JP3989011B2

JP3989011B2 - 多層性吸着剤を動力源とする自己冷却装置の製造方法

Info

Publication number: JP3989011B2
Application number: JP2002585868A
Authority: JP
Inventors: スミス、ダグラス; ロデリック、ケビン; フィセット、ライラ
Original assignee: サーマルプロダクトディベロップメンツ、インク．
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: WO2002088608A1; IL158605A0; CA2445525A1; JP2004525334A

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１ｃｍ^３／ｍ^２／日未満、より望ましくは０.１ｃｍ^３／ｍ^２／日未満、最も望ましくは０.０１ｃｍ^３／ｍ^２／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／ｍ^２／日未満、より望ましくは１ｇ／ｍ^２／日未満、最も望ましくは０.１ｇ／ｍ^２／日未満である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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〜１Ｆは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。図１Ｂ〜１Ｆは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。図１Ｂ〜１Ｆは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。図１Ｂ〜１Ｆは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。図１Ｂ〜１Ｆは、冷却装置の代替形状の平面図を示す。図２Ａは、本発明に基く冷却装置の横断面図を示す。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は、冷却装置の第二代替実施例の横断面図を示す。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は、冷却装置の第四代替実施例の横断面図を示す。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は、組立完了後の図３Ｂの実施例の横断面図を示す。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は、自己冷却箱容器の透視図を示す。図５Ｂは、自己冷却箱容器の第一代替実施例を示す。図５Ｃは、自己冷却箱容器の第二代替実施例を示す。

