CN100386581C - 热障封装件系统 - Google Patents

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Abstract

一种热障封装件系统，包括一个或多个热障。该热障封装件系统(10)用于控制一集装箱或一制冷机内的温度。热控制是用一个或多个热控制屏障实现的，所述热控制屏障包括一隔热屏障(20)，一温度感应装置(22，60)和一热能经过其流动的热导管。该温度感应装置和热导管的组合形成一热调节器(22)，该热调节器从其打开位置到关闭位置操作时使热能流变化，反之亦然。具有一反向致动热调节器(60)的热控制屏障也能被用于冷却一能量储存材料(58)，然后当制冷源(23)被移开时热隔离该材料。

Description

热障封装件系统
技术领域
本发明涉及一种固定和移动式热障封装件系统，其中需要紧密度容限温度(tight-tolerance temperature)控制和能量消耗被保持守恒。本发明还涉及一种热控制系统，该系统在远离连续能源系统的遥远地区可被中间能源再储能(recharged)。
背景技术
大量专利描述了有源和无源(active and passive)式制冷或加热封装件。有源热泵在诸如蒸气压缩、吸收或热电装置的制冷系统的基础上，当与闭环控制系统结合使用时提供密封温度控制。然而，这些系统需要大量电能，因此不能长期用于集装箱，而集装箱需要在恶劣的周围环境下保持两到五天的温度控制。无源系统使用冰包或干冰，可以提供足够两到五天的运输制冷能力，但不能进行主动(active)温度控制。当运输诸如疫苗或其它药品的温度敏感产品时，主动温度控制是很重要的。
现有集装箱封装件的一个主要问题是，设计用来把产品温度保持在二到八摄氏(“C”)度的制冷剂可能使产品冻结。即使诸如水的制冷剂具有的相变温度是零摄氏度，但冰包在很冷的环境下被特别冻结而缩短了其被冻结的时间。所以，当冰包被从普通工业制冷机中移出，所述工业制冷机的典型工作温度是-15到-25℃，冰包的温度如同制冷机的保持温度。根据封闭件的隔热值和所加的冰包量，制冷冰包变热到相变温度可能需要许多小时。在此期间，封装件内的温度一般要下降到冻结温度以下，所以这就损害了产品的效能。受损的药品有两方面的危险：(1)药物丧失效能和不能起预定作用；或(2)药物本身变得有毒。
具有制冷剂包的无源集装箱的第二个问题是，集装箱不能承受外部高温。在给出的任意一种带制冷剂的无源封装件的封装结构中，在有效负荷(例如药物)和制冷剂之间的热阻量是固定的。在高的热负荷环境下，对于制冷剂把整个封装件内的内容物保持在产品最大的有效温度(对药品通常是8℃)以下来说，该固定热阻通常是太高了。因此，“泡沫箱内冰包”的固定热阻方法不适用于把产品保持在最大温度控制点以下。相似地，一个普遍的问题是，当封装件在冷环境中时，有制冷剂包的无源集装箱通常不适应于避免产品被冻结。在这种情况下，在有效负荷和制冷剂之间的固定热阻太小，因此，即使外部温度已经很低了，但制冷剂还是持续地冷却产品。所以，有制冷剂的无源集装箱没有变化制冷剂和有效负荷之间的热阻的能力，这是一个主要缺点。
有源控制的热封装件有时能克服有关上述固定热阻封装手段的缺点。然而，这些系统也都具有各自独有的缺点。在集装箱情况下，需要大量的能量来操作有源动力热泵是一个问题。即使具有高R值的真空隔热板，也需要一大的电池来保持超过数天的密封温度允许量(tight-temperature tolerance)。另外，有源动力制冷系统需要把从封装件中去除的热量排出到外部环境。如果为了运输集装箱被热缩包装或大量的集装箱被放置在一封闭的体积，如全封闭式卡车的后部内，这就是一个问题。如果不能合适地排出热量，这些系统将丧失调节封装件内温度的能力，导致产品损坏。
关于有源驱动热封装件的另一个问题是，热泵受其所保持温差的限制。当环境温度升高时，热泵的温差也由之增加。同时，较多的热能或热量泄漏进封装件。这些热量必须被热泵去除和排出。这就使热量排出装置的温度升高，并且进一步增加了热泵的温差。另外，如果热量排出环境受排出到其中能量的影响，环境温度将上升，这又进一步增加了热泵的温差。在这种情况下部件消耗大量的电池能量，而且最终会导致系统没有能力保持封装件内的温度低于设定点。
