RU2291361C2 - Containers cooled by diffusion evaporation - Google Patents
Containers cooled by diffusion evaporation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291361C2 RU2291361C2 RU2004139114/12A RU2004139114A RU2291361C2 RU 2291361 C2 RU2291361 C2 RU 2291361C2 RU 2004139114/12 A RU2004139114/12 A RU 2004139114/12A RU 2004139114 A RU2004139114 A RU 2004139114A RU 2291361 C2 RU2291361 C2 RU 2291361C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- porous
- matrix
- liquid
- container
- container according
- Prior art date
Links
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 title claims abstract description 267
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 title claims abstract description 267
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 263
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 206
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 199
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 134
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 119
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 74
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 62
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 54
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 41
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 25
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 25
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 claims description 24
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 24
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 24
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 21
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 20
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 19
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 19
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 18
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 18
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 16
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 11
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 10
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 claims description 7
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 7
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004801 Chlorinated PVC Substances 0.000 claims description 5
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 claims description 5
- 229920000457 chlorinated polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 claims description 5
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 claims description 5
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 4
- ZHPNWZCWUUJAJC-UHFFFAOYSA-N fluorosilicon Chemical compound [Si]F ZHPNWZCWUUJAJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 3
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 3
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 3
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 claims description 2
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 claims description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 2
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 157
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 53
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 12
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 12
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 12
- 239000003570 air Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 10
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 9
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 9
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 7
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 7
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 6
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 6
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 6
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 6
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 5
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 description 5
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 description 5
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 5
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 5
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 229920005557 bromobutyl Polymers 0.000 description 4
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005556 chlorobutyl Polymers 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 4
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 3
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 3
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229920000295 expanded polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 3
- 229920001179 medium density polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004701 medium-density polyethylene Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 3
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 3
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 229920006132 styrene block copolymer Polymers 0.000 description 3
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000784 Nomex Polymers 0.000 description 2
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 2
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 2
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000014171 carbonated beverage Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 2
- 239000004763 nomex Substances 0.000 description 2
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 2
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229920001195 polyisoprene Polymers 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 2
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 description 2
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000346 polystyrene-polyisoprene block-polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000007103 stamina Effects 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 229920006344 thermoplastic copolyester Polymers 0.000 description 2
- 229920002397 thermoplastic olefin Polymers 0.000 description 2
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 229920006342 thermoplastic vulcanizate Polymers 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical compound OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000219 Ethylene vinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920002449 FKM Polymers 0.000 description 1
- 229920002633 Kraton (polymer) Polymers 0.000 description 1
- 229920010126 Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) Polymers 0.000 description 1
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 description 1
- 229910000503 Na-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 229920006328 Styrofoam Polymers 0.000 description 1
- 229920010741 Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Polymers 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- UFRKOOWSQGXVKV-UHFFFAOYSA-N ethene;ethenol Chemical compound C=C.OC=C UFRKOOWSQGXVKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BXOUVIIITJXIKB-UHFFFAOYSA-N ethene;styrene Chemical group C=C.C=CC1=CC=CC=C1 BXOUVIIITJXIKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000004715 ethylene vinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002681 hypalon Polymers 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011185 multilayer composite material Substances 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000007505 plaque formation Effects 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- 229920005644 polyethylene terephthalate glycol copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000001846 repelling effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229920003031 santoprene Polymers 0.000 description 1
- 230000003678 scratch resistant effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000000429 sodium aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000012217 sodium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 229920001935 styrene-ethylene-butadiene-styrene Polymers 0.000 description 1
- 239000008261 styrofoam Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 125000000383 tetramethylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
- 229920003249 vinylidene fluoride hexafluoropropylene elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Packages (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к устройству и способу создания контейнера или укупорочного средства, используемого для охлаждения жидкости посредством диффузионного испарения.This invention relates to a device and method for creating a container or closure used to cool a liquid by diffusion evaporation.
Испарительное охлаждение как жилищ, так и воды начали использовать в Древнем Египте, и впоследствии оно распространилось на восток через Ближний и Средний Восток и Иран до севера Индии, на запад через Северную Африку в южную Испанию и другие регионы, страдающие от жаркого и сухого климата. При начальном использовании этого процесса неглазурованные глиняные горшки использовались в течение столетий для хранения воды, при этом дополнительное преимущество заключалось в охлаждении жидкого водного содержимого за счет абсорбции и впитывания воды в наружную глиняную поверхность с последующим испарением воды с этой поверхности. К сожалению, испарение непосредственно с наружной глиняной поверхности в конце концов приводило к образованию налета и уменьшению эффективности охлаждения, поскольку минералы накапливались на данной поверхности, уменьшая проницаемость по отношению к жидкостям и снижая давление пара, образованного жидкостью.Evaporative cooling of both dwellings and water began to be used in Ancient Egypt, and subsequently it spread east through the Near and Middle East and Iran to the north of India, west through North Africa to southern Spain and other regions suffering from hot and dry climates. When using this process for the first time, unglazed clay pots have been used for centuries to store water, with the added benefit of cooling the liquid water content by absorbing and absorbing water into the outer clay surface, followed by evaporation of water from this surface. Unfortunately, evaporation directly from the outer clay surface eventually led to the formation of plaque and a decrease in cooling efficiency, since minerals accumulated on this surface, reducing the permeability to liquids and lowering the pressure of the vapor formed by the liquid.
Применялись другие способы, основанные на уменьшении передачи тепла из окружающей среды к жидкости. Способы, которые использовались, предусматривали применение вакуумных термосов и термосов с воздушным зазором и изоляционных оболочек из вспененного материала. Дополнительные устройства, в которых использовался лед, замороженные холодные брикеты или палочки, применялись для компенсации нагрева, вызванного окружающей средой, и возврата жидкости в контейнере к температуре окружающей среды. Во всех этих случаях конструкция системы требует того, чтобы жидкое содержимое, отдельная камера и/или оболочка бутылки подвергались охлаждению, что может привести к проблемам излишней массы в дополнение к потере рабочего объема жидкости в контейнере. Во всех таких способах температура жидкости будет приходить в равновесие и в конце концов возвращаться к температуре окружающей среды.Other methods were used based on reducing heat transfer from the environment to the liquid. The methods that were used included the use of vacuum thermos and air gap thermos and insulation shells made of foam material. Additional devices that used ice, frozen cold briquettes or sticks were used to compensate for the heat caused by the environment and the return of the liquid in the container to the ambient temperature. In all these cases, the design of the system requires that the liquid contents, a separate chamber and / or the shell of the bottle be cooled, which can lead to problems of excess weight in addition to the loss of the working volume of the liquid in the container. In all such methods, the temperature of the liquid will come to equilibrium and eventually return to ambient temperature.
Диффузионное испарение определяют как комбинацию проникновения пара и испарения через матрицу. С 1987 г. диффузионное испарение через мембрану получило широкое распространение в химической промышленности для разделения и регенерации смесей жидкостей (Chemical Engineering Progress, pp.45-52, July 1992). Способ отличается введением барьерной матрицы между жидкой и газообразной фазами. Жидкость находится в фактическом контакте с одной стороной матрицы. Перенос массы пара происходит избирательно к стороне матрицы, контактирующей с газом, что приводит к потере жидкости или к потере выбранных летучих компонентов жидкости и потере скрытой теплоты парообразования. Процесс назван диффузионным испарением вследствие уникальной комбинации "проникновения" пара через пористую матрицу и "парообразования", перехода жидкости в паровую фазу. Без добавления тепла к жидкости температура падает вследствие скрытой теплоты парообразования до тех пор, пока не будет достигнута равновесная температура, при которой тепло, поглощаемое из окружающей среды, будет равно скрытой теплоте, теряемой вследствие испарения жидкости на поверхности матрицы или в порах.Diffusion evaporation is defined as a combination of vapor penetration and evaporation through a matrix. Since 1987, membrane diffusion evaporation has been widely used in the chemical industry for the separation and regeneration of liquid mixtures (Chemical Engineering Progress, pp. 45-52, July 1992). The method is distinguished by the introduction of a barrier matrix between the liquid and gaseous phases. The fluid is in actual contact with one side of the matrix. The mass transfer of steam occurs selectively to the side of the matrix in contact with the gas, which leads to loss of fluid or to the loss of selected volatile components of the fluid and the loss of latent heat of vaporization. The process is called diffusion evaporation due to the unique combination of "penetration" of vapor through the porous matrix and "vaporization", the transition of liquid into the vapor phase. Without adding heat to the liquid, the temperature drops due to the latent heat of vaporization until an equilibrium temperature is reached at which the heat absorbed from the environment is equal to the latent heat lost due to evaporation of the liquid on the matrix surface or in the pores.
В патенте США 5946931 раскрыто использование устройства с политетрафторэтиленовой мембраной для испарительного охлаждения, в котором используется поток текучей среды с ламинарным течением над мембраной для охлаждения присоединенного устройства или окружающей среды. В патенте США 4824741 раскрыто использование матрицы для охлаждения посредством диффузионного испарения, предназначенной для охлаждения поверхности пластины гальванического элемента. Влажная пластина может быть изготовлена из некатализированного, скрепленного политетрафторэтиленом, электродного материала, пригодного пористого спекшегося порошка, пористых волокон или даже из пористой полимерной пленки. В JP 2002-089755 (реферат, чертеж) раскрыто использование испарительной трубки, в частности гибкой трубки, охлаждаемой за счет диффузионного испарения, в которой, по меньшей мере, один из множества материалов является пористым. В патенте США 4007601 раскрыто использование испарительного охлаждения в циркуляционном пористом полом теплообменнике для получения охлажденной текучей среды.US Pat. No. 5,946,931 discloses the use of a device with a polytetrafluoroethylene membrane for evaporative cooling, which uses a laminar flow fluid stream above the membrane to cool an attached device or the environment. US Pat. No. 4,824,741 discloses the use of a matrix for cooling by diffusion evaporation designed to cool a plate surface of a cell. The wet plate may be made of non-catalyzed, bonded with polytetrafluoroethylene, electrode material, suitable porous sintered powder, porous fibers, or even a porous polymer film. JP 2002-089755 (abstract, drawing) discloses the use of an evaporation tube, in particular a flexible tube, cooled by diffusion evaporation, in which at least one of the plurality of materials is porous. US Pat. No. 4,007,601 discloses the use of evaporative cooling in a circulating porous hollow heat exchanger to produce a cooled fluid.
Задачей изобретения является создание упрощенной системы охлаждения посредством диффузионного испарения для контейнеров для напитков и жидкостей, в которой не используются никакие механические насосы для подачи жидкости к поверхности матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, и которая не основана на действии разрежения для повышения эффективности охлаждения, что было присуще системам согласно известному уровню техники. Контейнер определяют как любое устройство или оболочку, которое удерживает жидкость независимо от того, является ли оно открытым или закрытым по отношению к внешней среде.The objective of the invention is to provide a simplified cooling system through diffusion evaporation for containers for drinks and liquids, which does not use any mechanical pumps to supply liquid to the surface of the matrix, providing diffusion evaporation, and which is not based on the effect of vacuum to increase the cooling efficiency, which was inherent systems according to the prior art. A container is defined as any device or enclosure that holds liquid, regardless of whether it is open or closed with respect to the external environment.
Поставленная задача решается всеми признаками формулы изобретения.The problem is solved by all the features of the claims.
В заявленном изобретении предусмотрено использование матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, которая предпочтительно образует часть тела или корпуса контейнера и образует от 5 до 100% всей площади поверхности контейнера. В этом случае жидкое содержимое контейнера охлаждается непосредственно на поверхности раздела между окружающей жидкостью и мембраной вследствие скрытой теплоты парообразования воды. Полученный в результате пар, образуемый жидкостью, теряется за счет выхода его через матрицу в окружающую среду или в коллектор или уловитель, такой, который может содержать абсорбирующий материал. К предпочтительным контейнерам относятся бутылки, банки, оплетенные бутыли и пакеты. В некоторых вариантах осуществления контейнеры могут быть встроены в конструкции большего размера, включая дома, раздаточные устройства и предметы одежды.In the claimed invention provides for the use of a matrix that provides diffusion evaporation, which preferably forms part of the body or body of the container and forms from 5 to 100% of the total surface area of the container. In this case, the liquid contents of the container are cooled directly on the interface between the surrounding liquid and the membrane due to the latent heat of vaporization of the water. The resulting vapor generated by the liquid is lost due to its release through the matrix into the environment or into a collector or trap, one that may contain absorbent material. Preferred containers include bottles, cans, braided bottles and bags. In some embodiments, containers may be incorporated into larger structures, including homes, dispensers, and clothing.
В одном варианте осуществления создан контейнер, охлаждаемый за счет диффузионного испарения, содержащий:In one embodiment, a container is provided that is cooled by diffusion evaporation, comprising:
корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок,a container body having one or more walls,
причем, по меньшей мере, 5% поверхности участка одной или нескольких стенок содержат матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение, причем матрица содержит пористый гидрофобный материал, при этом матрица обеспечивает возможность прохода через нее небольших количеств молекул летучего пара, образуемого жидкостью, испарение которой обеспечивает охлаждение контейнера.moreover, at least 5% of the surface area of one or more walls contain a matrix that provides diffusion evaporation, moreover, the matrix contains a porous hydrophobic material, while the matrix allows small quantities of molecules of volatile vapor formed by a liquid to pass through it, the evaporation of which provides cooling of the container .
Матрица дополнительно содержит тонкий гидрофобный или олеофобный пористый материал, присоединенный путем ламинирования к пористому гидрофобному материалу или осажденный на пористый гидрофобный материал.The matrix further comprises a thin hydrophobic or oleophobic porous material attached by lamination to a porous hydrophobic material or deposited on a porous hydrophobic material.
Матрица расположена на корпусе контейнера таким образом, что слой пористого гидрофобного материала обращен к внутреннему пространству контейнера.The matrix is located on the container body so that the layer of porous hydrophobic material faces the interior of the container.
Предпочтительно, по меньшей мере, 10% поверхности участка одной или нескольких стенок содержат указанную матрицу.Preferably, at least 10% of the surface area of one or more walls contains the specified matrix.
Контейнер дополнительно содержит основание, прикрепленное к одной или нескольким стенкам.The container further comprises a base attached to one or more walls.
Кроме того, контейнер дополнительно содержит восстанавливаемый наружный слой или наружный слой одноразового применения, расположенный непосредственно рядом с, по меньшей мере, частью корпуса контейнера, причем слой содержит осушитель или абсорбирующий материал, который абсорбирует влагу или другую текучую среду, образующуюся в результате диффузионного испарения.In addition, the container further comprises a reconstitutable outer layer or a disposable outer layer located immediately adjacent to at least a portion of the container body, the layer containing a desiccant or absorbent material that absorbs moisture or other fluid resulting from diffusion evaporation.
Предпочтительно, матрица содержит внутренний слой, содержащий пористый материал с высокой степенью гидрофобности, размещенный между двумя наружными слоями пористого гидрофобного материала.Preferably, the matrix comprises an inner layer containing a porous material with a high degree of hydrophobicity, placed between the two outer layers of the porous hydrophobic material.
При этом внутренний слой имеет размер пор и толщину, которые меньше размера пор и толщины наружных слоев.In this case, the inner layer has a pore size and thickness that is less than the pore size and the thickness of the outer layers.
Внутренний слой может содержать политетрафторэтилен и наружный слой может содержать полиэтилен.The inner layer may contain polytetrafluoroethylene and the outer layer may contain polyethylene.
Контейнер предпочтительно содержит множество опорных выступов.The container preferably comprises a plurality of support projections.
Предпочтительно, матрица может состоять из полых или вспененных частиц, которые сплавлены или склеены вместе для уменьшения удельной теплопроводности матрицы и потери эффективности охлаждения за счет диффузионного испарения.Preferably, the matrix may consist of hollow or foamed particles that are fused or glued together to reduce the thermal conductivity of the matrix and the loss of cooling efficiency due to diffusion evaporation.
Контейнер дополнительно содержит изолирующую гильзу, окружающую, по меньшей мере, участок одной или нескольких стенок. При этом изолирующая гильза содержит пористый материал, является в основном трубчатой, при этом в стенке выполнено одно или несколько отверстий, в результате чего гильза поворачивается вокруг контейнера для избирательного закрытия или открытия для воздействия участков матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение.The container further comprises an insulating sleeve surrounding at least a portion of one or more walls. In this case, the insulating sleeve contains a porous material, it is mainly tubular, and one or more holes are made in the wall, as a result of which the sleeve rotates around the container for selective closure or opening for exposure of the sections of the matrix, which provides diffusion evaporation.
Гильза для осушителя и/или материала для фазового превращения может быть размещена вокруг или на одном конце контейнера.The liner for the desiccant and / or material for the phase transformation can be placed around or at one end of the container.
В еще одном варианте осуществления создан контейнер для жидкостей, содержащий:In yet another embodiment, a fluid container is provided comprising:
корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок,a container body having one or more walls,
причем, по меньшей мере, участок одной или нескольких стенок содержит гидрофобную пористую матрицу, обеспечивающую прохождение пара из жидкости в контейнере так, что диффузионное испарение или испарение пара способствует охлаждению жидкости в контейнере,moreover, at least a portion of one or more walls contains a hydrophobic porous matrix that allows the passage of steam from the liquid in the container so that diffusion evaporation or vaporization of the vapor helps to cool the liquid in the container,
восстанавливаемый наружный слой или наружный слой одноразового применения, расположенный непосредственно рядом с, по меньшей мере, участком корпуса контейнера, при этом слой содержит осушитель или абсорбирующий материал, который абсорбирует влагу или другую текучую среду, образующуюся в результате диффузионного испарения или испарения.a reconstitutable outer layer or a disposable outer layer located immediately adjacent to at least a portion of the container body, the layer containing a desiccant or absorbent material that absorbs moisture or other fluid resulting from diffusion evaporation or evaporation.
Пористая матрица предпочтительно содержит мембрану, содержащую пористую спеченную матрицу. При этом пористая матрица выполнена из полимера, выбранного из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, сополимеры этилена, полиметилпентены, полибутилены и их смеси; пористая матрица выполнена из полимера, выбранного из группы, включающей политетрафторэтилен, поливинилфторид, поливинилиденфторид, полиэтилентетрафторэтилен, фторированный этилен пропилен, полиперфторалкоксиэтилен, поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, поливинилдихлорид и их смеси.The porous matrix preferably contains a membrane containing a porous sintered matrix. Moreover, the porous matrix is made of a polymer selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, copolymers of ethylene, polymethylpentenes, polybutylenes and mixtures thereof; the porous matrix is made of a polymer selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyethylene tetrafluoroethylene, fluorinated ethylene propylene, polyperfluoroalkoxyethylene, polyvinyl chloride, chlorinated polyvinyl chloride, polyvinyl dichloride and mixtures thereof.
Пористая матрица выполнена из смеси фторированной добавки с нефторированной смолой, силикона или фторсиликона.The porous matrix is made of a mixture of a fluorinated additive with a non-fluorinated resin, silicone or fluorosilicon.
Пористая матрица может иметь толщину от 0,025 до 7.0 мм, от 0,05 до 3.0 мм.The porous matrix may have a thickness of from 0.025 to 7.0 mm, from 0.05 to 3.0 mm.
