CN1633490A - 具有长相变时间性能的可过冷组合物，制备和过冷该组合物的方法以及包含该组合物的制件 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施方式生产的一制件中包含冷却芯体、冷却体和可过冷组合物。冷却芯体包括芯腔，冷却体就位于芯腔内，可过冷组合物也装在芯腔内，并且至少一部分的冷却体被可过冷组合物所包埋。

Description

具有长相变时间性能的可过冷组合物， 制备和过冷该组合物的方法以及包含该组合物的制件
发明领域
本发明一般涉及可过冷组合物，更具体地是涉及一种具有长相变时间性能的可过冷组合物，一种制备该可过冷组合物的方法，一种过冷该可过冷组合物的方法，以及包含该可过冷组合物的制件。
发明背景
在很多情况下较好，虽不一定必须，将一物品，例如用于移植的捐赠器官、食品或生物样品保存在一特定的热条件下。此时热条件的例子包括维持一预定的温度、在一预定的温度范围内或低于预定的温度。如若不能将物品保存在该特定的热条件下，将对该物品的生存能力、新鲜度和/或使用性造成有害的影响。
传统的隔热容器有一些措施能使所装的物品保存在一个特定的热条件下。被动型隔热容器包含绝热材料，从而降低装载的物品与外界环境之间传热速率。除了这种绝热材料之外，并无其他措施来使装载的物品保存在一个特定的热条件下。主动型隔热容器则包含绝热材料和气氛维持装置。气氛维持装置能主动地将容器内的空间维持在一个特定的热条件下。装有动力的冷却装置和传统热质体(如冰袋)是气氛维持装置的一些例子。
传统隔热容器有一些不足，使得它们不能长时间地维持特定的热条件，也难以达到/维持极端的热条件。这些不足包括，传统热质体能保持结冰或冷却状态的时间有限，传统热质体致使的过冷程度不够，便携式电源维持电动冷却装置的运行的时间有限，以及该电动冷却装置的工作效率、重量和体积有限。这些缺陷就降低了传统绝热容器和/或传统热质体的效用和使用范围。
因此，能克服上述缺陷的，一种具有长相变时间性能的可过冷组合物，一种制备该可过冷组合物的方法，一种过冷该可过冷组合物的方法，以及包含该可过冷组合物的制件，无论单独的和/或联合的，都是有用的。
附图简述
图1是本发明一个实施方式的可过冷组合物制备方法流程图。
图2是本发明第二个实施方式的绝热容器的透视图，其中该容器包括一个外部绝热冷却芯组合体。
图3是沿图2中线3-3的截面图。
图4是沿图3中线4-4的截面图。
图5是沿图2中线5-5的截面图。
图6是图3中部位6的放大截面图。
图7是本发明一个实施方式的外部绝热冷却芯组合体的截面图，其中的冷却芯组分体具有单一结构，无冷却体。
图8是本发明一个实施方式的内绝热冷却芯组合体的截面图。
图9是图8中的内绝热冷却芯组合体的第一冷却芯衬里和第二冷却芯衬里的一个联合装置截面图。
图10是本发明一个实施方式的热质体的透视图，其中该热质体包括一个外部绝热冷却芯组合体。
图11是沿图10中线11-11的截面图。
图12是图11中部位12的放大截面图。
图13是本发明一个实施方式的热质体的截面图，其中该热质体包括一个内热冷却芯组合体。
图14是图13中部位14的放大截面图。
图15是本发明一个实施方式的冷却装置的简图。
图16是能对本发明一个实施方式的制件进行冷却的本发明一个实施方式的方法流程图。
详细叙述
依照本发明各种实施方式，图1到图16表示了一种可过冷组合物，一种制备该可过冷组合物的方法，一种过冷该可过冷组合物的方法，以及包含该可过冷组合物的制件。这种可过冷组合物和它的制备、过冷方法和包含该组合物的制件具有优越的性能和特征。具体地说，该可过冷组合物性能持续时间非常长，在过冷和解冻后能够恢复到凝固前的凝胶稠度。这里所述的可过冷材料的配方能适合这些特定的要求和/或用途，在被过冷后，能维持所需温度(低于凝固点)长达50小时之久。
本发明中的制件能通过在包埋于可过冷组合物中的冷却体中通入过冷的冷却液，来对可过冷组合物进行过冷。冷却体能很方便地对可过冷组合物进行初始的过冷操作，使可过冷组合物达到过冷状态。冷却体也可进行随后的过冷操作，使得全部或部分解冻的可过冷组合物再重新恢复到过冷状态。本发明的制件的例子有便携式和可移动的冷却器型制件，便携式和可移动的致冷单元以及放置生物和病理学样品和/或药品的可移动式容器。
