CN1188643C - 相变热沉物料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

便携式制冷装置(1)包括制备用于这种装置中的热沉物料(40)的方法，和用这种方法制备的热沉物料(40)。该方法涉及此种物料的包封，以及在这样的制冷装置(1)中传热到热沉物料(40)的效率最大化。

Description

相变热沉物料的制备方法
技术领域
本发明涉及应用蒸发/冷凝过程的自制冷装置。本发明具体涉及适用于这样装置中的热沉物料的制备方法，以及由这些制备方法制备的热沉物料。
背景技术
在本技术领域自制冷装置是已知的。这些装置设计成不凭借外部冷却能源如电、冰等而能提供制冷。这些装置还可以设计成非常便于携带。通常它们被设计在一次使用的基础上提供冷却，因此是一次性使用的。
许多产品包括液体产品，当比周围温度低时有更加有利的性质。因此希望将这些产品冷却到约0℃到20℃之间的温度。一般，这样的冷却由电能驱动的制冷设备或者借助相变化物料如冰来完成。利用这些设备冷却这样的食品和饮料并不总是实用的，因为制冷器一般要求电源，它们通常不便携带，和它们不能迅速地冷却食品或饮料。
提供符合更求的冷却的物品的另一种方法是利用可携带的绝热容器。但是，这些容器的作用仅是保持放在其内部的食品或饮料的初始温度，或者要求利用冰块提供所要求的冷却效果。当与冰一起使用时，绝热容器比食品或饮料更大或更重得多。而且，在许多情况，要求冷却作用时可能不容易得到冰。
冰块也被单独使用来迅速冷却食品或饮料。然而因为冰在0℃以上仅能存放有限的时间，因此常常不希望单独用冰冷却。而且要求冷却作用时可能得不到冰。
除了冷却食品和饮料以外，还有很多其它极希望使用便携式冷却装置的场合。这些应用包括医学上的应用，包括组织或器官的冷却；作为外科手术步骤的一部分准备组织的冷压缩和深冷坏死；工业上的应用，包括符合要求的冷水或其它液体的生产；生物学样品的保存；防护衣的冷却；和化妆品应用。便携式冷却装置在所有这些领域可能有广泛的用途。
建造自备小型冷却装置的许多目的都是依靠应用贮存在高于大气压力下的制冷剂液体，因此制冷剂蒸汽可直接排放到大气。很遗憾，这样的系统中许多现有的制冷剂液体或者是易燃的，有毒的，对环境有害的，或者在这样高的压力下，以液体形式存在，以致在适合用于期望的目的数量下，它们有爆炸的危险。相反，对大气的排放是可以接受的(如二氧化碳)其它可用的制冷剂液体，有相对低的热容和蒸发潜热。结果放出二氧化碳的某些冷却装置比便携式装置商业上可接受的体积庞大得多。
在便携式装置中提供冷却作用的另一种方法是在与发生蒸发的室分离的另一个室内吸收或吸附制冷剂蒸汽。在这样的系统中，制冷剂液体在密闭室内在减压下沸腾，从周围环境吸收热量。沸腾液体产生的蒸汽从第一室连续排出进入装有能吸收蒸汽的干燥剂或吸附剂的第二室。
发明内容
本发明提供一种相变型热沉物料的制备方法，所述相变型热沉物料用于便携式一次使用的制冷器，该制冷器靠制冷剂蒸发制冷，该方法包括：A)提供大量的相变型热沉物料，该物料在发生从固相到液相的相变时体积增大；B)用不透气的包层包封上述相变型热沉物料，其中该包层内无空气、其它气体和水，所述包层在热沉物料为固体时有间隙体积，所述间隙体积在热沉物料熔化时足以容纳其增大的体积而不使该包层破裂；和C)使上述包封的热沉物料与吸附剂物料热接触，
其中在所述制冷器操作时上述吸附剂物料吸收制冷剂蒸汽，接着放出热量。
本发明还提供一种被包封的相变型热沉物料，其包括不透气的包层，该不透气的包层含有固相的相变型热沉物料，该物料在发生从固相到液相的相变时体积增大，其特征在于：该包层包括间隙体积，其内无空气、其它气体和水，所述间隙体积在热沉物料熔化时足以容纳其增大的体积而不使该包层破裂。
必须将热量从干燥剂或吸附剂去除，否则它就不能起作用。相变型热沉物料，例如，三水(合)乙酸钠，就适合于这个目的。为了方便和好用，用聚合物或金属涂层将相变型热沉物料包封起来。但是，三水(合)乙酸钠和其它合适的物料在经历从固体到液体的相变时会膨胀。膨胀会使涂层产生不希望的破裂。本发明的目的之一就是提供一种包封的相变型热沉物料，其具有在使用时不会破裂的聚合物或薄的金属涂层，还提供制备此种包封的物料。
