DE60126501T2

DE60126501T2 - Vakuumsorptionsmittelanordnung und kühleinrichtung

Info

Publication number: DE60126501T2
Application number: DE60126501T
Authority: DE
Inventors: Douglas Albuquerque SMITH; Kevin Albuquerque RODERICK; Lyra Albuquerque FISET; Robert Albuquerque BRAUN
Original assignee: THERMAL PRODUCT DEVELOPMENTS I; Thermal Product Developments Inc Glendale
Current assignee: THERMAL PRODUCT DEVELOPMENTS I; Thermal Product Developments Inc Glendale
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2021-10-17
Also published as: ATE353427T1; DE60126501D1; AU2002239784B2; CA2426199A1; WO2002040929A2; AU3978402A; MXPA03003431A; EP1328763B1; WO2002040929A3; EP1328763A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Mechanik. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Sorbens-Anordnung zur Verwendung bei Sorbens-getriebenen Kühlvorrichtungen.
Erörterung der verwandten Technik
Es gab bereits viele Versuche, eine kostengünstige, kompakte Kühlvorrichtung von geringem Gewicht herzustellen, die ein Adsorbens verwendet, um ein flüssiges Kühlmittel wie z.B. Wasser zu adsorbieren. Bei einer derartigen Kühlvorrichtung liegen üblicherweise zwei Kammern vor, von denen in einer das Adsorbens untergebracht ist und in der anderen das flüssige Kühlmittel in thermischem Kontakt mit dem zu kühlenden Medium untergebracht ist. Um eine effektive Kühlwirkung zu erzielen, müssen sowohl die Adsorbens- als auch die Kühlflüssigkeits-Kammer evakuiert werden. Insbesondere muss die Adsorbens-Kammer eine weitgehende Vakuumbedingung (auf weniger als 8 × 10^–4 mm Hg evakuiert) aufweisen. Wenn eine Kommunikation zwischen den beiden Kammern eröffnet wird, wird bewirkt, dass ein Teil des flüssigen Kühlmittels verdampft und in die Adsorbens-Kammer fließt, wo der Dampf durch das Adsorbens adsorbiert wird. Die latente Verdampfungshitze bewirkt, dass Hitze aus den Medien neben der Flüssigkeit beseitigt wird. Die Adsorption des Dampfes bewirkt, dass zusätzliche Flüssigkeit verdampft wird, wodurch der Kühlprozess weiter fortgesetzt wird.
Eine besondere Anwendung, für die Adsorbens-getriebene Kühlvorrichtungen in Betracht gezogen werden, betrifft das rasche Kühlen eines Getränks. Eine derartige Vorrichtung ist in der US-Patentschrift Nr. 4,928,495 beschrieben. Diese Patentschrift beschreibt eine in sich abgeschlossene Kühlvorrichtung, bei der ein Kühleffekt erzeugt wird, indem bewirkt wird, dass ein flüssiges Kühlmittel in einer Kammer in einem Getränkebehälter verdampft und dabei aus seiner Umgebung Wärme absorbiert. Der resultierende Kühlmitteldampf wird anschließend durch ein Adsorbens adsorbiert, das in einer Kammer untergebracht ist, die sich außerhalb des Getränkebehälters befindet. während diese Vorrichtung dahin gehend wirken kann, ein in dem Behälter platziertes Getränk zu kühlen, sind die Schwierigkeiten und Kosten, die mit der Herstellung eines Getränkebehälters mit einer externen Adsorbens-Kammer verbunden sind, ein bedeutendes Hindernis bei der Massenproduktion derartiger Behälter. Außerdem ist bei dieser Anordnung der Pfad, in dem die verdampfte Flüssigkeit wandern muss, bevor sie durch das Adsorbens adsorbiert wird, lang, wodurch verhindert wird, dass die Kühlvorrichtung das Getränk innerhalb eines wirtschaftlich akzeptablen Zeitraums ausreichend kühlt.
Eine weitere Getränke-Kühlvorrichtung ist in der US-Patentschrift Nr. 6,151,911 beschrieben. Diese Patentschrift beschreibt einen Mechanismus zum Kühlen eines enthaltenen Getränks durch Verwendung eines Absorptions- oder Adsorptions-Substrats in thermischem Kontakt mit einem Phasenumwandlungsmedium. Ein Nachteil dieser Kühlvorrichtung besteht darin, dass sie eine zylindrische Kammer mit einem sehr langen Dampfpfad erfordert, um einen Flüssigkeitskontakt des Phasenumwandlungsmediums mit dem Absorptions- oder Absorptions-Substrat zu vermeiden.
WO 99/37958 offenbart eine Wärmeübertragungsvorrichtung zum Kühlen oder Erhitzen eines Getränks, die ein Kühlmittel und ein Kühlmittel-Aufnahmemittel enthält. Die Vorrichtung umfasst ferner eine wirksame Einrichtung zum Ermöglichen einer Verdampfung des Kühlmittels. Das Aufnahmemittel nimmt das verdampfte Kühlmittel auf, so dass sich Wärme, die bei der Verdampfung des Kühlmittels absorbiert wird, an dem Aufnahmemittel entwickelt, um zu ermöglichen, dass Wärme an ein oder von einem zu erwärmenden oder zu kühlenden Material übertragen wird. Das Aufnahmemittel kann ein Absorbens oder Adsorbens sein.
Demgemäß sollte man erkennen, dass weiterhin ein Bedarf an einer Adsorbens-Anordnung und einer Kühlvorrichtung besteht, die problemlos und kostengünstig herzustellen ist, kompakt ist und ein geringes Gewicht aufweist und einen kurzen Dampfpfad aufweist und dabei effektive Kühlcharakteristika liefert. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese und andere Erfordernisse.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine evakuierte Sorbens-Anordnung gemäß der Darlegung im Anspruch 1 vorgesehen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert eine evakuierte Sorbens-Anordnung zur Kopplung mit einem Kühlflüssigkeits-Reservoir, und ein anderes Ausführungsbeispiel liefert eine Kühlvorrichtung, die aus wenigstens einem Sorbens-Abschnitt, wenigstens einem Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitt und einem Betätigungselement besteht. Der Sorbens-Abschnitt enthält ein Sorbens für ein flüssiges Kühlmittel. Der Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt befindet sich neben dem Sorbens-Abschnitt und definiert einen Flüssigkeitsdurchlass durch einen Teil der evakuierten Sorbens-Anordnung oder Kühlvorrichtung zu dem Sorbens-Abschnitt. Der Flüssigkeitsdurchgang enthält ein Dochtmaterial einer Menge, die ausreichend ist, um zu verhindern, dass das flüssige Kühlmittel das Sorbens berührt. Das Betätigungselement steuert eine Flüssigkeitskommunikation zwischen dem Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitt und dem Kühlflüssigkeits-Reservoir. Die evakuierte Sorbens-Anordnung umfasst eine dampfdurchlässige Membran, die benachbarte Sorbens- und Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitte trennt, ob der Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt Dochtmaterial enthält oder nicht.
Ausführungsbeispiele der Kühlvorrichtung umfassen zusätzlich ein Kühlflüssigkeits-Reservoir neben dem Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitt, und ein Gehäuse, das den Sorbens-Abschnitt, den Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt, die dampfdurchlässige Membran, das Kühlflüssigkeits-Reservoir und das Betätigungselement umgibt.
