CN1348538A - 致冷剂材料的扩散 - Google Patents

Abstract

一种便携式致冷装置(1),包括用于此种装置中的蒸发室(10)的准备方法以及按此方法准备的蒸发室(10),该法涉及致冷剂扩散,以便使来自此种致冷装置(1)蒸发室(10)的致冷蒸汽的蒸发效率达到最大。

Description

致冷剂材料的扩散

发明背景

本发明涉及使用蒸发/凝结过程的自致冷装置，本发明特别涉及制备这些装置中使用的致冷材料的方法和用这些制备方法得到的致冷材料。

自制冷装置在现有技术中是众所周知的。包括液体产品在内的许多产品当冷却到环境温度以下时具有更受人喜爱的性能，因此人们希望将这些产品冷却到约0℃～20℃之间。一般，这种冷却通过电动致冷单元或利用类如冰的相变材料实现。使用这些单元冷藏此种食物和饮料并非总能办到，这是因为致冷器一般需要电源，且常常不能携带，而且不能迅速冷却该食物或饮料。

另外一个根据要求提供冷藏材料的替代方法是使用便携式绝缘容器，但是这些容器仅起保持置于其内部的食物和饮料的原先温度的作用，否则它们要求使用冰块提供所希望的冷却效果。当使用冰块时，绝缘容器就会比该食物或饮料大而重得多。此外，在许多地方，当需要冷却作用时，却无现成的冰。

冰块一直独立地用于迅速冷却食物或饮料。可是独立使用冰进行冷却常因其在0℃以上仅能储存一段有限时间而不理想。此外，冰在需要冷却作用时可能无法获得。

除了冷藏食物和饮料以外，还有其他许多非常需要便携式冷藏装置的用途。这些包括医学用途、工业用途和化妆用途。医学用途包括冷藏组织或器官以及准备作为外科手术一部分的冷敷和组织的低温破坏，工业用途包括根据要求生产冷水或其他冷液体，保存生物试样以及冷却防护服。在所有这些方面，便携式冷藏装置有着广泛的用途。

大多数制造自容式微型化冷藏装置的设想都依赖使用在高于大气压的压力下贮存的液体致冷剂，从而可以将致冷蒸汽直接释放入大气。不幸的是许多这种系统用的现有液体致冷剂要么易燃、有毒、危害环境，要么在以液体形式存在的高压和其数量符合使用目的的情况下有爆炸的危险。相反，其他可用的排入大气的现成液体致冷剂(类如二氧化碳)，其热容和蒸发潜热较低。结果，某些释放二氧化碳的冷藏装置比商业上可以接受的便携式装置笨重。

在便携式装置中提供冷却效果的另外一个替代方法是在和进行蒸发的室分开的一个室内吸收或吸附该致冷蒸汽。在此种系统内，该液体致冷剂在一个密封室内的低压下沸腾，并从其周围吸收热。液体沸腾所产生的蒸汽连续地从该第一室中放出，并排入含有吸收或吸附蒸汽的吸收剂的第二室内。

本发明概述

本发明提出制备用于蒸发/凝结自致冷装置中的致冷剂材料的方法以及用此方法生产出的制冷剂材料。本发明的诞生源自对此种装置内高效率地蒸发致冷剂的要求。

本发明的一个方面提出一种在便携式、一次性、非释放蒸发型式致冷器中使用的蒸发室的制备方法。该方法包括：形成一种挥发性非水溶剂(例如包括甲醇在内的短链醇)和一种致冷剂扩散剂(例如丙烯酸脂基聚合物和共聚物，淀粉-接枝聚合物和包括丙烯酰胺共聚物和一种丙烯酸的碱盐在内的共聚物丙烯酸盐)的混合物；将此混合物(该混合物中的挥发性溶剂重量比约为10～70％，而聚合材料的重量比约为30～90％)沉积在一个蒸发室的内表面上(在某些情况下，基本上沉积在所述蒸发室的整个内表面上，该沉积致冷剂扩散剂的内表面在某些情况下由一层保护性清漆-也可以是铝-覆盖)；使挥发性溶剂蒸发后在蒸发室的内表面上留下基本上均匀的一层致冷剂扩散剂；在致冷剂扩散剂层上加致冷剂(例如水)以便产生一层和致冷剂扩散剂紧密结合的基本上均匀的致冷剂层(该致冷剂和扩散剂的层厚可达0.03英寸)；通过蒸发室抽真空(例如压力不超过约20毫乇)从蒸发室中除去气体；将蒸发室密封防止气体再进入蒸发室。该蒸发室还备有控制液体在蒸发室内部和外界低压容器之间交流的装置，例如通过一个阀和蒸发室分开的吸收室和一个在该装置启动前阻止液体在吸室器和蒸发室之间交流的致动器。该蒸发室也适宜在其内部和外部表面之间提供热传导。

