JP4065430B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
更にフランス国特許第2011939号より、加圧された液体フロンなどの流体を収容した円錐形状の熱交換器を備えた飲料パッケージのための自己冷却装置が公知である。気体の圧力を外圧まで解放することは、この熱交換器と接触している飲料の冷却を促す。加圧された気体の断熱膨張は有意の温度効果を導き、冷却される飲料との接触面積が減少されているにもかかわらず飲料の有効な冷却を可能とする。しかしながら、この冷却方法は工業生産技術と適合せず、加圧された気体は取り扱いが困難である。この方法は大気への気体の放出を減少させる目的の特定の環境保護基準に反するものでもある。
このため、本発明は、幾可学的形状及びレイアウトが減圧での冷却液体の蒸発の原理に基づいて飲料の冷却速度を高められる熱交換器を提供する。従って、交換器の幾可学的形状は、確実に高速冷却するため飲料に実質的な対流流れを確立することが有利である。その上、この幾可学的形状により、交換器の占有空間は最小でも確実に飲料との熱交換表面を最大にできる。
1つの特徴によると、空洞の第1の壁の畝状部のうち少なくとも幾つかの幅が空洞内部でゼロである。
1つの特徴によると、前記円錐形の空洞が、丸みをおびているか、平らであるような上部を有している。
1つの特性によると、空洞が冷却液体と液体の蒸気とを大気圧未満の圧力で収容している。
1つの特性によると、冷却液体が、水及び/又は水より飽和蒸気圧の高い添加物を含有した水である。
1つの特性によると、少なくとも空洞の第1の壁が伝熱材料で作られている。
実施形態によると、連結されたポンプ手段は、吸着性の空気真空パックされた材料からなる手段、機械的な真空ポンプ、極低温の真空ポンプの中から選択されている。
る。
1つの実施形態によると、熱交換器の空洞の第1の壁が、第1の空洞に収容されている飲料と接触している。
1つの特性によると、熱交換器の空洞の第2の壁が第3の空洞の壁を構成しており第2及び第3の空洞との連通手段と一体化されている。
本発明による熱交換器には、ポンプ手段により維持されている減圧の影響下で蒸発可能な冷却液体を収容した空洞2がある。熱交換器は冷却される飲料に浸かるよう意図されている。従って、本発明による熱交換器に不可欠なのは、少なくとも第1の壁21が冷却される飲料に接触しており、少なくとも第2の壁22がポンプ手段31との連通手段30と一体化していることである。
接触している空洞2の壁21はほぼ円錐形状をなし、そのため壁21の断面の表面積は基部から上部に向かって減少している。実際に空洞2のこの特定の幾可学的形状は、高速冷却を確実にすべく飲料が実質的に対流として流れさせるために有利である。空洞の形状全体が円錐形をなす、より詳細には、空洞断面の表面積が基部から上部に向かって徐々に減少していることは重要である。しかし、交換器の断面の表面積が変わらないままの断面も、交換器の高さの一部については満足な操作を損なうことなく任意に実現可能である。この定義が適用される円錐形状は、幾つかの可能な構成を前提とすることができ、尖端を有した円錐(3B)や半球形の円筒(3D)に関するものであってもよい。
従って、交換器の第1の壁21は、回転の内と外の2つの表面(図3A〜図3Dのiと
eを参照)の間に含まれると定義されてよく、円錐の基部即ち接合線で交換器の第2の壁22と結合しており、第2の壁22はポンプ手段31との連通手段30と一体化している。これらの表面iとeは、円錐、円筒、トロイド、球、又は、例えば図面により実現された任意の他のより複雑な面のアセンブリにより構成されることが有効である。更に円錐の頂点24は、実質的に前述した回転の面の軸上に位置する、基部22から最も離れた壁21の先端部として定義される。
交換表面積=100cm2
内部の体積=40cm3
占有空間=60cm3(交換器の外囲容器の回転の表面により定義される)
高さ=5cm
交換器の空洞は伝熱材料、例えば鋼やアルミニウムなどで構成されている。本発明による交換器の表面積が小さくなるに従い、交換器の製造に必要な金属の量は低減し、これにより交換器のコストも低減する。
本発明の別の特徴によると、交換器の空洞には冷却液体及び前記液体の蒸気のみが入っており、即ち、液体は空洞に導入される前に予めガス抜きされている。このガス抜きは、特に、大気圧での沸騰により実行可能で、数100Pa(1ミリバール)までの圧力の低
下による沸騰が続く。その後で冷却液体は交換器の空洞に空気真空状態で配置される。言い換えると、冷却液体の蒸気以外のガスの交換器内での分圧は、ポンプ手段に結合される前は、100Pa(mb)以下である。この特徴により、空洞に収容されている場合がある吸着しないガスとの蒸発反応を制限しないようにすることで蒸発の良好な速度を確保できる。
00Pa(1mb、水柱高さの1cmに対応する)とみなした場合、管は少なくとも1cmの長さとなる。
この自己冷却飲料容器10には、飲用飲料を収容した第1の空洞1がある。この第1の空洞1は規格化されている缶の形状及び寸法でよい。第2の空洞2は第1の空洞と接触し、本発明の既述の形状及び特徴による熱交換器を構成している。
別の実施形態によると、第2の空洞2の第1の円錐形の壁21は第1の空洞1の壁に隣接している。従って、これらの壁は、熱伝達を確実に良好にするために密接に接触している。しかしこれらの壁は異なる材料で構成されてもよく、例えば、熱交換器2の空洞の壁21は金属で作られ、一方で、飲料を収容している空洞1の壁はPET(ポリエチレンテレフタラート)プラスチックで作られている。この実施形態は、交換器2と飲料との間の熱交換の有効性に関しては不利であるが、例えば、乳製品に利用する場合などに飲料を収容している空洞1の無菌の環境の制御を上手く行うことができる。
えば連通手段30の開口部を操作するための棒などがあると有利である。
