使用固态热泵的用于运输和存储温度敏感内容物的容器的制作方法

使用固态热泵的用于运输和存储温度敏感内容物的容器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年11月18日提交的名称为“temperature control using dtp thermoelectrics”的美国临时专利申请no.63/115,277的权益，该申请以其全文以引用方式并入本文。
技术领域
3.如本文中公开的温度受控运输和/或存储系统和设备涉及配置成适应温度敏感材料和内容物的运输和/或存储的设备和系统，并且更具体地涉及包括固态热泵、热传输元件、电能存储系统和/或热能存储系统的温度受控运输系统和设备，所述固态热泵、热传输元件、电能存储系统和/或热能存储系统以允许温度敏感材料到使用点位置的可行的温度受控存储和运输的方式配置。


背景技术：

4.用于存储温度敏感材料或内容物的设备或系统是已知的。然而，这样的现有设备的问题是，常规的致冷器或冷冻机未设计成操作以提供由某些温度敏感材料或内容物要求的低受控温度。例如，当首次宣布可用于抗击新冠肺炎(covid-19)的第一批疫苗需要在-70℃下存储和运输时，很明显会有物流问题，因为这样的常规致冷器和冷冻机不能使用。虽然存在特殊的超冷冷冻机和斯特林冷却器，并且可用于这样的温度，但是它们不能很好地扩展到较小的尺寸，并且通常非常昂贵。冰袋通常用于为较小的包装提供廉价的冷藏包装，但是常规的冰袋不能降低到由这样的温度敏感材料或内容物要求的较冷的受控温度。另外，虽然干冰可在较低的温度下用于较小的包装，但是没有能力提供精确的温度控制，并且干冰将是有限的冷却资源。
5.对于运输和存储的紧凑、精确的温度控制的需求超出了新冠肺炎疫苗的范畴。许多温度敏感材料或内容物需要高于和低于环境温度的精确温度控制。许多温度敏感材料还需要具有超出干冰或常规冰袋可提供的长期和可恢复温度控制的能力。此外，希望在针对这样的温度敏感材料或内容物的运输选择中具有增加的灵活性的能力，这在使用已知的冷藏或冷冻机系统时是不实际的。例如，希望例如使用可载人或可不载人的递送交通工具(例如诸如通过空中无人机)将某些温度敏感材料或内容物运输和递送到难以到达的区域。为了能够运输和递送温度敏感材料或内容物，将希望温度受控包装的重量和/或尺寸最小。另外，还可能希望例如构造成用于由交通工具(诸如由无人机等)运输和递送的这样的温度受控包装相对廉价，因为它可在包装被递送之后被丢弃。
6.因此，希望温度受控系统具体地设计和配置成：促进用于存储和运输温度敏感材料或内容物，同时当与常规设备相比时提供增强程度的温度控制并将温度控制在由这样的常规设备提供的控制温度以下。还希望这样的温度受控系统设计成以比常规设备更高效的方式在这样的低温下提供这样的受控温度存储和运输。还希望温度受控系统配置成增强适应这样的温度敏感材料的存储和运输的灵活性，以使得能够例如通过诸如通过无人机等的
交通工具递送来运输和递送到远程位置，如针对某些最终用途应用可能要求的那样。


技术实现要素：

7.如本文中公开的温度受控系统配置成用于运输和/或存储温度敏感内容物。在一个示例中，该系统包括至少一个温度受控腔室，以用于适应温度敏感内容物在其中的放置。该系统包括至少一个固态热泵，所述至少一个固态热泵与所述至少一个温度受控腔室热连通。在一个示例中，所述至少一个温度受控腔室设置在壳体中，并且其中，壳体的位置是可追踪的。在一个示例中，该系统包括在所述至少一个温度受控腔室和壳体之间的热绝缘。热绝缘可选自包括气凝胶、真空和它们的组合的组。在一个示例中，壳体包括延伸的表面或翅片，以使得热功率能够耗散到外部环境。在一个示例中，温度受控系统包括下列中的至少一个：热能存储系统，其与所述至少一个固态热泵热连通；电能源或电存储系统，其配置成向所述至少一个固态热泵提供电功率。在一个示例中，固态热泵的至少一部分采用热电技术。在一个示例中，固态热泵的至少一部分采用分布式传输特性热电技术。在一个示例中，所述至少一个固态热泵包括以热串联布置的至少两个固态热泵的级联。
8.在一个示例中，温度受控系统包括热能存储系统，并且其中，热能存储系统的至少一部分包括相变材料。在一个示例中，温度受控系统包括两个或更多个温度受控腔室，其中，温度受控腔室中的一个被控制到与另一个温度受控腔室的受控温度不同的温度。在一个示例中，温度受控系统配置成控制所述至少一个温度受控腔室的温度或者控制两个或更多个温度受控腔室的温度高于和/或低于环境温度。
9.在一个示例中，温度受控系统配置成接收将温度受控腔室的温度例如朝向外部环境温度改变的输入命令。在一个示例中，温度受控系统配置成读取条形码或用于设置控制信息的其它类型的输入。在一个示例中，温度受控系统配置成对温度控制信息进行编程。在一个示例中，温度受控系统包括电能存储系统，其中电能存储系统可呈至少一个电池的形式。在一个示例中，温度受控系统包括电子控制系统，该电子控制系统配置成记录关于下列中的至少一项的信息：放置在所述至少一个温度受控腔室中的内容物的温度历史；由温度受控系统经历的故障条件的可访问保留；温度受控系统的位置；以及由温度受控系统收集的信息中的至少一些的传输。在一个示例中，电控制系统配置成接收和/或响应于外部信号、发送信号和/或提供显示信息。在一个示例中，温度受控系统包括电连接器，以用于接受来自除电能存储系统之外的电力源的电功率。在一个示例中，温度受控系统包括热能存储系统，并且其中，热能存储系统是可移除的或可重复使用的。在一个示例中，所述至少一个温度受控腔室设置在包装中，并且其中，包装构造成与交通工具连接和/或由交通工具承载。在一个示例中，温度受控系统配置成控制湿度。在一个示例中，温度受控系统包括多于一个温度受控腔室，并且其中，温度受控系统包括存储隔间的分布式组，所述存储隔间构造成单独地存储和/或运输温度受控包装。
10.在一个示例中，温度受控系统包括至少一个可分离的温度受控包装、与所述至少一个温度受控腔室热连通的至少一个可分离的固态热泵。在一个示例中，所述至少一个温度受控包装包括温度受控腔室和壳体，其中，热绝缘设置在温度受控腔室和壳体之间。在一个示例中，温度受控系统还包括以下至少一个：热能存储系统，其与所述至少一个可分离的固态热泵热连通；可分离的电功率源，其用于向所述至少一个固态热泵提供电功率；可分离
的电子控制器/能量管理系统；和输入/输出特征。在一个示例中，所述至少一个温度受控包装能够与所述至少一个固态热泵、电功率源、电子控制器/能量管理系统和输入/输出特征中的一个或多个分离。在一个示例中，所述至少一个温度受控包装构造成在存储隔间的分布式组中存储和/或运输。在一个示例中，存储隔间的分布式组中的至少一些构造成提供所述至少一个温度受控包装的独立温度控制。在一个示例中，所述至少一个固态热泵、热能存储系统、电功率源、电子控制器/能量管理系统和输入/输出特征中的所述至少一个是递送系统的一部分，其中，递送系统能够与所述至少一个温度受控包装分离，并且其中，所述至少一个温度受控包装是一次性的。在一个示例中，递送系统包括存储隔间的分布式组，并且其中，所述至少一个温度受控包装能够与存储隔间的分布式组分离。在一个示例中，所述至少一个固态热泵和电功率源在经热控的包装的外部，并且其中，所述至少一个固态热泵通过至少一个热传输元件与所述至少一个温度受控包装内的温度受控腔室热连通，所述至少一个热传输元件穿过所述至少一个温度受控包装的一部分延伸到温度受控腔室。
11.如本文中公开的温度受控系统可根据以下方法用于存储或运输温度敏感内容物，其中，该方法包括：对热能存储系统和/或电能存储系统充电；将温度敏感内容物放置在包括壳体的温度受控系统的温度受控腔室中；以及将来自电功率源的电功率引导到与温度受控腔室热连通的至少固态热泵，以将温度受控腔室保持在控制温度，其中，操作的步骤发生在放置的步骤之前或之后。在一个示例中，该方法可包括将温度信息输入到包括控制温度的温度受控系统中。在一个示例中，该方法可包括从温度受控系统接收信息，该信息包括以下至少一项：温度受控腔室的温度历史信息、温度受控系统的故障条件、温度受控系统的位置信息、以及至少一些温度受控系统信息的传输信息。在一个示例中，该方法可包括将壳体定位成与至少一个热传输元件接触，所述至少一个热传输元件与所述至少一个固态热泵热连通，其中，所述至少一个热传输元件延伸穿过壳体的一部分并到达温度受控腔室。
12.如本文中公开的温度受控系统具体地设计和配置成：存储和/或运输温度敏感材料或内容物，同时当与常规设备相比时提供增强程度的温度控制，并且将温度控制在由这样的常规设备提供的控制温度以下。如本文中公开的温度受控系统设计和配置成以比常规设备更高效的方式在这样的低温下提供这样的受控温度存储和运输。此外，如本文中公开的温度受控系统配置成增强存储和/或运输温度敏感材料的灵活性，以使得能够例如通过诸如无人机递送等的交通工具递送来运输和递送到远程位置，如针对某些最终用途应用可能要求的那样。
附图说明
13.参照说明书、权利要求书和附图，如本文中公开的设备、系统和方法的特征和优点将变得更好理解，其中：
14.图1a是如本文中公开的第一示例温度受控运输系统的透视侧视图；
15.图1b是图1a的第一示例温度受控运输系统的截面侧视图；
16.图2a是如本文中公开的第二示例温度受控运输系统的截面侧视图；
17.图2b是如本文中公开的第三示例温度受控运输系统的截面侧视图；
18.图3a是如本文中公开的第四示例温度受控运输系统的截面侧视图；
19.图3b是如本文中公开的第五示例温度受控运输系统的截面侧视图；
20.图4是如本文中公开的第六示例温度受控运输系统的截面侧视图；
21.图5是如本文中公开的第七示例温度受控运输系统的截面侧视图；
22.图6是如本文中公开的第八示例温度受控运输系统的截面侧视图；
23.图7是如本文中公开的第九示例温度受控运输系统的截面侧视图；
24.图8是与如本文中公开的温度受控运输系统一起使用的示例温度受控运输系统的示意图；
25.图9a是如本文中公开的第一示例温度受控运输存储包装的前视图；
26.图9b是图9a的第一示例温度受控运输包装的侧视图；
27.图10a是图9a和图9b的第一示例温度受控运输包装的截面前视图；
28.图10b是与图9a、图9b和图10a的第一示例温度受控运输包装一起使用的示例热分散装置的透视图；
29.图11是与如本文中公开的第一示例温度受控运输系统一起使用的图10a的第一示例温度受控运输系统的截面前视图；
30.图12是与如本文中公开的第二示例温度受控运输系统一起使用的图10a的第二示例温度受控运输系统的截面前视图；
31.图13a是与如本文中公开的第三示例温度受控运输系统一起使用的第三示例温度受控运输系统的截面前视图；
32.图13b是与图13a的第三示例温度受控运输系统一起使用的示例热分散装置的透视图；
33.图14是示例温度受控运输系统的透视图，该系统包括多个单独的温度受控运输包装，诸如图11、图12和图13a中所示的那些；
34.图15a是与如本文中公开的示例温度受控运输系统和设备一起使用的热泵、热能存储系统和热传输元件的第一示例布置的示意图；
35.图15b是与如本文中公开的示例温度受控运输系统和设备一起使用的热泵、热能存储系统和热传输元件的第二示例布置的示意图；
36.图16示意性地图示了示例热电(te)偶；
37.图17示意性地图示了针对示例分布式传输特性(dtp)te元件的作为在电流流动的方向上的距离的函数的塞贝克系数的示例量值；
38.图18是作为dt/th的函数的示例dtp te元件中的塞贝克系数、热导率和电阻率在电流流动的方向上的变化的图表；
39.图19是用于代表性的各种操作电流的示例cte和dtp te元件内的温度分布的图表；
40.图20是描绘对于不同操作电流来说作为沿着元件长度的位置的函数的示例cte和dtp te元件的中心点处的温度分布的图表；
41.图21是描绘对于代表性dt和zt(品质因数zt＝s2/(λρ))来说作为输入电流的函数的示例cte和dtp te偶冷却能力的图表；
42.图22是描绘在典型操作条件下对于示例cte和dtp te元件来说在cop和冷却能力之间的关系的图表；
43.图23是比较示例市售cte元件和用市售te材料设计的示例dtp te元件的设计性能
的图表；
44.图24是比较示例cte te元件的材料使用与在相同条件下操作的示例dtp te元件的材料使用的图表；
45.图25是比较使用相应材料的两个示例cte te元件与制造成示例dtp te元件的相同两种材料的性能的图表；
46.图26示意性地图示了用于dtp te偶的示例设计选项；
47.图27示意性地图示了针对呈叠堆构造的dtp te元件的示例设计选项；
48.图28示意性地图示了示例te元件级联设计；
49.图29是比较作为级联级的数目的函数的示例cte和dtp te元件性能的图表；以及
50.图30是在针对固定尺寸和不同热负载的输入功率和温差方面比较示例cte和dtp te元件的图表。
具体实施方式
51.如本文中公开的用于使用固态热泵运输和存储热敏材料和内容物的容器在本说明书中被称为温度受控运输系统。如本文中公开的温度受控运输系统利用固态热泵(例如，热电、热离子、电热或热磁设备)在运输和存储期间控制温度敏感材料或内容物的温度。如本文中公开的温度受控运输系统非常适合于材料或内容物的存储和运输，该材料或内容物包括且不限于疫苗、药物、生物制剂、诸如焊膏、环氧树脂等的温度敏感材料、有机易腐品、活生物体和在运输或存储期间受益于温度控制的其它材料。如本文中公开的温度受控运输系统在系统的操作能力范围内提供在具体温度下待存储的材料的加热或冷却温度控制。温度受控运输系统可被编程为在一个操作条件下控制到第一指定温度并且在其它指定的操作条件下切换到一个或多个其它温度。如本文中公开的温度受控运输系统包括温度控制系统，该系统可被编程为在宽的温度范围内操作。如本文中公开的温度受控运输系统包括一个或多个温度受控腔室，并且温度受控运输系统可配置成将这样的温度受控腔室的温度控制到用水、冰、干冰、液氮和当前用于便携式温度控制的其它材料系统不能获得的温度。此外，如本文中公开的温度受控运输系统可结合有多于一个的温度受控腔室，其中，该多于一个的温度受控腔室可同时被控制到不同的温度。还描述了利用具有分布式传输特性(dtp)的热电技术的温度受控运输系统。如本文中公开的温度受控运输系统可配置成在非常冷的条件下操作，而不需要利用干冰、液氮或其它热能存储材料。此外，温度受控运输系统可设计成对高于环境温度的温度进行高效控制。
52.如本文中公开的温度受控运输系统可用于现有的致冷器或冷冻机内，并提供在诸如-60℃或-70℃的温度下操作的冷腔室，该温度比致冷器或冷冻机内的温度低得多。此外，在致冷器和冷冻机中的如本文中公开的温度受控运输系统的使用提供了在致冷器或冷冻机故障、功率暂时中断或在温度受控运输系统从一个制冷系统运输到另一个制冷系统的时间期间保持期望的操作温度的能力。在上述情况和其它情况下，如果温度偏离设定温度超过指定量，则如本文中公开的温度受控运输系统可提供温度历史和警报输出。如本文中公开的温度受控运输系统可配置成使得位置、温度分布历史、可用的剩余操作时间和与状态和/或性能相关的其它期望的度量可无线地或通过其它方法传输。
53.如本文中公开的温度受控运输系统大体上包括外壳或壳体，该外壳或壳体具有一