本发明提供用于蒸发/冷凝型自制冷装置中的热沉物料的制备方法，以及用这些方法生产的热沉物料。本发明实现了从这样装置中的吸附剂到热沉物料的高效传热的要求。制冷装置需要将大小、形状和密度相类似的不透真空、包封的相变化物料经济地大批量生产成在该装置中使用的吸附剂物料。本发明提供制冷设备的需要和限制内的大规模制造热沉物料的方法，基本上如在另两篇美国专利申请先前描述的，这些专利申请是与本发明一道同时期申请的，题目为“制冷剂物料的分散”的美国专利申请序列号PCT/US00/04639(WO00/50827)，和题目为“制冷剂物料的制备”的美国专利申请序列号 PCT/US00/04634(WO00/50823)，这两篇的全部内容结合于此作为参考。
一方面，本发明提供制备热沉物料的方法，该热沉物料用于便携式，一次使用、非排放的蒸发型制冷器，该制冷器在蒸发加热期间产生制冷剂蒸汽。这种方法包括提供大量的有固体密度的相变化热沉物料(它能在例如约50℃和约75℃之间发生相变化)和它在相变时发生体积的变化，(例如在10～25％，或在12～20％)，该热沉物料的密度调整到新的密度，小于固体密度一定的百分数，该百分数在相变化物料熔化时发生的体积变化百分率的2％以内。这种方法进一步包括包封在新密度下的热沉物料，例如用金属层，如在0.0125-0.051mm(0.0005到0.002英寸)厚度，或聚合物层，如通过辐射诱导聚合如受紫外光诱导聚合来完成，例如用具有能级在约280nm(纳米)到约420nm范围内的光。这种包封可以利用紫外线可固化的环氧树脂基的单体来实施。这包封可以通过将相变型热沉物料放置在基本上不透气和不透液的包层中来完成。然后将包封的热沉物料置于与吸附剂物料热接触，在制冷器操作时，该吸附剂物料接收制冷剂蒸汽，接着放出热量。相变化物料可以是，例如，烷属烃，三水乙酸钠，五水硫代硫酸钠，十二水磷酸二钠。
另一方面，本发明提供用于便携式，一次使用，非排放蒸发型制冷器的热沉物料的制备方法，该制冷器在加热蒸发时产生制冷剂蒸汽。该方法包括：提供相变型热沉物料从造粒塔装置下落的滴粒，使这些下落的滴粒通过紫外线可固化的单体的体积，提供能量和强度足以固化紫外线可固化的单体的紫外线光以便产生聚合物包封的热沉物料的下落滴，中止聚合物包封的热沉物料的下落，将聚合物包封的热沉物料置于与吸附剂物料热接触。吸附剂物料被设计成在制冷器操作时接收制冷剂蒸汽，接着放出热量。
又一方面，本发明提供便携式，一次使用，非排放蒸发型制冷器冷却产品的方法，该制冷器在蒸发加热时产生制冷剂蒸汽。该方法包括提供一种便携式，一次使用，非排放蒸发型的制冷器，该制冷器包括与要被冷却的产品热接触的蒸发器室，其中蒸发器室包括被分散成与制冷剂分散剂紧密接触的制冷剂，以及与固体相变化型热沉物料热接触的真空吸附器室，其中吸附器室包括吸附剂，其中固体相变型热沉物料在小于其固体密度一定百分率的密度下包封，其中这百分率在相变型热沉物料发生相变化时产生的体积变化百分率的2％以内，在装置操作之前阻止制冷剂蒸汽在蒸发器室和吸附器室之间流动的装置；开启阻止制冷剂蒸汽流动的装置，从而允许流动，从而蒸发器室内压力减小，引起制冷剂蒸发形成制冷剂蒸汽，蒸汽由吸附器室内的吸附剂物料收集，并在吸附剂中产生热量，通过收集蒸汽直到达到平衡为止来从蒸发器室排出蒸汽，其中吸附剂基本上饱和或基本上所有的制冷剂都已收集在吸附剂物料中，和借助相变型热沉物料将吸附剂中产生的热量贮存在吸附器室内。
本发明提供自备式一次性的制冷装置。按照本发明的装置不排放任何种类的气体或蒸汽。装置中不含危险或有毒的物料或组分，更便于装置中物料的循环。装置中不存在加压气体，没有环境不可接受的物料如不稳定的制冷剂。装置即使被火烧毁也不爆炸，不易燃烧。
在说明中使用的术语“固体密度”意指，如果物料是晶体的话，此固体物料将具有的单晶密度。在其它情况下固体密度意指固体的理想压实的样品将具有的密度。在说明中使用术语“聚合的”，“聚合物”和“聚合”包括利用嵌段和无规共聚物的相应的物料的方法。