图1描述了本发明第一实施方式的可过冷组合物的制备方法100。在方法100中，进行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温度决定。乙醇比例越高，凝固温度越低。可使用或不使用饮用水，这由具体的用途决定。将水和乙醇搅拌和混合是形成第一混合物的方法的例子。乙醇也可用其他物质替代，例如甲基化酒精，盐基溶液等。
102操作制得第一混合物后，进行104操作，调节第一混合物的pH，这样得到了pH已调节的第一混合物。可在第一混合物中加入碱性或酸性物质来调节它的pH。例如，碳酸氢钠就是一种弱碱性物质。在102操作的一个实施方式中，是将第一个混合物的pH调节到8.0左右。
在调节好第一混合物的pH(104操作)后，进行106操作，形成包含已调节pH的第一混合物与粘合剂的第二混合物。搅拌与混合粘合剂和pH已调节的第一混合物得到第二混合物。纤维素酯，例如DOW化学品公司生产的Methocel牌纤维素酯，就是一种商业化了的水溶性粘合剂。甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素是两种不同类型纤维素酯的例子。
对于包含30重量％左右乙醇和70重量％左右水的混合物，最好加入约3重量％的纤维素酯。如混合物几乎不含乙醇，最好加入1重量％到2重量％的纤维素酯。包含上述含量的纤维素时，pH最好在8左右。然而，如果对组合物有特定要求，pH也可以不是8。调节pH至所需的水平的重要性在于pH能影响混合物形成凝胶的时间。
经106操作得到第二混合物后，进行108操作，搅拌第二混合物，直到其粘度增大，成奶油状。搅拌的方法例如有搅拌和混合。第二混合物是一种可过冷组合物，它包含水、乙醇、一种能将水和乙醇混合物的pH调节至8左右的物质和水溶性粘合剂。
实施施1-制备一种凝固点在-18℃左右的可过冷组合物
约30重量％的乙醇和约70重量％的饮用水混合形成第一混合物。然后加入足量的碳酸氢钠，调节乙醇和水混合物的pH至8左右，从而得到pH调节好的第一混合物。之后，在搅拌pH已调节的第一混合物中，搅拌加入Mehtocel牌纤维素酯，加入的纤维素酯量为水、乙醇和碳酸氢钠混合物重量的3％左右。一直搅拌第二混合物，直到成奶状均匀。第二混合物是一种包含水、乙醇、碳酸氢钠和纤维素酯的可过冷组合物。
在得到奶状均匀溶液后约10分钟，第二混合物就开始凝胶。因此，在得到奶油状粘稠液体后的10分钟之内，把第二混合物灌入最后使用的容器中。
依照本发明的实施方式来混合制备可过冷材料的配方是不同的，由要求的相变温度来决定。上述的实施方式仅仅是依照本发明制备可过冷材料的许多实施方式中的一个。
图1和实施例1的可过冷组合物具有长相变时间性能，经过过冷和解冻后，又能恢复到凝固前的凝胶稠度。在将该组合物过冷到-18℃或更低的温度，然后又第一次融化后，不会出现液体层的分离。液体层不分离是有利的，因为在第一次冷却和融化循环后的随后的冷却循环中，将会增加组合物的溶解。当对该组合物进行过冷操作时，组合物中的一部分水处于潜热过冷状态，并不凝固。水凝固时通常释放的热量(也称为熔化热)因过冷而减小。
图2到6对依照本发明另一个实施方式的绝热容器200的各个方面进行了表示。绝热容器200包括容器体202和容器盖204。容器盖204可以在P1位置和P2位置之间移动。当容器盖204在位置P1时，容器腔可以存取物品；当容器盖204在位置P2时，容器腔则不能存取物品。可移动式盖和铰接式盖的设计是使得容器盖能在P1和P2位置之间移动的设计的两个例子。
绝热容器200有一个信息存储装置208，在图2中是附在容器体202上的。信息存储装置208也可附在容器盖204上。市售的无线电频率识别标签，例如得克萨斯仪器公司(Texas Instruments Incorporated)提供的就是这种信息存储装置208的一个例子。信息存储装置208能对容器200和保存在容器200中的物品的各种情况进行监测。例如，关于运送路线、递送时间、环境温度的信息和保存在容器200中的物品的详细信息都可以传递到信息存储装置208中，也可从其获得。