図5により説明可能な第1の実施変形物では、冷却ディップチューブは、実質的に円錐形の空洞2を備えた本発明による熱交換器で構成され、この空洞2は、空洞2の基部を形成する壁22に一体化された結合手段30によりポンプ手段31に連結されている。そのため熱交換器は連通手段30を一体化して備え単独で設けられ適切なポンプ手段31に連結されている必要があり、このポンプ手段31は例えば機械的又は極低温の真空ポンプあるいは乾燥剤を収容した空気真空のカートリッジなどであり、柔軟でも剛性でもよく固定されていても取り外し可能でもよい管により連結される。
Claims (21)
- 減圧の影響下で蒸発可能な冷却液体と、大気圧より低い圧力での前記冷却液体の蒸気とを収容している空洞(2)を備えた熱交換器と、
前記冷却液体の蒸気をポンピングすることによって前記空洞(2)内を大気圧未満の圧力に維持することに適したポンプ手段(31)と、
前記熱交換器の空洞(2)は、ほぼ円錐状をなす少なくとも第1の壁(21)と、その結果その断面の表面積が基部から上部に向かって減少していることと、前記円錐形状の前記基部を形成する少なくとも第2の壁(22)とを備え、前記第1の円錐状の壁(21)は冷却されるべき液体と接触すべく設計されており、前記第2の壁(22)は前記熱交換器の空洞(2)を前記ポンプ手段(31)に結合するための手段(30)を組み込み、
前記熱交換器の空洞は前記ポンプ手段との結合する前に、大気圧未満の圧力である、液体冷却装置。 - 前記空洞(2)の前記第1の壁(21)が畝状部を備えた構造を有する請求項1に記載の冷却装置。
- 前記第1の壁の前記畝状部のうち少なくとも幾つかの幅が前記空洞内部でゼロである請求項2に記載の冷却装置。
- 前記空洞(2)の前記第1の壁(21)が、表面積が一定の断面を備えている請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記円錐状空洞(2)の前記第1の壁(21)の横断面の表面積が基部(22)から上部(24)に向かって徐々に減少する請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記円錐形の空洞(2)が、丸みをおびているか、又は平らである上部(24)を有している請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記空洞(2)の体積が、前記空洞を囲む回転体の表面により範囲が定められた体積の2/3未満である請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記空洞(2)の前記内壁が親水性の多孔質材料で少なくとも部分的に覆われている請求項1〜7のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記冷却液体が、水及び/又は水より飽和蒸気圧の高い添加物を含有した水である請求項1〜8に記載の冷却装置。
- 前記空洞(2)が液体‐ガス状態分離装置(50)を収容している請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 少なくとも前記空洞(2)の前記第1の壁(21)が伝熱材料で形成されている請求項1〜10のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記の連結されたポンプ手段(31)が、吸着性の空気真空パックされた材料で構成された手段、機械的な真空ポンプ、極低温の真空ポンプの中から選択された請求項1〜11のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記熱交換器の空洞(2)は冷却されるべき前記液体に浸かっているディップチューブを形成する請求項1〜12のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 前記熱交換器の空洞(2)は管によって前記ポンプ手段に連結されている請求項13に記載の飲料を冷却する装置。
- 前記熱交換器の空洞(2)は前記ポンプ手段と一体化しており、前記交換器の空洞の前記第2の壁が前記ポンプ手段に一体化されている請求項13に記載の冷却装置。
- 飲用飲料を収容した第1の空洞(1)と、
減圧の影響下で蒸発可能な冷却液体と、大気圧より低い圧力での前記冷却液体の蒸気とを収容し、熱交換器によって形成されている空洞(2)と、
前記冷却液体の蒸気を吸収することによって前記空洞(2)内を大気圧未満の圧力に維持することに適したポンプ手段(31)を収容する第3の空洞(3)と、
前記熱交換器の空洞(2)はほぼ円錐状をなす少なくとも第1の壁(21)と、その結果その断面の表面積が基部から上部に向かって減少していることと、前記円錐形状の前記基部を形成する少なくとも第2の壁(22)とを備え、前記第1の円錐状の壁(21)は前記第1の空洞(1)に収容されている飲料と接触すべく設計されており、前記第2の壁(22)は前記熱交換器の空洞(2)を前記ポンプ手段(31)に結合するための手段(30)を組み込んでいる、自己冷却飲料容器(10)。 - 前記第2の空洞(2)の円錐形状の頂点が下方に向けられている結果、前記冷却液体の蒸気の吸着の間に前記第1の空洞(1)内の前記円錐の軸に少なくとも1つの対流流れが生成される請求項16に記載の自己冷却飲料容器。
- 前記第2の空洞(2)は、前記第1の空洞(1)の体積対表面積の比率よりも少なくとも2倍小さい体積対表面積比を有する請求項16〜17のいずれか1項に記載の自己冷却飲料容器。
- 前記熱交換器の前記空洞(2)の第1の壁(21)が、前記第1の空洞(1)に収容されている前記飲料と接触している請求項16〜17のいずれか1項に記載の自己冷却飲料容器。
- 前記熱交換器の前記空洞(2)の前記第1の壁(21)が前記第1の空洞(1)の壁に隣接している請求項16〜18のいずれか1項に記載の自己冷却飲料容器。
- 前記熱交換器の前記空洞(2)の前記第2の壁(22)が前記第3の空洞(3)の壁を構成しており前記第2及び第3の空洞(2、3)との連通手段(31)と一体化している請求項16〜20のいずれか1項に記載の自己冷却飲料容器。
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