另一方面，本发明提供一个密封的和抽成真空的蒸发室，其包括：一个抽真空至压力不超过约20毫乇的气密室；一层涂在该气密室至少部分内表面上的基本均匀的致冷剂扩散剂；一层附着在该致冷剂扩散剂上的基本均匀的致冷剂以及一个控制液体在该室内部和低压容器之间交流的装置。该蒸发室备有控制液体在蒸发室内部和一个外界低压容器之间交流的装置。该蒸发室适于在其内部和外部表面之间提供热传导。

另一方面，本发明提出一种使用便携式、一次性、非释放蒸发型式致冷器通过操作阻止致冷蒸汽流动的装置允许其流动从而冷藏产品的方法。该蒸发室中的压力在此操作之后减小，使致冷剂蒸发并形成致冷蒸汽，该蒸汽由吸收器内的吸收剂材料收集，并在吸收剂中产生热，然后通过收集蒸汽从蒸发室中除去蒸汽直到吸收剂基本饱和或全部致冷剂基本上收集到吸收材料内的平衡状态为止，同时利用相变型热沉材料容纳吸收器内吸收剂产生的热，于是使产品冷却。

本发明提供一种自容式、一次性致冷装置。本发明的该装置不排出任何种气体或蒸汽。在该装置内不存在有害的或有毒的材料或元件，并且该装置易于进行材料再循环。在该装置内无压缩气体和类如非稳定致冷剂的危害环境材料。该装置即使在被火焚烧时也不爆炸并且是不燃的。

由本发明提出的该致冷剂扩散法设计能使便携式、一次性、非释放蒸发型式致冷装置中的致冷剂进行高效率有控制地蒸发。本发明的材料和方法可以从此种致冷装置蒸发室的内表面蒸发出一层基本均匀的致冷剂。此层基本均匀的致冷剂在该致冷装置的整个储存期内得以保持，不管重力的影响和在正常搬弄该致冷装置时不可避免的振动。

在说明内使用的“基本均匀的一层”指的是该层致冷剂材料和致冷剂扩散剂在其覆盖的一个部位表面上的厚度不超过其他此种部位上的大约一倍。在使用扩散剂时，该致冷剂将在致冷剂扩散剂上扩散，不然该致冷剂材料将在蒸发室的内表面上扩散，不管该表面覆盖与否。当使用致冷剂扩散剂时，该致冷剂扩散剂将在蒸发室的内表面上扩散，不管该表面上用任何型式的保护层复盖与否。在说明中使用的“短链”指的是包含1～4个碳原子的有机分子。在说明中使用的“共聚物”包括无规共聚物和嵌段共聚物。

除非另有规定，此处使用的全部技术和科学术语具有的含义和本发明所属领域内的一个普通专业人员所理解的相同。虽然和此处所述相同或相当的方法和材料可以在本发明的实践中使用，但是下文仍将介绍合适的方法和材料。全部出版物、申请专利、专利和其他此处提到的参考文献都作为整体结合以供参考。在发生矛盾时，以包括定义在内的本说明为准。此外，所举材料、方法和例子仅用于示例而非用于限制。本发明的其他特点和优点将从下述详细说明和权利要求书中予以阐明。

附图简介

图1为本发明某些实施例中使用的致冷装置简图；

图2为本发明一个特别实施例工作时在蒸发室内产生的蒸发和冷却过程简图；

图3为本发明特别实施例中可以使用的蒸发柱环形实排的透视图；

图4为本发明特别实施例中可以使用的蒸发柱共心环形安排的透视图；

图5为本发明特别实施例中可以使用的蒸发柱十字形安排的透视图；

图6为安装在圆筒产品容器内的本发明致冷装置的一个特别实施例的俯视图。

本发明的详细说明

本发明中使用的自致冷装置包括三个基本部分：一个包含一种致冷剂的蒸发室；一个包含一种吸收剂和一种热沉材料的真空吸收剂室；一个阻止致冷蒸汽在蒸发室和吸收室之间流动的装置。此种阻流装置也用于类似当该装置工作期间允许致冷蒸汽在蒸发室和吸收室之间流动。在美国专利5 197 302和5 048 301中已大致介绍过在一个特别致冷装置内的这些部分之间的功能关系。该发明装置一般和一种待冷藏的产品有连系。这些产品及其相关用途将在下文直接展开的讨论后详述。

参看图1，该图表示一个说明本发明一般原理的致冷装置1的特别实施例。本视图表示待冷藏产品5和其中有一致冷剂进行蒸发的蒸发器10接触。蒸发器10包含一个其中有一致冷剂进行蒸发的室。这一般涉及该装置工作时使致冷剂从一个表面上解吸附作用。在该装置启动前，在该蒸发器内便存在液态的和汽态的致冷剂。在类似本发明的装置内，当操作致冷蒸汽阻流器具44时出现的压力差造成此解吸作用。因此，该装置的启动等于允许致冷蒸汽流动。由于从该蒸发室10的内表面12上产生解吸，外表面14变冷，这又能使和外蒸发器表面14有热接触的产品5冷却。这一点由图2表示。该图表示沿着通往低压的方向18前进的致冷剂(H₂O)的解吸作用。正如此处解释的那样，在该致冷装置工作时，该致冷剂处于低压下。

