DE60038729T2

DE60038729T2 - Aufbereitung von materialien zur kälteerzeugung

Info

Publication number: DE60038729T2
Application number: DE60038729T
Authority: DE
Inventors: Cullen M. Cortez SABIN; Zbigniew R. Sarasota PAUL; Martin W. Sarasota SABIN
Original assignee: Tempra Technology Inc
Current assignee: Tempra Technology Inc
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: EP1155265A4; ES2304344T3; CN1349604A; CN1158496C; EP1155265A1; DE60038729D1; ZA200107662B; CA2362571A1; CA2362571C; WO2000050823A1; ATE393903T1; EP1155265B1; BR0008527A; WO2000050823A8; AU773256B2; AU3374700A; IL144821A0; JP2002543358A; IL144821A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft selbstkühlende Vorrichtungen unter Nutzung von Verdampfungs-/Kondensationsprozessen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren für die Aufbereitung von Sorptionsmaterialien, die in solchen Vorrichtungen nützlich sind, und die aus diesen Aufbereitungsverfahren resultierenden Sorptionsmaterialien.
Selbstkühlende Vorrichtungen sind im Fachbereich bekannt. Diese Vorrichtungen sind dafür ausgerichtet, eine Kühlung vorzusehen, ohne auf externe Quellen der Kühlung, wie Elektrizität, Eis und dergleichen, zurückzugreifen. Diese Vorrichtungen können auch so ausgelegt sein, dass sie hervorragend tragbar sind. Praktischerweise sind sie so ausgelegt, dass sie für eine Kühlung auf Basis eines einmaligen Gebrauchs sorgen, und daher für den einmaligen Gebrauch bestimmt sind.
Viele Produkte, einschließlich Flüssigprodukte, besitzen günstigere Eigenschaften, wenn sie kalt sind, als wenn sie Umgebungstemperaturen haben. Somit ist ein Kühlen dieser Produkte auf Temperaturen zwischen etwa 0°C und 20°C erwünscht. Allgemein wird ein solches Kühlen durch elektrisch betriebene Kühleinheiten oder mittels eines Phasenänderungsmaterials, wie Eis, durchgeführt. Der Einsatz dieser Einheiten zum Kühlen solcher Lebensmittel und Getränke ist nicht immer praktisch, weil Kühlvorrichtungen allgemein eine Elektrizitätsquelle erfordern, in der Regel nicht tragbar sind und das Lebensmittel oder Getränk nicht schnell kühlen.
Ein alternatives Verfahren zur Bereitstellung eines gekühlten Materials bei Bedarf ist die Verwendung von tragbaren isolierten Behältern. Allerdings haben diese Behälter lediglich die Funktion, die frühere Temperatur des in diese gestellten Lebensmittels oder Getränks beizubehalten, oder sie erfordern die Verwendung von Eiswürfeln, um die gewünschte Kühlungswirkung vorzusehen. Bei Verwendung in Verbindung mit Eis sind isolierte Behälter viel massiger und schwerer als das Lebensmittel oder Getränk. Darüber hinaus ist an vielen Orten Eis möglicherweise nicht leicht verfügbar, wenn die Kühlwirkung erforderlich ist.
Eiswürfel sind ebenfalls unabhängig verwendet worden, um Lebensmittel oder Getränke schnell zu kühlen. Jedoch ist die unabhängige Verwendung von Eis zum Kühlen häufig unerwünscht, weil Eis nur für begrenzte Zeiträume über 0°C gelagert werden kann. Außerdem kann Eis möglicherweise nicht verfügbar sein, wenn die Kühlwirkung erwünscht ist.
Zusätzlich zu der Lebensmittel- und Getränkekühlung gibt es eine Reihe von anderen Anwendungen, für welche eine tragbare Kühlvorrichtung äußerst wünschenswert ist. Diese schließen medizinische Anwendungen, einschließlich das Kühlen von Geweben oder Organen; die Herstellung von kalten Kompressen und die kryogene Zerstörung bzw. Schockgefrier-Zerstörung von Geweben oder Organen; die Herstellung von kalten Kompressen und die kryogene Zerstörung von Geweben als Teil von chirurgischen Verfahren; industrielle Anwendungen, einschließlich die Bereitstellung von Kaltwasser oder anderen Flüssigkeiten bei Bedarf; die Konservierung biologischer Proben; das Kühlen von Schutzkleidung; und kosmetische Anwendungen ein. Eine tragbare Kühlvorrichtung könnte einen weitverbreiteten Nutzen in allen diesen Bereichen haben.
Die meisten Versuche zum Bau einer in sich geschlossenen miniaturisierten Kühlvorrichtung hingen von der Verwendung einer Kühlflüssigkeit ab, die bei einem Druck oberhalb des Atmosphärendrucks gelagert wurde, sodass der Kühlmitteldampf bzw. Kühldampf direkt in die Atmosphäre abgegeben werden konnte. Leider sind zahlreiche verfügbare Kühlflüssigkeiten für ein solches System entweder entzündbar, toxisch, umweltschädlich, oder existieren in flüssiger Form bei solch hohen Drücken, dass sie ein Explosionsrisiko in Mengen, die für den beabsichtigten Zweck geeignet sind, darstellen. Umgekehrt besitzen andere verfügbare Kühlflüssigkeiten, die für die Abführung in die Atmosphäre akzeptabel sind (wie Kohlendioxid), relativ geringe Wärmekapazitäten und latente Verdampfungswärmen. Als eine Folge davon sind einige Kühlvorrichtungen, die Kohlendioxid freisetzen, viel massiger als dies kommerziell für eine tragbare Vorrichtung akzeptabel ist.
Ein alternatives Verfahren zur Vorsehung einer Kühlungswirkung bei einer tragbaren Vorrichtung ist die Absorption oder Adsorption des Kühldampfes in einer Kammer, welche von der Kammer getrennt ist, in welcher die Verdampfung erfolgt. In einem solchen System kocht die Kühlflüssigkeit unter vermindertem Druck in einer versiegelten Kammer und absorbiert Wärme aus ihrer Umgebung. Der von der kochenden Flüssigkeit erzeugte Dampf wird kontinuierlich aus der ersten Kammer entfernt und in eine zweite Kammer, die ein Trocknungsmittel oder Sorptionsmittel enthält, welches den Dampf absorbiert, abgelassen.
Die DE 579 991 C offenbart ein Verfahren für die Aufbereitung von Sorptionsmaterialien für die oben genannten Vorrichtungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt Verfahren für die Aufbereitung von Sorptionsmaterialien bereit, die in selbstkühlenden Vorrichtungen vom Verdampfungs-/Kondensations-Typ verwendet werden, und Sorptionsmaterialien, die mit diesen Verfahren produziert werden. Die Erfindung ist aus dem Erfordernis einer hoch effizienten Dampfabsorption und einer hoch effizienten Wärmeübertragung zu einem Wärmeabführmaterial heraus geboren.
Die Erfindung stellt ein Verfahren für die Herstellung einer Sorptionskammer für eine tragbare, nicht-freisetzende Kühlvorrichtung vom Verdampfungs-Typ für den einmaligen Gebrauch bereit, welche einen Kühldampf, wie Wasserdampf, während der Verdampfungserwärmung bereitstellt, wie in dem unabhängigen Anspruch 1 ausgeführt. Das Verfahren schließt das Vorsehen einer versiegelbaren Kammer und eines Sorptionsmaterials (wie eines Zeolith-Molekülsiebs) zum Absorbieren und Adsorbieren von Kühldampf ein. Das Verfahren beinhaltet ebenfalls das Erwärmen des Sorptionsmaterials auf eine Temperatur, die hoch genug ist (zum Beispiel mindestens etwa 250°C oder gar 350°C), um ein bestimmtes absorbiertes und adsorbiertes Material auf und in dem Sorptionsmittel, wie Wasser, zu verflüchtigen. Das verflüchtigte Material wird aus dem erwärmten Sorptionsmaterial durch Evakuieren des Sorptionsmaterials, zum Beispiel auf einen Druck von nicht mehr als etwa 15 milliTorr, entfernt und in einigen Ausführungsformen wird ein Verfüllungsgas dem Sorptionsmittel hinzugefügt. Das Gas besitzt ein Verhältnis der spezifischen Wärmen von mindestens etwa 1,5, oder bis zu 1,6. Dies kann Gase, wie Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, einschließen. Die Sorptionskammer kann mit dem mit dem Verfüllungsgas beladenen Sorptionsmittel bei einem Druck von nicht mehr als etwa 1,995 Pa (15 milliTorr) befüllt werden, und in einigen Ausführungsformen wird ein Verfüllungsgas dem Sorptionsmittel zugegeben. Das Gas besitzt ein Verhältnis der spezifischen Wärmen von mindestens etwa 1,5, oder bis zu 1,6. Dies kann Gase, wie Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, einschließen. Die Sorptionskammer kann mit dem mit dem Verfüllungsgas beladenen Sorptionsmittel bei einem Druck von beispielsweise 46,55 kPa (350 Torr) bis etwa 266 kPa (2000 Torr) befüllt werden. Dieses Gas kann hinzugefügt werden, während das Sorptionsmittel immer noch heiß ist, wie mindestens 100°C, oder von etwa 25°C bis etwa 200°C. Die Verfüllung wird wie sie ist aus dem Sorptionsmittel durch Evakuieren der Sorptionskammer entfernt, zum Beispiel durch erneute Evakuierung des Sorptionskammer auf einen Druck von weniger als etwa 2 Pa (15 milliTorr). Die Sorptionskammer wird dann versiegelt, um die Einführung von Luftgasen zu verhindern.