容器体202包括一个外部绝热冷却芯组合体210、一层绝热壳体211和一层外壳212。外壳212的一个功能就是保护绝热壳体211。外部绝热冷却芯组合体210包括第一冷却芯壳214和第二冷却芯壳216。第一冷却芯壳214和第二冷却芯壳216采用一种已知的方法，例如激光焊接、液状粘固剂超声焊接溶剂胶结材料或其他类似方法沿着两者交汇的边缘而结合在一起。芯腔218位于冷却芯体中。外部绝热是指在芯腔218外面提供绝热。因此，绝热壳体211覆盖着第二层冷却芯壳216的很大一部分。
在第一冷却芯壳214和第二冷却芯壳216的一个实施方式中，第一冷却芯壳214和第二冷却芯壳216是用聚乙烯制成，能采用一种已知技术，例如注射成形、旋转模制成形或吹塑成形等方法制成。第一冷却芯壳214和第二冷却芯壳216可以是独立制造的，也可以先一起制造，然后在根据需要分离。
绝热壳体211可以是个单层(也就是绝热层)结构，也可以是多层结构。具有传导绝热功能的层、具有蒸气透过功能的层和具有辐射绝热功能的层都是这种多层结构中可能层的例子。绝热壳体211可以连接于或可分离啮合在冷却芯组合体210上。类似地，绝热壳体211可以连接于或可分离啮合在外壳上。
聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯泡沫塑料就是具有传导绝热功能的材料的两个例子。Polar热制件有限公司(Polar Thermal Products LTD)生产的PolarTherm牌材料是具有多层结构的绝热壳体的一个例子。绝热壳体211可以是由柔性材料、柔顺性材料、刚性材料或它们的组合制成的。
有个冷却体220位于芯腔218内。冷却体220包括很多间隔的冷却体片段222，第一冷却体接头224和第二冷却体接头226。第一冷却体接头224和第二冷却体接头226延伸通过第二冷却芯壳216、绝热壳体211和外壳212。冷却体220的结构，是许多间隔的冷却体片段222基本上均匀地分布在整个芯腔218内(也就是说，在冷却芯组合体210的每个壁中)。冷却体220的结构，也可以不是在冷却芯组合体210的所有壁中都有，而且间隔的冷却体片段222不是均匀分布的。
冷却体可以依照各种结构设计来制作。在其中的一个结构设计中，冷却体220是由一段可贴合材料制成的，例如被弯曲成单道结构，有许多回路(例如来回回路)的铜质或高分子管。每一个这种单道结构的回路就形成一个间隔的冷却体片段222。单道结构就使得冷却液依次在每一个分隔的冷却体片段222中流动。在另一个结构设计中，该许多间隔的冷却体片段222具有多道旋管构造。在这样的结构设计中，间隔的冷却体片段222通过一种方式连接，使得冷却液，例如下面结合图15和16中所叙述的，能在多个途径中流动。例如，在第一和第二冷却液集管之间有很多独立的冷却体片段(直的或弯曲的)连接，就得到了这种多道旋管结构。
包括许多S形旋管的一个冷却旋管和具有螺旋缠绕构造的冷却旋管是本文所述的冷却体和/或冷却体片段的两个例子。这里的冷却体可以是用金属、聚合物材料、陶瓷材料和类似材料制成的。
至少有一部分未被冷却体220占据的芯腔218填充着可过冷组合物228，例如这里所述的可过冷组合物。可过冷组合物228通过一个大小合适的孔(未画出)输入芯腔218。在将可过冷组合物228输入到芯腔218之后，该孔被塞上或盖上。
冷却体220的间隔冷却体片段222基本上被包埋在可过冷组合物228中。第一冷却体接头224和第二冷却体接头226可将一冷却装置与冷却体220连接在一起。正如在下面就图15和16中详细描述的那样，该冷却装置可以在冷却体220中通入过冷的冷却液进行循环，对可过冷组合物228进行过冷。
在容器盖204的一个实施方式中，容器盖204包括一个冷却芯组合体，在其冷却腔内有个冷却体和可过冷组合物。在这样的容器盖204的实施方式中，容器盖204中的冷却芯组合体可以是内部绝热构造或外部绝热构造的。在容器盖的另一个实施方式中，容器盖包含一层或多层绝热材料。
图7描绘了本发明另一个实施方式中的容器体302。容器体302包括一个外部绝热冷却芯组合体310，一个绝热壳体311和一个外壳312。该冷却芯组合体310包括一个冷却芯体315。冷却芯体315和外壳312通过一种已知技术，例如激光焊接、超声焊接溶剂胶结材料或其他类似方法沿着两者交汇的边缘而结合在一起。
