EP2006616A2 - Flexible sorption cooling element - Google Patents

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Publication number
EP2006616A2
EP2006616A2 EP08008007A EP08008007A EP2006616A2 EP 2006616 A2 EP2006616 A2 EP 2006616A2 EP 08008007 A EP08008007 A EP 08008007A EP 08008007 A EP08008007 A EP 08008007A EP 2006616 A2 EP2006616 A2 EP 2006616A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling element
sorbent
working fluid
element according
bag
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08008007A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Dr. Maier-Laxhuber
Ralf Dr. Schmidt
Reiner Dipl.-Ing. Wörz
Andreas Becky
Gert Richter
Norbert Weinzierl
Manfred Binnen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zeo Tech Zeolith Technologie GmbH
Original Assignee
Zeo Tech Zeolith Technologie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE200710028559 external-priority patent/DE102007028559A1/en
Application filed by Zeo Tech Zeolith Technologie GmbH filed Critical Zeo Tech Zeolith Technologie GmbH
Publication of EP2006616A2 publication Critical patent/EP2006616A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/006Other cooling or freezing apparatus specially adapted for cooling receptacles, e.g. tanks
    • F25D31/007Bottles or cans
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2331/00Details or arrangements of other cooling or freezing apparatus not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2331/80Type of cooled receptacles
    • F25D2331/803Bottles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2500/00Problems to be solved
    • F25D2500/02Geometry problems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49359Cooling apparatus making, e.g., air conditioner, refrigerator