该装置可以使用的致冷剂有许多种。总的要求是该致冷剂能够在室内较易达到的压力下蒸发和凝结，该致冷剂也必须和该吸收剂相配，即其必须能被该吸收剂吸收或吸附。选择合适的致冷剂必须能：在短时间内产生有用的温度变化；符合政府的安全标准；比较稠密。本发明装置中使用的致冷剂最好在环境温度下具有高蒸汽压，从而使压力的下降会造成高的蒸汽生产率。致冷剂在20℃时的蒸汽压最好至少为约9mmHg。此外，在某些用途中(如冷藏食物)，该致冷剂如意外地或什么情况下排入周围环境时，应符合政府的现行标准。适合本发明各种用途并具有合适特性的致冷剂包括：类如甲醇或乙醇的各种醇；类如丙酮和乙醛的酮或醛；氨；水；短链烃和短链卤代烃；类如C318、114、21、11、114B2、113和112的氟利昂。一种优先的致冷剂是水。

此外，该制冷剂可以和有效数量的可混孕育剂混合，该孕育剂比该致冷剂具有更大的促使沸腾的蒸汽压，因而使该致冷剂蒸发更快和更平衡，同时不会导致该致冷剂过冷。合适的孕育剂包括乙醇、丙酮、甲醇、丙醇和异丁醇。所有这些均可和水混合。例如有一种孕育剂和相容致冷剂的组合是水中含5％的乙醇。该孕育剂在25℃时最好有至少约25mmHg的蒸汽压。此外，还可以使用固体孕育剂，类如在化学实验室内常用的沸石。

如果该致冷剂尽可能地薄，达到一个单层致冷剂分布在尽可能多的解吸室内表面上的限度，则在该蒸发室内的解吸过程便能最有效地进行。这些薄膜使表面蒸发的面积达到最大。多层致冷剂使热通过成层的致冷剂分子传到位于该蒸发器最内部表面上的一个致冷剂分子。此种型式的致冷剂加得过多将使致冷剂层内外的温度差大于薄一些的致冷剂层应有的温度差。因此，加得过多将在降低蒸发效率的同时降低热传导。在具有薄致冷剂层的优选实施例中，当致冷装置工作时，层厚减小的同时减小层内外的温度差和改进致冷器工作时的热传导过程。如果采用致冷剂扩散剂，同样希望尽可能地薄的层厚并覆盖尽可能多的蒸发室内表面。

图2表示沿着低压方向18进行的致冷剂(H₂O)的解吸。正如此处所述，在该致冷装置工作时，该致冷剂处于此低压下。图2所示特别实施例使用水作致冷剂，但所讨论的原理普遍适用于可蒸发的致冷剂。

本发明的该致冷装置含有固定数量的非循环致冷剂。如果待冷藏的产品数量和致冷量已知，则待除去的热量极易计算。该需要除去的热量精确地规定了必须从蒸发室蒸发的致冷剂量。例如使8液体盎司(236ml)的液体水冷却22℃，理论上最少需要89g水致冷剂。如果有热漏回该系统，则需要更多的致冷剂。

如上所述，希望该致冷剂在蒸发器10的内表面12上形成一层。此层致冷剂最好基本上均匀地分布在尽可能多的表面12上。在本发明的某些实施例中，此点藉助致冷剂扩散剂16达到。该扩散剂最好在蒸发室内表面12上沉积成一层，并且覆盖尽可能多的此表面。该扩散剂层能够让致冷剂吸入和/或吸附在其上面。每克有用的扩散剂可以吸收至少约20g致冷剂，每克优选的扩散剂至少可以吸收约30g为致冷剂。在这样一种安排中，从产品越过蒸发器室壁的热流越过致冷剂扩散剂层，然后从该扩散剂中蒸发表面致冷剂分子。

在选择致冷剂扩散剂时，根据系统的要求和使用的特定液体致冷剂，可以从众多的材料中选择任何一种。该致冷剂扩散剂可以简单到像对致冷剂有亲合力和很大毛细能力的布和织物一类物质。因此，当致冷剂为水时，该致冷剂扩散剂可以是布、纸片、毛毡或由棉花、滤料、天然纤维素、再生纤维素、纤维素衍生物、吸水纸或其他合适材料构成的絮料。重要的是该致冷剂扩散剂能够附着在具有高度热传导性的类如含金属表面的表面上。