冷却芯体315具有一个芯腔318，其中至少部分被可过冷组合物328所填充。冷却芯体315具有单一的结构，是通过一些已知技术，例如吹塑成形和旋转模塑成形制成。冷芯体315的这种单一结构避免了在芯腔318中设置冷却体。因此，对芯腔318内的可过冷组合物328的过冷是通过将容器体302浸入到盛有过冷冷却液的槽中进行的。将容器体302浸入到盛有过冷冷却液的槽中，是一种低成本和有效的过冷对可过冷组合物的方法。将结合图15和16对这样的盛有过冷冷却液的槽进行详细的讨论。
这里将结合图8和9对本发明另一个实施方式中的容器体402进行描述。从功能的角度考虑，图8和9中的容器体402与图2到6中的容器体202是基本一样的。然而，从结构上看，容器体402相对于前述的容器体202，具有很多的不同点。下面只阐述这些不同的方面。
容器体402包括一个内绝热冷却芯组合体410。冷却芯组合体410包括一个绝热插件411、第一冷却芯壳414和第二冷却芯壳416。第一冷却芯壳414和第二冷却芯壳416通过一种已知技术，例如激光焊接、液状粘固剂超声焊接溶剂胶结物或其他类似方法沿着两者交汇的边缘而结合在一起，从而制得冷却芯体。在将第一冷却芯壳414连接到第二冷却芯壳416以前，绝热插件411放置在两者之间。
芯腔418位于第一冷却芯壳414和绝热插件411之间。冷却芯组合体包括位于芯组合体410的芯腔418之内的冷却体420。这里所说的内绝热是指在芯腔418内提供绝热。绝热插件411可以是一件头或多件头的。
至少有一部分未被冷却体420占据的芯腔418填充有可过冷组合物428，例如这里所述的可过冷组合物。正如将在下面图15和16中详细讨论的那样，冷却体420能够与一台冷却装置连接起来。冷却装置可以在冷却体420中通入过冷的冷却液进行循环，对可过冷组合物428进行过冷。
将就图10到12对本发明一实施方式中的热质体500进行描述。这里所叙述的热质体，例如热质体500只是本文所述的冷却芯组合体的一个实施方式。这里所叙述的热质体，例如热质体500，可以有很多种形状(例如矩形、圆形等)，也可以有很多不同的轮廓(例如平的，圆柱形的)。
如图10所示，热质体500有一个信息存储装置508。信息存储装置508可以连接在容器盖504上，而不是连接在容器体502上。市售的一种无线电频率识别标签，例如得克萨斯仪器公司(Texas Instruments Incorporated)提供的，就是这种信息存储装置508的一个例子。信息存储装置508能对热质体500和与热质体500相连的一些系统的各种情况进行监测。例如，关于运送路线、递送时间、环境温度的信息和与热质体500相连的系统的详细信息都可以传递到信息存储装置508中，也可从其获得。
热质体500包括一个外部绝热冷却芯组合体510和一个绝热壳体511。冷却芯组合体510包括第一冷却芯壳514和第二冷却芯壳516。第一冷却芯壳514和第二层冷却芯壳516通过一种已知的方法，例如激光焊接、超声焊接溶剂胶结材料或其他类似方法沿着两者交汇的边缘而结合在一起，从而制得冷却芯体。芯腔518位于冷却芯体内。
在第一冷却芯壳514和第二冷却芯壳516的一个实施方式中，第一层冷却芯壳514和第二层冷却芯壳516是用聚乙烯制成，能采用一种已知技术，例如注射成形、旋转模制成形或吹塑所形等方法制成。第一冷却芯壳514和第二冷却芯壳516可以是独立制造的，也可以是先一起制造，然后再根据需要分离。
绝热壳体511覆盖着第一冷却芯壳514和第二冷却芯壳516的很大一部分。绝热壳体511可有两部分，共同覆盖大部分的第一冷却芯壳514和第二冷却芯壳516的很大一部分。绝热壳体511可以是单层(也就是绝热层)结构，也可以是多层结构。具有传导绝热功能的层、具有蒸气透过功能的层和具有辐射绝热功能的层都是这种多层结构中可能层的例子。绝热壳体511可以连接在冷却芯组合体上，也可从其上脱离。
聚苯乙烯泡沫塑料和聚乙烯泡沫塑料就是具有传导绝热功能的材料的两个例子。Polar热制件有限公司(Polar Thermal Products LTD)生产的PolarTherm牌材料是具有多层结构的绝热壳体的一个例子。此外，绝热壳体511可以是由柔性材料、柔顺性材料、刚性材料或它们的组合制成的。
冷却芯组合体包括一个位于芯腔518内的冷却体520。冷却体520包括很多间隔的冷却体片段522、第一冷却体接头524和第二冷却体接头526。如图10所示，第一冷却体接头524和第二冷却体接头526延伸通过第二冷却芯壳516和绝热壳体511。冷却体520的结构，是许多间隔的冷却体片段522基本上均匀地分布在整个芯腔518内。正如上面就图2到6所述的那样，冷却体520可被设计为单道或多道结构。