Alternativ kann die versiegelbare bzw. verschließbare Kammer für Sorptionsmittel als eine evakuierte Kammer vorgesehen sein, evakuiert auf einen Druck von nicht mehr als etwa 1,995 Pa (15 milliTorr). Das Sorptionsmittel braucht nicht mit einem Gas nachgefüllt zu werden, sondern es kann direkt auf den Absorberzunder ein Vakuum ohne Erwärmen gegeben werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen angeführt.
Die Erfindung stellt eine in sich geschlossene Kühlvorrichtung für den einmaligen Gebrauch bereit. Die Vorrichtung entlässt kein Gas oder Dampf von irgendeiner Art. Es gibt keine gefährlichen oder toxischen Materialien oder Komponenten, die in der Vorrichtung eingeschlossen sind, und das Recyceln der Materialien der Vorrichtung wird erleichtert. Es gibt keine in der Vorrichtung vorhandenen unter Druck gesetzten Schwachstellen und keine umweltschädlichen Materialien, wie instabile Kühlmittel. Die Vorrichtung explodiert nicht, selbst wenn sie durch Feuer vernichtet wird, und ist nicht entflammbar.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Sorption" sowohl auf Adsorption als auch auf Absorption. Der Ausdruck "Adsorption" bezieht sich auf einen Typ der Moleküladhäsion, die an der Oberfläche eines mit einem anderen Medium in Kontakt befindlichen Feststoffs oder einer Flüssigkeit stattfindet und zu einer Ansammlung oder erhöhten Konzentration von Molekülen von dem Medium in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche führt. Eine solche Adsorption schließt die polare Adsorption von ionischen Spezies (die allgemein nicht von Oberflächen durch Erwärmung und Evakuierung entfernt werden), spezifische Adsorption, chemische Absorption, Van-der-Waalssche Adsorption und Okklusion (Einbindung von Gas in die Kristallstruktur eines Feststoffs, das allgemein nicht durch Erwärmung und Evakuierung entfernt wird), ein. Der Ausdruck "Absorption" bezieht sich auf das Eindringen von einer Substanz in die innere Struktur einer anderen und schließt die nicht-reaktive Absorption ein. Die reaktive Absorption, mit der Absorptionsprozesse gemeint sind, die von einer chemischen Reaktion begleitet sind, ist nicht in der Definition, wie in dieser Anmeldung verwendet, eingeschlossen, wenn sie nicht ganz speziell eingeschlossen ist. Diese speziellen Definitionen sind ausführlicher in solchen Veröffentlichungen wie Van Nostrand's Scientific Encyclopedia, 5. Ausg., Van Nostrand Reinhold Company, New York (1976), und The Encyclopedia of Chemistry, 3. Ausg., Van Nostrand Reinhold Company, New York (1973) zu finden und angegeben.
Wenn nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke die gleiche Bedeutung, wie sich gemeinhin für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet versteht, zu dem diese Erfindung gehört. Obwohl ähnliche oder äquivalente Verfahren und Materialien wie die hierin beschriebenen bei der praktischen Durchführung der Erfindung zum Einsatz kommen können, werden geeignete Verfahren und Materialien weiter unten beschrieben. Alle hierin angeführten Veröffentlichungen, Patentanmeldungen, Patente und anderen Referenzen sind durch den Bezug in ihrer Gesamtheit mit eingeschlossen. Im Falle eines Konflikts soll die vorliegende Beschreibung, einschließlich der Definitionen, maßgeblich sein. Außerdem dienen die Materialien, Verfahren und Beispiele lediglich der Veranschaulichung und sollen keine Einschränkung bedeuten.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und der Ansprüche offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung, die in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung nützlich ist.
Die 2 ist eine schematische Darstellung von Verdampfungs- und Kühlprozessen, die in der Verdampfungskammer während des Betriebs einer speziellen Ausführungsform der Kühlvorrichtung auftreten.
Die 3 ist eine perspektivische Ansicht einer kreisförmigen Anordnung von Verdampferfingern, die in speziellen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können.
Die 4 ist eine perspektivische Ansicht einer konzentrischen kreisförmigen Anordnung von Verdampferfingern, die in speziellen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können.
Die 5 ist eine perspektivische Ansicht einer kreuzförmigen Anordnung von Verdampferfingern, die in speziellen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können.
Die 6 ist eine Oberansicht einer speziellen Ausführungsform einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem zylindrischen Produktbehälter angeordnet ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete selbstkühlende Kühlvorrichtung schließt drei Basisabschnitte ein: eine Verdampferkammer, die ein Kühlmittel enthält, eine evakuierte Sorptionskammer, die ein Sorptionsmittel und ein Wärmeabführmaterial enthält, und ein Mittel bzw. eine Einrichtung zur Verhinderung der Strömung von Kühldampf zwischen der Verdampferkammer und der Sorptionskammer. Dieses strömungsverhindernde Mittel ist auch dafür ausgelegt, um die Strömung von Kühldampf zwischen der Verdampfer- und Sorptionskammer zu ermöglichen, etwa wenn die Vorrichtung in Betrieb ist. Die funktionalen Beziehungen zwischen diesen Abschnitten in einer speziellen Kühlvorrichtung sind grob in den US-Patenten Nr. 5 197 302 und 5 048 301 beschrieben worden. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden allgemein in Verbindung mit einem zu kühlenden Produkt genutzt. Diese Produkte und die damit verbundenen Anwendungen werden nach einer Erörterung der Vorrichtung selbst, die unmittelbar nachstehend folgt, ausführlich beschrieben.
Bezug nehmend auf die 1, wird eine spezielle Ausführungsform der Kühlvorrichtung 1 gemäß den allgemeinen Prinzipien der Erfindung gezeigt. Diese Ansicht zeigt das Produkt 5, das zu kühlen ist, in Kontakt mit dem Verdampfer 10, innerhalb welchem die Verdampfung eines Kühlmittels erfolgt. Der Verdampfer 10 umfasst eine Kammer, innerhalb welcher die Verdampfung eines Kühlmittels erfolgt. Dies beinhaltet allgemein die Desorption von Kühlmittel von einer Oberfläche während des Betriebs der Vorrichtung. Bevor die Vorrichtung aktiviert wird, ist das Kühlmittel in dem Verdampfer vorhanden, sowohl im flüssigen als auch im dampfförmigen Zustand. In Vorrichtungen wie der vorliegenden Erfindung wird diese Desorption durch einen Druckunterschied betrieben, der sich zeigt, wenn ein strömungsverhinderndes Mittel 44 betrieben wird. So beläuft sich die Aktivierung der Vorrichtung auf das Strömenlassen von Kühlmitteldampf. Wenn die Desorption von der inneren Oberfläche 12 der Verdampferkammer 10 erfolgt, wird die Außenoberfläche 14 kalt. Dies kann wiederum das Produkt 5 in Wärmekontakt mit der äußeren Verdampferoberfläche 14 kühlen. Dies wiederum kann das Produkt 5 in Wärmekontakt mit der äußeren Verdampferoberfläche 14 kühlen. Dies ist in der 2 dargestellt, welche die Desorption von Kühlmittel (H₂O) zeigt, das in der Richtung 18 strömt, was zu einem niedrigeren Druck führt. Dieser niedrigere Druck wird dem Kühlmittelgegenüber beim Betrieb der Kühlvorrichtung angesetzt, wie hierin erläutert ist.
Eine breite Vielzahl an Kühlmitteln ist in der Vorrichtung wirksam. Die allgemeinen Voraussetzungen sind, dass die Kühlmittel verdampfbar und kondensierbar sind bei Drücken, die relativ leicht in Kammern erreicht werden können. Das Kühlmittel muss auch mit dem Sorptionsmittel verträglich sein, das heißt, es muss durch das Sorptionsmittel absorbiert oder adsorbiert werden können. Geeignete Wahlmöglichkeiten für Kühlmittel müssen auch jene sein, die für eine nützliche Temperaturänderung in kurzer Zeit sorgen können, staatliche Sicherheitsstandards erfüllen und relativ verträglich (compace) sind. Die in den Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Kühlmittel weisen vorzugsweise einen hohen Dampfdruck bei Umgebungstemperatur auf, sodass eine Verringerung des Drucks zu einer hohen Dampferzeugungsrate führt. Der Dampfdruck des Kühlmittels bei 20°C ist vorzugsweise mindestens etwa 1197 Pa (9 mmHg). Darüber hinaus sollte für einige Anwendungen (wie das Kühlen von Lebensmittelprodukten) das Kühlmittel den zutreffenden staatlichen Standards für den Fall entsprechen, dass es zu irgendeinem Austrag in die Umgebung, ob durch Unfall oder auf andere Weise, kommt. Kühlmittel mit geeigneten Charakteristika für verschiedene Anwendungen der Erfindung schließen ein: verschiedene Alkohole, wie Methylalkohol und Ethylalkohol; Ketone oder Aldehyde, wie Aceton und Acetaldehyd; Ammoniak; Wasser; kurzkettige Kohlenwasserstoffe und kurzkettige Halogenkohlenwasserstoffe; und Freone, wie Freon C318, 114, 21, 11, 114B2, 113 und 112. Ein bevorzugtes Kühlmittel ist Wasser.