在一个相对固定的热封装件情况下，例如对于家用制冷，其中电能较容易获得和外部温度变化不大，内部温度较容易保持。然而，在这种情况下，能源消耗高，并且据报告制冷机和冷冻机是家里的最大能源消耗者。能耗受封装件的隔热值、封装件内外温差、热泵系统效率的影响，以及在一些情况下受热泵不被有源使用时通过热泵的反向热泄漏的影响。当热泵不使用时断开系统与热泵的热连接将大大减少进入系统的热泄漏和降低能耗。如果使用热能储存系统，将进一步降低能耗，所以热泵只在需要冷冻相变剂，例如水，时才运转。这将使热泵在能源成本较低，例如在夜间时运转。系统在夜间运转将节约能源，因为从室内制冷机排出的热量必须由家用空调系统排出，该空调系统在夜间运行比较有效，其时温度通常较凉。对在遥远地区的诸如贩卖机情形，和对不能获得电源地区的制冷机，该热储存系统将更有价值，因为系统能够被中间能源，例如太阳电池板、气源发电机或甚至营火驱动的发电机再储能。
发明内容
本发明的热障封装件系统的目的之一是提供没有有源热泵的主动温度控制系统。利用无源热吸收器或热源的正面特性和主动温度控制，克服现有技术的缺点。
为实现上述目的，按本发明提供了这样一种热障封装件系统包括：一热障，一热致动器，和一穿过该热障的热导管，其特征在于：该热致动器还包括一打开或关闭该热导管的相变材料。
本发明的另一目的是通过两个或多个临近的腔室控制热障封装件系统的负荷控制容积。制冷剂或热源位于一腔室内，该腔室通过一热控制屏障与有效负荷控制容积热分隔。一热调节器，其包括一热致动装置和高热导体，调节经过热障的能流。当温度敏感热装置对其周围的温度起反映时，该调节器打开，关闭或改变经过热障的热阻。通过调节从有效负荷控制容积流向制冷剂(或反之是一热源)的热能流，温度控制得以保持。
本发明的再一目的是对一制冷剂或热源包再储能。如果这样的包隔热良好，再储能通常是困难的和慢的，除非首先去除隔热。本发明允许热量通过热障从热吸收装置放出热量或向隔热包内的热源添加热量。本发明的一实施例是一集装箱，其具有可移去的盖，该盖通过被放置在制冷环境中能被再储能。
本发明的另一目的是断开导热部件。一个例子是使用热电热泵的制冷机。由于结构的材料，一热电装置能够将大量热量导入或导出一隔热封装件。本发明提供一种热断开装置，其使用例如热致动器的温度敏感装置，和足够的热传输导体，该热断开装置增加或减小经过热界面的热阻。通过从系统自动断开热泵，较少的能量进入封装件。所以，能够降低能源成本和增加循环周期。
结合附图考虑以下描述，本发明的其它目的和特征将变得明显。
参考的有关申请
在现有技术中业已发现各种形式的热调节封装件及其各种用途。这些封装件被宽泛地分为有源系统或无源系统。有源系统一般使用电源赋能给一热泵，该热泵由一基于温度传感器的输入的电控制器控制。无源系统在一泡沫隔热箱内使用制冷机，例如水。本发明通过使用一个或多个热控制屏障把两类系统的部件组合在一起，提供一种没有有源热泵的主动温度控制系统。
热开关和导管
本题目下的引用文献属于热开关和导管。但是，它们没有教示一种结合使用一热调节器的热封装件，所述热调节器热隔离一控制容积和一被热隔离的热储存材料。
Hyman等人的美国专利5535815描述了一种“包装件界面开关”，用于控制太空船部件的温度。这种开关由形状记忆合金制成，用于在太空的低压环境中控制电子设备的温度。
Cunningham等人的美国专利4388965描述了一种热开关，其使用连接到可弯曲热导体的相变材料制成。
Henault的美国专利5020325描述了一种热电机或热致动器，其在一嵌有热元件的活塞装置中使用一种相变腊状材料，用于外部加热和致动器的致动。
Lorenze的美国专利3782122描述了一种热电机或热致动器，其在具有相关热元件的一风箱(bellow)装置中使用一种相变材料。
Myers的美国专利3463224描述了一种热开关，其在一风箱装置内使用一种可膨胀的液体。
Boyd的美国专利4212346描述了一种可变的热传输装置，其在一活塞装置中使用一种可膨胀的液体。
其它现有技术的热开关使用铋-金属合成物，其由于两种或多种材料的热膨胀差别而表现出结构硬度变化。这样的致动器能被有源加热或冷却元件控制。
有源制冷器
在本题目下的引用文献属于有源制冷系统，被设计用于保持封装件内的特殊温度。然而，它们没有教示这样的热封装件，其使用一种热屏障，该热屏障结合一热调节器，从隔热储存材料分隔控制容积。这些文献也没有教示用有源热泵给储存材料再储能。
Lavigne等人的美国专利5572873描述了一种电控制热封装件，其使用一种电冷却器和闭环控制系统。有效负荷区域，或放置有供运输或储存的温度敏感产品的区域的温度控制，是用有效负荷区域内的温度传感器的位移达到的，该传感器用于向控制器提供电反馈信号，该控制器据此打开或关闭电热泵。
Wheeler的世界知识产权组织专利WO9927312A1描述了一种容器，其使用一种热电冷却单元和风扇装置来控制有效负荷容积的温度。