至少有一部分未被冷却体520占据的芯腔518填充着可过冷组合物528，例如这里所述的可过冷组合物。可过冷组合物528可通过一个位于第一层冷却芯壳514或第二层冷却芯壳516上的大小合适的孔(未画出)输入到芯腔518里。在将可过冷组合物528输入到芯腔518之后，该孔就塞上或盖上。另一个填入可过冷组合物528到芯腔518内的方法，在将第二冷却芯壳516连接到第一冷却芯壳514之前，向第一冷却芯壳514中输入可过冷组合物528。
冷却体520的间隔冷却体片段522基本上被包埋在可过冷组合物528中。第一冷却体接头524和第二冷却体接头526可将冷却装置与冷却体520连接在一起。正如在下面就图15和16中详细描述的那样，该冷却装置可以在冷却体520中通入过冷的冷却液进行循环，对可过冷组合物528进行过冷。
现结合图13和14对本发明另一实施方式中的热质体550进行描述。从功能的角度考虑，热质体550与图11到12中的热质体500是基本一样的。然而，从结构上看，热质体550相对于热质体500，具有很多的不同点。下面将只对这些不同的方面进行阐述。
热质体550包括一个内绝热冷却芯组合体560。该冷却芯组合体560包括第一冷却芯壳564、第二冷却芯壳566和绝热插件567。第一冷却芯壳564和第二冷却芯壳566通过一个已知技术，例如激光焊接、超声焊接溶剂胶结材料或其他类似方法沿着两者交汇的边缘结合在一起，从而制得冷却芯体。芯腔568位于冷却芯体内。绝热插件567在芯腔568内，并覆盖着冷却芯体内表面的大部分。绝热插件567可以单件或多件的。
冷却体570位于芯腔568内。冷却体570包括很多间隔的冷却体片段572。至少有一部分未被冷却体570占据的芯腔568填充有可过冷组合物578，例如这里所述的可过冷组合物。冷却体570的间隔冷却体片段572基本上包埋在可过冷组合物578中。正如在下面图15和16中详细描述的那样，冷却装置可以在冷却体570中通入过冷的冷却液进行循环，对可过冷组合物578进行过冷。
作为发明所述的热质体的一个应用例子，将热放置在一容器内用以在容器内维持所需要的热条件，此时往热质体中的冷却体里通入液体，用以保持液体的受冷状态等。由于本文所述的可过冷组合物可以被过冷，并且具有很长的相变时间，这就有利地使得这种热质体能在较长的时间内维持系统处于低温状态。此外，由于能往本文所述的热质体中的冷却体中注入各种液体，然后冷却这些液体，同时本文所述的可过冷材料也具有独到的优点，这就使得该热质体能在现有的和新近发展的应用中能有有利的效果。例如，为了器官灌流的用途，将灌流液泵入到本文所述的热质体中的冷却体中，可以使灌流液保持冷冻状态。
图15是本发明一个实施方式的一台可对制件进行冷却的冷却装置600的示意图。冷却装置600包括一个与致冷单元604相连的冷却单元602。冷却单元602最好包括一个装有冷却液608的绝热槽606。许多个循环器610和一个热交换旋管612浸没在冷却液608内。一台接着一个叶片的电动机是循环器610的一个例子。致冷单元604置于绝热槽606的外部，与热交换旋管612相连。
在冷却液608的一个实施方式中，冷却液608是一种食品级液体。食品级冷却液的例子有丙二醇类物质、NaCl溶液或类似物质。
绝热槽606的尺寸可以任意，只要有利于冷却绝热槽606中冷却液608的冷却。在绝热槽606的至少一个实施方式中，绝热槽606的尺寸能保证能对绝热槽606中的冷却液进行过冷，同时能保证一个或多个物品(例如制件、生物材料、食品等)至少能部分地浸入到冷却液608中。
上面所述的图7中的绝热容器就是可浸没于冷却液608中的物品的一个例子。这种绝热容器中装有可过冷组合物，但没有冷却体。因此，将绝热容器的全部或部分浸入到冷却液608中，才能对可过冷组合物进行过冷。
热交换旋管612最好是“多径旋管”，这样，来自致冷单元604的冷却剂可沿多条路径(也就是说三条或更多路径)流动，而不象在传统的致冷旋管中那样，冷却剂通常只有一条或两条连续的路径。此外，旋管的尺寸是直接与装有合适量的冷却液608的截面积相关。例如，在一个优选的实施方式中，槽606有1英尺长，2英尺深，4英尺宽，所用的热交换旋管612是1英尺长，2英尺高。如果槽606的长度增大到20英尺长，那么热交换旋管612的长度也可增加到20英尺。因此，在相同热负荷的情况下，这种热交换旋管612的尺寸约为传统旋管的一半。
