温控吸附系统

发明背景

技术领域

本发明涉及一种用于吸附系统的温度控制。

背景技术

基于吸附原理的吸附系统描述于例如2020年5月29日提交的美国专利申请序列号16/888,483(美国公开2020-0378656)中，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

吸附系统是通过在蒸发器中蒸发工作流体并将其吸附在包含吸附剂的吸附剂容器中而将热量从较低温度水平升高到较高温度水平的装置。蒸发器和吸附剂容器通过蒸汽通道彼此连接。液体工作介质在蒸发器中蒸发成蒸气工作介质需要热量。如果没有足够的热量流入，则蒸发器冷却。工作介质在吸附剂容器中的吸附继而释放热量。该热量必须被耗散掉。吸附系统的一种用途是作为吸附冷却系统。

为了将蒸发温度保持在所需的温度水平，必须通过阀来调节工作流体蒸气通过蒸汽通道的流量。蒸发器容纳在隔热运送箱中，而位于运送箱外部的吸附剂容器可将其吸附热耗散到环境。

在吸附冷却系统中，对阀流速的有效和可靠控制是困难的，特别是当控制必须可靠地工作许多天时。吸附冷却系统越来越多地用于运输温度敏感物品，包括药品。所运送货物的温度必须在非常窄的温度范围内，例如+2℃至+8℃。在运送期间出现的环境温度可自然地快速而强烈地波动。例如，当运送某些疫苗时，疫苗存储空间温度可能仅在+2℃与+8℃之间波动。外部温度可在-25℃与+43℃之间。运送时间可超过6天。温度控制的功率消耗必须在较长运送时间内最小化，并且优选地在先前的存储时间期间也最小化。

当运送吸附冷却系统时，可发生强烈振动以及从高处坠落。如果吸附系统用于温控运送，则制造和操作成本必须特别低。经常发生的是，冷却系统可仅用于单一的运送路线。出于物流原因，使所使用的运送工具返回到始发源通常是不可能或无用的。

附图说明

图1是根据本发明的吸附系统的示意图。

图2是与图1的吸附系统一起使用的阀的示意性截面图，示出了阀处于关闭位置。

图3是与图2的阀对接的温度控制器的示意性截面图，示出了阀处于关闭位置。

图4是与图2的阀对接的温度控制器的示意性截面图，示出了阀处于打开位置。

具体实施方式

本发明的温度控制器优选为在真空中工作的吸附系统提供可重复使用的温度控制。优选地，温度控制器可致动位于单独的真空系统中的阀。应遵守吸附系统的可预选蒸发温度。优选地，可用简单的装置将温度控制器连接到可交换吸附系统。优选地，温度控制器应当是可重复使用的。优选地，温度控制器应可在不使用工具的情况下从与其一起使用的吸附系统移除，且同样易于在不使用工具的情况下重新连接到新的吸附系统。

图1中示出了根据本发明的使用电池操作的温度控制器1120的吸附系统1000。吸附系统1000包括蒸发器1001，在所述蒸发器中液体工作介质被吸附在纤维网(未示出)中。如图2中所示，蒸发器1001具有由上柔性膜1030和下柔性膜1032制成的柔性真空密封外壳1028，该上柔性膜和该下柔性膜通过已知的密封方法在它们的邻接接缝处以气密方式密封。纤维网被划分成四段。蒸发器1001可在蒸发器子区域的接触线1004处弯曲，以便将其精确地插入隔热运送箱或有效载荷隔室(未示出)中。电加热电路1007可插入绝缘运送箱的内部中。当箱内的环境温度低于所需的控制温度时，加热电路1007用于加热隔热运送箱的内部。温度传感器1129感测蒸发器1001表面和/或邻近蒸发器表面的空气的指示蒸发器表面温度的温度，并且产生温度信号，并经由通信信道1006(其可为有线信号或无线信号)向温度控制器1120报告温度。响应于感测到的温度低于控制温度，温度控制器1120接管对加热电路1007的控制和调节。温度传感器可形成或可不形成温度控制器的一部分。

蒸发器1001经由蒸汽流动通道1003连接到吸附剂容器1002。工作介质蒸汽可通过蒸汽流动通道1003流动到吸附剂容器1002，只要中间阀1010(图2中所示)通过温度控制器1120保持打开。吸附剂容器1002中的颗粒状吸附剂1005可吸附流入的工作介质蒸气。吸附剂1005可包含例如沸石，该沸石将工作介质蒸气存储在其晶格结构中。在吸附期间，释放热量。温度控制器1120响应于由温度传感器1129测量的温度来操作位于蒸汽流动通道1003中的阀1010。