个或多个温度受控腔室，所述温度受控腔室暴露在环境内并与环境热绝缘。温度受控腔室构造成适应在其中的温度敏感材料或内容物的放置、存储和运输。如本文中公开的温度受控运输系统可包括热泵技术，诸如常规的固态热电、电热、磁热或热离子设备或dtp热电技术。具有材料结构的dtp热电技术可提供比常规热电材料更大的温差，并且可在比常规热电材料更高的性能系数(cop)和更大的热泵容量下操作。结果，每单位时间使用更少的电功率，并且相关联的温度受控运输系统可在更长时间、更高或更低温度的某种组合下操作，或者具有更小的功率源。在一个示例中，如本文中公开的温度受控运输系统使用一个或多个热泵，例如固态热电设备，以向温度受控腔室提供冷却。热传输元件或热分散装置(heat spreader,有时也称为散热器、均热器)可插置在一个或多个热泵的冷却侧或表面与温度受控腔室的壁表面之间，以实现温度受控腔室的期望温度。如本文中公开的温度受控运输系统能够可选地包括设置在其中并定位成从一个或多个固态热泵接收热能的热能存储系统，诸如相变材料。热能存储系统可最小化保持温度受控腔室的期望控制温度所需的引导至热泵的电功率的量，从而降低能量消耗以使得温度受控运输系统能够提供持续时间延长的温度受控运输和存储。如本文中公开的温度受控运输系统可包括能量存储系统，例如呈电池等形式的能量存储系统，并且可包括电子控制器/能量管理系统(ems)和输入/输出(i/o)特征或系统，该输入/输出特征或系统可配置成控制到热泵的功率流以将温度受控腔室及其内容物保持在期望的控制温度，并且还可配置成接收诸如温度等的输入数据，并且还提供诸如温度历史、位置历史、系统性能数据等的输出信息。如本文中公开的温度受控运输系统配置成在便携式功率下和/或根据由外部电源提供的功率操作。如本文中公开的温度受控运输系统以优化通过为固态热泵供功率的电子控制器/ems长持续时间保持温度受控腔室温度的能力的方式配置。在一个示例中，固态热泵可以使得能够将温度受控腔室的温度控制在小于约-60℃或-70℃内的降低温度下的方式来配置和/或控制。
54.2020年1月31日提交的名称为“thermoelectric elements and devices with enhanced maximum temperature differences based on spatially varying distributed transport properties”的pct国际专利no.pct/us2020/016247以其全文以引用方式并入本文。2020年6月15日提交的名称为“increased heat pumping capacity and maximum power output from using dtp thermoelectrics”的美国临时专利申请no.63/039,107以其全文以引用方式并入本文。2021年7月26日提交的名称为“thermoelectric elements and devices with enhanced maximum temperature differences based on spatially varying distributed transport properties”的美国专利申请no.17/385,241以其全文以引用方式并入本文。
55.如本文中使用的下列术语定义如下：
56.电能存储系统——包括且不限于电池、燃料电池、超级电容器和任何其它合适的电能存储部件或源，其提供可传输和便携的电功率。
57.热传输元件或构件——包括且不限于在诸如热泵与热能存储系统、第一热泵与第二热泵、热能存储系统与热分散装置的部分之间提供良好热连接的材料系统。它们也可为在温度受控部分之间提供低热阻耦合的任何其它材料或材料系统。它们是具有高热导率的材料系统，诸如铝、铜、石墨、扁平热管、热虹吸管、蒸气室、热油脂、热凝胶、热垫圈、热垫和任何其它良好的热传输介质。
58.热分散装置——包括且不限于高热导率材料，诸如铝、铜、石墨、热管、热虹吸管、蒸气室和/或任何其它合适的高热导率热传输介质或系统。热分散装置主要用于更广泛地和均匀地分布来自热源或散热器的热。热源或散热器可为热泵或热能存储系统。热分散装置是用于温度受控腔室的温度调节的导管。热分散装置还可分布热功率，以用于更有效的排热。
59.电子控制器和i/o系统——包括且不限于用于提供到其它位置的连接、跟踪信息、车载系统的状态(包括温度历史、位置、存储的热能的准备状态、电功率系统可用容量)以及对存储系统操作、通信、准备状态和控制有用的其它输出功能的控制器和系统。该系统还可设计成接受所有形式的信息，包括条形码和磁条扫描、无线通信、手动输入和来自任何其它通信工具的输入。此外，该系统可设计成执行控制功能，包括响应于外部环境变化、接收到的指令、需要温度变化的存储材料的移除和添加以及设计到系统中的任何其它控制功能。电子控制器可确定热泵接收多少功率以及系统中的一个或多个热泵是否接收功率。电子控制器还可改变提供到热泵的电流的方向，以反转热泵送的方向(即从冷却到加热或者从加热到冷却)。电子控制器可对电能存储系统进行再充电，同时还向一个或多个热泵提供功率。电子控制器从电能存储系统或电连接器接收功率。
60.绝缘——包括且不限于气凝胶、真空、绝缘纤维材料、泡沫绝缘、高反射率薄膜或任何其它合适的高效热绝缘材料或其材料系统组合。
61.温度受控包装——包括且不限于环保封壳，其适用于保护和/或包含温度敏感材料/内容物，诸如疫苗、复杂有机化合物、冷冻标本、活生物体或任何其它温度敏感材料或内容物。温度受控包装可根据设计为可重复使用的或一次性的。
62.热能存储系统——包括且不限于在期望温度或在一个或多个期望温度范围内具有高变换热或相变热的任何材料系统。示例包括：具有从第一相到第二相的高变换热(包括在固相和液相之间或在液相和气相之间的变化)的相变介质；诸如冰的存储介质，其在0℃时转化为水；水和水/盐溶液(或改变水或另一种液体的冻结点的任何其它可溶性化合物)；蜡，其大体上在0℃以上的温度下改变相。干冰是热能存储的另一个示例，其中相变是从固体直接到气体。
63.热泵——包括且不限于固态系统和设备，所述系统和设备在没有任何移动部分(诸如压缩机或两相制冷剂)的情况下将热量从设备的一个部分(例如侧部)移动、泵送或传输到另一部分。热泵送可使得设备的热量被移除的一侧可低于环境温度。对于热电(te)设备，如果电流的方向或电源的极性反转，则热量可在与初始方向相反的方向上移动(即，从冷却改变为加热)。热泵可用于控制在运输和存储期间的温度。热泵技术可为常规的te、热离子或电热设备，并且特别地，它们可使用分布式传输特性(dtp)te技术和材料来构建。
64.图1a图示了如本文中公开的第一示例温度受控运输系统100。温度受控运输系统100包括壳体102，该壳体102可为具有期望程度的刚性、强度和耐久性的成形材料，诸如金属或塑料等。在一个示例中，壳体由abs塑料、聚碳酸酯塑料或可用于制造可运输壳体的任何其它合适材料形成。在一个示例中，壳体102构造成容纳下面将公开的元件、设备和系统。在该示例中，壳体图示为具有大体上矩形的形状，但是应当理解，壳体可成形或构造成不同于图示的那样，并且这样不同的形状或构造在本说明书的范围内。在一个示例中，壳体102可构造成包括封闭的外部侧表面104，以及可移动地附接到壳体并定位在顶表面108上的顶
盖或盖子106。在一个示例中，顶盖106可通过沿着公共边缘定位的铰链110等附接到壳体，以允许顶盖106远离和朝向壳体顶表面108移动，目的是获得和限制到壳体102内的通路。呈闩锁等形式的附接机构112可用于将顶盖106相对于壳体102固连在关闭位置的目的，以及用于将温度受控运输系统100的内容物固连在壳体102内部的目的。在一个示例中，顶盖106可由具有期望程度的结构刚性的材料形成，并且还可构造成包含热绝缘，以帮助保持温度受控运输系统100内的温度控制。在一个示例中，壳体102可包括可选的输入/输出(i/o)特征114，其可构造成能够实现用户输入和向用户的状态输出以用于温度控制或诸如下面讨论的其它信息。壳体包括电连接器116，该电连接器116构造成提供外部电能源的接入，以使得温度受控运输系统100能够接收电功率。壳体102可包括附接到壳体表面的可选标签或其它类型的标记118，该标记118可包括与温度受控运输系统100、操作条件和/或其内容物相关的信息，诸如温度设定点、温度受控运输系统100内的内容物的类型、温度受控运输系统型号或对于技术设备来说可能典型的其它信息。壳体可包括附接到诸如底表面的壳体表面的支座120，以用于将壳体装设或安装到支撑表面的目的。
65.图1b图示了第一示例温度受控运输系统100，示出了温度受控运输系统100的各种元件、设备和系统，所述元件、设备和系统可用于在其中运输和存储温度敏感材料。温度受控运输系统100包括温度受控腔室130，该温度受控腔室130构造成具有用于适应热敏感或温度敏感的内容物的运输和存储的期望容积。在一个示例中，温度受控腔室130由热绝缘132围绕。在一个示例中，绝缘132可以第一绝缘构件133和第二绝缘构件134的形式提供，第一绝缘构件133围绕内腔室130的底表面和侧表面，第二绝缘构件134沿着内腔室130的顶部部分定位，并且可与壳体顶盖106附接或以其它方式与壳体顶盖106相关联，壳体顶盖106可通过铰链110和闩锁112与壳体可移动地附接。以这种方式构造，第二绝缘构件134与第一绝缘构件133分离，从而能够通过打开壳体顶盖106进入温度受控腔室130。温度受控运输系统100包括固态热泵136，该固态热泵136构造成提供热功率以控制温度受控腔室130中的温度。热泵136的排热侧(即外部)与邻近温度受控腔室的热能存储系统140处于良好的热接触，并且热分散装置138与热泵136的控制表面(即内表面)接触并且插置在热泵136和温度受控腔室130之间。热分散装置138构造成将热功率从热泵136传输到温度受控腔室130，以在温度受控腔室130内产生期望的均匀温度。在一个示例中，热分散装置138尺寸设计成具有比与其良好热接触的热泵控制表面的表面积更大的表面积，并且沿着温度受控腔室130的壁表面延伸。在一个示例中，热泵136的排热侧可沿着与热分散装置138相对的表面与可选的热能存储系统140处于良好的热接触。在一个示例中，热能存储系统140可包括相变材料，该相变材料在期望温度下具有从一个相到第二相(作为示例，在固相和液相之间或在液相和气相之间)的高变换热。作为示例，热能存储系统140可为在0℃下转化为水的冰、水和盐溶液(或改变冻结点的任何其它可溶性化合物)，其具有除0℃之外的相变温度。在一些情况下，可能希望具有作为热能存储系统140的氯化钠和水的混合物以及在0℃和-20℃之间的相变温度。类似地，蜡可用于高于0℃的相变温度。更一般地，热能存储系统140可为在期望温度下或在一个或多个期望温度范围上具有高变换热的任何材料系统。在一个示例中，热能存储系统140设置在绝缘133的空腔141中。热能存储系统140可通过压缩构件142的作用与热泵136以良好的热接触固连，该压缩构件142定位在热能存储系统140的与热泵136相对的表面附近，并且构造成朝向热泵136将压力传递到热能存储系统140上，以确保它们之
间的良好热接触。在一个示例中，温度受控运输系统100可包括可选的进入端口144，其沿着邻近热能存储系统140的表面的一侧定位。进入端口144构造成使得能够进入热能存储系统140。以这种方式构造，当热能存储系统140的热容量耗尽时，可用新的热能存储系统140或具有不同容量或相变温度的热能存储系统140来替换热能存储系统140。绝缘门146设置在进入端口144中，并且可通过可选的枢轴或铰链机构148和闩锁机构150可移动地附接在端口内。以这种方式构造，当在进入端口144中被置于关闭状态时，绝缘门146接触压缩构件142，以固连热能存储介质140的期望放置位置并确保与热泵136的期望热接触。温度受控运输系统100可包括可选的密封件152，其构造成例如在第一绝缘构件133和第二绝缘构件134之间提供低热损失的可移动界面，以用于温度控制。温度受控运输系统100包括电能存储系统154，该电能存储系统154配置成提供电功率以操作热泵136。在一个示例中，电能存储系统154可配置成通过使用一个或多个电导管(未示出)从诸如电池的远程功率源和/或从外部功率源向热泵136提供电功率。温度受控运输系统100可选地可包括电子控制器/能量管理系统(ems)156，其配置成控制电能存储系统154，可选地从i/o特征114接收用户输入，并且可选地将温度受控运输系统100信息提供到可选的i/o特征，例如以用于显示。温度受控运输系统100可包括可选的温度传感器158，该温度传感器158包括定位在温度受控腔室130内的元件，并且配置成感测温度受控腔室130中的温度并将温度信息提供到可选的电子控制器/ems 156。电连接器116构造为功率入口，以向温度受控运输系统100提供对外部电功率的接入，从而为热泵136供功率和/或为电能存储系统154充电。在一个示例中，i/o特征114配置成具有使得用户能够接收操作信息并与温度受控运输系统100通信和控制温度受控运输系统100的操作的机构。在一个示例中，电子控制器/ems 156可配置成由显示器和/或由到外部设备(未示出)的无线通信通过i/o特征114提供存储的温度信息(如由温度传感器158测量的)数据与时间的关系、电能存储系统154的准备状态、剩余的能量存储时间和其它信息。在一个示例中，电子控制器/ems 156可配置成存储可能能够由用户通过i/o特征114编程的温度设定点和分布。可选的条形码或其它信息提供特征(未示出)可实现提供期望的温度设定点和分布，并且也可为i/o特征114的一部分。
66.图2a图示了如本文中公开的第二示例温度受控运输系统200，其包括形成温度受控运输系统200的外侧表面、顶表面和底表面的壳体或外壳202。热绝缘204放置成与壳体202的内表面接触，并且被插置在壳体202和一个或多个热分散装置206之间。热绝缘204定位成使一个或多个热分散装置206绝缘以免热损失到外部环境。在一个示例中，热分散装置206构造和定位成分布或分散从热泵210产生的排出的废热功率。在一个示例中，热分散装置206可由高热导率材料制成。在一个示例中，热分散装置206与一个或多个热泵210的废热功率排出侧/表面处于良好的热接触。在一个示例中，热分散装置206构造成具有大于与热分散装置206热接触的热泵210表面的表面积的表面积。在一个示例中，热分散装置206可构造成沿着表面积的大部分延伸。温度受控运输系统200包括温度受控腔室212，该温度受控腔室212构造成适应在其中的温度敏感内容物的运输和存储。在一个示例中，温度受控腔室212包括相对的侧部、顶部和底部温度受控外壁214，该外壁214定比例和定位成向温度受控腔室212提供均匀的温度。在一个示例中，内腔室温度受控外壁214沿着温度受控腔室212的相应壁的整体延伸。在一个示例中，内腔室温度受控外壁214可由高热导率材料制成。壳体202构造成具有顶盖或盖子(未示出)，以用于进入如上述示例中描述的温度受控腔室212。
温度受控运输系统200包括一个或多个热泵210，所述热泵210插置或定位在热分散装置206和内腔室温度受控外壁214之间。在一个示例中，温度受控运输系统200包括两个热泵210，一个位于温度受控腔室212的一侧上，并且一个位于温度受控腔室212的另一侧上。每个热泵210具有与相应的热分散装置206处于良好的热接触的第一表面(例如，废热功率产生表面)，并且具有与相应的内腔室温度受控外壁214处于良好的热接触的第二相对表面(温度控制表面)。热绝缘204设置在形成在热分散装置206的相对表面和未被热泵210占据的内腔室热控制外壁214之间的空腔内。温度受控腔室212通过热泵210的操作控制到期望的温度t
