-
Die
Erfindung betrifft Sorptions-Kühlelemente mit einer gasdichten
Folie zur einmaligen Kühlung von Behältnissen
bei welchen durch Verdampfung eines Arbeitsmittels und Sorption
des Arbeitsmitteldampfes in einem Sorptionsmittel unter Vakuum Kälte
erzeugt wird und Verfahren zur Herstellung und zum Starten dieser
Kühlelemente.
-
Adsorptionsvorrichtungen
sind Apparate, in denen ein festes Adsorptionsmittel ein zweites,
bei tieferen Temperaturen siedendes Mittel, das dampfförmige
Arbeitsmittel, unter Wärmefreisetzung sorbiert (Sorptionsphase).
Das Arbeitsmittel verdampft dabei in einem Verdampfer unter Wärmeaufnahme. Nachdem
das Sorptionsmittel gesättigt ist, kann es durch Wärmezufuhr
bei höherer Temperatur wieder desorbiert werden (Desorptionsphase).
Dabei dampft Arbeitsmittel aus dem Adsorptionsmittel ab. Der Arbeitsmitteldampf
kann rückverflüssigt werden und anschließend
erneut verdampfen.
-
Absorptionsvorrichtungen
sind Apparate in denen ein flüssiges Absorptionsmittel
eingesetzt wird. Unter dem Oberbegriff „Sorptionsvorrichtungen"
werden sowohl Adsorptions- als auch Absorptionssysteme eingeordnet.
-
Adsorptionsapparate
zum Kühlen mit festen Sorptionsmitteln sind aus der
EP 0 368 111 und der
DE-OS 34 25 419 bekannt.
Sorptionsmittelbehälter, gefüllt mit Sorptionsmitteln,
saugen dabei Arbeitsmitteldampf, welcher in einem Verdampfer entsteht,
ab und sorbieren ihn unter Wärmefreisetzung. Diese Sorptionswärme
muss dabei aus dem Sorptionsmittel abgeführt werden. Die
Kühlapparate können zum Kühlen und Warmhalten
von Lebensmitteln in thermisch isolierten Boxen eingesetzt werden.
-
Die
WO 01/10738 A1 beschreibt
eine selbstkühlende Getränkedose bei der ein Verdampfer
innerhalb und ein Sorber außerhalb der Dose angeordnet
sind. Die Kühlung wird durch Öffnen eines Dampfkanals
zwischen Verdampfer und Sorber gestartet. Die im Verdampfer erzeugte
Kälte wird über dessen Oberflächen an
das zu kühlende Getränk innerhalb der Dose abgegeben.
Die im Sorptionsmittel entstehende Wärme wird in einem
Wärmepuffer gespeichert. Die selbstkühlende Getränkedose
ist gegenüber einer gewöhnlichen Dose stark modifiziert und
in der Herstellung teuer.
-
Weitere,
theoretische Ausgestaltungen selbstkühlender Gebinde sind
in der
WO 99/37958 A1 zusammengestellt.
Kostengünstig ist keine der Vorrichtungen zu fertigen.
-
Die
US 6 474 100 B1 beschreibt
schließlich ein selbstkühlendes Kühlelement
an der Außenseite eines Beutels für Flüssigkeiten
oder Schuttgüter. Das Sorptionsmittel ist dabei in einer
flexiblen, mehrlagigen Folie eingeschlossen. Der Kontakt zur heißen Sorptionsfüllung
ist durch Isolations- und Strömungsmaterialien sowie durch
dazwischen liegende Wärmespeichermassen auf ein Minimum
reduziert. Der Temperaturausgleich zwischen der heißen
Sorberfüllung und dem kalten Verdampfer, die sich großflächig gegenüberliegen,
muss durch eine aufwändige Isolierung reduziert werden.
-
Aufgabe
der Erfindung sind kostengünstige, flexible Sorptions-Kühlelemente,
sowie Verfahren zu deren Herstellung.
-
Gelöst
werden diese Aufgaben durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche
1 und 13. Die abhängigen Ansprüche zeigen weitere
erfinderische Vorrichtungen und Verfahren auf.
-
Erfindungsgemäß sind
das Sorptionsmittel und der Verdampfer von einer Mehrschicht-Folie
umgeben. Der Verdampfer enthält ein Vlies und ein flexibles,
dampfdurchlässiges Strukturmaterial, die zusammen unter
Vakuum eine flache aber flexible Geometrie aufweisen, die leicht
an beliebige Behältnisse angepresst werden kann. Das Strukturmaterial
leitet nach dem Start des Kühlelementes den Arbeitsmitteldampf
bis an das Sorptionsmittel und lässt für den Arbeitsmitteldampf
einen Strömungsquerschnitt von mindestens 1 cm2 offen.
-
Durch
den Einsatz eines kostengünstig herzustellenden Strukturmaterials
kann zum einen ein flexibler Aufbau des Verdampfers realisiert werden, der
sich insbesondere zylindrischen Geometrien optimal anpassen lässt,
und zum anderen kann der notwendige Strömungskanal vom
Verdampfer zum Sorptionsmittel im erforderlichen Querschnitt realisiert
werden. Um eine ausreichend schnelle Abkühlung zu erreichen,
muss der Strömungsquerschnitt mindestens eine Fläche
von 1 Quadratzentimeter (cm2) aufweisen.
Bei Wasser als Arbeitsmittel wird damit eine Kälteleistung
von über 20 Watt erzeugt.
-
Die
für die gasdichte Vakuumhülle notwendige Mehrschicht-Folie
umschließt alle für den Betrieb und die Lagerzeit
notwendigen Komponenten. Sie kann einstückig gefertigt
werden und gewährt unter Vakuum den innenliegenden flexiblen
Komponenten die notwendige Beweglichkeit. Mit einer Aluminium-Sperrschicht
sind Lagerzeiten von über einem Jahr möglich.
-
Zum
schnellen Abkühlen einer Flüssigkeit in einem
Flüssigkeitsbehältnis wird erfindungsgemäß die
Verdampferfläche des Kühlelementes auf die äußere
Oberfläche des Behältnisses gepresst. Der Verdampfer
ist hierfür flexibel ausgeführt und die kalte Verdampferfläche
mittels separater, elastischer Pressmittel flächig auf
die äußere Oberfläche des Flüssigkeitsbehälters
gepresst um einen großen Teil der mitunter stark strukturierten
Oberfläche des Behälters zum Wärmetausch
zu nutzen.
-
Als
Pressmittel eignen sich z. B. Klebebänder, Stretch- oder
Schrumpffolien sowie Gummibänder oder Klettverschlüsse
jeglicher Art. Vorteilhaft ist bei dieser Lösung, dass
der Flüssigkeitsbehälter teilweise sichtbar bleiben
kann und zum Ausgießen der Flüssigkeit das Kühlelement
nicht geöffnet oder entfernt werden muss. Beim Anlegen
des Kühlelementes an die Behältnisse ist darauf
zu achten, dass der Wärmeübergang zwischen Behälteraußenseite
und Verdampferfläche nicht durch Spalte und Falten unnötig
beeinträchtigt wird.