如果没有其它定义，本文采用的所有科技术语都有如本技术领域中一个普通技术人员通常理解的相同意义。虽然在本发明的实践中可以应用与本文所述类似或等效的方法和物料，但适宜的方法和物料如下所述。这里所提到的所有出版物，专利申请，专利和其它参考都全部结合于此作为参考。在有矛盾的情况下，将以本说明书，包括定义、为准。此外，物料，方法和例子都仅是说明性的不应限制本发明。
从下面的详细描述和权利要求书将会清楚本发明的其它特点和优点。
附图说明
图1是用于本发明一些实施例中的制冷装置的示意图。
图2是在制冷装置特定实施例操作时在蒸发室里发生的蒸发和冷却过程的示意图。
图3是可用于本发明一些特殊实施例的蒸发器柱的圆形布置透视图。
图4是可用于本发明一些特殊实施例的蒸发器柱的同心圆形布置透视图。
图5是可用于本发明一些特殊实施例的蒸发器柱的十字形布置透视图。
图6是利用肋和拱自支持结构的吸附器室的特定实施例的顶视图。
具体实施方式
用于本发明的自制冷装置包括三个基本部分：包含制冷剂的蒸发器室，包含吸附剂和相变型热沉物料的真空吸附剂室，和阻止制冷剂蒸汽在蒸发器室和吸附剂室间流动的装置。当装置在操作期间，这种阻止流动装置也适于允许制冷剂蒸汽在蒸发器室和吸附剂室之间流动。在一个特定的制冷装置中这几部分之间的功能关系已在美国专利5,197,302和5,048,301号中粗略地描述。这发明的装置一般与要冷却的产品一起使用。这些产品和相关的应用将在讨论完装置本身以后详细描述，下面直接讨论装置。
参考图1，示出按照本发明一般原理的制冷装置1的一个特定的实施例。图中表示要被冷却的产品5与蒸发器10接触。蒸发器10包括在其内部发生制冷剂蒸发的室。在装置操作时这一般涉及制冷剂从一个表面解吸附。在装置启动之前，在蒸发器内装有制冷剂，处于液体和蒸汽两种状态。在如本发明的装置中，当启动阻止流动的装置时表现的压差驱动这种解吸附。因此启动制冷装置等于允许制冷剂蒸汽流动。从蒸发器室10的内表面12发生吸附，外表面14变冷。这依次又能冷却与外蒸发器表面14热接触的产品5。这表示在图2中，示出制冷剂(水)在朝向低压的方向18进行解吸。如这里所解释，在制冷装置操作时，这较低的压力暴露于制冷剂中。
装置中可使用各种各样的制冷剂。一般的要求是制冷剂能在各室相对容易地达到的压力条件下蒸发和冷凝。制冷剂还必须能与吸附剂相容，即它必须能被吸附剂吸收或吸附。适合选择的制冷剂还必须能在短时间内产生温度的有效变化，满足政府安全标准，和相对紧凑。本发明装置中所用的制冷剂最好在室温下有高的蒸汽压，从而压力的降低将产生高的蒸汽生成速率。制冷剂在20℃时的蒸汽压最好至少为9mmHg。而且对于某些应用(如食品的冷却)，在任何物品排放进入环境的场合，制冷剂都应符合适用的政府标准。具有适宜的特征用于本发明各种应用的制冷剂包括：各种醇，如甲醇和乙醇；酮或醛，如丙酮和乙醛；氨；水；短链烃和短链卤代烃；和氟里昂，如氟里昂RC318，R114，R21，R11，R114B2，R113和R112。优选的制冷剂是水。
此外，制冷剂可混合有效数量的易溶成核试剂，其蒸汽压高于制冷剂，以促进汽泡的生成，从而制冷剂甚至更快和更稳定地汽化，和因此不会发生制冷剂的过冷。适宜的成核剂包括乙醇，丙醇，甲醇，和异丁醇，所有这些试剂都混溶于水。例如，成核剂与兼容的制冷剂的组合可以是在水中含5％乙醇。成核剂在25℃最好有至少大约25mmHg的蒸汽压。另外，可以使用固体成核剂，如在化学实验应用中使用传统沸石。
如果尽可能薄的制冷剂层达到单层制冷剂的极限漫过尽可能多的解吸室内表面，则在蒸发器室发生的解吸过程能最有效地完成。这些薄膜使表面蒸发面积达到最大。多层制冷剂使热量通过多层制冷剂分子传递到位于蒸发器最内部表面上的制冷剂分子。这种制冷剂的过量使跨过制冷剂层的温度差大于如果这层更薄的话存在的温度差。因此过量制冷剂降低热传导，减小蒸发效率。在有薄层制冷剂的优选实施例中，当制冷装置操作时这一层制冷剂的厚度减薄，减小跨过这层的温度差，提高制冷器操作时的热传导。如果应用制冷剂分散剂，也要求它是尽可薄的一层通过尽可能多的蒸发器室的内表面。