int 217，以有利于运输和存储设置在温度受控腔室212内部的温度敏感内容物或材料218，诸如疫苗、复杂有机材料、冷冻标本、活生物体或任何其它类型的温度敏感材料或内容物。
67.在一个示例中，热泵210通过电连接器222从电能存储系统220或外部功率源(未示出)接收电功率。在一个示例中，电能存储系统220是高功率密度电能源，诸如锂电池等。温度受控运输系统200可具有电子控制器/ems 224，其配置成执行若干功能，其包括控制从电能存储系统220到热泵210的功率，从而在外部环境条件的范围内保持期望的控制温度t
int 217。在一个示例中，电连接器222可用来在如下文进一步描述的某些操作条件下向温度受控运输系统200提供外部电功率。可选地，电子控制器/ems 224可配置成具有控制热泵210中的一个或多个以在指定条件下改变温度受控腔室212的温度t
int 217的能力。在一个示例中，电子控制器/ems 224可控制热泵210的操作，以将温度受控腔室212的全部或部分的内容物218保持到指定的温度。在另一个示例中，在运输或存储的时段期间将内容物218保持在指定温度之后，电子控制器/ems 224可改变热泵210的性能，以在使用或移除内容物218之前使内容物218达到第二期望温度。
68.图2b图示了如本文中公开的第三示例温度受控运输系统250，其有点类似于上述图2a的第二温度受控运输系统200。与图2a的示例不同，该示例温度受控运输系统250包括设置在其中的热能存储系统252。热能存储系统252可由图1a和图1b的描述中的相同类型的材料制成。热能存储系统252设置在形成在热传输元件276和热绝缘256之间的空腔内，并且热绝缘256定位成邻近壳体或外壳258的内表面。热能存储系统252与热传输元件276处于良好的热接触。与图2a的示例一样，温度受控运输系统250包括两个热传输元件276，两个热传输元件276各自与相应的热泵260的排热侧或表面处于良好的热接触，并且定位成将来自热泵260的排出的热功率通过热绝缘256分散且分散到壳体或外壳258。温度受控运输系统250包括温度受控腔室262，该温度受控腔室262构造成容纳在其中的温度敏感材料或内容物260。在一个示例中，温度受控腔室262包括一个或多个温度受控外壁264，所述一个或多个温度受控外壁264是良好的热导体，并且尺寸设计和定位成在温度受控腔室262内提供均匀的温度。温度受控腔室262由热泵260控制到期望的温度t
int 268。在一个示例中，内腔室温度受控外壁264位于温度受控腔室262周围，并且热泵260设置在形成在每个内腔室温度受控外壁264和对置的热传输元件276之间的相应空腔内。除了由热泵260占据的空间之外，空腔填充有热绝缘256。在一个示例中，温度受控腔室262可保持在受控温度t
int 268，以用于运输和存储诸如疫苗、复杂有机材料、冷冻标本、活生物体或任何其它温度敏感材料或内容物的温度敏感材料260。
69.与图2的示例温度受控运输系统一样，热泵260通过电连接器272从电能存储系统270或外部功率源(未示出)接收电功率，其中电能存储系统270可与上述相同。电子控制器/
ems 274可以上述相同的方式起作用和操作。包括热能存储系统252的温度受控运输系统250的特征在于，与图2a的温度受控运输系统200相比，它可操作以在延长的持续时间内或以更低的所需电功率消耗来保持温度受控腔室262的期望温度t
int 268。
70.图3a图示了如本文中公开的第四示例温度受控运输系统300，其有点类似于图2a的温度受控运输系统200。然而，该示例温度受控运输系统300构造成包括一个或多个第一级热泵302，所述第一级热泵302与一个或多个相应的散热器组件310处于良好的热接触。在一个示例中，一个或多个散热器组件310由诸如铝、铜等的导热材料形成，并且构造成具有期望的表面积以将热功率从一个或多个第一级热泵302传递到外部环境。如所图示，第一级热泵302以堆叠或级联布置与一个或多个第二级热泵308处于良好的热接触。在一个示例中，散热器组件310可构造成围绕系统或选择性地定位以最大化从第一级热泵302的热移除。堆叠的第一级热泵302和第二级热泵308中的每一个都设置在相应的空腔内，该空腔形成在相应的散热器组件310和温度受控腔室314的对置的温度受控外壁312之间。热绝缘316设置在每个空腔内，以减少每个温度受控外壁312和相应的散热器组件310之间的热传输。可选地，在散热器组件310不存在的热传导路径处，热绝缘318可定位成减少电能存储系统320和对置的温度受控外腔室壁312之间的热流。温度受控外腔室壁312与第二级热泵308处于良好的热接触。温度受控外壁312大体上围绕温度受控腔室314。温度受控腔室314由热泵308控制在期望的温度t
int 322。温度受控腔室314构造成容纳温度敏感材料或内容物324以用于运输和存储。与上述的示例温度受控运输系统一样，温度受控运输系统300构造成具有顶盖或开口(未示出)，以用于进入温度受控腔室314的目的。
71.第一级热泵302和第二级热泵308通过电连接器326从电能存储系统320或从外部功率供应装置接收电功率，如上面针对其它示例所述。示例温度受控运输系统300包括电子控制器/ems 328，其配置成执行若干功能，所述功能可包括从电能存储系统320到第一级热泵302和/或第二级热泵308的电功率的控制。典型地，第一级热泵302具有与第二级热泵308类似的设计，但是典型地具有更大的热泵送能力以提供足够的热泵送来在第一级热泵302和第二级热泵308之间的界面处产生温度，从而优化整体热泵送效率和/或最大化外部环境和t
int 322之间的温差。第一级热泵302不仅必须能够排出它们产生的废热功率，而且必须能够排出来自第二级热泵308的废热功率。这样的性能和设计考虑对于那些熟悉级联热泵设计的人来说是众所周知的。
72.图3b图示了如本文中公开的第五示例温度受控运输系统350，其有点类似于上文所述和图3a中图示的示例。与图3a的示例温度受控运输系统不同，除了第一级热泵354和第二级热泵356之外，该示例温度受控运输系统还利用热能存储系统352来在更长的时间段内或以更低的所需存储电功率消耗增加温度控制能力，其中热能存储系统352和热泵354和356布置成补充与热能存储系统352交换的全部或部分热能。在一个示例中，温度受控运输系统350包括一个或多个第一级热泵354，所述第一级热泵354与向外延伸到外部环境中的一个或多个相应的散热器组件358处于良好的热接触。散热器组件358构造成将热功率从第一级热泵354传递到外部环境。一个或多个第一级热泵354的控制温度侧与一个或多个热传输元件364处于良好的热接触。与第一级热泵354的对置表面接触的散热器组件358和热传输元件364由高热导率热分散材料制成。散热器组件358可围绕系统或选择性地定位以最大化从第一级热泵354的热功率移除。热绝缘366设置在散热器组件358和热传输元件364之间
形成的空腔内，以减少它们之间的热传输。散热器组件358和热传输元件364之间的热泄漏的量可通过大体上增加相邻散热器组件358和热传输元件364之间的距离以及在其它设计考虑允许的情况下增加更多或性能更好的绝缘366来减少。提供热绝缘378以减少热传输元件374和温度受控腔室372的热控外腔室壁370之间的热流。
73.有利地，热能存储系统352包括如上文所公开的相变材料，并且设置在形成在热传输元件364和对置的热传输元件374之间的空腔中。在一个示例中，热能存储系统352与热传输元件364和374中的每一个处于良好的热接触，并且热传输元件364和374定位成在热能存储系统352的一部分的内部上保持均匀的温度。每个热传输元件374与相应的第二级热泵356的排热侧或表面处于良好的热接触。以这种方式构造，热能存储系统352经由热传输元件374从第二级热泵356接收废热功率，并且经由热传输元件364从第一级热泵354接收热功率。一个或多个温度控制外腔室壁370与相应的第二级热泵356的温度控制侧或表面处于良好的热接触，并且构造和定位成向温度受控腔室372提供均匀的期望控制温度t
int 376。热绝缘378设置在形成在温度控制外腔室壁370和对置的热传输元件374之间的空腔内，以最小化它们之间的热能传递的量。温度受控运输系统350包括电能存储系统380、电连接器382，并且可包含电子控制器/ems 315，该电子控制器/ems 315以类似于上文针对图3a中图示的示例温度受控运输系统公开的方式配置和起作用。第一级热泵354和第二级热泵356的操作类似于上文针对图3a所描述的操作。
74.图4图示了如本文中公开的第六示例温度受控运输系统400，其有点类似于上文公开的图3b的示例温度受控运输系统350，包括类似的元件和构件。在该示例中，温度受控运输系统400构造成允许热能存储系统402被移除和替换，例如，用类似形状的热能存储系统402替换。替换允许一个热能存储系统402用备选的热能存储系统402来替换的交换。作为示例，包括具有一个转变温度的第一相变材料的热能存储系统402可用包括具有不同转变温度的第二相变材料的热能存储系统402替换。备选地，具有减少、退化或耗尽的热存储容量的热能存储系统402可换成充满或新的热能存储系统402。在一个示例中，温度受控运输系统400可构造成包括附接到散热器组件408和热泵412的闩锁机构404和铰链机构406，以移除废热功率。热界面垫圈416在热泵412和散热器组件408之间提供高热导率路径。在一个示例中，在散热器组件408处于打开位置的情况下，第一热能存储系统402可从温度受控运输系统400移除并用第二热能存储系统402替换。在这样的移除和替换之后，散热器组件408可移回到关闭位置，并且闩锁机构404重新接合，以恢复热泵412、热界面垫圈416和散热器组件408之间的高热传导路径。这只是如本文中公开的示例温度受控运输系统400如何可构造成允许容易地移除和替换热能存储系统402的一个示例，并且应当理解，提供相同目的的这样的温度受控运输系统的其它构造意图在如本文中公开的温度受控运输系统的范围内。
75.图5图示了如本文中公开的第七示例温度受控运输系统500，其构造成包括多个单独的温度受控腔室504，所述温度受控腔室504各自构造成适应相应的温度敏感材料或内容物506的温度受控运输和存储。在一个示例中，温度受控运输系统500包括如在其它示例中公开的壳体或外壳502，并且构造成包括多个单独的温度受控腔室504，所述温度受控腔室504沿着壳体502的中心区域定位，并且各自构造成容纳相应的单独的温度敏感材料或内容物506。在一个示例中，热能存储系统508设置在空腔中，该空腔从沿着壳体502的内表面(例如，顶表面、侧表面(未示出)和底表面)定位的热绝缘510向内延伸到沿着每个单独的温度
受控腔室504的对置端部和侧部(未示出)定位的热绝缘512。每个温度受控腔室504构造成包括两个热泵514，两个热泵514与温度受控腔室504的对置的温度控制外腔室壁516处于良好的热接触，以从其接收控制热功率。热传输元件518与每个相应的热泵514处于良好的热接触，以从其接收废热功率，使得每个热泵514插置在内腔室温度控制外腔室壁516和相应的热传输元件518之间。热传输元件518通过热绝缘512彼此热绝缘，并且包括与热能存储介质508良好地热接触的对置的端部部分520。以这种方式构造，每个温度受控腔室504通过热泵514、热传输元件518和热绝缘512彼此相邻并分离。在一个示例中，温度受控运输系统500还可包括定位在每个温度受控腔室504的每个端部处或周围的热能存储系统509，并且还可包括设置在每个端部热传输元件518和定位在壳体502的对置侧端部处的热绝缘510之间的热能存储系统511。热泵514的温度控制部分与温度控制外腔室壁516处于良好的热接触，所述温度控制外腔室壁516将热功率移到或移出温度受控腔室504。温度受控运输系统500包括电能存储系统522、电子控制器/ems 524和电连接器526，该电连接器526使得能够根据需要将电功率从外部功率源(未示出)供应到热泵514和温度受控运输系统500的其它部分。在一个示例中，温度受控运输系统500的温度受控腔室504至少部分地彼此热隔离，使得各自可具有一定程度的独立热控制。作为示例，通过独立的热控制，第一温度受控腔室504可被控制到与第二温度受控腔室504不同的温度，并且第二温度受控腔室504中的材料或内容物506可在移除之前被加热或冷却到第二温度，而可邻近第二温度受控腔室504的第一温度受控腔室504中的材料或内容物506可保持在恒定的温度。这些独立的温度各自可高于、等于或低于环境温度。虽然已经公开并图示了包括能够进行单独温度控制的单独温度受控腔室504的示例温度受控运输系统500，但是应当理解，可存在用于实现相同或类似目的的构造的变型，并且这样的构造的变型意图在如本文中公开的温度受控运输系统的范围内。
76.图6图示了如本文中公开的第七示例温度受控运输系统600，其具有与上文公开的图5的温度受控运输系统500类似的一般特征，例如，包括多个单独的温度受控腔室602、热泵604、热绝缘606和608的可移除部段、可位于温度受控腔室602的端部上或围绕温度受控腔室602的可移除的热能存储系统610、以及设置在单独的温度受控腔室602中的可移除的温度敏感材料或内容物614。在一个示例中，温度受控运输系统600包括热绝缘606的可移除部段，其定位在每个温度受控腔室602的上方或下方，以有利于移除/替换可移除的温度敏感材料或内容物614。在一个示例中，温度受控运输系统600包括热绝缘608的可移除部段，其定位成远离温度受控腔室602并邻近设置在热绝缘608的部段下方的热能存储系统612，从而有利于移除/替换热能存储系统612。在一个示例中，一旦期望的热能存储系统612的部段已经被移除和替换，被移除以进入热能存储系统612的热绝缘608的相关联部段被重新安装到其原始功能位置。在一个示例中，为了温度受控运输系统600的有效操作，替换热能存储系统612优选地构造成以提供与相关联的热泵604的良好热接触的方式装配。在一个示例中，温度受控运输系统600可包括设置在相邻温度受控腔室602之间的多于一个的热能存储系统612，所述热能存储系统612可用于提供在相邻温度受控腔室602之间保持受控温度条件中的期望差异的改善能力，例如，在温度显著不同的情况下，或者当一个温度受控腔室602中的温度敏感材料或内容物614可能需要相邻温度受控腔室602中的温度敏感材料或内容物614不需要的温度变化时。在一个示例中，温度受控腔室602的温度控制可由i/o特征和能量存储系统616指导，其中i/o特征616可包括电能存储系统616，并且其中外部电功率可
通过电连接器618供应以为热泵604供功率。在一个示例中，温度受控运输系统600可被操作以在移除温度受控腔室602中的温度敏感材料或内容物614之前改变其温度。在一个示例中，温度变化过程可开始于识别包含要被移除的温度敏感材料或内容物614的具体温度受控腔室602，并在移除之前将指定的样品温度传送到i/o特征616，从i/o特征616接收定时信息，并且当期望的温度变化完成时从i/o特征616接收消息。温度受控运输系统600可构造成包括附加的热绝缘606和/或608和/或附加的热能存储系统612，以帮助减轻其它内腔室中的温度敏感材料或内容物614由于上述移除过程而经历的温度变化。在一个示例中，相同的设计概念应用于将第一温度敏感材料或内容物614样品移除和替换成相同的温度受控腔室602中的第二温度敏感材料或内容物614。第一温度敏感材料或内容物614可具有一个温度，并且第二温度敏感材料或内容物614可具有不同的温度。在第二温度在温度受控腔室602的设计极限内的程度上，在将存储温度信息输入到i/o特征616时，第二温度敏感材料或内容物614可被插入到温度受控腔室602中并被温度控制到期望的温度。