-
Als
Behältnis werden alle gebräuchlichen Gefäße
wie Flaschen, Dosen, Fässer, Beutel, Kannen, Kartonverpackungen
usw. verstanden, die zur Aufnahme von Flüssigkeiten wie
Getränken, Medikamenten aber auch chemischen Produkten
dienen. Selbstverständlich kann der Behälter auch
feste oder rieselfähige Produkte enthalten. Grundsätzlich
muss der Behälter gegenüber seiner gewohnten Form
und Ausstattung nicht verändert werden. Somit können alle
bisher genutzten Herstellungs- und Abfüllvorrichtungen
unverändert weiter benutzt werden.
-
Prinzipiell
kann der Verdampfer beliebige Formen annehmen und aus beliebigen
Materialien hergestellt sein. Technisch notwendig ist, dass während
des Kühlprozesses eine genügend große Öffnung
zum Abströmen des Wasserdampfes in das Sorptionsmittels
besteht, Arbeitsmittel im flüssigen Zustand an der zu kühlenden
Stelle verbleibt, ein Mitreißen flüssiger Bestandteile
in das Sorptionsmittel verhindert wird und eine gute thermische
Anbindung an das zu kühlende Objekt bestehen bleibt.
-
Besonders
kostengünstige Kühlelemente sind zu erzielen,
wenn alle Komponenten in ein und derselben gasdichten Folie eingeschweißt
sind. Unter Vakuum müssen die Strömungskanäle
zum Sorptionsmittel erhalten bleiben. Hierfür ist erfindungsgemäß ein
dampfdurchlässiges Strukturmaterial vorzusehen, das den
Arbeitsmitteldampf von der flüssigen Arbeitsmittelmenge
ungehindert abströmen lässt und zugleich durch
seine Flexibilität erlaubt, die kalten Verdampferbereiche
gut wärmeleitend mit der äußeren Mehrschicht-Folie
zu kontaktieren.
-
Vorteilhaft
können hierfür flexible Strukturmaterialien aus
Kunststoff eingesetzt werden, die der jeweiligen Kühlaufgabe
angepasst sind. Voraussetzung ist allerdings, dass die Strukturmaterialien
während der Lagerzeit nicht ausgasen und dadurch das Vakuum
verschlechtern. Von Vorteil ist, wenn als Kunststoff Polycarbonat
oder Polypropylen zum Einsatz kommen, da diese Werkstoffe vor bzw.
während des Fertigungsprozesses auf höhere Temperaturen erhitzt
und dabei entgast wurden. Strukturmaterialien aus Kunststoff können
nach den üblichen Fertigungsverfahren wie Tiefziehen, Extrudieren
oder Blasen kostengünstig hergestellt werden. Vorteilhafter
Weise ist bei dem Herstellprozess darauf Wert zulegen, dass keine
später ausgasenden Stoffe wie etwa Weichmacher oder Farbstoffe
zugesetzt werden. Besonders wirksam haben sich auch extrudierte
Netze und Gitter aus Polypropylen erwiesen, die zwei- oder mehrlagig
aufeinanderliegend, die notwendige Flexibilität gegenüber
einer Verformung und Steifigkeit gegenüber dem von außen über
die Mehrschicht-Folie anliegenden Luftdruck gewähren. Besonders
geeignete Strukturmaterialien aus Polypropylen werden von der Firma
Tenax Deutschland vertrieben. Das Produkt OS 102 ist ein rautenförmiges
Gitter, das ideale Geometrien für den in Gitterebene strömenden Arbeitsmitteldampf
offen lässt und die von außen anliegende Mehrschicht-Folie
abstützt. Eine zwei- und mehrlagige Schicht lässt
sich als Strukturmaterial besonders vorteilhaft einsetzen.
-
Sorptionsmittel
können beim Sorptionsprozess Temperaturen von über
100°C erreichen. Für derartig hohe Temperaturen
sind die üblicherweise auf dem Verpackungssektor eingesetzten
Mehrschicht-Folien weniger geeignet. Insbesondere die für
die Versiegelung verwendeten Polyethylen-Schichten werden bereits
bei 80°C weich und lassen die Hülle unter Vakuum
undicht werden. Siegelschichten aus Polypropylen können
hingegen deutlich höheren Temperaturen widerstehen. Ihr Schmelzpunkt
liegt bei über 150°C.
-
In
Kombination mit hohen Temperaturen erzeugen scharfe Kanten, Ecken
und Spitzen von Sorptionsmittelgranulat unzulässige Leckagen.
Dieser Gefahr kann erfindungsgemäß durch Polyamid- und/oder
Polyesterschichen innerhalb der Mehrschicht-Folie begegnet werden.
Polyester- und Polyamidfolien sind besonders reiß- und
stichfest. Die eigentliche Gasbarriere wird durch eine Lage dünner Metallfolien
oder metallisierter Schichten sicher gestellt. Bewährt
haben sich hierfür dünne Aluminiumfolien mit einer
Schichtdicke von ca. 8 μm. Weniger dicht sind metallisierte
Kunststofffolien. Dennoch ist bei kurzen Lagerzeiträumen
auch der Einsatz dieser metallisierten Folien möglich,
zumal sie gegenüber den Metallfolien preiswerter herzustellen
sind.
-
Die
einzelnen Schichten einer Mehrschicht-Folie sind mittels Klebe schichten
miteinander verbunden. Handelsübliche Kleber enthalten
Lösungsmittel, die beim Verkleben nicht restlos aus der Kleberschicht
entfernt werden. Über längere Zeiträume,
diffundieren diese Lösungsmittel dann durch die innenliegenden
Schichten, insbesondere die Polyethylenschicht, und beeinträchtigen
das Vakuum innerhalb des Kühlelementes. Die Diffusion wird
bei höheren Temperaturen, wie sie beim Sorptions- und Herstellungsprozess
der Kühlelemente auftreten, verstärkt. Die zum
Einsatz kommenden Kleber müssen deshalb ebenfalls für
hohe Temperaturen ausgelegt sein.
-
Erfindungsgemäß kommen
Mehrschicht-Folien mit Polyester- bzw. Polyamidschichtdicken von 12
bis 50 μm, einer Aluminiumschichtdicke von 8 μm und
einer Polypropylenschichtdicke von 50 bis 100 μm zum Einsatz.
Verwendung finden derartige Folien z. B. zum Verpackung von Lebensmitteln,
die nach dem Abpacken zur Haltbarmachung bei Temperaturen von über
120°C sterilisiert werden.
-
Noch
stabilere Mehrschicht-Folien erhält man, wenn eine weitere
ca. 15 μm dicke Polyester- oder Polyamidschicht zwischen
der Aluminium- und der Polypropylenschicht verklebt ist. Scharfe
oder spitze Sorptionsmittelteilchen können dann nicht bis zur
Gasbarriere, der Aluminiumschicht vordringen.
-
Erfindungsgemäße
Mehrschicht-Folien sind z. B. über die Firma Wipf AG in
Volketswil, Schweiz zu beziehen. Beim Einsatz derartiger Folien
sind Kühlelemente mit einer Leckrate von weniger als 1 × 10
hoch –7 mbarl/sec möglich. Die Lagerfähigkeit
erreicht damit mehrere Jahre, ohne dass die Kühlwirkung
eingeschränkt wird.
-
Das
Verschweißen von Mehrschicht-Folien zu Beuteln und das
Abfüllen von Schüttgut sowie das anschließende
Evakuieren sind in der Lebensmittelbranche Stand der Technik.