Zusätzlich dazu, dass sie ein Dochtmaterial umfassen, umfassen andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Folgendes: ein wärmeabführendes Material, das ein Phasenumwandlungsmaterial sein kann, in thermischem Kontakt mit dem Sorbens; wenigstens eine Flüssigkeitsbarriere zwischen dem wärmeabführenden Material und dem Sorbens; und wenigstens ein thermisches Abstandsstück, das zwischen dem Sorbens-Abschnitt und dem Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitt positioniert ist. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das thermische Abstandsstück zwischen dem Sorbens-Abschnitt und der dampfdurchlässigen Membran angeordnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist das thermische Abstandsstück zwischen der dampfdurchlässigen Membran und dem Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitt angeordnet. Bei einem Beispiel, das nicht in den Schutzumfang der Ansprüche fällt (10), liegt kein Dochtmaterial und auch keine dampfdurchlässige Membran vor, sondern vielmehr ersetzt ein anisotropes Isolationsmaterial, das auf einer Seite hydrophob und auf der anderen hydrophil ist, die Funktionen dieser Komponenten. Ferner umfassen manche Ausführungsbeispiele Gehäuse, die aus einem flexiblen Material wie z.B. einem metallisierten Kunststoff hergestellt sind.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie kompakt ist und ein geringes Gewicht aufweist. Die Erfindung ist dahin gehend entworfen, in einen aufnehmenden Behälter, d.h. einen Getränkebehälter, zu passen. Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung, das auf seine kompakte Größe bezogen ist, ist der kurze Dampfpfad zwischen dem Kühlflüssigkeits-Reservoir und dem Sorbens. Der Dampfpfad beträgt höchstens mehrere Millimeter.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise weggeschnittene Draufsicht von oben auf eine Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht der Kühlvorrichtung der 1, die Einzelheiten einer Sorbens-Kammer und eines Kühlflüssigkeits-Reservoirs zeigt.
2B ist eine Schnittansicht eines Beispiels einer Kühlvorrichtung, die nicht in den Schutzumfang der Patentansprüche fällt.
3 ist eine Draufsicht auf einen Getränkebehälter, wobei das Getränk und die Kühlvorrichtung der 1 gestrichelt gezeigt sind.
4 ist eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung.
5 ist eine Schnittansicht der Kühlvorrichtung der 4.
6 ist eine Schnittansicht eines dritten alternativen Ausführungsbeispiels einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung.
7 ist eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht eines vierten alternativen Ausführungsbeispiels einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung.
8 ist eine Schnittansicht eines fünften alternativen Ausführungsbeispiels einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung.
9 ist eine Schnittansicht eines sechsten alternativen Ausführungsbeispiels einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Getränkebehälterbeutels, der eine einzige Kühlvorrichtung enthält, die nicht in den Schutzumfang der Patentansprüche fällt.
11 ist eine Querschnittsansicht der vorderen Oberfläche und der Kühlvorrichtung des in 10 gezeigten Beutels.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen Getränkebehälterbeutels, der zwei Kühlvorrichtungen enthält und der nicht in den Schutzumfang der Patentansprüche fällt.
13 ist eine Querschnittsansicht der vorderen Oberfläche und der Kühlvorrichtung des in 12 gezeigten Beutels.
2B und 10 bis 13 zeigen keine Ausführungsbeispiele, die in den Schutzumfang der Patentansprüche fallen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEI SPIELE
Hierin werden ausführliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung offenbart; jedoch versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsbeispiele lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen Formen verkörpert werden kann. Deshalb sollten hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Einzelheiten nicht als einschränkend, sondern lediglich als Grundlage für Patentansprüche interpretiert werden.
Bestimmte Terminologie wird in der folgenden Beschreibung zur Zweckmäßigkeit lediglich als Bezugnahme verwendet. Beispielsweise bezieht sich das Wort „Absorption" auf den Fall, dass eine Substanz (z.B. Wasserdampf), die innere Struktur einer anderen (des Absorbens) durchdringt. Ferner bezieht sich das Wort „Adsorption" auf den Fall, dass eine Substanz (z.B. Wasserdampf) zu der Oberfläche einer anderen (des Adsorbens) hingezogen und dort gehalten wird. Die Wörter „Absorption" und „Adsorption" umfassen Ableitungen derselben. Das Wort „Sorbens" bezieht sich auf ein Material, das entweder ein Absorbens und/oder ein Adsorbens ist.
Die evakuierte Sorbens-Anordnung und Kühlvorrichtung ist in den beispielhaften Zeichnungen gezeigt. Unter besonderer Bezugnahme auf 1, 2A und B ist eine Kühlvorrichtung 10 gezeigt, in der eine evakuierte Sorbens-Anordnung 12 neben einem Kühlflüssigkeits-Reservoir 14, das ein flüssiges Kühlmittel 16 enthält, untergebracht ist. Die Kühlvorrichtung umfasst ein evakuierbares Gehäuse 18 mit gegenüberliegenden Enden 20 und 22 und gegenüberliegenden Seiten 24 und 26. Das Gehäuse ist weitgehend undurchlässig für Luft und Feuchtigkeit, um die Kühlvorrichtung mit einer geeigneten Lebensdauer auszustatten (um mehrere Jahre der Aufbewahrung/Inaktivierung vor der Verwendung zu berücksichtigen). Nützliche Gehäusematerialien weisen eine Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit (OTR – oxygen transmission rate) von vorzugsweise weniger als etwa 1 cm³/m²/Tag, stärker bevorzugt weniger als 0,1 cm³/m²/Tag und am stärksten bevorzugt weniger als 0,01 cm³/m²/Tag, auf. Die Dampfübertragungsrate nützlicher Gehäusematerialien liegt vorzugsweise bei weniger als etwa 2 g/m²/Tag, stärker bevorzugt bei weniger als 1 g/m²/Tag und am stärksten bevorzugt bei weniger als etwa 0,1 g/m²/Tag.
Das Gehäuse 18 ist aus einem flexiblen Material wie z.B. einem metallisierten Kunststofflaminat oder einem Metallfolie-Kunststofflaminat hergestellt. Geeignete Gehäusemateri alien umfassen flexible Filme. Die Flexibilität der Kühlvorrichtung ermöglicht, dass sie verformt werden kann, ohne dass sie ihre Leistungsfähigkeitscharakteristika verliert. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung ohne eine Verringerung ihrer Kühlfähigkeiten zusammengerollt und dann in einen Getränkebehälter platziert werden.
Eine Schnittansicht der Kühlvorrichtung 10 ist in den 2A und B gezeigt. In der evakuierten Sorbens-Anordnung 12 ist ein Paar von Sorbens-Abschnitten 28 und 30 enthalten, in denen ein Sorbens 32 angeordnet ist. Das Sorbens umfasst vorzugsweise ein absorbierendes Material, das auf dem porösen Trägermaterial dispergiert ist, in demselben imprägniert ist, an demselben befestigt oder auf andere Weise mit demselben kombiniert ist. Das poröse Trägermaterial weist vorzugsweise ein hohes Porenvolumen und somit eine große Oberfläche auf, um die Absorption großer Mengen an flüssigem Kühlmittel 16, in Dampfform, durch das Sorbens zu berücksichtigen. Das Porenvolumen wird in Volumeneinheiten zur Masseneinheit ausgedrückt. Das poröse Trägermaterial weist ein Porenvolumen von wenigstens etwa 0,8 cc/g, stärker bevorzugt wenigstens etwa 1 cc/g und noch stärker bevorzugt wenigstens etwa 1,5 cc/g, auf.