最最好的致冷剂扩散剂当推类如胶凝聚合物的高度亲水物质，该物质能够覆盖蒸发室的内表面。此种材料最好由下述的烷基、芳基和氨基衍生聚合物构成：氯乙烯-乙酸乙烯；偏二氯乙烯；四氟乙烯；甲基丙烯酸甲脂；己二酸；二氢-2.5-呋喃二酮；丙烯酸；1.3-异苯并呋喃二酮；1h-吡咯-2.5-二酮或六氢-2-h--2-酮。由下述的烷基、芳基和氨基衍生物单体构成的无规和嵌段共聚物在本致冷装置中也是有用的致冷剂扩散剂：丙烯酸；丙酸碱金属；氯乙烯-乙酸乙烯；偏二氯乙烯；四氟乙烯；甲基丙烯酸甲脂；己二酸；二氢-2.5-呋喃二酮；1.3-异苯并呋喃二酮；1h-吡咯-2.5-二酮或六氢-2-h--2-酮。在本发明中亦可使用下述玉米接枝聚合物和烷基、芳基、氨基衍生聚合物的共聚物：氯乙烯-乙酸乙烯；偏二氯乙烯；四氟乙烯；甲基丙烯酸甲脂；己二酸；二氢-2.5-呋喃二酮；丙烯酸；1.3-异苯并呋喃二酮；1h-吡咯-2.5-二酮或六氢-2-h--2-酮。其他可用的吸收剂属于下述一类中的一种：皂化淀粉聚丙烯腈接枝共聚物；交联/接枝纤维素；皂化乙酸乙烯脂-丙烯酸共聚物；淀粉接枝聚乙酸乙烯脂以及聚丙烯酸盐水解胶体颗粒的碱金属盐。可用的致冷剂扩散剂是市场上商售的，其中包括以WATERLOCK G-400(Grain Processing Corp.，Muscatine，Iowa)出售的聚合物(2-丙烯酰胺-CO-2-丙烯酸，钠盐)；以WATER LOCK D-223(Grain Processing Corp.)出售的淀粉接枝共聚物(2-丙烯酰胺-CO-2-丙烯酸，混合钠盐和铝盐)。

已经发现此种材料的颗粒或粒度具有某种重要性。晶粒愈小，一般其效果愈好。在某些实施例中，使用的聚合材料颗粒能有98％至少通过筛号40。在其他的实施例中，有98％的聚合物颗粒通过的筛号为80目。每克合适的扩散剂至少能够吸收约300克致冷剂。每克优选的扩散剂至少能够吸收400克致冷剂。大多数的优选的扩散剂，每克至少能吸收约450克致冷剂。

致冷剂扩散剂可以用喷敷和植绒，要私用涂覆或张贴的方法附着在蒸发室的内表面上。在一个特别实施例中，该致冷剂扩散剂电沉积到该表面上。在另一个实施例中，该致冷剂扩散剂和-合适的溶剂-类如挥发性非水溶剂-混合，然后施加在第一室的内表面上。该挥发性溶剂可以从短链醇类、短链脂类和短链醚类、丙酮以及从轻度到中度极性的类似溶剂中选取。

施加致冷剂扩散剂时，必须得到厚度基本均匀的一层致冷剂和扩散剂。该厚度应为约0.015英寸～0.040英寸。如果致冷剂和扩散剂太厚或太薄，该层便不能恰当地粘附在该蒸发器的内表面上。该蒸发室的内表面可能被一层薄薄的(约达0.1密耳清漆膜覆盖，其性质对饮料包装工业中的专业人员是很清楚的。此清漆层对于成功地使用某些致冷剂扩散剂是必要的，这是因为该致冷剂扩散剂由于在蒸发室某些内表面上可能存在的金属离子而变质。此层薄漆膜的存在不会对热传入该蒸发室或致冷剂扩散剂附在内表面上造成问题。

当用混合溶剂和扩散剂的方法施加致冷剂扩散剂时，此层厚度主要取决于施加在蒸发室内表面上的扩散剂数量，同时也取决于施加在此表面上的致冷剂数量。随着挥发性溶剂和致冷剂扩散剂之比减小，该沉积的扩散剂层厚度增加。该挥发性溶剂和扩散剂比例的合适范围为按重量计约50或100比1。

当挥发性溶剂和扩散剂刚混合好，就将混合物施加到本发明致冷装置蒸发室的内表面上。混合物要覆盖尽可能多的内表面。然后除去溶剂，最方便的方法是靠蒸发，类如加热或减压。溶剂要去除到干燥，剩下在上面可以加致冷剂的致冷剂扩散剂残余。

在另一实施例中，该致冷剂扩散剂能够控制蒸发器中的任何剧烈沸腾，从而减少汽相中卷入任何液体。在此实施例中，该致冷剂扩散剂是一种呈疏松多孔或海绵状的组织的聚合物，而且该聚合物可以充填蒸发室的全部或部分。