77.图7图示了用于存储和运输温度敏感材料或内容物的如本文中公开的第九示例温度受控运输系统700。温度受控运输系统700包括沿着系统的外部区域延伸的热绝缘壳体或本体702，以及设置在壳体内并占据系统的内部区域的温度受控腔室704。在一个示例中，热绝缘顶盖706设置在壳体702中的开口上方，例如沿着壳体702的顶表面，并且可通过铰链机构708附接到壳体，以允许顶盖706相对于壳体702的打开和关闭。当顶盖706处于关闭位置时，闩锁机构710可用于保持顶盖706相对于壳体702的放置，从而密封温度受控腔室704。在一个示例中，热分散装置712设置在壳体702的内表面和内腔室704之间。在一个示例中，热分散装置712构造成热分布器，并且可沿着壳体702的内部的侧表面和底表面延伸，以将热量传输到温度受控腔室704。一个或多个第一热泵714设置在壳体702的空腔内，并且在一个示例中，可沿着壳体702的底部部分定位在内腔室704下方。热分散装置712与热泵714的控制侧或表面处于良好的热接触，以用于温度受控腔室704的温度控制。在一个示例中，热界面材料716插置在热泵714的与热泵的控制侧相对的排热侧或表面与热管718之间。在一个示例中，热管718设置在壳体702的一区域内，该区域在热泵714下方延伸并沿着壳体702的侧壁向上延伸穿过壳体702的热绝缘。在一个示例中，一个或多个第二热泵720沿着壳体702的侧壁定位在热绝缘的空腔中，并且具有与热管718良好地热接触的控制侧或表面。在一个示例中，例如由导热金属材料等形成的散热器组件722沿着壳体702的侧部分并在其外部设置，并且与一个或多个第二热泵720的废热功率侧或表面处于良好的热接触。如果需要，热界面材料724可插置在散热器组件722和第二热泵720之间，以确保它们之间的期望程度的良好热接触。在一个示例中，温度受控运输系统700包括如上述示例中所公开的热能存储系统726，该热能存储系统726设置在第一热泵714下方的壳体内的空腔中，并且与热管718处于良好的热接触。在一个示例中，温度受控运输系统700包括电能存储系统728、电子控制器/ems和i/o 730、沿着壳体702的底部部分定位的电连接器732以及沿着壳体702的底表面定位的安装元件或支座734。在一个示例中，温度受控运输系统700的大体结构类似于上文所述和在图1a和图1b中图示的示例。温度受控运输系统700设计成具有适于在多个环境中操作的有利特征，对于所述多个环境，热管718、热能存储系统726和电能存储系统728的组合相互作用以提供不间断的温度控制能力、长操作时间和优化的操作效率。
78.在第一操作模式中，温度受控运输系统700包含要在外部电功率可用的环境中控
制温度的热敏材料或内容物(未示出)，并且通过电连接器732提供电功率，以将温度受控腔室704保持在期望的温度，将热能存储系统726保持在全热容量，并且将电能存储系统728保持在全电容量。在该操作模式中，第一一个或多个热泵714控制温度受控腔室704中的温度，并且将废热从它们的排热侧输送到热管718。废热通过热管718对流到第二一个或多个热泵720的控制侧，并且该废热通过散热器组件722从系统中排出。热能存储系统726与从第一一个或多个热泵714中的热功率移除并行地由第二一个或多个热泵720的控制侧通过热管718将任何附加的废热功率泵走到散热器组件722而保持在全热容量。如果到温度受控运输系统700的外部电功率中断，则热能存储系统726将与电能存储系统728结合以向第一一个或多个热泵714提供温度控制能力，并且由此不中断温度受控腔室704的温度控制。在其中温度受控腔室704中的温度的期望控制低于外部环境并且热能存储系统726是相变换温度在期望的温度受控腔室704温度和环境之间的相变材料的示例中，热管718的取向和竖直长度可设计成防止从环境向后通过散热器组件722、第二一个或多个热泵720和热管718的显著热传输。第一热泵714和第二热泵720之间的竖直高度、温度和流体填充高度以及热管718材料的芯吸特性是影响设计的有效性的参数。用于设计这种性能的技术是热管的专业设计者已知的。在该操作状态下，在失去用于操作第二一个或多个热泵720的至温度受控运输系统700的外部电功率的情况下，热管718可设计成起作用/操作以将第二一个或多个热泵720与第一一个或多个热泵714隔离，而无需任何添加的机械阀或其它移动部分。因此，热管718可设计成消除温度受控运输系统700中不期望的热泄漏路径。在外部电功率恢复时，温度受控运输系统700自动地返回到其正常操作模式。
79.在第二操作模式中，温度受控运输系统700设置在致冷器或冷箱(未示出)中，并且通过电连接器732提供外部电功率。如果致冷器或冷箱温度低于温度受控腔室704中的目标控制温度，则热管718操作以大大地减少从致冷器或冷箱到温度受控腔室704的热传输，并且由此防止通过第二一个或多个热泵720的热泄漏(不期望的冷却)。
80.在第三操作模式中，温度受控运输系统700在其中外部电功率不可用且外部温度高于温度受控腔室704中的目标控制温度的条件下运输，电功率由电能存储系统728供应到一个或多个第一热泵714。热能存储系统726从一个或多个第一热泵714吸收废热。根据电能存储系统728的荷电状态和热能存储系统726的温度，电功率可供应到或者可不供应到第二一个或多个热泵720。作为示例，如果热能存储系统726已经耗尽其热能存储容量，温度受控腔室704中的温度已经开始上升，并且在电能存储系统728中仍然存在电荷，那么在这种情况下，电子控制器/ems和i/o 730可设计成使得电功率可提供到第一热泵714，或者电功率可提供到第一热泵714和第二热泵720，直到电能存储系统726耗尽。大体上，与取消热能存储系统726和增加电能存储系统728的尺寸相比，存储的热能和电能的组合源产生最具成本效益和能量效率的操作。
81.图8图示了示例温度控制系统800的示意性布局，该示例温度控制系统800包括用于如本文中公开的温度受控运输系统的功能控制器、感测系统、电功率源和i/o，包括图1至图7和图11至图14中描绘的那些。为了参考和解释的目的，图8是用于如本文中公开的温度受控运输系统的示例温度控制系统800，该温度受控运输系统包括通过热绝缘806彼此分离的两个温度受控腔室802和804。热泵808配置和定位成提供热功率以控制和保持温度受控腔室802的温度，并且热泵810配置和定位成提供热功率以控制和保持温度受控腔室804的
温度。热泵808与热能存储系统812处于良好的热接触，并且热泵810与热能存储系统814处于良好的热接触。热能存储系统812和814彼此热绝缘。热泵808和810可各自由多于一个的热泵模块制成，并且构成热泵808的热泵部件的数量可不同于用于热泵810的热泵部件的数量。温度传感器816配置和定位成监测温度受控腔室802的温度，并且温度传感器818配置和定位成监测温度受控腔室804的温度。i/o特征或系统820从温度传感器816和818接收信息，并且温度传感器816和818、热泵808和810通过电导管822与i/o系统820电通信。
82.在示例温度控制系统800中，i/o系统820配置成作为功率控制器、输入/输出系统和能量管理系统(ems)两者起作用。i/o系统820从一个或多个电能存储系统824和/或从外部功率源826(诸如从常规的墙壁插座(未示出)提供的外部功率源)接收电功率。i/o系统820配置成调节电功率以使热泵808和810在温度受控腔室802和804中的每一个中操作(例如，单独地操作)到某个期望的控制温度，例如，该期望的控制温度可能已经由用户输入到如上所述的i/o系统820。i/o系统820可配置成为电能存储系统824提供荷电状态和安全监测。i/o系统820可配置成具有其它能力，例如，诸如从外部源接收信息，和/或提供或导出关于温度受控腔室802和804的当前温度受控腔室温度、位置和温度历史的信息。i/o系统820可具有输出功能，该输出功能配置成提供其它类型的信息，该信息可包括且不限于荷电状态、剩余容量、热泵的电流消耗和电压、估计的剩余操作时间、与上述子系统和部件的性能状态相关的故障、跟踪位置信息、温度历史和定期状态报告、以及可被收集、处理、存储、检索、传输的任何其它能量管理i/o以及熟悉控制、感测、通信和监测系统的人已知的任何其它相关功能。i/o系统820可配置成经由无线传输远程地提供这样的信息，可配置成经由有线连接提供这样的信息，和/或可配置成通过使用安装或以其它方式连接到i/o系统820的显示器、声学传输等在本地提供这样的信息。
83.图9a图示了如本文中公开的温度受控包装900的前视图，其构造成具有用于包含温度敏感材料或内容物(未示出)的温度受控腔室(未示出)，该温度敏感材料或内容物包括且不限于疫苗、复杂有机材料、冷冻标本、活生物体等。在一个示例中，温度受控包装900可具有重量轻的构造和/或为尺寸紧凑的。在一个示例中，温度受控包装900配置成利用在温度受控包装900外部的一个或多个热管理系统来向温度受控包装900的温度受控腔室和温度受控腔室内的内容物提供期望的受控温度。在一个示例中，温度受控包装900和外部热管理系统(未示出)可配置成对设置在温度受控包装900中的少量剂量的疫苗或任何其它温度敏感材料提供温度控制。在一个示例中，温度受控包装900包括要控制温度的温度敏感材料或内容物、用于保持环境以将材料保持在受控温度的热绝缘、用于保护材料的封壳以及可选地用于识别、存储温度、运输说明和用于提供与材料和/或材料的有效搬运和递送相关的其它相关信息的标签或其它标记。在一个示例中，温度受控包装900包括由具有期望程度的结构刚性的材料形成的壳体或本体902。在一个示例中，本体可由可为或可不为一次性的材料形成，例如，以适应温度受控包装900的一次性应用。在一个示例中，本体902可由泡沫材料等(诸如也可具有期望绝缘特性的硬质泡沫)形成。在其中温度受控包装900在使用后将可丢弃的示例中，用于形成本体902的材料可为可生物降解的，诸如可生物降解的泡沫等。在一个示例中，温度受控包装本体902具有封闭构造，例如，具有封闭侧部904和封闭底部906，在顶端部处具有开口908，以用于提供到温度受控腔室912的通路。在一个示例中，温度受控包装900包括顶盖或盖子910，顶盖或盖子910构造成装配在本体开口908上并覆盖本体
开口908。顶盖910可由与本体902相同或不同的材料制成。当顶盖910设置在本体开口908上时，顶盖910与本体902一起操作以容纳和保护设置在其中的温度敏感材料，以便在存储和运输期间进行温度控制。在一个示例中，温度受控包装900可包括密封件912，该密封件912可用来将顶盖910固连到本体902，并且可部分地或完全地设置在顶盖910上，并且在本体902的至少一部分上延伸，例如，沿着对置的封闭侧部904延伸。在一个示例中，密封件912可防止湿气渗透，并且可为防窃启密封件，其变得撕裂或以其它方式证明顶盖910从本体902上的移除。在一个示例中，密封件912还可用作提供上述形式的信息的标签。在一个示例中，温度受控包装900可为小且重量轻的，以用于通过交通工具递送(诸如通过使用无人机或其它遥控递送交通工具或设备递送)来递送药物、疫苗和任何其它紧凑的温度敏感材料。在这种类型的使用中，温度受控包装900可有利地是一次性的、可回收的、重量轻的和低成本的。在一个示例中，温度受控包装本体902和顶盖910可由可生物降解的泡沫、具有羽绒或纤维填充物的硬质塑料内壳和外壳、聚苯乙烯泡沫或提供有效程度的外部保护和热绝缘两者的任何其它轻质构造/组件制成。在一个示例中，温度受控包装900可按照特定最终用途应用的要求来构造和设计尺寸。在诸如温度受控包装900可用于热存储和运输药物或疫苗的示例的示例中，本体902可构造成具有大体上正方形的形状，该形状具有相同尺寸的侧表面、顶表面和底表面。在诸如图9a中图示的示例的示例中，本体902可具有约5至10cm的类似地设计尺寸的顶表面、侧表面和底表面。虽然温度受控包装900的该构造和尺寸示例已被提供用于参考目的，但是应当理解，温度受控包装可构造和/或尺寸设计成不同于图示和描述的那样，并且这意图在如本文中公开的温度受控包装的范围内。
84.图9b图示了图9a的温度受控包装900的侧视图，其包括本体902、设置在本体902的开口上的可移除顶盖或盖子910、以及施加在顶盖910的顶表面上并施加到本体902的相对侧的密封件和/或标签912。在一个示例中，温度受控包装900可尺寸设计成适应特定的最终用途应用。出于示例和参考的目的，图9a中图示的示例温度受控包装可具有约5至15cm的边长，但应当理解，温度受控包装可不同地设计尺寸和形状，并且所有这样的不同尺寸和/或形状都意图在如本文中公开的温度受控包装的范围内。
85.图10a图示了通过图9a的前视图的正交截面截取的如本文中公开的温度受控包装1000的剖视图。温度受控包装1000包括本体1002和设置在本体1002的开口上的可移除顶盖或盖子1010。设置在本体1002的内部区域中的可为一个或多个热分散装置1020，其构造成将热功率分布到设置在温度受控包装1000内的温度受控腔室1021。在一个示例中，热分散装置1020可与温度受控腔室1021的壁表面或形成的壁表面处于良好的热接触，并且可构造成具有大于用于提供热能的热传输元件的表面积，从而确保温度受控腔室1021的期望程度的温度控制，从而提供大体上均匀控制的温度受控腔室环境。如本文中公开的温度受控包装1000的特征在于，用于产生用于向温度受控腔室1021提供温度控制的热功率的设备或系统位于温度受控包装1000的外部，并且其本身不是温度受控包装1000的一部分。因此，在一个示例中，温度受控包装1000构造成接收一个或多个热传输元件(未示出)，所述热传输元件构造成有利于将热功率从外部热功率产生设备或系统传输到温度受控包装1000的内部区域，从而向温度受控腔室1021提供期望的温度控制。在一个示例中，热传输元件可能够移除地插入到温度受控包装1000中，以当温度受控腔室1021安装在其中时能够对其进行温度控制，并且例如一旦温度受控包装1000已经被运输到期望的位置(例如针对存储在其中的
温度敏感材料或内容物的使用位置)就能够实现温度受控包装1000的移除和可携带性。在一个示例中，温度受控包装1000可构造成包括一个或多个开口或狭槽1022，所述开口或狭槽1022延伸穿过顶盖或盖子1010，并且构造成提供用于接收一个或多个外部热传输元件(未示出)的通路，以用于进入温度受控包装1000并且用于与设置在其中的一个或多个热分散装置1020进行热接触。在一个示例中，温度受控包装1000可构造成包括穿过顶盖或盖子1010设置的两个开口或狭槽1022，如图10a中所图示。在一个示例中，开口或狭槽1022可包括远端部，该远端部构造成确保在进入温度受控包装1000时与相应的外部热传输元件的配准和接合的期望容易性。