Um hohe Absorptionspegel an flüssigem Kühlmittel 16 zu berücksichtigen, ist es außerdem wichtig, den durchschnittlichen Porendurchmesser und die durchschnittliche Porengrößenverteilung des porösen Trägermaterials zu steuern. Der durchschnittliche Porendurchmesser beträgt vorzugsweise wenigstens 1 Nanometer und üblicherweise im Bereich von etwa 1 bis etwa 20 Nanometern. Die durchschnittliche Porendurchmesserverteilung ist derart, dass es sehr wenige Poren gibt, die einen Durchmesser von weniger als etwa 0,5 Nanometern aufweisen. Das poröse Trägermaterial kann praktisch aus jeglichem beliebigem Material ausgewählt werden, das die oben identifizierten Eigenschaften aufweist. Bevorzugte Materialien für das poröse Trägermaterial umfassen Aktivkohle und Siliziumdioxid.
Das poröse Trägermaterial kann in einer Vielzahl von Formen und Größen vorliegen, die für eine bestimmte Anwendung ausgewählt werden. Beispielsweise besteht das poröse Trägermaterial bei manchen Ausführungsbeispielen aus kleinen Aktivkohlekügelchen, die eine Größe im Bereich von etwa 0,5 bis 2 Millimetern aufweisen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist das poröse Trägermaterial Siliziumdioxidkügelchen, die eine Größe von etwa 0,25 bis 0,5 Millimetern aufweisen. Die Größe der Kügelchen kann dahin gehend ausgewählt werden, die Rate, mit der der Dampf aus dem flüssigen Kühlmittel 16 absorbiert wird, zu beeinflussen. Größere Kügelchen absorbieren Kühlflüssigkeitsdampf aufgrund der erhöhten Pfadlänge mit einer langsameren Rate.
Es ist bevorzugt, dass das Absorbens-Material ein Porenvolumen aufweist, das wenigstens etwa 50 Prozent des Porenvolumens des porösen Trägermaterials, und stärker bevorzugt wenigstens etwa 66 Prozent des Porenvolumens des porösen Trägermaterials ausmacht. Das heißt, es ist bevorzugt, dass, wenn das Porenvolumen des porösen Trägermaterials etwa 1,5 cc/g ausmacht, das Porenvolumen des Absorbens-Materials vorzugsweise nicht weniger als etwa 0,75 cc/g, stärker bevorzugt nicht weniger als etwa 1,0 cc/g, ausmacht.
Wenn das flüssige Kühlmittel 16 Wasser ist, dann ist das Absorbens-Material vorzugsweise in der Lage, zumindest etwa 100 Prozent seines Gewichts in Wasser, stärker bevorzugt wenigstens etwa 150 Prozent seines Gewichts in Wasser, und noch stärker bevorzugt wenigstens etwa 200 Prozent seines Gewichts in Wasser, zu absorbieren. Die Wassermenge, die absorbiert werden kann, wird auch durch die relative Feuchtigkeit und Temperatur beeinflusst.
Es kann jedes beliebige geeignete Absorbens-Material verwendet werden. Repräsentative Absorbens-Materialien umfassen Salz wie z.B. Calciumchlorid, Lithiumchlorid, Lithium bromid, Magnesiumchlorid, Calciumnitrat und Kaliumfluorid. Andere geeignete Absorbens-Materialien umfassen Phosphorpentoxid, Magnesiumperchlorat, Bariumoxid, Calciumoxid, Calciumsulfat, Aluminiumoxid, Calciumbromid, Bariumperchlorat und Kupfersulfat, Zeolith 13x, Zeolith 5a, Silikalit, Silikagel, Tonerde, Kohlenstoff, modifizierte Kohlenstoffe und dergleichen. Ferner kann das Absorbens-Material auch Kombinationen zweier oder mehrerer dieser Materialien enthalten.
Neben jedem Sorbens-Abschnitt 28 und 30 befinden sich Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitte 34 bzw. 36, die Flüssigkeitsdurchgänge durch zumindest einen Teil der evakuierten Adsorbens-Anordnung 12 definieren. Ein Paar von Betätigungselementen 42 und 44 steuert den Fluss von flüssigem Kühlmittel 16 von dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 14 in die Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitte. Bei manchen Ausführungsbeispielen werden die Betätigungselemente mechanisch aktiviert. Bei anderen Ausführungsbeispielen werden die Betätigungselemente mit Druck aktiviert, so dass eine Druckänderung bewirkt, dass sich die Betätigungselemente öffnen und eine Kommunikation zwischen dem Kühlflüssigkeits-Reservoir und den Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitten ermöglichen.
Bei dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Dochtmaterial 46 in den Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitten 34 und 36 platziert. Das Dochtmaterial zieht flüssiges Kühlmittel 16 aus dem Kühlmittelflüssigkeits-Reservoir 14 und behält das flüssige Kühlmittel zur anschließenden Verdampfung und Adsorption durch das Sorbens 32 zurück. Außerdem absorbiert das Dochtmaterial jegliches verdampfte flüssige Kühlmittel in den Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitten, das erneut kondensiert, bevor es das Sorbens erreicht. Wenn das flüssige Kühlmittel Wasser ist, umfassen geeignete Dochtmaterialien hydrophile Materialien wie z.B. mikroporöse Metalle, poröse Kunststoffe (Polyethylen, Polypropylen), Zelluloseprodukte, gesintertes Wärmerohrmaterial oder Glaspapier und dergleichen.
Es wird nicht mehr Dochtmaterial 46 benötigt, als notwendig ist, um das gesamte flüssige Kühlmittel 16, das adsorbiert werden soll, in die evakuierte Sorbens-Anordnung 12 zu ziehen. Das Dochtmaterial weist eine Porengröße auf, die ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass eine Kapillarwirkung (das Ziehen des gesamten flüssigen Kühlmittels aus dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 14) innerhalb von 60 Sekunden und am stärksten bevorzugt innerhalb von 10 Sekunden nach der Betätigung erfolgt.
Bei den in 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen liefert das Dochtmaterial 46 eine direkte Schnittstelle zwischen dem flüssigen Kühlmittel 16 und dem Sorbens 32. Bei diesen Ausführungsbeispielen hält das Dochtmaterial das flüssige Kühlmittel und erhält es aufrecht, bis es verdampft ist und später durch das Sorbens adsorbiert ist. Es wird ausreichend Dochtmaterial verwendet, so dass nicht-verdampftes flüssiges Kühlmittel das Sorbens nicht direkt kontaktiert. Ebenfalls bei dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel zu sehen ist eine dampfdurchlässige Membran 48, die Sorbens-Abschnitte 28 und 30 und benachbarte Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitte 34 und 36 trennt. Die dampfdurchlässige Membran ist derart halbdurchlässig, dass nur verdampftes flüssiges Kühlmittel 16 durch sie verlaufen kann, um durch das Sorbens 32 adsorbiert zu werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die dampfdurchlässige Membran ein weitgehend flacher Film, der durch ein Haftmittel heißgesiegelt oder versiegelt wird, um das Sorbens einzuschließen und um zu verhindern, dass Flüssigkeit das Sorbens in der dampfdurchlässigen Membran kontaktiert.