Пористая матрица может иметь размер пор от 0,05 до 500 мкм, от 0,1 до 100 мкм.The porous matrix may have a pore size of from 0.05 to 500 microns, from 0.1 to 100 microns.
Пористая матрица может иметь пористость в процентах от 10 до 90%, от 30 до 70%.The porous matrix may have porosity in percent from 10 to 90%, from 30 to 70%.
Предпочтительно, участок одной или нескольких стенок составляет от 5 до 100% всей площади поверхности контейнера.Preferably, the portion of one or more walls comprises from 5 to 100% of the total surface area of the container.
Пористая матрица может состоять из полых или вспененных частиц, которые сплавлены или склеены вместе для уменьшения удельной теплопроводности матрицы.The porous matrix may consist of hollow or foamed particles that are fused or glued together to reduce the thermal conductivity of the matrix.
Предпочтительно, гидрофобная пористая матрица имеет складчатую структуру.Preferably, the hydrophobic porous matrix has a folded structure.
В другом варианте осуществления создан контейнер для жидкостей, содержащий:In another embodiment, a fluid container is provided comprising:
корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок,a container body having one or more walls,
причем, по меньшей мере, участок одной или нескольких стенок содержит гидрофобную пористую матрицу, обеспечивающую прохождение пара из жидкости в контейнере так, что диффузионное испарение или испарение пара способствует охлаждению жидкости в контейнере,moreover, at least a portion of one or more walls contains a hydrophobic porous matrix that allows the passage of steam from the liquid in the container so that diffusion evaporation or vaporization of the vapor helps to cool the liquid in the container,
изолирующую гильзу, окружающую, по меньшей мере, участок одной или нескольких стенок.an insulating sleeve surrounding at least a portion of one or more walls.
В еще другом варианте осуществления создан контейнер для жидкостей, содержащий:In yet another embodiment, a fluid container is provided comprising:
корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок,a container body having one or more walls,
причем, по меньшей мере, участок одной или нескольких стенок содержит пористую матрицу, имеющую первую поверхность и вторую поверхность, причем первая поверхность является гидрофобной поверхностью, а вторая поверхность является гидрофильной поверхностью, при этом пористая матрица обеспечивает прохождение пара из жидкости в контейнере так, что диффузионное испарение или испарение пара способствует охлаждению жидкости в контейнере.moreover, at least a portion of one or more walls contains a porous matrix having a first surface and a second surface, the first surface being a hydrophobic surface and the second surface being a hydrophilic surface, wherein the porous matrix allows vapor to pass from the liquid into the container so that diffusion evaporation or vapor evaporation helps to cool the liquid in the container.
Пористая матрица расположена таким образом, что гидрофильный слой обращен к внутреннему пространству контейнера.The porous matrix is positioned so that the hydrophilic layer faces the interior of the container.
Пористая матрица содержит мембрану из пористого гидрофильного материала, присоединенного путем ламинирования к пористому гидрофобному материалу.The porous matrix contains a membrane of a porous hydrophilic material attached by lamination to a porous hydrophobic material.
Предпочтительно, второй поверхности придается гидрофильность с помощью процесса обработки, выбранного из группы, включающей плазменное травление, химическое травление, пропитку смачивающими веществами и нанесение гидрофильных покрытий.Preferably, the second surface is rendered hydrophilic by a treatment process selected from the group consisting of plasma etching, chemical etching, wetting impregnation, and hydrophilic coating.
В одном варианте осуществления создана охлаждающая рубашка для контейнера, содержащая:In one embodiment, a cooling jacket for a container is provided comprising:
корпус рубашки, имеющийshirt body having
наружный слой, содержащий гидрофобный пористый материал, иan outer layer containing a hydrophobic porous material, and
внутренний слой, имеющий одинаковую протяженность с наружным слоем и сообщающийся по текучей среде с наружным слоем, причем внутренний слой приспособлен для удерживания летучей жидкости,an inner layer having the same extent with the outer layer and in fluid communication with the outer layer, the inner layer being adapted to hold volatile liquid,
при этом корпус рубашки имеет такую форму, которая обеспечивает возможность контакта внутреннего слоя, по меньшей мере, с частью контейнера.wherein the jacket body is shaped so that the inner layer can contact at least a portion of the container.
Внутренний слой может содержать подобный губке материал, одно или несколько пустых пространств.The inner layer may contain sponge-like material, one or more empty spaces.
Внутренний слой дополнительно содержит отверстие, выполненное с возможностью герметичного закрытия, для обеспечения возможности пополнения и герметизации внутреннего слоя.The inner layer further comprises an opening configured to be hermetically sealed to allow replenishment and sealing of the inner layer.
Корпус охлаждающей рубашки является в основном цилиндрическим.The cooling jacket body is generally cylindrical.
Охлаждающая рубашка дополнительно содержит средний слой между внутренним и наружным слоями.The cooling jacket further comprises a middle layer between the inner and outer layers.
В еще одном варианте осуществления создан охлаждающий предмет одежды, содержащий:In yet another embodiment, a cooling garment is provided comprising:
наружный слой, содержащий материал, обеспечивающий диффузионное испарение, содержащий матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение и обладающую гидрофобностью, иan outer layer comprising a material providing diffusion evaporation, comprising a matrix providing diffusion evaporation and having hydrophobicity, and
внутренний слой,the inner layer,
причем наружный слой сообщается по текучей среде с массой жидкого холодоносителя, и внутренний слой находится в тепловом контакте с пользователем предмета одежды.moreover, the outer layer is in fluid communication with the mass of liquid coolant, and the inner layer is in thermal contact with the user of the garment.
Охлаждающий предмет одежды дополнительно содержит средний слой, содержащий тонкий опорный, образующий барьер для жидкостей слой для слоя, обеспечивающего диффузионное испарение.The cooling article of clothing further comprises a middle layer comprising a thin support layer forming a liquid barrier for the layer providing diffusion evaporation.
Предпочтительно, охлаждающий предмет одежды может включаться или встраиваться в предмет форменной одежды или защитный костюм.Preferably, the cooling article of clothing may be incorporated or incorporated into a piece of uniform or a protective suit.
Охлаждающий предмет одежды дополнительно содержит трубку, сообщающуюся по текучей среде с массой жидкого холодоносителя, которая позволяет пользователю предмета одежды потреблять жидкий холодоноситель.The cooling article of clothing further comprises a tube in fluid communication with the mass of liquid coolant, which allows the user of the article of clothing to consume liquid coolant.
Охлаждающий предмет одежды дополнительно содержит восстанавливаемый наружный слой или наружный слой одноразового применения, содержащий осушитель или абсорбирующий материал, который абсорбирует влагу или другую текучую среду, образующуюся в результате диффузионного испарения.The cooling article of clothing further comprises a reconstitutable outer layer or a disposable outer layer comprising a desiccant or an absorbent material that absorbs moisture or other fluid resulting from diffusion evaporation.
При этом наружный слой собран в складки для увеличения площади поверхности для диффузионного испарения, средний слой представляет собой барьер для потенциально опасных биологических или химических материалов, внутренний слой содержит зоны с узором или змеевидные зоны, образованные термосваркой.The outer layer is folded to increase the surface area for diffusion evaporation, the middle layer is a barrier to potentially hazardous biological or chemical materials, the inner layer contains patterned zones or serpentine zones formed by heat sealing.
В другом варианте осуществления создана испарительная трубка или соломинка, охлаждаемая за счет диффузионного охлаждения, содержащая:In another embodiment, an evaporator tube or straw is created, cooled by diffusion cooling, comprising:
удлиненную полую трубчатую конструкцию, содержащую наружный слой, обеспечивающий диффузионное испарение, содержащий гидрофобный материал, имеющий одинаковую протяженность с пористым внутренним слоем, содержащим гидрофильный материал, причем внутренний слой образует полость, через которую проходит жидкость.an elongated hollow tubular structure containing an outer layer providing diffusion evaporation containing a hydrophobic material having the same extent as a porous inner layer containing a hydrophilic material, the inner layer forming a cavity through which the liquid passes.
Причем во время использования трубки жидкость проникает в пористый внутренний слой, образуя жидкостную пробку, которая существенно уменьшает количество воздуха, поступающего в трубчатую конструкцию через наружный слой.Moreover, during use of the tube, the liquid penetrates into the porous inner layer, forming a liquid plug, which significantly reduces the amount of air entering the tubular structure through the outer layer.
Предпочтительно, трубчатая конструкция образована из гидрофобной пористой трубки, внутренняя поверхность которой химически обрабатывается для придания ей гидрофильности.Preferably, the tubular structure is formed of a hydrophobic porous tube, the inner surface of which is chemically treated to give it hydrophilicity.
Трубка может быть изготовлена из двух кусков ламинированного листового материала и затем расширена с помощью вставки или обернута пластиковой или металлической обмоткой для закрытия прохода для жидкости.The tube can be made of two pieces of laminated sheet material and then expanded with an insert or wrapped in plastic or metal to close the fluid passage.
Предпочтительно, одна или несколько поверхностей покрыты осушителем и материалом для фазового превращения в поддерживающей гильзе для ускорения диффузионного испарения и предотвращения локального резкого повышения температуры.Preferably, one or more surfaces are coated with a desiccant and a phase conversion material in a support sleeve to accelerate diffusion evaporation and prevent a local sharp rise in temperature.
В еще другом варианте осуществления создана гибкая трубка, содержащая множество материалов, в которой, по меньшей мере, один из множества материалов является пористым, которая представляет собой композит, изготовленный из, по меньшей мере, одного гибкого материала и, по меньшей мере, одного жесткого материала с помощью сварки, экструзии, совместной экструзии, ламинирования и клея.In yet another embodiment, a flexible tube is created containing a plurality of materials, in which at least one of the plurality of materials is porous, which is a composite made of at least one flexible material and at least one rigid material by welding, extrusion, co-extrusion, lamination and glue.
При этом множество материалов размещены друг относительно друга или в виде спиралей, или в виде полосок, или чередующимся образом, причем жесткий материал является или пористым, или гидрофобным, или гидрофильным, или олеофобным, гибкий материал является или пористым, или гидрофобным, или гидрофильным, или олеофобным.Moreover, many materials are placed relative to each other either in the form of spirals, or in the form of strips, or in an alternating manner, the rigid material being either porous, or hydrophobic, or hydrophilic, or oleophobic, the flexible material is either porous, or hydrophobic, or hydrophilic, or oleophobic.
Согласно изобретению трубка или соломинка, охлаждаемая за счет диффузионного испарения, представляет собой удлиненную полую трубчатую конструкцию, имеющую наружный слой, обеспечивающий диффузионное испарение, содержащий гидрофобный материал, имеющий одинаковую протяженность с пористым внутренним слоем, содержащим гидрофильный материал, причем внутренний слой образует полость, через которую может проходить жидкость. В одном варианте осуществления трубчатая конструкция образована из гидрофобной пористой трубки, в которой внутренняя поверхность трубки была химически обработана для придания ей гидрофильности, в результате чего образуется внутренний слой.According to the invention, the tube or straw cooled by diffusion evaporation is an elongated hollow tubular structure having an outer layer providing diffusion evaporation containing a hydrophobic material having the same length as the porous inner layer containing the hydrophilic material, wherein the inner layer forms a cavity through which liquid can pass. In one embodiment, the tubular structure is formed of a hydrophobic porous tube in which the inner surface of the tube has been chemically treated to give it hydrophilicity, resulting in an inner layer.
Согласно изобретению охлаждающая рубашка для контейнера содержит корпус рубашки, имеющий наружный слой, содержащий гидрофобный пористый материал, и внутренний слой, имеющий одинаковую протяженность с наружным слоем и сообщающийся по текучей среде с наружным слоем, причем внутренний слой приспособлен для удерживания летучей жидкости, при этом корпус рубашки имеет форму, обеспечивающую возможность контакта внутреннего слоя, по меньшей мере, с частью контейнера.According to the invention, the cooling jacket for the container comprises a jacket body having an outer layer containing a hydrophobic porous material, and an inner layer having the same extent with the outer layer and in fluid communication with the outer layer, the inner layer being adapted to hold volatile liquid, while the housing the shirt has a shape that allows the inner layer to contact at least a portion of the container.
В предпочтительных вариантах осуществления контейнеры и охлаждающие рубашки могут дополнительно содержать восстанавливаемый наружный слой или наружный слой одноразового использования, расположенный непосредственно рядом или в контакте со слоем, обеспечивающим диффузионное испарение, содержащий осушитель, абсорбирующий материал или другое вещество, которое абсорбирует или адсорбирует влагу или другую текучую среду, образующуюся в результате диффузионного испарения.In preferred embodiments, the containers and cooling jackets may further comprise a reconstitutable outer layer or a disposable outer layer located directly adjacent to or in contact with a diffusion evaporation layer comprising a desiccant, absorbent material or other substance that absorbs or adsorbs moisture or other fluid medium formed as a result of diffusion evaporation.
Согласно изобретению охлаждающий предмет одежды содержит, по меньшей мере, два слоя: наружный слой, содержащий материал, обеспечивающий диффузионное испарение, содержащий гидрофобный ламинат, обеспечивающий диффузионное испарение; возможный средний слой, имеющий тонкий опорный, образующий барьер для жидкостей слой для слоя, обеспечивающего диффузионное испарение, и внутренний слой; причем наружный слой сообщается по текучей среде с массой жидкого холодоносителя, и внутренний слой находится в тепловом контакте с пользователем предмета одежды. Пользователь предмета одежды охлаждается за счет диффузионного испарения жидкого холодоносителя через материал наружного слоя, обеспечивающий диффузионное испарение. В предпочтительном варианте осуществления охлаждающий предмет одежды включен или встроен в предмет форменной одежды, такой как защитный предмет одежды или костюм. Предмет одежды может дополнительно содержать трубку, сообщающуюся по текучей среде с массой жидкого холодоносителя, которая позволяет носителю предмета одежды орально потреблять жидкий холодоноситель, предпочтительно воду. Для удобства пользователя трубка может быть гибкой, выполненной из, по меньшей мере, одного гибкого материала и, по меньшей мере, одного жесткого материала. В предпочтительном варианте осуществления предмет одежды дополнительно содержит восстанавливаемый наружный слой или наружный слой одноразового применения, содержащий осушитель или абсорбирующий материал, который абсорбирует влагу или другую текучую среду, образующуюся в результате диффузионного испарения.According to the invention, the cooling article of clothing comprises at least two layers: an outer layer comprising a material providing diffusion evaporation, comprising a hydrophobic laminate providing diffusion evaporation; a possible middle layer having a thin support, forming a barrier for liquids layer for a layer that provides diffusion evaporation, and the inner layer; moreover, the outer layer is in fluid communication with the mass of liquid coolant, and the inner layer is in thermal contact with the user of the garment. The user of the garment is cooled by diffusion evaporation of the liquid coolant through the material of the outer layer, providing diffusion evaporation. In a preferred embodiment, a cooling article of clothing is included or integrated in a piece of uniform, such as a protective article of clothing or a suit. The garment may further comprise a tube in fluid communication with the mass of the liquid coolant, which allows the wearer of the garment to orally consume the liquid coolant, preferably water. For user convenience, the tube may be flexible, made of at least one flexible material and at least one rigid material. In a preferred embodiment, the garment further comprises a disposable outer layer or a disposable outer layer comprising a desiccant or absorbent material that absorbs moisture or other fluid resulting from diffusion evaporation.
В предпочтительных вариантах осуществления также может иметь место один или несколько из нижеприведенных признаков: предмет одежды находится в тепловом контакте или за счет прямого контакта с кожей или за счет контакта через кусок ткани или материала, причем ткань или материал носит пользователь предмета одежды, и/или указанная ткань или материал представляет собой часть самого предмета одежды; наружный слой собран в складки для увеличения площади поверхности для диффузионного испарения; средний слой представляет собой барьер для потенциально опасных биологических или химических материалов; и внутренний слой содержит зоны с узором или змеевидные зоны, образованные термосваркой.In preferred embodiments, one or more of the following features may also occur: the garment is in thermal contact either by direct contact with the skin or by contact through a piece of cloth or material, the wearer of the garment being worn by the wearer and / or said fabric or material is part of the garment itself; the outer layer is folded to increase the surface area for diffusion evaporation; the middle layer represents a barrier to potentially hazardous biological or chemical materials; and the inner layer contains patterned zones or serpentine zones formed by heat sealing.
В соответствующем варианте осуществления предмет одежды может дополнительно содержать резервуар или сообщаться по текучей среде с резервуаром, в котором содержится дополнительный жидкий холодоноситель. Холодоноситель может подаваться в полые пространства, образованные между матрицей, обеспечивающей диффузионное испарение, и средним слоем из резервуара под действием силы тяжести или за счет впитывания. Предпочтительные жидкие холодоносители содержат воду, спирты и их смеси.In a corresponding embodiment, the garment may further comprise a reservoir or in fluid communication with the reservoir, which contains additional liquid coolant. The coolant can be fed into the hollow spaces formed between the matrix, providing diffusion evaporation, and the middle layer from the reservoir under the action of gravity or by absorption. Preferred liquid coolants contain water, alcohols and mixtures thereof.
В соответствующих вариантах осуществления также предусмотрены контейнеры, такие как бутылки или ранцы, содержащие материал, обеспечивающий диффузионное испарение, как описано ниже.In respective embodiments, containers are also provided, such as bottles or satchels containing diffusion evaporation material, as described below.
На фиг.1А и 1 В изображена бутылка на виде в плане и на виде с пространственным разделением элементов, в которой по существу плоская пористая матрица может быть обернута вокруг корпуса бутылки или насажена на корпус бутылки подобно цилиндру.1A and 1B show a bottle in a plan view and in a spatially separated view in which a substantially flat porous matrix can be wrapped around the bottle body or mounted on the bottle body like a cylinder.
На фиг.2 изображен выполненный с частичным пространственным разделением элементов вид многослойной конструкции согласно одному варианту осуществления, содержащей тонкую мембрану, расположенную в виде слоя между двумя макропористыми слоями.Figure 2 shows a partially exploded view of a multilayer structure according to one embodiment comprising a thin membrane located in the form of a layer between two macroporous layers.
На фиг.3А, 3В, 3С и 3D изображен вид в плане и вид с местным разрезом вариантов осуществления, в которых опорные выступы увеличивают жесткость пористой матрицы.On figa, 3B, 3C and 3D shows a plan view and a view with a local section of the embodiments in which the support protrusions increase the rigidity of the porous matrix.
На фиг.4 изображен контейнер, содержащий наружный пористый изолирующий слой. Этот слой уменьшает непосредственный радиационный нагрев внутренней поверхности бутылки, но тем не менее обеспечивает возможность потока при диффузионном испарении и потери скрытой теплоты.Figure 4 shows a container containing an outer porous insulating layer. This layer reduces direct radiation heating of the inner surface of the bottle, but nevertheless provides the possibility of flow during diffusion evaporation and loss of latent heat.
На фиг.5 изображен один вариант осуществления контейнера, содержащего собранную в складки матрицу, которая служит в качестве средства увеличения площади эффективной охлаждающей поверхности контейнера. Это создает возможность получения большей площади поверхности контейнера и уменьшения времени охлаждения жидкости в контейнере.Figure 5 shows one embodiment of a container containing a pleated matrix that serves as a means of increasing the area of the effective cooling surface of the container. This makes it possible to obtain a larger surface area of the container and to reduce the cooling time of the liquid in the container.
