[发明专利]用于热交换单元的压实装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种用于在自冷食品或饮料的容器中使用的热交换单元，并且更具体地涉及用于在热交换单元(HEU)中使用的压实活性碳的形成，在所述类型的热交换单元中，温度降低是由从布置在热交换单元内的压实活性碳脱附气体导致的。

背景技术

许多在便携式容器中贩售的食物或饮料最好在它们被冷却时食用。例如，碳酸软饮料、果汁饮料、啤酒、布丁、松软干酪等优选地在33华氏度(0.555摄氏度)与50华氏度(10摄氏度)之间变化的温度下食用。当不能提供冰箱或冰的便利时，诸如当钓鱼、露营等时，在食用前冷却这些食品或饮料的任务变得更加困难，在这种情况下，非常希望的是有用于在食用之前快速冷却容器的内容物的方法。由此，自冷容器，即不需要外部低温条件的容器是理想的。

本领域中充斥着结合无需暴露于外部低温条件而能够冷却内容物的冷却剂的容器设计。这些容器中的绝大多数结合或以其它方式使用制冷剂气体，其在释放或活化时吸收热量，以便冷却容器的内容物。其它技术已经验证了使用吸热化学反应作为吸收热量从而冷却容器内容物的机制。这样的吸热化学反应设备的例子是在美国专利编号1,897,723、2,746,265、2,882,691和4,802,343中公开的那些。

利用气态制冷剂的典型设备是在美国专利编号2,460,765、3,373,581、3636726、3,726,106、4,584,848、4,656,838、4,784,678、5,214,933、5,285,812、5,325,680、5,331,817、5,606,866、5,692,381和5,692,391中公开的那些。在许多情况下，在一种结构(诸如那些在前述美国专利中示出的)中使用的制冷剂气体不能起到适当地降低温度的作用，或者即使它们起到所述作用，它们也含有可能促进温室效应的制冷剂气态物质，并由此对环境并不利。

为了解决诸如在现有技术中阐述的那些问题，申请人利用吸附剂-脱附剂系统作为本发明的一部分，其包括用作二氧化碳的吸附剂的活性碳。这种类型的系统在美国专利编号5,692,381中公开，其通过引用并入本文。

在这些设备中，吸附材料布置在器皿内，其外表面与待冷却的食物或饮料热接触。通常，所述器皿被连接到外容器，其以这样的方式容纳待冷却的食品或饮料，使得所述食品或饮料与含有吸附材料的器皿的外表面处于热接触。此器皿或热交换单元被固附到外容器，典型地被固附到其底部，并包括阀或类似机构，其作用是释放一定量的气体，诸如已经被包含在内部器皿内的吸附材料吸附的二氧化碳。当被打开时，诸如二氧化碳的气体脱附，并且气体从活性碳吸附剂脱附的吸热过程导致与所述内器皿的外表面热接触的食品或饮料的温度降低，从而降低包含在其中的食品或饮料的温度。

为了实现这种冷却，至关重要的是将尽可能多的二氧化碳吸附到包含在内部器皿内的碳粒子上，并且进一步将包含在食品或饮料中的热能从那里通过所述内部器皿的壁并且通过吸附材料传送，以连同脱附的二氧化碳气体一起被带离热交换单元。在本领域中已知的是，大多数吸附剂是热能的不良导体。例如，活性碳可以被描述为无定形材料，因此具有低的热导率。通过最大限度地压实活性碳同时仍允许二氧化碳气体在其上的最大吸附确实有助于热能传导。

重要的是，将诸如活性碳颗粒的吸附材料尽可能高程度地压实，而没有将吸附材料体的孔隙率大幅降低到这样的程度，使得吸附二氧化碳气体的能力或从吸附材料体内的脱附率(rate of desorption)的阻滞未受有害影响。

优选地，吸附材料是活性碳，而要被吸附的气体是二氧化碳。在本公开的上下文中，“活性碳”涉及被明确地活化以发展强吸附性的含碳材料族，据此，即使是痕量的液体或气体也可以被吸附到碳上。这样的活性碳可以由各种来源产生，例如煤、木材、坚果(如椰子)和骨骼，并且可以由诸如聚丙烯腈的合成源生成。存在各种活化方法，诸如水汽、二氧化碳或其他气体在升高的温度下的选择性氧化，或者使用例如氯化锌或磷酸的化学活化。吸附剂还包括以重量计在总组分中占0.01至80％的石墨材料，和粘结剂的材料。

任何可用形式的石墨-天然的或合成的-都可以掺入活性碳中，例如可使用粉末状或薄片状石墨。优选地，所包括的石墨按重量计在从10％至50％的范围内，更优选地为按重量计20％至45％，特别是按重量计40％。

诸如聚四氟乙烯的粘结剂材料被包括在内从而为它的处理提高配方的生坯强度。有石墨和粘结剂的活性碳组合物在美国专利7,185,511中公开，其通过引用并入本文。