图2表示制冷剂(水)在朝低压方向18进行解吸。如这里所解释，在制冷装置操作时制冷剂处于低压中。图2所示的特定实施例利用水作制冷剂，但所讨论原理将适用于能蒸发的一般的制冷剂。
按照本发明的制冷装置包含固定量的不循环的制冷剂。如果已知要被冷却的产品量和所要求的冷却量，则很容易计算要移出的热量。所要移出的热量精确地确定了必须从蒸发器室蒸发的制冷剂量。例如，8流体盎司(236mL)的水样液体要被冷却22℃，理论上最少需8.9克水制冷剂。如果热量漏失回到系统，将需要更多的制冷剂。
如上面提到的，希望制冷剂在蒸发器10的内表面12上形成一层。这层制冷剂最好基本均匀地分布在表面12尽可能多的区域。在本发明的某些实施例中，如图2所示，这将借助制冷剂分散剂16完成，分散剂最好成一层附着在蒸发器室内表面12上，覆盖这个表面尽可能多的区域。分散剂层适合于将制冷剂吸收进入其中和/或吸附在其上。各种物料都可用作制冷剂分散剂，如在与本发明一起同时申请，标题为“制冷剂物料的分散”的美国专利申请序列号PCT/US00/04639中所详述那样，其全部内容结合于此作为参考。在这样的布置中，热流从产品通过真空室壁，通过制冷剂分散剂层，然后汽化分散剂的表面制冷剂分子。
在选择制冷剂分散剂时，可选择很多材料中的任一种，这取决于系统的要求和使用的特定的制冷剂。制冷剂分散剂可以是象布或织物一样简单的东西，它具有对制冷剂的亲合力和相当大的抽吸能力。因此，例如，当制冷剂是水时，制冷剂分散剂可以是布、片、毡或絮凝材料，它们可以包括棉，渗滤材料，天然纤维素，再生纤维素，纤维素衍生物，吸墨纸或任何其它适宜的材料。重要的是制冷剂分散剂应能应用到有高导热性的表面上，如含金属的表面。
最优选的制冷剂分散剂将是高度亲水的，如能涂覆蒸发器室内表面的凝胶形式聚合物。在与本发明一道同时申请，标题为“制冷剂物料的分散”的美国专利申请序列号 PCT/US00/04639，列举了这样的材料并给出它们的制备方法，其全部内容结合于此作为参考。
制冷剂分散剂可以被喷射，絮沉，或者否则被涂覆或施加到蒸发器室的内表面上。在优选的实施例中，将制冷剂分散剂静电沉积在该表面上。在另一实施方案中制冷剂分散剂与适宜的溶剂如非水溶剂混合，然后将此溶液应用到蒸发器室的内表面上。
在另一优选实施例中，制冷剂分散剂能控制蒸发器内任何激烈的沸腾，因此减少在蒸汽相中夹带的任何液体。在这样的实施例中，制冷剂分散剂是形成多孔的保存空隙的或海绵状结构的聚合物，它可完全充满或部分填充蒸发器室。
在图1所示的特定实施例中，蒸发器10有翅片20和中心通道22，虽然各种各样形状和构造的蒸发器都是可能的。如果采用翅片，它们可以是各种不同的构形，中心通道可以省略或大大缩短。在其它实施例中，蒸发器10取很多空心柱状元件(柱体24)的形式，它们不是象翅片20那样从中心通道分支，而是通入柱底26，如图4至6所示。底座26可包含短的通道(未图示)以将空心柱24的内部连在一起形成短的中心通道。另外，底座26可以基本上是空心的，带有一个中央出口通至阻止/允许蒸汽流到吸附剂室的装置。柱体24可布置成一圆形(在图3的布置中表示8个柱体，但可以这样布置任何数目的柱体)，许多同心圆形(如图4所示)，十字形布置(如图5所示)，或更加随机的布置。总的目的是通过使该表面的面积最大化提供从大宗介质到这内表面之间的有效传热。蒸发器还要求合理地简单化以便于制造和装配。此外，在蒸发器室内部的制冷剂蒸汽流通道要求足以防止在低密度蒸汽流上产生过大的压力降。
正常的沸腾过程(汽泡生成)是由表面上离散的和容易看见的点上升的微小汽泡流开始，要求由凹穴组成的成核点，该凹穴包含有不凝缩气体如空气。在按照本发明的制冷器中的蒸发器室部分抽真空，从蒸发器室的内表面上显著去除了成核点，也使制冷剂脱气。因此，当受到存在于来自从制冷剂的静止池的表面蒸发的、正确制备的吸附剂室(如下面所述的)内的减压作用时，用真空器室制备方法制备的制冷剂分子(详述于与本发明一道同时申请，标题为“制冷剂物料的分散”的美国专利申请序列号 PCT/US00/04639，其全部内容结合于此作为参考)也可用于本发明的制冷装置中。该池的热传导受到与在大量流体中相同的导热和对流的限制。