如上所述，阀1010布置在蒸发器1001与吸附剂容器1002之间。阀1010和温度控制器1120在图3和图4中更详细地示出。

在图3和图4中，温度控制器1120被示出为使用温度控制器的合适的接触表面1121和1122可拆卸地对接到阀1010。下接触表面1122可设计成相对于上接触表面1121可折叠或可位移，以将温度控制器1120固定地但可拆卸地附接到阀1010，并且因此附接到吸附系统1000的流动通道1003。当通过接触表面1121和1122牢固地附接时，温度控制器1120可容易地从阀1010拆卸。这允许温度控制器1120与吸附系统1000的其余部分的选择性分离以及与不同吸附系统单元的阀1010一起重复使用。虽然温度控制器1120在操作期间可仅最小程度地移动，然而，应当可快速地并且无需工具地将温度控制器1120从阀1010拆卸并且能够同样快速地将其对接在新的吸附系统上。图2示出了在温度控制器1120被移除的情况下的阀1010。阀1010和吸附系统1000的除了温度控制器1120之外的其他部分通常在使用之后作为一次性产品被丢弃或在其他地方被再处理，而温度控制器1120可与吸附系统的不同单元一起重复使用若干次。

图3示出了阀1010处于关闭位置，其中温度控制器1120对接到阀以供使用。温度控制器1120包括由空气管路系统1132互连的可充气囊袋或气囊1123，由马达1130操作的空气压缩机1124，排气阀1125和电控制单元1126。控制单元1126可选地包括压力传感器1127、温度传感器1129和信号单元1128。控制单元1126与温度传感器1129一起工作以控制可充气气囊1123。提供两个可更换的电池1140以为温度控制器1120供电。优选地，控制单元1126包括微控制器，该微控制器安装在电子电路板上，操作性地连接到温度传感器1129和空气压缩机1124，并且被配置为读取温度传感器的温度信号。阀1010调节从蒸发器1001到吸附剂容器1002的工作介质蒸气流(参见图1)。通过打开或关闭阀1010，吸附系统1000的冷却功率得以控制，并且因此调节蒸发温度。可充气气囊1123用于致动阀1010，该阀位于温度控制器1120的外部并且位于吸附系统1000的流动通道1003中，并且位于单独的真空系统中。温度控制器1120可与在真空中工作的吸附系统一起重复使用。温度控制器1120可精确地遵守吸附系统1000的预选蒸发温度。

流动通道1003分别通过重叠的、可透气的上间隔栅1020和下间隔栅1022形成。上间隔栅1020和下间隔栅1022由真空密封外壳1028的上柔性膜1030和下柔性膜1032以气密方式封闭。在真空下操作的吸附系统的情况下，上柔性膜1030和下柔性膜1032通过外部空气压力分别压在上间隔栅1020和下间隔栅1022上。气态工作介质的蒸气流动通过流开间隔栅1020和1022。

阀1010包括蘑菇形密封元件1040，该蘑菇形密封元件具有圆形密封板1050，该圆形密封板连接到具有上端部部分1061的向上延伸的柱塞1060。密封板1050具有周向延伸且向上突出的密封部分1062，当阀处于如图3中所示的关闭位置时，该密封部分被压成与扁平硅酮密封件1070的下侧密封接合。注意，密封件1070可由除了硅酮之外的合适的材料制成。硅酮密封件1070具有流动开口1072，柱塞1060向上延伸通过该流动开口。硅酮密封件1070的上侧又被压到中间柔性膜1080上，该中间柔性膜包含与硅酮密封件1070的开口1072对齐的流动开口1090，并且柱塞1060向上延伸通过该流动开口。上间隔栅1020还具有与硅酮密封件1070的开口1072和中间柔性膜1080的开口1090对齐的流动开口1021，并且柱塞1060延伸通过该流动开口。

用上柔性膜1030以一方式密封中间柔性膜1080的外周边部分，使得流动开口1072和1090提供工作介质蒸气到达上间隔栅1020的唯一流动路径。为了加强阀1010，同样被穿孔的塑料支撑板1100被定位在中间柔性膜1080上方并且与硅酮密封件1070和中间柔性膜1080共面，并且具有与硅酮密封件1070的开口1072和中间柔性膜1080的开口1090对齐的流动开口1102，并且柱塞1060延伸通过该流动开口。另一塑料支撑板1110定位在上间隔栅上方并且与上间隔栅共面，并且具有与硅酮密封件1070的开口1072、中间柔性膜1080的开口1090、支撑板1100的开口1102和上间隔栅1020的开口1021对齐的开口1112，并且柱塞1060延伸通过该开口。塑料支撑板1110的开口1112与开口1072、1090和1102相比具有减小的尺寸，以促进在操作期间当柱塞1060上下移动时导引该柱塞。