在扩散剂上加致冷剂后，要求该组合可以随着压力的下降而释出致冷剂。压力下降发生在致冷装置启动时。此处讨论的扩散致冷剂的方法不仅可以用于此处公开的致冷装置中，并且可以用于其他类似美国专利5 197 302和5 048 301公开的致冷装置中。

虽然蒸发器可能有各种各样的形状和设计，但在图1所示特别实施例中，蒸发器10有散热片20和一中央通道22。如果采用散热片，则该散热片也有各种各样的设计，同时中央通道可能省去或大大缩短。在其他的实施例中，蒸发器10采取多个空心销状的元件(销柱24)，该元件并不像散热片20那样从中央通道分岔，出去，而是通入图4-6所示的销座26内。基座26可以包含短通道(未示出)以将空心销24内部连接成一条短的中央通道。另一方案是基座26基本上是空心的，它有一个通向阻止/允许蒸汽流向吸收器的装置的中央出口。销柱24可以安排成一个圆圈(图3安排了8个销柱，但此数目不限)，多个同心圆(图4)，十字形(图5)或更为随意的形式。总的目的是通过此表面的最大化使热有效地从整体媒介传递到内蒸发器12。也希望该蒸发器合理地简单以便制造和装配。此外，在蒸发器内部的致冷蒸汽流程希望足以阻止低密度蒸汽流中的过度压力降。

正常的沸腾过程(汽化)开始于在表面分散易见地点上出现一连串的小汽泡，其需要由包含非凝结气体-如空气在内的凹形空腔构成的孕育点。本发明致冷器的蒸发室部分地抽真空，有效地从蒸发室的内表面上排除孕育点，并且使致冷剂除气。因此，采用(此处分布的)本发明致冷器所要求的真空室准备方法的致冷剂分子在处于经过正确准备的吸收剂室的低压下时，会从一个静止的致冷剂池表面上蒸发。在这样一个池中的热传导和整片液体一样受到同样传导和对流的限制。

在致冷过程开始和结束时，蒸发室内部的致冷剂蒸汽压可以由水的平衡蒸汽压-时间函数确定，并以所要求的饮料温度和为热传导要求的温度差为基础的。

人们希望在装配前便完成加有致冷剂的蒸发室的抽真空。该抽真空受到的限制是压力应高于或等于在抽真空时的温度下的水的蒸汽压。例如室温时用水作致冷剂，加有致冷剂的蒸发器的抽真空应进行到压力约为20乇。此抽真空用于从该蒸发室内扫除类如空气、洗涤溶剂等的污物。

在图1，该图也表示吸收器30。致冷装置的此部分包含遍布吸收剂室34内部的吸收剂32。在吸收器30内还包含吸热剂40。致冷装置工作时形成的致冷蒸汽携带热通过蒸发室进入吸收剂室34。该热沉积在一定容量的吸收剂32内，并且进一步沉积在一定容量的吸热剂40内。

该吸收剂不仅接受由于致冷蒸汽凝结产生的蒸发潜热，并且也接受致冷剂和吸收剂结合时释放出的化学反应热。吸收剂32通过吸收剂室34的内表面36和外表面38同热沉40热接触，此热接触希望造成从吸收剂32到热沉40的高效热传导。此热必须以这样一种方式储存在热沉内，即使其不致在需要冷藏产品时漏回到产品内。

气体分子倾向于粘附在表面上。吸收材料可能具有多孔结构，其单位体积拥有非常大的表面积。该非凝结材料的体积在要求最终压力低于220～500毫乇的系统内变得非常重要。例如一个填满分子筛(一种典型吸收剂)的容器在室温时可以一天接一天抽真空至压力约为1～5毫乇，但压力在连续抽空之间经过数小时将升到高达500毫乇。该上升的原因在于被吸收的气体分子逐渐地解吸。看起来，不能结合这种过程成功地制造出经济高生产率的致冷装置。因为吸收剂内的吸收过程起着一个在该装置工作时从蒸发器中抽蒸汽的泵的作用，所以该吸收剂上的致冷蒸汽压必须永远显着低于蒸发器内致冷剂的平衡饱和压力。对于此处讨论的致冷装置内的吸收剂有用性十分重要的是从致冷系统中除去非凝结气体。该系统中的任何地方必须避免存在非凝结气体，因为此种气体被流动致冷蒸汽带入吸收剂内或已经存在于该吸收剂内。非凝结气体的存在形成一道屏障，为了通过该屏障，致冷蒸汽必须在能凝结前先扩散。如果存在此种气体，该致冷装置工作时的速率将受到该扩散屏障的限制。