在冷却过程开始和结束时蒸发器室内制冷剂的蒸汽压可根据期望的饮料温度与传热所需温度差，可由水的平衡蒸汽压与温度的函数关系确定。
在装配之前需对装有制冷剂的蒸发器室抽真空。真空度应限制在大于或等于抽真空时温度的水的蒸汽压。例如，在室温用水作制冷剂时，装有制冷剂的蒸发器的抽真空应进行到大约0.02mmHg(20乇)。这个抽真空用于从蒸发器室清除污染物如空气，洗涤剂和类似物。
回到图1，示出吸附器30。制冷装置的这部分包括吸附剂32，吸附剂32布置在吸附剂室34的整个内部。吸附器30还包括相变型热沉物料40。在制冷装置操作时形成的制冷剂蒸汽携带着热量从蒸发器室运动到吸附剂室34。这个热量贮存到有限容量的吸附剂32中，并进一步贮存到有一定容量的热沉相变型热沉物料40中。
吸附剂接受的热量不仅来自于由制冷剂蒸汽冷凝放出的蒸发潜热，也有当制冷剂与吸附剂结合时放出的化学反应热。通过吸附剂室34的内表面36和外表面38，吸附剂32与热沉物40热接触。这种热接触的理想结果是从吸附剂32到相变型热沉物料40的高效传热。热量必须以这样的方式贮存在热沉中，即它不能在需要冷却的产品时泄漏回到产品中。
气体分子倾向于附着到表面上。吸附剂物料可以有多孔结构，其单位体积有非常大的表面积。在要求最终压力低于0.220-0.500mmHg(220到500毫乇)的系统内不冷凝物质的体积变得很重要。举例来说，装有分子筛(典型的吸附剂)的容器可在室温下一天天地抽真空，达到大约0.001-0.005mmHg(1到5毫乇)，但在分期的连续抽真空之间经过几个小时压力就能上升到0.500mmHg(500毫乇)。这种上升是由于吸附的气体分子逐渐解吸所致。一个经济的高生产率的制冷装置在其制造中结合这样的过程，是不可能的。在装置操作期间由于吸附剂的吸附过程其作用象泵一样从蒸发器抽吸蒸汽，在吸附剂上方的制冷剂蒸汽压任何时候必定都低于蒸发器内的制冷剂的平衡饱和蒸汽压。在这里讨论的制冷装置中吸附剂的基本效用是除去制冷系统中的不凝气。必须避免在系统内任何处出现非凝气，因为这样的气体会被流动的制冷剂蒸汽携带进入吸附剂，或者可能已经存在于吸附剂中。不凝气的存在形成一个障碍层，制冷剂蒸汽在可能冷凝之前必须扩散通过这一层。如果这样的气体存在，制冷装置的操作速率将受此扩散障碍层所限制。
以类似的方式，在装置操作之前，必须尽可能地制备不含可冷凝气体的吸附剂。对本发明的一些优选实施例，要求吸附剂的体积最好最小化。因此，制冷剂和已经存在于吸附剂中的可冷凝气体之间的竞争也将限制制冷装置的操作，使其达不到最佳性能。用于制冷装置的各种吸附剂的制备方法详述于与本发明一道同时申请，标题为“制冷剂物料的制备”的美国专利申请序列号 PCT/US00/04634，其全部内容结合于此作为参考。
待装有吸附剂的吸附剂室还包括相变型热沉物料。相变型热沉物料的功能是吸收吸附剂放出的热，和防止这种热量漏回到要被制冷装置冷却的产品中。因此，在吸附剂和相变型热沉物料之间有最大的热接触是很重要的。
适宜作为吸附剂的物料是那些物料，它们具有积极结合制冷剂蒸汽的性质，低的化学反应热，和不易爆，不易燃或无毒。这些物料可在各种形式下获得，包括小片状，粉末，颗粒，以及被支持在惰性载体上或与粘土相结合。希望物料有从其穿过的充足的蒸汽流动通道，以使制冷剂性能不受穿过该吸附剂的制冷剂蒸汽通道所限制。此外，吸附剂必须能将热量传递到相变型热沉物料，因此与吸附剂室的内表面要有很好的热接触。用于本制冷装置的优选的吸附剂包括片状吸附剂或粘土支持的吸附剂。后者可以各种各样的形状获得，包括球粒，小片，矩形固粒。
待装有吸附剂的吸附剂室还包括相变型热沉物料。相变型热沉物料的功能是吸收吸附剂排放的热量，和防止该热量漏回到要被制冷装置冷却的产品中。因此在吸附剂和相变型热沉物料之间最大的热接触是很重要的。通过确保吸附剂与吸附剂室的内表面有良好的物理接触可以达到这个目的。
包括金属铝硅酸盐的合成沸石材料可用于本制冷装置。这些材料包括由多孔惰性粘土支持的吸水矿物。必须加热这样的材料以从中去除已吸收和吸附的水。为吸收制冷剂蒸汽所需求的吸附剂量取决于吸附剂对制冷剂蒸汽的吸附能力，它一般是温度的函数。
