контейнеры, охлаждаемые за счет диффузионного испарения

Формула изобретения

1. Контейнер, охлаждаемый за счет диффузионного испарения, содержащий корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок, 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.

2. Контейнер по п.1, в котором матрица дополнительно содержит тонкий гидрофобный или олеофобный пористый материал, присоединенный путем ламинирования к пористому гидрофобному материалу или осажденный на пористый гидрофобный материал.

3. Контейнер по п.2, в котором матрица расположена на корпусе контейнера таким образом, что слой пористого гидрофобного материала обращен к внутреннему пространству контейнера.

4. Контейнер по п.1, в котором, по меньшей мере, 10% поверхности одной или нескольких стенок содержат указанную матрицу.

5. Контейнер по п.1, дополнительно содержащий основание, прикрепленное к одной или нескольким стенкам.

6. Контейнер по п.1, дополнительно содержащий 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.

7. Контейнер по п.1, в котором матрица содержит внутренний слой, содержащий пористый материал с высокой степенью гидрофобности, размещенный между двумя наружными слоями пористого гидрофобного материала.

8. Контейнер по п.7, в котором внутренний слой имеет размер пор и толщину, которые меньше размера пор и толщины наружных слоев.

9. Контейнер по п.7, в котором внутренний слой содержит политетрафторэтилен и наружный слой содержит полиэтилен.

10. Контейнер по п.1, дополнительно содержащий множество опорных выступов.

11. Контейнер по п.1, в котором матрица состоит из полых или вспененных частиц, которые сплавлены или склеены вместе для уменьшения удельной теплопроводности матрицы и потери эффективности охлаждения за счет диффузионного испарения.

12. Контейнер по п.1, дополнительно содержащий изолирующую гильзу, окружающую, по меньшей мере, участок одной или нескольких стенок.

13. Контейнер по п.12, в котором изолирующая гильза содержит пористый материал.

14. Контейнер по п.12, в котором изолирующая гильза 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.

15. Контейнер по п.12, в котором гильза для осушителя и/или материала для фазового превращения размещена вокруг или на одном конце контейнера.

16. Охлаждающая рубашка для контейнера, содержащая

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 такую форму, которая обеспечивает возможность контакта внутреннего слоя, по меньшей мере, с частью контейнера.

17. Охлаждающая рубашка по п.16, в которой внутренний слой содержит подобный губке материал.

18. Охлаждающая рубашка по п.16, в которой внутренний слой содержит одно или несколько пустых пространств.

19. Охлаждающая рубашка по п.18, в которой внутренний слой дополнительно содержит отверстие, выполненное с возможностью герметичного закрытия, для обеспечения возможности пополнения и герметизации внутреннего слоя.

20. Охлаждающая рубашка по п.16, в которой корпус рубашки является в основном цилиндрическим.

21. Охлаждающая рубашка по п.16, дополнительно содержащая средний слой между внутренним и наружным слоями.

22. Охлаждающий предмет одежды, содержащий

наружный слой, содержащий материал, обеспечивающий диффузионное испарение, содержащий матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение и обладающую гидрофобностью, 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.

23. Охлаждающий предмет одежды по п.22, дополнительно содержащий средний слой, содержащий тонкий опорный образующий барьер для жидкостей слой для слоя, обеспечивающего диффузионное испарение.

24. Охлаждающий предмет одежды по п.22, который включается или встраивается в предмет форменной одежды или защитный костюм.

25. Охлаждающий предмет одежды по п.22, дополнительно содержащий трубку, сообщающуюся по текучей среде с массой жидкого холодоносителя, которая позволяет пользователю предмета одежды потреблять жидкий холодоноситель.

26. Охлаждающий предмет одежды по п.22, дополнительно содержащий 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.

27. Охлаждающий предмет одежды по п.22, в котором наружный слой собран в складки для увеличения площади поверхности для диффузионного испарения.

28. Охлаждающий предмет одежды по п.22, в котором средний слой представляет собой барьер для потенциально опасных биологических или химических материалов.

29. Охлаждающий предмет одежды по п.21, в котором внутренний слой содержит зоны с узором или змеевидные зоны, образованные термосваркой.

30. Испарительная трубка или соломинка, охлаждаемая за счет диффузионного охлаждения, содержащая

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.