注意，下柔性膜1032定位于密封板1050的底部下方。如此，当在蒸汽流动通道1003内处于真空时，下柔性膜1032向上压在密封板上。另一方面，在此类真空下，上柔性膜1030向下压在柱塞1060的蘑菇形上端部部分1061上。因此，作用在硅酮密封件1070与密封板1050的密封部分1062之间的闭合力因此与密封板1050和柱塞1060的上端部部分1061的相应面积之间的差成比例。因此，可通过选择柱塞1060的这两个部分的几何形状来设计密封元件1040上的有效闭合力。在所图示的实施方案中，阀1010被设计成通常处于如图3中所示的关闭位置。

为了将阀1010打开到图4中所示的打开位置并打开硅酮密封件1070的流动开口1072，将柱塞1060的上端部部分1061充分向下推动以将密封板1050的密封部分1062向下移动到硅酮密封件下面并与其间隔开的位置，并因此脱离与硅酮密封件1070的密封接合。为了关闭流动开口1072，仅需要充分地减小所施加的打开力以允许密封板1050的密封部分1062向上移动成与硅密封件1070流体密封接合。因此，当没有额外的向下力作用在柱塞1060的上端部部分1061上时，阀1010总是关闭。因此，仅在操作吸附系统1000时需要力。保持阀1010关闭不需要阀1010的单独锁定。通过蒸汽流动通道1003内的真空与外部环境空气压力之间的压力差来维持锁定。

如图3中所示，可充气气囊1123定位于温度控制器1120的固定内上壁与可移动压力板1131之间。优选地，压力板1131是刚性板。为了将阀1010从图3中所示的关闭位置移动到图4中所示的打开位置，温度控制器1120的空气压缩机1124响应于来自控制单元1126的信号将空气泵送到管路系统1132中，直到压力传感器1127作出响应，或直到达到预设压力，或直到预定时间段结束。空气压缩机1124通过管路系统供应的空气压力使气囊1123充气，从而使气囊膨胀并向下压在可移动压力板1131上，这使压力板向下移动成与柱塞1060的上端部部分1061向下驱动接合。压力板1131优选地是抗扭转的玻璃纤维强化板，其具有相对大的面积，使得为了充分向下移动柱塞1060以打开阀1010，管路系统1132中的空气压力可保持为小于300hPa。大约250hPa的压力和仅20cm

一旦控制单元1126给出关闭的信号，排气阀1125就打开并且气囊1123内的加压空气可流出气囊，因此允许气囊收缩并且移除施加到柱塞1060的上端部部分1061的向下力，并且允许密封元件1040向上移动并且阀1010返回到图3中所示的正常关闭位置。

如上所论述，可充气气囊1123作用在处于真空下的密封元件1040上。柔性且可充气气囊1123甚至在接触点协调不良的情况下也可施加其力作用。当气囊1123减压时，温度控制器1120可容易地对接在阀1010上或脱离对接。

控制单元1126是具有逻辑和电路的电子控制器，其被配置为从一个或多个信号单元(诸如温度传感器或压力传感器)接收数据，并且向一个或多个显示单元、灯(诸如LED)、电加热电路以及可操作部件(诸如马达、空气压缩机或阀)输出信号。优选地，当由温度传感器1129测量的温度降到预选温度以下时，控制单元1126启动电加热电路。还可包括至少一个电池，用于为温度控制器1120和显示单元供电，优选地，其中控制单元使用显示器指示至少一个电池的状态。控制单元1126可以可选地包括用于数据存储和检索的存储器，其中微控制器操作性地连接到存储器。存储器可集成到控制单元1126中或与控制单元1126分离。存储器可为例如闪存存储器或随机存取存储器。控制单元由诸如电池1140的能量源供电。

可将温度场或预设温度设定点存储在控制单元1126中，优选地存储在存储器中，在温度传感器1129处刚刚测量的温度与其进行比较。如果测量值高于温度设定点，则气囊1123将充气；如果测量值低于温度设定点，则排气阀1125将被打开。另一方面，如果测量值位于温度设定点内，则既不寻址空气压缩机1124也不寻址排气阀1125。温度设定点可有利地被设定成使得其允许蒸发器1001的表面上的温度在例如5.5℃与6.5℃之间波动1开氏度。优选地，控制单元1126控制可充气构件的充气状态以调节蒸发器1001中的蒸发温度，从而将由温度传感器1129测量的温度维持在预选温度的加或减1开氏度下。蒸发器1001容纳在其内的隔热运送箱的内部温度则总是在+2℃至+8℃的所需的温度范围内。