本发明的制冷装置也包括位于吸附器30中的热沉。热沉与吸附剂室34的外表面热接触，并因而与吸附剂热接触。
热移出物料可为三种类型之一：(1)当被加热时经受相变化的物料；(2)具有的热容大于吸附剂热容的物料；或(3)当与液体制冷剂接触时发生热沉反应的物料。
适宜于特定应用的相变物料可由下列物料中选择，即石蜡，萘，硫，水合氯化钙，溴樟脑，十六醇，氰酰亚胺、eleudic酸，月桂酸，水合硅酸钠，五水硫代硫酸钠，磷酸二钠，水合碳酸钠，水合硝酸钙，Glauber盐，钾，钠和镁的醋酸盐，包括这些物质的水合形式，如三水(合)乙酸钠，和十二水合磷酸二钠。相变物料简单地通过储存显热来从吸附剂物料移出一些热量。换言之，它们随吸附剂的变热而变热，移出吸附剂的热量。然而相变物料最有效的功能是相变化本身。一种适宜的相变由于相变化(即从固相变到液相，或从液相变到气相)可吸收大量热，在相变时相变物料的温度一般不变，尽管为了引起相变需要相对大量的热；该热量在相变时被吸收。从固相变到液相的相变物料从吸附剂吸收它们的熔化潜热，在封闭系统中它们是最为实用的。然而从液相变到气相的相变物料也是可用的。因此可在一分立的容器(未图示)内提供对环境安全的液体与吸附剂物料接触(从它们那里吸收热量)但以这样的方式排放，即沸腾的相变物料将带走吸附剂物料的热量完全离开系统。
对任何相变物料的另一要求是相变温度高于预期的要被冷却物料的环境温度，但低于吸附剂吸收了制冷剂液体的相当多的部分(即1/3到1/4)时所达到的温度。因此，例如在打算用于冷却如食品或饮料这样物品的按照本发明的大多数装置中，相变物料发生相变化的温度高于约30℃最好高于35℃，但最好是低于约70℃，更最好低于约60℃。当然，在某些应用中可能需要有更高或更低的相变温度。的确，其相变温度高达90℃或110℃的许多相变物料可以适用于某些系统。
其热容比吸附剂的热容高的物料仅仅提供与吸附剂接触的热质，所述吸附剂不影响系统内的总热量，但减小正被冷却的物品与吸附器之间的温度差。
当热量施加到一种不会由于加热而发生熔化或蒸发的物料时，该热量可由温度上升而显示出来。相反，如果物料经受相变，例如从固相到液相，物料可吸收热量但没有明显的温度变化。相反，热能经历物料的相变化。隐藏的热量称为潜热。适用于本制冷装置的相变型热沉物料全部是熔融物料，它们吸收大量的潜热，能保持吸附剂在更加稳定的温度。吸附剂愈冷，它愈能冷凝更多的蒸汽，因此相变型热沉物料与吸附剂的组合体积有直接的意义。理论上，低密度物料和高密度物料可以有相同的总热容，但利用低密度物料的制冷装置要求更大的体积。在某些重要的应用中，这增大的体积可能是不合需要的。
认为在本发明中有用的某些相变型热沉物料在相转变时将发生体积变化。例如，一种固体相变型相变型热沉物料在任何地方都可能变化体积，从1％到约30％。对大多数物料相变化时体积的变化是体积增大。如果需要将这样的物料包封起来，这可能存在一个问题。这些包层或者必须是柔性的足以保持它们结构的完整，或者必须在适当的位置留出死体积，因此膨胀将不会使较为刚性的包层破裂。解决这个问题的一个方法是改变固体相变化型相变型热沉物料的密度，其变化量约等于相变物料在发生相变时产生的体积变化。对于本发明的制冷装置，当热从吸附剂传递到固体相变型热沉物料时，该相变型热沉物料熔化。适用于本发明的某些相变型热沉物料在熔化时体积增加。例如，三水(合)乙酸钠熔化时体积增加约17％。在包封前使固体三水(合)乙酸钠密度减少(例如由于在固体内引入了空隙体积)大约17％，在熔化时体积将不变化，对包层将施加最小的压力。在包层能够承受其包容物体体积变化的程度上，容许这密度变化上的轻微变动。
通过对物料施加很大的压紧力可改变密度。例如，对已压实的颗粒状相变型热沉物料可施加高达1687kg/cm2(24000磅)的压力以增加它的密度到希望值，在三水(合)乙酸钠的情况下，该希望值大约为固体密度(没有空隙体积的相变型热沉物料晶体的密度)的83％。三水(合)乙酸钠的试样或丸粒，当压缩到这个密度时，呈现固态，坚固得足以很容易处理作进一步加工。
必须对相变型热沉物料进行包封以去除污染物，如空气或其它气体，或能降低相变型热沉物料性能的水。可通过很多方法进行包封，包括滚涂，金属箔阻挡层，喷涂、和其它业内人士已知的方法。