同样，该吸收剂在该装置工作前必须尽可能没有可凝结气体。对于本发明的一些优选实施例，吸收剂的体积希望减至最小。因此在吸收剂中早已存在的致冷剂和可凝结气体之间的竞争也使该致冷装置的工作限制在低于最佳性能的水平上。在致冷装置内使用的制备吸收剂的方法在与此一道同时列入的系列号为…的题为“致冷剂材料的制备”的美国申请专利中已经详细说明，该申请专利全部结合在本发明中作为参考。

其中加入吸收剂的吸收剂室也包含热沉材料。该热沉材料的功能是吸收由吸收剂释放的热，并且防止该热漏回到该致冷装置中的待冷藏的产品内。因此至关紧要的是使该吸收剂和该热沉材料之间的热接触最大化。

适宜作吸收剂的材料应具有积极的致冷蒸汽结合性，化学反应热低，并且不爆炸、不燃烧和无毒。可获得的这些材料具有多种形状，其中包括片状、粉状、粒状以及由粘土的惰性形状支承或和粘土结合。人们希望该材料有充足的通过流通蒸汽的通道，从而使致冷性能不受致冷蒸汽通过吸收剂的通道的限制。此外，该吸收剂必须能将热传至热沉材料，因而和该吸收剂室的内表面应有良好的热接触。本致冷装置中使用的优选吸收剂包括片状吸收剂或粘土支承吸收剂。后者的形状多种多样，其中包括球状、屑状、矩形固体。

包含金属硅铝酸盐在内的合成沸石材料可以用于本致冷装置中。此种材料包括由多孔惰性粘土支承的吸水矿物。此种材料必须加热，从其中驱出吸收的和吸附的水。要求用于吸收致冷蒸汽的吸收剂数量取决于吸收剂吸收该致冷蒸汽的能力。此能力一般为温度的函数。在人们感兴趣的吸收剂温度范围内，吸水性范围重量比约为10％～25％。对于一个8盎司和22℃的温差系统，需要45～90克吸收剂。该数量也和该吸热剂的有效性有关。

本发明致冷装置也包括一种位于吸收器内的热沉。该吸热剂和吸收剂室的外表面存在热接触，因而和吸收剂存在热接触。

去热材料可以为下述三种型式之一：(1)加热时经受相变的材料；(2)热容量大于该吸收剂的材料和(3)在和液体致冷剂接触时经受吸热反应的材料。

特定用途的合适相变材料可以从石蜡、萘、硫、水化氯化钙、溴樟脑、十六醇、eyanimede、eleudic acid、月桂酸、水化硅酸钠、硫代硫酸钠五水合物、磷酸二钠、水化碳酸钠、水化硝酸钙、芒硝、钾、乙酸钠和乙酸镁中选取。相变材料简单地通过储存显热从吸收材料中除去某些热。换言之，它们在因吸收剂发热而发热的同时，从吸收剂中除去热。但是该相变材料的最有效功能是相变本身。一种合适的相变材料和相变结合可以吸收非常大的热量(即从固态变为液态或从液态变为汽态)。相变材料在相变时，其温度典型地无变化，尽管为了造成此变化需要比较多的热，但是该热在相变时被吸收了。通过固体变为液体，从吸收剂中吸收其溶解潜热的相变材料是在封闭系统内最具实用价值的。但是，从液体变为蒸汽的相变材料也是可以使用的。因此，可以提供一种用独立容器(未示出)盛装的环保液体，该容器和(从中吸收热)的吸收材料接触，但是排泄的方式应为沸腾的相变材料从该吸收材料中将热带出整个系统。

对于任何相变材料的另一要求是其产生相变的温度应高于待冷藏材料预期的环境温度，但应低于该吸收材料由于吸收液体致冷剂相当部分(即1/3或1/4)后所达到的温度。因此例如在用于储藏食物和饮料的本发明大多数装置中，相变材料的相变温度应高于约30℃-最好高于35℃，但最好低于约70℃-低于60℃更佳。当然在某些用途中，可能要求更高或更低的相变温度。实际上，在某些系统中，相变温度高达90℃或110℃的相变材料可能是合适的。

热容量大于吸收剂热容量的材料简单地提供一个和吸收剂接触的热质量。它不影响系统中的总热量，但是减小冷藏材料和吸收器之间的温差，两个结果。

当加热一种不因其加热而溶化或蒸发的材料时，该热可以由温度升高感觉到。相反，如果该材料发生相变，例如由固体变为液体，则该材料就能吸收热而感觉不到温度变化。该热能消耗在该材料的相变上。该隐热就被认为是潜热。本致冷装置中用的热沉材料都是溶化材料，它们吸收大量潜热，并使该吸收剂保持更均匀的温度。吸收剂愈冷，其能凝结的蒸汽就愈多。所以人们直接感兴趣的是吸热剂和吸收剂的联合体积。低密度和高密度材料原则上具有相等的总热容量，但使用低密度材料的致冷装置将要求更大的体积，而这种体积的增加在某些重要用途中可能是不希望的。