循环器610使得冷却液608在冷却槽内和浸没在冷却液608中的物品(例如本发明制件、生物材料、食品等)上方流动，然后流到热交换旋管612中。在至少一个实施方式中，热交换旋管被设计为，旋管从冷却液中除去的热量不小于冷却液从被冷却的物体上除去的热量，从而维持冷却液608的温度在预定的范围内。热交换旋管612与致冷单元604连接。
在一个优选实施方式中，致冷单元604被设计成可满足热交换旋管612的负荷要求。因此，是以一种平衡和有效的方式从冷却液608中除去热量的，使得一种物料或物体受到可控而快速的冷却。抽吸压力的方法以及致冷单元604中的效率直接与用来有效地向热交换旋管612进行输入所用的控制抽吸压力的方法以及致冷单元604中所用压缩机的有效输出有关。
满足负荷需求的方法要求在致冷剂与冷却液608的温度之间，冷凝温度与环境温度之间维持较小的温差。这些温度标准，连同热交换旋管612的设计，使得热交换旋管612能更有效地进液。而这转而要求压缩机能以平衡而紧密控制的方式进液，以获得超过压缩机制额定值25％的性能。
值得注意的是，在图15中所示的实施方式中，致冷单元604是一个较远外置的致冷系统。然而，在另一个实施方式中(未图示)，致冷单元604被并入到冷却槽606的另一部分中。致冷单元602的各种配置都或多或少适合于某种特定配置的冷却单元602。例如，如果冷却槽606非常大，一个分离的致冷单元604是可取的，然而如果是便携式的冷却槽，则可以使一个装入的致冷单元604。只有在执行上述原则，获得高效率，特别是使用小尺寸的热交换旋管，这种装入才有可能。
在一个优选实施方式中，由于致冷单元604和热交换旋管612的作用，冷却液608被冷却到-20℃到-30℃之间的一个温度，并且整个冷却液的温差要小于0.5℃左右。在其他实施方式中，冷却液608被冷却到-20℃到-30℃之外的一个温度，目的是为了控制物品或可过冷组合物要冷冻的速度。在其他实施方式中，通过控制冷却液608的循环速度来获得所需的冷冻速度。还可以改变冷却液608的体积来得到某个特定的冷冻速度。要知道冷却液循环速度、冷却液体积和冷却液温度的各种组合都可被用来得到所需的冷冻速度。
如图15所示，装有可过冷组合物616和位于此可过冷组合物616内的冷却体618的制件614可以与冷却单元602结合在一起。上文所述的包括冷却体的绝热容器和热质体都是制件614的例子。冷却体618包括联结装置620，可与冷却单元602的冷却液导管连接在一起。冷却导管可以使冷却液608在冷却单元602与制件614之间流动。
上文所述的冷却体接头是联结装置620的例子。运行时，当冷却液导管622与联结装置620连接好后，冷却液608可以通过冷却单元602的泵623的作用，在制件614的冷却体618中循环，然后流回冷却单元602。以这种方式，制件614中的可过冷组合物616能够被冷却装置600所过冷。
优选的是，每个循环器610都包括一个马达，能控制马达使冷却液流经被冷却物体时的速度维持在一恒定预定值，同时维持冷却液温度的均匀分布，在槽606各处的温差在+/-0.5℃范围内。冷却液流经生物材料的速度恒定，所除去的热量也是恒定的，这就使得含水组合物和材料在冷冻时发生玻璃化作用。在一个实施方式中，测量并处理冷却液的一些性质，例如粘度和温度等，控制信号被传送到一个或多个循环器610的马达上，根据需要来增大或减小旋转速度或循环器叶片的扭矩。在其他实施方式中，一个或多个循环器的叶片被设计成可在某个冷却液状态范围内保持一预定的旋转速度。在这种情况下，由连接的马达带动的，每个循环器610的叶片的扭矩和旋转速度不受外部控制。值得注意的是，为实施本发明的一个优选实施方式，就不需要外部的泵、轴或滑轮了。每个循环器610的马达都直接浸没在冷却液608里，因此冷却液608也冷却了这些马达。
图16表示了本发明一个实施方式的方法700。本方法可通过一台合适的冷却装置来实现。在成本和冷冻速度方面，方法700要优于传统的冷冻方法，例如鼓风冷冻。上文所述的冷却装置600就是这种适宜的冷却装置的一个例子。