Ferner kann das Kühlmittel mit einer wirksamen Menge eines mischbaren Nukleierungsmittels mit einem größeren Dampfdruck als das Kühlmittel gemischt werden, um das Aufkochen zu befördern, sodass das Kühlmittel noch schneller und reibungsloser verdampft und sodass es nicht zu einer Unterkühlung des Kühlmittels kommt. Geeignete Nukleierungsmittel schließen Ethylalkohol, Aceton, Methylalkohol, Propylalkohol und Isobutylalkohol ein, die alle mit Wasser mischbar sind. Zum Beispiel könnte eine Kombination eines Nukleierungsmittels mit einem kompatiblen Kühlmittel eine Kombination von 5% Ethylalkohol in Wasser sein. Das Nukleierungsmittel weist vorzugsweise einen Dampfdruck bei 25°C von mindestens etwa 3325 Pa (25 mmHg) auf. Alternativ können feste Nukleierungsmittel verwendet werden, wie die herkömmlichen Siedesteine, die in chemischen Laboranwendungen verwendet werden.
Die Desorptionsprozesse, die in der Verdampferkammer vonstatten gehen, werden am effizientesten durchgeführt, wenn die Schicht aus Kühlmittel so dünn wie möglich ist bis zur Grenze einer Monoschicht aus Kühlmittel, das über einen so großen Teil der inneren Desorptionskammeroberfläche wie möglich verteilt ist. Diese dünnen Filme maximieren den Bereich für die Oberflächenverdampfung. Mehrere Schichten von Kühlmittel bewirken eine Wärmeübertragung durch geschichtete Kühlmittelmoleküle zu einem Kühlmittelmolekül, welches an der innersten Oberfläche des Verdampfers angeordnet ist. Diese Art von Kühlmittelüberladung führt zu einem Temperaturunterschied über die Kühlmittelschicht, der größer ist, als es der Fall wäre, wenn die Schicht dünner wäre. So verringert eine Überladung die Wärmeleitung, wodurch die Effizienz der Verdampfung verringert wird. In bevorzugten Ausführungsformen mit dünnen Schichten aus Kühlmittel wird die Schichtdicke während des Betriebs der Kühlvorrichtung verringert, wobei der Temperaturunterschied über die Schicht verringert wird, was die Wärmeleitungsprozesse während des Betriebs der Kühlvorrichtung verbessert. Wenn ein Kühlmittel-Dispersionsmittel verwendet wird, ist dieses ebenfalls erwünschterweise so dünn wie möglich über einen so großen Teil der Oberfläche der internen Verdampferkammer wie möglich geschichtet.
Die 2 zeigt die Desorption von Kühlmittel (H₂O), das in Richtung 18 strömt und auf einen niedrigeren Druck hinausläuft. Dieser niedrigere Druck ist gegenüber dem Kühlmittel beim Betrieb der Kühlvorrichtung angesetzt, wie hierin erläutert. Die spezielle Ausführungsform, die in der 2 veranschaulicht ist, verwendet Wasser als Kühlmittel, doch die erörterten Prinzipien sind auf verdampfbare Kühlmittel im Allgemeinen anwendbar.
Die Kühlvorrichtungen gemäß der Erfindung enthalten eine bestimmte Menge an nicht zirkulierendem Kühlmittel. Wenn die zu kühlende Produktmenge und der Grad der gewünschten Kühlung bekannt sind, ist die zu entfernende Wärmemenge leicht zu berechnen. Die zu entfernende Wärmemenge spezifiziert präzise die Menge an Kühlmittel, die von der Verdampferkammer verdampft werden muss. Wenn zum Beispiel 8 Fluid-Unzen (236 mL) einer wässrigen Flüssigkeit um 22°C gekühlt werden sollen, werden etwa 8,9 Gramm Wasser-Kühlmittel als theoretisches Minimum benötigt. Wenn Wärme zurück in das System ausströmt, wird mehr Kühlmittel benötigt.
Wie oben erwähnt, bildet das Kühlmittel erwünschterweise eine Schicht auf der inneren Oberfläche 12 des Verdampfers 10. Diese Schicht von Kühlmittel ist vorzugsweise im Wesentlichen gleichmäßig über einen möglichst großen Teil der Oberfläche 12 verteilt. In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung, wie der in der 2 gezeigten, wird dies mit Hilfe eines Kühlmittel-Dispersionsmittels 16 bewerkstelligt, welches vorzugsweise in einer Schicht auf der inneren Verdampferkammeroberfläche 12 abgeschieden wird und so viel von dieser Oberfläche wie möglich bedeckt. Die Schicht von Dispersionsmittel ist darauf ausgelegt, das Absorbieren von Kühlmittel in diese und/oder das Adsorbieren an diese zu ermöglichen. Eine Vielzahl von Materialien steht als Kühlmittel-Dispersionsmittel zu Verfügung. In einer solchen Anordnung strömt Wärme aus dem Produkt über die Wand der Verdampferkammer, über eine Schicht aus Kühlmittel-Dispersionsmittel und verdampft danach die Oberflächen-Kühlmittelmoleküle aus dem Dispersionsmittel.
Bei der Wahl des Kühlmittel-Dispersionsmittels kann eine beliebige Anzahl von Materialien gewählt werden, je nach den Anforderungen des Systems und der speziell verwendeten Kühlmittelflüssigkeit. Das Kühlmittel-Dispersionsmittel kann so etwas Einfaches wie ein Stoff oder Gewebe mit einer Affinität für das Kühlmittel und einer beträchtlichen Saugfähigkeit sein. So kann zum Beispiel, wenn das Kühlmittel Wasser ist, das Kühlmittel-Dispersionsmittel Stoff, Plattenmaterial, Filz oder Velourmaterial sein, das aus Baumwolle, Filtermaterial, natürlicher Cellulose, regenerierter Cellulose, Cellulosederivaten, Fließpapier oder irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen kann.
Das am meisten bevorzugte Kühlmittel-Dispersionsmittel wäre hoch hydrophil, wie gelbildende Polymere, die zum Beschichten der inneren Oberfläche der Verdampfungskammer in der Lage wären. Solche Materialien bestehen vorzugsweise aus Alkyl-, Aryl- und Aminoderivatpolymeren von Vinylchloridacetat, Vinylidenchlorid, Tetrafluorethylen, Methylmethacrylat, Hexansäure, Dihydro-2,5-furandion, Propensäure, 1,3-Isobenzofurandion, 1h-Pyrrol-2,5-dion oder Hexahydro-2-h-azepin-2-on.
Das Kühlmittel-Dispersionsmittel kann auf die innere Oberfläche der Verdampferkammer gesprüht, aufgeflockt oder auf andere Weise beschichtet oder aufgebracht werden. In einer speziellen Ausführungsform wird das Kühlmittel-Dispersionsmittel elektrostatisch auf die Oberfläche abgeschieden. In einer anderen Ausführungsform wird das Kühlmittel-Dispersionsmittel mit einem geeigneten Lösungsmittel, wie einem nicht-wässrigen Lösungsmittel, vermischt, und danach wird die Lösung auf die innere Oberfläche der ersten Kammer aufgebracht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlmittel-Dispersionsmittel in der Lage, jegliches heftige Aufkochen in dem Verdampfer einzudämmen, und es reduziert somit jegliche Mitführung von Flüssigkeit in der Dampfphase. In einer solchen Ausführungsform ist das Kühlmittel-Dispersionsmittel ein Polymer, das eine einen porösen Zwischenraum ausfüllende oder schwammartige Struktur ausbildet, und es kann die gesamte Verdampferkammer oder einen Teil davon ausfüllen.
In der in der 1 gezeigten speziellen Ausführungsform weist der Verdampfer 10 Rippen 20 und eine zentrale Passage 22 auf, obwohl eine große Vielfalt an Formen und Konfigurationen des Verdampfers möglich sind. Wenn Rippen verwendet werden, können sie eine große Vielzahl an Konfigurationen aufweisen, und die zentrale Passage kann weggelassen oder wesentlich verkürzt werden. In anderen Ausführungsformen hat der Verdampfer 10 die Form einer Reihe von hohlfingerartigen Elementen (Finger 24), die sich nicht von einer zentralen Passage verzweigen wie die Rippen 20, sondern in die Fingerbasis 26 übergehen, wie in den 4–6 gezeigt. Die Basis 26 kann kurze Passagen (nicht gezeigt) enthalten, um das Innere der Hohlfinger 24 miteinander zu verbinden, um eine kurze zentrale Passage zu bilden. Alternativ kann die Basis 26 im Wesentlichen hohl sein, mit einem zentralen Auslass, der zu der Einrichtung zur Verhinderung/Zulassung von Dampfströmung zu der Sorptionskammer führt. Die Finger 24 können in einem Kreis (acht Finger sind in dieser Anordnung in der 3 gezeigt, doch könnte eine beliebige Anzahl so angeordnet sein), einer Reihe von konzentrischen Kreisen (in der 4 gezeigt), in einer kreuzförmigen Anordnung (in der 5 gezeigt) oder einer mehr zufälligen Anordnung angeordnet sein. Das allgemeine Ziel ist die Vorsehung einer effizienten Wärmeübertragung von dem Massenmedium zu dem inneren Verdampfer 12 durch Maximieren der Fläche dieser Oberfläche. Der Verdampfer ist erwünschterweise ziemlich einfach zu fertigen und zu montieren. Weiterhin sind Kühldampfströmungswege innerhalb der Verdampferkammer erwünschterweise ausreichend, um übermäßige Druckabfälle in den Dampfströmungen von geringer Dichte zu verhindern.