Park等人的美国专利5522216描述了一种热电制冷器，其使用有源控制器、传感器和风扇来保持有效负荷的温度。该专利还描述了在系统中使用相变材料。在该专利中，相变材料用于平衡高热负荷物的温度，如热产品进入制冷区域的入口。该相变材料在空气流中，未被从有效负荷环境中热隔离。
Meyer等人的美国专利5950450描述了一种热封装件，其可用附加电池驱动的蒸气压缩热泵或相变材料任意之一操作，来保持合适的有效负荷温度。
隔热封装件
在本题目下的引用文献属于隔热的热封装件。一些文献教示了相变材料的使用。然而，其没有教示一种热封装件，该封装件使用结合有热调节器的隔热屏障，所述热调节器从隔热储存材料中分隔控制容积。
Cur等人的美国专利5082335描述了一种隔热封装件，其使用高阻真空隔热板。
Schlosser等人的美国专利4498312描述了一种隔热封装件，其具有多个腔室，并在这些分隔的腔室内使用了相变材料。
Purdam的美国专利5899088描述了一种系统和方法，用于通过使用相变材料来控制有效负荷温度，该相变材料被选择得能够包封所希望的温度控制范围的两端。
附图说明
图1是一根据本发明构成的热障封装件系统的等轴视图。
图2是根据本发明构成的热障分装件系统的横截面视图，其表示一具有两腔室的热封装件，其具有热控制屏障和一热吸收装置或源能量储存材料。
图3是图2之热障封装件系统的横截面视图，该系统具有一第二热控制屏障，该热控制屏障把有源热泵与热吸收装置或源能量储存材料分隔开。
图4是图1之热障封装件系统的一横截面视图。
图5是可用于本发明一实施例的一热控制调节器的横截面视图，该调节器基于一种膜式热致动器和一同轴热导体。
图6是可用于本发明一实施例的一反向致动热控制器的横截面视图，该调节器基于一种膜式热致动器和一同轴热导体。
图7是可用于本发明一实施例的一反向致动热控制器的横截面视图，该调节器基于一种活塞式热致动器。
图8是图7中反向致动热控制调节器连接到一热泵和热交换器的横截面视图。
具体实施方式
图1表示根据本发明构成的热障封装件系统10的一实施例。该实施例包括一具有壁14和盖16的隔热箱12。这是一个比其它可能实施例完善的实施例。为了清楚地说明本发明的基本概念，这里将首先讨论那些不太完善的实施例。下面将详细讨论图1之实施例。
图2表示一两腔室热障封装件系统10的横截面视图，其中一有效负荷容积24与一源容积(source volume)26通过一热障壁20分隔。一能量储存装置58通过该隔热壁20和热调节器22与有效负荷控制容积24热分隔。在该设置中，热调节器22热响应于有效负荷控制容积24中的温度。热调节器22自动调节有效负荷控制容积24和源容积26之间的热阻。
图3表示图2中的热障封装件系统10，但具有一有源热泵23。源容积26通过热控制屏障21和热调节器60与热泵23(或其它一些再储源)分隔。能量储存装置58能够通过热泵23再储能，该热泵位于热调节器60和热交换器25之间。在该设置中，热敏感装置60主要连接到该热泵的冷侧(当制冷是该封装件的目的时)并与源容积26分隔。热调节器60感应或响应热泵的温度和自动调节能量储存装置58和热泵23之间的热阻。当热泵23开始冷却能量储存装置58时，热调节器成高热阻模式。一旦达到致动温度，热阻显著下降，使热能从能量储存装置58排出，直至该能量储存装置被充分再储能。一旦热泵关闭和能量储存装置的温度升高，则热调节器60启动，使热阻再次很高，所以使能量储存装置58与热、环境温度热隔离，因而使该系统能够保持温度控制的期限最大化。
在一定环境下，例如当热障封装件10被置于长时间的低温下，通过一电阻加热器或其它热源向有效负荷控制容积24加热是有益的，结合一个热控制屏障能够防止能量控制装置58对封装件内的有效负荷的不希望冷却。一温度敏感装置，例如热致动器，连接到一电开关，可用于打开安装在有效负荷附近的电阻加热器的电池电源。相似地，使用微处理器和温度传感器可控制电源。
现参考图4，根据本发明构成的一热控制封装件10是一带有壁14和盖16的隔热箱12。壁14由高隔热材料构成，例如真空隔热板，其具有包装在不透气表面的泡沫芯。壁14被设置成箱形，并且优选地具有包围隔热层的硬保护壳18。壳18是硬塑料形成的，例如聚丙烯或聚乙烯，用于包围壁14和保护易碎隔热层受磨损、撞击和被刺破。盖16也由高隔热材料构成，例如真空隔热板，并具有上述的保护壳18。盖16铰接到箱12，以使物体能被放置在箱12内和从箱12内容易地取出。盖16密封壁14，基本上建立了气密性密封。销可包括在闭锁盖16的闭锁件内。