Definitions

  • the invention relates to sorption cooling elements with a gas-tight film for cooling of containers in which is produced by evaporation of a working fluid and sorption of the working medium vapor in a sorbent under vacuum cold and method for producing and starting these cooling elements.
  • Adsorption devices are devices in which a solid adsorbent sorbs a second, boiling at lower temperatures, the vaporous working medium, under heat release (sorption).
  • the working fluid evaporates in an evaporator while absorbing heat. After the sorbent is saturated, it can be desorbed by supplying heat at a higher temperature (desorption phase). During this process, working fluid evaporates from the adsorbent. The working fluid vapor can be reliquefied and then re-vaporized.
  • Absorption devices are apparatus in which a liquid absorbent is used. The term "sorption devices" includes both adsorption and absorption systems.
  • Adsorption apparatus for cooling with solid sorbents are from EP 0 368 111 and the DE-OS 34 25 419 known. Sorbent container, filled with sorbents, thereby absorb working agent vapor, which is produced in an evaporator, and sorb it under heat release. This sorption heat must be removed from the sorbent.
  • the chillers can be used to cool and keep food warm in thermally insulated boxes.
  • the WO 01/10738 A1 describes a self-cooling beverage can with an evaporator inside and a sorber outside the can.
  • the cooling is started by opening a steam channel between evaporator and sorber.
  • the cold generated in the evaporator is discharged through the surfaces of the drink to be cooled within the can.
  • the heat generated in the sorbent is stored in a heat buffer.
  • the self-cooling beverage can is heavily modified over an ordinary can and expensive to manufacture.
  • the US Pat. No. 6,474,100 B1 finally describes a self-cooling cooling element on the outside of a bag for liquids or bulk materials.
  • the sorbent is enclosed in a flexible, multi-layered film.
  • the contact with the hot sorption filling is minimized by insulation and flow materials as well as by intervening heat storage masses.
  • the temperature compensation between the hot sorber filling and the cold evaporator, which are opposed over a large area, must be reduced by an elaborate insulation.
  • the object of the invention are cost-effective, flexible sorption cooling elements, and methods for their preparation.
  • the sorbent and the evaporator are surrounded by a multilayer film.
  • the evaporator contains a nonwoven and a flexible, vapor-permeable structural material, which together have a flat but flexible geometry under vacuum, which can be easily pressed against any containers to be cooled.
  • the structural material directs after the start of the cooling element, the working medium vapor to the sorbent and leaves for the working medium vapor, a flow cross-section of at least 1 cm 2 open.
  • a flexible design of the evaporator which can be optimally adapted in particular cylindrical geometries, and on the other hand, the necessary flow channel from the evaporator to the sorbent can be realized in the required cross-section.
  • the flow cross-section In order to achieve a sufficiently rapid cooling, the flow cross-section must have at least an area of 1 square centimeter (cm 2 ). With water as a working medium, a cooling capacity of over 20 watts can be generated.
  • the multi-layer film required for the gastight vacuum envelope encloses all components necessary for operation and storage time. It can be manufactured in one piece if required and allows the necessary freedom of movement under vacuum to the internal flexible components. With an aluminum barrier layer in the multilayer film Shelf life of more than one year is possible without too much gas being diffused through the film during storage.
  • the evaporator surface of the cooling element is pressed onto the outer surface of the container according to the invention.
  • the evaporator is designed to be flexible and pressed the cold evaporator surface by means of separate, elastic pressing means surface on the outer surface of the liquid container to use a large part of the sometimes highly structured surface of the container for heat exchange.
  • pressing means are, for example, adhesive tapes, stretch or shrink films and rubber bands or hook and loop fasteners of any kind.
  • the liquid container can remain partially visible and the pouring of the liquid cooling element does not need to be opened or removed.
  • the container As a container all common vessels such as bottles, cans, barrels, bags, cans, cardboard packaging, etc. understood that serve to hold liquids such as drinks, medicines but also chemical products. Of course, the container may also contain solid or free-flowing products. Basically, the container must not be changed compared to its usual shape and features. Thus, all previously used manufacturing and filling devices can be used unchanged.
  • the evaporator can take any shape and be made of any materials.
  • a vapor-permeable structural material is provided which allows the working medium vapor to flow away unhindered from the liquid working medium and, at the same time, allows its flexibility to contact the cold evaporator regions in good heat-conducting with the outer multilayer film.
  • plastic flexible structural materials can be used for this, which are adapted to the respective cooling task.
  • the prerequisite is, however, that the structural materials do not outgas during the storage time and thereby impair the vacuum.
  • polycarbonate or polypropylene are used as the plastic, since these materials were heated to higher temperatures before and during the manufacturing process and thereby degassed.
  • Plastic structural materials can be inexpensively manufactured by the usual manufacturing techniques such as deep drawing, extruding or blowing.
  • Extruded meshes and meshes made of polypropylene which are used in one or more layers, have proven to be particularly effective, on the one hand providing the necessary flexibility with respect to deformation and, on the other hand, the rigidity with respect to the air pressure applied externally via the multilayer film.
  • Particularly suitable polypropylene structural materials are sold by Tenax Germany.
  • the product OS 102 is a diamond-shaped grid that leaves ideal geometries for the working medium vapor flowing in the lattice plane open and supports the externally applied multi-layer foil. Two- and multi-layer layers of this grid can be used particularly advantageous as a structural material.
  • Sorbents can reach temperatures of over 100 ° C during the sorption process. For such high temperatures, the multi-layer films commonly used in the packaging sector are less suitable. In particular, the polyethylene layers frequently used for sealing become soft even at 80 ° C. and cause the sheath to leak under vacuum. Polypropylene sealing layers, on the other hand, can withstand significantly higher temperatures. Its melting point is above 150 ° C. In combination with high temperatures, sharp edges, corners and tips of sorbent granules create impermissible leaks. This risk can be counteracted according to the invention by polyamide and / or polyester sheaths within the multilayer film. Polyester and polyamide films are particularly tear and puncture resistant. The actual gas barrier is ensured by a layer of thin metal foils or metallized layers.
  • Thin aluminum foils with a layer thickness of approx. 8 ⁇ m have proven to be suitable for this purpose. Less dense are metallized plastic films. Nevertheless, with short storage periods, the use of these metallized films is possible, especially as they face the metal foils are cheaper to produce.
  • the individual layers of a multilayer film are bonded together by adhesive.
  • Commercially available adhesives contain solvents which are not completely removed from the adhesive layer during bonding. Over long periods of time, these solvents then diffuse through the internal layers, particularly the polyethylene layer, and affect the vacuum within the cooling element. The diffusion is enhanced at higher temperatures, such as occur in the sorption and manufacturing process of the cooling elements.
  • the adhesive used must therefore also be designed for high temperatures and vacuum.
  • multi-layer films with polyester or polyamide layer thicknesses of 12 to 50 ⁇ m, an aluminum layer thickness of 8 ⁇ m and a polypropylene layer thickness of 50 to 100 ⁇ m are used. Use find such films z.
  • packaging of foods that are sterilized after packaging for preserving at temperatures above 120 ° C.
  • the sorbent used is advantageously zeolite. In its regular crystal structure, this can reversibly absorb up to 36% by mass of water. In the application according to the invention, the technically feasible water absorption is 20 to 25%. Zeolites still have a considerable water vapor sorption capacity even at relatively high temperatures (above 100 ° C.) and are therefore particularly suitable for the use according to the invention.
  • Zeolite is a crystalline mineral that consists of a regular skeletal structure of silicon and aluminum oxides. This framework structure contains cavities in which water molecules can be sorbed by releasing heat. Within the framework structure, the water molecules are exposed to strong field forces whose strength depends on the amount of water already contained in the framework structure and the temperature of the zeolite. Naturally occurring natural zeolite types absorb significantly less water.
  • Natural zeolites have another advantage.
  • the non-active Admixtures are typically 10 to 30%. They are not actively involved in refrigeration, but they are heated by the neighboring zeolite crystals. They thus act as an additionally installed, inexpensive heat buffer. The result is that the zeolite filling is less hot and thus can sorb additional water vapor at lower temperatures.
  • Natural zeolite granules consist of broken or crushed fragments and therefore have sharp and pointed geometric shapes that can puncture or cut through the envelope under vacuum and elevated temperatures.
  • zeolites For zeolites, there is still a risk that, depending on the synthesis process, occurrence and degradation processes, they contain admixtures which emit gaseous constituents in a vacuum, and in particular at elevated temperatures, which influence the cooling process.
  • This problem of gas release is solved by the fact that zeolites are heated at least to the later sorbent temperature before production of the cooling element and at the same time placed under the then prevailing vacuum. In this procedure, zeolites can release their interfering constituents according to the invention. This thermal treatment is particularly efficient if at the same time the presorbed water can be evaporated off.
  • gas-tight multilayer films having an inner polypropylene layer and at least one polyester layer are used according to the invention. These can also be filled with hot sorbents.
  • clinoptilolites chabazites, mordenites and phillipsites. They occur frequently, are inexpensive to process and have a sufficiently rapid sorption characteristic.
  • Natural zeolites can after their use in cooling elements z. B. be used as soil conditioner, as a liquid binder or to improve the quality of water in ponds and waters.
  • the types A, X and Y are used, each in their low-cost Na form.
  • the amount of sorbent is to be dimensioned and arranged so that only a minimal pressure drop within the sorbent must be overcome for the incoming water vapor.
  • the pressure drop should be less than 5 mbar, in particular for water as working fluid.
  • the sorbent must provide the inflowing agent vapor sufficient surface for attachment.
  • particularly sorbent granules have been proven. Granule diameters between 3 and 10 mm show the best results.
  • zeolite powder preformed, stable zeolite blocks in which the flow channels are already incorporated and whose shape is adapted to the desired cooling element geometry.
  • the stable zeolite blocks may have cavities in the region of the later steam opening, which can facilitate the cutting of the film by means of a cutting tool and can pick up the separated film piece, so as not to obstruct the flow through the steam channel.
  • the sorption heat releases heat of sorption that heats the sorbent.
  • the absorption capacity for the working fluid decreases sharply at higher sorbent temperatures. In order to maintain a high cooling capacity over a longer period, it makes sense to cool the sorbent.
  • Upon direct contact of the sorbent with the multilayer film resulting heat of sorption can be dissipated through the film to the outside. As a rule, the heat will be dissipated to the surrounding air. It is also very efficient to cool the sorption container by means of liquids, in particular with water.
  • the heat transfer to an air flow from the outside of the multilayer film is of the same order of magnitude as the heat transfer of a sorbent granulate to the inside of the film, in principle large film surfaces without ribbing are recommended For example, cylinder, plate or tube geometries.
  • the sorption containers are to be designed so that the average heat conduction within the sorbent does not exceed 5 cm.
  • cooling elements for example, the cooling of a 0.75 l champagne bottle from 25 ° C to 10 ° C within a period of 30 minutes.
  • the cooling elements can be stored after production for an indefinite period of time at room temperatures.
  • the shut-off device is actuated. From this point on, working agent vapor can flow to the sorbent and be deposited by it.
  • the sorbent becomes hot as it liquefies and accumulates the vapor within its crystal structure. Due to the evaporation, the evaporator cools and removes sensible heat from the liquid container via the outer jacket. During the relatively short cooling period, it will not be possible to cool the sorbent appreciably.
  • the absorption capacity for working medium vapor will therefore be limited unless admixtures act as heat buffer. If the rapid cooling of the bottle contents is followed by a longer cooling hold period, the sorbent will also be able to release heat through the multi-layer film. According to the invention, in these applications, the heat of sorption at a higher temperature level can also be transferred to a product to be kept warm.
  • either insulating materials are provided or it is inventively to ensure a sufficient distance between the two components from each other. It is also desirable to provide thermal insulation of the evaporator surrounding the liquid container. If the container and the evaporator are exposed to the ambient air uninsulated, condensation of water vapor from the air on the cold surfaces may occur. On the one hand, moisture that precipitates between the container and the evaporator can improve the heat transfer from the container to the evaporator, but on the other hand, a considerable part of the cooling capacity for the condensation is lost.
  • the working fluid is located outside of the evaporator fleece.
  • a working fluid supply line is opened from a working fluid bag to the evaporator; z. B. by piercing the working fluid bag and pressing the working fluid in the evaporator.
  • either a valve must be interposed between the evaporator web and sorbent zone, or the sorbent is within another multilayer film bag which must be opened to initiate the cooling function to the evaporator.
  • Suitable for this purpose are sharp-edged cutting tools, which pierce a sufficiently large opening in the sorbent bag.
  • the cutting tool can act on the film both from the sorbent side and from the evaporator side. Since the films according to the invention are flexible, the cutting tool according to the invention is actuated by a deformation exerted externally on the multilayer film. Thus, all shut-off devices can be manufactured inexpensively and operated gas-tight.
  • the cutting tool must be sufficiently sharp to cut through the film in the necessary cross-section.
  • Suitable z. B. cylindrically shaped expanded metals or sharp-edged molded parts made of plastic, which can additionally squeeze or move the sorbent located behind the film to sever the film over a large area.
  • z. B. are beaten by means of a rubber hammer on the cutting tool covering multi-layer film.
  • liquid working fluid in the corresponding amount and a connecting channel can additionally be filled into the all-enveloping multilayer film.
  • the connecting channel can be closed by bending the all-enveloping multilayer film in this area one or more times, so that its sealing layers are close together. Along with the externally applied air pressure results in this measure a sufficient seal between liquid working fluid and the evaporator fleece.
  • a further advantageous embodiment is obtained when a working fluid bag, filled with the required amount of working fluid, is inserted inside or outside the evaporator region between the multilayer film.
  • This can burst and leak the liquid working fluid in the evaporator fleece. Bursting due to external pressure can occur either through the use of a peel-effect film or through the insertion of a pointed opener in the working fluid bag.
  • the pointed opener can not press on the film and perforate it within a bulging agent bag during storage time. Only by the action of an additional external force in the area of the opener, the liquid working fluid is displaced and the pointed opener can pierce a small opening in the film.
  • the tool bag made of a film with peel effect can be dispensed with a separate breaker, because the seal seams are due to the peel effect by vigorous pressure on the bag leak and leak the contents.
  • the physical rupture properties of the peel seal can be specifically adapted to the requirements of the working fluid bag. It must be ensured that the bag does not burst due to the air pressure applied from the outside, but that the contents are allowed to flow out into the evaporator when the finger pressure is adequately increased.
  • the connecting channel to the evaporator which can be optimally adapted to any length and the respective geometries present, can hold a narrow strip of structural material or a flexible plastic hose open.
  • the adsorbable amount of working fluid may be kept in more than one single working fluid bag.
  • This makes it possible to use a cooling element by opening only one working-fluid bag several times for cooling. This is particularly advantageous for cooling tasks with high cooling capacities. Due to the high adsorption capacity, the heat of adsorption can not be removed quickly enough from the sorbent. The adsorption capacity can thus not be fully utilized. However, if the sorbent has cooled down again after the first cooling process, it can again adsorb working fluid. For this purpose, a second (or further) working fluid bags are opened and pour its contents into the evaporator fleece. Each working fluid bag is filled with only a subset of the maximum adsorbable by the sorbent amount of working fluid.
  • the vaporizer may be loaded together with the sorbent within a single, all-enveloping, multilayer film. Only when the liquid working medium penetrates from the working fluid bag to the evaporator, it can evaporate from there and continue to flow vapor to the sorbent.
  • the advantage of this shut-off device is that only a relatively small flow cross-section for the liquid working fluid is required.
  • a disadvantage is that the working fluid must sufficiently homogeneously wet the evaporator without being entrained in liquid form in the sorber or even on exiting the opening of the working fluid bag to ice and thus to block the further inflow.
  • the icing of water as a working medium can be prevented by the admixture of a freezing point lowering agent.
  • An admixture of sodium chloride may, for. B. lower the freezing point to -17 ° C. It is also helpful if the freezing point lowering means outside the working fluid bag, is arranged around the outlet opening. Only when the water comes out of the mouth does it mix with the freezing point depressant in high concentration. A freezing is thereby excluded. Subsequent water then dilutes the solution and transports the working fluid to all areas of the evaporator.
  • a homogeneous distribution of the working fluid can be achieved according to the invention by a separate, finely branched channel structure, which distributes the working fluid after flowing out of the working fluid bag homogeneously before it could be entrained liquid by the steam flow.
  • An inexpensive distribution can, for. B can be achieved by a layer of finely perforated foil, which is arranged around the outlet opening.
  • a particularly efficient and at the same time cost-effective solution is achieved when the liquid working fluid is homogeneously distributed through the structural material of the steam channel in the evaporator fleece.
  • the working fluid is pressed into the structural material after the working fluid bag has been opened by the overpressure acting from outside on the multi-layer film.
  • a part of the working fluid evaporates and tears the still liquid working fluid at high speed.
  • Shaping the structural material the liquid working fluid is deflected several times on the way to the sorbent and repeatedly thrown against the adjacent nonwoven material. This absorbs the liquid components of the working fluid and fixes this against the passing fluid vapor.
  • the evaporator fleece is wetted in a very short time homogeneously with the optimum amount of working fluid.
  • the transport of the liquid working fluid is therefore not within the evaporator fleece but via the steam channel within the structural material.
  • the evaporator is flooded from below with the liquid working medium while the pure working medium vapor flows out of the top of the evaporator.
  • the evaporator does not necessarily have to be upright. According to the invention, however, the feed of the liquid working fluid should be from one side and the outlet of the working medium vapor from the opposite side.
  • the amount of evaporator fleece is to be adjusted to the volume of the liquid working medium. At the end of the outflow process, the surface of the evaporator fleece, which is in contact with the container, should have taken up the necessary amount of working fluid.
  • the working fluid is fixed in the evaporator fleece by hygroscopic effects.
  • Particularly inexpensive nonwoven materials are absorbent papers, as they are used in a great variety for household and industry for absorbing liquids.
  • the water-storing nonwovens, as well as the spacers made of plastic or natural zeolite, must not outgas under vacuum and higher temperatures.
  • Particularly absorbent nonwovens consist of polypropylene microfibers. Equipped with special wetting agents, they can absorb and fix a multiple of their own weight in water.
  • the company Sandler AG, Schwarzenbach / Saale supplies corresponding nonwoven materials under the product name sawadry 8313.
  • a sorbent bag open on one side is produced by thermal welding from a multilayer film.
  • the sorbent bag is filled with sorbent, which is low in work equipment and without releasing gases, filled and the bag together with filling in the desired geometric shape, evacuated to less than 5 mbar and in particular to less than 2 mbar and gas-tight welded.
  • the vacuum sorbent bag, together with a shut-off device, a structural material, and an evaporator web soaked with working fluid is packed in another multi-layered film pouch.
  • the envelope bag is then evacuated in a vacuum chamber to the vapor pressure of the working fluid and then also sealed gas-tight.
  • shut-off device variant B When using separate working-bags (shut-off device variant B), the manufacturing process can be easily modified.
  • the structural material, the fleece and the working-agent bag (s) are placed in defined positions in a multi-layer foil bag.
  • the evacuation of the evaporator area of the geometry of the containers to be cooled is adjusted.
  • hot sorbent is filled and evacuated the multilayer film bag either in the vacuum chamber or by means of a suction adapter and sealed.
  • the sealing of the film bag is usually carried out thermally by pressing hot welding bar on the outer surfaces of the film until the internally superimposed polypropylene layers are soft and merge together.
  • the welding process is usually carried out within a vacuum chamber under vacuum.
  • welding processes using ultrasound have also proven successful.
  • the seal has a width of at least 5 even better but of 10 mm. The wider the sealed seam, the lower the leak rate and consequently the longer the potential storage time of the cooling element.
  • Fig. 1 shows individual components of a cooling element according to the invention in an exploded view.
  • a punched-out piece of a multi-layer film 1 with upward-facing sealing layer two layers of a structural material 2, made of a polypropylene net grid, laid.
  • Another small mesh grid strip 3 later forms the connecting channel from the working fluid bag 4 to the evaporator fleece 5.
  • the evaporator fleece 5 consists of a 3 mm thick microfiber mat made of polypropylene. It is cut in three parts and can be stitched with the structural material 2.
  • the second, mirror-image punched multi-layer film 6 finally forms the upper vacuum-tight envelope.
  • the working fluid bag 4 is also made of a multilayer film. It contains 60 g of degassed water and a sharp-edged opener.
  • the opener perforates the bag foil.
  • the sharp edges can act on the film of the working-material bag 4 only in the area of the mesh lattice strip 3 and not also the outer multi-layer films 1, 6 perforate.
  • Fig. 2 shows the cooling element Fig. 1 with the up to two edges 8 and 9 circumferentially sealed multi-layer films 1, 6, before its deformation on a cylinder 7.
  • the cylinder 7 has approximately the dimensions of the later to be cooled bottle.
  • the arrows A show the winding direction of the evaporator region 16, while the arrows B indicate the direction of the direction of the zeolite region 15.
  • the second end terminates in the (non-visible) structural material 2.
  • the mesh grid strip 3 can have almost any length to to position the working fluid bag 4 further away from the evaporator area. For longer distances, instead of the Mesh lattice strip 3 also a thin, flexible hose can be inserted.
  • Fig. 3 about 600 g of hot zeolite granules 11 are filled via the open edge 8 by means of a filling device 12.
  • the cooling element 10 is tilted by 180 ° and the filled zeolite granules are joined by means not drawn moldings in the desired geometry.
  • a suction adapter 13 which is applied gas-tight at the still open edge 9
  • the interior of the cooling element 10 is evacuated to a pressure of less than 2 mbar (absolute). Excess water vapor, air and co-adsorbed gases are sucked out of the zeolite granules via the structural material and further via the mesh lattice strip 3.
  • the open edge 9 is sealed by means of externally pressed, hot sealing bars.
  • Fig. 4 the cooling element 10 is applied with its evaporator region 16 to the cylindrical part of a bottle 14.
  • the cylindrical evaporator region 16 containing the evaporator fleece 5 encloses the cylindrical lower bottle part. It can be stretched by means of (not shown) Velcro straps good thermal conductivity on the bottle wall.
  • the area of the cooling element containing the working fluid bag 4 is folded laterally upwards. By pressure on the lying in the working fluid bag 4 opener bag can be perforated.
  • the water contained then flows through the channels held open by the mesh grid 3 channels to the structural material.
  • the co-funded water in the evaporator fleece 5 is distributed homogeneously.
  • the water evaporates and cools over the multi-layer film over a large area of the bottle.
  • the effluent water vapor is passed over the total of about 5 cm 2 in cross-section, which spans the structural material to the zeolite 15.
  • the zeolite filling heats up to over 80 ° C.
  • the sealing layers of the multi-layer polypropylene film can withstand this temperature level. After all, they were subjected to significantly higher loads during charging with hot zeolite.
  • thermal decoupling of the hot zeolite region 15 from the cold evaporator region 16 is important.
  • the bottle 14 may be slightly tilted backwards.
  • the required support is provided by the zeolite region 15, which touches the base with the sealing seam at the filling edge 8.
  • the bottle 14 does not have to be removed from the cooling element 10. It can be tilted together with the cooling element 10 advantageously over the filling edge 8 and conveniently pour into glasses available. If the cooling element contains two (or three) working fluid bags, after the zeolite filling has cooled, another working fluid bag can be opened to cool another bottle.
  • Fig. 5 shows a horizontal section DD through the evaporator section 16 of Fig. 4 ,
  • the multi-layer films 1 and 6 enclose the three-part inner evaporator fleece 5 and two layers of lattice-shaped structural material 2.
  • the three-parting of the evaporator fleece 5 formed in addition to the two sealing seams 17 two longitudinal grooves 18.
  • the inner multilayer film 6 is contracted and reduced when applying the negative pressure. As a result, wrinkles in the inner multilayer film 6 are minimized. Wrinkles would significantly worsen the thermal contact with the bottle.
  • Fig. 6 shows the in Fig. 4 marked longitudinal section EE through the evaporator region 16.
  • the multi-layer films 1 and 6 in turn encase the inner evaporator fleece 5 and two layers of structural material 2 and the grid strip 3 and the folded up, bulging working fluid bag 4.
  • This contains one in the upper area fixed opener 19, the sharp tips of which can perforate the opposite film of the working fluid bag 4 at external finger pressure.
  • the tips are not long enough to hurt through the grid strip and the outer multi-layer film 6.
  • Fig. 7 shows the cooling element 10 from the front without a bottle. From this point of view, the capeartige shape of the cooling element 10 is clear. This results forcibly, if the initially flat individual elements Fig. 1 are wound around a cylindrical shape and at the same time the zeolite region 15 is bent backwards.
  • the evaporator region 16 can be supplemented by means of adhesive tapes 20 to form an elastic cooling surface for cylindrical containers, while the zeolite region 15 with its lower sealing edge 8 provides a stable support to the rear.
  • the working fluid bag 4 is easily accessible for triggering the cooling function.
  • Fig. 8 shows a further inventive cooling element 21, the evaporator portion 22 is wound around a standing small beer keg 24 and its zeolite portion 23 projects upwards.
  • the evaporator region 22 is tightly bound by means of adhesive strips 25 around the bulbous outer casing of the beer keg 24. His two lower bag corners 26 are sealed at an angle to create space for the bottom tap 27 of beer keg 24.
  • the zeolite region 23 of the cooling element 21 is subdivided into four pockets 28, each containing zeolite.
  • the arranged in the upper region of the beer keg 24 ventilation opening 29 is easily accessible from above in the ventilation area between the pockets 28. Two working-fluid bags can be recognized by slight bulges 30 at the lower end of the evaporator region 22.
  • each working fluid bag contains only a subset of the maximum amount of water adsorbed by the zeolite filling in order to provide enough adsorption capacity for the second cooling process.
  • the waste heat from the zeolite area 23 is released to the passing air. Due to the upper positioning, the warm exhaust air can not heat the evaporator section 22.
  • Fig. 9 shows a horizontal cross section through the zeolite region 23 along the section line FF in Fig. 8 , Inner and outer multilayer films 31, 32 are sealed to span four similarly sized pockets 28 of zeolite filling 33. Along the three sealing seams 34, the four pockets are movable relative to each other. They thus allow the cooling element to conveniently lay around the beer keg and lash down. If, in the extension of the sealing seams 34, the structural material in the evaporator region is also divided, the entire cooling element can also be folded and transported in a space-saving manner before it is applied to the container to be cooled.
  • Fig. 10 shows a longitudinal section through the cooling element 21 along the section line GG in Fig. 8 ,
  • the multilayer films 31 and 32 envelop the zeolite filling 33 in the upper zeolite region 23 and the structural material 35, the evaporator fleece 36 and the working-agent pouches in the evaporator region 22 37.
  • the structural material 35 extends up to the zeolite filling 33 in order to ensure the vapor transport from the evaporator web 36 into the zeolite filling 33.
  • the evaporator fleece 36 has two layers in the upper and lower regions in order to ensure optimum connection to a bulbous beer keg.
  • the flexibility of the evaporator region 22 according to the invention, in conjunction with the clamping forces of the adhesive tapes, results in an optimal heat-conducting connection to the beer keg.
  • FIG. 11 finally shows the individual components of the cooling element 21 prior to assembly.
  • a pouch 38 of multilayer films 31, 32 adapted to the dimensions of the beer keg to be cooled has four pockets 28 filled with hot zeolite at the bottom, which are laterally separated from one another via the sealing seams 34.
  • the zeolite filling has been uniformly distributed to the four pockets 28 by means of a funnel element 39.
  • On the still hot zeolite filling the two-ply structural material 35 is inserted.
  • Six, slightly spaced evaporator nonwoven pieces 36 are already attached to the structural material 35, which are each thickened in two layers at the top and bottom.
  • the two working fluid pouches 37 are fixed on the side facing away from the evaporator fleece 36.
  • the cooling element 21 is evacuated in a vacuum chamber to a final pressure of less than 5 mbar (absolute) and sealed the still open side of the bag.
  • the cooling element 21 can now be rotated into any position and deformed according to the invention without the zeolite filling 33 (and the inserted components) leaving its intended position.