-
Unzählige
Beutelgrößen und -formen sind hierfür
im Einsatz. Besonders erwähnt seien Standbeutel, Beutel
mit Ausgießöffnungen, Beutel mit Kartonagenverstärkung,
Aufreißbeutel, Beutel mit Peeleffekt zum leichteren Öffnen
und Beutel mit Ventilen. Sie alle können mit Ihren spezifischen
Eigenschaften für die erfindungsgemäßen
Kühlelemente von Vorteil sein.
-
Beim
Abfüllen von festem Sorptionsmittel in Beuteln entsteht
Staub, der sich an den Folieninnenseiten ablagert. Staub auf den
späteren Schweißstellen kann zu Leckagen führen,
wenn die Staubschicht gegenüber der Polypropylenschicht
zu dick ist. Polypropylenschichtdicken von 50 bis 100 μm
reichen aus, um feine Staubkörnchen in die Polypropylenschicht
sicher und vakuumdicht einzuschmelzen.
-
Bei
Verwendung erfindungsgemäßer Folien ist es möglich,
heißes, scharfkantiges und Staub freisetzendes Sorptionsmittel
ohne weitere, schützende Zwischenlagen direkt unter Vakuum
zu Umhüllen und über einen mehrjährigen
Zeitraum zu lagern, ohne dass aus dem Folienmaterial selbst oder
durch dieses hindurch Fremdgase in das Kühlelement gelangen,
welche die Sorptionsreaktion beeinträchtigen oder gar ganz
unterbinden. Die Siegelnähte sollten hierbei ein Breite
von mindestens 5 noch besser aber 10 mm aufweisen.
-
Als
Sorptionsmittel kommt vorteilhaft Zeolith zum Einsatz. Dieser kann
in seiner regelmäßigen Kristallstruktur bis zu
36 Massen-% Wasser reversibel sorbieren. Bei der erfindungsgemäßen
Anwendung beträgt die technisch realisierbare Wasseraufnahme
20 bis 25%. Zeolithe haben auch bei relativ hohen Temperaturen (über
100°C) noch ein beträchtliches Wasserdampf-Sorptionsvermögen
und eignen sich deshalb besonders für den erfindungsgemäßen Einsatz.
-
Zeolith
ist ein kristallines Mineral, das aus einer regelmäßigen
Gerüststruktur aus Silizium- und Aluminiumoxiden besteht.
Diese Gerüststruktur enthält Hohlräume,
in welchen Wassermoleküle unter Wärmefreisetzung
sorbiert werden können. Innerhalb der Gerüststruktur
sind die Wassermoleküle starken Feldkräften ausgesetzt,
deren Stärke von der bereits in der Gerüststruktur
enthaltenen Wassermenge und der Temperatur des Zeolithen abhängt.
-
In
der Natur vorkommende, natürliche Zeolithtypen nehmen deutlich
weniger Wasser auf. Pro 100 g natürlicher Zeolith werden
nur 7 bis 11 g Wasser sorbiert. Diese reduzierte Wasseraufnahmefähigkeit
liegt zum einen an deren spezifischen Kristallstrukturen und zum
anderen an nicht aktiven Verunreinigungen des Naturproduktes. Für
Kühlelemente, die während einer längeren
Kühlperiode auch die Möglichkeit haben, die Sorptionswärme über
die Hülle abzugeben, sind deshalb synthetische Zeolithe
mit ihrem größeren Sorptionsvermögen
zu bevorzugen. Für Kühlelemente mit hoher Kühlleistung
und/oder kurzer Kühlzeit, bei der das Sorptionsmittel relativ heiß bleibt,
kommen erfindungsgemäß auch natürliche
Zeolithe zum Einsatz. Bei hohen Sorptionsmitteltemperaturen sind
nämlich synthetische Zeolithe gegenüber den natürlichen
nicht mehr im Vorteil. Typischerweise können beide Arten
bei gehemmter Abgabe der Sorptionswärme und damit einhergehenden
hohen Sorptionsmitteltemperaturen von über 100°C
lediglich 4 bis 5 g Wasserdampf pro 100 g trockener Sorptionsmittelmasse
sorbieren. Wirtschaftlich sind für diesen Einsatzfall sogar
die natürlichen Vertreter deutlich im Vorteil, da deren
Preis erheblich niedriger ist.
-
Natürliche
Zeolithe haben noch einen weiteren Vorteil. Die nichtaktiven Beimengungen
liegen typischerweise bei 10 bis 30%. Sie sind damit nicht aktiv
an der Kälteerzeugung beteiligt, dennoch werden sie von
den benachbarten Zeolithkristallen mit aufgeheizt. Sie wirken damit
wie ein zusätzlich eingebauter, preiswerter Wärmepuffer.
Die Folge ist, dass die Zeolithfüllung weniger heiß wird
und damit bei niedrigeren Temperaturen zusätzlichen Wasserdampf
sorbieren kann.
-
Natürliches
Zeolithgranulat besteht aus gebrochenen bzw. gequetschten Bruchstücken
und besitzt deshalb scharfe und spitzige geometrische Formen, die
unter Vakuum und erhöhten Temperaturen die Hülle
durchstechen oder durchschneiden können.
-
Ein
weiterer Nachteil natürlicher Zeolithe besteht darin, dass
sie je nach Vorkommen und Abbauverfahren Beimengungen enthalten,
die im Vakuum und insbesondere bei höheren Temperaturen
gasförmige Bestandteile abgeben, die den Kühlprozess
beeinflussen.
-
Gelöst
wird dieses Problem der Gasfreisetzung dadurch, dass natürliche
Zeolithe vor der Fertigung des Kühlelementes mindestens
auf die spätere Sorptionsmitteltemperatur aufgeheizt und
zugleich unter das dann herrschende Vakuum gesetzt werden. Bei dieser
Prozedur können Zeolithe erfindungsgemäß ihre
störenden Bestandteile abgeben. Besonders effizient ist
diese thermische Behandlung, wenn dabei zugleich das vorsorbierte
Wasser abgedampft werden kann. Um diese Behandlung bei erhöhten
Temperaturen durchführen zu können und um den
scharfen Kanten und Spitzen zu widerstehen, werden erfindungsgemäß gasdichte
Mehrschicht-Folien mit einer inneren Polypropylenschicht und mindestens
einer Polyesterschicht eingesetzt. In diese lassen sich auch heiße
Sorptionsmittel einfüllen.
-
Unter
den ca. 30 unterschiedlichen, natürlichen Zeolithen sind
die folgenden für die erfindungsgemäßen
Kühlelemente vorteilhaft einzusetzen: Clinoptilolite, Chabazite,
Mordenite und Phillipsite. Sie kommen häufig vor, sind
kostengünstig aufzubereiten und haben eine ausreichend
schnelle Sorptionscharakteristik.
-
In
der Natur vorkommende Stoffe können auch ohne Umweltauflagen
wieder der Natur zugeführt werden. Natürliche
Zeolithe können nach ihrem Einsatz in Kühlelementen
z. B. als Bodenverbesserer, als Flüssigkeitsbinder oder
zur Verbesserung der Wasserqualität in stehenden Gewässern
eingesetzt werden.
-
Von
den synthetischen Zeolithtypen kommen die Typen A, X und Y, jeweils
in ihrer preisgünstigen Na-Form zum Einsatz.
