專利名稱：全蒸發(fā)冷卻容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及借助于全蒸發(fā)冷卻液體所用的容器裝置或封閉體和構(gòu)造這種容器和封閉體的方法。
背景技術(shù)：
起源于古埃及的住房和水的蒸發(fā)冷卻后來(lái)通過(guò)中東和伊拉克向東傳播到印度支那北部，向西越過(guò)北非傳到西班牙南部和遭受干熱氣候的其它地區(qū)。在這個(gè)過(guò)程的初期使用中，用來(lái)裝水的未上釉的陶罐使用了若干個(gè)世紀(jì)，帶來(lái)的附加的好處是通過(guò)吸收和毛吸水分到陶瓷的外表面并隨后通從其表面蒸發(fā)水分而冷卻液體水。但是遺憾的是，由于當(dāng)?shù)V物質(zhì)積累在表面上時(shí)減少滲透率并降低液體的蒸發(fā)壓力，從陶瓷外表面直接蒸發(fā)最終導(dǎo)致形成水垢并減小冷卻效果。
業(yè)已使用基于從環(huán)境到液體的熱傳遞減小的其它方法。所使用的方法包括真空和空氣間隙熱水瓶和泡沫隔熱套。業(yè)已使用使用冰、冷凍的冷部部件或棍的其它的裝置以抵消周圍環(huán)境的熱量并且容器中的液體回到環(huán)境溫度。在所所有這些情況下，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)必須使液體內(nèi)容物、分開(kāi)的室和/或該瓶的殼體被冷卻，這除了在容器中液體容量減少之外還有重量過(guò)重的問(wèn)題。在所有這些方法中，液體的溫度將平衡并最終回到環(huán)境溫度。
全蒸發(fā)(PV)定義為基質(zhì)(matrix)蒸汽滲透和蒸發(fā)的結(jié)合。從1987年起，膜全蒸發(fā)已經(jīng)得到化學(xué)工業(yè)廣泛的接受，用于分離和回收液體混合物(Chemical Engineering Progress，1992年7月，第45-52頁(yè))。該技術(shù)的特征在于在液相和氣相之間引進(jìn)屏障層基質(zhì)。液體直接接觸該基質(zhì)的一側(cè)。蒸汽質(zhì)量選擇地傳輸?shù)交|(zhì)的氣體側(cè)，導(dǎo)致液體的損失或選擇的揮發(fā)性的液體組分的損失和蒸發(fā)潛熱的損失。該過(guò)程稱之為全蒸發(fā)，因?yàn)槠涫峭ㄟ^(guò)多孔基質(zhì)的蒸汽“滲透”和液相到氣相的變化而“蒸發(fā)”的特殊組合。在沒(méi)有加到液體的熱的情況下，由于蒸發(fā)潛熱使溫度下降，直到當(dāng)從環(huán)境吸收的熱等于由于液體在基質(zhì)表面或孔內(nèi)蒸發(fā)所損失的潛熱而達(dá)到溫度平衡時(shí)，溫度停止下降。
美國(guó)專利5,946,931號(hào)說(shuō)明了蒸發(fā)冷卻PTFE膜裝置的使用，該膜裝置利用在該膜上的層流形的流體流，以冷卻與其連接的裝置或環(huán)境。美國(guó)專利4,824,741號(hào)說(shuō)明了全蒸發(fā)冷卻基質(zhì)冷卻電化學(xué)電池板的表面的應(yīng)用。潮濕的板可以用未催化的PTFE結(jié)合的電極材料、合適的多孔燒結(jié)粉末、多孔纖維、或甚至多孔的聚合物薄膜制造。美國(guó)專利4,007,601號(hào)說(shuō)明了在循環(huán)的多孔的中空熱交換器中利用蒸發(fā)冷卻以獲得被冷卻的液體。

發(fā)明內(nèi)容
這里公開(kāi)的是用于飲料和液體容器的簡(jiǎn)化的冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)不使用任何機(jī)械泵將液體供給到全蒸發(fā)基質(zhì)表面并且不像現(xiàn)有技術(shù)那樣依靠真空來(lái)增強(qiáng)冷卻效果。容器定義為保持液體的任何裝置或封閉體，無(wú)論它對(duì)外部環(huán)境是處于打開(kāi)狀態(tài)還是封閉狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法利用全蒸發(fā)基質(zhì)，其優(yōu)選形成該容器主體或外殼的一部分并包含該容器的5％到100％的總表面積。該容器內(nèi)的液體內(nèi)容物然后在周圍液體/膜界面由于水的蒸發(fā)潛熱而被直接冷卻。結(jié)果得到的液體蒸汽通過(guò)該基質(zhì)散失到周圍環(huán)境中或散失到例如包含吸收材料的收集器或捕集器中。優(yōu)選的容器包括瓶、罐、大玻璃瓶、以及盒。在一些實(shí)施例中，該容器可以制造成較大的結(jié)構(gòu)，包括外殼、分配器和衣物。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種全蒸發(fā)地冷卻的容器，包括容器主體，該容器主體包括一個(gè)或多個(gè)壁，其中所述一個(gè)或多個(gè)壁的至少一部分包括全蒸發(fā)基質(zhì)，所述基質(zhì)包括多孔疏水材料，其中所述基質(zhì)允許其蒸發(fā)冷卻該容器的揮發(fā)性液體蒸汽的少量分子通過(guò)該基質(zhì)，這種蒸發(fā)冷卻了該容器，包括該容器內(nèi)的任何物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種全蒸發(fā)地冷卻的管或細(xì)管，其包括細(xì)長(zhǎng)的中空管狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括外全蒸發(fā)層，該蒸發(fā)的外部層包括與多孔內(nèi)層共同延展的疏水材料，該內(nèi)層包括親水材料，該內(nèi)層形成液體可以通過(guò)的管腔。在一個(gè)實(shí)施例中，該管狀結(jié)構(gòu)由疏水的多孔管形成，其中該管的內(nèi)表面經(jīng)化學(xué)處理成親水的，從而形成該內(nèi)層。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種容器冷卻外套，包括外套主體，該外套主體包括外層，該外層包括疏水的多孔材料；以及與所述外層共同延展并且與所述外層流體連通的內(nèi)層，所述內(nèi)層適于保持揮發(fā)性液體，其中所述外套主體的形狀允許該內(nèi)層與容器的至少一部分接觸。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該容器和冷卻外套還可以包括與該全蒸發(fā)層直接鄰靠或接觸的可再生的或一次性使用的外層，該外層包含去濕的、有吸收能力的材料，或其它能吸收或吸附來(lái)自全蒸發(fā)的水分或其它液體的物質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種冷卻衣物，其至少包括兩層包含含有疏水全蒸發(fā)疊層的全蒸發(fā)材料的外層；可選的用于該全蒸發(fā)層的包含薄的液體支撐屏障層的中間層；以及內(nèi)層；其中，該外層與冷卻劑液體流的本體連通，而內(nèi)層與該衣物的穿著者熱接觸。該衣物的穿著者由通過(guò)該外層的全蒸發(fā)材料的冷卻劑液體進(jìn)行全蒸發(fā)冷卻。在優(yōu)選實(shí)施例中，該冷卻的衣物包含或整體形成一件衣服，例如保護(hù)衣物或外衣。該衣物還可以包括與冷卻劑液體的本體流體連通的管，其允許該衣物的穿著者用嘴飲用冷卻劑液體，優(yōu)選為水。在優(yōu)選實(shí)施例中，該衣物還包括可再生的或一次性使用的外層，其包括去濕的或有吸收能力的材料，吸收全蒸發(fā)作用產(chǎn)生的水分或其它液體。
在優(yōu)選實(shí)施例中，還可以出現(xiàn)下述的一個(gè)或多個(gè)該衣物或者與皮膚直接接觸或者通過(guò)一件織物或材料接觸，這種織物或材料被穿著者穿戴和/或是該衣物自身的一部分。該外層打成褶以增加全蒸發(fā)的表面積；該中間層是對(duì)有潛在危害的生物或化學(xué)物質(zhì)的屏障層；而該內(nèi)層包括通過(guò)熱密封工藝形成的帶圖案的或蜿蜒的區(qū)域。
在相關(guān)的實(shí)施例中，該衣物還可以包括儲(chǔ)存有額外的冷卻劑液體的儲(chǔ)液器或與其流體連通。該冷卻劑可以從該容器通過(guò)重力或通過(guò)吸附被送到形成在該全蒸發(fā)基質(zhì)和該中間層之間的間隙內(nèi)。優(yōu)選的冷卻劑液體包括水、酒精及其混合物。
在相關(guān)實(shí)施例中，提供包含有如下所述的全蒸發(fā)材料的諸如瓶或背包的容器。


圖1A和1B示出瓶體的平面和分解圖，大致上平面的多孔基質(zhì)以圓筒形纏繞或套上該瓶體。
圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示出疊層結(jié)構(gòu)的部分分解圖，其在兩個(gè)大孔隙層之間包含成層的薄膜。
圖3A、3B、3C和3D示出實(shí)施例的平面和剖視圖，其中支撐肋增強(qiáng)多孔基質(zhì)的剛性。
圖4示出包含多孔的外部隔熱層的容器。該套減少該瓶?jī)?nèi)表面直接輻射升溫，但允許全蒸發(fā)流和潛熱損失。
圖5示出包括打成褶的基質(zhì)的容器的一個(gè)實(shí)施例，其用作有效地增加該容器的冷卻表面積的方法。這使容器有較大的表面積和較短的液體冷卻時(shí)間。
圖6A和6B以平面和剖視圖的形式示出容器的一個(gè)實(shí)施例，其包括可調(diào)節(jié)的套，以限制來(lái)自容器的全蒸發(fā)流通量和液體損失量。該套優(yōu)選還減少該瓶的內(nèi)表面的直接輻射升溫，但允許全蒸發(fā)流和潛熱損失。
圖7示出兩層全蒸發(fā)套的截面圖，其包括能夠與容器一起使用的海綿或海綿狀材料。
圖8示出全蒸發(fā)冷卻套的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖，其用在裝有液體，例如碳酸飲料的中心外殼上。
圖9是利用各種多孔材料時(shí)的時(shí)間對(duì)冷卻作用關(guān)于的全蒸發(fā)冷卻均衡的曲線圖。
圖10示出全蒸發(fā)冷卻的飲料杯的實(shí)施例。