一种对包封相变型热沉物料有用的包封方法是利用造粒塔和紫外线可固化的单体。这种方法得的结果是聚合物涂覆的相变型热沉物料。相变型热沉物料被分隔成颗粒如小片，晶粒，丸粒，或滴粒并且位于造粒塔的顶部。每个颗粒都通过，或允许降落，经过紫外线可固化的单体溶液，以至全部最好是各个地涂覆这些颗粒。然后将单体涂覆的热沉物颗粒暴露到有充足能量和强度的紫外线下，以便固化这些单体成为颗粒的聚合物涂层。这是可在几秒钟的时间内发生的紫外线诱导的聚合。在本发明这方面的实践中可采用的紫外线可固化的单体有环氧基树脂，烯烃如乙烯基单体和乙烯的单体，环氧单体和烷基、芳基以及氨基取代的这些单体的衍生物。这些方法可能需要激活剂，它们帮助启动反应，通常包括单个或三个游离基或双游离基生成。这些方法一般可以用能量范围从约220nm到约460nm，或从约280nm到约420nm的光能来实施。光强度应该足以促使单体在30秒内在相变型热沉物料周围形成一连续的层，较好是在15秒内或者最好在5秒内。在进行光聚合时单体涂覆的颗粒一般继续下落通过造粒塔。在室温或在如所要求的将加速或减慢反应的温度下，借助空气或其它气体的上升气流可使它们悬浮地保持在塔的光通路中。一经形成聚合物涂层，颗粒被收集在造粒塔塔底。涂层必须有足够的强度以允许处理和承受相变型热沉物料在相变时发生的膨胀或收缩。
相变型热沉物料的需求量取决于要被吸附剂吸收或吸附的制冷剂蒸汽的数量，吸附剂和制冷剂蒸汽结合反应的化学反应热，热沉的比热(或相变物料中结合的比潜热)，和选择的吸附器30的最终温度。因为某些吸附剂随温度的升高对制冷剂蒸汽的吸附能力减少，存在一个使系统质量最小的吸附剂与热沉的比率，它取决于选择的配对物的性质。
生产相变型热沉物料的方法以及这里所述的相变型热沉物料不仅可用于所述的制冷装置，而且可用于其它制冷装置，如美国专利5,197,302和5,048,301公开的那些制冷装置。
制冷装置还包括在装置操作之前防止制冷剂蒸汽从蒸发器室流到吸附剂室的装置44。当这个装置44启动时，随及其基本上允许制冷剂蒸汽的气味从蒸发器室传到吸附剂室，吸附和产品的冷却开始。这个防止蒸汽流动的装置44可取现有技术中已知的各种类型中任一种形式。此装置可置于蒸发器室和吸附器室之间任何位置，只要它能防止制冷剂蒸汽，或任何种类的蒸汽被吸附剂吸收。但是，如果整个制冷装置装在一个加压容器内，可利用压力响应阀，当容器内压力释放时它能启动装置。
装置可由各种材料构成，限制条件是某些部分必须能与某些其它部分给于很好的热接触。这些部分必须由相当好的导热材料如金属或金属性的材料制造。对蒸发器室和吸附器的优选材料包括金属如铝、铜、锡、和钢，和金属合金和铝合金。对于某些应用，在蒸发器的外表面要求防腐蚀保护。防腐保护可包括一种特别设计用于此目的的薄的漆层。本领域的熟练技术人员将能提供适宜的材料。这样的涂层厚度一般不影响传热，但腐蚀防护剂的选择将由这样的防护剂对传热的影响所决定。对传热关系不大的制冷器的部分包括防止/允许制冷剂蒸汽流动的装置。这部分可由聚合物材料如热塑性材料制作。
制冷器受到外压，因为将它们内部地抽真空。为了不致于制造一重的结构，可以采用自支持的拱设计或有肋的设计。具有与碳酸饮料的结构采用的相似规格的材料可以应用于本发明制冷器的结构中。在图6中表示一个自支持拱设计的特定实施例。图示吸附器30内包括吸附器32和相变型热沉物料40。在吸附器30的外表面有一系列隔板48，它们一般连续地围绕表面46的圆周，但为清楚起见图6中省略了一些。在隔板48上连接有中间材料50经过表面46的整个圆周，它们可以是聚合物材料如热塑性材料。这种装配意味着要将其放置在圆筒形的产品容器内，隔板48的终端邻接圆筒形产品容器的内壁。这种装配有助于吸附器30保持其结构，防止由于吸附器内部和外部的不平衡压力导致破裂。