盖16具有一热障壁20，一热调节器22安装在该热障壁20内。该热障壁20把箱12形成的有效负荷控制容积24与包含在盖16内的源容积26分隔开。该壁20具有在控制容积24内的第一导热面28和相对置的在源容积26内的第二导热面30。热调节器22是在该壁20内的热响应热阻，热调节器22关闭或中断一热导管，热能通过该导管从热障壁20的一侧流向另一侧来调节控制容积24内的温度。
图5中表示的热调节器22的构造用于把控制容积24内的温度冷却和保持在高于或等于源容积26内的温度，但低于环境温度。调节器22也可如图6构成，用于把控制容积24内的温度保持在低于或等于源容积26内的温度、但高于环境温度。图5中的热调节器22是一在其内具有中心腔34的致动器32，腔34具有被弹性膜40分隔的下部36和小容积的上部38。该下部36包含一相变材料(PCM)42，例如包括n-正十四烷或n-十二烷的石蜡，所选择的相变材料在相变温度从固体转变成液体。该膜40把PCM42密封在腔34内。致动器32具有一与腔34的上部38交叉的容器44。容器44滑动地接受一致动元件46插入其上部38。当PCM42被冷冻时，它停留在下部36，并且致动元件46被接受在容器44内成缩回位置。一弹簧48同心地位于致动元件46周围，并且与致动元件46和致动器32连接。弹簧48把致动元件46偏置进容器44，以便当PCM42被冷冻时致动元件46被保持位于容器44内。当致动器32周围的温度上升到高于PCM42的冰点时，PCM42就融化或液化并且膨胀进入上部36，拉伸弹性膜40和强制致动元件46向上。
致动元件46配合一上导管件50，优选地是插入安装。所以，当PCM42膨胀和收缩时，上导管件50随致动元件46移动。上导管件50具有一中央孔52，该孔滑动地接受一下导管件54。中央孔52可被一种诸如热脂的高导热填充剂填充，以减小导管件之间的热阻。下导管件54同心地接合致动器32并向上延伸。下导管件54的作用是引导上导管件50相对于致动器32在轴向移动而限制上导管件50的任何的横向移动。另外，下导管件54的位置与控制容积24的第一导热面28接触。
热调节器22被塑料压柱51定位在第二表面30和第一表面28之间和被拉伸螺栓53保持在一起。绝热分隔器限定了表面28和30之间的空间，并且减小当热致动器32打开时热量从表面28向表面30的传输。调节器圆周环55是一隔热器，提供压缩弹簧57相对下导管件54被受控地停止和反作用的表面。压缩弹簧57在导管件50和第二表面30之间作用一恒力，防止当致动元件46充分伸展时拉伸螺栓53的过应力。隔热垫59使从传送板61到温度控制板63的热量传输最小化。温度控制板63提供足够的热传输面积，以使PCM42被保持在控制容积24的温度附近，以使致动器32对内部温度变化敏感。致动器32与温度控制板63密切接触，并与热导元件热隔离。当控制容积24内的温度升高到高于PCM42的冻结温度时，PCM42解冻和膨胀，强制致动元件46以及上导管件50向上与第二表面30接触而关闭热调节器22。在关闭位置，热调节器22建立了一导热路径，使热从控制容积24传输进源容积26而冷却控制容积24。当控制容积24被冷却到PCM42的冻结温度时，PCM42冻结，上导管件50与第二表面30脱离接触，通过打开导热路径而打开调节器22，大大地减少控制容积24和源容积26之间的热传输。
当致动元件46被充分接受在容器44内和PCM42被冻结时，上导管件50临近但不接触源容积26内的第二导热面30。当PCM42开始解冻和膨胀时，上导管件50移动并与表面30接触。当与第二导热面30接触时，上导管件50从第二表面30，经过上导管件50、下导管件54到第一表面28建立起热路径。所以，调节器关闭，源容积26和控制容积24内的温度趋于平衡。为了保证上导管件50和表面30之间的有效导热传输，上导管件50在其与第二表面30接触表面上具有一高导热垫56，。
图6表示一反向热调节器60，其构造用于保持控制容积24的温度低于或等于源容积26的温度，但高于环境温度。热调节器60除其具有的PCM42具有不同的冻结温度和具有一外接触件64外，其它类似于调节器22。热调节器60也具有隔热屏障83。外接触件64延伸通过第二表面30，当PCM42是液态时，使接触元件64与第二表面30脱离接触，当PCM42冻结时，接触件64降低而与第二表面30接触。接触件64也具有一导热垫66，在此处接触件64接触第二表面30，以保证充分的热传输。所以，当控制容积24内的温度降低到PCM42的冻结点时，PCM42冻结，接触件64降低并与第二表面30接触，关闭调节器60，建立了从源容积26到控制容积24的导热路径。当足够的热量从源容积26传输到控制容积24，从而把控制容积24加热到PCM42的冻结温度以上时，PCM42融化，升高接触件64而使其脱离接触第二表面30，并打开调节器60，充分地减少控制容积24和源容积26之间的热传输。