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Abstract

The element has a sorption agent that can sorb, under vacuum, a working agent in a vapor form, which evaporates from liquid amount of the working agent. The sorption agent and an evaporator region are surrounded by a multilayer film (1). A shutoff device keeps the working agent vapor to flow to the sorption agent, before an initiation of a cooling process. A structural material (2) conducts the working agent vapor up to the sorption agent, and keeps one centimeter square flow cross section open for the working agent vapor after the start of the cooling element. Independent claims are also included for the following: (1) a method for producing a cooling element (2) a method for starting the cooling function of the cooling element (3) a method for utilizing a cooling element.

Description

Die Erfindung betrifft Sorptions-Kühlelemente mit einer gasdichten Folie zur Kühlung von Behältnissen bei welchen durch Verdampfung eines Arbeitsmittels und Sorption des Arbeitsmitteldampfes in einem Sorptionsmittel unter Vakuum Kälte erzeugt wird und Verfahren zur Herstellung und zum Starten dieser Kühlelemente.The invention relates to sorption cooling elements with a gas-tight film for cooling of containers in which is produced by evaporation of a working fluid and sorption of the working medium vapor in a sorbent under vacuum cold and method for producing and starting these cooling elements.

Adsorptionsvorrichtungen sind Apparate, in denen ein festes Adsorptionsmittel ein zweites, bei tieferen Temperaturen siedendes Mittel, das dampfförmige Arbeitsmittel, unter Wärmefreisetzung sorbiert (Sorptionsphase). Das Arbeitsmittel verdampft dabei in einem Verdampfer unter Wärmeaufnahme. Nachdem das Sorptionsmittel gesättigt ist, kann es durch Wärmezufuhr bei höherer Temperatur wieder desorbiert werden (Desorptionsphase). Dabei dampft Arbeitsmittel aus dem Adsorptionsmittel ab. Der Arbeitsmitteldampf kann rückverflüssigt werden und anschlie-ßend erneut verdampfen.
Absorptionsvorrichtungen sind Apparate in denen ein flüssiges Absorptionsmittel eingesetzt wird. Unter dem Oberbegriff "Sorptionsvorrichtungen" werden sowohl Adsorptions- als auch Absorptionssysteme eingeordnet.
Adsorption devices are devices in which a solid adsorbent sorbs a second, boiling at lower temperatures, the vaporous working medium, under heat release (sorption). The working fluid evaporates in an evaporator while absorbing heat. After the sorbent is saturated, it can be desorbed by supplying heat at a higher temperature (desorption phase). During this process, working fluid evaporates from the adsorbent. The working fluid vapor can be reliquefied and then re-vaporized.
Absorption devices are apparatus in which a liquid absorbent is used. The term "sorption devices" includes both adsorption and absorption systems.

Adsorptionsapparate zum Kühlen mit festen Sorptionsmitteln sind aus der EP 0 368 111 und der DE-OS 34 25 419 bekannt. Sorptionsmittelbehälter, gefüllt mit Sorptionsmitteln, saugen dabei Arbeitsmitteldampf, welcher in einem Verdampfer entsteht, ab und sorbieren ihn unter Wärmefreisetzung. Diese Sorptionswärme muss dabei aus dem Sorptionsmittel abgeführt werden. Die Kühlapparate können zum Kühlen und Warmhalten von Lebensmitteln in thermisch isolierten Boxen eingesetzt werden.Adsorption apparatus for cooling with solid sorbents are from EP 0 368 111 and the DE-OS 34 25 419 known. Sorbent container, filled with sorbents, thereby absorb working agent vapor, which is produced in an evaporator, and sorb it under heat release. This sorption heat must be removed from the sorbent. The chillers can be used to cool and keep food warm in thermally insulated boxes.