31. Трубка по п.30, в которой во время использования жидкость проникает в пористый внутренний слой, образуя жидкостную пробку, которая существенно уменьшает количество воздуха, поступающего в трубчатую конструкцию через наружный слой.

32. Трубка по п.30, в которой трубчатая конструкция образована из гидрофобной пористой трубки, внутренняя поверхность которой химически обрабатывается для придания ей гидрофильности.

33. Трубка по п.30, которая изготовлена из двух кусков ламинированного листового материала и затем расширена с помощью вставки или обернута пластиковой или металлической обмоткой для закрытия прохода для жидкости.

34. Трубка по п.33, в которой одна или несколько поверхностей покрыты осушителем и материалом для фазового превращения в поддерживающей гильзе для ускорения диффузионного испарения и предотвращения локального резкого повышения температуры.

35. 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.

36. Гибкая трубка по п.35, в которой множество материалов размещены друг относительно друга или в виде спиралей, или в виде полосок, или чередующимся образом.

37. Гибкая трубка по п.35, в которой жесткий материал является или пористым, или гидрофобным, или гидрофильным, или олеофобным.

38. Гибкая трубка по п.35, в которой гибкий материал является или пористым, или гидрофобным, или гидрофильным, или олеофобным.

39. Контейнер для жидкостей, содержащий корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок, 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, восстанавливаемый наружный слой или наружный слой одноразового применения, расположенный непосредственно рядом с, по меньшей мере, участком контейнера, при этом слой содержит осушитель или абсорбирующий материал, который абсорбирует влагу или другую текучую среду, образующуюся в результате диффузионного испарения или испарения.

40. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица содержит мембрану.

41. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица содержит пористую спеченную матрицу.

42. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица выполнена из полимера, выбранного из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, сополимеры этилена, полиметилпентены, полибутилены и их смеси.

43. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица выполнена из полимера, выбранного из группы, включающей политетрафторэтилен, поливинилфторид, поливинилиденфторид, полиэтилентетрафторэтилен, фторированный этилен пропилен, полиперфторалкоксиэтилен, поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, поливинилхлорид и их смеси.

44. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица выполнена из смеси фторированной добавки с нефторированной смолой.

45. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица выполнена из силикона или фторсиликона.

46. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица имеет толщину от 0,025 до 7,0 мм.

47. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица имеет толщину от 0,05 до 3,0 мм.

48. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица имеет размер пор от 0,05 до 500 мкм.

49. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица имеет размер пор от 0,1 до 100 мкм.

50. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица имеет пористость от 10 до 90%.

51. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица имеет пористость от 30 до 70%.

52. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором участок одной или нескольких стенок составляет от 5 до 100% всей площади поверхности контейнера.

53. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором пористая матрица состоит из полых или вспененных частиц, которые сплавлены или склеены вместе для уменьшения удельной теплопроводности матрицы.

54. Контейнер для жидкостей по п.39, в котором гидрофобная пористая матрица имеет складчатую структуру.

55. Контейнер для жидкостей, содержащий корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок, 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, изолирующую гильзу, окружающую, по меньшей мере, участок одной или нескольких стенок.

56. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица содержит мембрану.

57. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая мембрана содержит пористую спеченную матрицу.

58. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица выполнена из полимера, выбранного из группы, включающей полиэтилен, полипропилен, сополимеры этилена, полиметилпентены, полибутилены и их смеси.

59. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица выполнена из полимера, выбранного из группы, включающей политетрафторэтилен, поливинилфторид, поливинилиденфторид, полиэтилентетрафторэтилен, фторированный этилен пропилен, полиперфторалкоксиэтилен, поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, поливинилдихлорид и их смеси.

60. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица выполнена из смеси фторированной добавки с нефторированной смолой.

61. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица выполнена из силикона или фторсиликона.

62. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица имеет толщину от 0,025 до 7,0 мм.

63. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица имеет толщину от 0,05 до 3,0 мм.

64. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица имеет размер пор от 0,05 до 500 мкм.

65. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица имеет размер пор от 0,1 до 100 мкм.

66. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица имеет пористость от 10 до 90%.

67. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица имеет пористость от 30 до 70%.

68. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором участок одной или нескольких стенок составляет от 5 до 100% всей площади поверхности контейнера.

69. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица состоит из полых или вспененных частиц, которые сплавлены или склеены вместе для уменьшения удельной теплопроводности матрицы.

70. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором пористая матрица имеет складчатую структуру.

71. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором изолирующая гильза содержит пористый изолирующий материал.

72. Контейнер для жидкостей по п.71, в котором пористый изолирующий материал является пористым изолирующим материалом с открытыми ячейками.

73. Контейнер для жидкостей по п.55, в котором изолирующая гильза является в основном трубчатой и имеет одно или несколько отверстий в стенке, в результате чего гильза поворачивается вокруг контейнера для избирательного закрытия или открытия участков матрицы.

74. Контейнер для жидкостей, содержащий корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок, 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.

75. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица расположена таким образом, что гидрофильный слой обращен к внутреннему пространству контейнера.

76. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица содержит мембрану из пористого гидрофильного материала, присоединенного путем ламинирования к пористому гидрофобному материалу.

77. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором второй поверхности придается гидрофильность с помощью процесса обработки, выбранного из группы, включающей плазменное травление, химическое травление, пропитку смачивающими веществами и нанесение гидрофильных покрытий.

78. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица имеет толщину от 0,025 до 7,0 мм.

79. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица имеет толщину от 0,05 до 3,0 мм.

80. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица имеет размер пор от 0,05 до 500 мкм.

81. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица имеет размер пор от 0,1 до 100 мкм.

82. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица имеет пористость от 10 до 90%.

83. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица имеет пористость от 30 до 70%.

84. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором участок одной или нескольких стенок составляет от 5 до 100% всей площади контейнера.

85. Контейнер для жидкостей по п.74, в котором пористая матрица имеет складчатую структуру.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к устройству и способу создания контейнера или укупорочного средства, используемого для охлаждения жидкости посредством диффузионного испарения.

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.

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.

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.

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.

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.

Поставленная задача решается всеми признаками формулы изобретения.

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.

В одном варианте осуществления создан контейнер, охлаждаемый за счет диффузионного испарения, содержащий:

корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок,

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.

Матрица дополнительно содержит тонкий гидрофобный или олеофобный пористый материал, присоединенный путем ламинирования к пористому гидрофобному материалу или осажденный на пористый гидрофобный материал.

Матрица расположена на корпусе контейнера таким образом, что слой пористого гидрофобного материала обращен к внутреннему пространству контейнера.

Предпочтительно, по меньшей мере, 10% поверхности участка одной или нескольких стенок содержат указанную матрицу.

Контейнер дополнительно содержит основание, прикрепленное к одной или нескольким стенкам.

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.

Предпочтительно, матрица содержит внутренний слой, содержащий пористый материал с высокой степенью гидрофобности, размещенный между двумя наружными слоями пористого гидрофобного материала.

При этом внутренний слой имеет размер пор и толщину, которые меньше размера пор и толщины наружных слоев.

Внутренний слой может содержать политетрафторэтилен и наружный слой может содержать полиэтилен.

Контейнер предпочтительно содержит множество опорных выступов.

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.

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.

Гильза для осушителя и/или материала для фазового превращения может быть размещена вокруг или на одном конце контейнера.

В еще одном варианте осуществления создан контейнер для жидкостей, содержащий:

корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок,

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,

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.

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.

Пористая матрица выполнена из смеси фторированной добавки с нефторированной смолой, силикона или фторсиликона.

Пористая матрица может иметь толщину от 0,025 до 7.0 мм, от 0,05 до 3.0 мм.

Пористая матрица может иметь размер пор от 0,05 до 500 мкм, от 0,1 до 100 мкм.

Пористая матрица может иметь пористость в процентах от 10 до 90%, от 30 до 70%.

Предпочтительно, участок одной или нескольких стенок составляет от 5 до 100% всей площади поверхности контейнера.

Пористая матрица может состоять из полых или вспененных частиц, которые сплавлены или склеены вместе для уменьшения удельной теплопроводности матрицы.

Предпочтительно, гидрофобная пористая матрица имеет складчатую структуру.