Nützliche dampfdurchlässige Membranen umfassen halbdurchlässige Filme wie z.B. Filme, die unter dem Warenzeichen TYVEK^® erhältlich sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die dampfdurchlässige Membran nicht weitgehend flach, sondern ist wellig oder auf andere Weise geformt, um die Oberfläche und dadurch die Rate, mit der verdampftes flüssiges Kühlmittel durch die Membran verläuft, zu erhöhen.
Bei Beispielen, die nicht in den Schutzumfang der Patentansprüche fallen, kann die dampfdurchlässige Membran 48 eine hydrophobe Beschichtung sein, die auf eine oder beide Oberflächen der Sorbens-Abschnitte 28 und 30 und der Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitte 34 und 36, die einander zugewandt sind, aufgebracht ist. Geeignete hydrophobe Beschichtungen umfassen diejenigen, die unter dem Warenzeichen SCOTCHGARD^® erhältlich sind.
Da es große Temperaturunterschiede zwischen dem Dochtmaterial 46 und den Sorbens-Abschnitten 28, 30 geben kann, sind bei manchen Ausführungsbeispielen die thermischen Abstandsstücke 56 und 58 zwischen den Sorbens-Abschnitten und den dampfdurchlässigen Membranen 48 oder zwischen den Sorbens-Abschnitten und dem Dochtmaterial angeordnet. Die thermischen Abstandsstücke werden verwendet, um durch das Sorbens 32 erzeugte Wärme zu isolieren. Da die Temperatur zwischen dem Dochtmaterial und den Sorbens-Abschnitten zwischen 5°C und 150°C variieren kann, haben die thermischen Abstandsstücke einen thermischen Widerstand (thermische Leitfähigkeit bei Verpackungsbedingungen geteilt durch Dicke) von vorzugsweise weniger als 100 W/m²K, noch bevorzugter weniger als 50 W/m²K, und am bevorzugtesten weniger als 20 W/m²K. Die für die thermischen Abstandsstücke verwendeten Materialien können aus einem in Fachkreisen bekannten Bereich von Materialien ausgewählt werden, die ausreichend Dampfdurchlässigkeit aufweisen, wie zum Beispiel Fiberglas, Kunststofffasern und Kunststoffschaumstoffe.
Wie es in dem in 2B veranschaulichten Beispiel gezeigt ist, ist ein Isoliermaterial 71 zwischen den Sorbens-Abschnitten 28 und 30 und benachbarten Flüssigkeitsdurch lassabschnitten 34 und 36 angeordnet, wodurch das Dochtmaterial 46, die thermischen Abstandsstücke 56 und 58 und die dampfdurchlässige Membran 48, die in dem in 2A veranschaulichten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, ersetzen. Dieses Beispiel fällt nicht in den Schutzbereich der Ansprüche. Das Isoliermaterial 71 wird ausgewählt, um thermisches Zurücksickern aus den Sorbens-Abschnitten 28 und 30 in das Äußere der Vorrichtung zu verhindern. In der Regel weist das Isoliermaterial thermische Leitfähigkeitsgrenzwerte von weniger als 0,05 W/m²K, vorzugsweise weniger als 0,035 W/m²K Da es große Temperaturunterschiede zwischen dem Material zum dochtmäßigen Saugen 46 und den Sorbens-Sektionen 28, 30 geben kann, sind bei manchen Ausführungsbeispielen die thermischen Abstandhalter 56, 58 zwischen die Sorbens-Abschnitte und die dampfdurchlässigen Membrane 48 oder zwischen die Sorbens-Abschnitte und das Material zum dochtmäßigen Saugen angeordnet. Die thermischen Abstandhalter werden verwendet, um durch den Sorbens 32 erzeugte Wärme zu isolieren. Da die Temperatur zwischen dem Material zum dochtmäßigen Saugen und den Sorbens-Abschnitten zwischen 5°C und 150°C variieren kann, haben die thermischen Abstandhalter einen thermischen Widerstand (thermische Leitfähigkeit bei Verpackungszustand geteilt durch Dicke) von vorzugsweise weniger als 100 W/m²K, noch bevorzugter weniger als 50 W/m²K, und am bevorzugtesten weniger als 20 W/m²K. Die für die thermischen Abstandsstücke verwendeten Materialien können aus einer in Fachkreisen bekannten Bandbreite von Materialien ausgewählt werden, die ausreichend Dampfdurchlassungsfähigkeit aufweisen, wie zum Beispiel Fiberglas, Kunststofffasern und Kunststoffschaumstoffe.
Wie es in dem in 2B veranschaulichten Beispiel gezeigt ist, wird ein Isoliermaterial 71 zwischen den Sorbens-Abschnitten 28, 30 und benachbarten Flüssigkeitsdurchlassabschnitten 34, 36, die das Dochtmaterial 46, die thermischen Abstandsstücke 56, 58 und die dampfdurchlässige Membran 48, die in dem in 2a veranschaulichten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, ersetzen, angeordnet. Diese Beispiel fällt nicht in den Schutzbereich der Ansprüche. Das Isoliermaterial 71 wird ausgewählt, um thermisches Zurücksickern von den Sorbens-Abschnitten 28 und 30 in das Äußere der Vorrichtung zu verhindern. In der Regel weist das Isoliermaterial thermische Leitfähigkeitsgrenzwerte von weniger als 0,05 W/m²K, vorzugsweise weniger als 0,035 W/mK und am bevorzugtesten weniger als 0,025 W/mK auf. Vorzugsweise weist das Isoliermaterial 71 eine Zusammendrück-Festigkeit auf, die ausreichend ist, um etwa einem Bar einachsiger Last standzuhalten und das Schrumpfen als Folge von Evakuierung auf weniger als etwa 20 %, bevorzugter weniger als 5 %, am bevorzugtesten weniger als etwa 2 % zu beschränken.
In manchen Beispielen ist ein anisotropes Isoliermaterial, das sowohl einen hydrophilen Bereich 72 als auch einen hydrophoben Bereich 73 enthält, bevorzugt. Ein derartiges Isoliermaterial verhindert den Durchlass flüssigen Kühlmittels 16 in die Sorbens-Abschnitte 28 und 30, erlaubt jedoch den Verlauf des Dampfs des flüssigen Kühlmittels in die Sorbens-Abschnitte 28 und 30.
Der hydrophile Bereich 72 des Isoliermaterials weist Poren mit einem durchschnittlich relativ großen Durchmesser, mindestens 10 mm im Durchmesser, auf. Die großen Poren des hydrophilen Bereichs 72 begünstigen den schnellen Fluss des flüssigen Kühlmittels 16 in das Material. Der hydrophobe Bereich 73 weist Poren mit einem relativ kleinen Durchmesser auf, in der Regel weniger als etwa 2 mm im Durchmesser, so dass das nicht verdampfte flüssige Kühlmittel 16 daran gehindert wird, in die Sorbens-Abschnitte 28 und 30 hinein zu verlaufen, sondern dass stattdessen lediglich der Dampf des flüssgien Kühlmittels 16 in die Sorbens-Abschnitte 28 und 30 geleitet wird.
