JP2004525334A - 多層性吸着剤を動力源とする自己冷却装置の製造方法 - Google Patents
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-
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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Abstract
【解決手段】吸着剤を動力源とする冷却装置であって、対称又は非対称に層配置されており、飲料容器のパネル内で一体化されていてもよい、密閉された真空トレイ内で層化されている冷却装置。
【選択図】図2A
Description
【0001】
本発明は、熱化学分野、特に吸着剤を動力源とする冷却装置、及びその製造方法に関連する。
【背景技術】
【0002】
申請者の係属特許、出願番号09/691,473、特許出願日2000年10月18日、発明の名称「真空の吸収剤アセンブリ及び冷却装置」は、冷却される液体の容積がその体積に比べて少ない自己冷却装置について説明されている。冷却装置は熱の吸収と、水などの液体冷媒の吸着により作動する。吸着材料と液体冷媒がそれぞれ隔離された真空チャンバに保たれ、液体冷媒チャンバは、冷やされる媒液と熱接触の状態にある。2つの真空チャンバが接触した状態で、液体冷媒が蒸発し始める。その蒸発熱により媒質から熱が奪われ、初めの蒸気が吸着されることにより、さらに液体冷媒の蒸発が促進され、その結果媒質を冷却し続ける。
【0003】
飲料の急速冷却のための他の自己冷却装置として、Siegelによる、吸着技術を利用した2つのチャンバから成る自己冷却装置の記述がある(米国特許番号4,928,495)。この特許で説明される2チャンバ冷却装置では、冷却チャンバは冷却される飲料の中に設置され、熱吸収チャンバは飲料の外に設置される。冷却チャンバを分離して配置するのは、熱吸収チャンバから生じる熱リークバックを制御する必要があるからである。しかしこの熱制御方法には、冷却チャンバと加熱チャンバの間の長い蒸気経路から生じる冷却効率の損失に関連した問題がある。
【0004】
別の冷却装置として、Dandoによる、飲料表面と吸着剤との熱交換により飲料を冷却する装置がある(米国特許番号6151,911)。この特許では、相変化物質を含むこともある受熱部が上部に、冷却部が下部にある、飲料の中に設置されている円筒状部品について説明されている。容器内部のスペースを占める装置は、冷却部と熱吸収部分を離して配置することにより、熱リークバックを制御する。
【0005】
飲食料品のパッケージ用・消費用の箱またはフレキシブル・パウチはこの領域でよく知られている。一般に、そのようなパッケージは2つのカテゴリに分けられる。「無菌容器」などの硬い箱状構造は、一般に、硬質、半硬質、そして軟質の材料が組み合わされた多層ラミネート等、折りたたみ可能な材質から形成される。軟質パウチ容器は、無菌タイプのボックス容器と同様の機能を果たすが、通常軟質材だけで形成されているため、無菌タイプのものよりも軟質である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の方法に従い、ケーシングで形成される冷却装置の製造プロセスが説明され、またそのすべての実施例では、液体冷媒の蒸発と、その結果生じる冷媒蒸気の吸着剤層への吸着という2つの作用により冷却プロセスが促進される。いくつかの実施例では、装置は対称的であり、上面と底面に冷却部分を持ち、中心に断熱された熱吸収部分を備えている。他の実施例では、上面か底面のどちらか一方に冷却部分を有し、その反対側の面に断熱された熱吸収の中心部分を備えた非対称の冷却装置となっている。
【0007】
対称的・非対称的冷却装置の双方において、トレイ状のケーシング内に真空密閉された、層状に配列された材質により、冷却機能が提供される。本願では材質の2つの基本的な構成が説明される。その材質の構成の主な違いは、ウィッキング剤と断熱スペーサあるい断熱物質の選択によるもので、その選択によってキャピラリー膜を介した液体冷媒の透過や外側の冷却面からの吸着剤層の隔離が可能となる。
【0008】
いくつかの実施例では、最底辺に除熱剤があり、それが液体防膜で覆われ、その上に除熱剤と熱接触状態にある吸着剤層があり、そして液体冷媒へと続くキャピラリ膜で覆われた断熱物質によって構成された非対称の装置の組立方法が説明される。液体冷媒は、断熱材と吸着剤から隔離するために透過性のバッグに保たれ、冷却が必要となる時まで両材質は別々に保たれる。層状にされた後、液体媒体はケーシングから放出され、ケーシングの開口はフレキシブルなカバーで封をされる。
【0009】
別の実施例では、断裂可能なバッグに封入された液体冷媒と、液体冷媒に続く断熱物質層と、断熱物質層の上に配置された、液体隔膜で覆われた吸収剤で形成される非対称の装置が説明される。除熱材質はケーシングの先端部に位置し、伸縮性カバーで密閉される。