可以被冷却的产品可是液体，气体或固体，只要使它们与蒸发器外表面有良好的热接触。可被冷却的优选的产品是液体或气体，最好为液体。可利用本发明的制冷装置冷却的液体包括含水液体，如至少含70％水的液体，至少含40％水和至少含60％水的液体。这样的含水液体包括水本身，乳液，果汁和蔬菜汁，软饮料，啤酒，葡萄酒和混合饮料。这些产品可装在由各种材料制作的各种大小和形状的容器内。如上面提到的，某些应用将涉及经长时间贮存后可能腐蚀所用容器的液体的冷却。在这样情况下可采用业内人士已知的防腐保护。
本发明还包括利用这里所述制冷装置的方法。该方法包括下述步骤：提供这里所述类型的制冷装置，打开防止蒸汽流动的装置，从而蒸发器内压力减小，引起制冷剂汽化，该蒸汽被吸附剂收集，通过收集蒸汽从蒸发器移出蒸汽直到达到平衡条件，其中吸附剂基本饱和或基本上最初在蒸发器室内的全部制冷剂都已收集到吸附剂中，并且同时借助上述的相变型热沉物料移出吸附剂的热。这个过程最好是一次启动过程；因此，打开防止/允许蒸汽流动装置最好是不可逆的。同时系统是封闭的系统；换言之，制冷剂不会从系统逃逸出去，和没有这样的装置可让制冷剂或吸附剂从蒸发器室或吸附器逃逸出去。
其它实施例
应该理解，已结合详细的描述说明了本发明，但前面的描述是说明性的并不限制本发明的范围，本发明的后附的权利要求书的范围限定。其它方面、优点和更改都在下述的权利要求书范围内。

Claims (12)

1.一种相变型热沉物料的制备方法，所述相变型热沉物料用于便携式一次使用的制冷器，该制冷器靠制冷剂蒸发制冷，该方法包括：
A)提供大量的相变型热沉物料，该相变型热沉物料在发生从固相到液相的相变时体积增大；
B)用不透气的包层包封上述相变型热沉物料，其中该包层内无空气、其它气体和水，所述包层在相变型热沉物料为固体时有间隙体积，所述间隙体积在热沉物料熔化时足以容纳其增大的体积而不使该包层破裂；和
C)使上述包封的相变型热沉物料与吸附剂物料热接触，
其中在所述制冷器操作时上述吸附剂物料吸收制冷剂蒸汽，接着放出热量。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述相变型热沉物料在35℃和60℃之间的温度下发生相变。
3.如权利要求1所述的方法，所述包封是在相变型热沉物料为固相时进行，其中在包封前把所述间隙体积引入相变型热沉物料的固相中。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述间隙体积将固相时的相变型热沉物料的密度降低的百分比是在其熔化时体积增量的2％之内。
5.如权利要求1-4任一所述的方法，其中上述不透气包层包括金属层。
6.如权利要求1所述的方法，其中上述不透气包层包括聚合物层。
7.如权利要求6所述的方法，用220nm到460nm范围能量的紫外线来光诱导聚合聚合物层。
8.如权利要求7所述的方法，其中该聚合物层是由至少一种紫外线可固化的单体制备，所述的紫外线可固化的单体选自环氧基树脂、乙烯单体、乙烯基单体、环氧单体、以及这些单体的烷基、芳基和氨基的替代衍生物。
9.如权利要求1-4任一所述的方法，其中
上述热沉物料由包括链烷烃，三水合乙酸钠，五水硫代硫酸钠，和十二水合磷酸二钠的一组中选择。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述包封是通过下述步骤进行；A)从造粒塔装置提供相变型热沉物料的下落滴粒；
B)使所述下落滴粒通过紫外线可固化的单体溶液，所述紫外线可固化的单体选自环氧基树脂、乙烯单体、乙烯基单体、环氧单体、以及这些单体的烷基、芳基和氨基的替代衍生物；
C)通过紫外线光，其能量从220nm到460nm，其强度足以固化所述紫外线可固化的单体，以便制造热沉物料的聚合物包封的下落滴粒。
11.如权利要求10所述的方法，其中该热沉物料由包括烷烃，三水合乙酸钠，和十二水合磷酸二钠的一组中选择。
12.一种被包封的相变型热沉物料，其包括不透气的包层，该不透气的包层含有固相的相变型热沉物料，该相变型热沉物料在发生从固相到液相的相变时体积增大，
其特征在于：
该包层包括间隙体积，其内无空气、其它气体和水，所述间隙体积在相变型热沉物料熔化时足以容纳其增大的体积而不使该包层破裂。
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