圖11A、11B和11C示出具有全蒸發(fā)主體外殼和全蒸發(fā)蓋的全蒸發(fā)冷卻儲(chǔ)存容器(例如冷卻器)的一個(gè)實(shí)施例。
圖12示出具有全蒸發(fā)基質(zhì)的優(yōu)選的液體分配儲(chǔ)液器。
圖13示出飲水背包的一個(gè)實(shí)施例，包括充滿液體的褶皺的全蒸發(fā)地冷卻的儲(chǔ)存器。
圖14示出全蒸發(fā)地冷卻的飲水袋，該袋在固定器上的可選的多孔網(wǎng)狀背帶中。還示出內(nèi)部可潤(rùn)濕的全蒸發(fā)冷卻管，可以被用來(lái)以與所示袋或其它容器相連接，立即冷飲用或分配液體。
圖15示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的全蒸發(fā)冷卻的外套。
這些圖示出優(yōu)選實(shí)施例并且僅僅是示例性的，代表某些實(shí)施例。為此，若干個(gè)圖包含不必包含在本發(fā)明任何具體實(shí)施例中的任選的特征，并且所示的容器或封閉體的形狀、類型或具體結(jié)構(gòu)不應(yīng)當(dāng)被當(dāng)作是對(duì)本發(fā)明的限制。
具體實(shí)施例方式
這里公開(kāi)的是容器或封閉體，其利用全蒸發(fā)來(lái)冷卻保存在其內(nèi)的液體或物品。在優(yōu)選實(shí)施例中，該容器由多孔透氣材料構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，該容器構(gòu)成全蒸發(fā)冷卻衣物的一部分。
多孔基質(zhì)可以由各種不同的材料制成，包括但不限于，塑料、彈性體、金屬、玻璃和陶瓷材料。也可以用塑料、彈性體、金屬、玻璃或陶瓷材料的組合。這種組合可以是密切的，例如混合兩種或多種組分并共同燒結(jié)，或者是分層的，例如從兩種或多種材料得來(lái)的疊層。不同的塑料、彈性體、金屬、玻璃或陶瓷材料的組合，可以被燒結(jié)或制造成用于全蒸發(fā)容器的疊層結(jié)構(gòu)。用于多孔的通氣材料的優(yōu)選塑料包括但不限于熱塑性聚合物，熱固性彈性體和熱塑性彈性材料。優(yōu)選的熱塑性聚合物包括但不限于低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯(PP)及其共聚物、聚甲基戊烯(PMP)、聚對(duì)苯二酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、乙二醇改性的聚對(duì)苯二甲酸乙酯(PETG)、聚醚醚酮(PEEK)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯乙烯醇(EVOH)、聚縮醛、聚丙烯腈(PAN)、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、聚(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯)(AES)、聚(丙烯腈-乙烯-丙烯-苯乙烯)(ASA)、聚丙烯酸鹽、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酯、纖維素塑料、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚全氟烷氧基乙烯(PFA)、尼龍6(N6)、聚酰胺、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯乙烯(PS)、聚砜、和聚醚砜(PES)。優(yōu)選的熱固性彈性體包括苯乙烯-丁二烯、聚丁二烯(BR)、乙烯-丙烯、丙烯腈-丁二烯(NBR)、聚異戊二烯、聚氯丁烯、硅酮、氟硅氧烷、聚氨酯橡膠、氫化丁腈橡膠(HNBR)、聚降冰片烯(PNR)、包括氯丁基(CIIR)和溴丁基(BIIR)的丁基橡膠(IIR)、氟化橡膠，例如Viton和Kalrez、FluorelTM、以及氯磺化聚乙烯。優(yōu)選的熱塑性彈性體(TPE)分類包括熱塑性聚烯烴(TPO)，其包括可以通過(guò)商業(yè)途徑得到的Dexflex和Indure；彈性PVC共混物和合金；苯乙烯嵌段共聚物(SBC)，其包括SBS苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)以及苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(ESPS)，一些從商業(yè)上可得到的SBC包括Kraton、Dynaflex和ChronopreceTM；熱塑性硫化橡膠(TPV，也稱之為動(dòng)態(tài)硫化合金)包括從商業(yè)上可得到的如Versalloy、Santoprene、以及Sarlink；熱塑性聚氨酯(TPU)包括商業(yè)上可得到的如ChronoThane、VersollanTM、以及Texrin；共聚多酯熱塑性彈性體(COPE)包括商業(yè)上可得到的如Ecdel；聚醚嵌段共聚多酰胺(COPA)包括商業(yè)上可得到的如PEBAX。優(yōu)選用于多孔材料的金屬包括不銹鋼、鋅、銅及其合金。優(yōu)選的玻璃和陶瓷材料包括石英、硼硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硅酸鋁鈉，優(yōu)選為從所述材料得到的燒結(jié)顆?；蚶w維形式。
制造大孔隙塑料的優(yōu)選方法是通過(guò)稱之為燒結(jié)的工藝，其中粉末或顆粒狀的熱塑性聚合物受熱并被加壓以使顆粒部分凝聚并形成粘接的大孔隙片材或零件。該大孔隙材料包括互連接的大孔隙網(wǎng)絡(luò)，其形成通過(guò)該片材的隨機(jī)的曲折路徑。雖然根據(jù)燒結(jié)方法可以大于或小于所述的范圍，但通常，大孔隙片材的孔隙體積或百分比孔隙率根據(jù)燒結(jié)條件從30％到65％。由于化學(xué)或物理性質(zhì)的調(diào)節(jié)，大孔隙基質(zhì)的表面張力可以制造成排斥或吸收液體，但是空氣和蒸汽能夠很容易通過(guò)。例如，Goldman的美國(guó)專利第3,051,993號(hào)公開(kāi)了用聚乙烯制造大孔塑料的細(xì)節(jié)，其整個(gè)內(nèi)容通過(guò)參考結(jié)合于此。
適于制造根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的全蒸發(fā)冷卻容器的多孔塑料，包括大孔隙塑料，可以制造成片材或模制成各種規(guī)格，并且可以從各種渠道得到。Porex公司(美國(guó)左治亞州Fairburn市)是其中之一，并且所提供的多孔塑料的商品名稱為POREX。以POREX名稱銷售的多孔塑料可以以上述任何一種熱塑性聚合物制造成的片材或模制成各種規(guī)格的形式買到。這種POREX材料的平均孔隙根據(jù)所用聚合物顆粒的尺寸和燒結(jié)過(guò)程中采用的條件可以從約1到350微米變化。GenPore(美國(guó)賓夕法尼亞州Reading市)是另一個(gè)多孔塑料產(chǎn)品制造商，孔的尺寸在5到1000微米的范圍。MA Industries Inc.(美國(guó)左治亞州Peachtree市)也制造多孔塑料產(chǎn)品。Porvair Technology有限公司(英國(guó)北威爾士Wrexham市)是多孔產(chǎn)品的另一個(gè)制造商，既供給多孔塑料(品牌名為VyonTM，孔的大小在5至200微米的范圍)也供給多孔金屬介質(zhì)(品牌名為Sinterflo)。
選擇來(lái)制造全蒸發(fā)基質(zhì)的塑料的基本尺寸、厚度和孔隙度通過(guò)計(jì)算在給定的時(shí)間內(nèi)必須通過(guò)該通氣孔的蒸汽的量(流率)和從周圍環(huán)境回到該液體的熱傳輸率來(lái)確定。給定的大孔隙塑料的流通量率(單位面積的流率)根據(jù)如下因素變化包括孔的大小、孔隙百分比以及該基質(zhì)的截面厚度，并且通常以單位面積在單位時(shí)間內(nèi)的體積來(lái)表示。為了得到足夠的全蒸發(fā)冷卻，通過(guò)該基質(zhì)的蒸汽的流率應(yīng)當(dāng)是這樣的，使得在室溫條件下最初從液體中除去的熱動(dòng)力熱量大于從周圍環(huán)境吸收的熱量。在全蒸發(fā)過(guò)程中該容器液體溫度變冷直到由于該液體通過(guò)該基質(zhì)的全蒸發(fā)引起的該液體的熱損失相當(dāng)于與從周圍環(huán)境得到的熱。
在一般的使用中，“大孔隙率”總的是指材料或其宏觀結(jié)構(gòu)的總的孔隙體積。術(shù)語(yǔ)“大孔隙的”通常指材料的單個(gè)孔在尺寸上相當(dāng)大。術(shù)語(yǔ)“微孔率”通常是指構(gòu)成多孔材料的微結(jié)構(gòu)的單個(gè)孔尺寸或孔尺寸的分布。術(shù)語(yǔ)“微孔的”通常指材料的單個(gè)孔在尺寸上相當(dāng)小。對(duì)于這里的公開(kāi)內(nèi)容，孔的尺寸(直徑)按照純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)國(guó)際聯(lián)合會(huì)(IUPAC)高分子技術(shù)分會(huì)于2002年2月26日起草的術(shù)語(yǔ)定義來(lái)分類。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將孔的尺寸分成三類微孔的(＜0.002μm)，中孔隙的(0.002到0.050μm)，大孔隙的(＞0.050μm)。還是對(duì)于這里的公開(kāi)內(nèi)容，孔隙體積將以材料的“孔隙百分比”來(lái)討論?？椎某叽鐬?.05μm或更小的大孔隙和中孔隙材料可以用于全蒸發(fā)冷卻。優(yōu)選的制造方法包括鑄造和拉伸這種材料的膜。