別の非対称装置の実施例では、まず液体隔膜で覆われた除熱材質がケーシングの下部に配置され、次に除熱材質と熱接触状態にある吸着剤層が液体隔膜が配置され、続いて蒸気透過膜に覆われた断熱スペーサが吸着剤層が配置された層状配列が形成されている。冷媒を封入した断裂可能バッグがウィッキング材の隣に配置され、装置は伸縮性カバーで密閉される。前記層状構造は逆に形成されてもよく、また液体冷媒がケーシングの下部に位置する、あるいはウィッキングにより装置上部からケーシングの下部まで導かれてもよい。
【0010】
断熱物質を利用した対称的な装置では、除熱材質は上下逆順の配置を形成することができる。
【0011】
冷却装置は、飲料容器に外付けされるか、容器自体に統合される。
【0012】
本発明の他の特徴及び利点は、一部以下の説明と添付図により詳述される。本発明の好ましい実施例はその中で記述され、添付図面と共に以下に詳述された調査を通して、この実施例は本領域に精通した者には明らかとなり、あるいは、本発明を実際に行うことによって明らかとされる。本発明の利点は、追加請求項で特筆される方法及びその組み合わせを使用することにより認識され実現されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本願において本発明の詳細な実施例が示されるが、その実施例が本発明の出願の単なる一例であり、本発明はその他多くの適用可能性があることを理解すべきである。従って、本願に明らかにされた特定の構造的・機能的な詳細はこの特許を制限するものではなく、請求項の基本的実施例として、教示目的のためだけに使用されるものであり、本研究分野の専門家は、詳述されたあらゆる構造において、本発明の様々な適用方法を会得するべきである。
【0014】
以下の明細書では、特定の専門用語が使用されるが、それらは便宜的な参照のために使用され、制限されるものではない。例えば、「吸収」という用語は水蒸気などの物質が吸収剤などの別の物質を浸透することを意味する。また「吸着」という用語は、水蒸気などの物質が吸着剤などの別の物質に引き付けられ、その表面に保持されることを意味する。「吸収」及び「吸着」にはそれらの派生語が含まれる。「吸着剤」には、吸収剤、そして/または吸着性物質の意味が含まれる。
【0015】
図lAは、2つの側壁18及び底16から成るトレイ状ケーシング11で形成される冷却装置10を示す。ケーシングはカバー12で密閉される。ケーシングの形状、大きさ、構成は、使用される物質、必要な冷却速度、形状、サイズ、冷却される物質の容積及び特性に依存し、図1Aに示される実施例の図は、一部切断面で示された長方形のケーシングである。
【0016】
ケーシング11は、図1B〜1Fに示す正方形、多角形、円形、半円形、変則的形状の切断面で示すような構成も可能である。ケーシングの底部は、図1Aに示される平底16、あるいは図1G〜1Hに示される凹部13を1つ以上持つことができる。底の凹部13はケーシング内部の一部を仕切り、図1Gのチャンバ11a及び11bに示すように少なくとも2つのチャンバ、あるいはその他の実施例、図1Hに示すように、3つのチャンバ11a、11b、11cを形成する。さらに、図1J及び1Iに示されるように、下部16は17の様に平底の表面から下向きに突き出してもよい。側壁の先端から外側に突出した先端部位28は、カバー12をシールするためのものである。図1Iと図1Kに示されるように、ケーシング11において側壁18の部分から外側に突出している段状部分14が形成されてもよい。ケーシングの内側に盛り上がった突起部分15は、段状部分14(図1I及び1K)、突出部分17(図1I及び1K)の底、及び平底16(図1I)に形成することができる。
【0017】
上記はケーシング11の構成に関する例であるが、これに限定されるものではなく、装置の用途、必要な冷却性能、物質層10の選択及び品質等の要素に従い、凹部13、段状部分14、底部の突出部分17、そして/又は突き出した突起部分15を適宜組み合わせることができる。
【0018】
図2Aに示すように、冷却装置を形成する物質はケーシング11の中で層状構造となっている。ケーシングの底16に層が加えられていくが、初層は除熱物質21の層である。
【0019】
除熱物質21は冷却装置10の作動中に熱を吸収するが、その除熱過程において、水、水溶性塩溶液、有機肥料等の副産物を発生することがある。使用される除熱物質の異なるタイプにより、熱導電性液体隔膜22を含むのが望ましい。熱導電性液体隔膜22は除熱物質21の上に加えられる。続いて吸着剤層23が液体隔膜22の上に配置される。吸着剤層23は挿入された液体隔膜22を介して除熱物質21と熱接触状態にある。
【0020】
断熱物質24には、疎水性表面24aを有し、親水性表面24bが加えられることにより、吸収材層23と直接接触している。
【0021】
最後に、親水性表面24bに隣接して、既定量の液体冷媒25を含む断裂可能バッグ26が、段状部分14から内部に広がる形で断熱材24の上に配置される。中詰めされたケーシングから空気が排気され、真空状態のままカバー12によりケーシングの最先端部位28で密封される。
【0022】
使用者が矢印1000及び1001で示される部分に圧力をかけ、突起部分15によりバッグ26が破裂することにより、液体冷媒25が放出され、これにより装置が作動し冷却作用が開始する。本実施例では、液体冷媒を含むバッグはカバー12に隣接しており、従って装置の冷却作用が現れる部分はカバーの外側表面である。