Das Verhältnis der Dicke des hydrophoben Bereichs 73 zu dem hydrophilen Bereich 72 ist abhängig von der Wahl der Materialien, die verwendet werden, um diese Regionen zu bilden, der Menge flüssgien Kühlmittels 16 in der Vorrichtung und der erwünschten Verhaltenskriterien der Vorrichtung.
Das Isoliermaterial 73 kann durch Laminieren eines hydrophilen Materials, wie zum Beispiel Zellulose, Papier, nicht-gewobenen oder gewobenen Stoffs, der aus Fasern aus Glas, Kunststoff, Keramik oder Zellulose gebildet ist, an ein hydrophobes Material gebildet werden. Das hydrophobe Material kann durch Modifizieren eines hydrophilen Materials mit einem mit einem hydrophoben Mittel, wie zum Beispiel durch Sättigen eines hydrophilen Materials mit Wachs oder Zufügen eines Hexametyldisiliazans oder einer fluorierten reaktiven Gruppe zu dem hydrophilen Material hergestellt werden.
Alternativ kann das Isoliermaterial durch Oberflächenmodifizierung gebildet werden, wobei eine Schicht von Material (entweder hydrophil oder hydrophob) modifiziert wird, um die Oberfläche auf einer Seite zu verändern. Im Allgemeinen kann die Oberfläche einer Seite eines hydrophoben Materials durch Aussetzen thermischer oder Plasmabehandlungen oder durch Sättigung mit Surfactanten hydrophil gemacht werden. Die Oberfläche eines hydrophilen Materials kann durch Behandlung mit hydrophobierenden Mitteln oder Sättigung mit wachsähnlichem Material hydrophob gemacht werden.
Die evakuierte Sorbens-Anordnung 12 kann auch eine wärmeabführendes Material 50 in thermischem Kontakt mit den Sorbens-Abschnitte 28 und 30 enthalten. Das wärmeabführende Material wird benachbart zu der Oberfläche des Sorbens-Abschnitts/der Sorbensabschnitte gegenüber der dampf durchlässigen Membran 48 angeordnet. Das wärmeabführende Material ist eines aus folgenden drei Typen: (1) ein Material, das eine Phasenumwandlung durchläuft, wenn Wärme angelegt wird (Phasenumwandlungsmaterial); (2) ein Material, das eine Wärmekapazität aufweist, die größer als das Sorbens 32 ist; oder (3) ein Material, das eine endothermische Reaktion durchläuft, wenn es mit einem verdampften flüseigen Kühlmittel 16 in Kontakt gebracht wird. Dem Fachmann ist bewusst, dass das wärmeabführende Material zur Verwendung in einer bestimmten Anwendung abhängig von dem verwendeten Sorbens, der thermischen Isolierung, falls diese vorhanden ist, zwischen dem Phasenumwandlungsmaterial, dem flüssigen Kühlmittel und der erwünschten Kühlrate variieren kann.
Geeignete wärmeabführende Materialien 50 umfassen Paraffin, Naphthalenschwefel, hydratisiertes Calciumchlorid, Bromkampfer, Cetylalkohol, Cyanamid, Eleudinsäure, Laurinsäure, hydratisiertes Calciumsilicat, Natriumthiosulfatpentahydrat, Dinatriumphosphat, hydratisiertes Natriumcarbonat, hydratisiertes Calciumnitrat, Neopentylglykol, hydratisierte anorganische Salze einschließlich Glaubersalze, anorganische in Paraffin eingeschlossene Salze, hydratisiertes Kalium- und Natriumsulfat und hydratisiertes Natrium- und Magnesiumacetat. Das bevorzugte wärmeabführende Material ist ein anorganisches Salz, das geschmolzen und wieder verfestigt wurde, um einen Monolithen zu bilden (wodurch sich das Volumen des wärmeabführenden Materials um etwa 30 verringert).
Das wärmeabführende Material 50 führt einige der Wärme aus den Sorbens-Abschnitten 28 und 30 ab, und zwar einfach durch die Speicherung fühlbarer Wärme, da sich im gleichen Maß, wie sich die Sorbens-Abschnitte erwärmen, auch das wärmeabführende Material erwärmt, wodurch Wärme aus den Sorbens-Abschnitten abgeführt wird. Jedoch durchläuft das wirksamste wärmeabführende Material in der Regel eine Phasenumwandlung. Ein großer Betrag der Wärme wird in Zusam menhang mit einer Phasenumwandlung (das heißt Umwandlung aus einer festen Phase in eine flüssige Phase, Umwandlung aus einer festen Phase in eine teilweise feste Phase und eine teilweise flüssige Phase, oder Umwandlung aus einer flüssigen Phase in eine Dampfphase) absorbiert. Während der Phasenumwandlung ereignet sich in der Regel wenig Änderung bei der Temperatur des wärmeabführenden Materials, trotz des relativ beträchtlichen Betrags von Wärme, die absorbiert wird, um die Umwandlung zu bewirken.
Eine weitere Bedingung des wärmeabführenden Phasenumwandlungsmaterials 50 ist die Tatsache, dass die Phasenumwandlung bei einer Temperatur stattfindet, die höher ist, als die erwartete Umgebungstemperatur des zu kühlenden Materials, jedoch geringer als die Temperatur, die durch die Sorbens-Abschnitte 28 und 30 folgend auf eine Absorption eines beträchtlichen Bruchteils (das heißt ein Drittel oder ein Viertel) des flüssigen Kühlmittels 16 erzielt wird. Wird die vorliegende Erfindung zum Beispiel in einer Kühlvorrichtung 10, die in einen typischen Getränkebehälter eingesetzt wird, verwendet, sollte die Phasenumwandlung bei einer Temperatur über etwa 30°C, vorzugsweise über etwa 35°C, jedoch vorzugsweise unterhalb etwa 70°C und am bevorzugtesten unter etwa 60°C stattfinden.