優(yōu)選的多孔材料包括在材料的相對(duì)表面(將變成內(nèi)表面和外表面)的孔相互連接以便兩側(cè)相互連。但是這種相互連接優(yōu)選不是直接連通形成通過(guò)材料的單個(gè)圓筒形的管或孔，而是形成曲折路徑的孔的網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)于單層全蒸發(fā)基質(zhì)，多孔材料優(yōu)選為孔的尺寸大于或等于0.05μm的大孔隙材料，優(yōu)選為約0.1到500μm，以及約0.5到10μm，包括0.25、0.5、1、5、15、20、40、60、80、100、150、200、250、300、350、400以及450μm。在一個(gè)實(shí)施例中，在與該全蒸發(fā)容器連接的該基質(zhì)材料在0.1到100μm之間，優(yōu)選在0.5到75μm之間。材料的孔隙百分比(開(kāi)口面積的百分?jǐn)?shù))優(yōu)選在約10％到90％，優(yōu)選在30％到75％或50％到70％，包括20％、40％、60％和80％。多孔材料的厚度優(yōu)選在0.025到7mm的范圍內(nèi)，包括在1到3mm之間。用于全蒸發(fā)容器的基質(zhì)材料的優(yōu)選厚度為約0.05到5mm以及約0.1到3.0mm，包括0.2、0.3、0.5、0.7、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0和2.5mm。其它實(shí)施例的上述參數(shù)可以小于或大于上述值。對(duì)于單層材料，優(yōu)選材料是疏水性的或具有疏水的涂層。對(duì)于在這段中及在該說(shuō)明書中別處提出的值，所述的范圍包括具體提到的多個(gè)值之間的值。在另一些實(shí)施例中，材料可以具有在該公開(kāi)范圍之外的值的一種或多種性質(zhì)。
該基質(zhì)材料可以從塑料、彈性體、玻璃、金屬或其組合中得到。如上述詳細(xì)列舉的一些優(yōu)選的基質(zhì)材料包括熱塑性聚合物、熱固性彈性體、熱塑性性彈性體、金屬、玻璃和陶瓷材料?；|(zhì)材料可以從各種商業(yè)渠道買到，或者以各種方法制造。White等人的美國(guó)專利4,076,656詳細(xì)說(shuō)明了一種方法，其中生孔劑被加到熔化的或溶解的材料中，其能夠用溶劑濾出或在該材料穩(wěn)定并成為最終形式之后用超臨界流體萃取。Rusincovitch等人的美國(guó)專利5,262,444公開(kāi)了形成多孔材料的另一種方法，其通過(guò)在處理材料之后引入發(fā)展成氣體的生孔劑，以留下多孔的結(jié)構(gòu)。這些專利作為參考文件以整個(gè)內(nèi)容結(jié)合于此。
雖然這里所討論的許多基質(zhì)材料是疏水的，但是當(dāng)全蒸發(fā)的液體是有機(jī)液體，例如酒精時(shí)，也可以用疏油的全蒸發(fā)材料。商業(yè)塑料材料，例如尼龍、聚砜、纖維素制品可以得到親水性級(jí)的。這些親水性材料可以碾成顆粒并且用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的現(xiàn)有技術(shù)燒結(jié)以生產(chǎn)具有高流通量率的親水多孔材料。多孔親水塑料，包括大孔隙塑料，可以制造成片材或模制成一定規(guī)格并且可以從各種渠道買到，包括Porex公司。多孔親水纖維材料的孔的尺寸可以在20到120μm的范圍內(nèi)，而按其孔體積計(jì)算的孔隙百分比在25到80的范圍內(nèi)。而且，疏水多孔材料可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的一種或多種工藝變?yōu)橛H水的，這些工藝包括但不限于，等離子體蝕刻、化學(xué)蝕刻、用潤(rùn)濕劑浸漬，或施加親水涂層。此外，如果希望的話，掩膜工藝可以與一種或多種處理工藝一起結(jié)合使用，以在具有高流通量率的親水性區(qū)域內(nèi)選擇性地布置疏水多孔材料圖案。
例如，包含兩層或多層多孔材料的復(fù)層多孔結(jié)構(gòu)。薄層可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的方法疊成較厚的層。復(fù)層結(jié)構(gòu)可以用來(lái)獲得在我們的測(cè)試中所看到的機(jī)械和物理上性能更好的基質(zhì)。例如，聚乙烯的大孔隙基質(zhì)與在容器的液體側(cè)上延展的PTFE薄層的組合將增加疏水性并將水的液體突破壓力從約5psi增加到30psi以上，但成層的基質(zhì)仍然保持與用多孔的聚乙烯本身所獲得的相類似的全蒸發(fā)流通量。疊層的厚度優(yōu)選在約0.025到7000μm的范圍內(nèi)，具有上述優(yōu)選的平均孔尺寸、孔隙百分比和其它性質(zhì)。
全蒸發(fā)基質(zhì)材料也可以從混合物制造的多孔材料得到。在優(yōu)選實(shí)施例中，多孔材料包括氟化樹(shù)脂，其包括但不限于聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚全氟烷氧基乙烯(PFA)、和/或氟化添加劑、例如Zonyl、與選擇的聚烯烴或其它樹(shù)脂的共混物、優(yōu)選選自聚乙烯(LLDPE、LDPE、MDPE、HDPE、UHMWPE)系列、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、ABS、丙烯酸樹(shù)脂、苯乙烯聚甲基戊烯(PMP)、聚對(duì)苯二酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚縮醛、聚(聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、聚(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯)(AES)、聚(丙烯腈-乙烯-丙烯-苯乙烯)(ASA)、聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)、尼龍6(N6)、聚酰胺、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、以及聚醚砜(PES)。彈性體可以單獨(dú)使用或在共混物中使用。優(yōu)選的彈性體包括熱固性彈性體、例如、苯乙烯-丁二烯、聚丁二烯(BR)、乙烯-丙烯、丙烯腈-丁二烯(NBR)、聚異戊二烯、聚氯丁烯、硅酮、氟硅氧烷、聚氨酯橡膠、氫化丁腈橡膠(HNBR)、聚降冰片烯(PNR)、包括氯丁基(CIIR)和溴丁基(BIIR)的丁基橡膠(IIR)。得到的共混物包括燒結(jié)的混合物，具有變化孔隙率、柔性和機(jī)械強(qiáng)度多孔結(jié)構(gòu)，這些變化主要決定于非PTFE或其它的非氟化樹(shù)脂，并具有主要取決于氟化樹(shù)脂的高注水壓力，這是由于在燒結(jié)過(guò)程中氟化樹(shù)脂優(yōu)選地向孔表面遷移引起的。孔隙百分比、孔尺寸和厚度優(yōu)選如上所述?；旌系幕|(zhì)材料可以通過(guò)商業(yè)途徑買到，或根據(jù)各種方法制造。Wolbrom的美國(guó)專利第5,693,273號(hào)詳細(xì)描述了共同燒結(jié)以生產(chǎn)多孔隙的多孔塑料片材的工藝，這種片材可以從兩層或多層聚合物樹(shù)脂材料得到，Takiguchi等人的美國(guó)專利第5,804,074號(hào)詳細(xì)描述了通過(guò)在模制過(guò)程中共同燒結(jié)兩種或多種聚合物樹(shù)脂以生產(chǎn)過(guò)濾器部件來(lái)生產(chǎn)塑料過(guò)濾器的工藝。這兩個(gè)專利作為參考文件整體結(jié)合于此。
全蒸發(fā)冷卻在優(yōu)選實(shí)施例中提供一種簡(jiǎn)化的用于容器的全蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，這種簡(jiǎn)化的系統(tǒng)不使用任何機(jī)械泵將液體供給到全蒸發(fā)基質(zhì)表面并且不依賴于真空來(lái)增強(qiáng)冷卻效果。所提供的方法利用構(gòu)成容器的一部分的全蒸發(fā)基質(zhì)，其優(yōu)選構(gòu)成容器外殼的一部分，并且占容器的總表面積的約5％到100％，包括總表面積的約10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％。該容器的液體內(nèi)容物優(yōu)選由容器中的液體，例如，水或水/溶解的固體混合物或溶液的蒸發(fā)潛熱在環(huán)繞的液體/基質(zhì)界面處直接冷卻。在另一的實(shí)施例中，全蒸發(fā)套或外殼用來(lái)冷卻與該套接觸的物體，諸如飲料瓶或容器。所得到的液體蒸汽散失在周圍環(huán)境中或通過(guò)基質(zhì)散失在吸收材料中。在大多數(shù)容器中，在液體內(nèi)自然對(duì)流和傳導(dǎo)的熱傳輸是導(dǎo)致該容器的液體內(nèi)容物冷卻的占支配地位的熱傳輸機(jī)制。根據(jù)容器的大小和其它性質(zhì)，該冷卻作用在整個(gè)容器可以是基本均勻的。
全蒸發(fā)容器或套的液體內(nèi)容物用作冷卻劑。優(yōu)選該液體體積損失為鄰界的(marginal)；例如，在一個(gè)實(shí)施例中，液體體積損失在24小時(shí)內(nèi)即使在具有明顯的外部空氣循環(huán)的情況下約15％。由于水的蒸發(fā)的高潛熱(在75°F，583卡/克)，例如，需要7倍重的冰以維持當(dāng)由全蒸發(fā)引起的水的損失時(shí)同樣的溫度下降。除了全蒸發(fā)冷卻外，多孔基質(zhì)額外的好處是消除由于飲料的碳酸化作用或由于內(nèi)容物的消耗而在容器內(nèi)產(chǎn)生的任何壓差。
參考附圖，在圖1A和1B示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的通氣的全蒸發(fā)冷卻容器的一個(gè)實(shí)施例。該容器的壁501至少構(gòu)成全蒸發(fā)基質(zhì)的一部分。這種蒸汽可滲透的基質(zhì)可以占該容器總表面積的約5％到100％。如果整個(gè)罩和外殼(包括頂部500、壁501和底502)是由多孔的基質(zhì)材料制造，則可以得到近似100％的覆蓋。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該全蒸發(fā)表面積大于總的容器表面積的約30％并提供相當(dāng)大的全蒸發(fā)流通量以有效地將保存的液體冷卻到環(huán)境溫度以下并保持低于室溫的液體溫度。