【0023】
図2Bに示される実施例では、冷却装置を形成する層状配列は逆となっており、装置の冷却効果を現す部分はケーシングの底16の外側表面である。ケーシング11には、底に突出部分17があり、また突き出た突起部分15がある。使用者が矢印1002及び1003に沿って圧力をかけるとバッグ26に突起部分が押し込まれ、液体冷媒25が放出されることにより、装置が作動し、冷却作用が開始する。
【0024】
図2Cで示される複数チャンバから成るケーシング11は、偶発的な冷却機能の開始を防ぐために設計されている。液体冷媒25を含むバッグ26が第1チャンバ11bに配置され、他の材料はすべて第2チャンバ11aに層状に配置される。
【0025】
図2に示される実施例では、除熱物質層はチャンバ1aの中でケーシング11の底16に置かれ、そしてその上に液体隔膜22を介して吸収剤層23に配置され、吸収剤層23は除熱物質21と熱接触状態にある。そして、吸収剤層23と直接接触する形で疎水性表面24aを持つ断熱材料24の層が加えられる。その上に、断熱材料24の親水性表面24bと液体冷媒25との間に流動的なコミュニケーションをもたらすキャピラリ膜29が配置される。中詰めされたケーシング11から空気が排気され、真空状態のまま伸縮性カバー12によりケーシング11の最先端部28で密閉される。使用者が矢印1004及び1005に沿って圧力をかけると断裂可能バッグ26が破裂し、液体冷媒25が放出されることにより装置が作動する。破裂したバッグから放出された冷媒液はキャピラリー膜29を通して断熱材料24の親水性の部分24bに浸透する。
【0026】
図2D上部と底部に冷却効果を現す部分がある対称冷却装置を示す。第一断裂可能バッグに封入された第一液体冷媒25がケーシング11の底16に配置され、その上に親水性表面24bを介して第一断裂可能バッグに接する断熱材料の第一層が、続いて第一吸収剤層23が配置される。そして第一液体隔膜22が第一吸収剤層23の上に配置され、その上に除熱物質21が第一吸収剤層23と熱接触状態で配置される。さらに除熱物質21上に第二液体隔膜22’が、その上に第二吸収剤層23’が続くが、この吸収剤層23’もまた除熱物質21と熱接触状態にある。断熱材24’の第二層の疎水性表面24a’は、第二吸収層と直接接する。第二吸収層23’の上に、液体冷媒25'を封入した破裂可能バッグ26'が配置される。中詰めされたケーシング11から空気が排気され、真空状態のまま伸縮性カバー27を用いて密封ケーシングの最先端部分28で密封される。使用者が矢印1000及び1001、1002及び1003の方向に沿って圧力を加えるとそれぞれ破裂可能バッグ26及び26'が破れ、液体冷媒25及び25'が放出されることにより装置が作動し、断熱材24及び24'上の親水性表面24b及び24b'に冷媒が供給される。
【0027】
代替材料を用いて、他の対称及び非対称冷却装置を組み立てることができる。そのいくつかの例として、断熱材24及びキャピラリ膜29がない冷却装置を図3A〜3Cに示す。この装置では、断熱スペーサ30及び蒸気透過膜31がウィッキング材32に組み合わされ、液体蒸気が吸収層23に運ばれ、熱リークバックが制御される。ウィッキング材32は破裂したバッグ26から液体冷媒25を吸収・保持し、その後吸収層23により液体冷媒25の蒸発と吸着が生じる。さらに、ウィッキング材32は蒸発した液体冷媒を吸収し、蒸気は吸収層23に達する前に再凝縮する。いくつかの装置において、ウィッキング材32と吸収材層23との間に大きな温度差がある場合があるため、吸収層23と蒸気透過膜31あるいはウィッキング材32との間に断熱スペーサ30が配置される。吸収層23が熱を発生させ、断熱スペーサ30が熱を遮断する。
【0028】
図3Aは非対称冷却装置の連続した層状構造を示し、まずケーシング11の下部16に除熱材層21が配置されている。除熱材21の上に配置された液体隔膜22を介して吸収層23が接触している。蒸気透過膜31に覆われた断熱スペーサが吸収層の上に配置され、蒸気透過膜31にウィッキング材が接触している。最後に、段状部分14から所定量の液体冷媒25が封入された破裂可能バッグがウィッキング材32の上に広がっている。ケーシング11から空気が排気され、真空状態のまま伸縮性カバー12を用いてケーシング11の最先端部28で密封される。ケーシング11上に分かりやすく付けられた段状部分14で、使用者が矢印1000及び1001に沿って圧力をかけると突起部分15により破裂可能バッグ26が破れることにより冷却工程が開始する。
【0029】
図3B及び3Cは、下部20に材料が配置されたケーシング11の内部と、側壁18の1つと、最先端部28にわたり取り付けられたウィッキング材32から成る対称の装置を示す。対となる端31a及び31bを持つ蒸気透過膜31の層が先端に配置され、ウィッキング材32がその対となる端と共に側壁18、ケーシング11及び最先端部28に沿って拡張する。
【0030】
