JP7360402B2 - 自己冷却装置及び方法 - Google Patents
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Description
a)従来技術の吸熱冷却システムは、例えば、使用されるイオン化可能な化合物の溶媒和エネルギーが、通常、水のような溶媒の温度に依存するため、溶媒和し、次いで冷却を引き起こす可能性が限られている。水は化学物質をイオン化する加湿液として機能し、イオンは溶媒和のエネルギーを利用し、溶媒が冷却されると、プロセスはエネルギー不足になり、これにより溶媒和エネルギーの抽出プロセスが指数関数的に遅くなるため、これらの技術は利用可能な溶媒和エネルギーの完全な可能性を使用しない。例えば、16オンスの飲料を30°Fだけ冷却するには、少なくとも127gの塩化カリウムを約380gの水に溶解させる必要がある。これは、このプロセスのみに依存する自己冷却食品容器技術では商業的に実行可能ではない。本発明は、極めて乾燥したガスによってこの欠点を克服する。露点が10°F~-150°Fの乾燥ガスは、氷点に冷却された液体から蒸気を容易に吸収できる。乾燥ガス自体の露点温度は単純に上昇するが、乾燥ガス自体の実際の温度は一定である。
a)以前の乾燥剤技術では、低圧で水を蒸発させて冷却を行うために、恒久的な真の真空を保存する必要がある。本発明は、乾燥剤プロセスにおいて真空を貯蔵するこのステップを迂回し、本発明によって使用される材料の物理的特性を利用して、必要な場合にのみ乾燥ガスの希薄化を生成する。乾燥ガスは蒸発のプロセスを開始し、蒸発のプロセスは乾燥ガスの希薄化によって強化される。ほとんどの場合、本発明を製造するために使用される材料は、好ましくは、熱収縮性プラスチック材料の組み合わせ、例えば、標準のアルミニウム又は鋼の食品容器と相互作用する安価な材料である、射出延伸ブロー熱収縮性ポリエチレンテトラフタレート(PET)及び熱収縮性ポリ塩化ビニル(PVC)の組み合わせから作られる。このような熱収縮性材料の実装により、蒸発熱にさらされたときに機械的機能を実行し、乾燥ガス室の容積を拡大して、上記材料の収縮可能な物理的特性により乾燥ガスの希薄化を生成することで、この熱から機械的作業を実際に行うことが可能である。アルミニウムはその構造の多くの部分で使用できるが、乾燥ガスの希薄化に使用される特定の機能には、そのような熱収縮性プラスチック材料が必要である。
以下の定義は、本発明を説明するために本開示において使用されるいくつかの用語を説明するために一般的に使用される。
「内向き」とは、食品の方向を指すことを意味するものとする。
「外向き」とは、食品から離れる方向を指すことを意味するものとする。
「露点温度」とは、一定の気圧の乾燥ガスのサンプル中の加湿液の蒸気が、それが蒸発するのと同じ速度で加湿液に凝縮する温度を意味するものとする。
本出願の目的において「加湿液」とは、それ自体を蒸発させて冷却するために使用されるあらゆる液体を意味するものとする。
本出願の目的において「コンパートメント」とは、突起と、食品容器側壁及び被覆スリーブ部材側壁のうちの1つとによって囲まれた空間を意味するものとする。
本出願の目的において「圧力差」とは、上記2つの流体間の重力の高さの差による圧力差を含む、乾燥ガスシールによって分離された2つの流体間の圧力差を意味するものとする。そのような2つの流体のうちのいずれか1つが室内に収容され、他方よりも高い圧力を有する可能性があることが予想される。
本出願の目的において「化合物」とは、互いに反応して吸熱的に冷却でき、水などの加湿液に溶解してその元素又はその元素の組み合わせからイオンを形成し、吸熱的に冷却できる任意の化合物を意味するものとする。
本出願の目的において「食品」とは、消耗品である任意の物質、好ましくは液体飲料を意味するものとする。
「食品容器」とは、食物又は飲料を貯蔵できる金属又はプラスチック製の任意の食品容器を意味するものとする。
本出願の目的において「乾燥ガス」とは、実質的に低い水蒸気分圧が10°F未満の露点温度に近づいている状態で、その中に加湿液がほとんど又はまったくないガスを意味するものとする。なお、乾燥ガス自体が液化する可能性がある。