Normalerweise erfordern Siedeprozesse (Aufkochen), die durch Ströme von winzigen Bläschen, die von diskreten und leicht sichtbaren Stellen auf Oberflächen aufsteigen, initiiert werden, Nukleierungsstellen, die aus Wiedereintrittshohlräumen, die nicht-kondensierbare Gase wie Luft enthalten, bestehen. Die Verdampferkammer in Kühlvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird einer partiellen Evakuierung unterworfen, was wirksam Nukleierungsstellen von den Innenoberflächen der Verdampferkammer entfernt und das Kühlmittel ebenso entgast. Auf diese Weise verdampfen Kühlmittelmoleküle, die Evakuierungskammer-Aufbereitungsverfahren unterzogen werden, die auch in Kühlvorrichtungen der vorliegenden Erfindung angewandt werden können, wenn sie dem in einer passend hergestellten Sorptionskammer (wie weiter unten erörtert) vorliegenden verringerten Druck ausgesetzt werden, von der Oberfläche eines ruhenden Pools bzw. Vorrats von Kühlmittel. Die Wärmeübertragung in einem solchen Pool unterliegt den gleichen Beschränkungen hinsichtlich der Leitung und Konvektion wie in Massenflüssigkeiten.
Die Desorptionsprozesse, die in der Verdampferkammer stattfinden, werden am effizientesten durchgeführt, wenn die Schicht von Kühlmittel so dünn wie möglich ist, bis zur Grenze einer Monoschicht von Kühlmittel, das über einen größtmöglichen Teil der inneren Desorptionskammeroberfläche verteilt ist. Diese dünnen Filme maximieren die Fläche für die Oberflächenverdampfung. Mehrere Schichten von Kühlmittel bewirken eine Wärmeübertragung durch geschichtete Kühlmittelmoleküle zu einem Kühlmittelmolekül, welches an der innersten Oberfläche des Verdampfers angeordnet ist. Diese Art von Kühlmittelüberladung führt zu einem Temperaturunterschied über die Kühlmittelschicht, der größer ist, als es der Fall wäre, wenn die Schicht dünner wäre. So verringert eine Überladung die Wärmeleitung, wodurch die Effizienz der Verdampfung verringert wird. In bevorzugten Ausführungsformen mit dünnen Schichten von Kühlmittel wird die Schichtdicke während des Betriebs der Kühlvorrichtung verringert, wobei der Temperaturunterschied über die Schicht verringert wird, was die Wärmeleitungsprozesse wäh rend des Betriebs der Kühlvorrichtung verbessert. Wenn ein Kühlmittel-Dispersionsmittel verwendet wird, ist dieses ebenfalls erwünschterweise so dünn wie möglich über einen größtmöglichen Teil der Innenoberfläche der Verdampferkammer geschichtet.
Der Kühlmitteldampfdruck innerhalb der Verdampferkammer zu Beginn und am Ende des Kühlprozesses kann aus der Gleichgewichtsdampfdruck-Temperatur-Funktion für Wasser bestimmt werden, basierend auf den erwarteten Getränketemperaturen und Temperaturunterschieden, die für die Wärmeübertragung erforderlich sind.
Es ist erwünscht, eine Evakuierung der mit Kühlmittel befüllten Verdampferkammer vor der Montage durchzuführen. Die Evakuierung sollte auf Drücke von über oder gleich dem Dampfdruck von Wasser bei der Temperatur, bei welcher die Evakuierung durchgeführt wird, begrenzt werden. Zum Beispiel sollte bei Raumtemperatur mit Wasser als Kühlmittel die Evakuierung des mit Kühlmittel gefüllten Verdampfers bei Drücken von etwa 2660 Pa (20 Torr) durchgeführt werden. Diese Evakuierung dient zum Ausspülen von Verunreinigungen, wie Luft, Waschlösungsmitteln und dergleichen, aus der Verdampferkammer.
Wieder zur 1 zurückkehrend, ist auch der Absorber 30 gezeigt. Dieser Abschnitt der Kühlvorrichtung schließt das Sorptionsmittel 32 ein, das über das ganze Innere der Sorptionskammer 34 vorgesehen ist. Ebenfalls eingeschlossen in dem Absorber 30 ist die Wärmesenke 40. Der Kühldampf der beim Betrieb der Kühlvorrichtung gebildet wird, bewegt sich von der Verdampferkammer in die Sorptionskammer 34 und transportiert Wärme. Diese Wärme wird in das finale Kapazitäts-Sorptionsmittel 32 abgeschieden und weiter in die finale Kapazitäts-Wärmesenke 40 abgeschieden.
Das Sorptionsmittel nimmt Wärme nicht nur von der latenten Verdampfungswärme auf, die aus der Kondensation des Kühldampfes resultiert, sondern auch von der chemischen Reaktionswärme, die freigesetzt wird, wenn Kühlmittel mit dem Sorptionsmittel kombiniert wird. Das Sorptionsmittel 32 steht in Wärmekontakt mit der Wärmesenke 40 über die innere Oberfläche 36 und die äußere Oberfläche 38 der Sorptionskammer 34. Dieser Wärmekontakt führt erwünschtermaßen zu einer hoch effizienten Wärmeübertragung von dem Sorptionsmittel 32 zu der Wärmesenke 40. Diese Wärme muss in der Wärmesenke in einer derartigen Weise gespeichert werden, dass sie nicht zurück in das Produkt während der Zeit, in der ein kaltes Produkt erforderlich ist, strömt.
Materialien, die als Sorptionsmittel geeignet sind, sind jene, die aggressive Kühldampf-Bindungseigenschaften und geringe chemische Reaktionswärmen besitzen und nicht explosiv, entflammbar oder toxisch sind.
Das in dem Absorber verwendete Sorptionsmaterial ist vorzugsweise zum Absorbieren und Adsorbieren des gesamten durch die Flüssigkeit erzeugten Dampfes fähig und erfüllt auch vorzugsweise die staatlichen Sicherheitsstandards für die Verwendung in einer Umgebung, wo es zu einem Kontakt mit Lebensmitteln kommen kann. Geeignete Sorptionsmittel für verschiedene Anwendungen können Bariumoxid, Magnesiumperchlorat, Calciumsulfat, Calciumoxid, Aktivkohle, Calciumchlorid, Glycerin, Silicagel, Tonerdegel, Calciumhydrid, Phosphorsäure, Kaliumhydroxid, Schwefelsäure, Lithiumchlorid, Ethylenglykol und Natriumsulfat einschließen. Diese Materialien können in vielerlei Formen vorliegen, darin eingeschlossen Flocken, Pulver, Granulat, sowie getragen auf inerten Formen oder gebunden mit Tonen. Es ist erwünscht, dass das Material ausreichend Dampfströmungspassagen durch dieses hindurch aufweist, damit die Kühlleistung nicht durch die Passage von Kühldampf durch das Sorptionsmittel eingeschränkt wird. Weiterhin muss das Sorptionsmittel Wärme auf Fliesen- bzw. Kachel-Wärmeabführmaterial übertragen können und damit mit der inneren Fliesenoberfläche der Sorptionskammer in gutem Wärmekontakt stehen. Bevorzugte Sorptionsmittel für die Verwendung in der vorliegenden Kühlvorrichtung schließen geflocktes Sorptionsmittel oder von Ton getragenes Sorptionsmittel ein. Das Letztgenannte ist in einer großen Vielzahl an Formen, einschließlich Kügelchen, Späne und rechteckige Feststoffe, verfügbar.
Unter den bevorzugten Sorptionsmitteln für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind Zeolithe, einschließlich der als Molekularsiebzeolithe bekannten. Diese sind kristalline Aluminosilikate von Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium. Die folgende Formel ist allgemein stellvertretend für solche Spezies: M_2/n[AlO₂)x(SiO₂]·wH₂O worin y 2 oder größer ist, n die Wertigkeit des Kations (Natrium, Kalium, Magnesium oder Calcium) ist und w für die Zahl der Wassermoleküle steht, die in den Hohlräumen des Zeoliths enthalten sind. Das Verhältnis y/x weist in der Regel ein Verhältnis von 1–5 auf, doch können die Werte bis etwa 10–100 oder höher für Silica-reiche Zeolithe reichen.
Strukturell basieren Zeolithe auf praktisch unbegrenzten Gerüsten eines Tetraeders von AlO₄ und SiO₄, in welchen Sauerstoffatome geteilt werden. Diese Struktur enthält Kanäle oder Hohlräume, die Kationen und Wassermoleküle enthalten. Das Wasser kann umkehrbar entfernt werden, wobei eine kristalline Struktur zurückbleibt, die aus etwa 50 Vol.-% Mikroporen besteht. In einigen Zeolithen kann die vollständige Entfernung von Wasser die Gerüststruktur in gewisser Weise stören und kann zu einer Kationenverschiebung führen, doch für die hierin besprochenen Anwendungen gilt dies nicht allgemein als kritisch. Eine wichtige Überlegung ist, ob es zu irgendeiner Störung kommen würde, welche die Fähigkeit des Zeoliths zur Aufnahme von Kühldampf stark beeinträchtigen würde. Solche Störungen können allgemein nicht toleriert werden. Die hierin beschriebenen Aufbereitungsverfahren führen nicht zu irgendeiner ernsthaften Beeinträchtigung der Fähigkeit des Sorptionsmittels, Kühldampf aufzunehmen.