まずウィッキング材が装置に入れられ、次にケーシング11の下部20を覆うように蒸気透過膜31が配置され、その上に第一断熱スペーサ30が配置され、続いて第一液体隔膜22で覆われた第一吸収層23が配置され、そして除熱材21が配置される。その上に第二液体隔膜22'が配置され、続いて第二吸収層23'が、そして第二断熱スペーサ30'が配置される。液体冷媒25を入れる前に、第二断熱スペーサ30'を覆うように蒸気透過膜31の端を矢印1006の方向に沿って折り重ねる。そして第二断熱スペーサ30を密封するように、第一端31aの上に他端31bを矢印1007の方向に沿って折り重ねる。蒸気透過膜31の上にウィッキング材32を矢印1008の方向に沿って折り重ね、最後に所定量の液体冷媒25を封入した破裂可能バッグ26をウィッキング材の上に配置する。中詰めされたケーシング11から空気が排気され、真空状態のまま伸縮性カバー12を用いて最先端部28で密封される。
【0031】
使用者が矢印1000及び1001の方向に沿って圧力を加えると破裂可能バッグ26が破裂し、液体冷媒25が放出されることにより装置が作動し、液体冷媒が供給されたウィッキング材32により液体冷媒はケーシング11の先端部と下部20に運搬される。液体蒸気は蒸気透過膜31を透過し、第一断熱スペーサ30、第二断熱スペーサ30'、第一吸収層23、第二吸収層23'を通過する。
【0032】
ケーシング11及びカバー12は、酸素及び湿気に対して非浸透性であり、これにより冷却装置10は適当な貯蔵安定性が得られる(未使用状態での使用期限は数年間である)。有効な材料として望ましいのは、酸素透過率(OTR)が1cm3/m2/日未満、より望ましくは0.1cm3/m2/日未満、最も望ましくは0.01cm3/m2/日未満の材料である。また蒸気伝達速度に関しては、望ましくは2g/m2/日未満、より望ましくは1g/m2/日未満、最も望ましくは0.1g/m2/日未満である。
【0033】
ケーシングの適当な材料としては、熱可塑性プラスチック材料がある。カバー12の適当な材料としては、金属化プラスチック積層板や金属箔プラスチック積層板がある。カバーとしてより望ましい材料は、Rexam社(イリノイ州ベッドフォード・パーク)製や東洋アルミニウム社(大阪、日本)製の伸縮性フィルムである。
【0034】
吸収層23は、多孔質支持層に分散・含浸・付着あるいは組み合わされた吸収材料で形成されるのが望ましい。多孔質支持層としては、液体冷媒25を蒸気の形で大量に吸収することができるよう、できるだけ多孔性の、表面積が大きい材料が望ましい。細孔容積は、体積を質量で割った単位が用いられる。多孔質支持層材の細孔容積としては、望ましくは0.8cc/g以上、より望ましくは1cc/g以上、さらに望ましくは1.5cc/g以上である。
【0035】
また、液体冷媒25の吸収容量が大きい多孔質支持層材料を提供するには、平均細孔径や細孔の位置を制御することが重要である。平均細孔径として望ましくは最低1ナノメートルであり、典型的には1〜20ナノメートルである。0.5ナノメートル以下の細孔径はほとんど無い。実際には上記の特性をもついかなる材料からも、多孔質支持層として選択することができる。活性炭や活性シリカが多孔質支持層の材料として望ましい。
【0036】
多孔質支持層材には様々な形状やサイズがあり、それらは特定の目的により選択される。いくつかの装置の実施例では、多孔質支持層材料は、0.5〜2ミリメートルの活性炭微小ペレットから形成される。他の実施例における装置では、多孔質支持層材料として0.25〜0.5ミリメートルのシリカペレットが用いられている。ペレットのサイズは、液体冷媒16からの蒸気の吸収速度に影響を及ぼす。ペレットのサイズが大きい程、経路の長さが増加するため液体冷媒の蒸気吸収速度は大きい。
【0037】
吸収材の望ましい細孔容積は、多孔質支持層材料の容積の50パーセント以上、より望ましくは66パーセント以上である。例えば多孔質支持層材料の細孔容積が約1.5cc/gの場合、吸収材として望ましい容積は約0.75cc/g以上、より望ましくは約1.0cc/gである。
【0038】
液体冷媒25が水である場合、吸収材が吸収できる重量の割合としては、望ましくは水の100パーセント以上、より望ましくは150パーセント以上、さらに望ましくは200パーセント以上である。相対湿度、相対温度が吸収される水の量に影響する。
【0039】
適した吸収材料ならすべて使用することができる。代表的な吸収材料としては、塩化カルシウム、塩化リチウム、臭化リチウム、塩化マグネシウム、硝酸カルシウム、フッ化カリウムなどの塩類が含まれる。他の適当な吸収材料としては、五酸化リン、マグネシウム過塩素酸塩、酸化バリウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム、臭化カルシウム、バリウム過塩素酸塩、硫酸銅、ゼオライト13x、ゼオライトSa、シリカライト、シリカゲル、アルミナ、炭素、改質炭素、及び同様の材料がある。吸収材料として上記のうち2つ以上の材料を組み合わせてもよい。
【0040】
除熱材21は、(1)熱により相変化を起こす材料(相変化材料)、(2)吸収層より大きい熱容量を有する材料、(3)蒸発していく液体冷媒25に接触する際吸熱反応を起こす材料の3つのタイプのうちのひとつである。除熱材は適用するもの、利用される吸収剤、断熱性の有無、相変化材料や液体冷媒の種類、必要な冷却速度により異なることは、本分野に精通した者に理解される。
【0041】