Beim Absorbieren von Wärme kann ein wärmeabführendes Phasenumwandlungsmaterial 50 unter Umständen Nebenprodukte wie zum Beispiel Wasser, wässrige Salzlösungen und organische Verbindungen erzeugen. Abhängig von dem bestimmten wärmeabführenden Material, das verwendet wird, ist es daher bei manchen Ausführungsbeispielen erwünscht, Flüssigkeitsbarrieren 52 und 54, wie zum Beispiel Polyethylen- oder Polypropylen-Film, der zwischen den Sorbens-Abschnitten 28 bzw. 30 und dem wärmeabführenden Material angeordnet ist, aufzunehmen, um zu verhindern, dass jegliche Nebenprodukte mit dem Sorbens 32 in Kontakt kommen (und dadurch seine Wirksamkeit vermindern). Die Flüssigkeitsbarrieren sind heißgesiegelt oder haftend mit dem wärmeabführenden Materi al versiegelt. Das Kühlflüssigkeits-Reservoir 14 ist direkt benachbart zu einem Ende 22 des Gehäuses 18 angeordnet. Diese Anordnung stellt einen Vorteil gegenüber Sorbens-Kammern des Stands der Technik, bei denen in der Regel Vorrichtungen mit langen Dampfwegen, die die Wirksamkeit des Verdampfens des flüssigen Kühlmittels 16 verringern, eingesetzt werden, dar. Zudem ermöglichen es die kurzen Dampfwege, dass die evakuierte Sorbens-Anordnung 12 bei einem viel höheren Druckpegel als frühere Sorbens-Anordnungen arbeitet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Kühlflüssigkeits-Reservoir 14 ein Kunststoff 60, in der Regel aus Polyethylen hergestellt, der gefüllt und entlang seiner Ränder 42 heißgesiegelt wird, um das flüssige Kühlmittel 16 einzuschließen. Geschwächte Bereiche 64 und 66 der Kunststofftasche dienen als druckempfindliche Betätigungselemente 42 und 44.
Das in dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 14 gespeicherte flüssige Kühlmittel 16 weist einen hohen Dampfdruck bei Umgebungstemperatur auf, so dass eine Reduzierung des Drucks eine hohe Dampferzeugungsrate zur Folge hat. Zudem weist das flüssige Kühlmittel eine hohe Verdampfungswärme auf. Der Dampfdruck des flüssigen Kühlmittels beträgt bei 20°C in der Regel mindestens etwa 9mm Hg, vorzugsweise mindestens etwa 15 bis 20 mm Hg. Geeignete flüssige Kühlmittel umfassen verschiedene Alkohole, wie zum Beispiel Methylalkohol oder Ethylalkohol; Ketone oder Aldehyde, wie zum Beispiel Aceton oder Acetaldehyd; und Hydrofluorkohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel C318, 114, 21, 11, 114B2, 113, 112, 134A, 141B und 245FA. Das bevorzugte flüssige Kühlmittel ist Wasser, da es in großen Mengen vorhanden ist und keinerlei Umweltprobleme verursacht, während es die gewünschten Kühlcharakteristika zur Verfügung stellt.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das flüssige Kühlmittel 16 mit einer wirksamen Menge eines mischbaren keimbildenden Mittels (oder eines teilweise mischbaren keimbildenden Mittels) mit einem größeren Dampfdruck als das flüssige Kühlmittel gemischt, um ein Sieden zu fördern, so dass das flüssige Kühlmittel sogar noch schneller und reibungsloser verdampft, während verhindert wird, dass sich das flüssige Kühlmittel unterkühlt und dadurch die Absorptionsrate in dem Sorbens 32 verringert wird. Geeignete keimbildende Mittel umfassen Ethylalkohol, Aceton, Methylalkohol, Isopropylalkohol und Isobutylalkohol, die alle mit Wasser mischbar sind. Zum Beispiel kann eine Kombination eines keimbildenden Mittels mit einer kompatiblen Flüssigkeit eine Kombination aus 5 % Ethylalkohol in Wasser oder 5 % Aceton in Methylalkohol sein. Das keimbildende Mittel weist vorzugsweise einen Dampfdruck bei 25°C von mindestens etwa 25 mm Hg und bevorzugter von mindestens etwa 35 mm Hg auf. Alternativ kann ein festes keimbildendes Mittel verwendet werden, wie zum Beispiel ein herkömmlicher Siedestein, der bei Chemielaboranwendungen eingesetzt wird.
Während der Herstellung werden vor dem Heißsiegeln des Gehäuses die Sorbens-Abschnitte 28 und 30 zusammen mit dem KühlflüssigkeitsReservoir 14 in das Gehäuse 18 eingesetzt. Abhängig von dem Ausführungsbeispiel wird ein Dochtmaterial 46 benachbart zu den Sorbens-Abschnitten platziert und mit einer dampfdurchlässigen Membran 48 ummantelt. Ferner ummantelt bei manchen Ausführungsbeispielen die dampfdurchlässige Membran auch eine Schicht eines wärmeabführenden Materials 50 in thermischem Kontakt mit dem Sorbens 32, Flüssigkeitsbarrieren 52 und 54, die zwischen dem wärmeabführenden Material beziehungsweise den Sorbens-Abschnitten angeordnet sind, und thermische Abstandsstücke 56 und 58, die zwischen den Sorbens-Abschnitten und den Flüssigkeitsdurchlassabschnitten 34 beziehungsweise 36 angeordnet sind. Insbesondere können die thermischen Abstandsstücke zwischen den Sorbens-Abschnitten und der dampfdurchlässige Membran oder zwischen der dampfdurchlässigen Membran und den Flüs sigkeitsdurchlassabschnitten angeordnet sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist das Isoliermaterial 71 zwischen den Sorbens-Abschnitten und den Flüssigkeitsdurchlassabschnitten 34 und 36 platziert. Anschließend werden die sich gegenüberliegenden Enden 20 und 22 und zumindest eine der gegenüberliegenden Seiten 24 und 26 nach einer Evakuierung auf mehr als 1mm Hg heißgesiegelt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen wird das Gehäuse mit einem Haftmittel gesiegelt.
Das Verfahren zur Verwendung und des Betriebs der evakuierten Sorbens-Anordnung 12 und der Kühlvorrichtung 10, die wie im Vorhergehenden beschrieben aufgebaut sind, geht wie folgt vonstatten. Als erstes werden die Betätigungselemente 42 und 44 betätigt, wodurch verursacht wird, dass das flüssige Kühlmittel 16 in die Flüssigkeitsdurchlässe 34 und 36 fließt. Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen das Kühlflüssigkeits-Reservoir 14 eine Kunststofftasche 60 mit geschwächten Bereichen 64 und 66 ist, wird äußerer Druck auf das Gehäuse 18 und das Kühlflüssigkeits-Reservoir ausgeübt. Der äußere Druck zerreist die geschwächten Bereiche 64 und 66 und entlässt das flüssige Kühlmittel in die Flüssigkeitsdurchlässe.
Das flüssige Kühlmittel 16 wird mit Ausnahme einer geringen Menge, die umgehend verdampft wird, aus dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 14 über die Flüssigkeitsdurchgänge 34 und 36 in die evakuierte adsorbierende Anordnung 12 eingeführt. Abhängig von dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sammelt sich das flüssige Kühlmittel in sehr dünnen Schichten in den Zwischenräumen des Dochtmaterials 46. Das verdampfte flüssige Kühlmittel verläuft anschließend durch die dampfdurchlässige Membran 48 und tritt in die Sorbens-Abschnitte 28 und 30 ein, wo das verdampfte flüssige Kühlmittel durch das Sorbens 32 adsorbiert wird. In Beispielen, die nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallen, sammelt sich das flüssige Kühlmittel in dem hydrophilen Bereich des Isoliermaterials. Das verdampfte Kühlmittel verläuft anschließend durch den hydrophilen Bereich 73 und die absorbierenden Abschnitte 28 und 30. Während das Sorbens verdampftes flüssige Kühlmittel adsorbiert, beginnt das flüssige Kühlmittel, das sich in dem Dochtmaterial gesammelt hat, zu verdampfen, und durch die dampfdurchlässige Membran in das Sorbens zu verlaufen.