本出願の目的において「湿潤ガス」とは、より高い水蒸気圧及び10°F超の露点温度を有するように加湿された乾燥ガスを意味するものとする。
本出願の目的において「乾燥ガス室」とは、好ましくは乾燥ガスを収容及び送出し、その中に他の構造を保持し得る機能的構造である。
本発明の第1の実施形態では、食品容器は、シール破壊構造を提供するために、食品容器側壁に取り付けられた金属の及びプラスチックのストリップの、接着剤で裏打ちされたものを備える。シール破壊構造はまた、食品容器側壁に作られたくぼみとして内向きにあってもよいが、好ましくは、シール破壊構造は、食品容器側壁の滑らかさの崩壊として作用するように取り付けられた厚い自己接着性プラスチックストリップとして提供されてもよい。食品容器側壁上に乾燥ガスシールによってなされたシールを崩壊するためのシール破壊構造が設けられる。
a)食品容器側壁に対してコンパートメントを形成する場合、様々な異なる化合物を外向き突起の間に貯蔵できる。被覆スリーブ部材に対してコンパートメントを形成する場合、より明確な化学物質は、内向き突起の間に貯蔵できる。
b)加湿液を突起の間に引き込んで、化合物をイオン化し、冷却することができる。乾燥ガスは、コンパートメントを自由に通過して、加湿液を蒸発させることもできる。
c)吸熱的に反応する反応化学物質は、コンパートメントを変形させることにより反応を混合する前に、別々のコンパートメント間に貯蔵できる。
ここで、θ=(25+19v)であり、vはガス流の速度である。
ここで、Ehは<水を加熱するために使用されるエネルギーであり、Evは、100℃で水を蒸発させるために必要なエネルギーである。
本発明の第2の実施形態を、図11、図12及び図20に示す。本発明の第2の実施形態では、第1の実施形態で使用したものと同じ要素を使用して、装置の別の使用方法及び動作方法を再構成する。今回は、乾燥ガスシールがさらに下に移動して配置され、被覆スリーブ部材側壁の内向き表面と内部スリーブ部材側壁底縁の外向き表面との間を密封する。したがって、内部スリーブ部材、乾燥ガスシール、被覆スリーブ部材シール、及び食品容器は、部分的に加湿液室を形成する。加湿液は、高度に水和された反応化合物に保持される。したがって、加湿液として水を生成する吸熱反応を有する反応化合物の反応により、加湿液が適所に放出される。乾燥ガス室は、加湿液室から分離された乾燥ガスシールの下方に形成されている。本発明のこの実施形態では、内部スリーブ部材の外向き突起を備えた食品容器側壁によって形成されたコンパートメント内に、内部スリーブ部材の両側の間に反応化合物が貯蔵される。反応化合物は、内部スリーブ部材側壁の外側で、内部スリーブ部材の内向き突起を備えた被覆スリーブ部材側壁によって形成されたコンパートメント内に貯蔵することもできる。
本発明の第3の実施形態を図15に示す。本発明の第3の実施形態では、第1の実施形態で使用したものと同じ要素を使用して、装置10の別の使用方法及び動作方法を再構成する。本発明の第3の実施形態では、乾燥ガスシールは、内部スリーブ部材側壁上縁の内向き表面と食品容器側壁の外向き表面との間を密封するように単に移動される。加湿液は、食品容器側壁と内部スリーブ部材の外向き突起との間に形成されたコンパートメントを満たすために使用される。その
本発明の第4の実施形態を図16に示す。本発明の第4の実施形態では、第1の実施形態で使用したものと同じ要素を使用して、装置の別の使用方法及び動作方法を再構成する。本発明の第4の実施形態では、乾燥ガスシールは、内部スリーブ部材側壁の内向き表面のほぼ半分まで再び移動して、内部スリーブ部材側壁上端の内向き表面と第2の実施形態と同様の食品容器側壁の外向き表面との間を封止する。内部スリーブ部材の外向き突起の内向き表面と食品容器側壁の外向き表面との間の乾燥ガスシールの下方に形成されたコンパートメントに加湿液が充填される。これにより、内部スリーブ部材の外向き突起の内向き表面と食品容器側壁の外向き表面との間に形成されたコンパートメントに、乾燥ガスシールの上方に溶解化合物を充填することができる。
a)冷たい溶液から水蒸気を取り除いて蒸発させ、冷却を高める。
b)溶液の負のエントロピーでイオン化された化合物を脱水して元のイオン化可能な化合物の状態に戻し、再利用してさらに冷却する(イオン化可能な化合物の保存)。