再参考图4，盖16在源容积26内包含一能量储存装置58。能量储存装置58在本领域是公知的，用于储存热能，作为热源或热接收器。在诸如图4的实施例中，其中控制容积24的温度被保持在或高于源容积26的温度，但低于环境温度，盖16中的源容积26优选地用冰包填充。能量储存装置58必须被热源或冷源再充到希望的温度，这决定于应用场合。在冰包的情况下，能量储存装置必须被冷却到使水冻结。为了使水冻结，盖16可从箱12中取出，被放置在诸如冷冻机的冷环境中。因为冰包或储存装置58在盖16内被隔离，所以它们在冷环境中不能被有效冷却。所以，设置另外的制冷热调节器70，以便当盖16的相关环境温度低于水包58的冻结温度时，提供进入盖16的热传输路径。冷调节器70的构造类似于图6中的热调节器60。如果储存装置58是冰包，冷调节器70中的PCM42优选地在-3℃冻结，安全地在水的冻结温度以下。热调节器22中的PCM42被选择得具有高的冻结点；一个方便的值是5℃，以使控制容积24的温度被保持在2到8℃。所以，当盖16被放置在冷环境中冻结冰包58时，冷调节器70中的PCM42冻结和收缩，使接触件64接触第二表面30，关闭调节器70，建立了从冷环境进入冰包58的热路径。然而，当环境温度高于-3℃时，例如盖16从冷环境中取出，冷调节器70中的PCM42融化和冷调节器70打开，充分地断开从冷环境到冰包58的热路径。另外，可强制冷空气通过盖，以去除热量和对储存装置58再储能。
本领域的普通技术人员容易理解，用如图6所示的用于保持温度的热调节器60，使容器10被构形成保持其控制容积24的温度低于源容积26的温度但高于环境温度，用图5所示的调节器22对能量储存装置58再储能。调节器60中的PCM42这样选择，即当控制容积24的温度下降到低于给定温度时，PCM42冻结并关闭调节器60，把热传输进控制容积24。调节器22中的PCM42这样选择，即当盖16被置于一热环境下，在高于PCM42的温度时，其将关闭调节器22，对储存装置58储能。
图4所示实施例具有一储存装置58，其具有四个含冰的被导热板68分隔的塑料包66。导热板68连接到第二表面30和制冷调节器22，建立从冰包66到表面28的导热路径。板68优选地用铝制成，以便具有高导热率和减轻重量。一种选择是导热金属挤压，并且优选地是铝，具有多个小腔，构成多个冰室。另一选择可以包括多个连接到第二表面30的导热箱，优选地是铝，具有连接到该箱表面的导热网。该箱将包含冰，该网将保证从冰到第二表面30的足够导热路径。
图7示例一使用一活塞式反向致动热控制调节器的热障封装件系统10。该调节器动作而关闭或最小化热传输路径，由感应板87、相变材料86、往返活塞90和热传输界面板85组成，调节经过热障81的能流。相变材料86由碳氢化合物石蜡组成，其根据碳氢化合物分子链的长度具有不同的融化和解冻温度。相变材料86被用密封件84和89密封在往复活塞90和感应板87之间。当感应板87比致动器材料的相变温度高时，石蜡成液态，具有的体积比其在冻结或成固态时要显著地大。在液态时，致动器相变材料86使往复活塞90顶着压缩弹簧88的力向感应板87位移。在该位置，往复活塞90被隔离开热传输界面板85，在表面91和92之间流出一气隙。在该打开位置，从一侧到另一侧的热传输被最小化，主要热量流经气隙和沿着塑料间隔器83。当感应板87冷却到低于致动器石蜡的相变温度时，相变材料86在冻结时收缩。往复活塞90在弹簧88的协助下，向热传输界面板85移动，直到接触垫表面92与热传输界面板表面91接触。接触垫82是一适于导热的界面材料，由填充的弹性体、塑料或织物类材料构成。填充物可以包括金属粒子，金属石墨材料或其它高导热材料。接触垫材料的目的是利用几何配合表面的不规则性增加配合构件之间的接触表面面积，减小经过该界面的热阻。另外，可压缩界面材料作为可变热阻，当仅轻轻压缩时具有大的热阻，而当充分压缩时具有小的热阻。该界面材料的这个方面区别于热调节器的热值。因此，当在关闭位置，热传输显著增加，因为热限制气隙被部分或全部消除。热量就可容易地从热传输界面板85经过往复活塞90，通过相变材料86和感应板87。