適当な除熱材21としては、パラフィン、ナフタリン硫黄、塩化カルシウム水和物、ブロムカンフル、セチルアルコール、シアナミド、エライジン酸、ラウリン酸、けい酸カルシウム水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物、ジナトリウム燐酸塩、炭酸ナトリウム水和物、硝酸カルシウム水和物、ネオペンチルグリコール、ホウ硝等の無機塩水和物、パラフィンカプセルに封入された無機塩、硫酸カリウム・マグネシウム水和物、ナトリウム・マグネシウムアセテート水和物等がある。除熱材としては、溶融した後再び固化しモノリスを形成させ、容積を約30%減少させた無機塩が望ましい。
【0042】
顕熱の保存により、吸収層23からの熱の一部は、吸収材部の温度上昇につれて除熱材21の温度も上昇するために取り除かれる。しかしながら、最も効果的な除熱材は、通常相変化(例えば、固相から液相、固相から半固・半液相、液相から気相への相変化)を起こす材料である。一般に相変化の間には、比較的大きな吸収熱でも相変化に用いられることにより除熱材の温度変化はほとんど無い。
【0043】
相変化を利用した除熱材21に関する別の条件として、相変化温度が冷却される物の推定周囲温度よりも大きく、かつ液体冷媒75のかなりの部分(例えば1/3あるいは1/4)が吸収されている時の吸収層23の温度よりも低くなければならない。本発明が容器内に置かれるまたは容器に取り付けられる、あるいはその他の方法で容器に組み合わされた時、約30℃以上、望ましくは35℃以上かつ70℃未満、より望ましくは60℃未満で相変化が生じる必要がある。
【0044】
断熱材24は、吸収部28及び30からの熱リークバックを抑制し、吸収部から装置外部までのリークバックが全くなくなるように選ばれる。断熱材には、通常、0.05W/mK未満、望ましくは0.035W/mK未満、最も望ましくは0.025W/mK未満の熱伝導率限界がある。断熱材71は、望ましくは1バールの単軸負荷に充分耐え得る崩壊強度を有し、真空による収縮率は約20%未満、より望ましくは約5%未満、最も望ましくは約2%未満に制限される必要がある。
【0045】
いくつかの実施例には、望ましくは親水性部72及び疎水性部73を有する異方性の断熱材料が使用される。この断熱材料が液体冷媒16の通路を抑えることにより、吸収材部28及び30に液体冷媒は進入しないが冷媒蒸気は通過するようになる。
【0046】
断熱材料の親水性部分72には、平均直径10mm未満の比較的大きな孔がある。この親水性部分72の大きな孔により、材料中に液体冷媒16が急速に流入する。疎水性部分73には通常直径2mm未満の比較的小さい孔があり、これにより吸収材部28及び30へ液体冷媒16は流入せずに冷媒蒸気が入り込むことが可能となる。
【0047】
親水性部分72の厚さに対する疎水性部分73の厚さの比率は、それらの部分を形成するのに使用されている材質、装置の液体冷媒16の量、そして装置に必要な性能基準により異なる。
【0048】
セルロース、紙、ファイバー又はガラスから成る織布あるいは不織物、プラスチック、セラミック又はセルロース等の親水性材料を疎水性の材料をラミネート加工することにより、断熱材料73を形成することができる。親水性材料は、ワックスを用いた含浸、ヘキサメチルジシラザン反応基やフッ化反応基の付加等の疎水性薬品を用いた改質により、疎水性にすることができる。
【0049】
または、親水性あるいは疎水性のシート状材料の片面の表面改質により断熱材料を形成することができる。一般に疎水性材料の片面を、熱処理またはプラズマ処理、あるいは表面活性剤への含浸により親水性化することができる。また、ワックス等の材料を用いた含浸等、疎水性物質による処理で親水性材料表面を疎水性化することが可能である。
【0050】
液体隔膜は、ポリエチレンやポリプロピレンフィルム等、適当な材料であればいかなるものからでも形成できる。液体冷媒が水である場合、適当なウィッキング材32としては、微孔性金属、多孔性プラスチック(ポリエチレン、ポリプロピレン)、セルロース製品、焼結ヒートパイプ材、紙やすり、あるいはそれと同様の親水性材料がある。
【0051】
装置に必要なウィッキング材32の量は、液体冷媒25のすべてを吸収することができる量であればよい。ウィッキング材の細孔のサイズは、充分キャピラリ作用を発生させることができるサイズである(液体冷媒25の全量が60秒以内、最も望ましくは10秒以内に吸収されなければならない)。
【0052】
ウィッキング材32と吸収層23の間の温度差は5〜150℃ある場合があるので、断熱スペーサ30の熱抵抗(パッケージ状態の熱伝導率を厚さで割った値)は、望ましくは100W/m2K未満、より望ましくは、50W/m2K未満、最も望ましくは20W/m2K未満である。断熱スペーサ30の材料としては、充分な蒸気透過性を示すことが知られているグラスファイバー、プラスチックファイバー、及びプラスチックフォーム等から選ぶことができる。
【0053】