在方法700中，执行710操作，使在冷却装置的冷却槽中的冷却液流经冷却装置的热交换旋管。如上文所述，热交换旋管与致冷系统操作连接，用来在冷却液流经热交换旋管时使冷却液温度降低。响应于冷却液在热交换旋管中的循环，执行720操作，测定槽中冷却液的温度。测定好冷却液的温度之后，执行730操作，判断冷却液的温度是否在优选温度范围内。冷却液的优选温度范围随应用的不同而不同，然而，在许多应用中，优选的温度范围在-20℃到-30℃之间。
如果测出的冷却液温度不在优选的预定温度范围内，就执行735操作，调节热交换旋管的温度。至少在操作735的一个实施方式中，热交换旋管的温度是自动调节的。热交换旋管的温度可以通过冷却装置的致冷单元来调节。调节热交换旋管的温度的方法的一个例子是增大或减小热交换旋管的传热量。在执行了调节热交换旋管温度的操作735之后，又进行操作710，使冷却液在热交换旋管中循环，用以降低冷却液的温度。优选的是，操作710、720、730和735连续进行，直到冷却液的温度在优选的温度范围内。
当冷却液被冷却到合适的温度，就进行740操作：把某个制件的冷却体与冷却装置的冷却单元连接起来。上文所述的包括冷却体的绝热容器和热质体都是制件的例子。同样如上文所述，冷却体与冷却单元连接后，应使冷却液从冷却单元流入冷却体，然后又从冷却体中流回冷却单元。
在冷却液的温度达到优选温度范围内以后，就进行745操作：促使冷却液在制件的冷却体中循环。当冷却液从冷却体中流过时，可过冷组合物例如上文图1中可过冷组合物的热量就被冷却液所吸收。可过冷材料的温度起先高于冷却液的温度。这样，热量被传递给冷却液，然后通过冷却液在冷却体中的循环，热量被从制件中转移出去。根据本发明的至少一个实施方式，为充分冷却可过冷组合物，冷却液需在冷却体中连续循环。
在冷却液开始在制件的冷却体中流动后，进行操作750：调节冷却液在制件冷却体和/或循环器中的流动速度，以适应冷却液的粘度、温度和类似性质的变化。优选的是，通过控制冷却液在冷却体中流动的泵和连接于每个循环器的马达调节这些马达的作用力，使冷却液在制件冷却体和循环器中的流动速度保持恒定。
图16中的操作是以连续的顺序来说明和讨论的。然而，所描述的方法中的一些或所有步骤是连续进行的，可以不同的顺序进行。在本发明的一个实施方式中，不断地在系统内的多个位置测量冷却液的温度、粘度和其他性质。在另一个实施方式中，冷却液的有些性质并不直接测定，而是通过与泵连接的马达或与各个冷却单元中的冷却液循环器连接的马达的旋转速度，来判定冷却液性质的变化。如果马达的速度变慢，就要增大其功率以恢复到所需的速度，从而抵消冷却液性质的变化。在至少一个实施方式中，与泵和冷却单元的循环器连接的泵被设计成，可以基本恒定的速度旋转。基本恒定的马达旋转速度就使得冷却液循环的速度也保持基本恒定。
在上文的详述中，通过描述本发明的具体实施方式对附图进行了说明。对这些不同的实施方式进行了足够详细的叙述，可以使得业内人士能够实施本发明。为避免不必要的细节，叙述时省略了一些业内人士熟知的信息。因此，上文的祥述并不是要将本发明局限于这里所提出的具体形式中，而是要覆盖那些包含于附属权利要求中的，符合本发明的精神和范围的，合理的对本发明的替换、修改和等价内容。

Claims (37)

1.一种制备可过冷组合物的方法，该方法包括：
形成包含水和乙醇的第一混合物，该第一混合物具有第一pH值；
将第一混合物的pH值调节到与第一pH值不同的另一个pH值；
将水溶性粘合剂与第一混合物混合得到第二个混合物。
2.权利要求1中所述的方法，其特征在于，第一混合物包含约70重量％的水和约30重量％的乙醇。
3.权利要求1中所述的方法，其特征在于，第一混合物包含不到70重量％左右的水和超过30重量％左右的乙醇。
4.权利要求1中所述的方法，其特征在于，第一混合物包含不到10重量％左右的水和超过90重量％左右的乙醇。
5.权利要求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值不为8的混合物；
调节将所述第一混合物的pH水平，包括将所述第一混合物的pH水平调节到8左右。
6.权利要求5中所述的方法，其特征在于，是通过加入水溶性碱性物质来调节第一混合物的pH值。
7.权利要求5中所述的方法，其特征在于，通过加入碳酸氢钠来调节第一混合物的pH值。
8.权利要求1中所述的方法，其特征在于，混合所述水溶性粘合剂和第一混合物包括将纤维素酯基物质和第一混合物混合。