Die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels 16 bewirkt einen Kühleffekt an der Außenseite der Kühlvorrichtung 10, die, wie es in 3 gezeigt ist, verwendet werden kann, um ein Getränk 80 in einem Getränkebehälter 82 zu kühlen. Weniger als 1,5g von flüssigem Kühlmittelwasser pro 30 Milliliter (Fluid-Unze) von Getränk, weniger als 3 Gramm von Sorbens 32 pro 30 ml (Fluid-Unze) von Getränk und weniger als 5 Kubikzentimeter von Sorbens 32 pro 30 ml (Fluid-Unze) von Getränk ist erforderlich, um das Getränk in vorzugsweise weniger als zehn Minuten, noch bevorzugter weniger als fünf Minuten und am bevorzugtesten weniger als drei Minuten nach der Betätigung um 22°C abzukühlen. Auch belegt die Kühlvorrichtung weniger als 15 ml (0,5 Fluid-Unzen) pro 30 ml (Fluid-Unzen) von Getränk. Den Fachleuten ist bewusst, dass verschiedene Modifizierungen und Abänderungen bei der evakuierten Sorbens-Anordnung 12 und der Kühlvorrichtung 10 der Erfindung und bei der Bauweise und dem Betrieb der evakuierten Sorbens-Anordnung und der Kühlvorrichtung vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Zum Beispiel kann die evakuierte Sorbens-Anordnung als Teil einer Kühlvorrichtung verwendet werden, die um den äußeren Umfang eines Getränkebehälters gewickelt werden kann, statt in demselben platziert zu sein. Zudem muss die Sorbens-Anordnung nicht symmetrisch sein, sondern sie kann asymmetrisch und zum Beispiel derart angeordnet sein, dass die zu dem Gehäuse 18 benachbarte Schicht der Sorbens-Abschnitt 28 ist, wobei die nächste Schicht die dampfdurchlässige Membran 48 ist, und wobei die letzte Schicht das Dochtmaterial 46 ist.
Die Sorbens-Anordnung und die Kühlvorrichtung können auch in einer Kugelkonfiguration, wie sie in den 4, 5 und 6 gezeigt ist, angeordnet sein. Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kühlflüssigkeits-Reservoir 16 benachbart zu der Länge der evakuierten Sorbens-Anordnung 12. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die evakuierte Sorbens-Anordnung einen polygonalen Querschnitt hat. Bei anderen Ausführungsbeispielen, wie sie in den 8 und 9 gezeigt sind, sind zwei oder mehrere evakuierte Sorbens-Anordnungen benachbart zu einem einzigen Kühlflüssigkeits-Reservoir.
10 zeigt einen herkömmlichen Getränkebehälterbeutel 80, der aus einem mit Kunststoff ausgekleideten, metallisierten Material aufgebaut ist, das hitzesiegelbar ist. Der Beutel hat ein oberes Ende 82, ein unteres Ende 83, das durch eine Wand 84 gebildet ist, um eine Basis für den Getränkebehälterbeutel zu bilden, sich gegenüberliegende Seitenwände (eine gezeigt) 85, und sich gegenüberliegende Vorder- und Rückwände 90 beziehungsweise 92. Eine einzige Kühlmittelvorrichtung 94 ist als ein Teil der Vorderwand gebildet oder an der äußeren Oberfläche der Vorderwand befestigt. Bei anderen Beispielen kann die Kühlmittelvorrichtung als Teil der inneren Oberfläche der Wand gebildet sein oder an derselben befestigt sein.
Wie am besten in 11 zu sehen ist, ist die Kühlmittelvorrichtung 94 an der äußeren Oberfläche 95 der Vorderwand 92 des Beutels 80 durch Befestigen des Äußeren 95 der Kühlmittelvorrichtung an der äußeren Oberfläche der Vorderwand 90 mit dem Dochtmaterial 46, dem Beutel 80 zugewandt, befestigt. Benachbart zu der inneren Oberfläche der befestigten Kühlmittelvorrichtung ist der Flüssigkeitsdurchlass 36, der das Dochtmaterial 46 enthält. Das Kühlmittelvorrichtungs-Gehäusematerial wird mit einem Teil des Dochtmaterials 46 versiegelt 100, um einen Hohlraum 102 zu bilden, der das flüssige Kühlmittel 16 und das Kühlflüssigkeits-Reservoir 14, das das Betätigungselement 64 umfasst, bein haltet. Auf der anderen Seite des Dochtmaterials befindet sich ein thermisches Abstandsstück 56, gefolgt von dem Sorbensmaterial 28, der Flüssigkeitsbarriere 52 und schließlich des wärmeabführenden Materials 50. In der Praxis drückt der Verwender den Abschnitt des Gehäuses, der den Hohlraum des flüssigen Kühlmittels definiert, um das Betätigungselement 64 zu betätigen und das flüssige Kühlmittel 16 in den Flüssigkeitsdurchlass zu entlassen. Ein geschwächter Bereich 103 in dem Beutel (10) bildet einen Bereich, der angepasst ist, um von einem Kunststoffstrohhalm durchstochen zu werden.
12 zeigt einen herkömmlichen Getränkebehälterbeutel 80, der aus einem mit Kunststoff ausgekleideten metallisierten Material besteht, das heißsiegelbar ist. Der Beutel weist ein oberes Ende 82, ein unteres Ende 83, sich gegenüberliegende Seitenwände (eines gezeigt) 84 und sich gegenüberliegende Vorder- und Rückwände 90 beziehungsweise 92 auf. Eine Verstrebung der Kühlmittelvorrichtungen 102 und 104 ist als Teil der Vorder- und Rückwände 90 und 92 gebildet oder kann an denselben befestigt werden. Bei anderen Beispielen sind die Kühlmittelvorrichtungen als Teile der inneren Oberfläche der Wände gebildet, oder können an denselben befestigt werden.
Wie es in 13 für eine der Kühlmittelvorrichtungen gezeigt ist, ist die Kühlmittelvorrichtung 102 als Teil des Beutels 80, durch Konstruieren einer Wand der Kühlmittelvorrichtung aus einem Abschnitt 110 der Vorderwand 90, gebildet. Benachbart zu der inneren Oberfläche der Wand 110 der Wand der Kühlmittelvorrichtung ist eine Kapillarmembran 112, die einen Flüssigkeitsdurchlass von dem Kühlflüssigkeits-Reservoir 14 durch die Länge der Sorbens-Anordnung bereitstellt. Das Kühlmittelvorrichtungsgehäusematerial wird mit einem Abschnitt des Materials der Kapillarmembran 112 versiegelt, um einen Hohlraum 116 zu bilden, der das Kühlflüssigkeits-Reservoir 14 beinhaltet, das das Betätigungselement 64 umfasst. Auf der anderen Seite der Kapil larmembran befindet sich ein Isoliermaterial 71, das hydrophile und hydrophobe Oberflächen 72 bzw. 73 aufweist, gefolgt von dem Sorbensmaterial 28, der Flüssigkeitsbarriere 52 und schließlich dem wärmeabführenden Material 50.