На фиг.6А и 6В изображен один вариант осуществления контейнера на виде в плане и виде с местным разрезом, содержащего регулируемую гильзу для ограничения величины потока при диффузионном испарении и потерь жидкости из контейнера. Эта гильза предпочтительно также уменьшает непосредственный радиационный нагрев внутренней поверхности бутылки, но тем не менее обеспечивает возможность потока при диффузионном испарении и потери скрытой теплоты.On figa and 6B depicts one embodiment of the container in plan view and view with a local section, containing an adjustable sleeve to limit the amount of flow during diffusion evaporation and loss of liquid from the container. This sleeve preferably also reduces direct radiation heating of the inner surface of the bottle, but nonetheless provides the possibility of flow during diffusion evaporation and loss of latent heat.
На фиг.7 изображено поперечное сечение двухслойной гильзы, обеспечивающей диффузионное испарение, содержащей губчатый или подобный губке материал, который может быть использован вместе с контейнером.7 shows a cross-section of a two-layer sleeve that provides diffusion evaporation, containing a spongy or sponge-like material that can be used with the container.
На фиг.8 изображен вид с местным разрезом другого варианта осуществления охлаждающей рубашки, обеспечивающей диффузионное испарение, которая используется на центральном корпусе, содержащем жидкость, такую как газированный напиток.FIG. 8 is a cutaway view of another embodiment of a cooling jacket providing diffusion evaporation that is used on a central body containing a liquid, such as a carbonated beverage.
На фиг.9 изображен график зависимости охлаждения от времени, относящийся к равновесному состоянию при охлаждении за счет диффузионного испарения при использовании различных пористых матриц.Figure 9 shows a graph of the dependence of cooling on time related to the equilibrium state during cooling due to diffusion evaporation using various porous matrices.
На фиг.10 изображен один вариант осуществления чашки для питья, охлаждаемой за счет диффузионного испарения.Figure 10 shows one embodiment of a drinking cup cooled by diffusion evaporation.
На фиг.11А, 11В и 11С изображен один вариант осуществления контейнера для хранения, охлаждаемого за счет диффузионного испарения (например, охладителя), имеющего оболочку корпуса, обеспечивающую диффузионное испарение, и крышку, обеспечивающую диффузионное испарение.On figa, 11B and 11C shows one embodiment of a container for storage, cooled by diffusion evaporation (for example, a cooler) having a shell casing, providing diffusion evaporation, and a cover, providing diffusion evaporation.
На фиг.12 изображен предпочтительный резервуар для выдачи жидкости, содержащий матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение.12 depicts a preferred reservoir for dispensing a fluid containing a matrix that provides diffusion evaporation.
На фиг.13 изображен один вариант осуществления гидратного ранца, содержащего выполненный со складками, охлаждаемый за счет диффузионного испарения резервуар, заполненный жидкостью.13 depicts one embodiment of a hydration pack containing folds cooled by diffusion evaporation of a reservoir filled with liquid.
На фиг.14 изображен охлаждаемый за счет диффузионного испарения пакет для питья в возможном пористом закрепляемом ремнями держателе из ткани. Кроме того, показана смачиваемая изнутри, охлаждаемая за счет диффузионного испарения трубка, которая может быть использована для питья или выдачи с немедленным охлаждением вместе с показанным пакетом или с другими контейнерами.Fig. 14 shows a drinkable bag cooled by diffusion evaporation in a possible porous fabric belt holder. In addition, a tube that is wettable from the inside and cooled by diffusion evaporation is shown, which can be used for drinking or dispensing with immediate cooling together with the bag shown or with other containers.
На фиг.15 изображена куртка, охлаждаемая за счет диффузионного испарения, в соответствии с одним вариантом осуществления.On Fig depicted a jacket, cooled by diffusion evaporation, in accordance with one embodiment.
На фигурах изображены предпочтительные варианты осуществления, и предусмотрено, что они представлены просто в качестве примеров и показывают определенные варианты осуществления. С этой целью ряд фигур содержит возможные признаки, которые необязательно должны быть включены в какой-либо конкретный вариант осуществления изобретения, и форму, тип или определенную конфигурацию показанного контейнера или укупорочного средства не следует рассматривать как ограничивающие изобретение.The figures depict preferred embodiments, and are provided that they are presented merely as examples and show specific embodiments. To this end, a number of figures contain possible features that need not necessarily be included in any particular embodiment of the invention, and the shape, type or specific configuration of the container or closure shown should not be construed as limiting the invention.
Раскрыты контейнеры и оболочки, в которых используется охлаждение за счет диффузионного испарения для охлаждения жидкости или предмета, находящегося в таком контейнере или оболочке. В предпочтительных вариантах осуществления контейнеры состоят из пористых вентилирующих материалов, также называемых пористыми матрицами. В одном варианте осуществления контейнер образует часть охлаждающего предмета одежды, обеспечивающего диффузионное испарение.Containers and shells are disclosed in which cooling by diffusion evaporation is used to cool a liquid or object contained in such a container or shell. In preferred embodiments, the containers are composed of porous vent materials, also called porous matrices. In one embodiment, the container forms part of a cooling garment providing diffusion evaporation.
Пористые матрицы могут быть изготовлены из любого из большого множества материалов, включая пластики, эластомеры, металлы, стекло и керамику, но материалы не ограничены вышеуказанными. Также могут быть использованы комбинации пластиков, эластомеров, стекол или керамики. Комбинации могут быть "тесными", такими как полученные из смешивания двух или более компонентов, которые должны стать совместно спеченными, или могут быть слоистыми, такими как образованные из ламинированных структур, полученных из двух или более материалов. Комбинации различных пластиков, эластомеров, металлов, стекол или керамических материалов также могут быть совместно спечены или изготовлены в виде ламинированных структур, предназначенных для использования в контейнерах, обеспечивающих диффузионное испарение. Предпочтительные пластики для пористых вентилирующих материалов включают термопластичные полимеры, термоотверждающиеся эластомеры и термопластичные эластомеры, но не ограничены вышеуказанными материалами. К предпочтительным термопластичным полимерам относятся полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), полиэтилен средней плотности (MDPE), полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой (UHMWPE), полипропилен (РР) и его сополимеры, полиметилпентен (РМР), полибутилентерефталат (РВТ), полиэтилентерефталат (PET), полиэтилентерефталатгликоль модифицированный (PETG), полиэфирэфиркетон (PEEK), сополимер этилена и винилацетата (EVA), полиэтиленвиниловый спирт (EVOH), полиацеталь, полиакрилонитрил (PAN), сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), сополимер акрилонитрила, стирола и акрилата (AES), сополимер акрилонитрила, этилена, пропилена и стирола (ASA), полиакрилаты, полиметакрилаты, полиметилметакрилат (РММА), поливинилхлорид (ПВХ), хлорированный поливинилхлорид (CPVC), поливинилдихлорид (PVDC), сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена (FEP), поливинилфторид (PVF), поливинилиденфторид (PVDF), политетрафторэтилен (ПТФЭ), сложный полиэфир, целллюлозы, сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), полиперфторалкоксиэтилен (PFA), найлон 6 (N6), полиамид, полиимид, поликарбонат, полиэфирэфиркетон (PEEK)x/, полистирол (PS), полисульфон и полиэфирсульфон (PES), но предпочтительные термопластичные полимеры не ограничены вышеуказанными. К предпочтительным термоотверждающимся эластомерам относятся сополимер бутадиена и стирола, полибутадиен (BR - бутадиеновый каучук), сополимер этилена и пропилена, сополимер акрилонитрила и бутадиена (NBR - нитрильный каучук), полиизопрен, полихлоропрен, силикон, фторсиликон, уретаны, гидрированный нитрильный каучук (HNBR), полинорборен (PNR), бутилкаучук (IIR - изобутиленизопреновый каучук), включая хлорбутилкаучук (CIIR) и бромбутилкаучук (BIIR), фторэластомеры, такие как Viton® и Kalrez®, Fluorel™ и хлорсульфонированный полиэтилен. К категориям предпочтительных термопластичных эластомеров (ТРЕ) относятся термопластичные олефины (ТРО), включая те, которые промышленно изготавливаются и поставляются на рынок как Dexflex® и Indure®; эластомерные смеси и сплавы поливинилхлоридов, блок-сополимеры стирола (SBC), включая блок-сополимер стирола и бутадиена с чередованием блоков (SBS), блок-сополимер стирола и изопрена с чередованием блоков (SIS), блок-сополимер стирола и этилена/бутилена с чередованием блоков (SEBS) и блок-сополимер стирола, этилена и пропилена с чередованием блоков (SEPS), некоторые промышленно изготавливаемые блок-сополимеры стирола, включая те, которые продаются под товарными знаками Kraton®, Dynaflex® и Chronoprene™; термопластичные вулканизаты (TPV, также известные как динамически вулканизованные сплавы), включая те, которые промышленно изготавливаются и поставляются на рынок под товарными знаками Versalloy®, Santoprene® и Sarlink®; термопластичный полиуретан (TPU), включая те, которые промышленно изготавливаются и поставляются на рынок под товарными знаками ChronoThane®, Versollan™ и Texrin®; термопластичные эластомеры на основе сложных сополиэфиров (СОРЕ), включая те, которые промышленно изготавливаются и поставляются на рынок как Ecdel®; и полиэфирные блок-сополиамиды (СОРА), включая те, которые промышленно изготавливаются и поставляются на рынок под товарным знаком РЕВАХ®. К предпочтительным металлам для пористых материалов относятся нержавеющая сталь, алюминий, цинк, медь и ее сплавы. К предпочтительному стеклу и керамическим материалам для пористых материалов относятся кварц, боросиликат, алюмосиликат, натрийалюмосиликат, предпочтительно в виде спеченных частиц или волокон, полученных из указанных материалов.Porous matrices can be made of any of a wide variety of materials, including plastics, elastomers, metals, glass and ceramics, but the materials are not limited to the above. Combinations of plastics, elastomers, glasses or ceramics may also be used. The combinations may be “tight”, such as those obtained from mixing two or more components that are to be sintered together, or may be layered, such as those formed from laminated structures made from two or more materials. Combinations of various plastics, elastomers, metals, glasses or ceramic materials can also be sintered together or made in the form of laminated structures intended for use in containers providing diffusion evaporation. Preferred plastics for porous vent materials include thermoplastic polymers, thermoset elastomers and thermoplastic elastomers, but are not limited to the above materials. Preferred thermoplastic polymers include low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE), ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), polypropylene (PP) and its copolymers , polymethylpentene (PMP), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene terephthalate (PET), modified polyethylene terephthalate glycol (PETG), polyetheretherketone (PEEK), ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), polyethylene vinyl alcohol (EVOH), polyacetal l (PAN), a copolymer of acrylonitrile, butadiene and styrene (ABS), a copolymer of acrylonitrile, styrene and acrylate (AES), a copolymer of acrylonitrile, ethylene, propylene and styrene (ASA), polyacrylates, polymethacrylates, polymethylmethacrylate (PMMA) , chlorinated polyvinyl chloride (CPVC), polyvinyl dichloride (PVDC), copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene (FEP), polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene ethylene ether, cellulose ether, cellulose ether, cellulose ether, cellulose ether PFA), nylon 6 (N6), polyamide, polyimide, polycarbonate, polyetheretherketone (PEEK) x / , polystyrene (PS), polysulfone and polyethersulfone (PES), but preferred thermoplastic polymers are not limited to the above. Preferred thermosetting elastomers include butadiene-styrene copolymer, polybutadiene (BR - butadiene rubber), ethylene-propylene copolymer, acrylonitrile and butadiene copolymer (NBR - nitrile rubber), polyisoprene, polychloroprene, silicone, fluorinated, nitrile polynorborene (PNR), butyl rubber (IIR - isobutylene isoprene rubber), including chlorobutyl rubber (CIIR) and bromobutyl rubber (BIIR), fluoroelastomers such as Viton® and Kalrez®, Fluorel ™ and chlorosulfonated polyethylene. Preferred thermoplastic elastomers (TPEs) include thermoplastic olefins (TPO), including those that are industrially manufactured and marketed as Dexflex® and Indure®; elastomeric blends and alloys of polyvinyl chloride, styrene block copolymers (SBC), including alternating styrene butadiene block copolymer (SBS), alternating styrene-isoprene block copolymer (SIS), styrene-ethylene / butylene block copolymer with alternating blocks (SEBS) and a block copolymer of styrene, ethylene and propylene with alternating blocks (SEPS), some industrially manufactured styrene block copolymers, including those sold under the trademarks Kraton®, Dynaflex® and Chronoprene ™; thermoplastic vulcanizates (TPV, also known as dynamically vulcanized alloys), including those industrially manufactured and marketed under the trademarks Versalloy®, Santoprene® and Sarlink®; thermoplastic polyurethane (TPU), including those commercially manufactured and marketed under the trademarks ChronoThane®, Versollan ™ and Texrin®; copolyester thermoplastic elastomers (COPE), including those industrially manufactured and marketed as Ecdel®; and polyester block copolyamides (COPA), including those commercially manufactured and marketed under the trademark REVAX®. Preferred metals for porous materials include stainless steel, aluminum, zinc, copper and its alloys. Preferred glass and ceramic materials for porous materials include quartz, borosilicate, aluminosilicate, sodium aluminosilicate, preferably in the form of sintered particles or fibers obtained from these materials.
Предпочтительный способ получения макропористого пластика - это получение его с помощью процесса, называемого спеканием, при котором порошкообразные или гранулированные термопластичные полимеры подвергаются воздействию тепла и давления, чтобы обеспечить частичное спекание гранул и образование когезионного макропористого листа или детали. Макропористый материал содержит сетку взаимосвязанных макропор, которые образуют произвольный извилистый канал, проходящий сквозь лист. Как правило, объем пор или пористость макропористого листа в процентах составляет от 30 до 65% в зависимости от условий спекания, хотя она может быть больше или меньше, чем границы приведенного диапазона, в зависимости от конкретного способа, применяемого производителем. Благодаря регулированию химических или физических свойств поверхностное натяжение макропористой матрицы может быть получено с заданным значением для отталкивания или абсорбции жидкостей, но воздух и пары могут легко проходить через нее. Например, в патенте США 3051993, выданном на имя Goldman, полностью включенном в данную заявку путем ссылки, раскрываются детали изготовления макропористого пластика из полиэтилена.A preferred method for producing macroporous plastic is to obtain it using a process called sintering, in which powdered or granular thermoplastic polymers are exposed to heat and pressure to provide partial sintering of the granules and the formation of a cohesive macroporous sheet or part. The macroporous material contains a network of interconnected macropores that form an arbitrary tortuous channel passing through the sheet. Typically, the pore volume or porosity of the macroporous sheet in percent is from 30 to 65% depending on the sintering conditions, although it may be more or less than the boundaries of the above range, depending on the specific method used by the manufacturer. By adjusting the chemical or physical properties, the surface tension of the macroporous matrix can be obtained with a predetermined value for repelling or absorbing liquids, but air and vapors can easily pass through it. For example, US Pat. No. 3,051,993, issued to Goldman, incorporated herein by reference in its entirety, discloses details of the manufacture of macroporous plastic from polyethylene.
Пористые пластики, включая макропористые пластики, пригодные для изготовления контейнера, охлаждаемого за счет диффузионного испарения, в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, могут быть изготовлены в виде листов или отформованы в соответствии с техническими требованиями и их можно приобрести у ряда поставщиков. Фирма Porex Corporation (Fairburn, Джорджия, США) является одним таким поставщиком и поставляет пористый пластик под товарным знаком POREX®. Пористые пластики, продаваемые под названием POREX®, можно приобрести в листах или отформованными в соответствии с техническими требованиями из любого из термопластичных полимеров, описанных ранее. Средняя пористость таких материалов POREX® может варьироваться приблизительно от 1 до 350 микрон в зависимости от размера используемых полимерных гранул и условий, используемых во время спекания. Фирма GenPore® (Reading, Пенсильвания, США) - это другой производитель пористых пластиковых изделий с размерами пор в диапазоне от 5 до 1000 микрон. Фирма МА Industries Inc. (Peachtree City, Джорджия, США) также производит пористые пластиковые изделия. Фирма Porvair Technology Ltd. (Wrexham, Северный Уэльс, Великобритания) является еще одним производителем пористых продуктов, поставляющим как пористые пластики (с размером пор от 5 до 200 мкм под торговым названием (брэндом) Vyon™) и пористые металлические материалы (под брэндом Sinterflo®).Porous plastics, including macroporous plastics suitable for the manufacture of a container cooled by diffusion evaporation, in accordance with the preferred options for implementation, can be made in the form of sheets or molded in accordance with the technical requirements and can be purchased from a number of suppliers. Porex Corporation (Fairburn, Georgia, USA) is one such supplier and supplies porous plastic under the trademark POREX®. Porous plastics sold under the name POREX® can be purchased in sheets or molded in accordance with the technical requirements of any of the thermoplastic polymers described previously. The average porosity of such POREX® materials can vary from about 1 to 350 microns, depending on the size of the polymer granules used and the conditions used during sintering. GenPore® (Reading, PA, USA) is another manufacturer of porous plastic products with pore sizes ranging from 5 to 1000 microns. MA Industries Inc. (Peachtree City, Georgia, USA) also produces porous plastic products. Porvair Technology Ltd. (Wrexham, North Wales, UK) is another manufacturer of porous products, supplying both porous plastics (with pore sizes from 5 to 200 microns under the trade name (brand) Vyon ™) and porous metal materials (under the Sinterflo® brand).
Базовый размер, толщина и пористость пластика, выбранного для изготовления матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, могут быть определены путем расчета количества пара, которое должно пройти через вентилирующее средство в заданный период времени (скорость потока), и скорости передачи тепла из окружающей среды обратно к жидкости. Плотность потока (скорость потока на единицу площади) для данного макропористого пластика изменяется в зависимости от факторов, включающих размер пор, пористость в процентах и толщину матрицы в поперечном сечении, и, как правило, выражается в единицах объема в единицу времени на единицу площади. Для обеспечения достаточной степени охлаждения за счет диффузионного испарения скорость потока пара через матрицу должна быть такой, чтобы количество термодинамического тепла, отводимого от жидкости исходно при температуре внутри помещения вследствие парообразования превышало бы количество тепла, поглощаемого из окружающей среды. Во время процесса диффузионного испарения температура жидкости в контейнере снижается до тех пор, пока потеря тепла жидкости вследствие испарения жидкого содержимого через матрицу не сравняется с притоком тепла из окружающей среды.The base size, thickness and porosity of the plastic selected for the manufacture of the matrix, providing diffusion evaporation, can be determined by calculating the amount of steam that must pass through the venting means in a given period of time (flow rate), and the rate of heat transfer from the environment back to the liquid . The flux density (flow rate per unit area) for a given macroporous plastic varies depending on factors including pore size, porosity in percent and matrix thickness in cross section, and, as a rule, is expressed in units of volume per unit time per unit area. To ensure a sufficient degree of cooling due to diffusion evaporation, the steam flow rate through the matrix should be such that the amount of thermodynamic heat removed from the liquid initially at room temperature due to vaporization would exceed the amount of heat absorbed from the environment. During the process of diffusion evaporation, the temperature of the liquid in the container decreases until the loss of heat of the liquid due to evaporation of the liquid contents through the matrix is equal to the influx of heat from the environment.