Zeolithmaterialien sind an vielen Orten und unter der Erdoberfläche zu finden, einschließlich Basalt- und vulkanische Gesteinshohlräume, sowie feinkörniges Sedimentgestein. Es steht eine große Zahl von Zeolithmineralien zur Verfügung, und einige der gebräuchlicheren natürlich vorkommenden sind Chabazit (Ca₂[(AlO₂)₄(SiO₂)₈]·13H₂O), Mordenit (Na₈[(AlO₂)₈(SiO₂)₄₀·24H₂O), Erionit ((Ca,Mg,Na₂,K₂)_4,5[(AlO₂)₉(SiO₂)₂₇]·27H₂O), Faujasit ((Ca,Mg,Na₂,K₂)_29,5[(AlO₂)₅₉(SiO₂)₁₃₃·235H₂O) und Clinoptilolit (Na₆[(AlO₂)₆(SiO₂)₃₀]·24H₂O).
Synthetische Zeolithmaterialien, die metallische Aluminosilikate umfassen, können in den vorliegenden Kühlvorrichtungen verwendet werden. Einige der Gebräuchlicheren sind Zeolith A (Na₁₂[(AlO₂)₁₂(SiO₂)₁₂·27H₂O), Zeolith X (Na₈₆(AlO₂)₈₆(SiO₂)₁₀₆]·264H₂O), Zeolith Y (Na₅₆(AlO₂)₅₆(SiO₂)₁₃₆]·250H₂O), Zeolith L (K₉[(AlO₂)₉(SiO₂)₂₇]·22H₂O), Zeolith Omega (Na_6,8TMA_1,6[(AlO₂)s(SiO₂)₂₈]·21H₂O, wobei TMA Tetramethylammonium ist) und ZSM-5 ((Na,TPA)₃[(AlO₂)₃(SiO₂)₉₃]·16H₂O, wobei TPA Tetrapropylammonium ist).
Zeolithe können durch drei allgemein klassifizierte Verfahren hergestellt werden: durch die Herstellung von Zeolithen aus reaktiven Aluminosilikatgelen oder -Hydrogelen; durch die Umwandlung von Tonmineralien in hochreine Pulver oder vorgeformte Pellets; und durch die Verwendung von anderen natürlich vorkommenden Rohmaterialien. Zeolithe können gemäß Tonumwandlungsverfahren hergestellt werden, um einen wasserabsorbierenden oder -adsorbierenden Zeolith als Haupt- oder Nebenkomponente in einer Gelmatrix, einer Tonmatrix oder einer von Ton abgeleiteten Matrix einzuschließen. Pulverförmige Produkte können zu agglomerierten Teilchen mit anorganischen Oxiden oder Mineralien verbunden werden. Das Rohmaterial für Tonumwandlungsverfahren ist Kaolin, der typischerweise zu Metakaolin bei Temperaturen von ungefähr 500–600°C hydroxyliert wird, und bei höheren Temperaturen (über 1000°C ungefähr) werden Mullit und Cristoballit gebildet. Diese werden in Zeolithe gemäß weiteren Synthesetechniken umgewandelt. Fachleute auf dem Gebiet sind in der Lage, solche Umwandlungen unter Nutzung von Techniken, die für jemanden mit einer derartigen Erfahrung leicht ersichtlich sind, durchzuführen.
Unter bevorzugten Sorptionsmitteln sind jene mit Porengrößen, die mindestens etwa 7 Å betragen und nützlich wären. Einige nützliche Sorptionsmittel schließen Zeolith 13X ein.
Solche Materialien müssen erhitzt werden, um absorbiertes und adsorbiertes Wasser aus diesen auszutreiben. Gasmoleküle haben die Tendenz, an Oberflächen anzuhaften. Sorptionsmaterialien können poröse Strukturen mit einer sehr großen Oberfläche pro Volumeneinheit haben. Das Volumen von nicht-kondensierbaren Materialien erlangt in Systemen signifikante Bedeutung, die Enddrücke von unter 29,26 bis 66,5 Pa (220 bis 500 milliTorr) erfordern. Als ein Beispiel kann ein Behälter mit einem Molekularsieb (ein typisches Sorptionsmittel) gefüllter Behälter bei Raumtemperatur auf einen Druck von etwa 0,133 bis 0,665 Pa (1 bis 5 milliTorr) Tag für Tag evakuiert werden, steigt aber im Druck über einige Stunden auf 66,5 Pa (500 milliTorr) zwischen aufeinanderfolgenden Evakuierungen an. Dieser Anstieg ist der schrittweisen Desorption von sorbierten Gasmolekülen zuzuschreiben. Es ist unwahrscheinlich, dass eine wirtschaftliche Kühlvorrichtung mit hoher Produktionsrate einen derartigen Prozess in seine Fertigung mit aufnehmen könnte. Da der Sorptionsprozess in dem Sorptionsmittel als eine Pumpe fungiert, um Dampf von dem Verdampfer während des Betriebs der Vorrichtung anzusaugen, muss der Kühlmittel-Dampfdruck über dem Sorptionsmittel zu allen Zeiten deutlich unter dem Gleichgewichtssättigungsdruck von Kühlmittel in dem Verdampfer liegen. Wesentlich für die Nützlichkeit von Sorptionsmitteln in den hierin besprochenen Kühlvorrichtungen ist die Entfernung von nicht-kondensierbaren Gasen aus dem Kühlsystem. Das Vorhandensein von nicht-kondensierbaren Gasen muss überall im System vermieden werden, denn solche Gase werden von dem strömenden Kühlmitteldampf in das Sorptionsmittel transportiert oder könnten bereits in dem Sorptionsmittel vorhanden sein. Das Vorhandensein von nicht-kondensierbaren Gasen bildet eine Barriere, durch welche Kühlmitteldampf diffundieren muss, bevor er kondensieren kann. Wenn solche Gase vorhanden sind, arbeitet die Kühlvorrichtung mit einer Rate, die durch die Diffusionsbarriere begrenzt ist.
In einer ähnlichen Weise muss das Sorptionsmittel von kondensierbaren Gasen so weit wie möglich befreit werden, bevor die Vorrichtung betrieben wird. Das Volumen des Sorptionsmittels wird erwünschterweise für einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung minimiert. So schränkt die Konkurrenz zwischen Kühlmittel und einem kondensierbaren Gas, das bereits in dem Sorptionsmittel vorhanden ist, ebenfalls den Betrieb der Kühlvorrichtung auf Grade unterhalb der optimalen Leistung ein.
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren für die Aufbereitung von Sorptionsmitteln für die Verwendung in Kühlvorrichtungen vom Verdampfungs-/Kondensations-Typ bereit. Die Verfahren beinhalten allgemein das Erwärmen und die Evakuierung zur Entfernung von nicht-inerten Gasen, einschließlich sowohl nicht-kondensierbare Gase als auch kondensierbare Gase. Die Verfahren beinhalten auch die Ersetzung von nicht-kondensierbaren Gasen und anderen Verunreinigungen durch ein Gas, welches leicht vor der Endmontage der Kühlvorrichtung entfernt werden kann. Gase mit hohen kinetischen Energien sind wesentlich einfacher aus Sorptionsmaterialien zu entfernen als jene Gase, die keine hohen kinetischen Energien aufweisen. Unter den bevorzugten Gasen sind jene mit hohen Verhältnissen von spezifischen Wärmen. Dieses Verhältnis wird als das Verhältnis der Translationsenergie geteilt durch die Summe der kinetischen Energie aus Rotation und Vibration bei einer bestimmten Temperatur gemessen. Dieser Wert ist allgemein der höchste für die einatomigen Gase, wie Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon. Der Wert für diese Gase erreicht den theoretischen Maximalwert von 1,67. Dieser Wert ist für Gase aus zweiatomigen Molekülen, wie Sauerstoff und Stickstoff, niedriger und beträgt 1,4. Dieser Wert wird sogar noch niedriger für größere Gase mit mehr Freiheitsgraden. Bevorzugte Gase sind jene mit Verhältnissen von spezifischer Wärme von mehr als etwa 1,5. Besonders bevorzugt sind jene Gase mit Verhältnissen von spezifischer Wärme von mehr als etwa 1,6.
Gemäß den Sorptionsmittelaufbereitungsverfahren der Erfindung wird Sorptionsmittel auf mindestens 250°C, vorzugsweise mindestens 320°C, und am meisten bevorzugt auf mindestens 380°C erhitzt. Diese Erhitzung kann gemäß einem beliebigen aus einer ganzen Reihe von Verfahren durchgeführt werden, wobei das gebräuchlichste ein herkömmlicher Konvektionsofen ist, der für den Betrieb bei den relativ hohen Temperaturen ausgelegt ist, die für die Verfahren der Erfindung erforderlich sind. Ein Vakuumofen kann ebenfalls zum Einsatz kommen, ebenso wie eine Vakuum-"Bombe", die von außen erwärmt wird, zum Beispiel mit Heizpatronen, die auf die Oberfläche davon aufgeschweißt sind.
Das Sorptionsmaterial wird ebenfalls niedrigen Drücken ausgesetzt, erwünschterweise gleichzeitig mit dem oben beschriebenen Erwärmungsschritt. Die Verfahren der Erfindung nutzen Drücke von nicht höher als etwa 1,995 Pa (15 milliTorr), vorzugsweise nicht höher als etwa 1,33 Pa (10 milliTorr), und am meisten bevorzugt nicht höher als etwa 0,665 Pa (5 milliTorr). Diese Evakuierung kann gemäß einer ganzen Reihe von Verfahren durchgeführt werden, wobei das gebräuchlichste eine herkömmliche Vakuumpumpe ist, die für die Erzeugung der relativ niedrigen Drücke ausgelegt ist, die für die Verfahren der Erfindung erforderlich sind. Kompliziertere bzw. höhere entwickelte Pumpen, wie Diffusionspumpen, könnten ebenfalls bei solchen Evakuierungen zum Einsatz kommen.