c)冷たい溶液からの蒸発熱を除去するだけでなく、イオン溶液からの化合物の任意の可逆的改質エネルギーを除去して、溶液からのイオンの形成熱の逆転による再加熱を防止する。
d)乾燥ガスを使用して反応生成水から水蒸気を蒸発させ、より多くの熱を取り除き、蒸気をきれいにしてさらに冷却する。
e)環状プラスチック熱収縮蒸気吸収材保持空間の変形によって乾燥ガスを自動的に気化して、乾燥ガス室の容積を増やし、乾燥ガスの希薄化を実現し、その蒸気分圧を下げることによって加湿液をさらに蒸発させる。
本発明で開示される第1の熱輸送手段は、加湿液の溶液と再び再利用するためのイオンを形成する溶質とからイオン状態を再生するための媒体として実質的に乾燥したガスを使用する。これにより、次のことが実現する。
a)乾燥ガス室に入る加湿液に溶解するイオン化化合物によって冷却すること
b)加湿液の可逆的塩析でイオン化可能な化合物を再構成及び再形成する乾燥ガスによりさらに冷却して、再利用のための溶液と乾燥溶質との溶媒を枯渇させ、より多くの加湿液を乾燥ガス室に入れて脱ミネラル化の再生された溶質を再利用することで同じことのほとんどを達成し、さらにイオン化して再び冷却し、冷却サイクルを繰り返すこと
c)(a)又は(b)の加湿液を乾燥ガスにより蒸発させることでさらに冷却すること
図1~図10を参照すると、標準的な食品容器20が提供される。食品容器20は、好ましくは、標準設計の円筒状飲料食品容器であり、標準食品放出手段113及び標準的な食品放出口112を備えている。食品容器20は、食品容器側壁100の表面上にシール破壊構造122を備え、これは、食品容器側壁100を破らないくぼみとすることができる。シール破壊構造122はまた、食品容器側壁100の滑らかさを破壊し、したがってそのシール能力を破壊することのできる単純な自己接着性突起とすることができる。シール破壊構造122の場所は、以下に応じて提供されるものとする。
ここでは、図18及び図19に示すように、装置の製造方法Mについて説明する。この製造方法Mは、概して、必要に応じて変更又は削除され得るタスクのいくつかの順序を除いて、すべての実施形態に適用される。標準的な食品容器20が提供される。提供された被覆スリーブ部材シール121及び被覆スリーブ部材シール121は、食品容器20の直径平面に平行な平面で食品容器側壁100の周りに円周方向に密閉して配置され、食品容器上壁継ぎ目114の周りを縛る。
食品放出手段113が使用される前に、冷却作動手段θが作動することが予想される。しかしながら、食品放出手段113が冷却作動手段θの前に作動された場合、食品容器20の圧力低下が食品容器側壁100の弛緩を引き起こし、食品容器の側壁100に対して乾燥ガスシールを緩め、これにより、指圧40を加えて乾燥ガスシール123の領域で被覆スリーブ部材側壁101を押すだけで、図10に示すように、装置123を作動させ、乾燥ガスシール123及び食品容器側壁100を変形させ、加湿液HLが乾燥ガス室DGSに漏れることを可能にすることが予想される。いずれの場合でも、重力の圧力差により、加湿液HLは、乾燥ガスシール123と食品容器側壁100との間を通り抜け、これにより冷却を作動させる。したがって、食品放出手段113が最初に使用されるときに、第2の冷却作動手段が提供される。冷却作動手段θが作動すると、食品容器側壁100に対する被覆スリーブ部材シール121及び乾燥ガスシール123を有する被覆スリーブ部材30の回転により、シール破壊構造122が乾燥ガスシール123の下を横切り、加湿液室Wに加湿液HLを保持する食品容器側壁100とのシールを解除する。加湿液HLは、外向き突起間に進入し、保持されているイオン性化合物Sを溶解する。これにより、加湿液HLの第1の吸熱冷却がなされる。加湿液HLはまた、内部スリーブ部材側壁105を飽和させ、ウィック140は、加湿液を吸収する。乾燥ガスDGは、ウィック140から加湿液蒸気Vwを吸収し、それの蒸発は、加湿液HLの第2のさらなる冷却を引き起こす。さらに、化合物Sの溶解化合物DCCの種によって形成された溶液と、加湿液HLが乾燥ガスGSに蒸発することによって加湿液が乾燥するとき、第3の冷却が達成される。