Die WO 01/10738 A1 beschreibt eine selbstkühlende Getränkedose bei der ein Verdampfer innerhalb und ein Sorber außerhalb der Dose angeordnet sind. Die Kühlung wird durch Öffnen eines Dampfkanals zwischen Verdampfer und Sorber gestartet. Die im Verdampfer erzeugte Kälte wird über dessen Oberflächen an das zu kühlende Getränk innerhalb der Dose abgegeben. Die im Sorptionsmittel entstehende Wärme wird in einem Wärmepuffer gespeichert. Die selbstkühlende Getränkedose ist gegenüber einer gewöhnlichen Dose stark modifiziert und in der Herstellung teuer.The WO 01/10738 A1 describes a self-cooling beverage can with an evaporator inside and a sorber outside the can. The cooling is started by opening a steam channel between evaporator and sorber. The cold generated in the evaporator is discharged through the surfaces of the drink to be cooled within the can. The heat generated in the sorbent is stored in a heat buffer. The self-cooling beverage can is heavily modified over an ordinary can and expensive to manufacture.

Weitere, theoretische Ausgestaltungen selbstkühlender Gebinde sind in der WO 99/37958 A1 zusammengestellt. Kostengünstig ist keine der Vorrichtungen zu fertigen.Further, theoretical embodiments of self-cooling containers are in the WO 99/37958 A1 compiled. Cost effective is none of the devices to manufacture.

Die US 6 474 100 B1 beschreibt schließlich ein selbstkühlendes Kühlelement an der Außenseite eines Beutels für Flüssigkeiten oder Schüttgüter. Das Sorptionsmittel ist dabei in einer flexiblen, mehrlagigen Folie eingeschlossen. Der Kontakt zur heißen Sorptionsfüllung ist durch lsolations- und Strömungsmaterialien sowie durch dazwischen liegende Wärmespeichermassen auf ein Minimum reduziert. Der Temperaturausgleich zwischen der heißen Sorberfüllung und dem kalten Verdampfer, die sich großflächig gegenüberliegen, muss durch eine aufwändige Isolierung reduziert werden.The US Pat. No. 6,474,100 B1 finally describes a self-cooling cooling element on the outside of a bag for liquids or bulk materials. The sorbent is enclosed in a flexible, multi-layered film. The contact with the hot sorption filling is minimized by insulation and flow materials as well as by intervening heat storage masses. The temperature compensation between the hot sorber filling and the cold evaporator, which are opposed over a large area, must be reduced by an elaborate insulation.

Aufgabe der Erfindung sind kostengünstige, flexible Sorptions-Kühlelemente, sowie Verfahren zu deren Herstellung.The object of the invention are cost-effective, flexible sorption cooling elements, and methods for their preparation.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Die abhängigen Ansprüche zeigen weitere erfinderische Vorrichtungen und Verfahren auf.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. The dependent claims show other inventive devices and methods.

Erfindungsgemäß sind das Sorptionsmittel und der Verdampfer von einer Mehrschicht-Folie umgeben. Der Verdampfer enthält ein Vlies und ein flexibles, dampfdurchlässiges Strukturmaterial, die zusammen unter Vakuum eine flache aber flexible Geometrie aufweisen, die leicht an beliebige, zu kühlende Behältnisse angepresst werden kann. Das Strukturmaterial leitet nach dem Start des Kühlelementes den Arbeitsmitteldampf bis an das Sorptionsmittel und lässt für den Arbeitsmitteldampf einen Strömungsquerschnitt von mindestens 1 cm2 offen.According to the invention, the sorbent and the evaporator are surrounded by a multilayer film. The evaporator contains a nonwoven and a flexible, vapor-permeable structural material, which together have a flat but flexible geometry under vacuum, which can be easily pressed against any containers to be cooled. The structural material directs after the start of the cooling element, the working medium vapor to the sorbent and leaves for the working medium vapor, a flow cross-section of at least 1 cm 2 open.

Durch den Einsatz eines kostengünstig herzustellenden Strukturmaterials kann zum einen ein flexibler Aufbau des Verdampfers realisiert werden, der sich insbesondere zylindrischen Geometrien optimal anpassen lässt, und zum anderen kann der notwendige Strömungskanal vom Verdampfer zum Sorptionsmittel im erforderlichen Querschnitt realisiert werden. Um eine ausreichend schnelle Abkühlung zu erreichen, muss der Strömungsquerschnitt mindestens eine Fläche von 1 Quadratzentimeter (cm2) aufweisen. Bei Wasser als Arbeitsmittel kann damit eine Kälteleistung von über 20 Watt erzeugt werden.
Die für die gasdichte Vakuumhülle notwendige Mehrschicht-Folie umschließt alle für den Betrieb und die Lagerzeit notwendigen Komponenten. Sie kann bei Bedarf einstückig gefertigt werden und gewährt unter Vakuum den innenliegenden flexiblen Komponenten die notwendige Bewegungsfreiheit. Mit einer Aluminium-Sperrschicht in der Mehrschicht-Folie sind Lagerzeiten von über einem Jahr möglich, ohne dass während der Lagerzeit eine zu große Gasmenge durch die Folie diffundiert.
By using a structurally inexpensive to produce structural material can be realized on the one hand, a flexible design of the evaporator, which can be optimally adapted in particular cylindrical geometries, and on the other hand, the necessary flow channel from the evaporator to the sorbent can be realized in the required cross-section. In order to achieve a sufficiently rapid cooling, the flow cross-section must have at least an area of 1 square centimeter (cm 2 ). With water as a working medium, a cooling capacity of over 20 watts can be generated.
The multi-layer film required for the gastight vacuum envelope encloses all components necessary for operation and storage time. It can be manufactured in one piece if required and allows the necessary freedom of movement under vacuum to the internal flexible components. With an aluminum barrier layer in the multilayer film Shelf life of more than one year is possible without too much gas being diffused through the film during storage.

Zum schnellen Abkühlen einer Flüssigkeit in einem Behältnis wird erfindungsgemäß die Verdampferfläche des Kühlelementes auf die äußere Oberfläche des Behältnisses gepresst. Der Verdampfer ist hierfür flexibel ausgeführt und die kalte Verdampferfläche mittels separater, elastischer Pressmittel flächig auf die äußere Oberfläche des Flüssigkeitsbehälters gepresst um einen großen Teil der mitunter stark strukturierten Oberfläche des Behälters zum Wärmetausch zu nutzen.
Als Pressmittel eignen sich z.B. Klebebänder, Stretch- oder Schrumpffolien sowie Gummibänder oder Klettverschlüsse jeglicher Art. Vorteilhaft ist bei dieser Lösung, dass der Flüssigkeitsbehälter teilweise sichtbar bleiben kann und zum Ausgießen der Flüssigkeit das Kühlelement nicht geöffnet oder entfernt werden muss. Beim Anlegen des Kühlelementes an die Behältnisse ist darauf zu achten, dass der Wärmeübergang zwischen Behälteraußenseite und Verdampferfläche nicht durch Spalte und Falten unnötig beeinträchtigt wird.
For rapid cooling of a liquid in a container, the evaporator surface of the cooling element is pressed onto the outer surface of the container according to the invention. The evaporator is designed to be flexible and pressed the cold evaporator surface by means of separate, elastic pressing means surface on the outer surface of the liquid container to use a large part of the sometimes highly structured surface of the container for heat exchange.
As pressing means are, for example, adhesive tapes, stretch or shrink films and rubber bands or hook and loop fasteners of any kind. Advantageous in this solution is that the liquid container can remain partially visible and the pouring of the liquid cooling element does not need to be opened or removed. When applying the cooling element to the containers, care must be taken to ensure that the heat transfer between the outside of the container and the evaporator surface is not unnecessarily impaired by gaps and wrinkles.

Als Behältnis werden alle gebräuchlichen Gefäße wie Flaschen, Dosen, Fässer, Beutel, Kannen, Kartonverpackungen usw. verstanden, die zur Aufnahme von Flüssigkeiten wie Getränken, Medikamenten aber auch chemischen Produkten dienen. Selbstverständlich kann der Behälter auch feste oder rieselfähige Produkte enthalten. Grundsätzlich muss der Behälter gegenüber seiner gewohnten Form und Ausstattung nicht verändert werden. Somit können alle bisher genutzten Herstellungs- und Abfüllvorrichtungen unverändert weiter benutzt werden.As a container all common vessels such as bottles, cans, barrels, bags, cans, cardboard packaging, etc. understood that serve to hold liquids such as drinks, medicines but also chemical products. Of course, the container may also contain solid or free-flowing products. Basically, the container must not be changed compared to its usual shape and features. Thus, all previously used manufacturing and filling devices can be used unchanged.

Prinzipiell kann der Verdampfer beliebige Formen annehmen und aus beliebigen Materialien hergestellt sein. Technisch notwendig ist, dass während des Kühlprozesses eine genügend große Öffnung zum Abströmen des Wasserdampfes in das Sorptionsmittels besteht, Arbeitsmittel im flüssigen Zustand an der zu kühlenden Stelle verbleibt, ein Mitreißen flüssiger Bestandteile in das Sorptionsmittel verhindert wird und eine gute thermische Anbindung an das zu kühlende Objekt bestehen bleibt.In principle, the evaporator can take any shape and be made of any materials. Technically, it is necessary that during the cooling process there is a sufficiently large opening for the outflow of water vapor into the sorbent, working fluid remains in the liquid state at the point to be cooled, entrainment of liquid components in the sorbent is prevented and a good thermal connection to the cooling Object persists.

Besonders kostengünstige Kühlelemente sind zu erzielen, wenn alle Komponenten in ein und derselben gasdichten Folie eingeschweißt sind. Unter Vakuum müssen die Strömungskanäle zum Sorptionsmittel erhalten bleiben. Hierfür ist erfindungsgemäß ein dampfdurchlässiges Strukturmaterial vorzusehen, das den Arbeitsmitteldampf von der flüssigen Arbeitsmittelmenge ungehindert abströmen lässt und zugleich durch seine Flexibilität erlaubt, die kalten Verdampferbereiche gut wärmeleitend mit der äußeren Mehrschicht-Folie zu kontaktieren.Particularly inexpensive cooling elements can be achieved if all components are sealed in the same gas-tight film. Under vacuum, the flow channels to the sorbent must be maintained. For this purpose, according to the invention, a vapor-permeable structural material is provided which allows the working medium vapor to flow away unhindered from the liquid working medium and, at the same time, allows its flexibility to contact the cold evaporator regions in good heat-conducting with the outer multilayer film.

