，并且通过通道38返回到在通道38的后部38a处的蒸发器40和加热器42。因此，如图4中显示，通过小车24的空气流是从前到后侧向穿过并且通过小车24的线性空气流48。
38.图7
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11显示了气流凝胶包调节设备的附加实施例，所述气流凝胶包调节设备被配置成确保在通道的顶部和底部处的空气流动的温度的均匀性。例如，在图7和8中，气流凝胶包调节设备132的风扇组144包括将空气流引导至气流凝胶包调节设备132的顶前部的下风扇144a和将空气流引导至气流凝胶包调节设备132的底前部的上风扇144b。这确保了空气流和空气流的温度在进入通道138之前在管道或过道146内混合。作为图9和11中显示的替代实施例，凸缘或挡板250和252可以位于管道或过道246内的其不同侧上，以引导空气在气流凝胶包调节设备232的管道或过道246内向上(见图10)或向下(见图11)流动。在上述参考的气流凝胶包调节设备132和232的任一个中，在调节器132和232内循环的空气的温度的均匀性得到改善(即，通过调整顶部和底部风扇144a和144b的角度，以造成空气流在管道或过道146的中间部段内的混合，或通过使用凸缘或挡板250和252引导气流，以造成空气流在管道或过道246的中间部段内的混合)。
39.本文公开的一些实施例所解决的附加问题是，在相变处理(例如，冷冻和/或熔化)pcm凝胶包并且开始调节/稳定过程之后，存在凝胶包的至少一些部分升温或降温太快的风险。例如，凝胶包内的冷冻pcm材料的外周的熔化可能会不期望地减少固体pcm材料的质量，由此减少在装运使用期间的可用潜热。为了避免这种影响，提供了气流凝胶包调节设备的实施例，其中使用了特定结构和布置的温度传感器。
40.根据一个实施例，气流凝胶包调节设备内的至少一些温度传感器可以以小罐或罐状容器60的形式构造，该小罐或罐状容器填充有石蜡62或具有例如大约 50℃(大约120℉)的熔化温度的其他蜡状物质。因此，石蜡62始终保持固态(在冷却和加热期间)，因为凝胶包调节器的最高温度可以被限制在大约 40℃(104℉)。温度传感器64位于罐60内的石蜡的外边缘处，以用于模拟凝胶包内pcm材料的边缘处的温度。这准许气流凝胶包调节设备的控制器和软件在气流凝胶包调节设备内将加热和冷却操作适当地限制在可接受的范围内。
41.根据一个实施例，带有石蜡的传感器位于气流凝胶包调节设备内的位置处，该位置代表调节过程的每个步骤中凝胶包调节的特定风险。例如，这些位置在图14中的气流凝
胶包调节设备332中显示，并且可以包括：p1
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空气吹入(加热时的最热点/通道的前部)；p2
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空气返回(代表空气与pcm凝胶包/通道的后部热交换之后的效果)；p3
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顶部(加热时的最热点/通道的顶部)；以及p4
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底部(冷冻时热交换的最低点/通道的底部)。
42.根据一个实施例，气流凝胶包调节设备332可以包括附加的温度传感器，其在气流凝胶包调节设备中直接暴露于空气(即，不位于罐中或嵌入石蜡中)。这些附加的温度传感器提供快速响应传感器，以避免在稳定过程期间过度加热或冷却。通过示例的方式，这些快速响应传感器的位置可以包括：a1
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空气吹入(加热时的最热点/通道的前部)；以及a2
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空气返回(代表空气与pcm凝胶包交换热量之后的效果/通道的后部)。
43.根据一个实施例，气流凝胶包调节设备332的控制器的软件接收来自传感器的温度测量值，并且通过传感器在p1(即，空气吹入
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加热时的最热点/通道的前部)处和传感器在p2(即，空气返回
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空气与pcm凝胶包热交换之后/通道的后部)处获取的测量值来计算平均温度值，以在稳定过程期间能够冷却或加热。例如，假设平均值落在预设范围内或高于或低于预设阈值，则可以准许继续冷却或加热。气流凝胶包调节设备332的控制器的软件还可以通过传感器在a1(即，空气吹入
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加热时的最热点/通道的前部)处和传感器在a2(即，空气返回
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空气与pcm凝胶包热交换之后/通道的后部)处获取的的测量值来计算平均温度值，以禁用或停止加热或冷却，以避免过度加热和冷却，这将最终影响p1和p2处的温度。例如，如果平均值达到预设阈值，冷却或加热可以停止，或者温度可以相应地调整。
44.p3(顶部)处的传感器用于限制加热过程，因为在调节的一些阶段，其读取的温度可能高于传感器在p1(即，空气吹入
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加热时的最热点)处读取的温度。因此，如果在p3处的测量值达到预设阈值，则加热过程期间的温度可以自动降低预定的量。p4(底部)处的传感器用于确保pcm材料在具有最低热交换能力的位置处发生相变。因此，如果在p4处的测量值落到预设阈值，则加热或冷却相变过程期间的温度可以自动增加预定的量。
45.根据一个实施例，气流凝胶包调节设备的控制器的软件还可以被配置成通过使用来自石蜡传感器(p1、p2、p3和p4)的温度读数作为凝胶包的边缘的极限温度，通过对低于pcm材料的相变温度的温度增量或温度变化进行积分，来控制凝胶包的冷冻相变过程。大约每隔60秒，软件可以将石蜡温度和被调节的pcm材料的相变点之间的增量温度添加到每个石蜡传感器的累计积分上。因此，冷冻相变过程时间与增量温度成比例。当每个石蜡温度传感器的积分计算达到设定点时，所有pcm凝胶包都被认为是已冷冻的，并且可以开始配方的下一步(即调节)。
46.图15中显示的曲线图提供了一个示例，其中如上所述的石蜡传感器的积分在大约110分钟内达到2800k*min的值。相比之下，图16中显示的曲线图提供了一个比较示例，其中当温度简单地固定在
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20℃时，2800k*min的值将在120分钟内实现。这些示例将相变点考虑为 4℃。因此，通过如图15中显示控制冷冻温度，与图16中显示的过程相比，冷冻相变过程所需的时间可以减少大约10分钟。
47.用于执行任何上述公开的实施例、方法或布置的控制器可以包括在电路板上或另一电子装置内提供的软件等，并且可以包括各种路由器、调制解调器、处理器、微处理器、模块、单元、部件、控制器、芯片、磁盘驱动器等。对于本领域中的普通技术人员来说显而易见的是，为了提供系统的目的，系统、模块、部件、单元、处理器、服务器等可以实施为电子部件、软件、硬件或硬件和软件的组合。
48.虽然本发明的原理已经在上面关于特定的装置、仪器、系统和/或方法进行了描述，但是应当清楚地理解，仅通过示例而非限制的方式进行了描述。本领域中的普通技术人员将理解，在不脱离以下权利要求的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。
49.以上描述示出了各种实施例以及可以如何实施特定实施例的方面的示例，并且以上描述被呈现以示出由以下权利要求限定的特定实施例的灵活性和优点，并且不应该被认为是唯一的实施例。本领域中的普通技术人员将理解，基于以上公开和以下权利要求，可以采用其他布置、实施例、实施方式和等同物，而不脱离由权利要求限定的本发明的范围。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的，并且所有这些修改都旨在包括在本发明的范围内。益处、优点、问题的解决方案以及可能造成任何益处、优点或解决方案出现或变得更加显著的任何元素不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或元素。本发明仅由所附权利要求限定。