いくつかの実施例では、液体冷媒25を封入する破裂可能バッグ26はプラスチック、通用はポリエチレン製であり、縁62に沿ってヒートシールされる。液体冷媒25は、室温で高い蒸気圧を持つために、減圧状態では蒸気発生率が高い。さらに、液体冷媒は高い蒸発熱を持つ。20℃における液体冷媒の蒸気圧は、通常9mmHg以上であり、望ましくは15mmHgあるいは20mmHg以上である。適当な液体冷媒としては、メチルアルコールあるいはエチルアルコール等の各種アルコール類、アセトン等のケトン類、アセトアルデヒド等のアルデヒド類、C318、114、21、11、114B2、113、112、134A、141B、および245FAなどのハイドロフルオロカーボン類の溶剤がある。望ましい液体冷媒は、豊富に存在し、環境問題を一切持たず、かつ必要な冷却特性を示す水である。
【0054】
いくつかの実施例では、液体冷媒25はそれよりも蒸気圧が大きい有効量の混和性造核材(あるいは部分的混和性造核材)に混合され、これにより液体冷媒の沸騰が促進され、蒸発が急速かつスムーズに行われ、また吸収層23での吸着率の減少を引き起こす液体冷媒の過冷却が防止される。適当な造核剤としては、エチルアルコール、アセトン、メチルアルコール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコールがあり、これらはすべて水と混和する。造核剤と相溶性液体との組み合わせの実施例では、水とエチルアルコール(エチルアルコール濃度5%)あるいはアセトンとメチルアルコール(アセトン濃度5%)の組み合わせがあり、造核剤が有する25℃における蒸気圧は、望ましくは25mmHg以上、より望ましくは35mmHg以上である。あるいは固体造核剤として、従来から分析設備で使用される沸騰石が使用されることもある。
【0055】
図4A〜4Hは、冷却装置が1個以上の側壁に付けられたあるいは組み合わされた、飲料を封入することができるフレキシブル・パウチ容器を示す。図4Aはジュースを入れる底部の無いバッグを形成するためのパネルを、図4Bは平らな底面を有するジュースバッグを形成する構成部材を示す。図4A、4Bにおいて、側面パネル及び底部パネルはその縁でヒートシールされ、袋状容器(図4C及び4D)が形成される。図3Cは図2Aに従う単一の冷却装置が側面パネルと一体化したフレキシブル・パウチ飲料容器の一部破断図となった側面図を示す。図4Dは、複数の冷却装置が側面パネルと一体化したフレキシブル・パウチ飲料容器を示す。フレキシブルな飲料容器と一体化した冷却装置が示されたすべての実施例において、ケーシング11のカバー12が延長されて飲料容器を作るのに使用されるパネルの全体あるいは一部を形成する。
【0056】
図4Eと4Gは冷却装置が一体となったフレキシブル・パウチ飲料容器の代替の実施例を示す。図4Cのケーシングは図1Hに示したケーシングと同様であり、カバー12によって壁パネルと一体化されている。側面を形成するカバーの縁は別の側面にヒートシールされ、また底部パネルは底部側の縁にヒートシールされ、図4C及び4Dに示す飲料容器が形成される。
【0057】
図4F及び4Gの冷却装置は図1Hと同様のケーシングを持ち、1つの共通液体リザーバ11bから両方の冷却装置11aに単一の作動を供給する。液体リザーバ11bは上の図4Fの飲料容器(図4H)の側面に置かれてもよい。
【0058】
図5A〜5Dに示される無菌ボックスなどのボックス型飲料容器は、単一素材から折り曲げられ、1つ以上の冷却装置が備えられる。図5Aでは、図1Gに示されるケーシングを持つ冷却装置がそれぞれの側壁に取り付けられ、それぞれ固有の作動装置を有する。図5B及び5Dでは、共通の液体リザーバ11bにより、各側壁に1つ取り付けられた図1Hと同様のケーシング構成を持つ装置の両方が一度に作動を開始する。また、ストローを突き刺すことができるように柔らかい部分が箱に形成されている。
【0059】
冷却装置の作動後、飲料容器内の飲料温度の低下は12℃以上、実施例によっては15〜20℃以上である。これらの実施例において、液体冷媒リザーバ内の液体冷媒の重量は、容器内の飲料の液量オンスあたり1.5グラム未満である。いくつかの実施例では、冷媒液体は水である。またいくつかの実施例では、吸収材部の質量は、飲料の液量オンスあたり3グラム未満である。
【0060】
冷却装置が飲料温度の低下を開始する時間は、10分後、5分後、さらには3分後と、実施例に依存して差がある。いくつかの実施例では、容器内の飲料の液量オンスあたり吸収材部が占める割合は5立方センチメートル未満、また冷却装置が占める割合は0.5液量オンスである。
【0061】
これらの可能性を念頭に置き、以下の特許請求の範囲に関連して本発明は定義される。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1A】図1Aは、本発明に従う冷却装置の、一部破断面を含む正面図を示す。
【図1B】図1B〜1Fは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。
【図1C】図1B〜1Fは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。
【図1D】図1B〜1Fは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。
【図1E】図1B〜1Fは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。