В общеупотребительном значении "Макропористость" обычно относится к общему объему пустот материала или его макроструктуре. Термин "Макропористый" обычно используется для классифицирования отдельных пор материала, которые считаются большими по размеру. Термин "Микропористость", как правило, относится к размерам отдельных пор или распределению размеров пор, которые образуют микроструктуру пористого материала. Термин "Микропористый" обычно используется для классифицирования отдельных пор материала, которые считаются малыми по размеру. Для целей представленного здесь описания размер (диаметр) пор проклассифицирован в соответствии с определениями терминов, выбранными 26 февраля 2002 подкомитетом по макромолекулярной терминологии Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК). Этот стандарт при классификации размеров пор делит их на три категории: микропористые (<0,002 мкм), мезопористые (от 0,002 до 0,050 мкм) и макропористые (>0,050 мкм). Также для целей представленного здесь описания объем пор будет рассмотрен с точки зрения "выраженной в процентах пористости" материала. Как макропористые, так и мезопористые материалы с размерами пор 0,05 мкм или менее могут быть использованы для охлаждения посредством диффузионного испарения. К предпочтительным способам изготовления относятся литье или растягивание мембран из таких материалов.In the common sense, "Macroporosity" usually refers to the total void volume of a material or its macrostructure. The term "Macroporous" is usually used to classify individual pores of a material that are considered large in size. The term "Microporosity" generally refers to the size of individual pores or the distribution of pore sizes that form the microstructure of a porous material. The term "Microporous" is usually used to classify individual pores of a material that are considered small in size. For the purposes of the description provided herein, pore size (diameter) is classified in accordance with the definitions of terms selected on February 26, 2002 by the subcommittee on macromolecular terminology of the International Union of Theoretical and Applied Chemistry (IUPAC). When classifying pore sizes, this standard divides them into three categories: microporous (<0.002 μm), mesoporous (0.002 to 0.050 μm) and macroporous (> 0.050 μm). Also, for the purposes of the description presented here, the pore volume will be considered from the point of view of the "expressed as percent porosity" of the material. Both macroporous and mesoporous materials with pore sizes of 0.05 μm or less can be used for cooling by diffusion evaporation. Preferred manufacturing methods include casting or stretching membranes from such materials.
К предпочтительным пористым материалам относятся те, в которых поры на противоположных поверхностях (которые станут внутренней и наружной поверхностями) соединены друг с другом, так что две стороны сообщаются друг с другом. Тем не менее, такие соединения между сторонами предпочтительно являются не сквозными прямолинейными, подобными созданию одной цилиндрической трубки, по которой проходит материал, вместо этого сеть пор образует извилистый проход.Preferred porous materials include those in which the pores on opposite surfaces (which will become the inner and outer surfaces) are connected to each other, so that the two sides communicate with each other. However, such connections between the sides are preferably non-through straightforward, similar to creating a single cylindrical tube through which the material passes; instead, the pore network forms a winding passage.
Для однослойной матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, пористые материалы предпочтительно представляют собой макропористые материалы с размерами пор, превышающими или равными 0,05 мкм, предпочтительно приблизительно от 0,1 до 500 мкм и приблизительно от 0,5 до 10 мкм, включая 0,25, 0,5, 1,5, 15, 20, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 и 450 мкм. В одном варианте осуществления материалы матрицы, используемые вместе с контейнерами, обеспечивающими диффузионное испарение, имеют размер пор от 0,1 до 100 мкм, предпочтительно 0,5 до 75 мкм. Выраженная в процентах пористость (площадь пропускного сечения в процентах) материалов предпочтительно составляет приблизительно от 10 до 90%, предпочтительно от 30 до 75% или от 50 до 70%, включая 20%, 40%, 60% и 80%. Толщина пористых материалов предпочтительно находится в диапазоне от 0,025 до 7 мм, включая диапазон от 1 до 3 мм. Предпочтительная толщина материалов матриц, используемых в контейнерах, обеспечивающих диффузионное испарение, составляет приблизительно от 0,05 до 5 мм и приблизительно от 0,1 до 3,0 мм, включая 0,2, 0,3, 0,5, 0,7, 1,0, 1,25, 1,5, 1,75, 2,0 и 2,5 мм. Другие варианты осуществления могут иметь значения вышеуказанных параметров, которые больше или меньше тех, которые приведены выше. Для однослойных матриц предпочтительно, чтобы материал был гидрофобным или имел гидрофобное покрытие. Для значений, приведенных в данном абзаце, а также в любом другом месте в описании, приведенные диапазоны включают все значения, содержащиеся в них между значениями, указанными особо. В других вариантах осуществления материалы могут обладать одной или несколькими характеристиками, имеющими значения, лежащие за пределами раскрытых диапазонов.For a single layer diffusion evaporation matrix, the porous materials are preferably macroporous materials with pore sizes greater than or equal to 0.05 μm, preferably from about 0.1 to 500 μm and from about 0.5 to 10 μm, including 0.25 , 0.5, 1.5, 15, 20, 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 and 450 microns. In one embodiment, matrix materials used in conjunction with diffusion evaporation containers have a pore size of from 0.1 to 100 microns, preferably 0.5 to 75 microns. The percent porosity (percent cross-sectional area) of the materials is preferably from about 10 to 90%, preferably from 30 to 75% or from 50 to 70%, including 20%, 40%, 60% and 80%. The thickness of the porous materials is preferably in the range of 0.025 to 7 mm, including the range of 1 to 3 mm. The preferred thickness of the matrix materials used in containers for diffusion evaporation is from about 0.05 to 5 mm and from about 0.1 to 3.0 mm, including 0.2, 0.3, 0.5, 0.7 1.0, 1.25, 1.5, 1.75, 2.0 and 2.5 mm. Other embodiments may have values of the above parameters that are greater or less than those given above. For single-layer matrices, it is preferred that the material is hydrophobic or has a hydrophobic coating. For the values given in this paragraph, as well as elsewhere in the description, the ranges listed include all the values contained in them between the values indicated separately. In other embodiments, the materials may have one or more characteristics having values that lie outside the disclosed ranges.
Материал матрицы может быть получен из пластика, эластомеров, стекла, металла или их комбинаций. Некоторые предпочтительные материалы матриц, включая термопластичные полимеры, термоотверждающиеся эластомеры, термопластичный эластомер, металлы, стекло и керамику, такие, какие были детально описаны выше. Материалы матриц могут быть приобретены у поставщиков, выпускающих их в промышленном масштабе, или они могут быть изготовлены в соответствии с множеством способов. В патенте США 4076656, выданном на имя White и др., детально описан один способ, в котором в расплавленные или растворенные материалы добавляют порообразователи, которые могут быть выведены путем выщелачивания с помощью растворителя или экстрагированы с помощью сверхкритических текучих сред после того, как материал затвердеет и окажется в его конечной форме. В патенте США 5262444, выданном на имя Rusincovitch и др., подробно описан другой способ создания пористого материала путем введения порообразователей, которые выделяются в виде газов после обработки материала, "оставляя за собой" пористую структуру. Эти патенты настоящим полностью включены в данное описание путем ссылки.The matrix material can be obtained from plastic, elastomers, glass, metal, or combinations thereof. Some preferred matrix materials, including thermoplastic polymers, thermosetting elastomers, thermoplastic elastomer, metals, glass, and ceramics, are as detailed above. Matrix materials can be purchased from suppliers that produce them on an industrial scale, or they can be manufactured in a variety of ways. US Pat. No. 4,076,656, issued to White et al., Describes in detail one method in which blowing agents are added to molten or dissolved materials that can be removed by solvent leaching or extracted with supercritical fluids after the material has hardened. and will be in its final form. US Pat. No. 5,262,444, issued to Rusincovitch et al., Describes in detail another method for creating a porous material by introducing pore formers that are released in the form of gases after processing the material, “leaving behind” the porous structure. These patents are hereby incorporated by reference in their entirety.
Несмотря на то, что многие материалы матриц, обеспечивающих диффузионное испарение, являются гидрофобными, олеофобные материалы, обеспечивающие диффузионное испарение, также могут быть использованы, когда жидкость, подвергающаяся диффузионному испарению, представляет собой органическую жидкость, такую как спирт. Пластики, являющиеся товарами широкого потребления, такие как найлон, полисульфон, и целлюлозные материалы имеются в наличии в гидрофильных сортах. Эти гидрофильные материалы могут быть измельчены до частиц и подвергнуты спеканию путем использования способов, известных специалистам в данной области техники, для получения гидрофильных пористых материалов с большими плотностями потока жидкостей. Пористый гидрофильный пластик, включая макропористый пластик, может быть изготовлен в виде листов или отформован в соответствии с техническими требованиями и может быть доступным для приобретения у ряда поставщиков, включая Porex Corporation. Размер пор пористых гидрофильных волокнистых материалов может находиться в диапазоне от 20 до 120 мкм при пористости в процентах в диапазоне от 25 до 80 для объема пор. Кроме того, гидрофобным пористым материалам может быть придана гидрофильность с помощью одного или нескольких процессов обработки, известных специалистам в данной области техники, включая плазменное травление, химическое травление, пропитку смачивающими веществами или нанесение гидрофильных покрытий, но возможные процессы обработки не ограничены вышеуказанными. Кроме того, процесс нанесения маскировочного покрытия может быть использован совместно с одним или несколькими процессами обработки для избирательного формирования на гидрофобном пористом материале зон гидрофильности с высокими плотностями потока жидкости, если это желательно.Although many diffusion evaporation matrix materials are hydrophobic, oleophobic diffusion evaporation materials can also be used when the diffusion evaporation liquid is an organic liquid, such as alcohol. Consumer plastics such as nylon, polysulfone, and cellulosic materials are available in hydrophilic grades. These hydrophilic materials can be pulverized and sintered by using methods known to those skilled in the art to produce hydrophilic porous materials with high fluid densities. Porous hydrophilic plastic, including macroporous plastic, may be sheet-shaped or molded to specifications and may be commercially available from a variety of suppliers, including Porex Corporation. The pore size of the porous hydrophilic fibrous materials can be in the range from 20 to 120 μm with porosity in percent in the range from 25 to 80 for pore volume. In addition, hydrophobic porous materials can be rendered hydrophilic by one or more processing processes known to those skilled in the art, including plasma etching, chemical etching, wetting, or hydrophilic coating, but possible processing processes are not limited to the above. In addition, the process of applying a camouflage coating can be used in conjunction with one or more processing processes to selectively form hydrophilic zones with high fluid flow densities on a hydrophobic porous material, if desired.
Например, многослойные пористые конструкции, содержат два или более слоев пористого материала. Тонкие слои могут быть соединены путем ламинирования для образования более толстых слоев путем использования способов, известных специалистам в данной области техники. Многослойные конструкции могут быть использованы для получения матрицы с лучшими механическими и физическими свойствами, как ранее было отмечено в испытаниях, проведенных заявителями. Например, объединение спеченной макропористой матрицы из полиэтилена с тонким слоем вспененного политетрафторэтилена на стороне контейнера, обтекаемой жидкостью, повышает гидрофобность и давление проскока воды в жидком состоянии от 5 фунтов на кв. дюйм до свыше 30 фунтов на кв. дюйм, но тем не менее многослойная матрица по-прежнему обеспечивает сохранение потока при диффузионном испарении, аналогичного тому, который получают при использовании одного пористого полиэтилена. Толщина ламинатов предпочтительно находится в диапазоне приблизительно от 0,025 до 7000 мкм со средними размерами пор, пористостью в процентах и другими свойствами, предпочтительно такими, как описанные выше.For example, multilayer porous structures contain two or more layers of porous material. Thin layers can be bonded by lamination to form thicker layers using methods known to those skilled in the art. Multilayer structures can be used to obtain a matrix with better mechanical and physical properties, as previously noted in tests conducted by the applicants. For example, combining a sintered macroporous matrix made of polyethylene with a thin layer of foamed polytetrafluoroethylene on the side of the container streamlined by the liquid increases the hydrophobicity and pressure of the breakthrough water in the liquid state from 5 psi. inch to over 30 psi an inch, but nevertheless, the multilayer matrix still ensures the preservation of the flow during diffusion evaporation, similar to that obtained using single porous polyethylene. The thickness of the laminates is preferably in the range of about 0.025 to 7000 μm with average pore sizes, percent porosity, and other properties, preferably as described above.
Материалы матриц, обеспечивающих диффузионное испарение, также могут быть получены из пористых материалов, изготовленных из смесей. В предпочтительном варианте осуществления пористые материалы содержат фторированный полимер, включая поливинилфторид (PVF), поливинилиденфторид (PVDF), политетрафторэтилен (ПТФЭ), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), сополимер тетрафторэтилена и гексафторпропилена (FEP), полиперфторалкоксиэтилен (PFA), но фторированные полимеры не ограничены вышеуказанными, и/или фторированные добавки, такие как Zonyl®, смешанные с выбранными полиолефиновыми или другими смолами, предпочтительно теми, которые выбраны из ряда полиэтиленов (линейного полиэтилена низкой плотности, полиэтилена низкой плотности, полиэтилена средней плотности, полиэтилена высокой плотности, полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой), полипропилена, сложных полиэфиров, поликарбонатов, сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола, акриловых смол, стирола, полиметилпентена (РМР), полибутилентерефталата (РВТ); полиэтилентерефталата (PET), полиэфирэфиркетона (PEEK), сополимера этилена и винилацетата (EVA), полиацеталя, сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), сополимера акрилонитрила, стирола и акрилата (AES), сополимера акрилонитрила, этилена, пропилена и стирола (ASA), сложных полиэфиров, полиакрилатов, полиметакрилатов, полиметилметакрилата (РММА), поливинилхлорида (ПВХ), поливинилдихлорида (PVDC), найлона 6 (N6), полиамида, полиимида, поликарбоната, полистирола и полиэфирсульфона (PES). Эластомеры также могут быть использованы по отдельности или в смесях. К предпочтительным эластомерам относятся эластомеры термоотверждающегося типа, такие как сополимер бутадиена и стирола, полибутадиен (BR), сополимер этилена и пропилена, сополимер акрилонитрила и бутадиена (NBR), полиизопрен, полихлоропрен, силикон, фторсиликон, уретаны, гидрированный нитрильный каучук (HNBR), полинорборен (PNR), бутилкаучук (IIR), включая хлорбутилкаучук (CIIR) и бромбутилкаучук (BIIR). Полученные в результате смеси, включая спеченные смеси, имеют пористые структуры с различающимися степенями пористости, гибкости и механической прочности, определяемыми главным образом не содержащей политетрафторэтилена или другой нефторированной смолы, и с высокими давлениями проникновения воды, определяемыми главным образом характеристиками фторированной смолы вследствие ее преимущественной миграции к поверхности пор во время процесса спекания. Пористость в процентах, размер пор и толщина предпочтительно такие, как указанные выше. Смешанные материалы матриц можно приобрести у ряда поставщиков, изготавливающих их в промышленных масштабах, или они могут быть изготовлены в соответствии с множеством способов. В патенте США 5693273, выданном на имя Wolbrom, детально описан процесс совместного спекания для получения пористых пластиковых листов с различными значениями пористости, которые могут быть получены из двух или более полимерных смол (полимеров), и в патенте США 5804074, выданном на имя Takiguchi и др., подробно описан процесс получения пластикового фильтра путем совместного спекания двух или более полимерных смол в процессе формования для получения частей фильтра. Оба этих патента настоящим полностью включены в данное описание путем ссылки.Diffusion evaporation matrix materials can also be obtained from porous materials made from mixtures. In a preferred embodiment, the porous materials comprise a fluorinated polymer including polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), a copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene (ETFE), a copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene (FEP), polyethylene fluoride not limited to the above, and / or fluorinated additives, such as Zonyl®, mixed with selected polyolefin or other resins, preferably those selected from a number of polyethylenes (linear polyethylene low density polyethylene, low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, ultrahigh molecular weight polyethylene), polypropylene, polyesters, polycarbonates, acrylonitrile, butadiene and styrene copolymer, acrylic resins, styrene, polymethylpentene (PMP), polybutylene terephthalate (PMB) ); polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA), polyacetal, copolymer of acrylonitrile, butadiene and styrene (ABS), copolymer of acrylonitrile, styrene and acrylate (AES), copolymer of acrylonitrile, AS, propylene nitrile, AS ), polyesters, polyacrylates, polymethacrylates, polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl dichloride (PVDC), nylon 6 (N6), polyamide, polyimide, polycarbonate, polystyrene and polyethersulfone (PES). Elastomers can also be used individually or in mixtures. Preferred elastomers include thermosetting type elastomers such as butadiene-styrene copolymer, polybutadiene (BR), ethylene-propylene copolymer, acrylonitrile and butadiene copolymer (NBR), polyisoprene, polychloroprene, silicone, fluorosilicon, urethane, hydrogenated, nitrated polynorborene (PNR), butyl rubber (IIR), including chlorobutyl rubber (CIIR) and bromobutyl rubber (BIIR). The resulting mixtures, including sintered mixtures, have porous structures with varying degrees of porosity, flexibility and mechanical strength, determined mainly containing no polytetrafluoroethylene or other non-fluorinated resin, and with high water penetration pressures, determined mainly by the characteristics of the fluorinated resin due to its predominant migration to the surface of the pores during the sintering process. Percentage porosity, pore size, and thickness are preferably those indicated above. Mixed matrix materials can be purchased from a number of suppliers manufacturing them on an industrial scale, or they can be manufactured in a variety of ways. US Pat. No. 5,693,273 to Wolbrom describes in detail the co-sintering process for producing porous plastic sheets with different porosity values that can be obtained from two or more polymer resins (polymers), and US Pat. No. 5,804,074 to Takiguchi and etc., the process of obtaining a plastic filter by co-sintering two or more polymer resins during molding to obtain parts of the filter is described in detail. Both of these patents are hereby incorporated by reference in their entirety.
Охлаждение за счет диффузионного испаренияDiffusion evaporation cooling
В предпочтительных вариантах осуществления представлена упрощенная система охлаждения посредством диффузионного испарения, предназначенная для контейнеров, в которой не используются никакие механические насосы для подачи жидкости к поверхности матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, и которая не основана для действии разрежения для повышения эффективности охлаждения. Настоящий подход предусматривает использование матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, которая образует часть контейнера, предпочтительно корпус контейнера, и образует от приблизительно 5 до 100% всей площади поверхности контейнера, включая приблизительно 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% и 90% всей площади поверхности. Жидкое содержимое контейнера предпочтительно охлаждается непосредственно на поверхности раздела между окружающей жидкостью и матрицей вследствие скрытой теплоты парообразования жидкости, такой как вода или смесь воды и растворенного твердого вещества, или раствор, в контейнере. В альтернативном варианте осуществления гильза или кожух, обеспечивающий диффузионное испарение, используется для охлаждения корпуса, такого как сосуд для питья или контейнер, находящийся в контакте с гильзой. Полученный в результате пар, образуемый жидкостью, выходит в окружающую среду или в абсорбирующий материал через матрицу. В большинстве контейнеров естественная конвекция и теплопередача в жидкости за счет теплопроводности представляют собой превалирующие механизмы теплопередачи, обуславливающие охлаждение жидкого содержимого контейнера. В зависимости от размеров и других характеристик контейнера охлаждение может быть по существу равномерным по всему контейнеру.In preferred embodiments, a simplified diffusion evaporation cooling system for containers is provided that does not use any mechanical pumps to supply liquid to the surface of the diffusion evaporation matrix and which is not based on the vacuum action to increase cooling efficiency. The present approach involves the use of a diffusion evaporation matrix that forms part of a container, preferably a container body, and forms from about 5 to 100% of the total surface area of the container, including about 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60 %, 70%, 80% and 90% of the total surface area. The liquid contents of the container are preferably cooled directly at the interface between the surrounding liquid and the matrix due to the latent heat of vaporization of the liquid, such as water or a mixture of water and a dissolved solid, or solution, in the container. In an alternative embodiment, the sleeve or casing providing diffusion evaporation is used to cool the case, such as a drinking vessel or container in contact with the sleeve. The resulting vapor generated by the liquid enters the environment or into the absorbent material through a matrix. In most containers, natural convection and heat transfer in a liquid due to heat conduction are the prevailing heat transfer mechanisms that cause cooling of the liquid contents of the container. Depending on the size and other characteristics of the container, cooling may be substantially uniform throughout the container.