-
Neben
der Kombination Zeolith/Wasser sind auch andere feste Sorptionsstoffpaarungen
für den Einsatz in erfindungsgemäßen
Kühlelemen ten möglich. Besonders erwähnt
seien Bentonite und Salze, die ebenfalls mit dem Arbeitsmittel Wasser
geeignete Kombinationen darstellen. Auch Aktivkohle kann in Kombination
mit Alkoholen eine vorteilhafte Lösung bieten. Da auch
diese Stoffpaarungen im Unterdruck arbeiten, können sie
in erfindungsgemäßen Mehrschicht-Folien eingeschweißt
werden.
-
Erfindungsgemäß ist
die Sorptionsmittelmenge so zu dimensionieren und so anzuordnen, dass
für den einströmenden Wasserdampf nur ein minimaler
Druckabfall innerhalb des Sorptionsmittels überwunden werden
muss. Dabei sollte der Druckabfall insbesondere bei Wasser als Arbeitsmittel
weniger als 5 mbar betragen. Zudem muss das Sorptionsmittel dem
zuströmenden Arbeitsmitteldampf ausreichend Oberfläche
zur Anlagerung bieten. Um eine gleichmäßige Sorption
innerhalb des Sorptionsmittels und einen geringen Druckabfall zu
gewährleisten, haben sich besonders Sorptionsmittel-Granulate bewährt.
Granulatdurchmesser zwischen 3 und 10 mm zeigen dabei die besten
Resultate. Diese sind problemlos in Folienbeutel abzupacken. Nach
dem Evakuieren bilden sie einen harten, druck- und formstabilen
Sorptionsbehälter, der die beim Evakuieren aufgezwungene
Form beibehält. Vorteilhaft sind aber auch aus Zeolithpulver
vorgeformte, stabile Zeolithblöcke, in die bereits die
Strömungskanäle eingearbeitet sind und deren Formgebung
der gewünschten Kühlelement-Geometrie angepasst
ist. Die stabilen Zeolithblöcke können im Bereich
der späteren Dampföffnung Hohlräume aufweisen,
die das Durchtrennen der Folie mittels eines Schneidwerkzeuges erleichtern
und das abgetrennte Folienstück aufnehmen können,
um die Strömung durch den Dampfkanal nicht zu behindern.
-
Bei
der Sorptionsreaktion wird Sorptionswärme frei, die das
Sorptionsmittel erhitzt. Die Aufnahmefähigkeit für
das Arbeitsmittel nimmt bei höheren Sorptionsmitteltemperaturen
stark ab. Um eine hohe Kühlleistung über einen
längeren Zeitraum aufrecht zu erhalten, ist es sinnvoll,
das Sorptionsmittel zu kühlen.
-
Bei
direktem Kontakt des Sorptionsmittels mit der Mehrschicht-Folie
kann entstehende Sorptionswärme durch die Folie hindurch
nach außen abgeführt werden. In aller Regel wird
die Wärme an die umgebende Luft abgeleitet werden. Sehr
effizient ist es auch, den Sorptionsbehälter mittels Flüssigkeiten, insbesondere
mit Wasser zu kühlen.
-
Da
der Wärmeübergang an eine Luftströmung
von der Außenseite der Mehrschicht-Folie in der gleichen
Größenordnung liegt wie der Wärmeübergang
eines Sorptionsmittel-Granulates an die Innenseite der Folie, empfehlen
sich prinzipiell große Folienoberflächen ohne
Berippung, in beispielsweise Zylinder-, Platten- oder Rohrgeometrien.
Da insbesondere Zeolithgranulate eine geringe Wärmeleitung haben,
sind die Sorpti onsbehälter so auszulegen, dass der durchschnittliche
Wärmeleitungsweg innerhalb des Sorptionsmittels 5 cm nicht übersteigt.
-
Mit
erfindungsgemäßen Kühlelemente kann z.
B. die Abkühlung einer 0,75 l Champagner-Flasche von 25°C
auf 8°C innerhalb einer Zeitspanne von 20 Minuten erfolgen.
-
Die
Kühlelemente können über einen unbestimmten
Zeitraum bei beliebigen Temperaturen gelagert werden. Zum Startzeitpunkt
der Kühlwirkung wird die Absperrvorrichtung betätigt.
Arbeitsmitteldampf kann ab diesem Zeitpunkt zum Sorptionsmittel strömen
und von diesem angelagert werden. Das Sorptionsmittel wird davon
heiß, da es den Dampf innerhalb seiner Kristallstruktur
verflüssigt und anlagert. Der Verdampfer kühlt
sich ab und entzieht dem Flüssigkeitsbehältnis über
den Außenmantel fühlbare Wärme. Während
der relativ kurzen Kühldauer wird es nicht möglich
sein, das Sorptionsmittel nennenswert zu kühlen. Die Aufnahmefähigkeit
für Arbeitsmitteldampf wird deshalb begrenzt sein, wenn nicht
Beimengungen als Wärmepuffer fungieren.
-
Falls
dem schnellen Abkühlen des Flascheninhalts eine längere
Kühlhaltedauer folgt, wird das Sorptionsmittel auch Wärme über
die Mehrschicht-Folie abgeben können.
-
Erfindungsgemäß kann
in diesen Anwendungsfällen die Sorptionswärme
auf höherem Temperaturniveau auch an ein warm zu haltendes
Produkt übertragen werden.
-
Um
den Wärmefluss vom heißen Sorptionsmittel auf
den kalten Verdampfer zu minimieren, sind entweder Isolationsmaterialien
vorzusehen oder es ist erfindungsgemäß auf einen
ausreichenden Abstand der beiden Komponenten voneinander zu achten.
-
Anzustreben
ist auch eine thermische Isolierung des das Flüssigkeitsbehältnis
umhüllenden Verdampfers. Wenn das Behältnis und
der Verdampfer unisoliert der Umgebungsluft ausgesetzt sind, kann es
zum Auskondensieren von Wasserdampf aus der Luft an den kalten Flächen
kommen. Zum einen kann Feuchtigkeit, die sich zwischen Behältnis
und Verdampfer niederschlägt, den Wärmeübergang
vom Behältnis zum Verdampfer verbessern, zum andern geht
aber ein beträchtlicher Teil der Kühlkapazität
für die Kondensation verloren.
-
Erfindungsgemäß lassen
sich die Kühlelemente bezüglich ihrer Absperrvorrichtung
in zwei Bauarten A und B unterteilen:
- A: Das
Arbeitsmittel ist bereits im Verdampfer-Vlies enthalten. Zum Starten
der Kühlwirkung wird der Dampfkanal vom Verdampfer zum
Sorptionsmittel geöffnet; z. B. durch Durchstoßen
eines Sorptionsmittel- Beutels, der das Sorptionsmittel umschließt.
- B: Das Arbeitsmittel befindet sich außerhalb des Verdampfer-Vlieses.
Zum Starten der Kühlwirkung wird eine Arbeitsmittelzuleitung
von einem Arbeitsmittel-Beutel zum Verdampfer geöffnet;
z. B. durch Anstechen des Arbeitsmittel-Beutels und Auspressen des
Arbeitsmittels in den Verdampfer.