本发明的致冷装置也包括一种位于吸收器内的热沉。该热沉和吸收剂室的外表面有热接触，因而也和吸收剂有热接触。

要求的热沉材料数量取决于被吸收剂待吸收的致冷蒸汽数量，吸收剂的化学反应热和与致冷蒸汽的结合反应，热沉的比热(或相变材料的比热-潜热联合)以及吸收剂选定的最终温度。因为大多数吸收剂吸收致冷蒸汽的能力随着温度增加而减小，所以存在一个给出最小系统重量的吸收剂和热沉的比例，而且该比例取决于所选一对的性质。

在与此一道同时列入的系列号为-的题为“热沉材料制备”的美国申请专利中已详细说明了合适相变材料及其制备方法，该申请专利全部结合在本发明中作为参考。

该致冷装置也包括在该装置工作前用于阻止致冷蒸汽从蒸发室流到吸收剂室的装置。此装置一旦启动后，便允许致冷蒸汽从蒸发室流到吸收剂室，于是便开始解吸和冷却产品。阻止蒸汽流的装置可以采取先有技术中已经公开的各种型式中的任何一种。该装置可以位于蒸发室和吸收器之间的任何位置，只要它能阻止致冷蒸汽或任何种类蒸汽被吸收剂吸收。但是，如果整个致冷装置包含在一个压力容器内，那么便可以用一个压力响应阀。该阀在容器内部释压时便启动该装置。

该装置可以用不同的材料构成，其限制是其某些部分必须和其他某些部分有良好的热接触。这些部分必须用较好的导热体如金属或金属材料制造。蒸发室和吸收器的优选材料包括类如铝、铜、锡、钢的金属以及类如铝合金的金属合金。对于某些用途，蒸发器的外表面要求防蚀。防蚀保护包括特别为此目的设计的薄清漆层。在本专业领域内的技术人员都能够提供这些合适的材料。此种覆盖层的厚度不会干扰热传导，但是选择防蚀剂应根据这些保护剂对热传导的影响。对于热传导无重大作用的致冷器部分包括阻止/允许致冷蒸汽流动的装置。此部分可以用聚合材料制造，例如热塑性材料。

致冷器的内部要抽真空，故外部受压。为了避免将结构造得很笨重的必要性，可以采用自支撑拱设计或带筋设计。和碳酸饮料罐结构上用的材料规格相同的材料可以用在本发明致冷器的结构上。图6表示一个自支撑拱设计的特别实施例。图中的吸收器30带有吸收器32及其内部包含的热沉材料40。在吸收器30的外表面46上有一系列间隔片48。它们一般连续地环绕在表面46的周围，但为了清楚起见，有些在图6中已被省略。在表面46的整个圆周上，有中间材料50附着在隔片48上。该组件准备置于一个圆筒形的产品容器内，使隔片48的终端部分靠在圆筒形产品容器的内壁上。此组件有助于使吸收器保持其结构，阻止由于吸收器内、外部之间的压力不平衡引起的破坏。

能够冷藏的产品可为液体、气体或固体，只要它们和该蒸发器的外表面有良好的热接触。待冷藏的产品最好是液体或气体，其中尤以液体为最。在能用本发明致冷装置冷藏的液体中，有含水的液体诸如至少含水20％的液体，至少含水40％的液体和至少含水60％的液体。这些含水液体中包括水本身、奶、水果和蔬菜汁、软饮料、啤酒、酒和混合饮料。这些产品可以盛在不同尺寸和形状，并且用不同材料制成的容器内。如前所述，某些用途可能包括冷藏经过长时间储存将会腐蚀其储存容器的液体。本专业领域内的技术人员熟悉的腐蚀防护在这种情况下是现成的。

本发明也包括使用此处所述致冷装置的方法。该方法包括下述步骤：提供一个此处公布的型式的致冷装置；打开阻止蒸汽流的装置，以便降低蒸发器内的压力；使致冷剂蒸发并用吸收剂收集蒸汽；在平衡状态-在该状态下，吸收剂基本饱和或基本上所有原来在蒸发室内的致冷剂已经收集在吸收剂内-达到以前，通过收集蒸汽从蒸发器中除去蒸汽；同时利用上述吸热材料从吸收剂中除去热。该过程为一次性的过程，因此，阻止/允许流动装置的打开最好是不可逆的。与此同时，该系统为一封闭系统，易言之，该致冷剂不从系统中逸出，而且也不存在可使致冷剂或吸收剂无论从蒸发室还是从吸收器中逸出的装置。

其它实施例

应该认为虽然本发明已经通过本文的详细说明予以介绍，但上述介绍旨在说明而非限制本发明的范围。本发明的范围由所附 书的范围限定。其他的方面、优点和改进均在下述权利要求书的范围界定。

Claims (17)