86.图10b图示了设置在如图10a中图示的温度受控包装1000中的示例热分散装置1020。在一个示例中，热分散装置1020可构造成具有包括中间壁部段1030和从中间壁部段1030的相对侧延伸的两个侧壁部段1032和1034的一体化单件构造。热分散装置1020以这样的方式构造，以便提供从外部热功率源接收的热功率向温度受控腔室1021的期望的分散或分布。通过构造成具有三个壁部段，热分散装置1020能够覆盖在温度受控腔室1021的对应的三个壁表面上，从而提供到温度受控腔室1021的增强程度的热功率传递。在一个示例中，温度受控包装1000可包括图10b的热分散装置1020中的两个，它们彼此面对地定向。参照图10a，示例温度受控包装1000构造成包括图10b中图示的热分散装置1020中的两个。热分散装置1020彼此相对地定位，其中每个中间壁部段1030向外面朝本体1002的对置部分，并且每个热分散装置的侧壁部段1032和1034朝向彼此延伸，以便围绕温度受控腔室1021的相应壁表面(其中每个热分散装置1020的一个侧壁部段在剖视图中未示出)。在一个示例中，热分散装置1020包括顶壁部段1036，该顶壁部段1036从中间壁部段1030向外延伸并且构造成具有向内偏转的唇缘1038。重新参照图10a，向内偏转的唇缘1038构造成有利于向下穿过顶盖或盖子1010中的狭槽1022的外部热传输元件的配准和接合，以继续向下通过，从而与热分散装置1020的中间壁部段1030进行良好的热接触。在一个示例中，热分散装置1020由诸如金属等的导电材料形成，并且对于轻质和/或一次性温度受控包装应用，热分散装置1020可由诸如铝等的轻质金属形成。在特定示例中，热分散装置1020可由具有从约0.1至0.5mm的厚度的铝形成。作为另一个示例，热分散装置1020可为具有良好导热性的本体1002的一部分或表面，诸如由本体构造材料或具有良好热功率分布特性的第二添加材料形成的内蒙皮。虽然已经公开并图示了具有特定构造的热分散装置1020，但是应当理解，热分散装置可不同地构造以用于如本文中公开的温度受控包装，并且所有这种不同的构造都意图在本说明书的范围内。
87.图11图示了示例模块化温度受控运输系统1100，其构造成包括温度控制设备1102(例如，一个模块)，该温度控制设备1102与热存储设备或包装1104(例如，另一个模块)分离，并且构造成能够移除地与热存储设备或包装1104组合。在一个示例中，温度受控运输系统1100可构造成为可运输的温度受控包装1104(诸如上文描述并在图9a、图9b、图10a和图10b中图示的温度受控包装)提供可运输的温度控制器和温度控制功能。在一个示例中，模块化温度控制设备1102具有外部支撑件或保护结构1106，其构造成向多个不同元件提供安装或附接支撑。在一个示例中，结构1106构造成适应一个或多个热泵1108、一个或多个热传输元件1110、一个或多个热分散装置1109、安装装置1112和电连接1114的安装或附接。在一个示例中，热分散装置1109与一个或多个热泵1108的温度控制侧/表面处于良好的热接触，
并且热传输元件1110与一个或多个热泵1108的废热功率排出侧/表面处于良好的热接触。在一个示例中，结构安装装置1112可构造成有利于将结构安装或附接到诸如交通工具等的外部物体的一部分或安装固定器。如所图示，结构1106构造成容纳温度控制设备1102和用于将热功率传输到单独的温度受控包装1104的相关元件。在一个示例中，结构1106构造成具有第一结构构件1116，上述热功率产生和传输元件附接到或安装到该第一结构构件1116。在一个示例中，结构1106构造成包括从第一结构构件1116垂直地延伸的一对第二结构构件1118。在一个示例中，第二结构构件1118间隔开一段距离，在它们之间形成对接空间或端口1120，以用于将温度受控包装1104放置在其中。在一个示例中，第二结构构件1118可尺寸设计成从第一结构构件1118延伸一段长度或距离，当温度受控包装1104设置在对接端口1120内以接收热功率时，该长度或距离足以覆盖温度受控包装1104的至少一部分(如果不是大部分或全部的话)。在一个示例中，热分散装置1109在第二结构构件1118之间从第一结构构件1116向下延伸。
88.在一个示例中，温度受控包装1104与上文描述和图9a、图9b和图10a中图示的包装相同，包括设置在本体1122的开口上的顶盖或盖子1140。顶盖或盖子1140包括一个或多个狭槽1124，所述狭槽1124穿过顶盖1140中的开口延伸到本体1122的内部区域中，到达一个或多个热分散装置1126，所述一个或多个热分散装置1126与至少部分地(如果不是完全)由一个或多个热分散装置1126围绕的内腔室处于良好的热接触。在一个示例中，温度受控包装1104可包括早先描述的类型的一个或多个热能存储系统1128，所述热能存储系统1128可邻近热分散装置1126放置并与热分散装置1126处于良好的热接触，例如抵靠热分散装置1126的一个或多个壁部段。一个或多个热能存储系统1128可通过与热分散装置1126良好的热接触而保持在全热能容量。存储在热能存储系统1128中的热能可在温度受控包装1104与热分散装置1109断开之后延长温度控制一段时间。通过将温度受控包装1104在向上方向1129上朝向第二结构构件1118之间的结构1102移动以进入对接端口1120，将温度受控包装1104放置到位以接收来自温度受控设备1102的热功率。第二结构构件1118可具有端部1130，该端部1130构造成具有朝向彼此向内导向的渐缩表面，以在温度受控包装1104朝向对接端口1120移动并进入对接端口1120时帮助温度受控包装1104的接合和配准。当温度受控包装1104向上移动到对接端口1120中时，热分散装置1109与顶盖或盖子1140中的相应狭槽1124接合并配准。温度受控包装1104在对接端口1120中的向上移动或温度受控包装1104向内进入对接端口1120的相对移动继续，直到温度受控包装顶盖1140的顶表面1132接触第一结构构件1116的底表面1134，从而提供温度受控包装1104完全设置在对接端口1120中的物理指示，使得热分散装置1109定位在本体内部区域内期望的深度，以向热分散装置1126提供热功率传递，从而将内腔室保持在期望的受控温度。在电功率损失、系统故障的情况下，或者当温度受控包装1104从对接端口1120被移除并与温度控制设备1102分离(例如，与由热泵1108产生的热功率分离)一段时间时，可选的热能存储系统1128可向温度受控腔室提供热控制和一定程度的温度稳定性。由于温度控制设备1102(例如，热泵1108、热分散装置1109和其它温度控制部件)与温度受控包装1104分离的模块化设计，不与热能产生相关联的系统的部分(即，可由此能够单独地能运输的温度受控包装1104)可为非常便宜、重量极轻、可生物降解和一次性的。在一个示例中，温度受控运输系统1100的结构1106可附接到框架构件(未示出)，该框架构件与能够从热泵1108排出热功率的部分和用于将热功率引导
至热泵1108的温度控制系统(未示出)处于良好的热接触。作为示例，框架构件可为诸如无人机等的交通工具的一部分、存储设施中的腔室、温度受控存储箱、递送货车存储架或具有用于供应电功率和用于存储待分配的包装的装置的任何其它物体。在一个示例中，电功率可通过电导体1114提供至热泵1108。在一个示例中，用于提供这样的电功率的功率源可来自电池、超级电容器、发电机、陆线(landline)或任何其它合适的便携式或固定式电功率源(未示出)。在其中温度受控运输系统1100构造成与诸如递送无人机的交通工具一起使用的一个实施例中，到热泵的电功率可由例如递送无人机(未示出)的此类交通工具的功率源提供。在一个示例中，温度受控包装1104可为取向独立的。取向独立意味着温度受控运输系统1100可倒置、侧放或以任何其它取向操作。
89.图12图示了包括温度控制组件或系统1202(例如，包含热泵以提供热温度控制的第一模块)的示例模块化温度受控运输系统1200，该温度控制组件或系统1202与温度受控包装1204(例如，包含要控制温度的材料的第二模块)分离并且构造成能够移除地与该温度受控包装1204组合。在一个示例中，模块化温度受控运输系统1200可构造成为可运输的温度受控包装1204(诸如上文描述并在图9a、图9b、图10a、图10b和图11中图示的温度受控包装)提供可运输的温度控制器和温度控制功能。在一个示例中，模块化温度受控运输系统1200具有外部支撑件或保护结构1201，该外部支撑件或保护结构1201构造成向包装1204提供安装或附接支撑，该包装1204可具有许多不同的形状、长度和控制温度。在一个示例中，结构1201构造成适应一个或多个热泵1206、一个或多个热分散装置1208、一个或多个热传输元件1210、安装装置1212和电连接1214的安装或附接。在一个示例中，热传输元件1208与一个或多个热泵1206的温度控制侧/表面处于良好的热接触，并且热传输元件1210与一个或多个热泵1206的废热排出侧/表面处于良好的热接触。在一个示例中，结构安装装置1212可构造成有利于将结构安装或附接到诸如交通工具等的框架构件的外部物体的一部分或安装固定器。如所图示，结构1202构造成将热功率传输到单独的温度受控包装1204。在一个示例中，结构1202构造成具有第一结构构件1201，上述热功率产生和传输元件附接到或安装到该第一结构构件1116。在一个示例中，结构1201构造成包括从第一结构构件1201大体上垂直地向下延伸的一对第二结构构件1216。在一个示例中，第二结构构件1216间隔开一段距离，在它们之间形成对接空间或端口1220，以用于将温度受控包装1204放置在其中。在一个示例中，第二结构构件1216可尺寸设计成从第一结构构件1201延伸一段长度或距离，当温度受控包装1204设置在对接端口1220内以接收热功率时，该长度或距离足以覆盖温度受控包装1204的至少一部分(如果不是大部分或全部的话)。在一个示例中，热分散装置1222是热传输元件1208的延续，并且从结构构件1201的热传输元件1208向下延伸。
90.在一个示例中，温度受控包装1204类似于上文描述和图10a、图10b和图11a中图示的包装，包括设置在本体1232的开口上的顶盖或盖子1230。顶盖或盖子1230包括一个或多个狭槽1231，所述狭槽1231穿过顶盖1230中的开口延伸到本体1232的内部区域中，到达一个或多个热分散装置1234，所述一个或多个热分散装置1234与至少部分地(如果不是完全)由一个或多个热分散装置1234围绕的温度受控腔室1236处于良好的热接触。在一个示例中，温度受控包装1204可包括早先描述的类型的一个或多个热能存储系统1238，所述热能存储系统1128可邻近热分散装置1234放置并与热分散装置1234处于良好的热接触，例如抵靠热分散装置1126的一个或多个壁部段。当对接在结构1202中并且结构1202正在控制热分
散装置1234的温度时，一个或多个热能存储系统1238可保持在全热能存储容量。通过将温度受控包装1204在向上方向1240上朝向第二结构构件1216之间的结构1202移动，将温度受控包装1204放置到位以接收来自温度受控设备1202的热功率。当温度受控包装1204向上移动到对接端口1220中时，热分散装置1222与热分散装置1231和1234的向外折叠端部接合并配准。温度受控包装1204在对接端口1220中的向上移动或温度受控包装1204向内进入对接端口1220的相对移动继续，直到温度受控包装1204的热分散装置1231的折叠延伸部1233与热分散装置1222形成良好的热接触。在电功率损失、系统故障的情况下，或者当温度受控包装1204从对接端口1220被移除(例如，与由热泵1206产生的热功率分离)一段时间时，可选的热能存储系统1238可向温度受控腔室提供热控制和一定程度的温度稳定性。由于温度控制设备1202(例如，热泵1206、热传输元件1208和热分散装置1222以及其它温度控制部件)与温度受控包装1204分离的模块化设计，不与热能产生相关联的系统的部分(即，可由此能够单独地运输的温度受控包装1204)可为非常便宜、重量极轻、可生物降解和一次性的。作为示例，框架构件可为诸如无人机等的交通工具的一部分、存储设施中的腔室、温度受控存储箱、递送货车存储架或具有用于供应电功率和用于存储待分配的包装的装置的任何其它物体。在一个示例中，电功率可通过电导体1214提供至热泵1206。在一个示例中，用于提供这样的电功率的功率源可来自电池、超级电容器、发电机、陆线或任何其它合适的便携式或固定式电功率源(未示出)。在其中温度控制系统构造成与诸如递送无人机的交通工具一起使用的一个实施例中，到热泵的电功率可由例如递送无人机的此类交通工具的功率源(未示出)提供。在一个示例中，温度受控包装可为取向独立的。取向独立意味着温度受控运输系统1200可倒置、侧放或以任何其它取向操作。
91.图13a图示了模块化温度受控运输系统1300的剖视图，该模块化温度受控运输系统1300包括类似于上文所述和图10a中所图示的温度受控包装1302。温度受控包装1302包括具有设置在本体开口上的顶盖或盖子1306的封闭本体1304，以及位于能够通过本体开口进入的本体1304的内部区域中的温度受控腔室1307。温度受控包装1302包括热分散装置1308，该热分散装置1308设置在本体内部区域中，并且构造成为了向温度受控腔室1307提供期望的受控温度而将热功率分散或分布到温度受控腔室1307。在一个示例中，顶盖或盖子1306构造成包括穿过其设置并从顶盖1306延伸到本体内部区域的狭槽1310。与图10a中图示的示例温度受控包装1000不同，在该示例中的狭槽1310位于顶盖或盖子1306的中心处或附近，并且构造成在其中接受热传输元件1312的可移除输入。狭槽1310构造成将热传输元件1312向下引导到内部区域中，以与热分散装置1308处于良好的热接触。在一个示例中，温度受控腔室1307被分成两个部分，并且热传输元件1312构造成将热功率传递到热分散装置1308，该热分散装置1308构造成将接收到的热功率分散或分布到两个温度受控腔室部分，从而在两个温度受控腔室部分中以及向设置在其中的温度敏感材料或内容物(未示出)提供大体上均匀的受控温度。如果需要，温度受控包装1302能够可选地包括狭槽1314，该狭槽1314穿过顶盖或盖子1306设置，并且以上文所述和图11a中图示的方式构造，从而使得温度受控包装1302能够灵活地与不同地构造的热能存储系统(例如，具有如图13a中图示的单个热传输元件1312的系统，或者具有如图11和图12中图示的两个热分散装置1209的系统)一起使用。温度受控运输系统1300包括温度控制系统1316，该温度控制系统1316与温度受控包装1302分离，并且包括一个或多个热泵1318，其中热传输元件1312与热泵1318的控制
热功率侧/表面处于良好的热接触。热传输元件1320与热泵1318的废热功率侧表面处于良好的热接触，并且与外部散热器1322接触。在一个示例中，温度受控运输系统1300构造成类似于上文所述和图12中图示的那样，其中温度控制系统1316可附接或以其它方式连接到物体的框架或其它支撑结构(未示出)，并且其中通过由电连接器连接的合适的便携式或固定功率源向热泵1318提供电功率，该电功率输送可由电控制器控制，该电控制器配置成提供经计算以将温度受控腔室1307保持在期望的受控温度的电功率。另外，温度受控包装1302构造成能够移除地附接到温度控制系统1316和从温度控制系统1316脱离，从而有利于温度受控包装1302的运输或递送以使用其温度敏感材料或内容物。