9.权利要求8中所述的方法，其特征在于，混合所述纤维素酯基物质和第一混合物包括将甲基纤维素物质和第一混合物混合。
10.权利要求8中所述的方法，其特征在于，混合所述纤维素酯基物质和第一混合物包括将羟丙基甲基纤维素物质和第一混合物混合。
11.权利要求1中所述的方法，还包括：
搅拌第二混合物，直到其粘度均匀增大，形成奶状均匀的第二混合物。
12.一种容器，它包括：
容器体，包括冷却芯体，在冷却芯体的芯腔中有可过冷组合物，冷却芯体中形成可放置物品的容器腔；
绝热容器盖，可放置在容器体上，覆盖容器腔。
13.权利要求12中所述的容器，其特征在于，
冷却芯体包括第一冷却芯壳以及与第一冷却芯壳连接的第二层冷却芯壳；
芯腔形成在第一和第二冷却芯壳之间。
14.权利要求13中所述的容器，还包括：
置于芯腔内的，基本包埋于可过冷组合物中的冷却体。
15.权利要求12中所述的容器，还包括：
置于芯腔内的，基本包埋于可过冷组合物中的冷却体。
16.权利要求15中所述的容器，其特征在于，所述冷却体包括很多个冷却体片段。
17.权利要求15中所述的容器，其特征在于，所述冷却体是多道冷却体。
18.权利要求15中所述的容器，其特征在于，所述冷却体包括第一冷却体接头和第二冷却体接头。
19.权利要求12中所述的容器，还包括：
其内置有冷却芯体的绝热壳体。
20.权利要求12中所述的容器，还包括：
置于冷却芯体内的绝热插件。
21.权利要求20中所述的容器，其特征在于，
所述冷却芯体包括第一冷却芯壳以及与第一冷却芯壳连接的第二冷却芯壳；
所述芯腔形成在第一冷却芯壳和绝热壳体之间。
22.权利要求21中所述的容器，还包括：
置于芯腔内，基本包埋于可过冷组合物中的冷却体。
23.权利要求12中所述的容器，其特征在于，所述可过冷组合物是通过如下方法制备，包括：
形成一种包含水和乙醇的第一混合物，该混合物具有第一pH值；
将第一混合物的pH值调节到与第一pH值不同的另一个pH值；
将水溶性粘合剂与第一混合物混合得到第二混合物。
24.冷却芯组合体，包括：
其中包括芯腔的冷却芯体；
位于芯腔内的冷却体；
位于芯腔内，包埋冷却体至少一部分的可过冷组合物。
25.权利要求24中的冷却芯组合体，其特征在于，
所述冷却芯体包括第一冷却芯壳以及与第一冷却芯壳连接的第二层冷却芯壳；所述芯腔形成在第一冷却芯壳和第二冷却芯壳之间。
26.权利要求24中的冷却芯组合体，其特征在于，所述冷却体包括很多个冷却体片段。
27.权利要求26中的冷却芯组合体，其特征在于，所述冷却体是多道冷却体。
28.权利要求24中的冷却芯组合体，其特征在于，所述冷却体包括第一冷却体接头和第二冷却体接头。
29.权利要求24中的冷却芯组合体，还包括：
几乎完全覆盖冷却芯体外表面的绝热壳体。
30.权利要求24中的冷却芯组合体，还包含：
几乎完全覆盖冷却芯体内表面的绝热壳体。
31.权利要求24中的冷却芯组合体，其特征在于，所述可过冷组合物是通过如下方法制备的，包括：
形成一种包含水和乙醇的第一混合物，该混合物具有第一pH值；
第一混合物的pH值调节到与第一pH值不同的另一个pH值；
将水溶性粘合剂与第一混合物混合得到第二混合物。
32.一种对制件可过冷组合物进行过冷的方法，该方法包括：
将制件的冷却体与可冷却液过冷的冷却装置的冷却单元连接在一起，其中的冷却体被制件的冷却芯腔内的可过冷组合物所包埋；
对冷却单元的冷却槽中的冷却液进行过冷；
在冷却液达到预定的过冷状态后，使其在冷却体中循环。
33.权利要求32中所述的方法，其特征在于，对冷却液进行过冷处理包括将冷却液冷却到-20℃到-30℃之间的温度。
34.权利要求32中所述的方法，其特征在于，对冷却液进行过冷处理包括：使冷却液流过浸没在冷却液中的循环器；
使冷却液流经热交换旋管。
35.权利要求32中所述的方法，其特征在于，将制件的冷却体与冷却装置连接在一起包括把冷却体与冷却单元的泵连接。
36.权利要求35中所述的方法，其特征在于，在冷却液达到预定的过冷状态后使其在冷却体中循环的过程包括将冷却液通过泵的作用从冷却槽流经冷却体，然后又流回冷却槽。
37.权利要求36中所述的方法，还包括：
调节冷却液在冷却体中的循环速度来维持所需的冷却液流动状态。
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