Die Kombination von Erwärmung und Evakuierung reicht aus, um den weitaus größten Teil des absorbierten und adsorbierten Materials zu entfernen. Ein solches Material schließt Wasser, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Fette und dergleichen ein. Ohne an eine spezielle Theorie gebunden sein zu wollen, was die dem Betrieb der Erfindung zugrunde liegenden Mechanismen angeht, nimmt man an, dass Wasser typischerweise das am aggressivsten adsorbierte/absorbierte Material auf Sorptionsmitteloberflächen ist. Die Erwärmung und Evakuierung von Sorptionsmitteln hat das Ziel der Entfernung von praktisch dem gesamten Wasser von den Sorptionsmitteloberflächen. Die Erwärmungs- und Evakuierungsprozesse in einer herkömmlichen Ofen-Vakuum-Vorrichtung sind langsam, da sie durch nicht verstärkte Diffusionsprozesse bestimmt werden. Mehrere Mittel können zur Beschleunigung dieser Prozesse eingesetzt werden. Eines besteht darin, ein Rühren oder einen rotierenden Trockner zu verwenden, der für den Vakuumbetrieb ausgestattet ist. Eine weitere Möglichkeit ist ein kontinuierlicher Strömungsprozess.
Im Anschluss an die Erwärmung und Evakuierung von Sorptionsmittel kann der Behälter, welcher erwärmtes und evakuiertes Sorptionsmittel enthält, mit einem Verfüllungsgas beladen werden. Der Verfüllungsgas-Fülldruck hängt von dem Druck ab, bei welchem der nachfolgende Sorptionskammer-Befüllungsvorgang durchgeführt wird. Der Befüllungsdruck sollte mindestens derjenige des Bereichs sein, welcher unmittelbar die Sorptionskammer umgibt, damit keine Luft oder andere Gase die Verfüllungasfüllung verdrängen kann. Typischerweise bedeutet dies, dass der Sorptionsmittel enthaltende Behälter auf einen Druck von etwa 1 Atmosphäre gefüllt wird. Die Einführung von Verfüllungsgas kann durchgeführt werden, wenn das Sorptionsmittel Raumtemperatur hat, wird aber erwünschtermaßen während des Erwärmens des Sorptionsmittels eingeführt, vorzugsweise, während es immer noch von dem vorausgehenden Verfahrensschritt erwärmt ist. Somit kann das evakuierte Sorptionsmittel mit einem Verfüllungsgas befüllt werden, während das Sorptionsmittel sich bei einer Temperatur von mindestens etwa Raumtemperatur bis etwa 375°C befindet, und vorzugsweise von mindestens etwa 90°C bis etwa 310°C. Wenn das Sorptionsmittel in das Absorptionsgefäß unter einem Vakuum gefüllt werden soll, muss kein Verfüllungsgas verwendet werden, doch das Vakuum muss gut genug sein, damit das am Ende versiegelte Absorptionsgefäß nicht einen Druck von höher als etwa 1,995 Pa (15 milliTorr) beinhaltet.
An diesem Punkt kann das mit Verfüllungsgas geladene Sorptionsmittel entweder in einem gasdichten Behälter zum Füllen in eine Sorptionskammer zu einem späteren Zeitpunkt aufbewahrt werden oder direkt in eine Sorptionskammer geladen werden, vorzugsweise während es noch auf eine Temperatur von mindestens etwa Raumtemperatur bis etwa 375°C oder vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens etwa 90°C bis etwa 310°C erwärmt ist. Wenn das mit Verfüllungsgas geladene Sorptionsmittel in einem gasdichten Behälter für den zukünftigen Gebrauch in einer Sorptionskammer gelagert wird, wird dieser Behälter zu einem späteren Zeitpunkt evakuiert, vorzugsweise unmittelbar vor dem Füllen in den Sorptionsbehälter. Wenn das mit Verfüllungsgas geladene Sorptionsmittel unverzüglich in eine Absorptionskammer gefüllt werden soll, ist es am effizientesten, das Befüllen durchzuführen, während das mit Verfüllungsgas geladene Sorptionsmittel heiß ist, vorzugsweise während es von dem vorausgehenden Erwärmungsverfahrensschritt immer noch heiß ist.
Ob das mit Verfüllungsgas geladene Sorptionsmittel unmittelbar oder später, oder später nach dem Kühlen des Sorptionsmittels in eine Sorptionskammer gefüllt wird oder nicht, die beladene Sorptionskammer muss evakuiert werden, um das Verfüllungsgas aus dem Sorptionsmittel zu entfernen. Wenn das mit Verfüllungsgas geladene Sorptionsmittel gelagert wurde, kann es bei Umgebungstemperatur für diese Evakuierung stehen gelassen werden. Allerdings ist darauf zu verweisen, dass Raumtemperatur-Verfüllungsgasmoleküle relativ langsam aus den Durchlässen der meisten porösen Sorptionsmittel wandern und dass eine verlängerte Evakuierungszeit erforderlich ist. Das Erwärmen des mit Verfüllungsgas geladenen Sorptionsmittels, das bei Raumtemperatur gelagert wurde, könnte vor oder nach dem Befüllen durchgeführt werden, doch wenn es nach dem Befüllen durchgeführt werden soll, muss mit Vorsicht vorgegangen werden im Falle von Kühlvorrichtungen, welche Phasenänderungsmaterial-Wärmesenken vom Schmelztyp nutzen. Wenn solche Wärmesenken an ausreichend Wärme ausgesetzt werden, um sie zu schmelzen, müssen sie erneut eingefroren werden, bevor sie verwendet werden können. Es gilt als ein wirtschaftlicheres und zeiteffizienteres Verfahren des Befüllens der Sorptionskammern mit mit Verfüllungsgas geladenem Sorptionsmittel das Füllen mit heißem Sorptionsmittel durchzuführen, das von den vorausgehenden Erwärmungsverfahrensschritten noch heiß ist. Auf diese Weise kann das mit Verfüllungsgas geladene Sorptionsmittel in die Sorptionskammer einer Kühlvorrichtung vom Verdampfungs-/Absorptionstyp bei einer Temperatur von mindestens etwa Raumtemperatur bis etwa 375°C, und vorzugsweise bei einer Temperatur von mindestens etwa 90°C bis etwa 310°C befüllt werden.
Das Befüllen kann gemäß einer ganzen Reihe von Verfahren durchgeführt werden, darin eingeschlossen das Schütten des Sorptionsmittels in eine evakuierte Sorptionskammer unter einer Decke von Inertgas. Das Befüllen kann auch bei Raumtemperatur durchgeführt werden.
Die Sorptionskammer, in welche das Sorptionsmittel gefüllt werden soll, schließt auch ein Wärmeabfühmaterial ein. Die Funktion des Wärmeabführmaterials ist die Absorption von Wärme, die von dem Sorptionsmittel freigesetzt wird, und die Verhinderung eines Ausströmens dieser Wärme zurück zu dem Produkt, welches durch die Kühlvorrichtung gekühlt werden soll. Daher ist es kritisch, den Wärmekontakt zwischen dem Sorptionsmittel und dem Wärmeabführmaterial zu maximieren. Dies kann bewerkstelligt werden, indem man sicherstellt, dass Sorptionsmittel sich in gutem physischem Kontakt mit der inneren Oberfläche der Sorptionskammer befindet.
Die Menge an Sorptionsmittel, die erforderlich ist, um eine bestimmte Menge an Kühldampf zu absorbieren oder zu adsorbieren, hängt von dem Sorptionsvermögen des Sorptionsmittels für den Kühldampf ab. Diese ist allgemein eine Funktion der Temperatur. Innerhalb des Sorptionsmitteltemperaturbereichs von Interesse reicht die Wasserabsorption von etwa 10 bis etwa 25 Gew.-%. Für ein 8-Unzen-System mit einem Temperaturabfall um 22°C wären 45 bis 90 Gramm Sorptionsmittel erforderlich, eine Menge, die auch von der Wirksamkeit der Wärmesenke abhängt.
Diese Verfahren können bei der Aufbereitung von Sorptionsmitteln und Absorberkammern für die hierin beschriebenen Kühlvorrichtungen angewandt werden, ebenso für jene, die in den US-Patenten Nr. 5 197 302 und 5 048 301 offenbart werden.
Die Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung schließt auch eine in diesem Absorber angeordnete Wärmesenke ein. Die Wärmesenke befindet sich in Wärmekontakt mit der Außenoberfläche der Sorptionskammer und steht somit in Wärmekontakt mit dem Sorptionsmittel.
Das Wärme entfernende Material kann eines von drei Arten sein: (1) ein Material, das eine Phasenänderung erfährt, wenn Wärme angewandt wird; (2) ein Material, das eine höhere Wärmekapazität als das Sorptionsmittel besitzt; oder (3) ein Material, das eine endotherme Reaktion erfährt, wenn es mit dem flüssigen Kühlmittel in Kontakt gebracht wird.