92.图13b图示了如图13a中图示的温度受控包装1302中描述和图示的示例热分散装置1308。有利地，一个或多个热分散装置1308可由低成本、低重量、高热导率的材料制成，诸如上文针对图10b中图示的热分散装置1020所描述的那些材料。有利地，图13a的热分散装置1308和温度受控腔室1307的构造优选地设计成使得温度受控腔室1307内的温度是均匀的，并且对于要控制温度的材料的形状因子，保持期望温度所需的热功率被最小化。在一个示例中，类似于上文所述和在图10b中图示的热分散装置，热分散装置1308可构造成具有一体化单件构造，该构造包括中间壁部段1330、从中间壁部段1330的相对侧延伸的两个侧壁部段1332和1334、以及从相应的侧壁部段1332和1334延伸的后壁部段1336和1338。热分散装置1308以这样的方式构造，以便提供从外部热功率源接收的热功率向温度受控腔室1307的期望的分散或分布。通过构造成具有五个壁部段，热分散装置1308能够覆盖在温度受控腔室1307的对应的五个壁表面上，或者备选地形成温度受控腔室1307的五个壁表面，从而提供到温度受控腔室1307的增强程度的热功率传递。在一个示例中，图13a的温度受控包装1302可包括图13b的热分散装置1308中的两个，它们彼此面对地定向。参照图13a，示例温度受控包装1302构造成包括图13b中图示的热分散装置1308中的两个。热分散装置1308彼此相对地定位，其中每个中间壁部段1330向外面朝本体1302的对置部分，每个热分散装置1308的后壁部段1336和1338彼此相邻地定位，从而形成两个温度受控腔室隔间，其中每个热分散装置1308的后壁部段1336和1338定位成与图13a的热传输元件1312处于良好的热接触。热分散装置1308也可以备选构造(未示出)定位在温度受控包装1302中，其中两个热分散装置1308中的每一个的中间壁部段1330与热传输元件1312直接接触，其中后壁部段1336和1338向外面朝本体1302的对置部分。在一个示例中，热分散装置1308包括顶壁部段1340，该顶壁部段1340从中间壁部段1330向外延伸并且构造成具有向内偏转的唇缘1342。向内偏转的唇缘1342构造成有利于向下穿过顶盖或盖子1306中的狭槽1310的外部热传输元件的配准和接合，以有利于与类似于图12中所图示那样的热传输元件1312一起使用。虽然已经公开并图示了具有特定构造的热分散装置1308，但是应当理解，热分散装置可不同地构造以用于如本文中公开的温度受控包装，并且所有这种不同的构造都意图在本说明书的范围内。
93.图14图示了温度受控运输系统1400，其构造成容纳多个单独的和可移除的温度受控包装1402。在一个示例中，温度受控运输系统1400包括壳体结构1404，该壳体结构1404包括可布置成行和列的一组存储隔间或抽屉1406。存储隔间1406中的每一个构造成容纳或包含温度受控包装1402。在一个示例中，温度受控包装1402可与上文所述和在图9a、图9b、图10a、图10b、图11、图12、图13a和图13b中图示的那些相同或类似。每个温度受控包装1402可
设置在存储隔间1406的热连接端口或插座1408中，目的是由此将温度受控包装1402与热功率产生和传输系统连接，以用于要控制温度的温度受控包装1402的温度受控腔室中的温度敏感材料或内容物的温度控制、存储和运输。在一个示例中，连接端口1408包括到热泵1410和热传输元件1412的热连接，诸如图11、图12和图13a中描述和示出的那些。电子控制器、电功率供应装置和热泵可位于壳体结构1404的中心并在壳体结构1404中或连接到壳体结构1404，或者可分布在存储隔间1406之间。在一个示例中，温度受控运输系统1400具有电连接器1414，以从外部电源向壳体结构1404提供电功率，并通过一个或多个电子控制器1416提供热和/或电功率分布、控制器、监测系统、i/o系统、显示器等，如可追踪环境控制系统的设计者和用户所熟知的。电子控制器1416还可向每个温度受控包装1402提供电功率和/或热功率。在一个示例中，温度受控运输系统1400可设计成具有全面的i/o能力。每个存储隔间1406可被独立地温度控制，存储隔间1406的部段可被独立地温度控制，或者存储隔间1406的组可被设定到指定的温度。在一个示例中，热绝缘1418和间隔可设置在单独的存储隔间1406之间，并且可根据所需的温度控制的程度设计和/或尺寸设计以实现相邻存储隔间1406之间的适当程度的热隔离。在一个示例实施例中，存储隔间1406可由热绝缘1418提供和围绕，该热绝缘1418适于将每个温度受控包装1402保持在取决于设置在每个包装1402中的具体温度敏感材料或内容物的温度。在一个示例中，温度受控运输系统1400可设计和/或构造成具有将每个单独的存储隔间1406的温度保持在高于或低于环境温度的设定点的能力。包括这样的分布式温度控制系统的温度受控运输系统1400在更宽的温度范围内以更高的能量效率提供更精确的温度控制。在一个示例中，每个温度受控包装1402能够从温度受控运输系统1400和用于运输温度受控包装1402的相关热控制系统移除，例如，以用于连接到另一个热控制系统的包装旅程的下一阶段/行程，以用于在该运输阶段中的温度控制。运输可包括交通工具，该交通工具包括无人机、飞机、轿车、卡车、货车、自行车或任何其它形式的到其下一个目的地的递送。在一个示例中，每个温度受控包装1402可包括其自身的用于跟踪或可追溯性的手段，诸如通过条形码等，使得在运输的那个阶段中用于温度控制的热控制系统可识别温度受控包装1402并提供包装温度分布、温度设定点、包装目的地、包装内容物、跟踪信息、湿度和对包装的旅程有用的任何其它相关信息。
94.图15a是热泵、热传输构件(其可为热传输元件、热分散装置和热管)和热能存储系统(或热能存储介质)的组合的示意图1500，热泵和热能存储系统在热学上处于串联-并联关系。热学上连结的热泵、热传输构件和热能存储系统的特定组合是有益的，并且取决于温度受控腔室设计成操作的功能和环境。所示是一些但不是所有可能结构的代表性合集。图15a和图15b描绘了图1至图7和图9至图14中未示出的热泵、热传输构件和热能存储系统的组合和构造，它们旨在成为如本文中公开的温度受控运输系统和/或设备的一部分。例如，涉及多个热泵和/或热传输构件和/或热能存储系统的构造未示出，但旨在成为如本文中公开的温度受控运输系统和/或设备的一部分。
95.参照图15a，示意图1500描绘了热连接到热能存储系统1506的热泵1502。热泵1502的废热排出侧1504通过热传输构件1508连接到热能存储系统1506。热泵1502的温度控制侧1510连接到热泵1518的热传输构件1512、热能存储系统1514和废热排出侧1516。类似地，热泵1518的温度控制侧1520通过热传输构件1524连接到热能存储系统1522。热传输构件1508、1512和1524与它们所连接的热泵和热能存储系统的侧部/表面形成良好的热接触。构
1610。
101.te系统1600是本文中用来描述cte和dtp te系统的基本模型。
102.为了解决超出在传统cte te系统设计中使用的设计和计算模型的影响性能的因素，本文中提供了新开发的支配dpt te系统设计的综合基本方程。这些方程的解被用来开发具有改善的性能的新dtp te设备的设计。在接下来的讨论中，将新dtp te系统的性能与文献和商业产品应用说明中教导的cte设计的性能进行比较。
103.在一些示例中，本dtp热电系统设计基于新的材料设计考虑，该设计考虑被认为与使用cte材料系统设计产生的那些基本不同。
104.通过考虑支配热电设备的性能的基本一维传输方程，可最好地理解te设备性能改善的基础：
[0105][0106]
在方程1中，x是电流流动的主要方向(区别于电流流动的其它方向，例如扩散方向)，λ(x)是可随位置x变化的te材料热导率，t(x)是作为x的函数的te元件中的温度，j(x)是电流密度，s(x)是作为x的函数的塞贝克系数，并且ρ(x)是作为x的函数的电阻。图17示意性地图示了包括te元件1701和1702、热侧t
h 1703、冷侧t
c 1704和电子流1705的示例dtp te偶1700。位置x 1706是距冷侧t
c 1704的距离。在该示例中，出于解释的目的，假设n型te元件1701和p型元件1702两者具有相等的长度以及恒定的宽度和厚度。在这里以及本分析的其余部分中(除非另有说明)，特性仅随x而变化。关于dtp te偶1700的非限制性示例构造，参见2020年1月31日提交且名称为“thermoelectric elements and devices with enhanced maximum temperature differences based on spatially varying distributed transport properties”的国际专利申请no.pct/us2020/016247，其全部内容以引用方式并入本文中。在一些示例中，dtp te偶1700可用于热泵系统中，诸如在本文中其它地方例如参照图1至图15更详细地描述的。
[0107]
在cte te系统中，在每个te元件的整个长度上使用相同的te材料。因此，方程(1)中的汤普森项变为零，因为针对相同材料的塞贝克系数s是恒定的，并且不随位置x而改变。由于涵盖te设备设计的几乎所有现有教科书和供应商文献中都假设了均匀特性，因此在推导te方程的陈述中，汤普森项不会出现在初始方程中。例如，参见angrist,direct energy conversion,4th ed.,boston:allyn and bacon,inc.(1982)，其全部内容以引用方式并入本文中。由此得到的关于cop、最大dt、温度分布的更简单的表达式和本文中使用的其它导出表达式被称为cte解。
[0108]
在本文中提供的dtp支配方程中，保留了汤普森项，并且传输特性根据由更全面的dtp公式产生的有利设计规则在电流流动x的主要方向上改变。这些新提出的方程形成针对方程(1)的一组更完整和有用的解的基础，并且这些方程的解提供并实现了提高设备性能的设计。
[0109]
如果重新排列方程(1)中的项，则当电流流动时，看到汤普森项和焦耳加热项彼此部分抵消：
[0110][0111]
汤普森项是电流密度j的线性函数，而焦耳加热项包含电流密度平方(j(x)2ρ(x))，因此可理解，在零电流密度和电流密度的非零值下，这些项在每个位置x处完全相互抵消。在所有其它电流密度下，这些项将彼此部分抵消。
[0112]
如本文中提供的，汤普森项量值可被选择(受限于物理材料限制)以抵消焦耳加热项和/或优化cop和/或优化任何其它期望的操作度量或期望的操作度量的组合。在整个te元件中zt恒定的条件下，其中zt是指热电品质因数(zt＝s2/(λρ))，在最佳te效率下在dtp系统中可实现最佳性能，te元件内的温度分布为：
[0113][0114]
其中tc是冷端温度，th是热端温度，x0是te元件长度，并且以及传输特性。s(x)、λ(x)和ρ(x)以以下方式随着沿元件长度的位置连续地变化：
[0115]
其中
[0116]
其中
[0117][0118]
其中
[0119]
如本文中提供的，方程(3)中呈现的温度分布可用于设计和实现具有恒定zt的te元件内的最佳分布。另外，方程(4)、(5)和(6)可用于热电元件设计中，例如以选择热电支路内的适当材料特性，该材料特性在电流流动的方向上改变，其在真实世界材料系统的约束、成本约束等内提供这些方程的最接近最佳的解，如本文中其它地方所述。
[0120]
图17示意性地图示了作为距冷端1704的距离的函数的示例(例如最佳)塞贝克分布1708和1710的概念指示。在一些示例中，热导率和电阻率可具有类似的分布形式，即，它们在量值上以非线性方式朝向热端1703平滑地增加。
[0121]
图18是作为dt/th的函数的示例dtp te元件中的塞贝克系数、热导率和电阻率在电流流动的方向上的变化的图表。更具体地，图18呈现了从方程(4)、(5)和(6)导出的热端至冷端处的传输特性的比率的坐标图1800。在图18中，水平轴1803是热侧与冷侧的温差(dt)与热侧温度(th)的比率dt/th。竖直轴1802是针对三种传输特性中的每一种的热侧与冷
侧的每个的比率。针对塞贝克系数和热导率的比率1804是相同的。针对电阻率的比率1803较低。呈现了针对在从zt＝0.5(曲线1805)到zt＝5.0(曲线1806)的范围内的zt的若干示例值的比率。水平线1807在2.0的比率处指示，并且表示一些示例te材料系统能够获得的比率。作为示例，水平线307在点1809处以电阻率比1803截取zt曲线1805。因此，在最大可获得电阻率比为2.0的条件下，可实现最佳dtp性能的最大dt/t
h 1803为约0.07。类似地，zt＝0.5 1805在点1810处截取水平线1808，并且因此对于3.0的可实现电阻率比1803，可实现最佳te性能的最大dt/t
h 1803为约0.11。在点1811和1812处对应的可实现传输比率1804导致其它限制。为了充分表达dtp的能力并实现假设的最佳性能，所有三个传输特性都必须遵循这些关系。因此，在可生产的(真实世界)te系统中，在生产和材料考虑、成本和使用可允许的情况下，te设计的传输特性应当尽可能接近地逼近理想的dtp值。
[0122]
控制传输特性并因此在te偶中产生dtp te元件的重要性可通过参考图19来示出，图19示出了例如诸如图16的cte偶1600和图17的dtp te偶1700的偶在若干操作电流下的典型温度分布。温度分布坐标图1900具有水平轴x/x
0 1901(在电流流动的方向上的位置)和竖直轴(te元件温度1902)。在该示例中，te元件冷端温度1903为220k，并且热端温度1904为300k。呈现了针对zt＝0.51905的图表，其中虚线曲线1908和1909给出了在零电流1908和产生最高效率的电流1909下的温度分布。类似地，曲线1910、1911、1912、1913和1914呈现了针对在从零(即ε＝0)到产生最佳效率的电流的两倍(ε＝2ε0)的范围内的电流的示例dtp te元件温度分布。竖直线1906标识沿着te元件长度1901的中点。例如，点1907指示在其中点处的cte te元件温度为260k。在零电流下的分布是线性的，因为cte特性不随位置或温度而变化。随着电流的增加，焦耳加热在分布上增加抛物线分量。在最佳cop(即当i＝i0时)1909处的分布指示当典型电流流过te元件时温度分布失真的量。对于dtp te元件，以及传输特性与温度无关(但与位置相关)的假设，在零电流1910下的分布不是线性的，因为te材料的热导率以编程方式沿着元件长度变化。在电流ε的小值处，汤普森项占优势，并且温度分布1911变得越来越不失真，并且在最佳操作电流ε0下，温度分布1912变成根据方程(3)的理想文件，并且稍微向上凹。在该条件下，汤普森项和焦耳加热项彼此抵消，使得分布是最佳的。在更大的电流1913和1914下，温度分布变得向下凹，因为焦耳加热占优势。
[0123]