Жидкое содержимое контейнера или гильзы, обеспечивающей диффузионное испарение, функционирует подобно холодоносителю. Предпочтительно потери объема жидкости являются незначительными; например, в одном варианте осуществления потеря объема жидкости составляет приблизительно 15% в течение периода времени, составляющего 24 часа, даже при существенной циркуляции наружного воздуха. Вследствие большой скрытой теплоты парообразования воды (583 кал/г при 75°F) масса льда, которая потребовалась бы, например, для поддержания такого же снижения температуры, в семь раз превышает массу воды, теряемой вследствие парообразования. Дополнительное преимущество от использования пористой матрицы помимо охлаждения за счет диффузионного испарения состоит в отводе любого перепада давлений, создаваемого в контейнере из-за выделения газов из напитка или из-за потребления содержимого.The liquid contents of a container or sleeve providing diffusion evaporation function like a coolant. Preferably, the loss of fluid volume is negligible; for example, in one embodiment, the loss in fluid volume is approximately 15% over a period of 24 hours, even with significant outside air circulation. Due to the large latent heat of water vaporization (583 cal / g at 75 ° F), the mass of ice that would be required, for example, to maintain the same temperature drop, is seven times the mass of water lost due to vaporization. An additional advantage of using a porous matrix in addition to cooling due to diffusion evaporation is the removal of any pressure difference created in the container due to gas evolution from the beverage or due to consumption of contents.
Если далее обратиться к чертежам, то видно, что на фиг.1А и 1В показан один вариант осуществления вентилируемого контейнера, обеспечивающего охлаждение за счет диффузионного испарения и образованного в соответствии с данным изобретением. Стенка 501 контейнера образована, по меньшей мере, частично из матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение. Эта проницаемая для пара матрица может образовывать приблизительно от 5 до 100% всей площади поверхности контейнера. Приблизительно 100%-ное покрытие достигается, если весь колпачок и корпус (содержащий верх 500, стенки 501 и днище 502) изготовлены из пористого материала матрицы. В одном предпочтительном варианте осуществления площадь поверхности диффузионного испарения превышает приблизительно 30% всей поверхности контейнера и обеспечивает значительную величину потока при диффузионном испарении для эффективного охлаждения содержащейся жидкости до температуры ниже температуры окружающей среды и поддержания температуры жидкости ниже температуры окружающей среды.Turning further to the drawings, it will be seen that FIGS. 1A and 1B show one embodiment of a ventilated container providing cooling by diffusion evaporation and formed in accordance with this invention. The
В одном варианте осуществления, показанном на фиг.2, может быть использована многослойная конструкция, содержащая два или более слоев. В одном варианте осуществления три слоя пористого материала 503, 504 и 505 используются для получения многослойной или ламинированной матрицы. В одном варианте осуществления спеченная макропористая матрица из полиэтилена 505 с тонким слоем вспененного политетрафторэтилена 504 на стороне контейнера, обтекаемой жидкостью, обеспечивает повышение гидрофобности и давления проникновения жидкости, но способствует поддержанию потока при диффузионном испарении и хорошей механической устойчивости, аналогичных тем, какие получают при использовании одного пористого полиэтилена. Кроме того, третий слой пористого полиэтилена 503, образующего трехслойную конструкцию с вспененным политетрафторэтиленом 504 в середине, обеспечивает получение стойкой к царапанию поверхности рядом с внутренней стороной контейнера, делая ее безопасной для посудомоечной машины и по существу предотвращая или уменьшая повреждение мягкого слоя вспененного политетрафторэтилена. В родственных вариантах осуществления ламинаты могут содержать больше или меньше трех слоев и/или различных пористых материалов матрицы.In one embodiment, shown in FIG. 2, a multilayer structure comprising two or more layers may be used. In one embodiment, three layers of
В альтернативном варианте осуществления внутренний слой 503 содержит матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение, или ламинированную матрицу, средний слой 504 содержит теплоизоляционный материал с порами или другими открытыми пространствами для обеспечения возможности прохода пара, и наружный слой 505 содержит осушитель или абсорбирующий материал.In an alternative embodiment, the
Предпочтительная ориентация матрицы - это такая, в которой мембрана с более высоким проникновением жидкости обращена к внутреннему пространству контейнера, а опора для пористой матрицы открыта для воздействия воздушного пространства за пределами контейнера. Толщина этих пористых материалов в предпочтительном варианте осуществления находится в диапазоне приблизительно от 1/1000" (0,025 мм) до 1/4" (6,4 мм). Пористые матрицы также могут придать конструктивную жесткость, стойкость к царапанию и/или механическую целостность стенкам контейнера.The preferred orientation of the matrix is one in which the membrane with higher liquid penetration faces the interior of the container and the support for the porous matrix is exposed to air from outside the container. The thickness of these porous materials in a preferred embodiment is in the range of about 1/1000 "(0.025 mm) to 1/4" (6.4 mm). Porous matrices can also impart structural rigidity, scratch resistance and / or mechanical integrity to the container walls.
В предпочтительном варианте осуществления мембрана или тонкий слой материала с малым размером пор (<10 мкм) может быть выбран из группы материалов с высокой степенью гидрофобности, таких как вспененный политетрафторэтилен (ePTFE), и может быть вставлен между более толстыми опорами с большой пористостью, такими как опоры из спеченного полиэтилена, которые обеспечивают возможность значительного потока при диффузионном испарении, и присоединен к ним путем ламинирования. Если используются только два слоя, толщина каждого из этих слоев может варьироваться от обработки одноатомной поверхности до 1/4" (6,4 мм) или более для вспененного изоляционного материала или пористого композита. Могут быть использованы пористые керамические материалы, включая молекулярные сита (цеолиты) или пористые полимерные пленки (CSP Technologies - Auburn, Алабама) и органические матрицы, такие как активированный уголь, чтобы в основном предотвратить или уменьшить загрязнение запахами из окружающей среды жидкого содержимого устройства или контейнера, обеспечивающего охлаждение за счет диффузионного испарения.In a preferred embodiment, the membrane or a thin layer of material with a small pore size (<10 μm) can be selected from the group of materials with a high degree of hydrophobicity, such as expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE), and can be inserted between thicker supports with high porosity, such as supports of sintered polyethylene, which provide the possibility of a significant flow during diffusion evaporation, and attached to them by lamination. If only two layers are used, the thickness of each of these layers can range from treating a monatomic surface to 1/4 "(6.4 mm) or more for foamed insulation or porous composite. Porous ceramic materials including molecular sieves (zeolites) can be used. ) or porous polymer films (CSP Technologies - Auburn, Alabama) and organic matrices, such as activated carbon, to basically prevent or reduce odor pollution from the environment of the liquid contents of the device or eynera providing cooling by pervaporation.
В предпочтительном варианте осуществления многослойная конструкция содержит пять слоев: внутренний слой из вспененного политетрафторэтилена, пористый пропилен, теплоизоляционный слой пенополиуретана, керамический материал, такой как цеолит, и тонкую непористую наружную обертку из полиолефина или сложного полиэфира. Это устройство может быть использовано для обеспечения постоянного охлаждения за счет диффузионного испарения внутри устройства во влажной окружающей среде. При абсорбции пара, выделившегося из жидкости, цеолит или другой осушитель передает тепло непосредственно или непрямым образом в окружающую среду, в то время как изолированное жидкое содержимое внутри гильзы, обеспечивающей диффузионное испарение, охлаждается. Наружные два слоя, содержащие цеолит и непористую пленку, могут представлять собой слои одноразового использования или восстанавливаемые, например, путем сушки в печи.In a preferred embodiment, the multilayer structure comprises five layers: an inner layer of foamed polytetrafluoroethylene, porous propylene, a heat-insulating layer of polyurethane foam, a ceramic material such as zeolite, and a thin non-porous outer wrap made of polyolefin or polyester. This device can be used to provide continuous cooling due to diffusion evaporation inside the device in a humid environment. When the vapor released from the liquid is absorbed, the zeolite or other desiccant transfers heat directly or indirectly to the environment, while the isolated liquid content inside the sleeve providing diffusion evaporation cools. The outer two layers containing zeolite and a non-porous film may be single-use layers or restored, for example, by drying in an oven.
За исключением каких-либо обработок поверхностей, которые могут быть выполнены непосредственно на пористых матрицах в конструкциях, значения пористости матриц или композита предпочтительно поддерживаются в интервале приблизительно между 10 и 95%. Это обеспечивает конструктивную опору в матрице и позволяет увеличить имеющуюся площадь поверхности для диффузионного испарения и, следовательно, общую скорость охлаждения контейнера. Размер пор матрицы также может оказывать влияние, при этом диффузия Кнудсена (Knudsen) является преобладающей при размере пор менее 200 нм, что фактически приводит к уменьшению скорости проникновения пара и удлинению зоны превращения жидкости в пар и охлаждения до поверхности материала, обдуваемой воздухом/паром. В соответствии с одним вариантом осуществления к предпочтительным размерам пор относятся те, которые составляют приблизительно от 0,5 мкм до 30 мкм и которые больше значений в диапазоне размеров, обеспечивающих диффузию Кнудсена. Давление проникновения жидкости уменьшается существенно при размере пор, превышающем 100 мкм, что делает использование единственного слоя макропористого материала менее желательным в ряде случаев. Если используется комбинация мембраны и макропористой опоры, то большие размеры пор в макропористой опоре становятся более желательными, чем при отсутствии комбинации.With the exception of any surface treatments that can be performed directly on the porous matrices in the structures, the porosity of the matrices or composite is preferably maintained between about 10 and 95%. This provides structural support in the matrix and allows you to increase the available surface area for diffusion evaporation and, therefore, the overall cooling rate of the container. The pore size of the matrix can also have an effect, with Knudsen diffusion prevailing at a pore size of less than 200 nm, which actually leads to a decrease in the rate of vapor penetration and lengthening of the zone of liquid to vapor conversion and cooling to the surface of the material blown by air / steam. In accordance with one embodiment, preferred pore sizes include those that are from about 0.5 μm to about 30 μm, and which are larger than a range of sizes that allow Knudsen diffusion. The liquid penetration pressure decreases significantly when the pore size exceeds 100 μm, which makes the use of a single layer of macroporous material less desirable in some cases. If a combination of a membrane and a macroporous support is used, then large pore sizes in the macroporous support become more desirable than in the absence of a combination.
Как показано на фиг.3А, 3В, 3С и 3D, выступы 508 и 514 могут быть добавлены к внутренним и/или наружным стенкам контейнера для повышения конструктивной жесткости контейнера, предотвращения или уменьшения повреждений матрицы 507 и 513, обеспечивающей диффузионное испарение, и/или обеспечения места 514 захвата рукой. На фиг.3С и 3D показан предназначенный для занятий спортом вариант конструкции с выступами и с суженной частью 512.As shown in FIGS. 3A, 3B, 3C and 3D,
Вариант осуществления на фиг.4 содержит слой пористого изоляционного материала 518 с открытыми ячейками, который может быть добавлен к наружной поверхности контейнера для обеспечения возможности сравнительно беспрепятственной диффузии пара из системы, но при этом обеспечения уменьшенного конвекционного и радиационного теплового потока из окружающей среды, проходящего насквозь к внутренним стенкам 517 контейнера и в жидкость. Предпочтительной характерной особенностью данного изоляционного материала 518 является то, что он функционирует как дополнительная конструктивная опора, обеспечивает место для захвата контейнера рукой и обеспечивает уменьшение или предотвращение повреждения матрицы 517. В используемом здесь смысле термин "собранные в складки" охватывает "чешуйчатые" поверхности и другие конфигурации для увеличения площади поверхности. Матрицы со складками включают те, в которых вся поверхность выполнена со складками, или те, в которых один или несколько участков выполнены со складками, а другие оставлены гладкими.The embodiment of FIG. 4 comprises a layer of open-cell porous insulating
Использование мембраны со складками или пористой спеченной матрицы 520 со складками, подобной показанной на фиг.5, может обеспечить усиление охлаждения контейнера за счет диффузионного испарения, поскольку скорость охлаждения за счет диффузионного испарения находится в прямой зависимости от площади поверхности контейнера.The use of a pleated membrane or a sintered
Контейнеры и предметы одежды, обеспечивающие диффузионное испарение, могут содержать регулируемую или выполненную с возможностью смещения гильзу на наружной стороне матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, для создания возможности избирательного закрытия или открытия некоторой части или всего материала, обеспечивающего диффузионное испарение. Закрытие некоторой части материала, обеспечивающего диффузионное испарение, позволяет уменьшить плотность потока пара, но при этом, тем не менее, сохранять некоторое охлаждение за счет диффузионного испарения. Закрытие всего материала вызывает по существу прекращение диффузионного испарения и может служить в качестве средства, подобного переключателю "включено-выключено" для контейнера или предмета одежды.Containers and garments providing diffusion evaporation may comprise an adjustable or biased sleeve on the outside of the matrix providing diffusion evaporation to enable selective closure or opening of some or all of the material providing diffusion evaporation. The closure of a certain part of the material providing diffusion evaporation makes it possible to reduce the vapor flow density, but at the same time, to maintain some cooling due to diffusion evaporation. Closing all of the material essentially causes the cessation of diffusion evaporation and can serve as a tool like an on-off switch for a container or garment.
Например, гильзы 524 и 525, как показано на фиг.6А и 6В, могут быть предусмотрены в качестве средства для уменьшения площади открытой для воздействия пористой поверхности 527 и общей скорости испарительного охлаждения контейнера и, тем самым, уменьшения скорости испарения жидкости и скорости охлаждения, что создает большую возможность регулирования температуры содержимого контейнера. Уменьшенное охлаждение может быть желательным в некоторых ситуациях, например, тогда, когда абсолютное давление, относительная влажность и/или температура окружающей среды являются низкими. Как показано на фиг.6В, между одной или несколькими частями контейнера и окружающей гильзы предпочтительно имеется интервал или зазор 530. Зазор может служить в качестве изолирующей зоны и/или в качестве зоны поднимающегося естественного конвекционного потока пара, что создает возможность поддержания охлаждения за счет диффузионного испарения и минимизации передачи лучистой теплоты жидкому содержимому 529 контейнера. Внутренняя гильза 524 на наружной стороне пористой матрицы 523 контейнера предпочтительно прикреплена к матрице, обеспечивающей диффузионное испарение, по меньшей мере, в верхней 522 и нижней 526 частях корпуса контейнера, особенно в том случае, если такие части не являются пористыми.For example,
В одном варианте осуществления некоторая часть или весь предмет одежды или контейнер, обеспечивающий диффузионное испарение, может содержать губчатый материал, обеспечивающий диффузионное испарение, который удерживает воду в губчатом материале, а также служит для обеспечения охлаждения за счет диффузионного испарения. Один предпочтительный вариант осуществления представляет собой двухслойный губчатый материал, обеспечивающий диффузионное испарение, имеющий внутреннюю губку, содержащую гидрофильный материал, и наружный гидрофобный слой, прикрепленный к ней. В этой конфигурации внутренняя губка может быть пропитана водой или другой испаряющейся жидкостью перед использованием, и пористый гидрофобный верхний слой по существу предотвращает или уменьшает просачивание жидкости, подвергающейся диффузионному испарению, к наружной поверхности матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение. Жидкость обеспечивает проход теплопередачи через влажную матрицу непосредственно к поверхности внутренней стенки контейнера.In one embodiment, some or all of the garment or container providing diffusion evaporation may comprise a spongy material providing diffusion evaporation, which retains water in the spongy material, and also serves to provide cooling by diffusion evaporation. One preferred embodiment is a bilayer sponge material providing diffusion evaporation having an inner sponge containing a hydrophilic material and an outer hydrophobic layer attached thereto. In this configuration, the inner sponge may be impregnated with water or other vaporizing liquid before use, and the porous hydrophobic top layer substantially prevents or reduces leakage of the liquid subjected to diffusion evaporation to the outer surface of the diffusion evaporation matrix. The liquid allows heat transfer through the wet matrix directly to the surface of the container’s inner wall.