Vorteilhaft können hierfür flexible Strukturmaterialien aus Kunststoff eingesetzt werden, die der jeweiligen Kühlaufgabe angepasst sind. Voraussetzung ist allerdings, dass die Strukturmaterialien während der Lagerzeit nicht ausgasen und dadurch das Vakuum verschlechtern. Von Vorteil ist, wenn als Kunststoff Polycarbonat oder Polypropylen zum Einsatz kommen, da diese Werkstoffe vor bzw. während des Fertigungsprozesses auf höhere Temperaturen erhitzt und dabei entgast wurden.
Strukturmaterialien aus Kunststoff können nach den üblichen Fertigungsverfahren wie Tiefziehen, Extrudieren oder Blasen kostengünstig hergestellt werden. Vorteilhafter Weise ist bei dem Herstellprozess darauf Wert zulegen, dass keine später ausgasenden Stoffe wie etwa Weichmacher oder Farbstoffe zugesetzt werden. Besonders wirksam haben sich auch extrudierte Netze und Gitter aus Polypropylen erwiesen, die ein- oder mehrlagig eingesetzt, zum einen die notwendige Flexibilität gegenüber einer Verformung und zum anderen die Steifigkeit gegenüber dem von außen über die Mehrschicht-Folie anliegenden Luftdruck gewähren. Besonders geeignete Strukturmaterialien aus Polypropylen werden von der Firma Tenax Deutschland vertrieben. Das Produkt OS 102 ist ein rautenförmiges Gitter, das ideale Geometrien für den in Gitterebene strömenden Arbeitsmitteldampf offen lässt und die von außen anliegende Mehrschicht-Folie abstützt. Zwei- und mehrlagige Schichten aus diesem Gitter lassen sich als Strukturmaterial besonders vorteilhaft einsetzen.
Advantageously, plastic flexible structural materials can be used for this, which are adapted to the respective cooling task. The prerequisite is, however, that the structural materials do not outgas during the storage time and thereby impair the vacuum. It is advantageous if polycarbonate or polypropylene are used as the plastic, since these materials were heated to higher temperatures before and during the manufacturing process and thereby degassed.
Plastic structural materials can be inexpensively manufactured by the usual manufacturing techniques such as deep drawing, extruding or blowing. Advantageously, in the manufacturing process, it is important to ensure that no later outgassing substances such as plasticizers or dyes are added. Extruded meshes and meshes made of polypropylene, which are used in one or more layers, have proven to be particularly effective, on the one hand providing the necessary flexibility with respect to deformation and, on the other hand, the rigidity with respect to the air pressure applied externally via the multilayer film. Particularly suitable polypropylene structural materials are sold by Tenax Germany. The product OS 102 is a diamond-shaped grid that leaves ideal geometries for the working medium vapor flowing in the lattice plane open and supports the externally applied multi-layer foil. Two- and multi-layer layers of this grid can be used particularly advantageous as a structural material.

Sorptionsmittel können beim Sorptionsprozess Temperaturen von über 100 °C erreichen. Für derartig hohe Temperaturen sind die üblicherweise auf dem Verpackungssektor eingesetzten Mehrschicht-Folien weniger geeignet. Insbesondere die für die Versiegelung häufig eingesetzten Polyethylen-Schichten werden bereits bei 80°C weich und lassen die Hülle unter Vakuum undicht werden. Siegelschichten aus Polypropylen können hingegen deutlich höheren Temperaturen widerstehen. Ihr Schmelzpunkt liegt bei über 150 °C.
In Kombination mit hohen Temperaturen erzeugen scharfe Kanten, Ecken und Spitzen von Sorptionsmittelgranulat unzulässige Leckagen. Dieser Gefahr kann erfindungsgemäß durch Polyamid- und/oder Polyesterschichen innerhalb der Mehrschicht-Folie begegnet werden. Polyester- und Polyamidfolien sind besonders reiß- und stichfest. Die eigentliche Gasbarriere wird durch eine Lage dünner Metallfolien oder metallisierter Schichten sicher gestellt. Bewährt haben sich hierfür dünne Aluminiumfolien mit einer Schichtdicke von ca. 8 µm. Weniger dicht sind metallisierte Kunststofffolien. Dennoch ist bei kurzen Lagerzeiträumen auch der Einsatz dieser metallisierten Folien möglich, zumal sie gegenüber den Metallfolien preiswerter herzustellen sind.
Die einzelnen Schichten einer Mehrschicht-Folie sind durch Kleber miteinander verbunden. Handelsübliche Kleber enthalten Lösungsmittel, die beim Verkleben nicht restlos aus der Kleberschicht entfernt werden. Über längere Zeiträume hinweg, diffundieren diese Lösungsmittel dann durch die innenliegenden Schichten, insbesondere die Polyethylenschicht, und beeinträchtigen das Vakuum innerhalb des Kühlelementes. Die Diffusion wird bei höheren Temperaturen, wie sie beim Sorptions- und Herstellungsprozess der Kühlelemente auftreten, verstärkt. Die zum Einsatz kommenden Kleber müssen deshalb ebenfalls für hohe Temperaturen und Vakuum ausgelegt sein.
Erfindungsgemäß kommen Mehrschicht-Folien mit Polyester- bzw. Polyamidschichtdicken von 12 bis 50 µm, einer Aluminiumschichtdicke von 8 µm und einer Polypropylenschichtdicke von 50 bis 100 µm zum Einsatz. Verwendung finden derartige Folien z. B. zum Verpackung von Lebensmitteln, die nach dem Abpacken zur Haltbarmachung bei Temperaturen von über 120 °C sterilisiert werden.
Sorbents can reach temperatures of over 100 ° C during the sorption process. For such high temperatures, the multi-layer films commonly used in the packaging sector are less suitable. In particular, the polyethylene layers frequently used for sealing become soft even at 80 ° C. and cause the sheath to leak under vacuum. Polypropylene sealing layers, on the other hand, can withstand significantly higher temperatures. Its melting point is above 150 ° C.
In combination with high temperatures, sharp edges, corners and tips of sorbent granules create impermissible leaks. This risk can be counteracted according to the invention by polyamide and / or polyester sheaths within the multilayer film. Polyester and polyamide films are particularly tear and puncture resistant. The actual gas barrier is ensured by a layer of thin metal foils or metallized layers. Thin aluminum foils with a layer thickness of approx. 8 μm have proven to be suitable for this purpose. Less dense are metallized plastic films. Nevertheless, with short storage periods, the use of these metallized films is possible, especially as they face the metal foils are cheaper to produce.
The individual layers of a multilayer film are bonded together by adhesive. Commercially available adhesives contain solvents which are not completely removed from the adhesive layer during bonding. Over long periods of time, these solvents then diffuse through the internal layers, particularly the polyethylene layer, and affect the vacuum within the cooling element. The diffusion is enhanced at higher temperatures, such as occur in the sorption and manufacturing process of the cooling elements. The adhesive used must therefore also be designed for high temperatures and vacuum.
According to the invention, multi-layer films with polyester or polyamide layer thicknesses of 12 to 50 μm, an aluminum layer thickness of 8 μm and a polypropylene layer thickness of 50 to 100 μm are used. Use find such films z. As for the packaging of foods that are sterilized after packaging for preserving at temperatures above 120 ° C.

Noch stabilere Mehrschicht-Folien erhält man, wenn eine weitere ca. 15 µm dicke Polyester- oder Polyamidschicht zwischen der Aluminium- und der Polypropylenschicht verklebt ist. Scharfe oder spitze Sorptionsmittelteilchen können dann nicht bis zur Gasbarriere, der Aluminiumschicht vordringen.
Erfindungsgemäße Mehrschicht-Folien sind z. B. über die Firma Wipf AG in Volketswil, Schweiz zu beziehen. Beim Einsatz derartiger Folien sind Kühlelemente mit einer Leckrate von weniger als 1x10 hoch -7 mbarl/sec möglich. Die Lagerfähigkeit erreicht damit mehrere Jahre, ohne dass die Kühlwirkung eingeschränkt wird.
Even more stable multilayer films are obtained when a further approximately 15 microns thick polyester or polyamide layer is bonded between the aluminum and the polypropylene layer. Sharp or pointed sorbent particles then can not penetrate to the gas barrier, the aluminum layer.
Inventive multilayer films are z. B. on the company Wipf AG in Volketswil, Switzerland. When using such films cooling elements with a leakage rate of less than 1x10 high -7 mbarl / sec are possible. The shelf life thus reaches several years, without the cooling effect is limited.

Das Verschweißen von Mehrschicht-Folien zu Beuteln und das Abfüllen von Schüttgut sowie das anschließende Evakuieren sind in der Lebensmittelbranche Stand der Technik.
Unzählige Beutelgrößen und -formen sind hierfür im Einsatz. Besonders erwähnt seien Standbeutel, Beutel mit Ausgießöffnungen, Beutel mit Kartonagenverstärkung, Aufreißbeutel, Beutel mit Peeleffekt zum leichteren Öffnen und Beutel mit Ventilen. Sie alle können mit Ihren spezifischen Eigenschaften für die erfindungsgemäßen Kühlelemente von Vorteil sein.
The welding of multi-layer films to bags and the filling of bulk material as well as the subsequent evacuation are state-of-the-art in the food industry.
Countless bag sizes and shapes are in use. Particularly noteworthy are stand-up pouches, pouches with pouring openings, pouches with cardboard reinforcement, tear-open pouches, peel-effect pouches for easier opening and pouches with valves. All of them can be advantageous with their specific properties for the cooling elements according to the invention.

Beim Abfüllen von festem Sorptionsmittel in Beuteln entsteht Staub, der sich an den Folieninnenseiten ablagert. Staub auf den späteren Schweißstellen kann zu Leckagen führen, wenn die Staubschicht gegenüber der Polypropylenschicht zu dick ist. Polypropylenschichtdicken von 50 bis 100 µm reichen aus, um feine Staubkörnchen in die Polypropylenschicht sicher und vakuumdicht einzuschmelzen.When filling solid sorbent in bags, dust forms, which deposits on the inside of the film. Dust on the subsequent welds can lead to leaks if the dust layer is too thick compared to the polypropylene layer. Polypropylene layer thicknesses of 50 to 100 microns are sufficient to fine dust grains in the polypropylene layer melt safely and vacuum-tight.

Bei Verwendung erfindungsgemäßer Folien ist es möglich, heißes, scharfkantiges und Staub freisetzendes Sorptionsmittel ohne weitere, schützende Zwischenlagen direkt unter Vakuum zu Umhüllen und über einen mehrjährigen Zeitraum zu lagern, ohne dass aus dem Folienmaterial selbst oder durch dieses hindurch Fremdgase in das Kühlelement gelangen, welche die Sorptionsreaktion beeinträchtigen oder gar ganz unterbinden. Die Siegelnähte sollten hierbei ein Breite von mindestens 5 noch besser aber 10 mm aufweisen.When using films according to the invention, it is possible to encase hot, sharp-edged and dust-releasing sorbent without further, protective intermediate layers directly under vacuum and to store over a period of several years, without foreign gases entering the cooling element from the film material itself or through it impair the sorption reaction or even completely stop it. The sealing seams should have a width of at least 5 even better but 10 mm.