【図1F】図1B〜1Fは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。
【図2A】図2Aは、本発明に基く冷却装置の横断面図を示す。
【図2B】図2Bは、冷却装置の第一代替実施例の横断面図を示す。
【図2C】図2Cは、冷却装置の第二代替実施例の横断面図を示す。
【図2D】図2Dは、冷却装置の第三代替実施例の横断面図を示す。
【図3A】図3Aは、冷却装置の第四代替実施例の横断面図を示す。
【図3B】図3Bは、冷却装置の第五代替実施例の組立完了前の横断面図を示す。
【図3C】図3Cは、組立完了後の図3Bの実施例の横断面図を示す。
【図4A】図4Aは、伸縮性自己冷却飲料パウチの好ましい実施例の部品図を示す。
【図4B】図4Bは、伸縮性自己冷却飲料パウチの第一代替実施例の部品図を示す。
【図4C】図4Cは、伸縮性自己冷却飲料パウチの実施例の横断面図を示す。
【図4D】図4Dは、伸縮性自己冷却飲料パウチの別の実施例の横断面図を示す。
【図5A】図5Aは、自己冷却箱容器の透視図を示す。
【図5B】図5Bは、自己冷却箱容器の第一代替実施例を示す。
【図5C】図5Cは、自己冷却箱容器の第二代替実施例を示す。
Claims (21)
- 非密封防水容器の選択と、
当該容器の底部への除熱材層の設置と、
当該除熱材層上への液体隔膜の設置と、
当該液体隔膜上で冷媒として作用する吸収材を含む、前記除熱材と熱的接触を持つ吸収材層の設置と、
当該吸収材層上に直接接触した断熱層の設置と、
当該断熱層上への破裂可能な液体隔壁の設置と、
当該破裂可能な液体隔壁上への所定量の液体冷媒の設置と、
前記容器とその内容物の真空下への設置と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器の密封処理から成る、自己冷却装置の製造方法。 - 前記断熱層が、前記吸収層に接する疎水性側に隣接して親水性側を持つ異方性材料から成る、請求項1記載の製造方法。
- 前記断熱層が断熱スペーサであり、さらに当該断熱スペーサ上への蒸気透過性隔膜の設置と、当該蒸気透過性隔膜の上かつ破裂可能な液体隔壁の下へのウィッキング層の設置から成る、請求項1記載の製造方法。
- 非密閉防水容器の選択と、
当該容器の底部への所定量の液体冷媒の設置と、
水の上への破裂可能な液体隔壁の設置と、
当該破裂可能な液体隔壁上への断熱層の設置と、
冷媒として作用する吸収材を含む吸収材層の前記断熱層への熱接触状態での設置と、
当該断熱層上への液体隔膜の設置と、
当該液体隔膜上への前記吸収材層との熱接触状態での除熱材層の設置と、
前記容器とその内容物の真空下への設置と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器の密封処理から成る、自己冷却装置の製造方法。 - 前記断熱層が、前記吸収層に接する疎水性側に隣接して親水性側を持つ異方性材料から成る、請求項4記載の製造方法。
- 前記断熱層が断熱スペーサであり、さらに当該断熱スペーサの下への蒸気透過性隔膜の設置と、当該蒸気透過性隔膜の下かつ破裂可能な液体隔壁の上へのウィッキング層の設置から成る、請求項5記載の製造方法。
- 非密閉防水容器の選択と、
当該容器の底部への第一液体冷媒所定量の設置と、
第一の水の所定量の上への第一破裂可能隔壁の設置と、
当該第一破裂可能隔壁上への第一断熱層の設置と、
冷媒として作用する吸収材を含む第一吸収材層の、前記第一断熱層上への熱接触状態での設置と、
当該第一吸収材層上への第一液体隔膜の設置と、
当該第一液体隔膜上への、前記第一吸収材層と熱接触状態での除熱材の設置と、
当該除熱材上への第二液体隔膜の設置と、
当該液体隔膜上への、除熱材との熱接触状態での第二吸収材層の設置と、
当該第二吸収材層上への熱接触状態での第二断熱層の設置と、
当該第二断熱層上への第二破裂可能隔壁の設置と、
前記容器とその内容物の真空下への設置と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器の密封処理から成る、自己冷却装置の製造方法。 - 前記第一及び第二断熱層がそれぞれ前記第一及び第二吸収層に接する疎水性側に隣接する親水性側を持つ異方性材料から成る、請求項7記載の製造方法。
- 前記第一及び第二断熱層がそれぞれ断熱スペーサであり、
さらに前記第一断熱層の上への第一蒸気透過性膜の設置と、
前記第二断熱層の下への第二蒸気透過性膜の設置と、
前記第一蒸気透過性膜の上かつ前記第一破裂可能液体隔壁の下への第一ウィッキング層の設置と、
前記第二蒸気透過性膜の下かつ前記第二破裂可能液体隔壁の上への第二ウィッキング層の設置から成る、請求項7記載の製造方法。 - 仕切りの上からコミュニケーションが可能となるように第一及び第二チャンバに区切られた非密閉容器の選択と、
前記第一チャンバ内で破裂可能液体隔壁内への液体冷媒の所定量の設置と、
前記第二チャンバ底部への除熱材層の設置と、
当該除熱材層の上への液体隔膜の設置と、
第二液体隔壁上で冷媒として作用する吸収材を含む吸収材層の前記除熱材層と熱接触状態での設置と、
前記吸収材層の上への熱接触状態での異方性断熱層の設置と、
当該異方性断熱層及び破裂可能液体隔壁内の冷媒の上へのキャピラリ膜層の設置と、