На фиг.7 показан двухслойный губчатый материал 533, обеспечивающий диффузионное испарение, который может быть использован на стаканах, бутылках и контейнерах. Данная конфигурация создает возможность пропитывания внутреннего слоя 534 губчатого материала водой или другой испаряющейся жидкостью, и пористый гидрофобный верхний слой 535 по существу предотвращает или уменьшает утечку жидкого холодоносителя на наружной поверхности матрицы 535, обеспечивающей диффузионное испарение. Жидкость обеспечивает проход теплопередачи через влажную матрицу непосредственно к поверхности 532 внутренней стенки контейнера.7 shows a two-layer
На фиг.8 показана альтернативная конфигурация, в которой охлаждающая рубашка 542, удерживающая воду или другую текучую среду 541, подвергающуюся диффузионному испарению, заполнена через отверстие 543 и используется для охлаждения содержимого огражденного ею корпуса 539 контейнера. Корпус содержит одну или несколько частей матрицы 537, обеспечивающей диффузионное испарение, и, возможно, содержит один или несколько выступов 538 для повышения конструктивной прочности. Таким образом, жидкое содержимое 540 внутри огражденного центрального корпуса 539 может быть изолировано, что позволяет по существу предотвратить или уменьшить потерю объема жидкости или степени насыщенности углекислотой в пределах данной зоны. Кроме того, эффективность охлаждения контейнера за счет диффузионного испарения не зависит от свойств огражденной жидкости; она зависит только от летучести, теплоты парообразования, ионной силы (ионного характера) и содержания растворенного вещества в воде или жидкости 541, используемой для заполнения окружающего кожуха. Как показано на фиг.7, охлаждающая рубашка также может быть образована из отсоединяемой гильзы, состоящей из наружного слоя 535, обеспечивающего диффузионное испарение, и внутреннего пористого удерживающего или абсорбирующего жидкость слоя 534.FIG. 8 shows an alternative configuration in which a
На фиг.10 показана чашка для питья, охлаждаемая за счет диффузионного испарения, аналогичная по функционированию бутылкам, обеспечивающим диффузионное испарение, показанным на фиг.1А, 1В, 2, 3А и 3В. Как только жидкость будет налита в чашку, пористая матрица 555 обеспечит возможность охлаждения жидкости за счет диффузионного испарения. Корпус бутылки и опорные выступы 556 обеспечивают конструктивную опору и изоляцию.Figure 10 shows a drinking cup, cooled by diffusion evaporation, similar in operation to the bottles providing diffusion evaporation, shown in figa, 1B, 2, 3A and 3B. As soon as the liquid is poured into the cup, the
Данные типы охлаждающих рубашек 533 и 542 также могут быть использованы в аналогичной конфигурации в качестве холодильника для пищевых продуктов для уменьшения и поддержания температуры содержимого 568 ниже температуры окружающей среды. В одном варианте осуществления, как показано на фиг.11А, 11В и 11С, отражательные перегородки 560, 565 и 573 могут быть использованы на холодильнике для защиты матрицы 566, обеспечивающей диффузионное испарение, для повышения механической жесткости и для управления контейнером для хранения. Как крышка 558, 572, так и нижняя часть 563, 559 холодильника могут быть заполнены водой или другой жидкостью 567 и 575, подвергающейся диффузионному испарению, через отверстия 561 и 576 для заполнения жидкостью и слива жидкости. Внутренняя сторона крышки 574 и нижней части 569 контейнера предпочтительно выполнена из непористого материала.These types of cooling
На фиг.12 показано устройство для выдачи охлажденной воды, состоящее из бутыли 579 с водой, имеющей большую емкость, такой как бутыль емкостью 5 или 10 галлонов, и резервуара 580 для выдачи жидкости, охлаждаемой за счет диффузионного испарения. По мере того, как резервуар 580 пополняется жидкостью из бутыли 579, матрица 581, обеспечивающая диффузионное испарение и окружающая резервуар, обеспечивает охлаждение жидкости перед выдачей ее из одного или нескольких вентилей 583 с проходными отверстиями. В альтернативном варианте один вентиль может быть использован для охлажденной воды, и один вентиль может быть использован для горячей воды. Охлаждение за счет диффузионного испарения позволяет уменьшить или устранить необходимость в электрическом охлаждающем устройстве, таком как холодильный компрессор. Пластмассовый корпус 582 резервуара 580 создает механическую опору для матрицы 581, обеспечивающей диффузионное испарение.12 shows a chilled-water dispensing apparatus consisting of a
В одном варианте осуществления контейнер, обеспечивающий диффузионное испарение, может содержать один или несколько ремней с тем, чтобы обеспечить возможность ношения контейнера на теле. Контейнер можно носить любым способом, включая привязывание его вокруг туловища или конечности, или носить в виде ранца или сумочки, но возможные способы не ограничены вышеуказанными. Потенциальные применения данного технического решения на рынке соответствуют объему спортивного снаряжения, охлаждаемого за счет диффузионного испарения и предназначенного для оптимизации выступления атлета. На фиг.13 показан один вариант осуществления гидратной упаковки 585, охлаждаемой за счет диффузионного испарения. Упаковка содержит корпус 588, содержащий матрицу 591, обеспечивающую диффузионное испарение, которая в одном варианте осуществления выполнена ребристой для обеспечения большей площади поверхности для диффузионного испарения. Упаковка заполнена текучей средой, подвергающейся диффузионному испарению, через отверстие 587 для заполнения и слива, и ее можно носить с помощью одного или нескольких ремней 586. Трубочка 589 для питья сообщается по текучей среде с внутренним пространством упаковки и предпочтительно включена для того, чтобы дать носителю возможность пить текучую жидкость удобным образом. Гидратная упаковка, охлаждаемая за счет диффузионного испарения, включая носимые контейнеры ранцевого типа, может быть создана путем образования, по меньшей мере, части элемента, представляющего собой эластичный баллон, из любой из множества гидратных упаковок, которые известны в данной области техники и промышленно изготавливаются и поставляются на рынок (например, CamelBak, Petaluma, Калифорния; HydraPak, Беркли, Калифорния), с материалом, обеспечивающим диффузионное испарение, например, с помощью термосварки, склеивания и/или сшивания.In one embodiment, the diffusion evaporation container may comprise one or more belts in order to allow the container to be worn on the body. The container can be worn in any way, including tying it around the trunk or limb, or worn in the form of a satchel or purse, but the possible methods are not limited to the above. The potential applications of this technical solution on the market correspond to the volume of sports equipment cooled by diffusion evaporation and designed to optimize the performance of an athlete. 13 shows one embodiment of a
В одном варианте осуществления гидратная упаковка 585 содержит ламинат из, по меньшей мере, двух слоев: (1) наружного слоя 591, содержащего слой, обеспечивающий диффузионное испарение, выполненный со складками или без складок и содержащий гидрофобный ламинат, обеспечивающий диффузионное испарение; (2) опорного слоя 593, имеющего предпочтительно тонкий опорный слой для слоя 591, обеспечивающего диффузионное испарение, при этом опорный слой служит в качестве барьера для жидкости. В некоторых вариантах осуществления, например, предназначенных для длительной эксплуатации, вода подается под действием силы тяжести или за счет впитывания из резервуара 588, содержащего жидкость, вниз в полые пространства 592, образованные между матрицей 591, обеспечивающей диффузионное испарение, и средним слоем 593.In one embodiment, the
Возможный третий слой предпочтительно содержит изоляционный материал и касается непосредственно кожи (или находится в тепловом контакте с кожей через предмет одежды), и обеспечивает тепловой барьер между пользователем и гидратной упаковкой. Этот слой может быть непрерывным или иметь рельефный рисунок (например, с бороздками, складками, волнообразным рельефом) для создания возможности прохода воздуха между пользователем и гидратной упаковкой. Возможный третий или четвертый слой содержит осушитель или абсорбирующий материал.The possible third layer preferably contains insulating material and directly touches the skin (or is in thermal contact with the skin through the garment), and provides a thermal barrier between the user and the hydrated packaging. This layer can be continuous or have a relief pattern (for example, with grooves, folds, wave-like relief) to allow air to pass between the user and the hydrated packaging. A possible third or fourth layer contains a desiccant or absorbent material.
На фиг.14 показан пакет 594 для питья, охлаждаемый за счет диффузионного испарения, в возможном закрепляемом ремнями держателе 599 из ткани. Держатель может содержать материалы, отличные от ткани; необходимо только, чтобы он обладал способностью удерживать пакет и предпочтительно не препятствовать в существенной степени диффузионному испарению. Пакет, обеспечивающий диффузионное испарение, такой как этот, например, может быть прикреплен к шлевкам поясного ремня путем использования крепежных ремней, продернутых в них, или прикреплен к стороне существующего поясного ремня. Ткань 601 создает возможность свободного прохода при диффузионном испарении из пористой матрицы 595 пакета. Пакет 594 в одном предпочтительном варианте осуществления содержит три основные части: 1) корпус 595, обеспечивающий диффузионное испарение и содержащий матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение, 2) отверстие 596 для заполнения и 3) трубку 597, 602 для питья, охлаждаемую за счет диффузионного испарения, и выливную часть 598 с краном. Корпус 595 может быть по существу полностью или частично образован из матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение. Трубка 602 для питья, охлаждаемая за счет диффузионного испарения, в одном варианте осуществления содержит наружный гидрофобный слой 604, обеспечивающий диффузионное испарение, который по существу предотвращает или уменьшает утечку жидкости и охлаждение за счет диффузионного испарения, и внутренний смачиваемый жидкостью слой 605. Когда жидкость будет введена через центр 603 данной многослойной трубки 602, жидкость будет проникать в гидрофильный материал, создавая жидкостную пробку 605, которая в существенной степени предотвращает или уменьшает поступление воздуха в центр 603 трубки через пористую матрицу 604. Жидкость, захваченная в гидрофильной матрице 605, может свободно испаряться при диффузионном испарении через наружную гидрофобную матрицу 604. Эта комбинация гидрофильной 605 и гидрофобной 604 матриц в трубке 602 обеспечивает преимущество, заключающееся в подаче охлажденной питьевой воды непосредственно из центра 603 внутреннего пространства трубки при размещении ее во взаимодействии с резервуаром 594, охлаждаемым за счет диффузионного испарения, или с резервуаром, охлаждаемым не за счет диффузионного испарения, в альтернативном варианте осуществления. Один простой способ изготовления такой трубки 602 состоит в плазменной обработке центра гидрофобной пористой политетрафторэтиленовой трубки. В альтернативном варианте трубка для питья может быть изготовлена из материалов, не обеспечивающих диффузионного испарения.On Fig shows a
В некоторых вариантах осуществления контейнер, обеспечивающий диффузионное испарение, выполнен в виде легкого наполненного жидкостью (предпочтительно наполненного водой) предмета одежды, обеспечивающего охлаждение за счет диффузионного испарения, который служит в качестве простой персональной охлаждающей системы, создающей микроклимат, для снятия температурного напряжения у людей, носящих защитную одежду, в условиях нормальной или повышенной температуры окружающей среды. Данный тип охлаждающего предмета одежды может быть при изготовлении включен в защитное обмундирование, такое как костюмы для обеспечения химической или биологической защиты или огнезащитные костюмы Nomex, для образования части такого обмундирования, или он может носиться вместе с такими защитными предметами форменной одежды. В альтернативном варианте предмет одежды может носиться под слоем бронежилета.In some embodiments, the implementation of the container, providing diffusion evaporation, made in the form of a lightly liquid-filled (preferably filled with water) garment, providing cooling by diffusion evaporation, which serves as a simple personal cooling system that creates a microclimate to relieve temperature stress in people, wearing protective clothing under normal or elevated ambient temperatures. This type of cooling garment may be included in protective clothing during manufacture, such as suits for chemical or biological protection or Nomex flame retardant suits, to form part of such clothing, or it may be worn with such protective clothing. Alternatively, the garment may be worn under a layer of body armor.
Охлаждающий предмет одежды в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления может быть использован для многих целей, включая одежду для пожарных и спасателей, военных и персонала, работающего с опасными (химическими и/или биологическими) материалами, а также для поклонников спорта, которые могут повысить свою выносливость за счет выделения большего количества тепла из их тел во время спортивных занятий, но сферы применения не ограничены вышеуказанными. Предметы одежды, обеспечивающие диффузионное испарение, также могут снизить количество инфракрасного излучения, выделяемого пользователем. В предпочтительных вариантах осуществления вода или комбинация воды и этанола (предпочтительно приблизительно от 5 до 15%) в качестве источника охладителя, подвергающегося диффузионному испарению, используется для получения устройства, которое будет по существу безопасным и обеспечит дополнительную функциональность, такую как дополнительный пакет для питьевой воды для носителя, охлаждаемой за счет диффузионного испарения. Охлажденная питьевая вода также может снизить тепловую нагрузку на человека, носящего защитный костюм или предмет форменной одежды или занимающегося спортом, особенно теми видами спорта, в которых требуется выносливость. Несмотря на то, что предпочтительны безвредные и/или годные для питья охладители, может быть использована любая жидкость, способная обеспечить выполнение функции охлаждения за счет диффузионного испарения, включая метанол, изопропанол, не годную для питья воду и другие жидкости и растворители. Предпочтительно выбранный охладитель совместим с материалом(-ами), с которым(-и) он контактирует в предмете одежды.The cooling garment in accordance with the preferred embodiments can be used for many purposes, including clothing for firefighters and rescuers, military personnel and personnel working with hazardous (chemical and / or biological) materials, as well as for sports fans who can increase their stamina due to the release of more heat from their bodies during sports, but the scope is not limited to the above. Garments that provide diffusion evaporation can also reduce the amount of infrared radiation emitted by the user. In preferred embodiments, water, or a combination of water and ethanol (preferably from about 5 to 15%) as a source of diffusion vaporized cooler, is used to provide a device that is substantially safe and provides additional functionality, such as an optional drinking water bag for a carrier cooled by diffusion evaporation. Chilled drinking water can also reduce the heat load on a person wearing a protective suit or uniform or playing sports, especially those sports that require stamina. Although harmless and / or drinkable coolers are preferred, any liquid capable of providing the cooling function by diffusion evaporation, including methanol, isopropanol, unfit water and other liquids and solvents, is preferred. Preferably, the selected cooler is compatible with the material (s) with which it is in contact with the garment.
В одном предпочтительном варианте осуществления предмет одежды, обеспечивающий охлаждение за счет диффузионного испарения, выполнен в виде куртки или жилета. Предмет одежды, обеспечивающий диффузионное испарение, может носиться отдельно, или его можно носить, когда он включен или встроен в другой предмет обмундирования или одежды, такой как защитный костюм. Когда предмет одежды, обеспечивающий диффузионное испарение, включен или "встроен" в другой предмет одежды, он предпочтительно образует самые внутренние слои с тем, чтобы он находился в плотном контакте (то есть в тепловом контакте) с пользователем. Охлаждающий предмет одежды, обеспечивающий диффузионное испарение, может находиться в непосредственном контакте с кожей, или он может находиться в контакте с другим предметом одежды пользователя. В некоторых вариантах осуществления предмет одежды, обеспечивающий диффузионное испарение, содержит слой ткани или материала, закрывающий некоторый участок или всю часть матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, которая направлена в сторону внутренней части предмета одежды (то есть части, которая касается пользователя или находится в тепловом контакте с пользователем).In one preferred embodiment, a garment providing cooling by diffusion evaporation is in the form of a jacket or vest. A garment that allows diffusion evaporation can be worn separately, or it can be worn when it is included or integrated in another garment or garment, such as a protective suit. When a garment providing diffusion evaporation is included or “embedded” in another garment, it preferably forms the innermost layers so that it is in close contact (i.e., in thermal contact) with the user. A cooling article of clothing providing diffusion evaporation may be in direct contact with the skin, or it may be in contact with another article of clothing of the user. In some embodiments, the diffusion evaporation garment comprises a layer of fabric or material covering a portion or all of the diffusion evaporation matrix that is directed toward the inside of the garment (i.e., the part that touches the wearer or is in thermal contact) with the user).
Несмотря на то, что обсуждаемые вопросы, относящиеся к предметам одежды, обеспечивающим диффузионное испарение, рассматривались применительно к жилету или куртке, имеющей определенную конфигурацию, данное обсуждение не должно быть истолковано как ограничивающее раскрытое изобретение. Принципы, рассмотренные здесь, обеспечивают создание множества предметов одежды, охлаждаемых за счет диффузионного испарения, включая куртки, шляпы, пояса, брюки, леггинсы и конструкции, которые покрывают одну или несколько частей тела, такие как накидка для ноги или руки (или части ее), или шарф для шеи.Although the issues discussed relating to garments providing diffusion evaporation have been considered with respect to a vest or jacket having a specific configuration, this discussion should not be construed as limiting the disclosed invention. The principles discussed here provide for the creation of many garments that are cooled by diffusion evaporation, including jackets, hats, belts, trousers, leggings and designs that cover one or more parts of the body, such as a cloak for a leg or arm (or parts of it) , or a scarf for the neck.
На фиг.15 показана конструкция одного предпочтительного варианта осуществления куртки 608. Куртка может носиться сама по себе, или куртка или жилет может быть скрыта под предметом одежды или защитным предметом одежды, таким как костюм для химической защиты, огнезащитный костюм Nomex или бронежилет.15 shows the construction of one preferred embodiment of a
В предпочтительном варианте осуществления куртка содержит ламинат из трех или четырех слоев:In a preferred embodiment, the jacket comprises a laminate of three or four layers:
(1) возможного восстанавливаемого наружного слоя 610 или наружного слоя 610 одноразового применения, содержащего осушитель или абсорбирующий материал, который абсорбирует влагу или другую текучую среду, образующуюся в результате диффузионного испарения;(1) a possible reconditioned
(2) наружного слоя, содержащего слой 611, обеспечивающий диффузионное испарение, предпочтительно собранный в складки, содержащий ламинат, обеспечивающий диффузионное испарение, предпочтительно гидрофобный по своей природе;(2) an outer layer comprising a
(3) среднего слоя 613, имеющего тонкий опорный слой для слоя, обеспечивающего диффузионное испарение, который также может служить в качестве барьера для жидкости и в некоторых случаях в качестве барьера для потенциально опасных биологических или химических веществ. Для более продолжительных операций в одном варианте осуществления вода или другая охлаждающая текучая среда может подаваться под действием силы тяжести или за счет впитывания из резервуара 616 для удерживания жидкости, такого как на плечах куртки, вниз в полые пространства 612, образованные между матрицей, обеспечивающей диффузионное испарение, и средним слоем; и(3) a
(4) внутреннего слоя 615, который находится в контакте с кожей, в непосредственном контакте или посредством куска ткани или материала, причем такая ткань или материал представляет собой часть самой куртки и/или отдельный предмет, носимый пользователем. Внутренний слой предпочтительно содержит зоны с узором или змеевидные зоны, образованные термосваркой. В одном варианте осуществления предусмотрена упрощенная куртка, содержащая только слои 2 и 4, указанные выше.(4) an
Текучая среда может подаваться в куртку через отверстие 607 в куртке. В предпочтительном варианте осуществления пространство 614 между внутренним и средним слоями образует пневматическую камеру, которая при надувании ее посредством мундштука 618 обеспечивает изоляцию от жидкости в охлаждающей куртке. Когда пневматическая камера сжимается посредством терминального мундштука на воздушном шланге, слой жидкости входит в тепловой контакт с кожей за счет наложения друг на друга среднего и внутреннего слоев, и это обеспечивает охлаждение по потребности. В другом варианте осуществления отдельный резервуар для воды в куртке расположен между средним и внутренним изолирующими слоями для обеспечения холодного источника питьевой воды. Если требуется, резервуар может содержать сжимаемый мешок для предотвращения хлюпанья воды, которое может создать чрезмерный или нежелательный шум. В других вариантах осуществления предмет одежды может содержать трубку 617 для питья, чтобы дать возможность носителю потреблять жидкость, находящуюся в куртке.Fluid may be supplied to the jacket through
Если предмет одежды, обеспечивающий диффузионное испарение и не имеющий наружного слоя осушителя/абсорбента, используется под предметом форменной одежды, защитным или иным, предпочтительно, чтобы такой предмет форменной одежды был проницаемым для текучей среды, подвергающейся диффузионному испарению, или чтобы предмет форменной одежды имел вентиляционные отверстия, поры или другие отверстия для обеспечения возможности прохода текучей среды, подвергающейся диффузионному испарению.If a garment that provides diffusion evaporation and does not have an outer layer of desiccant / absorbent is used under a uniform, protective or otherwise, it is preferable that such a uniform is permeable to a fluid subjected to diffusion evaporation, or that the uniform has ventilation openings, pores, or other openings to allow passage of fluid undergoing diffusion evaporation.