在如圖2所示的一個(gè)實(shí)施例中，可以使用兩層或更多層的疊層結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中使用三層多孔材料503、504和505以獲得多層或?qū)盈B基質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，在該容器的液體一側(cè)上具有多孔的PTFE薄層504的聚乙烯的燒結(jié)大孔隙基質(zhì)505增加疏水性和液體的侵入壓力，但是有助于保持全蒸發(fā)流通量和良好的機(jī)械穩(wěn)定性，如同用多孔的聚乙烯本身所獲得的一樣。此外，與在中間延展的PTFE層504形成夾心的多孔聚乙烯的第三層503在靠近該容器的內(nèi)側(cè)處提供抗刮擦的表面，使其對(duì)洗碗機(jī)(dishwasher)是安全的并基本上防止或減少柔軟的延展的PTFE層被損壞。在相關(guān)的實(shí)施例中，疊層可以包含多于或少于三層和/或不同的多孔基質(zhì)材料。
在另一實(shí)施例中，內(nèi)層503包括全蒸發(fā)基質(zhì)或疊層基質(zhì)，中間層504包括具有孔或其它開(kāi)口空間的隔熱材料，以使蒸汽能夠通過(guò)，而外層505包括脫水的或有吸收能力的材料。
該基質(zhì)的優(yōu)選取向是較高的液體注入(壓力)膜面向該容器的內(nèi)側(cè)，而多孔基質(zhì)支撐件暴露于該容器以外的空氣。這些多孔材料的厚度在優(yōu)選實(shí)施例中是在從約1/1000”(0.025mm)到1/4”(6.4mm)的范圍內(nèi)。多孔材料可以對(duì)容器的壁提供結(jié)構(gòu)剛性、抗刮擦、和/或機(jī)械剛度。
在優(yōu)選實(shí)施例中，具有小尺寸(＜10μm)孔的膜或材料薄層可以從一組高疏水性材料中選擇，例如延展的聚四氟乙烯(ePTFE)并層壓在較厚的多孔支撐件之間，例如燒結(jié)的聚乙烯，其允許相當(dāng)大的全蒸發(fā)流通量。如果僅僅使用兩層，每層的厚度可以從單原子表面處理到1/4”(6.4mm)之間變化，或?qū)τ谂菽魺峄蚨嗫讖?fù)合物可以更大。多孔陶瓷材料包括分子篩(沸石)或多孔聚合物薄膜(CSP技術(shù)公司，Auburn，阿拉巴馬州)和有機(jī)基質(zhì)材料，例如可以用活性碳基本防止或減少來(lái)自環(huán)境的臭味污染該全蒸發(fā)冷卻裝置或容器的液體內(nèi)容物。
在優(yōu)選實(shí)施例中，分層結(jié)構(gòu)包括五層內(nèi)部ePTFE層，多孔的聚丙烯層、隔熱的聚氨酯泡沫層、諸如沸石的陶瓷材料層、以及薄的無(wú)孔聚烯烴或聚酯制成的外包裹層。該裝置可以用來(lái)將在該裝置內(nèi)的全蒸發(fā)保持在濕潤(rùn)環(huán)境中冷卻。當(dāng)吸收從該液體釋放的蒸汽時(shí)，沸石或其它去濕劑將熱直接或間接地傳輸?shù)街車h(huán)境中，同時(shí)在該全蒸發(fā)套內(nèi)的被隔熱的液體內(nèi)容物被冷卻。包含沸石和無(wú)孔薄膜的外面兩層可以是一次性的或可再生的，例如在爐子里烘干。
除了能夠直接應(yīng)用于該結(jié)構(gòu)中多孔基質(zhì)表面處理，材料或復(fù)合物的孔隙率優(yōu)選保持在約10％到95％。這在基質(zhì)內(nèi)提供結(jié)構(gòu)支撐并改善了可用的全蒸發(fā)表面積，進(jìn)而改善該容器的整個(gè)冷卻速率。該基質(zhì)的孔的尺寸小于200nm時(shí)，努森擴(kuò)散效應(yīng)占據(jù)上風(fēng)，有效地減少蒸汽滲透率并增大液體向蒸汽的轉(zhuǎn)換和到該材料的空氣/蒸汽表面的冷卻區(qū)。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，優(yōu)選的孔尺寸包括在約0.5μm到30μm的尺寸，其大于努森擴(kuò)散范圍?？椎某叽缭?00μm以上時(shí)液體侵入壓力大大減小，使得在某些情況下不那么希望使用單層大孔隙材料。如果使用膜和大孔隙支撐件的組合，那么在大孔隙支撐件上的較大的孔尺寸變得比不使用組合時(shí)更令人滿意。
如圖3A、3B、3C和3D所示，肋508和514可以附加在容器的內(nèi)壁和/或外壁，以增強(qiáng)該容器結(jié)構(gòu)的剛性，防止或減少對(duì)全蒸發(fā)基質(zhì)507和513的損壞，并提供手握部514。附圖3C和3F示出在具有較窄的頸部的帶肋的構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)版設(shè)計(jì)。
圖4中的實(shí)施例包括一層開(kāi)口管(cell)，多孔的隔熱器518可以附加在容器的外表面以便能夠比較不妨礙蒸汽擴(kuò)散到該系統(tǒng)的外面，但是減少對(duì)流和輻射熱從周圍環(huán)境通過(guò)容器內(nèi)壁517流進(jìn)該液體中。這種隔熱器518的有益特征是有助于增加結(jié)構(gòu)支撐，使手能夠握住容器并且減少或防止對(duì)基質(zhì)517的損壞。如這里所用的，“打成褶的”一詞包括皺褶的表面和增加表面積的其它結(jié)構(gòu)。打成褶的基質(zhì)包括整個(gè)表面是打成褶的，或其中一個(gè)或多個(gè)部分是打成褶的，而其它部分是光滑的。
如圖5所示，由于全蒸發(fā)冷卻速率是該容器的表面積的直接函數(shù)，褶皺的膜或褶皺的多孔燒結(jié)基質(zhì)520能夠增進(jìn)容器的全蒸發(fā)冷卻。
全蒸發(fā)容器和衣物可以包括在該全蒸發(fā)基質(zhì)外面的可調(diào)節(jié)的或可拆卸的套(sleeve)，以便能夠有選擇地覆蓋或不覆蓋該全蒸發(fā)材料的部分或全部。覆蓋該全蒸發(fā)材料的一部分減少蒸汽流通量率，同時(shí)仍然保持部分全蒸發(fā)冷卻。覆蓋全部則基本上停止全蒸發(fā)并且可以用作該容器或衣物的“接通-斷開(kāi)”式開(kāi)關(guān)。
例如，如圖6A和6B所示的套524和525可以設(shè)置成減少暴露表面積527和該容器的總的蒸發(fā)冷卻速率的裝置，并因此減少液體的蒸發(fā)速率和冷卻速率，能夠更大地控制該容器內(nèi)容物的溫度。在某些情況下是希望減少冷卻的，例如，當(dāng)絕對(duì)壓力、相對(duì)濕度和/或周圍溫度很低時(shí)。如圖6B所示，優(yōu)選在該容器和套之間的一個(gè)或多個(gè)部分之間設(shè)置間距或間隙530。該間隙可以用作隔離區(qū)和/或用作蒸汽的靈活的自然對(duì)流流動(dòng)區(qū)，使能夠保持全蒸發(fā)冷卻并使輻射熱傳輸?shù)皆撊萜髦械囊后w內(nèi)容物最小化。在該容器的多孔的基質(zhì)523的外側(cè)上的內(nèi)套524優(yōu)選至少在該容器外殼的頂部522和底部536附著在該全蒸發(fā)基質(zhì)上，特別是，如果這些部分是無(wú)孔的。
在一個(gè)實(shí)施例中，全蒸發(fā)衣物或容器的一部分或全部可以包括全蒸發(fā)海綿，其既將水分保持在海綿體內(nèi)又通過(guò)全蒸發(fā)提供冷卻。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是兩層全蒸發(fā)海綿，其內(nèi)層海綿包括親水材料，外層疏水材料層附著在內(nèi)層海綿上。在這種結(jié)構(gòu)中，內(nèi)層海綿在使用之前能夠被水或其它可蒸發(fā)的液體浸濕，而多孔的疏水頂層明顯防止或減少在該全蒸發(fā)基質(zhì)的外表面的全蒸發(fā)液體的滲漏。該液體提供熱傳輸路徑，通過(guò)潤(rùn)濕的基質(zhì)直接到達(dá)容器壁內(nèi)表面。
圖7示出能夠用在玻璃瓶和容器上的兩層全蒸發(fā)海綿533。這種結(jié)構(gòu)濕內(nèi)海綿層能夠534能夠被水或其它可蒸發(fā)的液體浸濕，并且多孔的疏水頂層535明顯地防止或減少在該全蒸發(fā)基質(zhì)535的外表面的液體冷卻劑的滲漏。該液體提供通過(guò)濕基質(zhì)直接到容器壁內(nèi)表面532的熱傳輸路徑。
圖8示出另一種結(jié)構(gòu)，其中含有水或其它全蒸發(fā)流體541的冷卻套542通過(guò)口543被充滿并用來(lái)冷卻封閉的容器外殼539內(nèi)的內(nèi)容物。該外殼包括全蒸發(fā)基質(zhì)537的一個(gè)或多個(gè)部分并且選擇地包括一個(gè)或多個(gè)肋538以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在該封閉的中部外殼539內(nèi)的液體內(nèi)容物540因此能夠被密封，基本防止或減少液體體積的損失或這個(gè)區(qū)域內(nèi)的碳酸化。此外，該容器的全蒸發(fā)冷卻效率不取決于所封閉的液體的性質(zhì)，它只取決于填充該環(huán)繞外殼所用的水或液體541的揮發(fā)性、蒸發(fā)熱、離子強(qiáng)度(張力)和溶質(zhì)。如圖7所示，該冷卻套也可以用可拆卸的套制成，其包括疏水的全蒸發(fā)外層535和多孔的液體保持或液體吸收內(nèi)層534。
圖10示出全蒸發(fā)冷卻飲料杯，其功能與圖1A、1B、2、3A和3B所示的全蒸發(fā)瓶是類似的。只要液體一注入該杯中，該多孔的基質(zhì)555使液體能夠全蒸發(fā)地冷卻。瓶外殼和肋556提供結(jié)構(gòu)支撐和隔熱。
這種類型的冷卻套533和542也能夠用在如食品冷卻器的類似結(jié)構(gòu)中，以將物品的溫度降低到或保持在周圍環(huán)境溫度以下。在如圖11A、11B和11C所示的護(hù)板560、565和573可以用在冷卻器上以保護(hù)該全蒸發(fā)基質(zhì)566，并且能夠增加機(jī)械剛度并幫助該儲(chǔ)存容器的操作。通過(guò)液體填充和排放口561和576，冷卻器的蓋558、572和底部563、559可以用水或其它全蒸發(fā)液體567和575填充。該容器的蓋574和底部569的內(nèi)側(cè)優(yōu)選用無(wú)孔材料制造。