图20是描绘作为电流函数的te元件中点温度的图表。水平轴2001是cte和dtp电流两者与其相应的产生峰值效率的电流(cop)的比率。竖直轴2002是针对图19中建模的示例cte和dtp te元件两者的中点处的温度，即图19的线1906上的温度。虚线温度图表2004呈现针对cte te元件的中点温度(在与图19相关联的条件下)。类似地，实线曲线2006是针对dtp元件的图表。点2005和2008是分别针对示例cte 2003和dtp 2007te元件在零电流下的温度2004和2007。随着电流2001的增加，cte中点温度2004由于焦耳加热而增加，而dtp中点温度2006由于汤普森效应对焦耳加热的优势而降低，在电流2001值为1.0 2009处达到最小和最佳温度分布。随着电流的增加，dtp分布2006相对于理想分布的失真变得更小。与cte分布2004相比，dtp分布2006的大失真发生在更高的电流2001下，因此dtp te元件可在更高的电流2001下高效地操作。结果，随着输入电流增加的冷却能力可更高。此外，在任何电流下，cte分布2005都达不到dtp最佳中点温度2009。因此，cte te元件的效率将较低，并且因此dtp效率将高于cte系统。虽然图19和图20是具体的示例，但是它们更一般地表示cte和dtp系统的相对特性，并且可说明，对于理想的cte和dtp系统，dtp系统将具有更高的峰值效率
te偶1700的偶的冷却能力qc。cte冷却能力是曲线2103，并且dtp冷却能力曲线是2104。示出了针对若干zt的结果。这些曲线代表了在最大dt附近操作的te系统。cte曲线2104示出了作为电流的函数的cte系统的冷却能力2102。类似地，dtp曲线2105示出了对于相同的dt和zt值的冷却能力。计算证明，操作电流2101的dtp 2105qc值范围总是高于cte 2104值。类似地，对于zt＝0.5 2107，操作电流2101的dtp 2109qc值范围总是高于cte 2108值。在该特定设计情况下，cte值2108总是小于零，这意味着在该条件下不产生冷却功率q
c 2102。相比之下，对应的dtp 2109te设备产生正的冷却功率q
c 2102。该结果证明dtp系统的性能更高。
[0144]
图22描绘了不同于诸如图16的cte偶1600的cte系统偶和dtp te偶1700的特性的dtp系统的特性。该坐标图表示描述性操作条件的特定示例。水平轴2201是冷却能力qc，并且竖直轴2202是cop。cte操作范围由曲线2203表示，并且dtp操作曲线为2204和2205，表示针对dtp te系统的性能选项。针对cte系统的曲线2206是产生正qc的所有电流的cop与qc之间的关系的图表。显而易见，曲线2206是具有在点a1 2207处的峰值cop和在点b1 2208处的峰值qc的闭环。cte设备操作在曲线2206上的任何地方。类似地，针对dtp te系统的环曲线2209具有在点a2 2210处的峰值cop和在点b2 2211处的峰值qc。然而，与cte曲线2206不同，dtp系统可具有随位置不同的函数形式的传输特性(但是只有一组这样的传输特性产生最佳cop)，并且因此能够产生其它性能曲线，诸如环曲线2212。在环曲线2212中，峰值cop点a3低于针对环曲线2209的对应点a2 2210，并且在点b3 2214处的峰值冷却能力2201大于针对设计环曲线2209的峰值qc(点b2 2211)。总之，广泛范围的环曲线是可能的，每个环曲线具有峰值cop 2202和峰值q
c 2201的折衷。如果最大效率是主要目标，则环曲线2209的设计比环曲线2212的设计更优选，并且如果冷却能力是最重要的，则环曲线2212将是优选的。因此，在te材料的特性限制内，dtp系统的性能可被定制以最好地满足特定冷却应用的功能要求。在cop和qc之间选择设计关系的能力是dtp设计的显著特征，这对于te设备设计领域来说是新的。
[0145]
图23呈现了描述示例高性能市售te cte偶与用相同的te材料设计的示例dtp te偶(其通过采用dtp设计来优化cop)的相对性能的计算，所述示例高性能市售te cte偶包括彼此不同的te材料，其中p型支路包括单一均质te材料，并且n型支路包括不同的单一均质材料。坐标图2300具有水平轴冷却能力q
c 2301和竖直轴2302cop。环曲线2303是cte材料系统之一的计算性能。环曲线2304是针对最高性能材料的类似曲线。对于环曲线2304，点a 2305表示cop 2302的最高可达到值，并且点b 2308表示最高q
c 2301。环曲线2306示出了在相同条件下利用最佳市售te材料操作的最佳dtp设计的特性。环曲线2306具有在点c 2307处的峰值cop 2302和在点d 2309处的峰值q
c 2301。将来自cte环曲线2304的峰值cop 2302与dtp环曲线2306进行比较，增益被描绘为点e 2310，并且峰值q
c 2301的增益被描绘为点f 2311。坐标图2300显示了dtp和cte性能上的差异。作为示例，对于dtp系统2306，示出为点c 2307的最大cop 2302为约0.060，而在点a 2305处的cte系统2304的最大cop 2302为约0.042。因此，针对dtp系统2306的cop大于cte系统2305的cop，如作为在点a 2305处的cop 2302值与在点e 2310处的dtp曲线值之间的差所容易观察到的。类似地，对于dtp系统2306，示出为点d 2309的最大q
c 2301为约14.0，而在点b 2308处的cte系统2304的最大q
c 2301为约9.4。因此，针对dtp系统2306的q
c 2301的值大于cte系统2305的值，如作为在点b 2305处的q
c 2301值与在点f 2311处的dtp曲线值之间的差所容易观察到的。
temperature difference in a single-stage thermoelectric device through distributed transport properties”，international journal of thermal sciences 154:106404，第1-9页(2020)；和bell，“optimally distributed transport properties can produce highest performance thermoelectric systems”，phys.status solidi a:1900562，第1-7页(2019)。如所证明的，更多的区段可产生更接近具有连续变化的传输特性的元件的热泵送性能。例如，通常包括5个或更多个区段的te元件可具有与由相同te材料系统制造、但具有连续变化的传输特性的te元件几乎相同的性能。
[0151]
参考图25，材料系统a/b是分段dtp te偶的示例。在该实施例中，dtp偶在偶的每个支路中使用两个区段(材料a和b)来设计。所得到的最大dt虽然大于材料a或b单独的最大dt，但是如果在其设计中可使用具有在a和b的特性之间的特性的若干区段，则可表现出更高的性能。
[0152]
图27描绘了以叠堆构造布置的dtp te偶。叠堆te示意图2700具有包括区段2702和区段2703的p型te元件2701。te元件2701与在温度2705下的热侧电极2704电接触和热接触，并且在冷侧上与在温度2707下的电极2706电接触和热接触。有利地，热接触部和电接触部的界面电阻小于te元件电阻的2％。在一些示例中，n型te元件2708是单片dtp te元件。te元件2708与在热侧温度2710下的热侧电极2709良好地电接触和热接触，并且与在冷侧温度2707下的冷侧电极2706良好地电接触和热接触。
[0153]
出于解释的目的，并且为了展示可用于优化dtp te偶设计自由度的设计自由度的范围，te dtp偶2700被描绘为具有复杂的设计。p型te元件1701示出为具有圆锥形，并且与圆柱形区段2703配合。关于在电流流动的方向上的面积变化对dtp性能的影响的更多讨论可参见由本发明人撰写的以下参考文献，该参考文献的全部内容以引用方式并入本文中：crane和bell，“maximum temperature difference in a single-stage thermoelectric device through distributed transport properties”，international journal of thermal sciences 154:106404，第1-9页(2020)。(作为一个示例，可采用横截面积变化来修改热阻和电阻之间的关系，以更好地优化dtp性能。)。如上所述，n型te元件2708具有dtp结构。在其冷端处，它具有向下延伸到n型te元件2708的本体中的狭槽2712，以改变在冷端处的横截面积。
[0154]
有利地，冷电极2706由诸如铜或银的具有高导电性和导热性的材料制成。所描绘的中空冷侧电极2706可为样品、电子电路、激光系统、传感器和需要温度控制的适当尺寸的任何其它物品提供温度受控环境。
[0155]
叠堆设计2700具有与图16的偶设计不同的机械和热损失性能特征。有利地，压缩负载被施加到热电极2704和2709，使得系统在操作中处于压缩负载下。诸如碲化铋的一些te材料物理上较弱，并且在适度的拉伸或剪切负载下可失效，并且因此受益于适当地在压缩上加载。此外，叠堆设计2700可更好地控制寄生损耗，包括来自热传导和对流、电阻和冷侧辐射加热的损耗。
[0156]
图28描绘了te级联2800，其包括第一te阵列2801，其具有热侧2802和与衬底2804良好热接触的冷侧2803。第二te阵列2805，其具有与衬底2804良好热接触的热侧2806。te阵列2805的热侧2807与衬底2808良好接触。类似地，具有热侧2810的第三te阵列2809与衬底2808良好热接触。te阵列2809的冷侧2811与冷侧衬底2812良好接触。te阵列2801、2805和
2809由串联或以串联并联布置电连接的n型和p型te偶2815构成，其中所述偶的热侧2802、2806和2810在每个阵列的底侧上，并且冷侧2803、2807和2811在每个阵列的顶部上。因此，冷却q
c 2813加上输入到阵列2809中的电功率(未示出)由阵列2809的热侧排出并由阵列2805的冷侧吸收。类似地，来自阵列2809的热侧的热功率加上输入到阵列2805的电功率(未示出)在阵列2805的热侧处被排出并由阵列2801的冷侧吸收。该热功率加上输入到阵列2801中的电功率(未示出)被排出到热侧2802。
[0157]
te级联2800可从若干来源商购获得。它们的主要用途是生产超过单级cte设备的最大dt或超过单级cte设备在所需dt下的冷却能力的dt。级联2800可商购获得多达六个阵列。大体上，每个额外的阵列可提供对dt的不断减少的贡献。重要的是，由于每个cte阵列的效率限制，对于若干级级联，cop非常低。
[0158]
由于dtp te系统可提高te系统的效率和热泵送能力，dtp te级联设计表现出cte级联中不具备的重要性能特征。图29呈现了cte和dtp级联te系统设计之间的性能比较。坐标图2900具有作为水平轴的te级联级2901和作为竖直轴的最大dt 2902。cte级联系统曲线2903和dtp曲线2904是使用在300k的热侧操作的现有te材料的市售cte级联和dtp级联设计能够获得的最大dt的图表。作为示例，竖直线2905(3级cte和dtp级联的性能)在对应于约122k的最大dt的点2906处与cte曲线2903相交。线2906在对应于大约156k的最大dt的点2907处与dtp te曲线2904相交。156k值对于具有多达6个级的商用cte级联是无法获得的。这些设计结果示出了来自级联应用中dtp te设计的增加的cop和qc的潜在复合益处。
[0159]
图30描绘了具有水平轴dt 3001和竖直轴输入功率q
in 3002的坐标图3000。实线3003表示dtp，并且虚线3004表示cte特性。对于具有固定te质量和模块物理尺寸的cte模块，虚线曲线3005呈现了电功率输入3002和可产生20w的冷却功率输出q
c 3006的最大dt 3001之间的关系。类似地，实线dtp曲线3007呈现了具有相同固定te质量的dtp模块的电功率输入3002与可产生20w的冷却功率输出q
c 3006的最大dt 3001之间的关系。作为示例，在30w的功率输入q
in 3002处的cte曲线3005上的点3008将在约17k点3008的最大dt 3001下产生qc＝20w的冷却功率3006。类似地，在dtp曲线3007上的点3009具有相同的输入功率q
in
＝30w 3002，并且将在约21k的更高最大dt 3001下产生20w的冷却功率。因此，在相同的输入功率和模块尺寸约束下，dtp模块可在约大23％的dt 3001下操作。类似地，对于qc＝10w3010、qc＝5w 3011和qc＝1w 3012，dtp模块在所有功率输入水平q
in 3002下提供更大的最大dt 3001。作为另一示例，对于17k的dt 3001和qc＝20w的输出3006，在曲线3005的点3008处操作的cte模块将需要30w的功率输入q
in
，而在曲线3007上的点3013处操作的相同尺寸的dtp模块将需要约22w的功率输入q
in 3002。因此，在该示例中，与cte模块相比，在操作中使用的功率输入q
in 3002的量对于dtp模块减少了约27％。
[0160]
dtp模块还可在超过相同尺寸的cte模块的能力的温差、输入功率和输出功率qc的组合下操作。例如，dtp模块可在约22k的dt 3001下的点3009处操作，在该操作条件下，cte模块(曲线3005)不能在任何功率水平q
in 3002下操作。与cte相比，dtp的这些属性提供了针对每种温差和热负载设计具有更少的输入功率和热电材料质量的热电设备的灵活性的另一个证明。
[0161]
与由单一材料生产的cte元件相比，沿着分段的dtp te元件的电流流动的方向变化的传输特性可使用不同的过程或用于te元件制造的新过程更有利地制造。在本文中描述
了一些潜在有用的生产技术和方法。
[0162]
在由离散部段制成的分段dtp元件中，每个部段可在两个端部上金属化，并且这些区段软钎焊连接到彼此。一种或多种焊料可为在电子或其它工业中使用的常规焊料，或者是为满足特定dtp te系统的性能要求而定制的焊料。例如，使用配制成将在te元件的端部处的界面热损耗和电损耗降低到小于te元件本身的电阻的2％的焊料和焊剂可能是有利的，因此界面电阻与元件的te材料部分的电阻相比较小，并且不会将性能降低到可接受的量以下。另外，可能有利的是使用焊料系统或te材料表面处理，使得焊料不在电流流动的方向上沿着te支路芯吸，并且通过控制芯吸，将由元件侧润湿导致的短路降低到可接受的水平。另外，可使用具有提供由在区段和te元件端部界面处的热膨胀系数(cte)失配引起的应力减小的机械特性的焊料。
[0163]
相异材料(诸如与无机te材料的部段相邻的有机te材料的部段)的连结可受益于焊料连接。类似地，如果cte失配相对较大(这是有机/无机te材料界面中可能的情况)，则材料的连结可受益于通过低刚性多孔金属界面或诸如导电环氧树脂的其它导电材料界面系统的连接。
[0164]
备选地，dtp te材料部段可由部分固结的材料粉末制成，所述材料粉末分层放置以形成dtp区段并火花烧结结合和固结。作为另一备选方案，te材料可通过当前的生产方法或为dtp te设备组件开发的方法被共挤出并制造成te元件或系统。这些过程可产生具有降低或消除的界面电阻的分段元件。备选地，te区段可在不使te材料特性劣化的压力、时间和温度下通过压缩结合来结合。对于一些材料系统，可能有益的是通过添加提高结合质量的居间材料或通过改善接头特性、减少界面损耗或增加机械强度和耐久性的特殊表面处理来处理或以其它方式制备表面。