这样的热控制屏障是有益的，即热调节器在间歇时段内调节(violate)隔热屏障6，其时热量移动经过该热控制屏障。例子包括热泵界面，隔热制冷包界面和控制容积界面，该控制容积被设计为保持其温度低于热源温度但高于外部环境温度。
图8表示一活塞式反向致动热控制调节器，例如如上所述，其被连接在热电泵和一被制冷的容积之间。一热电泵是一系列在珀耳帖效应下工作的热电堆。当电流经过热泵时，一侧变冷而另一侧变热。图8的热接收器107由有鳍型热接收器和风扇或其它用于使空气移动经过鳍的装置构成，从而能把热移入周围环境。另外，热接收器使用自然对流液体制冷热接收器，也可使用热管。当被驱动时，热泵表面112开始升温而热泵表面114开始冷却。当感应板109被冷却到致动器石蜡的相变温度下时，往复活塞108关闭界面102的气隙，如前所述，因而显著增加经过隔热屏障106的热能流。当被冷却或在储能过程结束时，热泵111关闭，使表面114和感应板109，最后是致动器内的相变材料115的温度增加。当温度上升到相变材料的相变温度以上时，往复活塞108被强制离开热传输界面102，因而热隔离了制冷环境和热传输板105。
下面描述用于集装箱的实施例，该集装箱被设计成无外部能源把产品在2到8℃保持3到5天。
例1
一热封装件，具有一个36公升的内部容积，用两英寸厚的真空隔热板制成，具有大约40的热封装R值(hr-ft2-F/BTU)。真空隔热板由敞开蜂窝泡沫材料组成，并被抽真空到0.05乇。封装件的盖是可移动的。盖内有10磅水，当被冻结时，在外部环境温度是25℃时提供持续5天的温度控制。盖的制冷剂被1英寸厚的真空隔热板包围。盖的底部穿过一热调节器，该热调节器由一热致动器和一系列成同心圆柱方式的铝导体构成。热致动器基于碳氢材料的相变，该材料具有的主要相变温度是5℃。当致动器在5℃以上的温度时，该热致动器充分延伸。当其充分延伸时，导热圆柱形部件在两铝板之间接触，一个铝板热连接到在盖中的制冷剂，另一个铝板热连接到有效负荷控制容积。在该位置，在盖中的制冷剂和有效负荷控制容积之间具有的热阻低。部件的大小是这样的，即当该封装件承受一个小时的最大外部温度极限时，具有足够的能量经过热调节器，以保持有效负荷控制容积在8℃以下。当热致动器低于约5℃时，热致动器收缩，因而分隔圆柱形热导体和连接到制冷剂的铝板，留出一气隙。在该位置，从制冷剂到有效负荷的热阻是气隙被关闭时的许多倍，因此最小化了在制冷剂和有效负荷之间的热传输。这不仅防止局部冷却(sub-cooled)的制冷剂冻结有效负荷，而且还极大地延长了封装件在外部环境低于冻结温度时不损坏其内产品的保持时间。
下面给出两个使用热控制屏障的例子，其中的热控制调节器在反向热流逻辑下工作。使用该反向致动热调节器热断开被冷却的物体是很大的改进，这大大减少了热泵的循环，与其它可能的情况比使无驱动运输时间更长。
例2
例1的盖结合一热控制调节器，保持的内部温度范围是2到8℃。然而盖中的制冷剂必须在运输需要的小部分时间内被冻结。因此，使用一个反向致动热控制调节器穿过包围制冷剂的真空隔热屏障。这通过使用一热致动器完成，该热致动器使用碳氢相变材料，该相变材料在大约在-5℃发生相变并致动。盖然后被放置在-20℃的标准冷冻机中。当在真空隔热腔外的致动器达到-5℃时，致动器收缩，因而关闭先前打开的热导管。冷冻机和冷冻剂之间的热阻一旦被最小化，就能去除冷冻机的热量，冷冻剂就被冻结。一旦从冷冻机中取出并被放置在封装件上，该-5℃的致动器将变热到-5℃以上并膨胀，因此打开热导管，大大增加制冷剂周围的隔热。
例3
使用一热电驱动的制冷机冷却和保持一内部温度在4到9℃之间。一旦达到温度，制冷机的电源就被停止，直到温度上升到一定的设定点以上，其时控制器再次向热电装置供电。一反向致动热调节器被设置在热电制冷模块和内部制冷机控制容积之间。该调节器的热致动器基于相变温度是5℃的碳氢相变材料。当该系统第一次被驱动时，该反向致动热控制调节器的热致动器在膨胀位置，热导体与气隙分隔。当热电系统把致动器冷却到5℃以下时，致动器收缩，形成到有效负荷控制容积的热连接，内部温度被冷却到设定点的低值4℃。一旦达到内部温度，控制器停止向热点装置供电，内部温度开始变热。一旦热致动器变热到5℃，致动器膨胀，再一次打开气隙，热隔离内部冷容积和热电热泵的大量热泄漏。没有热泵的热泄漏，制冷机然后变热得更慢，并且热泵能安全地关闭长的时间。一旦系统的内部温度上升到接近9℃，控制器再一次向热电热泵供电，并重复上述循环。
本发明还属于一种能被随车携带的制冷系统储能的热障封装件系统。该制冷系统不必具有闭环控制，因为其不控制有效负荷控制容积内的温度。有源热泵仅用于对集装箱的热能储存材料储能。下面的例子描述一可再储能的热封装件系统，其可没有电源工作较长时期。