Claims

非密封防水容器を選択する工程と、
当該容器の底部へ除熱材層を設置する工程と、
当該除熱材層上へ液体隔膜を設置する工程と、
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を設置する工程と、
当該吸収材層上に直接接触した断熱層を設置する工程と、
当該断熱層上へ破裂可能な液体隔壁を設置する工程と、
当該破裂可能な液体隔壁上へ所定量の液体冷媒を設置する工程と、
前記容器とその内容物を真空下で設置する工程と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器を密封処理する工程と
から成り、
前記断熱層は蒸発した冷媒蒸気を前記吸収材層に通過させるものである、
自己冷却装置の製造方法。
前記断熱層が、前記吸収材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を設置する工程と、
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ウィッキング層を設置する工程と
から成る、請求項１記載の製造方法。
非密閉防水容器を選択する工程と、
当該容器の底部への所定量の液体冷媒を設置する工程と、
水の上へ破裂可能な液体隔壁を設置する工程と、
当該破裂可能な液体隔壁上へ断熱層を設置する工程と、
冷媒として作用する吸収材を含む吸収材層を前記断熱層上へ熱接触状態で設置する工程と、
当該断熱層上へ液体隔膜を設置する工程と、
当該液体隔膜上へ前記吸収材層との熱接触状態で除熱材層を設置する工程と、
前記容器とその内容物を真空下で設置する工程と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器を密封処理する工程と
から成り、
前記断熱層は蒸発した冷媒蒸気を前記吸収材層に通過させるものである、
自己冷却装置の製造方法。
前記断熱層が、前記吸収材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蒸気透過性隔膜を設置する工程と、
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ウィッキング層を設置する工程と
から成る、請求項５記載の製造方法。
非密閉防水容器を選択する工程と、
当該容器の底部へ第一液体冷媒所定量を設置する工程と、
当該第一液体冷媒所定量の上へ第一破裂可能隔壁を設置する工程と、
当該第一破裂可能隔壁上へ第一断熱層を設置する工程と、
冷媒として作用する吸収材を含む第一吸収材層を前記第一断熱層上へ熱接触状態で設置する工程と、
当該第一吸収材層上へ第一液体隔膜を設置する工程と、
当該第一液体隔膜上へ、前記第一吸収材層と熱接触状態で除熱材を設置する工程と、
当該除熱材上へ第二液体隔膜を設置する工程と、
当該液体隔膜上へ、除熱材と熱接触状態で第二吸収材層を設置する工程と、
当該第二吸収材層上へ熱接触状態で第二断熱層を設置する工程と、
当該第二断熱層上へ第二破裂可能隔壁を設置する工程と、
前記容器とその内容物を真空下で設置する工程と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器を密封処理する工程と
から成り、
前記第一及び第二断熱層は蒸発した冷媒蒸気を前記第一及び第二吸収材層に通過させるものである、
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材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第一蒸気透過性膜を設置する工程と、
前記第二断熱層の下へ第二蒸気透過性膜を設置する工程と、
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第一ウィッキング層を設置する工程と、
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第二ウィッキング層を設置する工程と
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を選択する工程と、
前記第一チャンバ内で破裂可能液体隔壁内へ液体冷媒の所定量を設置する工程と、
前記第二チャンバ底部へ除熱材層を設置する工程と、
当該除熱材層の上へ液体隔膜を設置する工程と、
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を前記除熱材層と熱接触状態で設置する工程と、
前記吸収材層の上へ熱接触状態で異方性断熱層を設置する工程と、
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キャピラリ膜層を設置する工程と、
前記容器とその内容物を真空下で設置する工程と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器を密封処理する工程と
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を選択する工程と、
前記中央チャンバ内へ破裂可能な液体容器を設置する工程と、
前記前部及び後部チャンバ底部へ除熱材を設置する工程と、
当該各除熱材の上へ液体隔膜を設置する工程と、
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を隣接する除熱材と熱接触状態で設置する工程と、
各吸収材層の上へ直接接触状態で異方性断熱材を設置する工程と、
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１つ以上のキャピラリ膜を設置する工程と、
前記容器とその内容物を真空下で設置する工程と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器を密封処理する工程と
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を選択する工程と、
前記第一チャンバ内の破裂可能液体隔壁内へ所定量の液体冷媒を設置する工程と、
前記第二チャンバ底部へウィッキング材を設置し、当該チャンバ上部へ拡張する工程と、
ケーシング底部に隣接した蒸気透過性膜の一部の上へ第一断熱スペーサを設置する工程と、
冷媒として作用する吸収材を含む吸収材層を前記断熱スペーサ上へ熱接触状態で設置する工程と、
第一吸収材層の上へ第一液体隔膜を設置する工程と、
当該第一液体隔膜の上へ吸収材層と熱接触状態で除熱材層を設置する工程と、
当該除熱材層の上へ第二液体隔膜を設置する工程と、
第二液体隔壁上へ前記除熱材層と熱接触状態で第二吸収材層を設置する工程と、
当該第二吸収材層の上へ第二断熱スペーサを設置する工程と、
前記蒸気透過性膜の延長部を折り重ねることにより前記第二断熱スペーサを被覆及び封入する工程と、
折り重ねた蒸気透過性膜上へウィッキング材の延長部を設置する工程と、
当該ウィッキング材の上の破裂可能な液体隔壁内へ所定量の冷媒を設置する工程と、
前記容器とその内容物を真空下で設置する工程と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器を密封処理する工程と
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を選択する工程と、
前記第一チャンバ内へ非密閉液体容器を設置する工程と、
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を除熱材層と熱接触状態で設置する工程と、
前記吸収材層の上へ直接接触状態で断熱スペーサを設置する工程と、
前記断熱スペーサの上へ蒸気透過膜を設置する工程と、
前記蒸気透過性膜及び前記第二チャンバ上へウィッキング材を設置する工程と、
前記容器とその内容物を真空下で設置する工程と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器を密封処理する工程と
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を選択する工程と、
前記中央チャンバ内へ非密閉破裂可能液体容器を設置する工程と、
前記前部及び後部チャンバ底部へ除熱材を設置する工程と、
当該各除熱材の上へ液体隔膜を設置する工程と、
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を隣接した除熱材と熱接触状態で設置する工程と、
各吸収材層の上へ直接接触状態で断熱スペーサを設置する工程と、
各断熱スペーサの上へ蒸気透過性膜を設置する工程と、
当該蒸気透過性膜及び中央チャンバの上へウィッキング材層を設置する工程と、
前記容器とその内容物を真空下で設置する工程と、
真空下における伸縮性防水カバーを用いた前記容器を密封処理する工程と
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所定量の液体を添加する工程と、
パウチ開口端を密閉する工程と
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。