前記容器とその内容物の真空下への設置と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器の密封処理から成る、自己冷却装置の製造方法。 - 仕切りの上からコミュニケーションが可能となるように前部、中央、及び後部チャンバに分かれた非密閉容器の選択と、
前記中央チャンバ内への破裂可能な液体容器の設置と、
前記前部及び後部チャンバ底部への除熱材の設置と、
各チャンバ底部への除熱材の設置と、
当該各除熱材の上への液体隔膜の設置と、
各液体隔膜の上で冷媒として作用する吸収材を含む吸収材料の、隣接する除熱材と熱接触状態での設置と、
各吸収材層の上への直接接触状態での異方性断熱材の設置と、
異方性断熱材及び破裂可能液体隔壁内の液体冷媒の上への1つ以上のキャピラリ膜の設置と、
前記容器とその内容物の真空下への設置と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器の密封処理から成る、自己冷却装置の製造方法。 - 仕切りの上からコミュニケーションが可能となるように第一及び第二チャンバに区切られた非密閉容器の選択と、
前記第一チャンバ内の破裂可能液体隔壁内への所定量の液体冷媒の設置と、
前記第二チャンバ底部へのウィッキング材の設置と、
当該チャンバ上部への拡張と、
ケーシング底部に隣接した蒸気透過性膜の一部の上への第一断熱スペーサの設置と、
冷媒として作用する吸収材を含む吸収材層の、前記断熱スペーサ上への熱接触状態での設置と、
第一吸収材層の上への第一液体隔膜の設置と、
当該第一液体隔膜の上への吸収材層との熱接触状態での除熱材層の設置と、
当該除熱材層の上への第二液体隔膜の設置と、
第二液体隔壁上への、前記除熱材層との熱接触状態での第二吸収材層の設置と、
当該第二吸収材層の上への第二断熱スペーサの設置と、
蒸気透過性膜の延長部を折り重ねることによる前記第二断熱スペーサの被覆及び封入と、
折り重ねた蒸気透過性膜上へのウィッキング材の延長部の設置と、
当該ウィッキング材の上の破裂可能な液体隔壁内への所定量の冷媒の設置と、
前記容器とその内容物の真空下への設置と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器の密封処理から成る、自己冷却装置の製造方法。 - 仕切りの上からコミュニケーションが可能となるように第一及び第二チャンバに区切られた非密閉容器の選択と、
前記第一チャンバ内への非密閉液体容器の設置と、
液体隔壁の上で冷媒として作用する吸収材を含む吸収材層の、除熱材層との熱接触状態での設置と、
前記吸収材層の上への直接接触状態での断熱スペーサの設置と、
蒸気透過性膜及び第二チャンバ上へのウィッキング材の設置と、
前記容器とその内容物の真空下への設置と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器の密封処理から成る、自己冷却装置の製造方法。 - 仕切りの上からコミュニケーションが可能となるように前部、中央、及び後部チャンバに分かれた非密閉容器の選択と、
前記中央チャンバ内への非密閉破裂可能液体容器の設置と、
前記前部及び後部チャンバ底部への除熱材の設置と、
当該各除熱材の上への液体隔膜の設置と、
各液体隔壁の上で冷媒として作用する吸収材を含む吸収材層の、隣接した除熱材との熱接触状態での設置と、
各吸収材層の上への直接接触状態での断熱スペーサの設置と、
各断熱スペーサの上への蒸気透過性膜の設置と、
当該蒸気透過性膜及び中央チャンバの上へのウィッキング材層の設置と、
前記容器とその内容物の真空下への設置と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器の密封処理から成る、自己冷却装置の製造方法。 - 伸縮性カバーが第一側面パネルの形状であり、ヒートシール可能あり、プラスチックで裏打ちされた外側表面を有し、外側パネルの縁がそれに対応する反対側面のヒーシール可能な縁へのヒートシールとそれによる開口端を持つパウチ形成から成る、請求項1、10、あるいは13記載の製造方法。
- 第一及び第二側面パネルの底部縁との間へのプラスチックで裏打ちされた底部パネルのヒートシールと、それによる開口端と底部を持つパウチ形成から成る、請求項15記載の製造方法。
- 開口端からパウチ内への所定量の液体の添加、及びパウチ開口端のヒートシールを含む、請求項15記載の製造方法。
- パウチの第一あるいは第二側壁における弱い領域の形成と、それにより液体が封入された容器にプラスチック製のストローで穴をあけることができることから成る、請求項15記載の製造方法。
- 内部の液体を注ぐためにシールされたパウチ上部を引きはがせるような弱い部分がパウチ上部近くで形成される、請求項15記載の製造方法。
- 第二側面パネルが第一側面パネルと同一であり、それにより第二冷却装置がパウチの一部として提供される、請求項15記載の製造方法。
- 第二側面パネルが第一側面パネルと同一であり、それにより第二冷却装置がパウチの一部として提供される、請求項16記載の製造方法。
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