Geeignete Phasenänderungsmaterialien für spezielle Anwendungen können aus Paraffin, Naphthalin, Schwefel, hydratisiertem Calciumchlorid, Bromcampher, Cetylalkohol, Cyanamid, Eleudinsäure, Laurinsäure, hydratisiertem Natriumsilikat, Natriumthiosulfatpentahydrat, Dinatriumphosphat, hydratisiertem Natriumcarbonat, hydratisiertem Calciumnitrat, Glaubersalz, Kalium-, Natrium- und Magnesiumacetat sowie hydratisierten Derivaten solcher Materialien, einschließlich Natriumacetattrihydrat und Dinatriumphosphatdodecahydrat, gewählt werden. Die Phasenänderungsmaterialien entfernen einen Teil der Wärme aus dem Sorptionsmaterial einfach durch Speicherung von Eigenwärme. Mit anderen Worten, sie erwärmen sich in dem Maße, wie sich das Sorptionsmittel erwärmt, wobei Wärme aus dem Sorptionsmittel entfernt wird. Allerdings liegt die wirksamste Funktion des Phasenänderungsmaterials in der Phasenänderung selbst. Eine extrem große Wärmemenge kann durch ein geeignetes Phasenänderungsmaterial in Verbindung mit einer Phasenänderung (d. h. eine Änderung von einer festen Phase zu einer flüssigen Phase, oder eine Änderung von einer flüssigen Phase zu einer Dampfphase) absorbiert werden. Es gibt typischerweise keine Änderung in der Temperatur des Phasenänderungsmaterials während der Phasenänderung, trotz der relativ beträchtlichen Menge an Wärme, die zur Bewirkung der Änderung erforderlich ist, welche Wärme während der Änderung absorbiert wird. Phasenänderungsmaterialien, die sich von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit verändern, wobei von dem Sorptionsmittel ihre latente Schmelzwärme absorbiert wird, sind in einem geschlossenen System am zweckmäßigsten. Jedoch ist ein Phasenänderungsmaterial, das sich von einer Flüssigkeit zu einem Dampf verändert, ebenfalls technisch möglich. So könnte eine für die Umwelt sichere Flüssigkeit in einem getrennten Behälter (nicht gezeigt) in Kontakt mit dem Sorptionsmaterial bereitgestellt werden (um Wärme von diesem zu absorbieren, die aber auf eine Weise abgelassen wird, dass das siedende Phasenänderungsmaterial Wärme aus dem Sorptionsmaterial weg- und völlig aus dem System herausbefördert.
Eine weitere Voraussetzung von jeglichen der Phasenänderungsmaterialien ist, dass sie ihre Phase bei einer Temperatur verändern, die höher ist als die erwartete Umgebungstemperatur des zu kühlenden Materials, aber niedriger als die Temperatur, die durch das Sorptionsmaterial bei Absorption einer beträchtlichen Fraktion (d. h. ein Drittel oder ein Viertel) der Kühlflüssigkeit erreicht wird. So könnte zum Beispiel bei den meisten Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung, die für die Verwendung in Kühlmaterial, wie Lebensmittel oder Getränken, bestimmt sind, das Phasenänderungsmaterial seine Phase bei einer Temperatur von oberhalb etwa 30°C, vorzugsweise oberhalb 35°C, aber vorzugsweise unterhalb etwa 70°C, und am meisten bevorzugt unterhalb 60°C ändern. Selbstverständlich können bei einigen Anwendungen wesentlich höhere oder niedrigere Phasenänderungstemperaturen erwünscht sein. Tatsächlich können viele Phasenänderungsmaterialien mit Phasenänderungstemperaturen sogar von 90°C oder 100°C in bestimmten Systemen zweckmäßig sein.
Materialien, die eine höhere Wärmekapazität als diejenige des Sorptionsmittels haben, sehen einfach eine Wärmemasse in Kontakt mit dem Sorptionsmittel vor, welche die Gesamtmenge an Wärme in dem System nicht beeinflusst, aber den Temperaturunterschied zwischen dem gerade gekühlten Material und dem Absorptionsgefäß verringert, und. zwar mit zwei Ergebnissen.
Wenn Wärme einem Material hinzugefügt wird, welches als eine Folge dieser Wärmehinzufügung nicht schmilzt oder verdampft, kann die Wärme durch eine Temperaturzunahme gefühlt werden. Erfährt demgegenüber das Material eine Phasenänderung, von fest zu flüssig beispielsweise, kann das Material Wärme absorbieren ohne eine spürbare Temperaturänderung. Die Wärmeenergie geht stattdessen in die Phasenänderung des Materials ein. Die verborgene Wärme wird als latente Wärme bezeichnet. Wärmeabführmaterialien, die in der vorliegenden Kühlvorrichtung nützlich sind, sind alles schmelzende Materialien, sie absorbieren signifikante latente Wärme und sind fähig, das Sorptionsmittel auf einer gleichmäßigeren Temperatur zu halten. Je kühler das Sorptionsmittel ist, umso mehr Dampf kann es kondensieren, und somit ist gerade das kombinierte Volumen von Wärmesenke und Sorptionsmittel von unmittelbarem Interesse. Ein Material von geringer Dichte und ein Material von hoher Dichte können im Prinzip die gleiche Gesamtwärmekapazität haben, doch erfordert eine Kühlvorrichtung, die das Material von geringer Dichte nutzt, mehr Volumen. Dieses erhöhte Volumen kann in bestimmten kritischen Anwendungen unerwünscht sein.
Die Menge an Wärmeabführmaterial, die erforderlich ist, hängt von der Menge an Kühldampf ab, der durch das Sorptionsmittel absorbiert oder adsorbiert werden soll, der chemischen Reaktionswärme des Sorptionsmittels und der Kühldampf-Bindungsreaktion, der spezifischen Wärme der Wärmesenke (oder der Kombination von spezifischer Wärme und latenter Wärme in einem Phasenänderungsmaterial) und der gewählten Endtemperatur des Absorbers ab. Da bei den meisten Sorptionsmitteln mit steigender Temperatur das Kühldampf-Sorptionsvermögen abnimmt, gibt es ein Verhältnis von Sorptionsmittel zu Wärmesenke, welches eine Mindestsystemmasse ergibt und welches von den Eigenschaften des gewählten Paars abhängt.
Die Kühlvorrichtung schließt auch ein Mittel zur Verhinderung der Kühldampfströmung von der Verdampferkammer zu der Sorptionskammer vor dem Betrieb der Vorrichtung ein. Bei Aktivierung dieses Mittels, die anschließend die Strömung von Kühldampf von der Verdampferkammer zu der Sorptionskammer ermöglicht, setzen die Desorption und Kühlung des Produkts ein. Das Mittel zur Verhinderung von Dampfströmung kann die Form irgendeines der im Stand der Technik gezeigten verschiedenen Typen haben. Das Mittel kann an einer beliebigen Stelle zwischen der Kammer und dem Absorber angeordnet sein, solange es die Sorption von Kühldampf oder Dampf irgendeiner Art durch das Sorptionsmittel verhindert. Wenn jedoch die ganze Kühlvorrichtung in einem unter Druck gesetzten Behälters enthalten ist, kann ein druckabhängiges Ventil verwendet werden, welches die Vorrichtung bei der Freisetzung des Drucks innerhalb des Behälters in Gang setzen kann.
Die Vorrichtung kann aus einer Vielzahl von Materialien aufgebaut sein, mit der Beschränkung, dass bestimmte Teile in der Lage sein müssen, einen guten Wärmekontakt mit bestimmten anderen Teilen zu leisten. Diese Teile müssen aus einem relativ guten Wärmeleiter, wie einem Metall oder metallischen Material, bestehen. Bevorzugte Materialien für die Verdampferkammer und den Absorber schließen Metalle, wie Aluminium, Kupfer, Zinn, Stahl, und Metalllegierungen, wie Aluminiumlegierung, ein. Für einige Anwendungen ist ein Korrosionsschutz auf der Außenoberfläche des Verdampfers erforderlich. Der Korrosionsschutz kann einen dünnen Überzug aus einem Lack, der speziell für diesen Zweck entworfen wurde, einschließen. Fachleute auf dem Gebiet sind in der Lage, geeignete Materialien bereitzustellen. Die Dicke solcher Überzüge beeinträchtigt in der Regel nicht die Wärmeübertragung, jedoch wird die Wahl des Korrosionsschutzes durch den Zeiteinfluss bestimmt, den ein solcher Schutz auf die Wärmeübertragung ausübt. Teile der Kühlvorrichtung, die für die Wärmeübertragung nicht kritisch sind, schließen das Mittel zur Verhinderung/Zulassung einer Kühlmitteldampfströmung ein. Dieser Teil kann aus einem polymeren Material, wie einem thermoplastischen Material, bestehen.
Die Kühlvorrichtungen sind einem externen Druck ausgesetzt, da sie intern evakuiert werden. Um die Notwendigkeit der Fertigung einer schweren Struktur zu umgehen, können selbststragende Bogenkonstruktionen oder Rippenkonstruktionen verwendet werden. Materialien mit ähnlicher Stärke wie die bei der Konstruktion von kohlensäurehaltigen Getränkedosen verwendeten können bei der Konstruktion der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtungen Verwendung finden. Eine spezielle Ausführungsform einer selbsttragenden Bogenkonstruktion ist in der 6 dargestellt. Der Absorber 30 ist mit dem Sorptionsgefäß 32 und der in dessen Inneren eingeschlossenen Wärmesenke 40 gezeigt. Auf der Außenoberfläche 46 des Absorbers 30 befindet sich eine Reihe von Abstandshaltern 48. Diese setzen sich um den Umfang der Oberfläche 46 fort, doch sind einige der Klarheit halber aus der 6 weggelassen. Es gibt das Zwischenmaterial 50, welches ein polymeres Material, wie ein thermoplastisches Material, sein kann, welches an den Abstandshaltern 48 über den gesamten Umfang der Oberfläche 46 angebracht ist. Die Anordnung soll in einem zylinderförmigen Produktbehälter untergebracht sein, wobei die Endbereiche der Abstandshalter 48 an die Innenwände des zylinderförmigen Produktbehälters anstoßen. Diese Anordnung unterstützt das Absorptionsgefäß, um dessen Struktur beizubehalten, womit ein Zusammenbruch durch Druckungleichheiten zwischen dem Innern und dem Äußeren des Absorbers verhindert werden.