圖12示出冷水分配器，包括大容量水瓶579，例如5或10加侖的瓶子，以及全蒸發(fā)冷卻的液體分配儲(chǔ)液器580。當(dāng)液體從瓶579充滿該儲(chǔ)液器580時(shí)，圍繞該儲(chǔ)液器的全蒸發(fā)基質(zhì)581在液體從一個(gè)或多個(gè)出口閥583分配之前冷卻該液體?；蛘?，一個(gè)閥可用于冷卻后的水，一個(gè)閥可用于熱水。全蒸發(fā)冷卻減少或不需要電致冷機(jī)構(gòu)，例如冷凍壓縮機(jī)。儲(chǔ)液器580的塑料外殼582為該全蒸發(fā)基質(zhì)581提供機(jī)械支撐。
在一個(gè)實(shí)施例中，全蒸發(fā)容器可以包括一個(gè)或多個(gè)背帶，以便使該容器能夠在身體上被攜帶。該容器可以以多種方式攜帶，包括但不限于，圍繞軀干或四肢捆扎，或以背包或小包的形式攜帶。這種方法的潛在市場(chǎng)應(yīng)用適合于全蒸發(fā)冷卻運(yùn)動(dòng)設(shè)備的范圍內(nèi)以優(yōu)化運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)。圖13示出全蒸發(fā)冷卻水合作用包585的一個(gè)實(shí)施例。該包包括主體588，該主體包括全蒸發(fā)基質(zhì)591，其在一個(gè)實(shí)施例中是帶肋的，以提供較大的全蒸發(fā)表面積。該包通過(guò)填充和排放口587用全蒸發(fā)流體填充并且能夠借助于一個(gè)或多個(gè)帶586而攜帶。優(yōu)選地包括飲用管589與該容器的內(nèi)部流體連通，使攜帶者能夠方便地飲用該流體。全蒸發(fā)冷卻的飲水包，包括背包型可穿戴/攜帶容器，可用已知各種飲水包的膽(blader)部件的至少一部分來(lái)構(gòu)成，已知的飲水包可用例如過(guò)熱密封、粘接和/或縫合方法由全蒸發(fā)材料制成，其在本領(lǐng)域是已知的并且可以從市場(chǎng)上買到(例如，CamelBak，Petaluma，CA；HydraPark，Berkeley，CA)。
在一個(gè)實(shí)施例中，飲水包585包括至少兩層的疊層(1)外層591，包括打成褶的或未打成褶的全蒸發(fā)層，該全蒸發(fā)層包括疏水的全蒸發(fā)疊層；(2)支撐層593，其優(yōu)選地包括用于全蒸發(fā)層591的薄支撐層，用作液體屏障。在一些實(shí)施例中，例如為了延長(zhǎng)使用，水通過(guò)重力或芯吸作用從裝液體的儲(chǔ)液器588向下進(jìn)入形成在該全蒸發(fā)基質(zhì)591和該中間層593之間的空隙中。
可選的第三層優(yōu)選包括隔熱層并直接與皮膚(或通過(guò)衣服與皮膚熱接觸)接觸并且在使用者和飲水包之間提供熱屏障層。這層可以是連續(xù)的或具有隆起的圖案(例如開(kāi)槽的、起褶的、凹槽的)，使空氣能夠在使用者和該飲水包之間通過(guò)?？蛇x的第三或第四層包括去濕的或有吸收能力的物質(zhì)。
圖14示出全蒸發(fā)冷卻飲料袋，在保持器599上具有可選的網(wǎng)狀帶。該固定器可以包括非帶狀織物的材料，它只需要能夠固定該袋并且優(yōu)選不明顯干擾全蒸發(fā)。如這樣的全蒸發(fā)袋，能夠用固定帶600捆扎成腰帶環(huán)，或連接在已有腰帶的側(cè)面。網(wǎng)狀織物601使該多孔袋基質(zhì)595能夠沿著自由路徑全蒸發(fā)。該袋594在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中包括三個(gè)主要部分1)包含全蒸發(fā)基質(zhì)的全蒸發(fā)主體595，2)注水口596和3)全蒸發(fā)冷卻的飲水管597、602和帶有閥的出水管598。該主體595可以由大致上整個(gè)或部分全蒸發(fā)基質(zhì)構(gòu)成。該全蒸發(fā)冷卻的飲水管602在一個(gè)實(shí)施例中包括全蒸發(fā)疏水外層604，其基本防止或減少液體滲漏并進(jìn)行全蒸發(fā)冷卻；以及液體可濕潤(rùn)的內(nèi)層605。一旦液體通過(guò)這種成層結(jié)構(gòu)602的中心603被引入，該液體滲透進(jìn)入產(chǎn)生液體鎖(liquid lock)的親水材料層605，其基本防止或減少空氣通過(guò)多孔的基質(zhì)604進(jìn)入該管的中心。捕獲在該親水基質(zhì)605中的液體通過(guò)該疏水的外層基質(zhì)604自由地全蒸發(fā)。親水的基質(zhì)605和疏水的基質(zhì)604以管狀形式602進(jìn)行組合提供的好處是當(dāng)設(shè)置成與全蒸發(fā)冷卻的儲(chǔ)液器594或與非全蒸發(fā)冷卻的儲(chǔ)液器組合時(shí)，從該管的內(nèi)部容積603直接提供冷卻的飲料水。制造這種裝置的一種簡(jiǎn)單方法是用等離子體處理該疏水的多孔PTFE管的中心?；蛘?，飲水管可以用非全蒸發(fā)材料制造。
在一些實(shí)施例中，該全蒸發(fā)容器處于輕重量的液體填充(優(yōu)選水填充)的全蒸發(fā)冷卻的衣物的形式，其用作簡(jiǎn)單的個(gè)人微氣候冷卻系統(tǒng)，以在正常的或升高的環(huán)境溫度下，在個(gè)人穿戴的保護(hù)衣服中減輕熱應(yīng)力。這種類型的衣物可以制造成保護(hù)服。例如化學(xué)或生物保護(hù)服，或Nomex消防服，以構(gòu)成這種服裝的一部分或者與這種保護(hù)服結(jié)合穿戴?；蛘?，這種衣物可以穿在一層身體防護(hù)甲的下面。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，冷卻的衣物可以用于許多目的，包括但不限于消防和救援人員、軍事人員和有害(化學(xué)和/或生物)物質(zhì)工作者，以及運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者，通過(guò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)從其身體釋放較多熱能夠增加忍耐力。全蒸發(fā)衣物也可以降低由穿著者發(fā)出的紅外輻射量。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用水或者水與乙醇(優(yōu)選約5到15％)的混合物作為全蒸發(fā)冷卻劑源以使該裝置基本上是無(wú)害的并且能提供附加的功能，例如作為額外的袋為該穿著者提供全蒸發(fā)冷卻飲料水。冷卻的飲料水能夠減少穿著保護(hù)服或衣服的個(gè)人或從事體育活動(dòng)的個(gè)人的熱載荷，特別是對(duì)于需要耐力的體育活動(dòng)而言。雖然無(wú)害的和/或適于飲用的冷卻劑是優(yōu)選的，但是可以使用能夠提供全蒸發(fā)冷卻功能的任何液體，包括甲醇、異丙醇、非飲用水和其它液體和溶劑。優(yōu)選地，選擇的冷卻劑是能夠與其在該衣物內(nèi)接觸的材料兼容的。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，全蒸發(fā)冷卻衣物是一種外套或背心的形式。該全蒸發(fā)冷卻衣物可以單獨(dú)穿戴，或可以結(jié)合穿戴，或可以與另一件衣物或外衣成一體，例如保護(hù)服。當(dāng)結(jié)合或一體成另一件外衣時(shí)，該全蒸發(fā)冷卻衣物優(yōu)選包括最內(nèi)層以便與穿著者密切接觸(即熱接觸)。該全蒸發(fā)冷卻衣物可以直接與皮膚接觸，或者與穿戴者所穿的另一件衣服接觸。在某些實(shí)施例中，該全蒸發(fā)衣物包括織物或材料覆蓋直接面向該衣物內(nèi)部的該全蒸發(fā)基質(zhì)的一部分或全部(即與穿著者接觸或熱接觸的部分)。雖然通過(guò)具有具體結(jié)構(gòu)的外衣或背心的形式討論了全蒸發(fā)衣物，但是該討論不應(yīng)當(dāng)解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。這里所討論的原理可以用于各種全蒸發(fā)冷卻衣物，包括外套、帽子、腰帶、褲子、護(hù)腿以及包裹身體一部分或多個(gè)部分的結(jié)構(gòu)，例如腿或臂(或其一部分)、或頸部。
圖15示出外套608的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。該外套可以單獨(dú)穿，或者該外衣或背心可以藏在衣服或保護(hù)服下面，例如防化服，或Nomex消防服或身體護(hù)甲。
在優(yōu)選實(shí)施例中，該外衣包括三層或四層疊層(1)選擇性采用的可再生的或一次性使用的外層610，其包括吸收來(lái)自全蒸發(fā)作用的水分或其它流體的吸潮的或有吸收能力的材料；(2)包括全蒸發(fā)層的外層611，優(yōu)選為打成褶的，其包括全蒸發(fā)疊層，優(yōu)選為疏水性的；(3)中間層613，其包括可以用作液體屏障層的全蒸發(fā)層的薄支撐層，并且在一些實(shí)施例中，對(duì)潛在的有害生物和化學(xué)物質(zhì)的屏障層。為了長(zhǎng)期工作，在一個(gè)實(shí)施例中水和其它冷卻流體可以通過(guò)重力或芯吸作用從裝液體的儲(chǔ)液器616，例如在外套的肩部，向下進(jìn)入形成在該全蒸發(fā)基質(zhì)和該中間層之間的間隙中；以及(4)內(nèi)層615，直接或通過(guò)一件織物材料與皮膚接觸，例如是該外衣一部分的織物或材料和/或穿著者所穿戴的單獨(dú)件。該內(nèi)層優(yōu)選包括有由熱密封形成的圖案的或蜿蜒的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，提供只包括上述的層2和層4的簡(jiǎn)化的外衣。