例4
例1中的盖结合一热控制调节器，其保持内部温度范围在2到8℃。然而，盖中的制冷剂，水，必须在运输前被冻结。盖内结合一热电热泵，用于冷冻盖内的制冷剂。一热控制屏障，其使用反向致动热调节器，位于热电装置和制冷剂腔室之间。盖的外隔热板穿过一热调节器，该调节器由一热致动器和一系列成同心圆柱方式的铝导体构成。该热致动器基于具有相变温度是-5℃的碳氢相变材料。当致动器在高于-5℃的温度时，热致动器充分延伸。当热致动器充分延伸时，圆柱形导热部件与两铝板之间的气隙分隔，其中一块板热连接到盖内的制冷剂，而另一板热连接到有效负荷控制容积。在该位置，在盖内的制冷剂和热电热泵之间具有高的热阻。当热致动器下降到低于-5℃的温度时，致动器收缩，因此从铝板配合圆柱形热导体，该铝板连接到制冷剂，制冷剂连接到热泵。在该位置，从制冷剂到热泵的热阻很小，所以能够使热量通过热泵从制冷剂到外部环境快速传输，使制冷剂冻结。一有鳍热空气交换器和一风扇移动空气经过鳍而冷却外部，或热泵的热侧。一旦制冷剂被冻结，热泵就关闭。当制冷剂的温度上升到高于-5℃时，热致动器延伸，因而脱离与热导体的配合，因此隔离制冷剂和热，否则热通过热泵的导热部件会泄漏进入。
现在已参考实施例对本发明进行了特别的说明和描述，本领域的普通技术人员应该理解，可以作出形式和细节的各种变化，而不脱离本发明的实质和范围。

Claims (19)

1.一种热障封装件系统(10)包括：
一热障(20)，
一热致动器(32)，和
一穿过该热障(20)的热导管，
其特征在于：
该热致动器(32)还包括一打开或关闭该热导管的相变材料(42)。
2.根据权利要求1的热障封装件系统(10)，还包括：一反向逻辑热致动器(60)。
3.根据权利要求2的热障封装件系统(10)，其中：
该反向逻辑热致动器(60)还包括在一温度下打开或关闭该热导管的相变材料(86)，该温度不同于该热致动器(32)的温度。
4.根据权利要求1的热障封装件系统(10)，其中：
该热导管还包括滑动连接的热导体，从而形成一长度可变的热路径。
5.根据权利要求1的热障封装件系统(10)，还包括一开口的隔热箱(12)，其中：
一隔热盖(16)可拆除地连接到该箱(12)；
一热能储存材料(26)位于该隔热盖内；
该热障(20)分隔该箱(12)的该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)；和
该热致动器(32)打开和关闭热导管，迫使或抑止该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围。
6.根据权利要求2至4之一的热障封装件系统(10)，还包括一开口的隔热箱(12)，其中：
一隔热盖(16)可拆除地连接到该箱(12)；
一热能储存材料(26)位于该隔热盖内；
该热障(20)分隔该箱(12)的该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)；
该热致动器(32)打开和关闭热导管，迫使或抑止该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围；和
该反向逻辑热致动器(60)打开和关闭该热导管，迫使或抑止热能流到或流出该热能储存材料(26)，以对该热能储存材料(26)再储能。
7.根据权利要求2至4之一的热障封装件系统(10)，还包括一开口的隔热箱(12)，其中：
一隔热盖(16)可拆除地连接到该箱(12)；
一热能储存材料(26)位于该箱(12)内，在该热障(20)和一第二热障(21)之间；
该热障(20)分隔该箱(12)以形成一有效负荷控制容积(24)；
该热致动器(32)打开和关闭热导管，迫使或抑止该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围；
该第二热障(21)分隔一热泵(23)和该热能储存材料(26)；
该热泵(23)连接到该箱外部，并与该反向逻辑热致动器(60)热接触；和
该反向逻辑热致动器(60)打开和关闭该热导管，迫使或抑止热能流到或流出该热能储存材料(26)，以对该热能储存材料(26)再储能。
8.根据权利要求1至4之一的热障封装件系统(10)，还包括一开口的隔热箱(12)，其中：
一隔热盖(16)铰接地连接到该箱(12)；
一热能储存材料(26)位于该箱(12)的一下腔室内；
该热障(20)分隔该箱(12)的该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)；