-
Im
ersten Fall (A) muss entweder ein Ventil zwischen Verdampfer-Vlies
und Sorptionsmittelbereich zwischengeschaltet sein, oder das Sorptionsmittel
befindet sich innerhalb eines weiteren Mehrschichtfolien-Beutels,
der zum Starten der Kühlfunktion geöffnet werden
muss. Geeignet sind hierfür scharfkantige Schneidwerkzeuge,
welche eine ausreichend große Öffnung in den Sorptionsmittel-Beutel stechen.
Das Schneidwerkzeug kann dabei sowohl von der Sorptionsmittelseite
als auch von der Verdampferseite auf die Folie einwirken. Da die
erfindungsgemäßen Folien flexibel sind, wird das Schneidwerkzeug
erfindungsgemäß durch eine von außen
auf die Mehrschicht-Folie ausgeübte Verformung betätigt.
Damit können alle Absperrvorrichtungen kostengünstig
gefertigt und gasdicht betätigt werden.
-
Prinzipiell
muss das Schneidwerkzeug ausreichend scharf sein, um die Folie im
notwendigen Querschnitt zu durchtrennen. Geeignet sind z. B. zylindrisch
geformte Streckmetalle oder scharfkantige Spritzteile aus Kunststoff,
die auch noch zusätzlich das hinter der Folie befindliche
Sorptionsmittel quetschen können, um die Folie großflächig
zu durchtrennen. Um mittels des Schneidwerkzeuges eine ausreichend
große Öffnung von mindestens 1 cm2 zu schneiden,
kann z. B. auch mittels eines Gummihammers auf die das Schneidwerkzeug
bedeckende Mehrschicht-Folie geschlagen werden.
-
Im
zweiten Fall (B) muss nur eine kleine Öffnung in den Arbeitsmittel-Beutel
geöffnet werden und eine Zuleitung für das noch
flüssige Arbeitsmittel zum Verdampfer-Vlies vorgesehen
werden. Erfindungsgemäß kann in die alles umhüllende
Mehrschicht-Folie zusätzlich flüssiges Arbeitsmittel
in der entsprechenden Menge und einem Verbindungskanal eingefüllt
sein. Der Verbindungskanal kann erfindungsgemäß dadurch
verschlossen werden, dass die alles umhüllende Mehrschicht-Folie
in diesem Bereich ein oder mehrmals geknickt wird, sodass ihre Siegelschichten
dicht aufeinander liegen. Zusammen mit dem von außen anliegenden
Luftdruck ergibt diese Maßnahme eine ausreichende Abdichtung
zwischen flüssigem Arbeitsmittel und dem Verdampfer-Vlies. Zum Öffnen
muss lediglich die umhüllende Mehrschicht-Folie im Kanalbereich
in die ursprüngliche plane Form zurückgefaltet
werden und gegebenen falls durch zusätzlichen Druck auf
den Arbeitsmittelbeutel das Arbeitsmittel in den Verdampfer ausgepresst
werden.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform erhält man,
wenn ein Arbeitsmittel-Beutel innerhalb oder außerhalb
des Verdampferbereichs zwischen die Mehrschicht-Folie eingelegt
ist. Durch äußeren Druck auf die Mehrschicht-Folie
im Bereich des Arbeitsmittel-Beutels kann dieser platzen und das
flüssige Arbeitsmittel in das Verdampfer-Vlies austreten. Ein
Platzen durch äußeren Druck kann entweder durch
den Einsatz einer Folie mit Peel-Effekt oder durch das Einlegen
eines spitzen Öffners in den Arbeitsmittel-Beutels erfolgen.
Der spitze Öffner kann innerhalb eines prall gefüllten
Arbeitsmittelbeutels während der Lagerzeit nicht auf die
Folie drücken und diese perforieren. Erst durch Einwirken
einer zusätzlichen äußeren Kraft im Bereich
des Öffners, wird das flüssige Arbeitsmittel verdrängt
und der spitze Öffner kann eine kleine Öffnung
in die Folie stechen. Wird der Arbeitsmittel-Beutel aus einer Folie
mit Peel-Effekt gefertigt, kann auf einen separaten Öffner verzichtet
werden, da die Siegelnähte wegen des Peel-Effektes durch
kräftigen Druck auf den Beutel leck werden und den Inhalt
austreten lassen. Die physikalischen Bersteigenschaften der Peel-Siegelnaht
können den Anforderungen des Arbeitsmittel-Beutels gezielt
angepasst werden. Dabei ist sicher zu stellen, dass der Beutel durch
den von außen anliegenden Luftdruck nicht platzt, bei angemessen erhöhtem
Fingerdruck den Inhalt jedoch in den Verdampfer ausströmen
lässt. Den Verbindungskanal zum Verdampfer kann ein Streifen
aus Strukturmaterial offen halten.
-
In
den beiden letztgenannten Ausführungsformen kann der Verdampfer
zusammen mit dem Sorptionsmittel innerhalb eines einzigen umhüllenden
Mehrschicht-Folie eingelegt sein. Erst wenn das flüssige
Arbeitsmittel aus dem Arbeitsmittel-Beutel zum Verdampfer vordringt,
kann es von dort verdampfen und dampfförmig weiter zum
Sorptionsmittel strömen.
-
Der
Vorteil dieser Absperrvorrichtung besteht darin, dass nur ein relativ
kleiner Strömungsquerschnitt für das flüssiges
Arbeitsmittel erforderlich ist. Nachteilig ist hingegen, dass das
Arbeitsmittel den Verdampfer ausreichend schnell homogen benetzen
muss, ohne in flüssiger Form in den Sorber mitgerissen
zu werden oder gar beim Austritt aus der Öffnung des Arbeitsmittel-Beutels
zu vereisen und damit den weiteren Zufluss zu blockieren.
-
Erfindungsgemäß kann
das Vereisen von Wasser als Arbeitsmittel durch die Beimischung
eines den Gefrierpunkt absenkenden Mittels verhindert werden. Eine
Beimischung von Kochsalz kann z. B. den Gefrierpunkt auf bis zu –17°C
absenken. Ausreichend ist es auch, wenn das gefrierpunktabsenkende Mittel
rund um die Austrittsöffnung des Wasserbeutels angeordnet
ist. Erst wenn das Wasser aus der Öffnung tritt, vermischt
es sich mit dem gefrierpunktabsenkenden Mittel in starker Konzentration.
Ein Erstarren ist dadurch ausgeschlossen. Nachströmendes
Wasser verdünnt dann die Lösung und transportiert
das Arbeitsmittel in alle Bereiche des Verdampfers.
-
Eine
homogene Verteilung des Arbeitsmittels kann erfindungsgemäß auch
durch eine separate, feinverzweigte Kanalstruktur erzielt werden,
die das Arbeitsmittel nach dem Ausströmen aus dem Arbeitsmittel-Beutel
homogen verteilt, bevor es durch die Dampfströmung flüssig
mitgerissen werden könnte. Eine kostengünstige
Verteilung kann z. B durch eine Lage feingelochter Folie erzielt
werden, die um die Austrittsöffnung angeordnet ist.