В некоторых вариантах осуществления предмет одежды, обеспечивающий диффузионное испарение, дополнительно содержит восстанавливаемый наружный слой или наружный слой одноразового применения, содержащий осушитель или абсорбирующий материал, который абсорбирует влагу или другую текучую среду, образующуюся в результате диффузионного испарения. К пригодным осушителям или абсорбирующим материалам для водной текучей среды, подвергающейся диффузионному испарению, относятся сульфат аммония, молекулярные сита и полиакриловая кислота, но возможные осушители или абсорбирующие материалы не ограничены вышеуказанными. Наружный слой осушителя/абсорбента может быть выброшен после использования, или он может быть восстановлен, например, путем подвода тепла и/или пониженного давления. В предпочтительном варианте осуществления слой абсорбента/осушителя абсорбирует воду в количестве, по меньшей мере, приблизительно в 3-4 раза превышающем его собственный вес. Процесс абсорбции воды в данном слое предпочтительно является эндотермическим или, по меньшей мере, в минимальной степени экзотермическим. В предпочтительных вариантах осуществления данный слой обеспечивает высокую степень абсорбции, стабильность размеров и/или минимизирует нагрев вследствие гидратации водяного пара в данном слое. Как легко поймут специалисты в данной области техники, слой осушителя или абсорбента может быть использован в сочетании с любым описанным здесь контейнером, обеспечивающим диффузионное испарение. Когда предмет одежды, обеспечивающий диффузионное испарение, используется в сочетании с другим предметом одежды или включен или встроен в другой предмет одежды, отсутствует необходимость в наличии пор, вентиляционных отверстий, отверстий и т.п. в другом предмете одежды, хотя они могут иметься, если это желательно. В соответствующем варианте осуществления, по меньшей мере, одна поверхность наружного слоя осушителя/абсорбента содержит материал, который является химически стойким и/или по существу не проницаемым для химических и/или биологических веществ для обеспечения дополнительной защиты носителя.In some embodiments, the diffusion evaporation garment further comprises a reconstitutable outer layer or a disposable outer layer comprising a desiccant or an absorbent material that absorbs moisture or other fluid generated by diffusion evaporation. Suitable desiccants or absorbent materials for aqueous fluids subjected to diffusion evaporation include ammonium sulfate, molecular sieves, and polyacrylic acid, but possible desiccants or absorbent materials are not limited to the above. The outer layer of the desiccant / absorbent can be discarded after use, or it can be restored, for example, by applying heat and / or reduced pressure. In a preferred embodiment, the absorbent / desiccant layer absorbs water in an amount of at least about 3-4 times its own weight. The process of water absorption in this layer is preferably endothermic or at least minimally exothermic. In preferred embodiments, the layer provides a high degree of absorption, dimensional stability and / or minimizes heating due to hydration of water vapor in the layer. As those skilled in the art will readily understand, a desiccant or absorbent layer can be used in conjunction with any diffusion evaporation container described herein. When a garment providing diffusion evaporation is used in combination with another garment or is included or integrated in another garment, there is no need for pores, ventilation holes, openings, and the like. in another garment, although they may be present if desired. In a suitable embodiment, at least one surface of the outer layer of the desiccant / absorbent comprises a material that is chemically resistant and / or substantially impermeable to chemical and / or biological substances to provide additional protection for the carrier.
Дальнейшее представляет собой краткое рассмотрение термодинамического осуществления такой конструкции. Если предположить, что средняя плотность потока водяного пара при диффузионном испарении через пористую матрицу составляет 4·10-6 г/см2·с при 75°F и отсутствии ветра из таблицы 1, и предположить, что плотность потока водяного пара удваивается при 95°F, можно получить плотность потока 8·10-6 г/см2·с. Если энтальпия парообразования при 95°F составляет 2400 Дж/г, то рассеяние энергии на единицу площади матрицы составляет 1,9·10-2 Вт/см2. Для достижения рассеяния энергии, составляющего 25 Вт, необходимо использовать полезную площадь поверхности матрицы, составляющую приблизительно 1500 см2 или 1,5 кв. фута, в конструкции гидратной упаковки. Использование мембраны со складками или пористой спеченной матрицы со складками обеспечивает повышение способности к охлаждению за счет диффузионного испарения, поскольку способность к охлаждению за счет диффузионного испарения находится в прямой зависимости от площади пористой поверхности куртки. Для охлаждения в течение 4 часов при скорости приблизительно 150 мл воды будет израсходовано в данном процессе. Тем самым не намного менее 0,5 фунта воды будет использовано в данном процессе. Представляется целесообразным, чтобы масса воды, заполняющей куртку, подобную данной, могла составлять приблизительно 3 фунта или менее.The following is a brief discussion of the thermodynamic implementation of such a design. Assuming that the average water vapor flux density during diffusion evaporation through the porous matrix is 4 · 10 -6 g / cm 2 · s at 75 ° F and the absence of wind from Table 1, and assuming that the water vapor flux density doubles at 95 ° F, a flux density of 8 · 10 −6 g / cm 2 · s can be obtained. If the vaporization enthalpy at 95 ° F is 2400 J / g, then the energy dissipation per unit area of the matrix is 1.9 · 10 -2 W / cm 2 . To achieve an energy dissipation of 25 W, it is necessary to use a useful matrix surface area of approximately 1,500 cm 2 or 1.5 square meters. feet in hydrated packaging design. The use of a pleated membrane or a sintered porous matrix with pleats provides an increase in cooling ability due to diffusion evaporation, since the ability to cool due to diffusion evaporation is directly dependent on the porous surface of the jacket. For cooling for 4 hours at a speed of approximately 150 ml of water will be used up in this process. Thus, not much less than 0.5 pounds of water will be used in this process. It seems appropriate that the mass of water filling the jacket, such as this, could be approximately 3 pounds or less.
Как будет очевидно для специалистов в данной области техники, конфигурации различных слоев в вариантах осуществления куртки, пакета и ранца, рассмотренных выше, являются взаимозаменяемыми, поскольку они являются взаимозаменяемыми с другими конфигурациями контейнеров, раскрытыми здесь.As will be apparent to those skilled in the art, the configurations of the various layers in the jacket, bag, and satchel embodiments discussed above are interchangeable since they are interchangeable with the other container configurations disclosed herein.
Предпочтительное размещение многослойной или многофункциональной матрицы согласно одному варианту осуществления - это такое, в котором поверхность матрицы с более сильным проникновением жидкости обращена к внутренней стороне предмета одежды и опорная обратная сторона матрицы открыта для воздействия воздуха снаружи предмета одежды. Значения толщины этих пористых материалов в предпочтительном варианте осуществления находятся в интервале приблизительно от 1/128" (0,2 мм) до 1/8" (3,2 мм). В одном варианте осуществления многослойные композиционные материалы мембран и матриц, обеспечивающих диффузионное испарение, выбраны так, чтобы обеспечить высокое давление проникновения жидкости на поверхности раздела жидкость-матрица путем использования тонкого материала с высокой степенью гидрофобности и малым размером пор, такого как вспененный политетрафторэтилен (ePTFE), вставленного между более толстыми опорами с большой пористостью, такими как опоры из спеченного полиэтилена, и присоединенного к ним путем ламинирования, что создает возможность существенной плотности потока при диффузионном испарении.A preferred arrangement of a multilayer or multifunctional matrix according to one embodiment is one in which the surface of the matrix with more liquid penetration is facing the inside of the garment and the supporting back side of the matrix is exposed to air outside the garment. The thickness values of these porous materials in a preferred embodiment are in the range of about 1/128 "(0.2 mm) to 1/8" (3.2 mm). In one embodiment, the multilayer composite materials of the membranes and matrices providing diffusion evaporation are selected to provide high liquid penetration pressure at the liquid matrix interface by using a thin material with a high degree of hydrophobicity and small pore size, such as foamed polytetrafluoroethylene (ePTFE) inserted between thicker supports with high porosity, such as sintered polyethylene supports, and attached to them by lamination, which çäàåò possibility of substantial current density at the evaporation diffusion.
Способы изготовленияManufacturing methods
Несколько способов пригодны для изготовления контейнеров, обеспечивающих диффузионное испарение, или части предмета одежды, обеспечивающего диффузионное испарение, которая представляет собой матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение, включая спекание пластиковых гранул с размером до миллиметра в формообразующей полости для непосредственного образования стенки для диффузионного испарения; термическое или ультразвуковое ламинирование или сварку одного или нескольких кусков матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, вместе или присоединение их к соответствующему каркасу путем термического или ультразвукового ламинирования или сварки; формование со вставкой, при котором один или несколько листов или цилиндр из пористой матрицы вставляют в полость пресс-формы и термопластичный полимер подвергают литьевому прессованию непосредственно вокруг вставки (вставок) для образования заданного композита, имеющего участки из пористой матрицы; термосварку; скрепление компонентов путем использования клеев, но возможные способы не ограничены вышеуказанными; и/или способы сшивания также могут быть использованы для сборки всего или части предмета одежды или контейнера, обеспечивающего диффузионное испарение.Several methods are suitable for the manufacture of containers for diffusion evaporation, or part of a garment for diffusion evaporation, which is a matrix for diffusion evaporation, including sintering of plastic granules up to a millimeter in size in a forming cavity to directly form a wall for diffusion evaporation; thermal or ultrasonic laminating or welding of one or several pieces of a matrix providing diffusion evaporation, together or joining them to the corresponding frame by thermal or ultrasonic lamination or welding; molding with an insert in which one or more sheets or a cylinder of a porous matrix is inserted into the cavity of the mold and the thermoplastic polymer is injection molded directly around the insert (s) to form a desired composite having portions of the porous matrix; heat sealing; bonding components by using adhesives, but possible methods are not limited to the above; and / or stitching methods can also be used to assemble all or part of a garment or container that allows diffusion evaporation.
Многослойные конструкции, содержащие два или более слоев пористого материала, могут быть использованы для получения матрицы с лучшими механическими или физическими свойствами. Например, объединение спеченной макропористой матрицы из полиэтилена с тонким слоем вспененного политетрафторэтилена на стороне контейнера, обтекаемой жидкостью, повышает гидрофобность и давление проскока воды в жидком состоянии от 5 фунтов на кв. дюйм до свыше 30 фунтов на кв. дюйм, но тем не менее многослойная матрица по-прежнему обеспечивает сохранение плотности потока при диффузионном испарении, аналогичной той, которую получают при использовании одного пористого полиэтилена.Multilayer structures containing two or more layers of porous material can be used to obtain a matrix with better mechanical or physical properties. For example, combining a sintered macroporous matrix made of polyethylene with a thin layer of foamed polytetrafluoroethylene on the side of the container streamlined by the liquid increases the hydrophobicity and pressure of the breakthrough water in the liquid state from 5 psi. inch to over 30 psi an inch, but nevertheless, the multilayer matrix still ensures the preservation of flux density during diffusion evaporation, similar to that obtained using single porous polyethylene.
На фиг.1А и 2В показана конструкция предпочтительного варианта осуществления контейнера, обеспечивающего диффузионное испарение, с участком 501 стенки, содержащим матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение. Стенка 501 прикреплена к верхней 500 и нижней 501 частям контейнера с помощью такого процесса, как формование со вставками, термо- или ультразвуковая сварка, склеивание или с помощью других пригодных средств. Литьевое прессование со вставками также может быть использовано для прикрепления матрицы к другим частям контейнера. Верх 500 бутылки, показанной в данном примере, обеспечивает возможность резьбового соединения и может быть использован вместе с вентилируемой крышкой бутылки. Верхняя 500 и нижняя 502 части контейнера могут быть изготовлены любым пригодным способом, включая литьевое прессование, вакуумное формование и т.п.1A and 2B show the construction of a preferred embodiment of a diffusion evaporation container, with a
На фиг.3А и 3В показана выполненная с выступами конфигурация для тонкой матрицы 507, обеспечивающей диффузионное испарение, для которой желательна дополнительная конструктивная опора 508. Выступы 508 придают стенке контейнера как конструктивную целостность, так и поверхность с выступами для более прочного захвата контейнера рукой. Выступы 508 могут быть размещены с наружной стороны, внутренней стороны и/или с одной или нескольких сторон матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение. Выступы 508 предпочтительно образованы литьевым прессованием на матрице 507, обеспечивающей диффузионное испарение, путем формования со вставками. В альтернативном варианте выступы 508 могут быть присоединены к пористой матрице 507 или пористая матрица 507 может быть присоединена к оболочке 508 контейнера, выполненной с выступами, посредством ультразвуковой сварки, термосварки или склеивания, среди прочего.FIGS. 3A and 3B show a protrusion configuration for a thin
На фиг.3С и 3D показан предназначенный для занятий спортом вариант контейнера, который позволяет надежно зафиксировать контейнер в удерживающем кронштейне посредством суженной части 512 бутылки. Горлышко 511 бутылки обеспечивает возможность использования различных укупорочных средств, включая защелкивающуюся крышку и резьбовое укупорочное средство.FIGS. 3C and 3D show a variant of the container for sports, which allows the container to be securely fixed in the holding bracket by means of a narrowed
На фиг.4 показан теплоизоляционный, гидрофобный слой 518 вспененного материала с открытыми ячейками, который обеспечивает возможность прохождения водяного пара через открытопористую структуру, но препятствует конвекционному и радиационному нагреву содержимого контейнера. В таблице 1 показано, что теплоизоляционная матрица уменьшает скорость потери жидкости при одновременном поддержании существенного охлаждения за счет диффузионного испарения. В предпочтительном варианте осуществления изоляционный вспененный материал 518 размещают или снимают с бутылки, как эластичную гильзу.Figure 4 shows a heat-insulating,
Повышение эффективности охлаждения за счет диффузионного испарения может быть достигнуто путем увеличения площади поверхности матрицы, находящейся в контакте с жидкостью, путем выполнения матрицы со складками. На фиг.5 показан корпус 520 контейнера, выполненный со складками, который обеспечивает возможность получения большей площади поверхности для диффузионного испарения, открытой для воздействия со стороны удерживаемого объема жидкости. Эта конфигурация обеспечивает уменьшение времени, требуемого для охлаждения объема контейнера за счет диффузионного испарения. Контейнер, имеющий такую конфигурацию, может быть изготовлен путем формования со вставками или путем заливки обоих концов клеем с одновременным присоединением к нижнему 521 и верхнему 519 элементам контейнера или заливки расплавленным пластиком.An increase in cooling efficiency due to diffusion evaporation can be achieved by increasing the surface area of the matrix in contact with the liquid by performing a pleated matrix. Figure 5 shows the
На фиг.6А и 6 В показана поворачивающаяся гильза 525 на наружной стороне тела 523 матрицы. Когда наружная гильза 525 поворачивается относительно внутренней гильзы 524, образуется множество вертикальных щелей 527, которые открываются и закрываются для создания переменной степени открытия матрицы 523, обеспечивающей диффузионное испарение, для воздействия, в результате чего можно уменьшить интенсивность потока пара, но при этом поддерживать соответствующее охлаждение за счет диффузионного испарения. Гильза, скользящая в вертикальном направлении, щели которой регулируются в вертикальном направлении вместо регулирования путем поворота, также может быть использована в конфигурации такого типа. Внутренняя и наружная гильзы 524 и 525 изготовлены из по существу не пористого материала, такого как пластик или металл, который не позволяет водяному пару проходить через него. На фиг.6В показана кольцевая гильза, которая обеспечивает поддержание очень узкого зазора 530 между пористой матрицей 523 и внутренней неподвижной гильзой 524. Зазор 530 необходим в качестве защитного экрана для того, чтобы по существу предотвратить или в существенной степени уменьшить обусловленную теплопроводностью и радиационным нагревом передачу тепла непосредственно пористой матрице 523 основного корпуса контейнера. Кроме того, расстояние 530 обеспечивает возможность выхода потока пара из кольцевой зоны 527. Гильзы 524 и 525 также могут быть использованы над поверхностью 520 со складками, обеспечивающей диффузионное испарение, такой как показанная на фиг.5. В этом случае гильзы 524 и 525 также могут быть размещены на наружной стороне контейнера путем надвигания их на наружную сторону контейнера. Внутренняя гильза 524 может быть прикреплена или приварена на месте.6A and 6B show a
На фиг.7 и 8 показаны выполненные с рубашками варианты осуществления контейнеров, обеспечивающих диффузионное испарение. Как показано на фиг.1, охлаждающая рубашка может быть образована из отсоединяемой гильзы, состоящей из наружного гидрофобного слоя 535, обеспечивающего диффузионное испарение, и внутреннего пористого удерживающего или абсорбирующего жидкость слоя 534. В варианте осуществления на фиг.8 наружная рубашка 541 заполнена через специальные отверстия 543 водой или другими летучими текучими средами 541, и содержимое внутреннего контейнера 540 для жидкости поддерживается при температуре ниже температуры окружающей среды. Одно преимущество данной конфигурации состоит в том, что газированный напиток может храниться в данном контейнере без снижения степени насыщенности углекислотой. Кроме того, жидкость с малой склонностью к диффузионному испарению, такая как жидкость с большим содержанием электролитов или сахара, может быть размещена во внутренней камере 540 контейнера, в то время как дистиллированная вода или другая жидкость 541, легко подвергающаяся диффузионному испарению, размещена в наружной камере для получения соответствующего снижения температуры.Figures 7 and 8 show embodiments of containers with shirts that provide diffusion evaporation. As shown in FIG. 1, the cooling jacket may be formed of a detachable sleeve consisting of an outer
Другой вариант осуществления для конфигурации, обеспечивающей диффузионное испарение и предусмотренной с губчатым материалом 533 или рубашкой 542, как показано на фиг.7 и 8, предназначен для использования олеофобной матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, которая удерживает органические жидкости, такие как спирт. В такой конфигурации наружная рубашка 533, 542 заполняется этанолом и служит в качестве холодоносителя 534, 541, обеспечивающего диффузионное испарение.Another embodiment for a diffusion evaporation configuration provided with
На фиг.10 показана чашка для питья, охлаждаемая за счет диффузионного испарения, аналогичная по функционированию контейнерам на фиг.1А, 1В, 2, 3А и 3В. Узел может быть образован путем обертывания плоской матрицы, обеспечивающей диффузионное испарение, вокруг корпуса 556 чашки или насаживания матрицы 555 на корпус 556 чашки подобно цилиндру и прикрепления материала с помощью клея, заливки герметиком, термосварки или ультразвуковой сварки. Формование со вставками может быть использовано для непосредственного крепления материала к корпусу и стенкам бутылки.Figure 10 shows a drinking cup, cooled by diffusion evaporation, similar in operation to the containers in figa, 1B, 2, 3A and 3B. The assembly can be formed by wrapping a flat matrix providing diffusion evaporation around the
На фиг.11А, 11В и 11С показана конфигурация для получения охлаждающего контейнера для хранения напитков и пищевых продуктов 568. В данной конфигурации крышка 558, стенки 559 и 560 холодильника или предпочтительно как крышка 572, так и стенки 559 и 564 содержат заполненную жидкостью рубашку 566 и 578, обеспечивающую диффузионное испарение. Контейнер может дополнительно содержать один или несколько слоев изоляции. Контейнер может быть использован для одновременного хранения пищевых продуктов и напитков 568 при температуре ниже температуры окружающей среды в течение нескольких дней. В одном варианте осуществления сборку корпуса 563 холодильника выполняют путем размещения плоской матрицы 566, обеспечивающей диффузионное испарение, внутри корпуса 564 оболочки и прикрепления материала с помощью клея, заливки герметиком, термосварки или ультразвуковой сварки. В альтернативном варианте формование со вставками используют для непосредственного крепления материала 566 к каркасу и стенкам 564.On figa, 11B and 11C shows the configuration for receiving a cooling container for storing drinks and
Одно предложенное решение для снятия тепловых напряжений основано на идее диффузионного испарения. Охлаждаемая гидратная упаковка или другой охлаждающий предмет одежды, в котором используется механизм охлаждения за счет диффузионного испарения, подобный данному, может найти применение не только в военной сфере в качестве персональной системы охлаждения, но также для поклонников спорта, которые могли бы повысить свою выносливость за счет выделения большего количества тепла из их тел во время состязаний в беге. Использование воды или комбинации воды и этанола (предпочтительно приблизительно 5-15%) в качестве источника холодоносителя для диффузионного испарения позволяет выполнить такое устройство безопасным и обеспечивающим дополнительную функциональность, такую как дополнительный пакет для питьевой воды, охлаждаемой за счет диффузионного испарения. Охлажденная питьевая вода также уменьшит тепловую нагрузку на человека, носящего защитный костюм или предмет форменной одежды.One proposed solution for removing thermal stresses is based on the idea of diffusion evaporation. A cooled hydrated pack or other cooling garment that uses a diffusion evaporation cooling mechanism similar to this one can find application not only in the military sphere as a personal cooling system, but also for sports fans who could increase their endurance by the release of more heat from their bodies during race events. The use of water or a combination of water and ethanol (preferably about 5-15%) as a source of coolant for diffusion evaporation makes it possible to make such a device safe and providing additional functionality, such as an additional bag for drinking water cooled by diffusion evaporation. Chilled drinking water will also reduce the heat load on a person wearing a protective suit or uniform.