図11及び図12並びに図13を参照すると、標準的な食品容器20が提供される。前と同様に、食品容器20は、好ましくは、標準的な設計の円筒状飲料容器であり、標準的な食品放出手段112を備える。
標準的な食品容器20が提供される。
冷却作動手段40は、指圧fを使用して乾燥ガスシール123を変形させることにより作動され、加湿液室Wと乾燥ガス室DGSとの間の流体連通を引き起こす。食品放出手段113が使用される前に、冷却作動手段40が作動されることが予想される。しかしながら、食品放出手段113が冷却作動手段の前に作動された場合、食品容器20の圧力低下が食品容器側壁100の弛緩を引き起こし、内部スリーブ部材側壁105に対して乾燥ガスシール123のグリップを緩め、これにより、加湿液室Wと乾燥ガス室DGSとプラスチック熱収縮蒸気吸収材Dとの間の流体連通を引き起こすことが予想される。
図15を参照すると、標準的な食品容器20が提供される。この実施形態は、同じ要素を有する第1及び第2の実施形態のちょうど別のバージョンである。この第3の実施形態と第1の実施形態との違いは、乾燥ガスシール123が、内側スリーブ部材側壁105の内側スリーブ部材側壁上縁105a及び食品容器側壁100に作られることである。
この方法は、わずかな違いを除いて、第1の実施形態に必要なステップと本質的に同じであり、標準的な食品容器20が提供される。
食品放出手段113が使用される前に、乾燥ガスシール123を変形させるために指fの圧力によって冷却作動手段40が作動されることが予想される。しかしながら、食品放出手段113が冷却作動手段40の前に使用された場合、食品Pにおけるシールの欠如及び炭酸食品容器20内のシールの欠如による圧力低下が、食品容器側壁100の弛緩を引き起こし、したがって内部スリーブ部材102と被覆スリーブ部材側壁101との間の乾燥ガスシール123によって形成されるシールの完全性を損ない、また、乾燥ガスGSのわずかな希薄化により、乾燥ガス室DGS(低圧)と加湿液室wとの間に圧力差が生じることが予想される。冷却作動手段40のいずれの場合でも、加湿液HLは、加湿液室Wからの加湿液蒸気Vwを自然に乾燥ガス室DGSに蒸発させる。乾燥ガスGSのわずかな希薄化により、乾燥ガス室DGS(低圧)と加湿液室wとの間に圧力差が生じる。冷却作動手段40のいずれの場合でも、加湿液蒸気Vwは、自然に蒸発させられ、乾燥ガス室DGSと加湿液室Wとの間の圧力差によって乾燥ガス室DGSに入る。これにより、加湿液蒸気Vwの乾燥ガスGSへの蒸発による冷却プロセスが開始される。食品放出手段113が冷却作動手段40の前に使用される場合も同じことが起こる。食品Pから炭酸化圧力が解放されると、食品容器側壁100上での乾燥ガスシール123の保持が弱まり、乾燥ガスGSがわずかに希薄化すると、乾燥ガス室DGS(低圧)と加湿液室wとの間に気圧差が生じる。冷却作動手段40のいずれの場合でも、加湿液蒸気Vwは、自然と、乾燥ガス室DGSに入るように強制される。加湿液蒸気Vwは、内部に乾燥ガスDGを有する乾燥ガス室DGSを通過する。乾燥ガス室DGSは、その内部に化合物Sを収容していると予想される。これにより、さらに吸熱冷却が行われる。乾燥ガスGSは、加湿液HLを加湿液蒸気Vwに気化させ、気化冷却が行われる。乾燥ガスDGは、加湿液蒸気Vwを吸収し、これは、乾燥ガスDGの露点温度を低下させ、それは、湿潤ガスになる。蒸発熱Hは、乾燥ガスDGが湿り、露点温度を下げるにつれて取り除かれる。前と同様に、プラスチック熱収縮蒸気吸収材Dは、加湿液蒸気Vwを吸着するにつれて加熱され、延伸成形されることによって張力がかけられた環状プラスチック熱収縮蒸気吸収材保持空間壁133は、その面積の変形及び収縮によるその温度の上昇に応答する。
Claims (14)
- 自己冷却装置であって、
食品容器壁外面を備えた食品容器壁を有する食品容器と、
前記食品容器に接続され、加湿液を含む第1室と、
前記食品容器壁外面の少なくとも一部にわたって延び、前記食品容器壁外面と熱連通する第2室であって、周囲大気圧で露点が10°F(-12.22℃)未満である乾燥ガスを含む第2室と、
前記第1室を前記第2室から密閉して分離するバリア構造と、