-
Eine
besonders effiziente und zugleich kostengünstige Lösung
erreicht man, wenn das flüssige Arbeitsmittel durch das
Strukturmaterial des Dampfkanals im Verdampfer-Vlies homogen verteilt
wird. Das Arbeitsmittel wird hierzu nach dem Öffnen des Arbeitsmittel-Beutels
durch den von außen auf der Mehrschicht-Folie lastenden Überdrucks
in das Strukturmaterial ausgepresst. Hier verdampft ein Teil des
Arbeitsmittels und reißt das noch flüssige Arbeitsmittel
mit hoher Geschwindigkeit mit. Bei erfindungsgemäßer
Formgebung des Strukturmaterials wird das flüssige Arbeitsmittel
auf dem Weg zum Sorptionsmittel mehrfach abgelenkt und immer wieder
gegen das angrenzende Vliesmaterial geschleudert. Dieses saugt die
flüssigen Komponenten des Arbeitsmittels auf und fixiert
dieses gegenüber dem vorbeiströmenden Arbeitsmitteldampf.
Auf diese Weise wird das Verdampfer-Vlies in kürzester
Zeit homogen mit der optimalen Arbeitsmittelmenge benetzt. Der Transport
des flüssigen Arbeitsmittels erfolgt folglich nicht innerhalb
des Verdampfer-Vlieses sondern über den Dampfkanal innerhalb
des Strukturmaterials. Vorteilhafterweise wird der Verdampfer von
unten mit dem flüssigen Arbeitsmittel geflutet während
der reine Arbeitsmitteldampf oben aus dem Verdampfer abströmt.
Der Verdampfer muss aber nicht zwangsläufig aufrecht stehen.
Erfindungsgemäß sollte aber der Zulauf des flüssigen
Arbeitsmittels von der einen Seite erfolgen und der Austritt des Arbeitsmitteldampfes
von der gegenüberliegenden Seite. Die Menge des Verdampfer-Vlieses
ist auf das Volumen des flüssigen Arbeitsmittels abzustimmen. Am
Ende des Ausströmvorgangs sollte die Fläche des
Verdampfervlies, die in Kontakt zum Behältnis steht, die
notwendige Arbeitsmittelmenge aufgenommen haben.
-
Das
Arbeitsmittel ist im Verdampfer-Vlies durch hygroskopische Effekte
fixiert. Besonders preisgünstige Vliesmaterialien sind
saugfähige Papiere, wie sie in großer Vielfalt
für Haushalt und Industrie zum Aufsaugen von Flüssigkeiten
eingesetzt werden. Auch die wasserspeichernden Vliese dürfen, ebenso
wie die Abstandshalter aus Kunststoff oder natürlicher
Zeolith, unter Vakuum und höheren Temperaturen nicht ausgasen.
Besonders saugfähige Vliese bestehen aus Polypropylen-Mikrofasern.
Mit speziellen Benetzungsmittel ausgestattet, können sie das
3-fache des Eigengewichts an Wasser aufsaugen und fixieren. Die
Fa. Sandler AG, Schwarzenbach/Saale liefert unter der Produktbezeichnung
sawadry 8313 entsprechende Vliesmaterialien.
-
Eine
weitere Lösung eröffnet die Fixierung des Arbeitsmittels
in organischen Bindemitteln wie z. B. water lock von der Firma Grain
Processing Corp. USA. Vorteilhaft kann auch die Kombination mehrerer
dieser Maßnahmen sein.
-
Zur
Herstellung erfindungsgemäßer Kühlelemente
nach der Absperrventil-Variante A wird beispielsweise aus einer
Mehrschicht-Folie ein einseitig offener Sorptionsmittel-Beutel durch
thermisches Verschweißen hergestellt. Der Sorptionsmittel-Beutel wird
mit Sorptionsmittel, das arm an Arbeitsmittel und ohne sich frei
setzender Gase ist, gefüllt und der Beutel samt Füllung
in die gewünschte geometrische Form gebracht, auf weniger
als 5 mbar und insbesondere auf weniger als 2 mbar evakuiert und
gasdicht verschweißt. Anschließend wird der unter
Vakuum stehende Sorptionsmittel-Beutel zusammen mit einer Absperrvorrichtung,
einem Strukturmaterial und einem Verdampfer-Vlies, das mit Arbeitsmittel
getränkt ist, in einen weiteren Hüll-Beutel aus
Mehrschicht-Folie gepackt. Der Hüll-Beutel wird daraufhin in
einer Vakuumkammer bis auf den Dampfdruck des Arbeitsmittels evakuiert
und anschließend ebenfalls gasdicht verschweißt.
Beim Einbringen der Absperrvorrichtung ist darauf zu achten, dass
dessen Öffnungsvorrichtung nicht bereits beim Fluten der
Vakuumkammer ausgelöst wird.
-
Bei
der Verwendung eines separaten Arbeitsmittel-Beutels (Absperrvorrichtung
Variante B) kann das Herstellverfahren leicht modifiziert ablaufen.
In einen Mehrschicht-Folienbeutel wird das Strukturmaterial, das
Vlies und der Arbeitsmittel-Beutel in definierten Positionen eingelegt.
Auch bei dieser Variante wird noch vor dem Evakuieren der Verdampferbereich
der Geometrie des zu kühlenden Behältnisse angepasst.
Danach wird heißes Sorptionsmittel eingefüllt
und der Mehrschicht-Folienbeutel entweder in der Vakuumkammer oder
aber mittels des Absaugadapters evakuiert und versiegelt.
-
Das
Versiegeln der Folienbeutel erfolgt in aller Regel thermisch durch
Anpressen heißer Schweißbalken auf die äußere
Folienoberflächen bis die innen aufeinanderliegenden Polypropylenschichten
weich werden und miteinander verschmelzen. Der Verschweißungsvorgang
erfolgt in aller Regel innerhalb einer Vakuumkammer unter Vakuum.
Vorteilhaft ist aber auch, den Beutel außerhalb einer Vakuumkammer
innen mittels eines dicht anliegenden Saugadapters zu evakuieren
und dann zu versiegeln. Bewährt haben sich neben thermischen
Kontaktverfahren auch Schweißverfahren mittels Ultraschall. Vorteilhaft
hat die Siegelnaht eine Breite von mindestens 5 noch besser aber
von 10 mm. Je breiter die Siegelnaht ist, desto geringer ist die
Leckrate und folglich desto länger ist die potentielle
Lagerzeit des Kühlelementes.
-
Die
Zeichnung zeigt in:
-
1 in
explosionsartiger Darstellung den Aufbau (außer Zeolith)
eines erfindungsgemäßen Kühlelementes,
-
2 das
Kühlelement gemäß 1 nach der
Teilversiegelung und vor dessen Verformung,
-
3 das
Befüllen des Kühlelementes gemäß 2 mit
heißem Zeolith-Granulat,
-
4 das
evakuierte Kühlelement gemäß 3,
angelegt an einer zu kühlenden Flasche,
-
5 einen
Quer-Schnitt durch einen zylindrisch geformten Verdampfer,
-
6 einen
Längs-Schnitt durch Verdampfer und Arbeitsmittel-Beutel,
-
7 ein
Kühlelement gemäß 4 in perspektivischer
Darstellung,
-
8 ein
weiteres erfindungsgemäßes Kühlelement,
angelegt an ein kleines Bierfass,
-
9 einen
Querschnitt durch den Zeolithbereich eines Kühlelementes
nach 8,
-
10 einen
Längsschnitt durch das Kühlelement nach 8 und
-
11 den
Aufbau eines Kühlelements gemäß 8.