1.一种在便携式、一次性、非释放蒸发型式致冷器中使用的蒸发室准备方法，该方法包括：

A)形成一种挥发性非水溶剂和致冷扩散剂的混合物；

B)将所述混合物沉积在蒸发室内表面上；

C)将所述挥发性溶剂蒸发到在所述蒸发室的所述内表面上留下一层基本均匀的致冷扩散剂；

D)在所述致冷扩散剂覆盖层上加致冷剂以产生和所述致冷扩散剂覆盖层密切结合的基本均匀的致冷剂层；

E)通过将所述蒸发室抽真空从该蒸发室中除去气体；

F)将该蒸发室密封，以便防止气体再回到所述蒸发室，

其特征在于该蒸发室备有控制液体在蒸发室内部和外界低压容器之间交流的装置，其特征还在于该蒸发室适于提供在其内、外表面之间的热传导。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于还包括一个吸收器室，该吸收器室利用该装置启动前防止液体在吸收器室和蒸发室之间交流的装置和该蒸发室分隔开。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该挥发性溶剂选自由短链醇构成的组。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该聚合物材料选自由丙烯酸基聚合物和共聚物、淀粉-接枝聚合物以及共聚物丙烯酸盐构成的组。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该混合物由重量比约10～70％的挥发性溶剂和约30～90％的聚合物材料组成。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该混合物沉积在所述蒸发室的基本上整体内表面上。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该蒸发室的全部内表面基本上由一层保护清漆覆盖，在该层清漆上沉积该致冷扩散剂。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该致冷剂为水。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于该致冷剂和致冷剂扩散剂的厚度不超过约0.03英寸。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述真空室抽真空至压力不超过约20毫乇。

11.一种在蒸发型式致冷器中使用的蒸发室准备方法，该方法包括：

A)形成一种甲醇和丙烯酰胺共聚物和丙烯酸碱盐的混合物；

B)将所述混合物沉积在铝蒸发室的清漆保护内表面上；

C)将所述甲醇蒸发以在所述蒸发室的所述内表面上留下一层所述共聚物；

D)在所述共聚物覆盖层上加水形成水/共聚物结合层，其厚度不超过约0.03英寸；

E)将所述蒸发室抽真空至压力不超过约20毫乇；

F)密封该蒸发室以防止气体再回到所述蒸发室，

其特征在于该蒸发室备有控制液体在该蒸发室的所述内部和其压力维持在不超过约15毫乇的吸收器之间交流的装置，其特征还在于该蒸发室适于在其内、外表面之间提供热传导。

12.一种密封真空蒸发室，其包括：

A)一个抽真空至压力不超过约20毫乇的气密室；

B)涂在所述气密室的至少部分内表面上的一层基本均匀的致冷剂扩散剂；

C)附着在所述致冷剂扩散剂层上的一层基本均匀的致冷剂；

D)一种控制液体在所述室内部和低压容器之间交流的装置，

其特征在于该蒸发室备有一个控制液体在该蒸发室内部和外界低压容器之间交流的装置，其特征还在于该蒸发室适于在其内、外表面之间提供热传导。

13.按照权利要求12所述的蒸发室，其特征在于该致冷剂为水。

14.按照权利要求12所述的蒸发室，其特征在于该致冷剂扩散剂为一种丙烯酰胺共聚物和一种丙烯酸碱金属盐。

15.按照权利要求12所述的蒸发室，其特征在于该控制液体交流的装置包括一易拆密封和一致动器。

16.一个按照权利要求1所述方法制造的蒸发室。

17.一种用便携式、一次性、非释放蒸发型式致冷器冷却产品的方法，该致冷器在蒸发加热时产生致冷蒸汽，该方法包括：

A)提供一种便携式、一次性、非释放蒸发型式致冷器，其包括：

1)一个和待冷却产品有热接触的蒸发室，其特征在于该蒸发室包括一种扩散成一层基本均匀的致冷剂，该致冷剂和一层基本均匀的聚合物致冷剂扩散剂密切接触，该致冷剂扩散剂选自由丙烯酸基聚合物和共聚物、淀粉-接枝聚合物以及共聚物丙烯酸盐构成的组，其特征还在于该蒸发室抽真空至压力不超过约20乇；

2)一个真空吸收器，其包括和相变型热沉材料有热接触的吸收剂；

3)一个在该装置工作前阻止致冷蒸汽在该蒸发室和该吸收器之间流动的装置；

B)操作该阻止致冷蒸汽流动的装置，允许所述流动，于是该蒸发室内的压力减少，引起该致冷剂蒸发，从而形成致冷蒸汽，该蒸汽被吸收器内的吸收材料收集，并在该吸收剂内产生热；

C)通过收集蒸汽从该蒸发室中除去蒸汽直到达到平衡为止，其时该吸收剂基本上饱和或全部致冷剂基本上收集在吸收剂材料内。

D)利用相变型热沉材料容纳在吸收器的吸收剂内产生的热。

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