Гидратная упаковка, обеспечивающая диффузионное испарение и описанная здесь, по конструкции аналогична бутылкам для охлаждения напитков за счет диффузионного испарения, которые были известны ранее. Сравнение эффективности охлаждения путем использования охлаждения за счет диффузионного испарения (2400 Дж/г) с удельной теплотой плавления (335 Дж/г) в сумме с нагревом жидкости (105 Дж/г) до комнатной температуры (77°F) показывает, что охлаждение за счет диффузионного испарения в пять раз эффективнее с точки зрения массы, чем использование льда. В таблицах 1, 2 и 3 приведены данные, показывающие, что происходит с бутылками, обеспечивающими охлаждение за счет диффузионного испарения, при различных условиях с точки зрения скорости ветра и состава матрицы при комнатной температуре и относительной влажности 30-40%.The hydration pack providing diffusion evaporation and described herein is similar in design to bottles for cooling drinks by diffusion evaporation, which were previously known. A comparison of the cooling efficiency by using cooling due to diffusion evaporation (2400 J / g) with a specific heat of fusion (335 J / g) combined with heating the liquid (105 J / g) to room temperature (77 ° F) shows that cooling over diffusion evaporation is five times more mass-effective than using ice. Tables 1, 2, and 3 show data showing what happens to bottles that provide cooling by diffusion evaporation under various conditions in terms of wind speed and matrix composition at room temperature and relative humidity of 30-40%.
На фиг.14 показан один вариант осуществления пакета 594 для питья, охлаждаемого за счет диффузионного испарения, показанного в возможном прикрепляемом ремнями держателе 599 из ткани. В одном варианте осуществления ремень прикреплен непосредственно к корпусу 595, и никакого держателя, выполненного из ткани или иного материала, не используется. Пакет, обеспечивающий диффузионное испарение, такой как этот, можно носить через плечо, прикреплять ремнями с продергиванием через шлевку или к другой части тела путем использования крепежных ремней 600 или аналогичных приспособлений для крепления или прикреплять к стороне имеющегося поясного ремня. В одном варианте осуществления ткань 601 сшита из найлоновой сетки, и ремни 600 представляют собой Velcro, Nylon/Velcro Composite или другой натуральный или синтетический материал. Различные части пористой матрицы 595 пакета могут быть соединены посредством термоскрепления, термосварки, ультразвуковой сварки или ламинирования с помощью клея, или другими способами, рассмотренными здесь в связи с другими контейнерами. В одном варианте осуществления трубка 602 для питья, охлаждаемая за счет диффузионного испарения, содержит наружный гидрофобный слой 604, обеспечивающий диффузионное испарение, который по существу предотвращает или уменьшает утечку жидкости и охлаждение за счет диффузионного испарения, и внутренний смачиваемый жидкостью слой 605. Когда жидкость будет введена через центр 603 данной многослойной конструкции 602, жидкость будет проникать в гидрофильный материал, создавая жидкостную пробку 605, которая предотвращает или существенно уменьшает количество воздуха, поступающего в центр трубки 603 через пористую матрицу 604. Жидкость, захваченная в гидрофильной матрице 605, может свободно испаряться при диффузионном испарении через наружную гидрофобную матрицу 604. Эта комбинация гидрофильной 605 и гидрофобной 604 матриц в конструкции 603 трубчатой формы обеспечивает преимущество, заключающееся в подаче охлажденной питьевой воды непосредственно из внутреннего пространства 603 трубки. Как отмечено выше, данная трубка может использоваться вместе с пакетом, обеспечивающим диффузионное испарение или не обеспечивающим диффузионного испарения, или она может использоваться с другими контейнерами, как обеспечивающими диффузионное испарение, так и не обеспечивающими диффузионного испарения. Один способ изготовления трубки 602, обеспечивающей диффузионное испарение, состоит в плазменной обработке центра гидрофобной пористой политетрафторэтиленовой трубки, что придает гидрофильность внутренней части 605 трубки.On Fig shows one embodiment of a
Работа устройства, охлаждаемого за счет диффузионного испаренияOperation of a device cooled by diffusion evaporation
Предпочтительные конструкции устройств, обеспечивающих охлаждение за счет диффузионного испарения, просты и могут функционировать при окружающих условиях для охлаждения и/или поддержания определенной степени охлаждения текучей среды или твердого содержимого контейнера без ограничений по массе и портативности, связанных с механической накачкой или необходимостью применения внешнего механического устройства для создания разрежения с целью повышения скорости охлаждения за счет диффузионного испарения. В предпочтительном варианте осуществления радиальный размер контейнера такого типа, как показанный на фиг.1А, является достаточно большим, так что обеспечивается конвекционное перемешивание за счет естественной конвекции жидкого содержимого. Это обусловлено тем, что в некоторых случаях теплопроводность жидкости самой по себе может быть недостаточно высокой для эффективного поддержания по существу равномерного распределения температур по всему контейнеру. Когда жидкость у внутренних стенок контейнера охлаждается, это уменьшает плотность жидкости у внутренних стенок по сравнению с плотностью в центре. Из-за такой разницы плотностей более холодная жидкость будет проходить вниз по внутренним стенкам контейнера в нижнюю часть контейнера, где она захватывается обратно вверх с циркуляцией ее в середине контейнера в процессе, называемом естественной конвекцией в отличие от принудительной конвекции. При достаточно высокой скорости охлаждения конвекционные вихри "отрываются" от стороны контейнера и увеличивают скорость перемешивания.Preferred designs of devices for providing cooling by diffusion evaporation are simple and can operate under ambient conditions to cool and / or maintain a certain degree of cooling of the fluid or solid contents of the container without restrictions on weight and portability associated with mechanical pumping or the need for an external mechanical device to create a vacuum in order to increase the cooling rate due to diffusion evaporation. In a preferred embodiment, the radial size of a container of the type shown in FIG. 1A is large enough to allow convection mixing due to the natural convection of the liquid contents. This is because in some cases, the thermal conductivity of the liquid itself may not be high enough to effectively maintain a substantially uniform temperature distribution throughout the container. When the liquid at the inner walls of the container is cooled, this reduces the density of the liquid at the inner walls compared to the density in the center. Due to this difference in densities, the colder liquid will pass down the inner walls of the container to the bottom of the container, where it is captured back up with its circulation in the middle of the container in a process called natural convection as opposed to forced convection. At a sufficiently high cooling rate, convection vortices “come off” from the side of the container and increase the mixing speed.
Эти явления и их распространение можно спрогнозировать путем использования комбинации рассчитанных безразмерных параметров, а именно числа Грасгофа (параметра для архимедовой силы текучей среды в гравитационном поле) и числа Прандтля (параметра, который описывает тепловые и емкостные свойства жидкости). Комбинация этих двух параметров приводит к вычислению числа Нуссельта (параметра общей теплопередачи). Естественная конвекция внутри контейнера, обеспечивающего диффузионное испарение, повышает эффективность охлаждения и скорость охлаждения устройства за счет обеспечения возможности конвекционной теплопередачи через текучую среду, создающую подъемную силу, вместо теплопроводности через ту же жидкую среду.These phenomena and their distribution can be predicted by using a combination of calculated dimensionless parameters, namely the Grashof number (parameter for the Archimedean force of the fluid in the gravitational field) and the Prandtl number (parameter that describes the thermal and capacitive properties of the liquid). The combination of these two parameters leads to the calculation of the Nusselt number (total heat transfer parameter). Natural convection inside a container providing diffusion evaporation increases the cooling efficiency and cooling rate of the device by allowing convection heat transfer through the fluid to create lift instead of heat conduction through the same liquid medium.
В таблице 1 представлены предельные значения данных по охлаждению за счет диффузионного испарения при относительной влажности воздуха, составляющей от 30% до 41%, и различных скоростях окружающего воздуха и влиянии пористой изоляционной матрицы. В таблицах 2 и 3 представлены предельные значения данных по охлаждению за счет диффузионного испарения воды при разных значениях относительной влажности и в тени (таблица 2) или в присутствии прямого солнечного излучения (таблица 3). Материалы, обеспечивающие диффузионное испарение, представляют собой ПТФЭ (политетрафторэтилен) или спеченный UHMWPE (полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой). Х-7744, Х-6919 и 402НР представляют собой полиэтиленовые материалы с ультравысокой молекулярной массой, имеющие различную пористость, размер пор и толщину, указанные в таблицах.Table 1 presents the limiting values of the data on cooling due to diffusion evaporation at a relative humidity of 30% to 41%, and various ambient air velocities and the influence of the porous insulating matrix. Tables 2 and 3 present the limiting values of the data on cooling due to diffusion evaporation of water at different values of relative humidity and in the shade (table 2) or in the presence of direct solar radiation (table 3). Diffusion evaporation materials are PTFE (polytetrafluoroethylene) or sintered UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene). X-7744, X-6919 and 402HP are ultra-high molecular weight polyethylene materials having different porosity, pore size and thickness shown in the tables.
В таблице 1 приведены предельные значения данных по охлаждению воды за счет диффузионного испарения при различных скоростях окружающего воздуха и воздействии пористой пенополиуретановой изолирующей матрицы с открытыми ячейками 1/16" при относительной влажности 30%. В таблицах 2 и 3 приведены предельные значения данных по охлаждению воды за счет диффузионного испарения при различных значениях относительной влажности и в темноте или в присутствии прямого солнечного излучения. Материалы, обеспечивающие диффузионное испарение, во всех трех таблицах представляют собой политетрафторэтилен или спеченный полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой.Table 1 shows the limiting values of the data on water cooling due to diffusion evaporation at various ambient speeds and the action of a porous polyurethane insulating matrix with 1/16 "open cells at a relative humidity of 30%. Tables 2 and 3 show the limiting values of the data on water cooling due to diffusion evaporation at various values of relative humidity and in the dark or in the presence of direct sunlight. Materials providing diffusion evaporation in all three ABLE are sintered polytetrafluoroethylene or polyethylene, ultra high molecular weight.
Дополнительные повышения эффективности охлаждения можно видеть при использовании контейнера, когда относительная влажность снаружи падает и если контейнер установлен так, что солнечный свет падает прямо не него. Более низкая влажность внешней среды приводит к увеличению градиента концентрации пара, а подводимое извне тепло повышает температуру жидкости и давление пара, что приводит к повышению плотности потока при диффузионном испарении. В зависимости от окружающих условий, выбранной геометрической формы и материалов контейнера данный процесс может поддерживать охлаждение в контейнере до температуры, которая на 22°F ниже температуры окружающей среды. См. таблицу 3. Время для достижения данной температуры, достигнутой путем охлаждения, для объема жидкости, составляющего 700 мл, составляет приблизительно 2 часа, как показано на фиг.9 для различных матриц, обеспечивающих диффузионное испарение, и их комбинаций.Further improvements in cooling efficiency can be seen when using the container, when the relative humidity outside drops and if the container is installed so that sunlight does not directly fall on it. A lower ambient humidity leads to an increase in the vapor concentration gradient, and heat supplied from outside increases the temperature of the liquid and the vapor pressure, which leads to an increase in the flux density during diffusion evaporation. Depending on the environmental conditions, the selected geometric shape, and the materials of the container, this process can support the cooling of the container to a temperature that is 22 ° F below ambient temperature. See table 3. The time to reach a given temperature achieved by cooling for a liquid volume of 700 ml is approximately 2 hours, as shown in FIG. 9 for various diffusion evaporation matrices and combinations thereof.
Один предпочтительный вариант осуществления контейнера, обеспечивающего испарительное охлаждение, включает одиночную или комбинированную пористую матрицу, имеющую толщину слоя, обеспечивающего диффузионное испарение, которая составляет приблизительно от 0,025 мм (0,001 дюйма) до 10 мм (0,394 дюйма). Кроме того, для повышения эффективности процесса диффузионного испарения матрица предпочтительно обладает такими свойствами, что она является теплопроводящей в минимальной степени. Предпочтительно, чтобы матрица не препятствовала в существенной степени диффузии пара, так что в одном варианте осуществления размер пор свыше приблизительно 100 нм является предпочтительным. Предпочтительные значения пористости поверхности матрицы составляют приблизительно от 15 до 90%, включая приблизительно 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 и 85%. Пористая матрица с низкой теплопроводностью, такая как пористый перфорированный материал Styrofoam, вспененная пористая матрица или пористая матрица с открытыми ячейками, образованная из полых сплавленных частиц, может способствовать по существу предотвращению или уменьшению в существенной степени чрезмерной передачи тепла из окружающей среды к контейнеру.One preferred embodiment of the evaporative cooling container comprises a single or combined porous matrix having a diffusion evaporation layer thickness that is from about 0.025 mm (0.001 in) to 10 mm (0.394 in). In addition, to increase the efficiency of the diffusion evaporation process, the matrix preferably has such properties that it is minimally heat conductive. Preferably, the matrix does not substantially impede vapor diffusion, so in one embodiment, pore sizes greater than about 100 nm are preferred. Preferred values of matrix surface porosity are from about 15 to 90%, including about 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, and 85%. A low thermal conductive porous matrix such as Styrofoam porous perforated material, a foamed porous matrix or an open cell porous matrix formed from hollow fused particles can substantially prevent or reduce substantially the excessive transfer of heat from the environment to the container.
Различные способы и технологии, описанные выше, представляют собой некоторые из многочисленных способов реализации изобретения. Само собой разумеется, следует понимать, что необязательно все описанные цели или преимущества могут быть достигнуты в соответствии с любым конкретным вариантом осуществления, описанным здесь, или с любым другим одним вариантом осуществления. Следовательно, например, специалисты в данной области техники признают, что способы могут быть реализованы и/или изделия могут быть изготовлены таким образом, что это обеспечит достижение или оптимизацию одного преимущества или группы преимуществ, приведенных здесь, и при этом необязательно достигаются другие задачи или преимущества, которые могли бы быть рассмотрены или предложены здесь.The various methods and technologies described above are some of the many ways to implement the invention. It goes without saying that it is understood that not all of the described objectives or advantages may be achieved in accordance with any particular embodiment described herein, or with any other one embodiment. Therefore, for example, those skilled in the art will recognize that methods can be implemented and / or products can be manufactured in such a way as to achieve or optimize one advantage or group of advantages described herein, while other tasks or advantages are not necessarily achieved. that might be considered or suggested here.
Кроме того, для специалиста в данной области техники будет понятным обеспечение взаимозаменяемости различных признаков из различных вариантов осуществления. Аналогичным образом, различные признаки и операции, рассмотренные выше, а также другие известные эквиваленты для каждого такого признака или операции могут быть использованы вместе и приведены в соответствие друг с другом обычным специалистом в данной области техники для выполнения способов в соответствии с описанными здесь принципами.In addition, one skilled in the art will understand the interchangeability of various features from various embodiments. Similarly, the various features and operations discussed above, as well as other known equivalents for each such feature or operation, can be used together and brought into line with one another by one of ordinary skill in the art to perform methods in accordance with the principles described herein.
Несмотря на то, что изобретение было раскрыто в связи с определенными вариантами осуществления и примерами, специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение включает не раскрытые здесь варианты осуществления, охватывая другие альтернативные варианты осуществления и/или применения и их очевидные модификации и эквиваленты.Although the invention has been disclosed in connection with certain embodiments and examples, those skilled in the art will understand that the invention includes embodiments not disclosed herein, encompassing other alternative embodiments and / or applications and their obvious modifications and equivalents.
Claims (85)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US38860902P | 2002-06-03 | 2002-06-03 | |
US60/388,609 | 2002-06-03 | ||
US40435502P | 2002-08-16 | 2002-08-16 | |
US60/404,355 | 2002-08-16 | ||
US60/458,054 | 2003-03-25 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004139114A RU2004139114A (en) | 2005-07-10 |
RU2291361C2 true RU2291361C2 (en) | 2007-01-10 |
Family
ID=35838134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004139114/12A RU2291361C2 (en) | 2002-06-03 | 2003-06-03 | Containers cooled by diffusion evaporation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2291361C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710178C2 (en) * | 2015-01-15 | 2019-12-24 | Пепсико, Инк. | Beverages cooling |
RU2714760C1 (en) * | 2016-05-31 | 2020-02-19 | Циндао Хайер Джойнт Сток Ко., Лтд. | Refrigerator |
-
2003
- 2003-06-03 RU RU2004139114/12A patent/RU2291361C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710178C2 (en) * | 2015-01-15 | 2019-12-24 | Пепсико, Инк. | Beverages cooling |
RU2714760C1 (en) * | 2016-05-31 | 2020-02-19 | Циндао Хайер Джойнт Сток Ко., Лтд. | Refrigerator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004139114A (en) | 2005-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7107783B2 (en) | Self-cooling containers for liquids | |
US7475560B2 (en) | Cooling tubes and straws for liquids | |
KR100768072B1 (en) | Pervaporation Cooling Container | |
JP2007198728A (en) | Cooling jacket and cooling garment | |
US6858068B2 (en) | Device for providing microclimate control | |
US5113666A (en) | Cooling device for hazardous materials suits | |
WO2002017745A9 (en) | Hydration pouch with integral thermal medium | |
US20060036304A1 (en) | Thermal garment system and method of using the same | |
US20090229593A1 (en) | Heat-accumulating heater | |
CN102170807B (en) | Hydration pack | |
JPH08510429A (en) | Heat-insulating food container using breathable polymer laminate | |
EP1818169A1 (en) | Glove having chemical and biological particulate barrier properties | |
GB2458097A (en) | Cooling using cryogenic liquids | |
RU2291361C2 (en) | Containers cooled by diffusion evaporation | |
US4368766A (en) | Self-cooling water container | |
US8261735B2 (en) | Flameless portable heating kit | |
JP3958633B2 (en) | Portable food container with heating function | |
JPH07137761A (en) | Cover packing | |
CN212465259U (en) | Multifunctional mountaineering bag | |
WO2017128838A1 (en) | Multifunctional first aid blanket with at-sea freshwater collecting function | |
TW201504114A (en) | Planar heat sink using for wrapping and drinking water carrying case using the same | |
TWM618085U (en) | Portable cooling device | |
US20120186285A1 (en) | Drinking water cooler | |
US20190298963A1 (en) | Mammalian Respiration Heater and Method | |
ES1073051U (en) | Self-refrigerant container (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090604 |