-
1 zeigt
einzelne Komponenten eines erfindungsgemäßen Kühlelementes
in explosionsartiger Darstellung. Auf ein ausgestanztes Stück
einer Mehrschicht-Folie 1, mit nach oben zeigender Siegelschicht
werden zwei Lagen eines Strukturmaterials 2, gefertigt
aus einem Polypropylen-Netzgitter, gelegt. Ein weiterer kleiner
Netzgitterstreifen 3 bildet später den Verbindungskanal
vom Arbeitsmittel-Beutel 4 zum Verdampfer-Vlies 5.
Das Verdampfer-Vlies 5 besteht aus einer 3 mm dicken Mikrofasermatte
aus Polypropylen. Es ist in drei Teile geschnitten und kann mit
dem Strukturmaterial 2 verheftet werden. Die zweite, spiegelbildlich
gestanzte Mehrschicht-Folie 6 bildet schließlich
die obere vakuumdichte Hülle. Der Arbeitsmittel-Beutel 4 ist
ebenfalls aus einer Mehrschicht-Folie gefertigt. Er enthält
60 g entgastes Wasser und einen scharfkantigen Öffner.
Durch kräftigen Druck auf den Beutel im Bereich des Öffners per foriert
der Öffner die Beutelfolie. Damit dabei nur der Arbeitsmittel-Beutel 4 perforiert
wird, muss beim Einlegen des Beutels darauf geachtet werden, dass die
scharfen Kanten nur im Bereich des Netzgitterstreifens 3 auf
die Folie des Arbeitsmittel-Beutels 4 einwirken können
und nicht auch die äußere Mehrschicht-Folie 1 perforieren.
-
2 zeigt
das Kühlelement aus 1 mit den
bis auf zwei Ränder 8 und 9 umlaufend
versiegelten Mehrschichtfolien 1, 6, vor seiner
Verformung an einem Zylinder 7. Der Zylinder 7 hat
etwa die Abmessungen der später zu kühlenden Flasche.
Die Pfeile A zeigen die Wickelrichtung des Verdampferbereichs 16,
während die Pfeile B die Kantrichtung des Zeolithbereichs 15 anzeigen.
Entlang der gestrichelt gezeichneten Linie C wird somit das zunächst flache
Kühlelement 10 in eine capeförmige, dreidimensionale
Form gebracht und in dieser Position bis zum Befüllen mit
heißem Zeolith fixiert.
-
Aus
dem noch offenen Rand 9 ragt das eine Ende des Netzgitterstreifens 3.
Das zweite Ende mündet im Strukturmaterial 2.
Dazwischen befindet sich der Arbeitsmittel-Beutel.
-
Über
den offenen Rand 8 werden 600 g heißes Zeolithgranulat 11 mittels
einer Füllvorrichtung 12 eingefüllt (3).
Nach dem Versiegeln des Befüll-Randes 8 wird das
Kühlelement 10 um 180° gekippt und das
eingefüllte Zeolithgranulat mittels nicht gezeichneter
Formkörper in die gewünschte Geometrie gerollt.
Mittels eines Saugadapters 13, der am noch offenen Rand 9 gasdicht
angelegt wird, wird der Innenraum des Kühlelementes 10 auf
einen Druck von unter 2 mbar (absolut) evakuiert. Aus dem Zeolithgranulat
werden dabei überschüssiger Wasserdampf, Luft
und co-adsorbierte Gase über das Strukturmaterial und weiter über
den Netzgitterstreifen 3 abgesaugt. Am Ende des Absaugprozesses
wird auch der offene Rand 9 mittels außen angepresster, heißer
Siegelbalken versiegelt. Das Material des Netzgitterstreifens 3,
das die Mehrschicht-Folien 1, 6 auf Distanz gehalten
hat, verschmilzt dabei mit den Siegelschichten der Mehrschicht-Folien 1 und 6 zu einem
gasdichten Verschluss.
-
In 4 ist
das Kühlelement 10 mit seinem Verdampferbereich 16 an
den zylindrischen Teil einer Flasche 14 angelegt. Der das
Verdampfer-Vlies 5 enthaltende, zylindrische Verdampferbereich 16 umschließt
den zylindrischen unteren Flaschenteil. Er kann mittels (nicht dargestellter)
Klettbänder gut wärmeleitend auf die Flaschenwand
gespannt werden. Der den Arbeitsmittel-Beutel 4 enthaltende
Bereich des Kühlelementes ist seitlich nach oben geklappt. Durch
Druck auf den im Arbeitsmittel-Beutel 4 liegenden Öffner
wird der Beutel perforiert. Das enthaltene Wasser fließt
daraufhin durch die vom Netzgitterstreifen 3 offen gehalte nen
Kanäle zum Strukturmaterial. Das dort teilverdampfende
Wasser reißt das noch flüssige Wasser innerhalb
des Strukturmaterials in Richtung Zeolithfüllung. Dank
der vielen Umlenkungen, die der Strömung aufgezwungen werden,
wird das mitgeförderte Wasser im Verdampfer-Vlies homogen
verteilt. Das Wasser verdampft und kühlt über die
Mehrschicht-Folie großflächig die Flasche. Der abströmende
Wasserdampf wird über den in Summe ca. 5 cm2 großen
Querschnitt, den das Strukturmaterial aufspannt, zum Zeolithbereich 15 geleitet.
Die Zeolithfüllung erhitzt sich dadurch auf über
80°C. Die Siegelschichten der Mehrschicht-Folie aus Polypropylen
halten diesem Temperaturniveau Stand. Sind sie doch während
dem Befüllen mit heißem Zeolith deutlich höher
belastet worden. Wichtig ist hingegen eine thermische Entkopplung
des heißen Zeolithbereichs 15 vom kalten Verdampferbereich 16.
Dies erfolgt zum einen durch das ohnehin schlecht leitende Strukturmaterial
des Strömungskanals als auch durch die geometrische Distanz
des Zeolithbereichs 15 gegenüber dem Verdampferbereich 16.
Nicht gezeichnet, aber dennoch sinnvoll ist eine thermische Isolierung
der kalten Flächen um eine Kondensation von Luftfeuchte
zu unterbinden. Optisch ansprechend kann die Flasche 14 leicht
nach hinten gekippt angeordnet sein. Die erforderliche Abstützung
erfolgt durch den Zeolithbereich 15, der mit der Siegelnaht am
Befüll-Rand 8 die Standfläche berührt.
Zum Ausschenken des Flascheninhalts muss die Flasche 14 nicht
aus dem Kühlelement 10 entnommen werden. Sie lässt
sich zusammen mit dem Kühlelement 10 vorteilhaft über
den Befüll-Rand 8 kippen und bequem in bereitstehende
Gläser ausschenken.
-
5 zeigt
einen waagrechten Schnitt DD durch den Verdampferbereich 16 der 4.
In kreisrunder Anordnung umschließen die Mehrschicht-Folien 1 und 6 das
dreigeteilte innenliegende Verdampfer-Vlies 5 und zwei
Lagen gitterförmiges Strukturmaterial 2 Durch
die Dreiteilung des Verdampfer-Vlieses 5 entstehen neben
den beiden Siegelnähten 17 zwei Längsrillen 18.