Als Sorptionsmittel kommt vorteilhaft Zeolith zum Einsatz. Dieser kann in seiner regelmäßigen Kristallstruktur bis zu 36 Massen-% Wasser reversibel sorbieren. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung beträgt die technisch realisierbare Wasseraufnahme 20 bis 25 %. Zeolithe haben auch bei relativ hohen Temperaturen (über 100° C) noch ein beträchtliches Wasserdampf-Sorptionsvermögen und eignen sich deshalb besonders für den erfindungsgemäßen Einsatz.
Zeolith ist ein kristallines Mineral, das aus einer regelmäßigen Gerüststruktur aus Silizium- und Aluminiumoxiden besteht. Diese Gerüststruktur enthält Hohlräume, in welchen Wassermoleküle unter Wärmefreisetzung sorbiert werden können. Innerhalb der Gerüststruktur sind die Wassermoleküle starken Feldkräften ausgesetzt, deren Stärke von der bereits in der Gerüststruktur enthaltenen Wassermenge und der Temperatur des Zeolithen abhängt.
In der Natur vorkommende, natürliche Zeolithtypen nehmen deutlich weniger Wasser auf. Pro 100 g natürlicher Zeolith werden nur 7 bis 11 g Wasser sorbiert. Diese reduzierte Wasseraufnahmefähigkeit liegt zum einen an deren spezifischen Kristallstrukturen und zum anderen an nicht aktiven Verunreinigungen des Naturproduktes. Für Kühlelemente, die während einer längeren Kühlperiode auch die Möglichkeit haben, die Sorptionswärme über die Hülle abzugeben, sind deshalb synthetische Zeolithe mit ihrem größeren Sorptionsvermögen zu bevorzugen. Für Kühlelemente mit hoher Kühlleistung und/oder kurzer Kühlzeit, bei der das Sorptionsmittel relativ heiß bleibt, kommen erfindungsgemäß auch natürliche Zeolithe zum Einsatz. Bei hohen Sorptionsmitteltemperaturen sind nämlich synthetische Zeolithe gegenüber den natürlichen nicht mehr im Vorteil. Typischerweise können beide Arten bei gehemmter Abgabe der Sorptionswärme und damit einhergehenden hohen Sorptionsmitteltemperaturen von über 100 °C lediglich 4 bis 5 g Wasserdampf pro 100 g trockener Sorptionsmittelmasse sorbieren. Wirtschaftlich sind für diesen Einsatzfall sogar die natürlichen Vertreter deutlich im Vorteil, da deren Preis erheblich niedriger ist.
Natürliche Zeolithe haben noch einen weiteren Vorteil. Die nichtaktiven Beimengungen liegen typischerweise bei 10 bis 30 %. Sie sind damit nicht aktiv an der Kälteerzeugung beteiligt, dennoch werden sie von den benachbarten Zeolithkristallen mit aufgeheizt. Sie wirken damit wie ein zusätzlich eingebauter, preiswerter Wärmepuffer. Die Folge ist, dass die Zeolithfüllung weniger heiß wird und damit bei niedrigeren Temperaturen zusätzlichen Wasserdampf sorbieren kann.
The sorbent used is advantageously zeolite. In its regular crystal structure, this can reversibly absorb up to 36% by mass of water. In the application according to the invention, the technically feasible water absorption is 20 to 25%. Zeolites still have a considerable water vapor sorption capacity even at relatively high temperatures (above 100 ° C.) and are therefore particularly suitable for the use according to the invention.
Zeolite is a crystalline mineral that consists of a regular skeletal structure of silicon and aluminum oxides. This framework structure contains cavities in which water molecules can be sorbed by releasing heat. Within the framework structure, the water molecules are exposed to strong field forces whose strength depends on the amount of water already contained in the framework structure and the temperature of the zeolite.
Naturally occurring natural zeolite types absorb significantly less water. Per 100 g of natural zeolite, only 7 to 11 g of water are sorbed. This reduced water absorption capacity is due on the one hand to their specific crystal structures and on the other hand to non-active impurities of the natural product. For cooling elements, which also have the opportunity during a longer cooling period to release the heat of sorption via the shell, synthetic zeolites with their greater sorption capacity are therefore to be preferred. For cooling elements with high cooling capacity and / or short cooling time, in which the sorbent remains relatively hot, according to the invention also natural zeolites are used. At high sorbent temperatures, synthetic zeolites are no longer at an advantage over the natural ones. Typically, with inhibited release of the heat of sorption and concomitant high sorbent temperatures of over 100 ° C, both types can sorb only 4 to 5 g of water vapor per 100 g of dry sorbent mass. Economically, even the natural representatives are clearly in the advantage for this application, since the price is considerably lower.
Natural zeolites have another advantage. The non-active Admixtures are typically 10 to 30%. They are not actively involved in refrigeration, but they are heated by the neighboring zeolite crystals. They thus act as an additionally installed, inexpensive heat buffer. The result is that the zeolite filling is less hot and thus can sorb additional water vapor at lower temperatures.

Natürliches Zeolithgranulat besteht aus gebrochenen bzw. gequetschten Bruchstücken und besitzt deshalb scharfe und spitzige geometrische Formen, die unter Vakuum und erhöhten Temperaturen die Hülle durchstechen oder durchschneiden können.Natural zeolite granules consist of broken or crushed fragments and therefore have sharp and pointed geometric shapes that can puncture or cut through the envelope under vacuum and elevated temperatures.

Bei Zeolithen besteht weiterhin die Gefahr, dass sie je nach Syntheseverfahren, Vorkommen und Abbauverfahren Beimengungen enthalten, die im Vakuum und insbesondere bei höheren Temperaturen gasförmige Bestandteile abgeben, die den Kühlprozess beeinflussen.
Gelöst wird dieses Problem der Gasfreisetzung dadurch, dass Zeolithe vor der Fertigung des Kühlelementes mindestens auf die spätere Sorptionsmitteltemperatur aufgeheizt und zugleich unter das dann herrschende Vakuum gesetzt werden. Bei dieser Prozedur können Zeolithe erfindungsgemäß ihre störenden Bestandteile abgeben. Besonders effizient ist diese thermische Behandlung, wenn dabei zugleich das vorsorbierte Wasser abgedampft werden kann. Um diese Behandlung bei erhöhten Temperaturen durchführen zu können und um den scharfen Kanten und Spitzen zu widerstehen, werden erfindungsgemäß gasdichte Mehrschicht-Folien mit einer inneren Polypropylenschicht und mindestens einer Polyesterschicht eingesetzt. In diese lassen sich auch heiße Sorptionsmittel einfüllen.
For zeolites, there is still a risk that, depending on the synthesis process, occurrence and degradation processes, they contain admixtures which emit gaseous constituents in a vacuum, and in particular at elevated temperatures, which influence the cooling process.
This problem of gas release is solved by the fact that zeolites are heated at least to the later sorbent temperature before production of the cooling element and at the same time placed under the then prevailing vacuum. In this procedure, zeolites can release their interfering constituents according to the invention. This thermal treatment is particularly efficient if at the same time the presorbed water can be evaporated off. In order to be able to carry out this treatment at elevated temperatures and to withstand the sharp edges and tips, gas-tight multilayer films having an inner polypropylene layer and at least one polyester layer are used according to the invention. These can also be filled with hot sorbents.

Unter den ca. 30 unterschiedlichen, natürlichen Zeolithen sind die folgenden für die erfindungsgemäßen Kühlelemente vorteilhaft einzusetzen: Clinoptilolite, Chabazite, Mordenite und Phillipsite. Sie kommen häufig vor, sind kostengünstig aufzubereiten und haben eine ausreichend schnelle Sorptionscharakteristik.Among the approximately 30 different natural zeolites, the following are to be used advantageously for the cooling elements according to the invention: clinoptilolites, chabazites, mordenites and phillipsites. They occur frequently, are inexpensive to process and have a sufficiently rapid sorption characteristic.

In der Natur vorkommende Stoffe können auch ohne Umweltauflagen wieder der Natur zugeführt werden. Natürliche Zeolithe können nach ihrem Einsatz in Kühlelementen z. B. als Bodenverbesserer, als Flüssigkeitsbinder oder zur Verbesserung der Wasserqualität in Teichen und Gewässern eingesetzt werden.Naturally occurring substances can also be returned to nature without environmental requirements. Natural zeolites can after their use in cooling elements z. B. be used as soil conditioner, as a liquid binder or to improve the quality of water in ponds and waters.

Von den synthetischen Zeolithtypen kommen die Typen A, X und Y, jeweils in ihrer preisgünstigen Na-Form zum Einsatz.Of the synthetic zeolite types, the types A, X and Y are used, each in their low-cost Na form.

Neben der Kombination Zeolith/Wasser sind auch andere feste Sorptionsstoffpaarungen für den Einsatz in erfindungsgemäßen Kühlelementen möglich. Besonders erwähnt seien Bentonite und Salze, die ebenfalls mit dem Arbeitsmittel Wasser geeignete Kombinationen darstellen. Auch Aktivkohle kann in Kombination mit Alkoholen eine vorteilhafte Lösung bieten. Da auch diese Stoffpaarungen im Unterdruck arbeiten, können sie in erfindungsgemäßen Mehrschicht-Folien eingeschweißt werden.In addition to the combination of zeolite / water, other solid sorption substance combinations are possible for use in cooling elements according to the invention. Particularly noteworthy are bentonites and salts, which also represent suitable combinations with the working medium water. Activated carbon can also offer a beneficial solution in combination with alcohols. Since these pairings also work under reduced pressure, they can be welded into multi-layer films according to the invention.

Erfindungsgemäß ist die Sorptionsmittelmenge so zu dimensionieren und so anzuordnen, dass für den einströmenden Wasserdampf nur ein minimaler Druckabfall innerhalb des Sorptionsmittels überwunden werden muss. Dabei sollte der Druckabfall insbesondere bei Wasser als Arbeitsmittel weniger als 5 mbar betragen. Zudem muss das Sorptionsmittel dem zuströmenden Arbeitsmitteldampf ausreichend Oberfläche zur Anlagerung bieten. Um eine gleichmäßige Sorption innerhalb des Sorptionsmittels und einen geringen Druckabfall zu gewährleisten, haben sich besonders Sorptionsmittel-Granulate bewährt. Granulatdurchmesser zwischen 3 und 10 mm zeigen dabei die besten Resultate. Diese sind problemlos in Folienbeutel abzupacken. Nach dem Evakuieren bilden sie einen harten, druck- und formstabilen Sorptionsbehälter, der die beim Evakuieren aufgezwungene Form beibehält. Vorteilhaft sind aber auch aus Zeolithpulver vorgeformte, stabile Zeolithblöcke, in die bereits die Strömungskanäle eingearbeitet sind und deren Formgebung der gewünschten Kühlelement-Geometrie angepasst ist. Die stabilen Zeolithblöcke können im Bereich der späteren Dampföffnung Hohlräume aufweisen, die das Durchtrennen der Folie mittels eines Schneidwerkzeuges erleichtern und das abgetrennte Folienstück aufnehmen können, um die Strömung durch den Dampfkanal nicht zu behindern.According to the invention, the amount of sorbent is to be dimensioned and arranged so that only a minimal pressure drop within the sorbent must be overcome for the incoming water vapor. The pressure drop should be less than 5 mbar, in particular for water as working fluid. In addition, the sorbent must provide the inflowing agent vapor sufficient surface for attachment. In order to ensure a uniform sorption within the sorbent and a low pressure drop, particularly sorbent granules have been proven. Granule diameters between 3 and 10 mm show the best results. These are easy to pack in foil bags. After evacuation, they form a hard, pressure and dimensionally stable sorption container, which retains the forced upon evacuation form. Also advantageous are zeolite powder preformed, stable zeolite blocks, in which the flow channels are already incorporated and whose shape is adapted to the desired cooling element geometry. The stable zeolite blocks may have cavities in the region of the later steam opening, which can facilitate the cutting of the film by means of a cutting tool and can pick up the separated film piece, so as not to obstruct the flow through the steam channel.