该热致动器(32)打开和关闭热导管，迫使或抑止该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围。
9.根据权利要求2至4之一的热障封装件系统(10)，还包括一开口的隔热箱(12)，其中：
一隔热盖(16)铰接地连接到该箱(12)；
一热能储存材料(26)位于该箱(12)的一分隔的腔室内；
该热障(20)分隔该箱(12)的该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)；
该热致动器(32)打开和关闭热导管，迫使或抑止该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围；和
该反向逻辑热致动器(60)打开和关闭该热导管，迫使或抑止热能流到或流出热能储存材料(26)，以对该热能储存材料(26)再储能。
10.根据权利要求2至4之一的热障封装件系统(10)，还包括一开口的隔热箱(12)，其中：
一隔热盖(16)铰接地连接到该箱(12)；
一热能储存材料(26)位于该箱的该热障(20)和一第二热障(21)之间；
该热障(20)分隔该箱(12)以形成有效负荷控制容积(24)；
该热致动器(32)打开和关闭热导管，迫使或抑止该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围；
该第二热障(21)分隔一热泵(23)和该热能储存材料(26)；
该热泵(23)连接到该箱外部并与该反向逻辑热致动器(60)热接触；和
该反向逻辑热致动器(60)打开和关闭一第二热导管，迫使或抑止热能流到或流出该热能储存材料(26)，以对该热能储存材料(26)再储能。
11.根据权利要求1的热障封装件系统(10)，其中：
该热致动器是反向逻辑热致动器。
12.根据权利要求1至4之一的热障封装件系统(10)，还包括一隔热箱(12)，其中：
一热能储存材料(26)作为一热接收器位于该箱(12)的一分隔腔室内；
该热障(20)分隔该箱(12)的该热能储存材料(26)和该箱的有效负荷控制容积(24)；
该热致动器(32)打开和关闭热导管，迫使或抑止该热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围；和
一热源位于该有效负荷控制容积(24)内，该热源是微处理器可控热源。
13.根据权利要求1至4之一的热障封装件系统(10)，还包括一隔热箱(12)，其中：
第一热能储存材料(26)作为一热接收器位于该箱(12)的一第一分隔腔室内；
第二热能储存材料作为一热源位于该箱(12)的一第二分隔腔室内；
该热障(20)分隔该箱的前述热能储存材料之一(26)和该箱的有效负荷控制容积(24)；
一第二热障(21)分隔该箱(12)的另一前述热能储存材料和该箱的有效负荷控制容积；
该热致动器(32)打开和关闭热导管，迫使或抑止该第一热能储存材料(26)和有效负荷控制容积(24)之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围；和
一第二热致动器打开和关闭热导管，迫使或抑止第二热能储存材料和有效负荷控制容积之间的热能流，以便把有效负荷控制容积(24)内的温度控制在希望的温度范围。
14.根据权利要求1至5之一的热障封装件系统(10)，其中：
该热导管还包括一个与外同心构件滑动接触的内同心构件。
15.根据权利要求1至5之一的热障封装件系统(10)，还包括：
在该热导管一端的一热界面材料，该热界面材料具有随其压缩高度变化的热阻。
16.根据权利要求1至5之一的热障封装件系统(10)，还包括：
在热导管一端的一柔性热界面材料。
17.根据权利要求1至5之一的热障封装件系统(10)，其中：
该热致动器(32)与该热导管热隔离。
18.根据权利要求1至4之一的热障封装件系统(10)，还包括：
一热能储存材料(26)，其中，当热致动器(32)正关闭热导管时，热导管允许通过热障(20)进行传到或传出热能储存材料(26)的热传递。
19.一种根据权利要求1至4之一的热障封装件系统(10)的使用方法，用于调节热流，包括以下步骤：
用热障(20)分隔一空间；
用热致动器(32)打开或关闭一由热导管限定的热路径；和
收集或排放一热能储存材料(26)内流经热路径的热量。
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