In diesen Längsrillen 18 und an den beiden Siegelnähten 17 wird
die innenliegende Mehrschicht-Folie 6 beim Anlegen des
Unterdrucks eingezogen und verkürzt. Dadurch werden Falten
in der innen liegenden Mehrschicht-Folie 6 minimiert. Falten würden
den Wärmekontakt zur Flasche deutlich verschlechtern.
-
6 zeigt
den in 4 markierten Längsschnitt EE durch den
Verdampferbereich 16. Die Mehrschicht-Folien 1 und 6 umhüllen
wiederum das innenliegende Verdampfer-Vlies 5 und zwei
Lagen Strukturmaterial 2 sowie den Gitterstreifen 3 und
den hoch geklappten, prall gefüllten Arbeitsmittel-Beutel 4.
Dieser enthält einen im oberen Bereich fixierten Öffner 19,
dessen scharfe Spitzen bei äußerem Fingerdruck
die gegenüberliegende Folie des Arbeitsmittel-Beutels 4 perforieren
können. Die Spit zen sind jedoch nicht lang genug, um durch
den Gitterstreifen hindurch auch die außen liegende Mehrschicht-Folie 6 zu
verletzen.
-
7 zeigt
das Kühlelement 10 von der Vorderseite ohne Flasche 14.
Aus diesem Blickwinkel wird die capeartige Formgebung des Kühlelementes 10 deutlich.
Diese ergibt sich zwangsweise, wenn die zunächst flachen
Einzelelemente aus 1 um eine zylindrische Form
gewickelt werden und gleichzeitig der Zeolithbereich 15 nach
hinten abgeknickt wird. Der Verdampferbereich 16 kann mittels
Klebebänder 20 zu einer elastischen Kühlfläche
für zylindrische Behälter ergänzt werden,
während der Zeolithbereich 15 mit seinem unteren
Siegel-Rand 8 eine standsichere Abstützung nach
hinten gewährt. Der Arbeitsmittel-Beutel 4 ist
zum Auslösen der Kühlfunktion gut erreichbar.
-
8 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Kühlelement 21,
dessen Verdampferbereich 22 um ein stehendes kleines Bierfass 24 gewickelt
ist und dessen Zeolithbereich 23 nach oben ragt. Der Verdampferbereich 22 ist
mittels Klebestreifen 25 stramm um den bauchigen Außenmantel
des Bierfasses 24 gebunden. Seine beiden unteren Beutel-Ecken 26 sind
schräg abgesiegelt um für den unten liegenden
Zapfhahn 27 des Bierfasses 24 Platz zu schaffen.
Der Zeolithbereich 23 des Kühlelementes 21 ist
in vier Taschen 28 untergliedert, die jeweils Zeolith enthalten.
Die im oberen Bereich des Bierfasses 24 angeordnete Belüftungsöffnung 29 ist
von oben im Lüftungsbereich zwischen den Taschen 28 leicht
zugänglich. Zwei Arbeitsmittel-Beutel sind durch leichte
Auswölbungen 30 am unteren Ende des Verdampferbereichs 22 erkennbar.
Zum Auslösen der Kühlfunktion wird auf diese Arbeitsmittel-Beutel Druck
ausgeübt bis durch den Peel-Effekt der Folie deren Siegelnähte
platzen und das eingeschlossene, entgaste Wasser in das Strukturmaterial
auslaufen lassen. Die anschließende homogene Verteilung
des Wassers im Verdampfer-Vlies verläuft erfindungsgemäß.
Die Abwärme aus dem Zeolithbereich 23 wird an
die vorbeistreichende Luft abgegeben. Bedingt durch die obere Positionierung
kann die warme Abluft den Verdampferbereich 22 nicht erwärmen.
-
9 zeigt
einen horizontalen Querschnitt durch den Zeolithbereich 23 entlang
der Schnittlinie FF in 8. Eine innere und eine äußere
Mehrschicht-Folie 31, 32 sind so versiegelt, dass
sie vier, etwas gleich große Taschen 28 mit Zeolithfüllung 33 aufspannen.
Entlang der drei Siegelnähte 34 sind die vier
Taschen gegeneinander beweglich. Sie erlauben damit das Kühlelement
bequem um das Bierfass zu legen und festzuzurren. Wenn in der Verlängerung der
Siegelnähte 34 auch das Strukturmaterial im Verdampferbereich
geteilt ist, kann das gesamte Kühlelement auch platzsparend
zusammengeklappt und transportiert werden, bevor es an das zu kühlende Behältnis
angelegt wird.
-
10 zeigt
einen Längsschnitt durch das Kühlelement 21 entlang
der Schnittlinie GG in 8. Die Mehrschicht-Folien 31 und 32 umhüllen
im oberen Zeolithbereich 23 die Zeolithfüllung 33 und
im Verdampferbereich 22 das Strukturmaterial 35,
das Verdampfer-Vlies 36 und die Arbeitsmittel-Beutel 37. Das
Strukturmaterial 35 reicht oben bis in die Zeolithfüllung 33,
um den Dampftransport vom Verdampfer-Vlies 36 in die Zeolithfüllung 33 zu
gewährleisten. Das Verdampfer-Vlies 36 ist im
oberen und unteren Bereich zweilagig ausgeführt, um eine
optimale Anbindung an das bauchige Bierfass sicher zu stellen. Die
erfindungsgemäße Flexibilität des Verdampferbereichs 22 führt
in Verbindung mit den Spannkräften der Klebebänder
zu einer optimal wärmeleitenden Anbindung an das Bierfass.
-
11 zeigt
schließlich die Einzelkomponenten des Kühlelements 21 vor
dem Zusammenfügen. Ein den Abmessungen des zu kühlenden
Bierfasses angepasster Beutel 38 aus Mehrschicht-Folien 31, 32 hat
im unteren Bereich vier mit heißem Zeolith aufgefüllte
Taschen 28, die über die Siegelnähte 34 seitlich
gegeneinander abgetrennt sind. Die Zeolithfüllung ist mittels
eines Trichterelementes 39 gleichmäßig
auf die vier Taschen 28 verteilt worden. Auf die noch heiße
Zeolithfüllung wird das zweilagige Strukturmaterial 35 gesteckt.
Auf das Strukturmaterial 35 sind bereits sechs, leicht
beabstandete Verdampfer-Vliesstücke 36 aufgeheftet,
die jeweils am oberen und unteren Ende zweilagig verdickt sind.
Die beiden Arbeitsmittel-Beutel 37 werden auf der dem Verdampfer-Vlies 36 abgewandten
Seite fixiert.
-
Daraufhin
wird das Kühlelement 21 in einer Vakuumkammer
auf einen Enddruck von kleiner 5 mbar (absolut) evakuiert und die
noch offene Beutelseite versiegelt. Nach dem Entnehmen aus der Vakuumkammer
werden die Beutel-Ecken 26, die der Betätigung
des Zapfhahnes im Weg stehen, zusätzlich abgesiegelt und
anschließend abgeschnitten. Das Kühlelement 21 kann
nunmehr in jede beliebige Lage gedreht und erfindungsgemäß verformt
werden, ohne dass die Zeolithfüllung 33 (und die
eingelegten Komponenten) ihre vorgesehene Position verlässt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0368111 [0004]
- - DE 3425419 [0004]
- - WO 01/10738 A1 [0005]
- - WO 99/37958 A1 [0006]
- - US 6474100 B1 [0007]