前記バリア構造において前記第1室と前記第2室との間の流体連通を開くための加湿液放出機構であって、当該加湿液放出機構の作動により、前記加湿液の少なくとも一部が前記第2室内に放出される、加湿液放出機構と、を備える、自己冷却装置。 - 前記食品容器が、製品放出口と、前記製品放出口を通して食品を放出するように動作するための製品放出機構と、を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記食品容器が、円筒状食品容器側壁と、食品容器上壁と、食品容器底壁と、を有し、前記食品容器上壁が、前記製品放出口を備える、請求項2に記載の装置。
- 前記第2室が、前記食品容器の前記底壁の上にわたって延びている、請求項3に記載の装置。
- 液体、蒸気及びガスに対して実質的に不透過性の被覆スリーブ部材壁を備えた被覆スリーブ部材を備え、前記被覆スリーブ部材壁が、前記食品容器壁から外向きに距離をあけて配置され、前記食品容器壁に回転可能に密閉された被覆スリーブ部材密閉部を有し、前記食品容器壁と前記被覆スリーブ部材との間に閉鎖空間を規定し、前記閉鎖空間が、前記第1室及び前記第2室を収容及び規定し、前記第1室と前記第2室との間に前記バリア構造を収容する、請求項4に記載の装置。
- 前記被覆スリーブ部材の上方で上向きに延びる延長グリップをさらに備え、前記被覆スリーブ部材が、前記食品容器壁に対して回転可能であり、前記バリア構造が、前記閉鎖空間内に、前記食品容器壁及び前記被覆スリーブ部材と密閉接触し、かつ前記食品容器壁に対して摺動可能なリング構造を備え、前記加湿液放出機構が、前記食品容器壁上に、前記リング構造よりも幅広でかつ前記リング構造と回転可能に整列した突起を備え、
前記延長グリップ及び前記被覆スリーブ部材を把持し、前記延長グリップ、したがって前記食品容器を前記被覆スリーブ部材に対して回転させることにより、前記リング構造が前記突起上に延びる位置に前記突起に対して前記リング構造を移動させて、前記第1室と前記第2室との間の流体連通を開く、請求項5に記載の装置。 - 前記第2室がさらに吸熱化合物をさらに含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記バリア構造は、前記食品容器壁の円周方向に延び、前記被覆スリーブ部材密閉部の下方に間隔をおいて配置された乾燥ガスシールを備え、前記第1室は、前記乾燥ガスシールの上方に規定され、前記第2室は、前記乾燥ガスシールの下方に規定され、
前記装置は、さらに、前記食品容器壁と前記被覆スリーブ部材との間の前記第2室内に内部スリーブ部材を備え、当該内部スリーブ部材は吸熱化合物が注入される、請求項5または請求項6に記載の装置。 - 前記吸熱化合物は、塩化カリウム、塩化アンモニウム又は硝酸アンモニウムである、請求項7または請求項8に記載の装置。
- 前記加湿液が、水又はジメチルエーテルを含む、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記乾燥ガスが、実質的に乾燥した空気、実質的に乾燥した窒素、及び実質的に乾燥した二酸化炭素のうちの1つを含む、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の装置。
- 前記食品容器が、缶である、請求項1に記載の装置。
- 前記第2室の圧力は、周囲大気圧未満であり、かつ、前記第1室の圧力より低い、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の装置。
- 食品容器壁外面を備えた食品容器壁を有する食品容器を提供することと、
前記食品容器に接続され、加湿液を含む第1室を形成することと、
前記食品容器壁外面の少なくとも一部にわたって延び、前記食品容器壁外面と熱連通する第2室であって、周囲大気圧で露点が10°F(-12.22℃)未満である乾燥ガスを含む第2室を形成することと、
前記第1室を前記第2室から密閉して分離するバリア構造を提供することと、
前記バリア構造において前記第1室と前記第2室との間の流体連通を開くための加湿液放出機構を提供することであって、当該加湿液放出機構の作動により、前記加湿液の少なくとも一部が前記第2室内に放出される、加湿液放出機構を提供することと、を含む方法。
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