В другом варианте осуществления создан контейнер для жидкостей, содержащий:

корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок,

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,

изолирующую гильзу, окружающую, по меньшей мере, участок одной или нескольких стенок.

В еще другом варианте осуществления создан контейнер для жидкостей, содержащий:

корпус контейнера, имеющий одну или несколько стенок,

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.

Пористая матрица расположена таким образом, что гидрофильный слой обращен к внутреннему пространству контейнера.

Пористая матрица содержит мембрану из пористого гидрофильного материала, присоединенного путем ламинирования к пористому гидрофобному материалу.

Предпочтительно, второй поверхности придается гидрофильность с помощью процесса обработки, выбранного из группы, включающей плазменное травление, химическое травление, пропитку смачивающими веществами и нанесение гидрофильных покрытий.

В одном варианте осуществления создана охлаждающая рубашка для контейнера, содержащая:

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 такую форму, которая обеспечивает возможность контакта внутреннего слоя, по меньшей мере, с частью контейнера.

Внутренний слой может содержать подобный губке материал, одно или несколько пустых пространств.

Внутренний слой дополнительно содержит отверстие, выполненное с возможностью герметичного закрытия, для обеспечения возможности пополнения и герметизации внутреннего слоя.

Корпус охлаждающей рубашки является в основном цилиндрическим.

Охлаждающая рубашка дополнительно содержит средний слой между внутренним и наружным слоями.

В еще одном варианте осуществления создан охлаждающий предмет одежды, содержащий:

наружный слой, содержащий материал, обеспечивающий диффузионное испарение, содержащий матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение и обладающую гидрофобностью, 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.

Охлаждающий предмет одежды дополнительно содержит средний слой, содержащий тонкий опорный, образующий барьер для жидкостей слой для слоя, обеспечивающего диффузионное испарение.

Предпочтительно, охлаждающий предмет одежды может включаться или встраиваться в предмет форменной одежды или защитный костюм.

Охлаждающий предмет одежды дополнительно содержит трубку, сообщающуюся по текучей среде с массой жидкого холодоносителя, которая позволяет пользователю предмета одежды потреблять жидкий холодоноситель.

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.

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.

В другом варианте осуществления создана испарительная трубка или соломинка, охлаждаемая за счет диффузионного охлаждения, содержащая:

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.

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.

Предпочтительно, трубчатая конструкция образована из гидрофобной пористой трубки, внутренняя поверхность которой химически обрабатывается для придания ей гидрофильности.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

В соответствующих вариантах осуществления также предусмотрены контейнеры, такие как бутылки или ранцы, содержащие материал, обеспечивающий диффузионное испарение, как описано ниже.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

На фиг.7 изображено поперечное сечение двухслойной гильзы, обеспечивающей диффузионное испарение, содержащей губчатый или подобный губке материал, который может быть использован вместе с контейнером.

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.

На фиг.9 изображен график зависимости охлаждения от времени, относящийся к равновесному состоянию при охлаждении за счет диффузионного испарения при использовании различных пористых матриц.

На фиг.10 изображен один вариант осуществления чашки для питья, охлаждаемой за счет диффузионного испарения.

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.

На фиг.12 изображен предпочтительный резервуар для выдачи жидкости, содержащий матрицу, обеспечивающую диффузионное испарение.

На фиг.13 изображен один вариант осуществления гидратного ранца, содержащего выполненный со складками, охлаждаемый за счет диффузионного испарения резервуар, заполненный жидкостью.

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.

На фиг.15 изображена куртка, охлаждаемая за счет диффузионного испарения, в соответствии с одним вариантом осуществления.

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.

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.

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.

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.

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®).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Охлаждение за счет диффузионного испарения

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

В предпочтительном варианте осуществления куртка содержит ламинат из трех или четырех слоев:

(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;

(2) наружного слоя, содержащего слой 611, обеспечивающий диффузионное испарение, предпочтительно собранный в складки, содержащий ламинат, обеспечивающий диффузионное испарение, предпочтительно гидрофобный по своей природе;

(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

(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.

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.

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.

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.

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/см ²·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.

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.

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.

Способы изготовления

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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%.

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.

Работа устройства, охлаждаемого за счет диффузионного испарения

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.