流體通過(guò)在該外套上的口607可以設(shè)置在該外套內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)施例中，在該內(nèi)層和中間層之間的空間614形成空氣膽，當(dāng)通過(guò)口618充氣時(shí)其提供與該冷卻的外套中的液體的隔熱層。當(dāng)該空氣膽通過(guò)該空氣軟管上的末端開(kāi)口塌陷時(shí)，液體層通過(guò)相疊的中間層和內(nèi)層與皮膚接觸并且這提供了即需即有的冷卻。在另一個(gè)實(shí)施例中，在該外套中的分成隔斷的水儲(chǔ)液器夾在該中間層和內(nèi)隔熱層之間提供飲料水的冷卻源。選擇地，該儲(chǔ)液器可以包括可塌陷的袋以防止水晃動(dòng)，這種晃動(dòng)可以產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)幕虿幌Ｍ脑肼?。在其它的?shí)施例中，該衣物可以包括飲水管617，使穿著者能夠飲用該外衣內(nèi)的液體。
如果不具有吸潮的/吸收能力的外層的全蒸發(fā)的衣物被穿在保護(hù)服的或其他衣服下面，優(yōu)選這種衣服是可滲透該全蒸發(fā)流體的或該衣服，具有通氣孔、小孔或其它開(kāi)口使該全蒸發(fā)流體能夠通過(guò)。
在一些實(shí)施例中，該全蒸發(fā)衣物還包括可再生的或一次性使用的外層，該外層包括能吸收來(lái)自全蒸發(fā)的水分或其它流體的吸潮的或有吸收能力的材料。用于含水的全蒸發(fā)流體的合適的吸潮的或有吸收能力的材料包括但不限于硫酸銨、分子篩以及聚丙烯酸。該吸潮的/有吸收能力的外層在使用后可以丟棄或它通過(guò)例如加熱和/或減壓再生。在優(yōu)選實(shí)施例中，該吸潮的/有吸收能力的層吸收至少約其3-4倍重量的水。該層吸水的過(guò)程優(yōu)選為吸熱的或至少是最少地放熱的。在優(yōu)選實(shí)施例中，這層提供高度的吸收率、空間穩(wěn)定性和/或由于水蒸汽在這層的水合作用而產(chǎn)生最少的熱。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解，吸潮或有吸收能力的層可以與這里描述的任何全蒸發(fā)容器組合。當(dāng)這種類型的全蒸發(fā)衣物用在包含在另一件衣物中或與另一件衣物成為一體時(shí)，在該另一件衣物中不需要小孔、通氣孔、開(kāi)口等，雖然如果希望的話它們可以存在。在相關(guān)的實(shí)施例中，該吸潮的/有吸收能力的外層包括抗化學(xué)的和/或?qū)瘜W(xué)和/或生物劑基本不滲透的材料，以提供對(duì)穿著者的額外保護(hù)。
下面簡(jiǎn)單述這種結(jié)構(gòu)的熱動(dòng)力學(xué)實(shí)用性。假定從表1在75°F下在靜止空氣中通過(guò)多孔的基質(zhì)的平均水蒸汽全蒸發(fā)流量為4*10-6g*cm-2*s-1，并且假定水蒸汽流通量在95°F下增加一倍為8*10-6g*cm-2*s-1。如果在95°F蒸發(fā)的焓為2400j/g，那么該基質(zhì)每單位面積的能耗為1.9*10-2瓦*cm-2。為了實(shí)現(xiàn)功耗為25瓦，在這種飲水包在結(jié)構(gòu)上所用的基質(zhì)表面積需要1500cm2或1.5英尺2。起褶的膜或起褶的多孔燒結(jié)基質(zhì)的使用增強(qiáng)全蒸發(fā)冷卻能力，因?yàn)槿舭l(fā)冷卻能力是該外套的多孔表面積的直接函數(shù)。為了以這種速率冷卻4小時(shí)，在該過(guò)程中大約將消耗150毫升的水。因而少于0.5磅的少量的水將用于該過(guò)程。填充該外套的水可以是重量大約小于3磅或更少，這看來(lái)是合理的。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，在上面所討論的外套、袋和背包的實(shí)施例中的各種層結(jié)構(gòu)是可以互換的，正如它們與這里所公開(kāi)的其它容器配置是可以互換的一樣。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，多層或多功能基質(zhì)的優(yōu)選取向是這樣的，較高的液體侵入程度的基質(zhì)表面面向衣物的內(nèi)側(cè)而基質(zhì)支撐背面暴露于該衣物的空氣外側(cè)。這些多孔材料在優(yōu)選實(shí)施例中的厚度在1/128”(0.2mm)到1/8”(3.2mm)。在一個(gè)實(shí)施例中，膜和全蒸發(fā)基質(zhì)的成層的復(fù)合物選擇成用具有小孔尺寸的高疏水材料，例如層壓在較厚的多孔支撐，例如燒結(jié)的聚乙烯，之間的多孔的聚四氟乙烯(ePTFE)在液體/基質(zhì)界面提供高液體侵入壓力，同時(shí)它們具有很大的全蒸發(fā)流通量。
制造方法制造全蒸發(fā)容器或全蒸發(fā)衣物的全蒸發(fā)基質(zhì)部分有若干種方法，包括但不限于，在型腔中燒結(jié)亞毫米級(jí)的塑料顆粒以直接形成該全蒸發(fā)壁；將一件或多件全蒸發(fā)基質(zhì)熱層壓或超聲層壓或焊接在一起或在一個(gè)合適的框架內(nèi)；鑲嵌模鑄，其中將一個(gè)或多個(gè)片材或圓筒形多孔基質(zhì)插入模具型腔中并且將熱塑性聚合物直接注模在該插入件周圍以形成所希望的具有多孔的基質(zhì)部分的復(fù)合物；熱密封；用粘接連接部件；和/或可以用縫合法組裝全蒸發(fā)衣物或容器的全部或一部分。
可以用包含兩層或多層多孔材料的疊層結(jié)構(gòu)以獲得機(jī)械或物理上性能更好的基質(zhì)。例如，在容器的液體一側(cè)的聚乙烯的燒結(jié)的大孔隙基質(zhì)與多孔的ePTFE薄層的組合能增加疏水性并將水的液體穿透壓力從5psi增大到30psi，而且層壓的基質(zhì)仍然保持與用多孔的聚乙烯本身所獲得的同樣的全蒸發(fā)流通量。
圖1A和25B示出全蒸發(fā)容器的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，具有包含全蒸發(fā)基質(zhì)的壁部分501。該壁501通過(guò)例如鑲嵌模鑄、熱或超聲焊接、粘接結(jié)合、或其它合適的方法固定于容器的頂部500和底部502。在這個(gè)例子中所示的瓶子的頂部500允許螺紋配合并可以與通氣的瓶蓋一起使用。該頂部500和底部502可以用任何合適的方法制造，包括模制、真空成形等。
圖3A和3B示出用于薄的全蒸發(fā)基質(zhì)507的帶肋的結(jié)構(gòu)，以獲得附加的結(jié)構(gòu)支撐。該肋508給予容器壁結(jié)構(gòu)整體性和剛性表面以便能夠牢固地握住該容器。該肋508可以設(shè)置在該全蒸發(fā)基質(zhì)的外側(cè)、內(nèi)側(cè)和/或一側(cè)或多側(cè)。該肋508優(yōu)選通過(guò)鑲嵌模鑄注模在該全蒸發(fā)基質(zhì)507上?；蛘?，可以用超聲焊、熱焊或粘接等將肋508封于多孔基質(zhì)507，或?qū)⒍嗫谆|(zhì)507焊封于帶肋的容器外殼508。
圖3C和3D示出這種容器的運(yùn)動(dòng)版設(shè)計(jì)，其使該容器通過(guò)瓶頸512能夠牢固地固定。該瓶口511允許使用各種蓋，包括卡接蓋和螺紋蓋。
圖4示出隔熱的疏水的開(kāi)口管式泡沫層518，其使水蒸汽能夠通過(guò)該開(kāi)口的管式結(jié)構(gòu)移動(dòng)，但是阻礙該容器物質(zhì)的熱對(duì)流和熱輻射。表1列出隔熱基質(zhì)減少液體損失率同時(shí)保持相當(dāng)大的全蒸發(fā)冷卻。在優(yōu)選實(shí)施例中，隔熱泡沫518如同彈性套一樣放置或取下。
增加全蒸發(fā)冷卻效率可以通過(guò)使該基質(zhì)起褶而增加該基質(zhì)與液體接觸的表面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖5示出起褶的容器體520，其使每單位容納的液體體積能夠暴露更大的全蒸發(fā)表面積。這種結(jié)構(gòu)能夠減少全蒸發(fā)冷卻該容器體積所花的時(shí)間。具有這種結(jié)構(gòu)的容器可以用鑲嵌模鑄、或用粘接劑制成或用熔融塑料將兩端連接于容器的底部521和頂部519。
圖6A和6B示出在基質(zhì)523的外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的套525。當(dāng)外套525轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)內(nèi)套524時(shí)，形成一組垂直縫隙527，其打開(kāi)和關(guān)閉允許全蒸發(fā)基質(zhì)523可變地暴露，從而減少蒸汽流通量率，但是然仍然保持足夠的全蒸發(fā)冷卻。其縫隙可以垂直地調(diào)節(jié)而不是轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)的垂直滑動(dòng)套也可以用于這種類型的結(jié)構(gòu)中。內(nèi)外套524和525由基本上無(wú)孔的材料制造，例如不允許水蒸汽通過(guò)的塑料或金屬。圖6B示出環(huán)形套，其有助于在多孔的基質(zhì)523和靜止的內(nèi)套524之間保持非常小的間隙530。該間隙530用作屏蔽以基本上防止或減少對(duì)流和輻射熱直接傳輸?shù)街魅萜黧w的多孔的基質(zhì)523。此外，該間隙530允許蒸汽流到該環(huán)形區(qū)域527的外面。套524和525也可以用于如圖5所示的起褶的全蒸發(fā)表面520。同樣，該套524和525可以通過(guò)將其在容器的外側(cè)滑動(dòng)而防止在該容器的外側(cè)。內(nèi)套524可以連接或焊接到位。