Einige Ausführungsbeispiele der Kühlvorrichtung verringern die Temperatur eines Getränks in einem Getränkebehälter nach der Betätigung um mindestens etwa 12°C und bei einigen Ausführungsbeispielen um mindestens 15°C oder sogar 20°C. Bei diesen Ausführungsbeispielen enthält das Kühlflüssigkeits-Reservoir weniger als 1,5 Gramm flüssiges Kühlmittel pro 30 ml (Fluid-Unze) von Getränk in dem Behälter. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die kühlende Flüssigkeit Wasser. In manchen Ausführungsbeispielen weist auch der Sorbens-Abschnitt eine Masse von weniger als 3 Gramm von Sorbens pro 30 ml (Fluid-Unze) von Getränk auf. Abhängig von dem Ausführungsbeispiel kann die Kühlvorrichtung die Getränketemperatur in 10 Minuten, oder in nur 5 Minuten, oder sogar in nur 3 Minuten verringern. Bei manchen Ausführungsbeispielen belegt die der Sorbens-Abschnitt weniger als 5 Kubikzentimeter pro 30 ml (Fluid-Unze) von Getränk, und die Kühlvorrichtung belegt weniger als 15 ml (0,5 Fluid-Unzen) pro 30 ml (Fluid-Unze) eines Getränks in einem Getränkebehälter.
Die Erfindung ist mit Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche definiert.

Claims

Evakuierte Sorbens-Anordnung (12) zur Kopplung mit einem Kühlflüssigkeits-Reservoir, umfassend: wenigstens einen Sorbens-Abschnitt (28, 30), der ein Sorbens (32) für ein flüssiges Kühlmittel (16) enthält; wenigstens einen Flüssigkeitsdurchgangs-Abschnitt (34, 36) neben dem Sorbens-Abschnitt (28, 32), wobei der Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt (34, 36) einen Flüssigkeitsdurchlass durch wenigstens einen Teil der evakuierten Sorbens-Anordnung (12) zu dem Sorbens-Abschnitt (28, 30) definiert; und ein Betätigungselement 42, 44) zur Veranlassung einer Flüssigkeitskommunikation zwischen dem Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt (34, 36) und dem Kühlflüssigkeits-Reservoir (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Sorbens-Anordnung ferner umfasst: eine dampfdurchlässige Membran (48), die benachbarte Sorbens- und Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitte (28, 30, 34, 36) trennt, wobei die dampfdurchlässige Membran derart halbdurchlässig ist, dass nur verdampftes Kühlmittel durch die dampfdurchlässige Membran verlaufen kann.
Evakuierte Sorbens-Anordnung nach Anspruch 1, die ferner ein wärmeabführendes Material (50) in thermischem Kontakt mit dem Sorbens (32) aufweist.
Evakuierte Sorbens-Anordnung nach Anspruch 2, bei der das wärmeabführende Material (50) ein Phasenumwandlungsmaterial ist.
Evakuierte Sorbens-Anordnung nach Anspruch 2, die ferner wenigstens eine Flüssigkeitsbarriere (52, 54) umfasst, die zwischen dem wärmeabführenden Material (50) und dem Sorbens (22) angeordnet ist.
Evakuierte Sorbens-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner wenigstens ein Dochtmaterial (46) umfasst, das in dem Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt (34, 36) angeordnet ist.
Evakuierte Sorbens-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ein thermisches Abstandsstück (56, 58) umfasst, das zwischen dem Sorbens-Abschnitt (28, 30) und der dampfdurchlässigen Membran (48) angeordnet ist.
Evakuierte Sorbens-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner wenigstens ein thermisches Abstandsstück (56, 58) umfasst, das zwischen der dampfdurchlässigen Membran (48) und dem Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt (35, 36) angeordnet ist.
Evakuierte Sorbens-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ein flüssigkeitshandhabendes Isolationsmaterial mit einem hydrophilen Bereich auf einer Seite und einem hydrophoben Bereich auf der gegenüberliegenden Seite aufweist, das zwischen der dampfdurchlässigen Membran (48) und dem Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt (34, 36) angeordnet ist.
Evakuierte Sorbens-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Sorbens-Abschnitt (28, 30) auf einem flexiblen Monolithen gelagert ist.
Kühlvorrichtung (10), in der eine evakuierte Sorbens-Anordnung (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 untergebracht ist, umfassend: ein Gehäuse (18), das den wenigstens einen Sorbens-Abschnitt (28, 30) umgibt; wobei das Kühlflüssigkeits-Reservoir (14) sich neben dem Flüssigkeitsdurchlass-Abschnitt (34, 36) befindet.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Gehäuse (18) aus einem flexiblen Material hergestellt ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, bei der das flexible Material metallisierter Kunststoff ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der der Sorbens-Abschnitt (28, 30) eine Masse von weniger als 3 Gramm pro 30 ml (Fluid-Unze) Getränk hat und das Kühlflüssigkeits-Reservoir (14) weniger als 1,5 Gramm flüssiges Kühlmittel pro 30 ml (Fluid-Unze) Getränk enthält.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der der Sorbens-Abschnitt (28, 30) weniger als 5 Kubikzentimeter pro 30 ml (Fluid-Unze) Getränk besetzt und das Kühlflüssigkeits-Reservoir (14) weniger als 1,5 Gramm flüssiges Kühlmittel pro 30 ml (Fluid-Unze) enthält.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der das flüssige Kühlmittel (16) Wasser ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Kühlvorrichtung (10) weniger als 15 ml (0,5 Fluid-Unzen) pro 30 ml (Fluid-Unze) Getränk in einem Getränkebehälter besitzt.
Getränkebehälter mit einer integrierten Kühlvorrichtung, wobei der Getränkebehälter einen flexiblen, mit Kunststoff ausgekleideten Getränkebeutel (80) mit einer Kühlvorrichtung (94) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16 umfasst, die in einer oder mehreren Seitenwänden (85) integriert ist.
Getränkebehälter nach Anspruch 17, der ferner einen geschwächten Bereich (103) in einem Teil des Behälters umfasst, in dem nicht die Kühlvorrichtung (10) untergebracht ist, wobei ein Strohhalm eingefügt werden kann.
Getränkebehälter nach Anspruch 17 oder 18, der ferner ein Getränk wie Saft enthält.
Verfahren zur Herstellung eines selbstkühlenden Getränkebehälters gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, umfassend die Schritte: Integrieren einer Kühlvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16 in Seitenwänden aus flexiblem, mit Kunststoff ausgekleidetem Material; Heißsiegeln der Seitenwand mit der integrierten Vorrichtung mit einer weitgehend ähnlichen Seitenwand ohne Kühlvorrichtung entlang der Seiten- und Bodenränder, um so einen offenen Beutel zu bilden; Füllen des offenen Beutels mit einem Getränk; und Versiegeln des oberen Randes des gefüllten offenen Beutels.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem ein geschwächter Bereich in einem Teil des Beutels gebildet wird, so dass in den gefüllten und versiegelten Beutel ein Kunststoff-Strohhalm gestochen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem eine Bodenwand aus weitgehend ähnlichem Material wie die Seitenwände aufgebaut und ebenfalls mit Kunststoff ausgekleidet ist, am Boden und zwischen den Seitenwänden heißgesiegelt wird, um so eine Basis zu bilden, auf der der Getränkebehälter stehen kann.