Bei der Sorptionsreaktion wird Sorptionswärme frei, die das Sorptionsmittel erhitzt. Die Aufnahmefähigkeit für das Arbeitsmittel nimmt bei höheren Sorptionsmitteltemperaturen stark ab. Um eine hohe Kühlleistung über einen längeren Zeitraum aufrecht zu erhalten, ist es sinnvoll, das Sorptionsmittel zu kühlen.
Bei direktem Kontakt des Sorptionsmittels mit der Mehrschicht-Folie kann entstehende Sorptionswärme durch die Folie hindurch nach außen abgeführt werden. In aller Regel wird die Wärme an die umgebende Luft abgeleitet werden. Sehr effizient ist es auch, den Sorptionsbehälter mittels Flüssigkeiten, insbesondere mit Wasser zu kühlen.
The sorption heat releases heat of sorption that heats the sorbent. The absorption capacity for the working fluid decreases sharply at higher sorbent temperatures. In order to maintain a high cooling capacity over a longer period, it makes sense to cool the sorbent.
Upon direct contact of the sorbent with the multilayer film, resulting heat of sorption can be dissipated through the film to the outside. As a rule, the heat will be dissipated to the surrounding air. It is also very efficient to cool the sorption container by means of liquids, in particular with water.

Da der Wärmeübergang an eine Luftströmung von der Außenseite der Mehrschicht-Folie in der gleichen Größenordnung liegt wie der Wärmeübergang eines Sorptionsmittel-Granulates an die Innenseite der Folie, empfehlen sich prinzipiell große Folienoberflächen ohne Berippung, in beispielsweise Zylinder-, Platten- oder Rohrgeometrien. Da insbesondere Zeolithgranulate eine geringe Wärmeleitung haben, sind die Sorptionsbehälter so auszulegen, dass der durchschnittliche Wärmeleitungsweg innerhalb des Sorptionsmittels 5 cm nicht übersteigt.Since the heat transfer to an air flow from the outside of the multilayer film is of the same order of magnitude as the heat transfer of a sorbent granulate to the inside of the film, in principle large film surfaces without ribbing are recommended For example, cylinder, plate or tube geometries. In particular, since zeolite granules have a low heat conduction, the sorption containers are to be designed so that the average heat conduction within the sorbent does not exceed 5 cm.

Mit erfindungsgemäßen Kühlelemente kann z.B. die Abkühlung einer 0,75 I Champagner-Flasche von 25°C auf 10°C innerhalb einer Zeitspanne von 30 Minuten erfolgen.
Die Kühlelemente können nach der Fertigung über einen unbestimmten Zeitraum bei Raumtemperaturen gelagert werden. Zum Startzeitpunkt der Kühlwirkung wird die Absperrvorrichtung betätigt. Arbeitsmitteldampf kann ab diesem Zeitpunkt zum Sorptionsmittel strömen und von diesem angelagert werden. Das Sorptionsmittel wird davon heiß, da es den Dampf innerhalb seiner Kristallstruktur verflüssigt und anlagert. Durch die Verdampfung kühlt sich der Verdampfer ab und entzieht dem Flüssigkeitsbehältnis über den Außenmantel fühlbare Wärme. Während der relativ kurzen Kühldauer wird es nicht möglich sein, das Sorptionsmittel nennenswert zu kühlen. Die Aufnahmefähigkeit für Arbeitsmitteldampf wird deshalb begrenzt sein, wenn nicht Beimengungen als Wärmepuffer fungieren.
Falls dem schnellen Abkühlen des Flascheninhalts eine längere Kühlhaltedauer folgt, wird das Sorptionsmittel auch Wärme über die Mehrschicht-Folie abgeben können.
Erfindungsgemäß kann in diesen Anwendungsfällen die Sorptionswärme auf höherem Temperaturniveau auch an ein warm zu haltendes Produkt übertragen werden.
With cooling elements according to the invention, for example, the cooling of a 0.75 l champagne bottle from 25 ° C to 10 ° C within a period of 30 minutes.
The cooling elements can be stored after production for an indefinite period of time at room temperatures. At the start time of the cooling effect, the shut-off device is actuated. From this point on, working agent vapor can flow to the sorbent and be deposited by it. The sorbent becomes hot as it liquefies and accumulates the vapor within its crystal structure. Due to the evaporation, the evaporator cools and removes sensible heat from the liquid container via the outer jacket. During the relatively short cooling period, it will not be possible to cool the sorbent appreciably. The absorption capacity for working medium vapor will therefore be limited unless admixtures act as heat buffer.
If the rapid cooling of the bottle contents is followed by a longer cooling hold period, the sorbent will also be able to release heat through the multi-layer film.
According to the invention, in these applications, the heat of sorption at a higher temperature level can also be transferred to a product to be kept warm.

Um den Wärmefluss vom heißen Sorptionsmittel auf den kalten Verdampfer zu minimieren, sind entweder Isolationsmaterialien vorzusehen oder es ist erfindungsgemäß auf einen ausreichenden Abstand der beiden Komponenten voneinander zu achten.
Anzustreben ist auch eine thermische Isolierung des das Flüssigkeitsbehältnis umhüllenden Verdampfers. Wenn das Behältnis und der Verdampfer unisoliert der Umgebungsluft ausgesetzt sind, kann es zum Auskondensieren von Wasserdampf aus der Luft an den kalten Flächen kommen. Zum einen kann Feuchtigkeit, die sich zwischen Behältnis und Verdampfer niederschlägt, den Wärmeübergang vom Behältnis zum Verdampfer verbessern, zum andern geht aber ein beträchtlicher Teil der Kühlkapazität für die Kondensation verloren.
In order to minimize the heat flow from the hot sorbent to the cold evaporator, either insulating materials are provided or it is inventively to ensure a sufficient distance between the two components from each other.
It is also desirable to provide thermal insulation of the evaporator surrounding the liquid container. If the container and the evaporator are exposed to the ambient air uninsulated, condensation of water vapor from the air on the cold surfaces may occur. On the one hand, moisture that precipitates between the container and the evaporator can improve the heat transfer from the container to the evaporator, but on the other hand, a considerable part of the cooling capacity for the condensation is lost.

Erfindungsgemäß lassen sich die Kühlelemente bezüglich ihrer Absperrvorrichtung in zwei Bauarten A und B unterteilen:

  • A: Das Arbeitsmittel ist bereits im Verdampfer-Vlies enthalten. Zum Starten der Kühlwirkung wird der Dampfkanal vom Verdampfer zum Sorptionsmittel geöffnet; z. B. durch Durchstoßen eines Sorptionsmittel-Beutels, der das Sorptionsmittel umschließt und innerhalb der Mehrschicht-Folie angeordnet ist.
According to the invention, the cooling elements with respect to their shut-off device can be subdivided into two types A and B:
  • A: The working fluid is already contained in the evaporator fleece. To start the cooling effect, the steam channel is opened from the evaporator to the sorbent; z. By piercing a sorbent bag enclosing the sorbent and disposed within the multi-layer film.

B: Das Arbeitsmittel befindet sich außerhalb des Verdampfer-Vlieses. Zum Starten der Kühlwirkung wird eine Arbeitsmittelzuleitung von einem Arbeitsmittel-Beutel zum Verdampfer geöffnet; z. B. durch Anstechen des Arbeitsmittel-Beutels und Auspressen des Arbeitsmittels in den Verdampfer.B: The working fluid is located outside of the evaporator fleece. To start the cooling effect, a working fluid supply line is opened from a working fluid bag to the evaporator; z. B. by piercing the working fluid bag and pressing the working fluid in the evaporator.

Im ersten Fall (A) muss entweder ein Ventil zwischen Verdampfer-Vlies und Sorptionsmittelbereich zwischengeschaltet sein, oder das Sorptionsmittel befindet sich innerhalb eines weiteren Mehrschichtfolien-Beutels, der zum Starten der Kühlfunktion zum Verdampfer gerichtet geöffnet werden muss. Geeignet sind hierfür scharfkantige Schneidwerkzeuge, welche eine ausreichend große Öffnung in den Sorptionsmittel-Beutel stechen. Das Schneidwerkzeug kann dabei sowohl von der Sorptionsmittelseite als auch von der Verdampferseite auf die Folie einwirken. Da die erfindungsgemäßen Folien flexibel sind, wird das Schneidwerkzeug erfindungsgemäß durch eine von außen auf die Mehrschicht-Folie ausgeübte Verformung betätigt. Damit können alle Absperrvorrichtungen kostengünstig gefertigt und gasdicht betätigt werden.In the first case (A), either a valve must be interposed between the evaporator web and sorbent zone, or the sorbent is within another multilayer film bag which must be opened to initiate the cooling function to the evaporator. Suitable for this purpose are sharp-edged cutting tools, which pierce a sufficiently large opening in the sorbent bag. The cutting tool can act on the film both from the sorbent side and from the evaporator side. Since the films according to the invention are flexible, the cutting tool according to the invention is actuated by a deformation exerted externally on the multilayer film. Thus, all shut-off devices can be manufactured inexpensively and operated gas-tight.

Prinzipiell muss das Schneidwerkzeug ausreichend scharf sein, um die Folie im notwendigen Querschnitt zu durchtrennen. Geeignet sind z. B. zylindrisch geformte Streckmetalle oder scharfkantige Spritzteile aus Kunststoff, die auch noch zusätzlich das hinter der Folie befindliche Sorptionsmittel quetschen oder verschieben können, um die Folie großflächig zu durchtrennen. Um mittels des Schneidwerkzeuges eine ausreichend große Öffnung von mindestens 1 cm2 zu schneiden, kann z. B. auch mittels eines Gummihammers auf die das Schneidwerkzeug bedeckende Mehrschicht-Folie geschlagen werden.In principle, the cutting tool must be sufficiently sharp to cut through the film in the necessary cross-section. Suitable z. B. cylindrically shaped expanded metals or sharp-edged molded parts made of plastic, which can additionally squeeze or move the sorbent located behind the film to sever the film over a large area. To cut by means of the cutting tool a sufficiently large opening of at least 1 cm 2 , z. B. are beaten by means of a rubber hammer on the cutting tool covering multi-layer film.