控制单元1126由电池1140供电。电池的充电状态可在吸附系统1000投入操作时和/或在操作时间期间经由信号单元1128显示。特别地，当开始吸附过程时，用户可检查充电状态并在必要时更换电池1140。当前内部温度也可在运送期间通过经编码的闪烁显示。信号单元1128可为闪烁的灯，或者其可为显示屏。

有利地，控制单元1126不仅可控制空气压缩机1124和排气阀1125，而且还可调节单独的加热电路1007。如果温度传感器1129处的温度降到预设值以下，则启动电加热电路1007并加热运送箱内部。这在非常冷的外部温度下内部温度也将下降到低于例如+2℃的所需温度下限的情况下是特别有用的。

有利地，控制单元1126还可存储在操作期间由温度传感器1129测量的值，以供稍后使用。集成在控制单元1126上的电子数据存储器然后可在评估运送历史时输出这些值。

气囊1123中的压力也可有利地手动地释放。为此，例如，可使用按钮1134手动地打开到排气阀1125的电路。如果在温度控制器1120与新的吸附系统对接之前在管路系统1132中仍存在来自先前运送的压力，则这可为重要的。足够的残余压力可防止温度控制器1120在突出的柱塞1060上方被推动。

控制单元1126的压力传感器1127测量空气管路系统1132中的压力。压力传感器1127使得可以重新调整可充气气囊1123中的压力，即使具有轻微泄漏的管路或部件。然后，空气压缩机1124只需要运行片刻，直到压力再次积聚。压力传感器1127还可用于以更小的步骤顺序打开以及关闭阀1010。阀1010于是可用作控制阀，而不仅仅限于完全打开和完全关闭的状态。压缩机1124和出口阀1125的操作时间于是可显著地减少。这在温度控制器1120旨在用于移动用途并且经由电池1140的能量供应是有限的情况下是特别有价值的。

压力传感器1127优选地被定位成用于测量至少一个气动导管中的空气压力并且产生压力信号，并且控制单元的微控制器操作性地连接到压力传感器并且被配置为读取压力传感器的压力信号，并且当空气压缩机1124正在使可充气气囊1123充气时，如果压力信号指示至少一个气动导管中的压力达到第一存储的压力设定点，则微控制器终止通过空气压缩机使可充气气囊充气，并且当排气阀正在使可充气气囊放气时，如果压力信号指示至少一个气动导管中的压力达到第二存储的压力设定点，则微控制器终止通过排气阀1125使可充气气囊放气。

优选地，当由温度传感器1129测量的温度超过存储的温度设定点时，控制单元1126使可充气构件充气到第一充气状态以打开阀1010，并且当由温度传感器测量的温度低于存储的温度设定点时，控制单元使可充气构件放气到第二充气状态以关闭阀1010。

前述实施方案描绘包含在不同其他部件内或与不同其他部件连接的不同部件。应当理解，此类所描绘的架构仅仅是示例性的，并且实际上可实施实现相同功能性的许多其他架构。在概念意义上，实现相同功能性的部件的任何布置被有效地“相关联”，使得实现期望的功能性。因此，本文中被组合以实现特定功能性的任何两个部件可被视为彼此“相关联”，使得实现期望的功能性，而与架构或中间部件无关。同样地，如此相关联的任何两个部件也可视为彼此“可操作地连接”或“可操作地联接”以实现期望的功能性。

虽然已示出并描述了本发明的特定实施方案，但是本领域技术人员将明白，基于本文中的教导，可在不脱离本发明及其更广泛方面的情况下做出改变及修改，并且因此，所附权利要求将如在本发明的真实精神及范围内的全部此类改变和修改涵盖于其范围内。此外，应当理解，本发明仅由所附权利要求定义。本领域技术人员可以理解，通常在本文中使用的且尤其是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括(including)”应当被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当被解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应当被解释为“包括但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解，如果需要特定数量的所引入的权利要求叙述，则此类意图将明确叙述于权利要求中，并且在不存在此类叙述的情况下，不存在此类意图。例如，作为理解的辅助，以下随附权利要求可包含使用说明性短语“至少一个”及“一个或多个”来引入权利要求叙述。然而，此类短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求叙述将包含此类所引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制为仅包含一个此类叙述的发明，即使当同一权利要求包括引导短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一种”的不定冠词时(例如，“一个”和/或“一种”通常应被解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于用于引入权利要求叙述的定冠词的使用。此外，即使明确叙述了特定数量的所引入的权利要求叙述，本领域技术人员也将认识到，此类叙述通常应被解释为意指至少所叙述数量(例如，没有其他修饰词的“两个叙述”的无修饰叙述通常意指至少两个叙述，或两个或更多个叙述)。

因此，除受所附权利要求限制之外，本发明不受其他限制。