[0165]
作为另一备选方案，te材料可通过增材制造(am)、丝网印刷或其它印刷过程来制造。这些过程可用于生产具有降低或消除的界面电阻的dtp te分段元件。此外，可使用am、丝网印刷或印刷处理来构建具有薄层的dtp te元件，所述薄层将固结成由少至两个区段到多于5个区段组成的dtp元件。利用这些方法，可在不使用任何界面焊料、粘合剂或可能增加不希望的界面电阻的其它组分的情况下执行固结。
[0166]
具有连续变化特性的dtp te元件可使用te材料从熔体生长来生产，类似于用于制造cte元件的方法之一，但是该方法适于通过在材料生长的方向上改变熔体组分来提供合适的dtp特性。
[0167]
用于改变te元件内的dtp特性的另一种方法可为选择性掺杂，其中使用密度和深度变化的离子注入来调整te元件在电流流动的方向上的塞贝克系数、电阻率和/或热导率。注入可能尤其有益于降低te区段的边界和te元件端部处的界面电阻。注入也可有益于改变在元件端部和界面处的塞贝克系数，以改变在这样的位置处的汤普森效应，并减少界面损耗。无论是与离子注入结合还是单独地，dtp te元件和区段可受益于掺杂剂的热诱导扩散，该热诱导扩散以产生一种或多种传输特性中的变化的方式进行控制，以生产更高性能的dtp te元件或区段。
[0168]
改变dtp特性的又一种方法是使诸如bisb基材料的某些te材料经受磁场和磁场梯度。例如，在50k和200k之间的温度下，塞贝克系数可随磁场强度而变化(goldsmid，electronic refrigeration，1986年，图4.22)。在该实施例中，te材料本身可在dtp te元件
的整个长度或其长度的一部分上不具有成分变化，并且磁场梯度可产生传输特性变化，该传输特性变化可被调整以生产dtp te设备。
[0169]
如本文中所提供的，上述过程、材料改性、区段连接方法和连接材料系统以及环境暴露的任何组合都可被组合以生产dtp te元件。还参见由本发明人撰写的以下参考文献，这些参考文献的全部内容以引用方式并入本文中：crane和bell，“maximum temperature difference in a single-stage thermoelectric device through distributed transport properties”，international journal of thermal sciences 154:106404，第1-9页(2020)。
[0170]
加热操作
[0171]
在图16、图26和图27的描述中，根据其冷却能力来描述te偶1600、2600和2700的使用。作为示例，从冷侧1603和1605提取热功率，并且从热侧1604排出热量。热侧排热是q
h 1610。在稳态操作中，能量守恒要求：
[0172]qh ＝ q
c + q
in
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)，
[0173]
其中，q
in
是由电功率输入108和作用在te偶1600上的所有其它功率源供应的功率。出于解释的目的，在加热操作的该讨论中，假设由电功率输入108供应的功率是q
in
的唯一来源。然后，将方程(15)除以q
in
得到：
[0174]
cop
h ＝ cop
c + 1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)，
[0175]
其中，coph是加热效率，并且copc是冷却效率。迄今为止，copc一直被标识为cop。重要的是要注意，在稳态操作中，由于两者相差一个常数，无论设计过程和操作条件如何最大化copc，它们也最大化coph。在稳定状态下，归因于图16、图26和图27中的te偶的冷侧的冷却功率的性能优化适用于热侧热输出qh2610。这些性能特征是方程(16)的直接结果。
[0176]
如果加热输出是设计目标，则除了冷却之外或代替冷却，dtp设计的热侧可提供比cte系统更高的加热效率和热泵送能力。结果，在dtp设计的稳态操作中，利用来自dtp系统的热侧的热功率(热量)，所得到的热泵性能可优于可比cte系统的热功率输出，就像冷却效率和冷却能力可优于cte系统的冷却效率和冷却能力一样。然而，并且为了进一步阐明dtp te系统的性能能力，如果在稳态操作中图16中所示的电子流被反转，使得大体上热侧1604变冷(热功率吸收)并且冷侧1603和1605变热(热功率排出)，则针对dtp系统的coph将低于可比(参考)cte系统的coph。
[0177]
cte偶和dtp te偶、模块和设备(零件)之间的cop和qc中的差异是测量条件的dt和cte零件的最大dt之间的比率的函数。在由本发明人撰写的以下参考文献中讨论和描述了函数关系：crane和bell，“maximum temperature difference in a single-stage thermoelectric device through distributed transport properties”，international journal of thermal sciences 154:106404，第1-9页(2020)；和bell，“optimally distributed transport properties can produce highest performance thermoelectric systems”，phys.status solidi a:1900562，第1-7页(2019)。为清楚起见，当本文中进行比较cte和dtp零件之间的cop和qc的一般陈述并且没有指出具体的温差时，比率dt/(最大dtcte)为0.9，其中最大dtcte是针对可比cte零件温度测量条件而言的。此外，测量在te零件的设计操作温度范围内进行。测量条件的这种限定适用于本文中对比cte和dtp系统的cop和qc的权利要求。这些条件也适用于图23中的环曲线2303、2304和
2306。
[0178]
将意识到，具有任何合适的dtp设计的一种或多种dtp te材料、元件或偶(诸如参照图16至图30所描述的)可用于与诸如上文参照图1至图15所描述的温度受控运输系统一起使用的任何合适的热泵系统中。如本文中公开的热泵系统可附加地或备选地包括一种或多种cte te材料、元件或偶。
[0179]
应当理解，本公开的方面和实施例中的每一个的任何相应特征/示例可以任何适当的组合一起实现，并且来自这些方面中的任何一个或多个的任何特征/示例可一起实现以获得如本文中所述的益处。
[0180]
以上描述的所有参考文献都以引用方式以其全文并入本文中。
[0181]
虽然上文描述了各种说明性示例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的情况下，可在其中进行各种改变和修改。所附权利要求书旨在覆盖落入本发明的真正精神和范围内的所有此类改变和修改。

技术特征：
1.一种用于运输和/或存储温度敏感内容物的温度受控系统，包括：至少一个温度受控腔室；至少一个固态热泵，其与所述至少一个温度受控腔室热连通；以及下列中的至少一个：热能存储系统，其与所述至少一个固态热泵热连通；电能存储系统，其配置成向所述至少一个固态热泵提供电功率。2.根据权利要求1所述的温度受控系统，其中，所述固态热泵的至少一部分采用热电技术。3.根据权利要求1或权利要求2所述的温度受控系统，其中，所述固态热泵的至少一部分采用分布式传输特性热电技术。4.根据权利要求1至3中任一项所述的温度受控系统，其中，所述至少一个固态热泵包括以热串联布置的至少两个固态热泵的级联。5.根据权利要求1至4中任一项所述的温度受控系统，包括所述热能存储系统，并且其中，所述热能存储系统的至少一部分包括相变材料。6.根据权利要求1至5中任一项所述的温度受控系统，包括至少一个第二温度受控腔室，所述至少一个第二温度受控腔室能够被控制到与至少一个第一温度受控腔室的受控温度不同的温度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的温度受控系统，所述温度受控系统配置成将所述至少一个温度受控腔室温度控制到高于和/或低于环境温度的至少一个其它温度。8.根据权利要求1至7中任一项所述的温度受控系统，包括多于一个温度受控腔室，并且其中，所述温度受控系统配置成将不同的所述温度受控腔室中的温度同时控制成低于和/或高于环境温度。9.根据权利要求1至8中任一项所述的温度受控系统，其中，所述温度控制系统配置成接收将所述温度受控腔室的温度朝向外部环境温度改变的输入命令。10.根据权利要求1至9中任一项所述的温度受控系统，其中，所述电能存储系统包括至少一个电池。11.根据权利要求1至10中任一项所述的温度受控系统，包括配置成记录关于下列中的至少一个的信息的电子控制系统：放置在所述至少一个温度受控腔室中的内容物的温度历史；由所述温度受控系统经历的故障条件的可访问保留；所述温度受控系统的位置；以及由所述温度受控系统收集的信息中的至少一些的传输。12.根据权利要求11所述的温度受控系统，其中，所述电子控制系统配置成接收和/或响应于外部信号。13.根据权利要求11或权利要求12所述的温度受控系统，其中，所述电子控制系统配置成发送信号。14.根据权利要求11至13中任一项所述的温度受控系统，其中，所述电子控制系统配置成显示信息。15.根据权利要求1至14中任一项所述的温度受控系统，包括电连接器，以用于接受来
自除所述电能存储系统之外的电力源的电功率。16.根据权利要求1至15中任一项所述的温度受控系统，所述温度受控系统配置成读取条形码或用于设置控制信息的其它类型的输入。17.根据权利要求1至16中任一项所述的温度受控系统，所述温度受控系统配置成对温度控制信息进行编程。18.根据权利要求1至17中任一项所述的温度受控系统，包括所述热能存储系统，并且其中，所述热能存储系统是可移除的或可重复使用的。19.根据权利要求1至18中任一项所述的温度受控系统，其中，所述至少一个温度受控腔室设置在壳体中，并且其中，所述壳体的位置是可追踪的。20.根据权利要求1至19中任一项所述的温度受控系统，其中，所述至少一个温度受控腔室设置在包装中，并且其中，所述包装构造成与交通工具连接和/或由所述交通工具承载。21.根据权利要求1至20中任一项所述的温度受控系统，其中，所述温度受控系统配置成控制湿度。22.根据权利要求1至21中任一项所述的温度受控系统，包括多于一个温度受控腔室，并且其中，所述温度受控系统包括存储隔间的分布式组，所述存储隔间构造成单独地存储和/或运输温度受控包装。23.一种用于存储、运输和/或递送温度敏感内容物的温度受控系统，包括：至少一个可分离的温度受控包装；以及至少一个可分离的固态热泵，其与所述至少一个温度受控腔室热连通；下列中的至少一个：热能存储系统，其与所述至少一个可分离的固态热泵热连通；可分离的电功率源，其用于向所述至少一个固态热泵提供电功率；可分离的电子控制器/能量管理系统；以及输入/输出特征。24.根据权利要求23所述的温度受控系统，其中，所述至少一个温度受控包装能够与所述至少一个固态热泵、所述电功率源、所述电子控制器/能量管理系统和所述输入/输出特征中的一个或多个分离。25.根据权利要求24所述的温度受控系统，其中，所述至少一个温度受控包装构造成在存储隔间的分布式组中存储和/或运输。26.根据权利要求25所述的温度受控系统，其中，所述存储隔间的分布式组中的至少一些构造成提供所述至少一个温度受控包装的独立温度控制。27.根据权利要求23至26中任一项所述的温度受控系统，其中，所述至少一个固态热泵，所述热能存储系统、所述电功率源、所述电子控制器/能量管理系统和所述输入/输出特征中的至少一个是递送系统的一部分，其中，所述递送系统能够与所述至少一个温度受控包装分离，并且其中，所述至少一个温度受控包装是一次性的。28.根据权利要求23至27中任一项所述的温度受控系统，其中，所述至少一个固态热泵，所述热能存储系统、所述电功率源、所述电子控制器/能量管理系统和所述输入/输出特征中的所述至少一个是包括存储隔间的分布式组的递送系统的一部分，并且其中，所述至
少一个温度受控包装能够与存储隔间的分布式组分离。29.根据权利要求1至22中任一项所述的温度受控系统，包括在所述至少一个温度受控腔室和所述壳体之间的热绝缘。30.根据权利要求29所述的温度控制系统，其中，所述热绝缘选自由气凝胶、真空和它们的组合组成的组。31.根据权利要求23至28中任一项所述的温度受控系统，其中，所述至少一个温度受控包装包括温度受控腔室和壳体，并且其中，在所述温度受控腔室和所述壳体之间设置有热绝缘。32.根据权利要求31所述的温度受控系统，其中，所述热绝缘选自由气凝胶、真空和它们的组合组成的组。33.根据权利要求1至22和29中任一项所述的温度受控系统，其中，所述壳体包括延伸表面或翅片，以使得热功率能够耗散到外部环境。34.根据权利要求23至28和32中任一项所述的温度受控系统，其中，所述至少一个固态热泵和所述电功率源在经热控的包装的外部，并且其中，所述至少一个固态热泵通过至少一个热传输元件与所述至少一个温度受控包装内的温度受控腔室热连通，所述至少一个热传输元件穿过所述至少一个温度受控包装的一部分延伸到所述温度受控腔室。35.一种用于存储或运输温度敏感内容物的方法，包括以下步骤：对热能存储系统和/或电能存储系统充电；将所述温度敏感内容物放置在包括壳体的温度受控系统的温度受控腔室中；以及将来自电功率源的电功率引导到与所述温度受控腔室热连通的至少固态热泵，以将所述温度受控腔室保持在控制温度，其中，操作的所述步骤发生在放置的所述步骤之前或之后。36.根据权利要求35所述的方法，还包括将温度信息输入到包括所述控制温度的所述温度受控系统中。37.根据权利要求35或36所述的方法，还包括从所述温度受控系统接收信息，所述信息包括所述温度受控腔室的温度历史信息、所述温度受控系统的故障条件、所述温度受控系统的位置信息、以及至少一些温度受控系统信息的传输信息中的至少一个。38.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其中，在放置的所述步骤之后，将所述壳体定位成与至少一个热传输元件接触，所述至少一个热传输元件与所述至少一个固态热泵热连通，其中，所述至少一个热传输元件延伸穿过所述壳体的一部分并到达所述温度受控腔室。

技术总结
温度受控系统包括用于容纳温度敏感内容物的至少一个温度受控腔室或包装。该系统包括至少一个固态热泵，该固态热泵与温度受控腔室或包装热连通。该系统可包括与固态热泵热连通的热能存储系统、用于向所述至少一个固态热泵提供电功率的电能源或电存储系统、电控制器/能量管理系统和/或输入/输出特征。该系统将温度受控腔室保持在控制温度，和/或将不同的腔室保持在不同的控制温度。该包装可能能够与包括热泵、热能存储系统和/或电能源的递送系统分离，其中，热传输元件在组合时提供包装和固态热泵之间的热连通。态热泵之间的热连通。态热泵之间的热连通。


技术研发人员：L
受保护的技术使用者：DTP热电体有限责任公司
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2023/9/22