圖7和8示出全蒸發(fā)容器的帶外套的實(shí)施例。如圖7所示，該冷卻的外套可制造成可拆卸的套，包括疏水的全蒸發(fā)外層535和多孔的液體保持或吸收內(nèi)層534。在圖8的實(shí)施例中，外部的外套541通過(guò)特殊的口543填充水或其它揮發(fā)性的流體541，并且內(nèi)部液體容器540基本保持在環(huán)境溫度。這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于碳酸飲料可以存放在該容器內(nèi)而不損失碳酸化作用。此外，具有低全蒸發(fā)傾向的液體，例如，富含電解質(zhì)或糖的液體可以放置在該容器的內(nèi)腔540中，而蒸餾水或其它易于全蒸發(fā)的液體541放置在外腔，易獲得足夠的溫度降。
如圖7和圖8所示的全蒸發(fā)結(jié)構(gòu)的另一種實(shí)施例用于疏油的全蒸發(fā)基質(zhì)，其保持有機(jī)液體，例如乙醇。在這種結(jié)構(gòu)中，外部外套533、542用乙醇填充，并用作全蒸發(fā)冷卻劑534、541。
圖10示出在功能上與圖1A、1B、2、3A和3B的容器類似的全蒸發(fā)冷卻的飲料杯。將平面的全蒸發(fā)基質(zhì)繞杯體555卷繞或以圓筒形套在杯體上，并且將該材料通過(guò)粘結(jié)、封裝、熱焊或超聲焊接連接。也可以用鑲嵌模鑄直接將該材料連接于瓶架和壁。
圖11A、11B和11C示出用于產(chǎn)生存放飲料和食物568的冷卻容器的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中，蓋子558、冷卻器壁559和564或優(yōu)選蓋572和壁559和564兩者都包含充滿液體的全蒸發(fā)外套566和578。該容器還可以包括一層或多層隔熱層。該容器可以用于在環(huán)境溫度以下存放食物和飲料568若干天。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻器體組件563可以通過(guò)將平面全蒸發(fā)基質(zhì)556放置在殼體564的內(nèi)側(cè)并通過(guò)粘接、封裝、熱焊或超聲焊接連接該材料而進(jìn)行工作?；蛘?，利用鑲嵌模鑄直接將材料556連接于框架或壁564。
提出用于減少熱應(yīng)力的一種解決方案是基于全蒸發(fā)的構(gòu)思。冷卻的飲水包或利用全蒸發(fā)冷卻機(jī)制的其它冷卻衣物，例如，它不僅在軍事上作為人員的冷卻系統(tǒng)獲得應(yīng)用，而且應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者，他們?cè)诟?jìng)賽中從其體內(nèi)釋放更多的熱從而增加他們的忍受能力。用水或水與乙醇(優(yōu)選為5到15％)的混合物作為全蒸發(fā)冷卻劑源使得裝置是無(wú)害的并提供附加的功能，例如用于全蒸發(fā)地冷卻飲料水的額外的水袋。冷卻的飲料水也減少穿著保護(hù)服或衣服的人員的熱載荷。
這里描述的全蒸發(fā)的飲水包具有類似于前面描述的全蒸發(fā)飲料冷卻瓶的結(jié)構(gòu)。利用全蒸發(fā)冷卻的效率(2400J/g)與熔解熱(335J/g)加上液體加熱量(105J/g)相比，在室溫下(77°F)，以質(zhì)量為基準(zhǔn)，全蒸發(fā)冷卻的效率比使用冰高5倍。在表1、2和3提供的數(shù)據(jù)表明在不同的室溫和相對(duì)濕度在30％到40％時(shí)，在不同的氣流速度下全蒸發(fā)冷卻瓶發(fā)生的情況。
圖14示出全蒸發(fā)冷卻飲料袋594的一個(gè)實(shí)施例，示出了可選用的絲網(wǎng)式背帶固定器599。在一個(gè)實(shí)施例中，背帶直接連接于主體595并且不使用固定器，不論是否是絲網(wǎng)式的。像這樣的全蒸發(fā)袋可以利用固定帶600或類似的其它連接裝置穿在肩部、捆扎成帶圈，或連接于現(xiàn)有皮帶的側(cè)面。在一個(gè)實(shí)施例中，帶狀織物601用尼龍網(wǎng)縫制，而固定帶600是Velcro、尼龍/Velcro復(fù)合物，或其它性質(zhì)的合成材料。該包的多孔基質(zhì)595的各個(gè)部分可以用熱焊封、熱焊接、超聲焊接或粘接層壓，或在這里所討論的關(guān)于其它相關(guān)容器的方法裝配。在一個(gè)實(shí)施例中，全蒸發(fā)冷卻飲水管602包括全蒸發(fā)冷卻外層604，它很大程度上防止或減少液體滲漏并且全蒸發(fā)冷卻，以及液體可濕潤(rùn)的內(nèi)層605。一旦通過(guò)這種成層的結(jié)構(gòu)602的中心603將液體引入，該液體穿過(guò)產(chǎn)生液體鎖605的親水材料，其防止或大大減少空氣通過(guò)多孔基質(zhì)604進(jìn)入該管中心603的量。捕獲在該親水基質(zhì)605中的液體通過(guò)疏水外層基質(zhì)604自由地全蒸發(fā)。這種管形式602的親水基質(zhì)605和疏水基質(zhì)604的組合的好處在于從內(nèi)管容積中直接提供冷卻的飲料水。正如上面所提到的。這種管可以與全蒸發(fā)的或非全蒸發(fā)的水袋一起使用，或可以與其它容器，全蒸發(fā)的和非全蒸發(fā)的，一起使用。制造全蒸發(fā)的管602的一種方法是等離子體處理該疏水的多孔PTFE管的中心，使該管的內(nèi)部605是親水的。
全蒸發(fā)冷卻裝置的工作全蒸發(fā)冷卻裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是簡(jiǎn)單的并且可以在環(huán)境條件下運(yùn)行以冷卻和/或保持容器內(nèi)的流體或固體物質(zhì)，而沒(méi)有與機(jī)械泵相關(guān)的重量和可靠性的缺點(diǎn)或需要外部機(jī)械真空以增加全蒸發(fā)冷卻率的缺點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖1A這種容器的徑向尺寸足夠大，因此通過(guò)液體內(nèi)容物的自然對(duì)流獲得對(duì)流混合。這是因?yàn)?，在某些情況下，僅僅液體的熱傳導(dǎo)性不足夠高，不足以在整個(gè)容器內(nèi)有效地保持大致均勻的溫度分布。當(dāng)在該容器內(nèi)壁的液體被冷卻時(shí)，與中心處的液體相比減少了內(nèi)壁處的液體密度。這是由于密度的差別，較冷的液體從容器的側(cè)壁向下流動(dòng)到容器的底部，在底部被攜帶向上流動(dòng)在容器中間形成循環(huán)，這個(gè)過(guò)程與強(qiáng)迫對(duì)流相反，稱之為自然對(duì)流。當(dāng)冷卻速率足夠高時(shí)，對(duì)流旋渦從容器的側(cè)面中斷，增大混合速率。
這些現(xiàn)象和它們的發(fā)生可以用計(jì)算的無(wú)量綱參數(shù)預(yù)見(jiàn)，即格拉曉夫數(shù)(在重力場(chǎng)中用于流體浮力的參數(shù))和普朗特?cái)?shù)(描述流體的熱和容量性質(zhì)的參數(shù))。這兩個(gè)參數(shù)的組合使得有可能計(jì)算努賽爾特?cái)?shù)(總的熱傳輸參數(shù))。在全蒸發(fā)容器內(nèi)的自然對(duì)流在通過(guò)同樣液體介質(zhì)的熱傳導(dǎo)場(chǎng)所，使對(duì)流熱能夠通過(guò)有浮力的流體傳導(dǎo)，從而將增強(qiáng)冷卻效率和裝置冷卻速率。
表1列出在相對(duì)濕度為30％到40％和不同氣流速度下的端點(diǎn)全蒸發(fā)冷卻數(shù)據(jù)和多孔的隔熱基質(zhì)的效果。表2和表3列出在不同相對(duì)濕度和在陰影(表2)和出現(xiàn)直接陽(yáng)光照射(表3)的情況下端點(diǎn)水全蒸發(fā)冷卻數(shù)據(jù)。全蒸發(fā)材料是PTFE(聚四氟乙烯)或燒結(jié)的UHMWPE(超高分子量聚乙烯)。X-7744，X-6919和402HP是這些表中列出的不同孔隙率、不同孔尺寸和不同厚度的UHMWPE材料表1

表2

表3

表1列出在不同的環(huán)境氣流速度下端點(diǎn)水全蒸發(fā)冷卻數(shù)據(jù)和在30％相對(duì)濕度下的1/16”開(kāi)口管式多孔尿烷(氨基甲酸乙酯)隔熱基質(zhì)的效果。表2和表3列出在不同的相對(duì)濕度和陰暗中或有直接陽(yáng)光輻射情況下的端點(diǎn)水全蒸發(fā)冷卻數(shù)據(jù)。在這三個(gè)表中的全蒸發(fā)材料是PTFE或燒結(jié)的UHMWPE(超高分子量聚乙烯)。
當(dāng)外部相對(duì)濕度下降并且如果該容器放置在直射陽(yáng)光下時(shí)，可以看出容器的附加增強(qiáng)的冷卻效果。較低的外部濕度增加蒸汽凝結(jié)梯度，并且外部加熱升高液體溫度和蒸汽壓力，這導(dǎo)致全蒸發(fā)流通量的增加。根據(jù)環(huán)境條件、容器的幾何形狀和材料的選擇，該方法能夠在容器中保持低于環(huán)境溫度22°F的子環(huán)境冷卻。見(jiàn)表3。對(duì)于700毫升液體體積，如圖9所示，各種全蒸發(fā)基質(zhì)及其組合獲得這種冷卻溫度的時(shí)間是約2小時(shí)。
蒸發(fā)冷卻容器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括單一的或組合的多孔基質(zhì)，其全蒸發(fā)層的厚度為約0.025mm(0.001英寸)到10mm(0.394英寸)。此外，為了增加全蒸發(fā)過(guò)程的效率，該基質(zhì)數(shù)量?jī)?yōu)選使得其熱傳導(dǎo)最小化。優(yōu)選，該基質(zhì)基本不妨礙蒸汽的消散，因此，在一個(gè)實(shí)施例中，孔的尺寸優(yōu)選在約100nm以上。該基質(zhì)的優(yōu)選表面孔隙率在約15和90％之間，包括20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80和85％。用空心熔融顆粒制造的多孔基質(zhì)或開(kāi)口管式多孔基質(zhì)能夠有助于基本防止或減少?gòu)闹車h(huán)境向容器的不適當(dāng)?shù)臒醾鬏敗?br> 上面描述的各種方法和技術(shù)提供了實(shí)施本發(fā)明的許多種方法的一部分。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，沒(méi)有必要在根據(jù)這里所描述的任何具體實(shí)施例或任何其它單個(gè)實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)描述的所有目的和優(yōu)點(diǎn)。因此，例如，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化這里所公開(kāi)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)的方式執(zhí)行的方法或制造的物件沒(méi)有必要實(shí)現(xiàn)這里所公開(kāi)的或提出的其它目的或優(yōu)點(diǎn)。