Das Produkt, das gekühlt werden kann, kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Feststoff sein, solange ein guter Wärmekontakt mit der Außenoberfläche des Verdampfers hergestellt ist. Bevorzugte Produkte, die gekühlt werden, sind Flüssigkeiten oder Gase, am meisten bevorzugt Flüssigkeiten. Unter den Flüssigkeiten, die mit Hilfe der Kühlvorrichtung der Erfindung gekühlt werden können, sind jene, die Wasser umfassen, wie jene, die mindestens 20% Wasser umfassen, jene, die mindestens 40% Wasser umfassen, und jene, die mindestens 60% Wasser umfassen. Eingeschlossen unter solchen Wasser enthaltenden Flüssigkeiten sind Wasser selbst, Milch, Frucht- und Gemüsesäfte, alkoholfreie Getränke, Bier, Wein und Mischgetränke. Diese Produkte können in Gefäßen von unterschiedlichen Größen und Gestalten und solchen, die aus verschiedenen Materialien hergestellt sind, enthalten sein. Wie oben erwähnt, beinhalten bestimmte Anwendungen das Kühlen von Flüssigkeiten, die über längere Lagerungszeiträume die Behälter korrodieren können, in welchen sie aufbewahrt werden. Korrosionsschutz, wie er bei Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, ist in solchen Fällen verfügbar.
Die Erfindung schließt auch ein Verfahren zur Verwendung der hierin beschriebenen Kühlvorrichtung ein. Das Verfahren schließt den Schritt der Bereitstellung einer Kühlvorrichtung des hierin dargelegten Typs, des Öffnens des Mittels zur Verhinderung von Dampfströmung, wobei der Druck in dem Verdampfer reduziert wird, der Bewirkung der Verdampfung des Kühlmittels, wobei dieser Dampf durch das Sorptionsmittel eingefangen wird, des Entfernens des Dampfes aus dem Verdampfer durch Auffangen des Dampfes, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, in dem das Sorptionsmittel im Wesentlichen gesättigt ist oder im Wesentlichen das gesamte Kühlmittel, das sich ursprünglich in der Verdampferkammer befand, in dem Sorptionsmittel angesammelt wurde, und des gleichzeitigen Entfernens von Wärme aus dem Sorptionsmittel mittels des oben beschriebenen Wärmeabführmaterials ein. Das Verfahren ist vorzugsweise ein Einstufenverfahren; auf diese Weise ist das Öffnen des Mittels zur Verhinderung/Zulassung von Strömung vorzugsweise unumkehrbar. Gleichzeitig ist das System ein geschlossenes System; mit anderen Worten, das Kühlmittel entweicht nicht aus dem System, und es gibt keinen Weg, auf dem das Kühlmittel oder das Sorptionsmittel entweder aus der Verdampferkammer oder dem Absorptionsgefäß entweichen kann.
Andere Ausführungsformen
Es versteht sich, das die Erfindung zwar in Verbindung mit der ausführlichen Beschreibung davon beschrieben wurde, jedoch die vorausgehende Beschreibung den Umfang der Erfindung erläutern und nicht einschränken soll, welcher durch den Umfang der anhängigen Ansprüche definiert wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Sorptionskammer für eine tragbare, nicht-freisetzende Kühlvorrichtung vom Verdampfungs-Typ für den einmaligen Gebrauch, welche einen Kühldampf während der Verdampfungserwärmung bereitstellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: A) Vorsehen einer versiegelbaren Kammer für Sorptionsmittel und ein Sorptionsmaterial (32) zum Absorbieren und Adsorbieren des Kühldampfes; B) Erwärmen des Sorptionsmaterials auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um darin und darauf enthaltenes absorbiertes und adsorbiertes Material zu verflüchtigen; C) Entfernen des verflüchtigten Materials von dem erwärmten Sorptionsmaterial durch Evakuieren des Sorptionsmaterials; D) Hinzufügen eines Verfüllungsgases zu dem Sorptionsmittel, wobei das Gas ein Verhältnis der spezifischen Wärmen von mindestens etwa 1,5 besitzt; E) Befüllen der Sorptionskammer (34) mit Sorptionsmittel (32), das mit Verfüllungsgas beladen ist; F) Entfernen des Verfüllungsgases aus dem Sorptionsmittel durch Evakuieren der Sorptionskammer; und G) Versiegeln der Sorptionskammer (34) zur Verhinderung der Einführung von Luftgasen in das Sorptionsmittel.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Erwärmen des Sorptionsmaterials auf eine Temperatur von mindestens etwa 250°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erwärmen des Sorptionsmaterials auf eine Temperatur von mindestens etwa 350°C erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das aus dem Sorptionsmaterial verflüchtigte und entfernte Material Wasser ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Entfernung von verflüchtigtem Material aus dem Sorptionsmaterial bei einem Druck von höchstens etwa 1,995 Pa (15 milliTorr) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das dem Sorptionsmittel hinzugefügte Verfüllungsgas ein Verhältnis der spezifischen Wärmen von mehr als etwa 1,6 besitzt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das dem Sorptionsmittel hinzugefügte Verfüllungsgas gewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Sorptionsmaterial bei einer Temperatur von mindestens etwa 100°C als Verfüllungsgas hinzugefügt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Verfüllungsgas auf einen Druck von etwa 46,55 kPa (350 Torr) bis etwa 266 kPa (2000 Torr) hinzugefügt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das mit Verfüllungsgas beladene Sorptionsmittel in die evakuierte Absorptionsvorrichtung bei einer Temperatur von etwa 25°C bis etwa 200°C geladen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfüllungsgas aus der Sorptionskammer durch erneute Evakuierung der Sorptionskammer auf einen Druck von weniger als etwa 1,995 Pa (15 milliTorr) entfernt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Sorptionskammer sich in Wärmekontakt befindet mit einem Wärmeabführmaterial vom Phasenänderungs-Typ mit einer Phasenübergangstemperatur.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erneute Evakuierung der Sorptionskammer durchgeführt wird, während das Sorptionsmittel eine Temperatur von mindestens 25°C hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die versiegelbare Kammer für Sorptionsmittel in einem mit einem Spülgas gespülten und angefüllten Zustand vorgesehen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die versiegelbare Kammer für Sorptionsmittel als eine evakuierte Kammer vorgesehen ist, und zwar evakuiert auf einen Druck von nicht mehr als etwa 1,995 Pa (15 milliTorr).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Wasserdampf während der Verdampfungserwärmung gebildet wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: A) Vorsehen einer evakuierten versiegelbaren Kammer und eines Zeolith-Sorptionsmaterials zum Absorbieren und Adsorbieren des Wasserdampfes, wobei die Kammer auf einen Druck von nicht mehr als 1,33 Pa (10 milliTorr) evakuiert wird; B) Erwärmen des Zeolith-Sorptionsmittels auf mindestens 300°C zur Entfernung von absorbiertem und adsorbiertem Material aus dem Zeolith; C) Entfernen des verflüchtigten Materials aus dem erwärmten Sorptionsmaterial durch Evakuieren des Sorptionsmaterials auf einen Druck von nicht mehr als 1,33 Pa (10 milliTorr); D) Hinzufügen von Heliumgas zu dem Zeolith-Sorptionsmittel auf einen Druck von etwa 1 Atmosphäre; E) Befüllen der Sorptionskammer mit Helium-geladenem Zeolith-Sorptionsmittel; F) Entfernen des Heliums von dem Zeolith-Sorptionsmittel durch Evakuieren der Sorptionskammer auf einen Druck von nicht mehr als etwa 1,33 Pa (10 milliTorr); und G) Versiegeln der Sorptionskammer zur Verhinderung der Einführung von Luftgasen in das Zeolith-Sorptionsmittel.
Verfahren zur Herstellung einer Sorptionskammer für eine tragbare, nicht-freisetzende Kühlvorrichtung vom Verdampfungs-Typ für den einmaligen Gebrauch, welche einen Kühldampf während der Verdampfungserwärmung bereitstellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: A) Vorsehen einer versiegelbaren Kammer für Sorptionsmittel und ein Sorptionsmaterial (32) zum Absorbieren und Adsorbieren des Kühldampfes; B) Erwärmen des Sorptionsmaterials auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um darin und darauf enthaltenes absorbiertes und adsorbiertes Material zu verflüchtigen; C) Entfernen des verflüchtigten Materials von dem erwärmten Sorptionsmaterial durch Evakuieren des Sorptionsmaterials; D) Setzen der Sorptionskammer (34) unter ein Vakuum, das ausreichend ist, um die Einführung von Luftgasen in das Sorptionsmittel (32) zu verhindern; und E) Versiegeln der Sorptionskammer (34) zur Verhinderung der Einführung von Luftgasen in das Sorptionsmittel.