還有，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，不同實(shí)施例的各種特征可互換性。同樣，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠混合和配合上面討論的各種特征和步驟以及用于這些特征和步驟的其它已知的等同物，以根據(jù)這里所公開(kāi)的原理執(zhí)行方法。
雖然在一些實(shí)施例和實(shí)例中描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明延伸超過(guò)具體公開(kāi)的實(shí)施例大到其它可選實(shí)施例和/或用途以及各種顯而易見(jiàn)的修改及其等同物。
權(quán)利要求
1.一種全蒸發(fā)冷卻容器，其包括包含一個(gè)或多個(gè)壁的容器體；其中所述一個(gè)或多個(gè)壁的至少一部分包括全蒸發(fā)基質(zhì)，所述基質(zhì)包括多孔的疏水材料，其中，所述基質(zhì)允許少量揮發(fā)性液體蒸汽的分子通過(guò)該基質(zhì)，其蒸發(fā)作用冷卻該容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的全蒸發(fā)冷卻容器，其中該基質(zhì)還包括層疊在或沉積在該多孔的疏水材料上的薄的疏水的或疏油的多孔材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該基質(zhì)在該容器體上的取向使得多孔的疏水材料層面向該容器的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該一個(gè)或多個(gè)壁的表面的至少10％包含所述基質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，還包括連接于所述一個(gè)或多個(gè)壁的基底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，還包括直接鄰靠該容器體的至少一部分的可再生的或一次性使用的外層，所述層包括去濕的或有吸收能力的材料，該材料吸收全蒸發(fā)產(chǎn)生的水分或其它液體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該基質(zhì)包括內(nèi)層，該內(nèi)層包括放置在兩個(gè)多孔疏水材料的外層之間的高度疏水的多孔材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該內(nèi)層的孔尺寸和厚度小于外層的孔尺寸和厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該內(nèi)層包括PTFE，且該外層包括聚乙烯。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該容器還包括多個(gè)支撐肋。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該基質(zhì)包括空心的或延展的顆粒，這些顆粒熔化或粘結(jié)在一起，以減少該基質(zhì)的熱傳導(dǎo)以及全蒸發(fā)冷卻效率的損失。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，還包括圍繞該一個(gè)或多個(gè)壁的至少一部分的隔熱的套。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該隔熱套包括多孔材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的全蒸發(fā)冷卻容器，其中，該隔熱套大致為管狀并且在其壁上具有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口，從而該套可以繞該容器轉(zhuǎn)動(dòng)，以選擇性地覆蓋或暴露所述全蒸發(fā)基質(zhì)的各部分。
15.一種用于容器的冷卻外套，包括外套主體，其包括包含疏水多孔材料的外層；和與所述外層共同延展并與所述外層流體連通的內(nèi)層，所述內(nèi)層適于保持揮發(fā)性液體；其中，所述外套主體的形狀使該內(nèi)層能夠與該容器的至少一部分相接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的冷卻外套，其中，該內(nèi)層包括海綿狀材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的冷卻外套，其中，該內(nèi)層包括一個(gè)或多個(gè)空隙空間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的冷卻外套，其中，該內(nèi)層還包括能夠被密封的開(kāi)口，以允許再填充并密封該內(nèi)層。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的冷卻外套，其中，該外套主體大致為圓筒形。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的冷卻外套，其中，在所述內(nèi)層和外層之間還包括中間層。
21.一種冷卻衣物，其包括包含全蒸發(fā)材料的外層，該全蒸發(fā)材料包括具有疏水特性的全蒸發(fā)基質(zhì)；和內(nèi)層；其中，該外層與冷卻液本體流體連通，且該內(nèi)層與該衣物的穿著者熱接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的冷卻衣物，其中，還包括中間層，該中間層包括用于該全蒸發(fā)層的薄的液體支撐屏障層。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的冷卻衣物，其中，該冷卻衣物與一件衣服或保護(hù)服結(jié)合或與其成一體。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的冷卻衣物，其中，還包括與冷卻液本體流體連通的管，使該衣物的穿著者能夠用嘴飲用該冷卻液。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的冷卻衣物，其中，還包括可再生的或一次性使用的外層，該外層包括去濕的或有吸收能力的材料，該材料吸收全蒸發(fā)作用產(chǎn)生的水分或其它流體。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的冷卻衣物，其中，該外層是褶皺的，以增加全蒸發(fā)的表面積。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的冷卻衣物，其中該中間層是對(duì)潛在有害的生物物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)的屏障層。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的冷卻衣物，其中該內(nèi)層包括由熱密封工藝形成的帶圖案的或蜿蜒的區(qū)域。
29.一種全蒸發(fā)冷卻的管或細(xì)管，包括長(zhǎng)的空心管狀結(jié)構(gòu)，其包括外全蒸發(fā)層，該外全蒸發(fā)層包含與多孔的內(nèi)層共同延展的疏水材料，該內(nèi)層包含親水材料，該內(nèi)層形成液體能夠通過(guò)的管腔。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的管，其中，在使用時(shí)液體滲透進(jìn)入產(chǎn)生液體鎖的該多孔的內(nèi)層，該內(nèi)層實(shí)質(zhì)性地減少通過(guò)該外層進(jìn)入該管狀結(jié)構(gòu)的空氣的量。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的管，其中，該管狀結(jié)構(gòu)由疏水的多孔管構(gòu)成，其中該管的內(nèi)表面進(jìn)行過(guò)化學(xué)處理以使其成為親水性的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種飲料和液體容器，其利用全蒸發(fā)冷卻該容器內(nèi)的液體或物質(zhì)。該全蒸發(fā)冷卻優(yōu)選通過(guò)使用多孔基質(zhì)實(shí)現(xiàn)，該多孔基質(zhì)允許來(lái)自液體或飲料的少量的揮發(fā)性組分，例如水或酒精，通過(guò)該全蒸發(fā)基質(zhì)，其蒸發(fā)依靠該液體蒸發(fā)的潛熱冷卻該容器?；蛘?，可以用全蒸發(fā)套冷卻該套內(nèi)的或與其接觸的容器。
文檔編號(hào)B65D81/18GK1717568SQ03818679
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2003年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月3日
發(fā)明者丹尼爾·D·斯莫爾科, 格雷戈里·凱沃爾基安 申請(qǐng)人:先進(jìn)多孔技術(shù)有限責(zé)任公司