Im zweiten Fall (B) muss nur eine kleine Öffnung in den Arbeitsmittel-Beutel geöffnet werden und eine Zuleitung für das noch flüssige Arbeitsmittel zum Verdampfer-Vlies vorgesehen werden.
Erfindungsgemäß kann in die alles umhüllende Mehrschicht-Folie zusätzlich flüssiges Arbeitsmittel in der entsprechenden Menge und einem Verbindungskanal eingefüllt sein. Der Verbindungskanal kann erfindungsgemäß dadurch verschlossen werden, dass die alles umhüllende Mehrschicht-Folie in diesem Bereich ein oder mehrmals geknickt wird, sodass ihre Siegelschichten dicht aufeinander liegen. Zusammen mit dem von außen anliegenden Luftdruck ergibt diese Maßnahme eine ausreichende Abdichtung zwischen flüssigem Arbeitsmittel und dem Verdampfer-Vlies. Zum Öffnen muss lediglich die umhüllende Mehrschicht-Folie im Kanalbereich in die ursprüngliche plane Form zurückgefaltet werden und gegebenenfalls durch zusätzlichen Druck auf den Arbeitsmittelbeutel das Arbeitsmittel in den Verdampfer ausgepresst werden.
In the second case (B) only a small opening in the working fluid bag must be opened and a supply line for the still liquid working fluid to the evaporator fleece are provided.
According to the invention, liquid working fluid in the corresponding amount and a connecting channel can additionally be filled into the all-enveloping multilayer film. According to the invention, the connecting channel can be closed by bending the all-enveloping multilayer film in this area one or more times, so that its sealing layers are close together. Along with the externally applied air pressure results in this measure a sufficient seal between liquid working fluid and the evaporator fleece. To open only the enveloping multi-layer film in the channel area must be folded back into the original plane shape and possibly by additional pressure on the working fluid bag, the working fluid are pressed into the evaporator.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform erhält man, wenn ein Arbeitsmittel-Beutel, gefüllt mit der erforderlichen Arbeitsmittelmenge, innerhalb oder außerhalb des Verdampferbereichs zwischen die Mehrschicht-Folie eingelegt ist. Durch äußeren Druck auf die Mehrschicht-Folie im Bereich des Arbeitsmittel-Beutels kann dieser platzen und das flüssige Arbeitsmittel in das Verdampfer-Vlies austreten. Ein Platzen durch äußeren Druck kann entweder durch den Einsatz einer Folie mit Peel-Effekt oder durch das Einlegen eines spitzen Öffners in den Arbeitsmittel-Beutels erfolgen. Der spitze Öffner kann innerhalb eines prall gefüllten Arbeitsmittelbeutels während der Lagerzeit nicht auf die Folie drücken und diese perforieren. Erst durch Einwirken einer zusätzlichen äußeren Kraft im Bereich des Öffners, wird das flüssige Arbeitsmittel verdrängt und der spitze Öffner kann eine kleine Öffnung in die Folie stechen. Wird der Arbeitsmittel-Beutel aus einer Folie mit Peel-Effekt gefertigt, kann auf einen separaten Öffner verzichtet werden, da die Siegelnähte wegen des Peel-Effektes durch kräftigen Druck auf den Beutel leck werden und den Inhalt austreten lassen. Die physikalischen Bersteigenschaften der Peel-Siegelnaht können den Anforderungen des Arbeitsmittel-Beutels gezielt angepasst werden. Dabei ist sicher zu stellen, dass der Beutel durch den von außen anliegenden Luftdruck nicht platzt, bei angemessen erhöhtem Fingerdruck den Inhalt jedoch in den Verdampfer ausströmen lässt. Den Verbindungskanal zum Verdampfer, der beliebig lang und den jeweilig vorliegenden Geometrien optimal angepasst werden kann, kann ein schmaler Streifen aus Strukturmaterial oder ein flexibler Kunststoffschlauch offen halten.A further advantageous embodiment is obtained when a working fluid bag, filled with the required amount of working fluid, is inserted inside or outside the evaporator region between the multilayer film. By external pressure on the multi-layer film in the area of the working fluid bag, this can burst and leak the liquid working fluid in the evaporator fleece. Bursting due to external pressure can occur either through the use of a peel-effect film or through the insertion of a pointed opener in the working fluid bag. The pointed opener can not press on the film and perforate it within a bulging agent bag during storage time. Only by the action of an additional external force in the area of the opener, the liquid working fluid is displaced and the pointed opener can pierce a small opening in the film. If the tool bag made of a film with peel effect, can be dispensed with a separate breaker, because the seal seams are due to the peel effect by vigorous pressure on the bag leak and leak the contents. The physical rupture properties of the peel seal can be specifically adapted to the requirements of the working fluid bag. It must be ensured that the bag does not burst due to the air pressure applied from the outside, but that the contents are allowed to flow out into the evaporator when the finger pressure is adequately increased. The connecting channel to the evaporator, which can be optimally adapted to any length and the respective geometries present, can hold a narrow strip of structural material or a flexible plastic hose open.

Erfindungsgemäß kann die adsorbierbare Arbeitsmittelmenge in mehr als nur einem einzigen Arbeitsmittel-Beutel bereitgehalten werden. Damit besteht die Möglichkeit ein Kühlelement durch das Öffnen jeweils nur eines Arbeitsmittel-Beutels mehrmals zum Kühlen benutzen zu können. Dies ist besonders bei Kühlaufgaben mit hohen Kühlleistungen von Vorteil. Bedingt durch die hohe Adsorptionsleistung kann die Adsorptionswärme dabei nicht schnell genug aus dem Sorptionsmittel abgeführt werden. Die Adsorptionskapazität kann somit nicht komplett ausgenutzt werden. Wenn sich das Sorptionsmittel jedoch nach dem ersten Kühlprozess wieder abgekühlt hat, kann es wieder Arbeitsmittel adsorbieren. Hierzu kann wiederum zu einem beliebigen Zeitpunkt ein zweiter (oder weiterer) Arbeitsmittel-Beutel geöffnet werden und seinen Inhalt in das Verdampfer-Vlies ergießen. Jeder Arbeitsmittel-Beutel ist dabei mit nur einer Teilmenge der vom Sorptionsmittel maximal adsorbierbaren Arbeitsmittelmenge gefüllt.In accordance with the invention, the adsorbable amount of working fluid may be kept in more than one single working fluid bag. This makes it possible to use a cooling element by opening only one working-fluid bag several times for cooling. This is particularly advantageous for cooling tasks with high cooling capacities. Due to the high adsorption capacity, the heat of adsorption can not be removed quickly enough from the sorbent. The adsorption capacity can thus not be fully utilized. However, if the sorbent has cooled down again after the first cooling process, it can again adsorb working fluid. For this purpose, a second (or further) working fluid bags are opened and pour its contents into the evaporator fleece. Each working fluid bag is filled with only a subset of the maximum adsorbable by the sorbent amount of working fluid.

In den letztgenannten Ausführungsformen kann der Verdampfer zusammen mit dem Sorptionsmittel innerhalb einer einzigen, alles umhüllenden Mehrschicht-Folie eingelegt sein. Erst wenn das flüssige Arbeitsmittel aus dem Arbeitsmittel-Beutel zum Verdampfer vordringt, kann es von dort verdampfen und dampfförmig weiter zum Sorptionsmittel strömen.
Der Vorteil dieser Absperrvorrichtung besteht darin, dass nur ein relativ kleiner Strömungsquerschnitt für das flüssige Arbeitsmittel erforderlich ist. Nachteilig ist hingegen, dass das Arbeitsmittel den Verdampfer ausreichend schnell homogen benetzen muss, ohne in flüssiger Form in den Sorber mitgerissen zu werden oder gar beim Austritt aus der Öffnung des Arbeitsmittel-Beutels zu vereisen und damit den weiteren Zufluss zu blockieren.
In the latter embodiments, the vaporizer may be loaded together with the sorbent within a single, all-enveloping, multilayer film. Only when the liquid working medium penetrates from the working fluid bag to the evaporator, it can evaporate from there and continue to flow vapor to the sorbent.
The advantage of this shut-off device is that only a relatively small flow cross-section for the liquid working fluid is required. A disadvantage, however, is that the working fluid must sufficiently homogeneously wet the evaporator without being entrained in liquid form in the sorber or even on exiting the opening of the working fluid bag to ice and thus to block the further inflow.

Erfindungsgemäß kann das Vereisen von Wasser als Arbeitsmittel durch die Beimischung eines den Gefrierpunkt absenkenden Mittels verhindert werden. Eine Beimischung von Kochsalz kann z. B. den Gefrierpunkt auf -17 °C absenken. Hilfreich ist es auch, wenn das gefrierpunktabsenkende Mittel außerhalb des Arbeitsmittel-Beutels, rund um die Austrittsöffnung angeordnet ist. Erst wenn das Wasser aus der Öffnung tritt, vermischt es sich mit dem gefrierpunktabsenkenden Mittel in starker Konzentration. Ein Erstarren ist dadurch ausgeschlossen. Nachströmendes Wasser verdünnt dann die Lösung und transportiert das Arbeitsmittel in alle Bereiche des Verdampfers.According to the invention, the icing of water as a working medium can be prevented by the admixture of a freezing point lowering agent. An admixture of sodium chloride may, for. B. lower the freezing point to -17 ° C. It is also helpful if the freezing point lowering means outside the working fluid bag, is arranged around the outlet opening. Only when the water comes out of the mouth does it mix with the freezing point depressant in high concentration. A freezing is thereby excluded. Subsequent water then dilutes the solution and transports the working fluid to all areas of the evaporator.

Eine homogene Verteilung des Arbeitsmittels kann erfindungsgemäß auch durch eine separate, feinverzweigte Kanalstruktur erzielt werden, die das Arbeitsmittel nach dem Ausströmen aus dem Arbeitsmittel-Beutel homogen verteilt, bevor es durch die Dampfströmung flüssig mitgerissen werden könnte. Eine kostengünstige Verteilung kann z. B durch eine Lage feingelochter Folie erzielt werden, die um die Austrittsöffnung angeordnet ist.A homogeneous distribution of the working fluid can be achieved according to the invention by a separate, finely branched channel structure, which distributes the working fluid after flowing out of the working fluid bag homogeneously before it could be entrained liquid by the steam flow. An inexpensive distribution can, for. B can be achieved by a layer of finely perforated foil, which is arranged around the outlet opening.

Eine besonders effiziente und zugleich kostengünstige Lösung erreicht man, wenn das flüssige Arbeitsmittel durch das Strukturmaterial des Dampfkanals im Verdampfer-Vlies homogen verteilt wird. Das Arbeitsmittel wird hierzu nach dem Öffnen des Arbeitsmittel-Beutels durch den von außen auf der Mehrschicht-Folie lastenden Überdruck in das Strukturmaterial ausgepresst. Hier verdampft ein Teil des Arbeitsmittels und reißt das noch flüssige Arbeitsmittel mit hoher Geschwindigkeit mit. Bei erfindungsgemäßer Formgebung des Strukturmaterials wird das flüssige Arbeitsmittel auf dem Weg zum Sorptionsmittel mehrfach abgelenkt und immer wieder gegen das angrenzende Vliesmaterial geschleudert. Dieses saugt die flüssigen Komponenten des Arbeitsmittels auf und fixiert dieses gegenüber dem vorbeiströmenden Arbeitsmitteldampf. Auf diese Weise wird das Verdampfer-Vlies in kürzester Zeit homogen mit der optimalen Arbeitsmittelmenge benetzt. Der Transport des flüssigen Arbeitsmittels erfolgt folglich nicht innerhalb des Verdampfer-Vlieses sondern über den Dampfkanal innerhalb des Strukturmaterials. Vorteilhafterweise wird der Verdampfer von unten mit dem flüssigen Arbeitsmittel geflutet während der reine Arbeitsmitteldampf oben aus dem Verdampfer abströmt. Der Verdampfer muss aber nicht zwangsläufig aufrecht stehen. Erfindungsgemäß sollte aber der Zulauf des flüssigen Arbeitsmittels von der einen Seite erfolgen und der Austritt des Arbeitsmitteldampfes von der gegenüberliegenden Seite. Die Menge des Verdampfer-Vlieses ist auf das Volumen des flüssigen Arbeitsmittels abzustimmen. Am Ende des Ausströmvorgangs sollte die Fläche des Verdampfervlieses, die in Kontakt zum Behältnis steht, die notwendige Arbeitsmittelmenge aufgenommen haben.A particularly efficient and at the same time cost-effective solution is achieved when the liquid working fluid is homogeneously distributed through the structural material of the steam channel in the evaporator fleece. For this purpose, the working fluid is pressed into the structural material after the working fluid bag has been opened by the overpressure acting from outside on the multi-layer film. Here, a part of the working fluid evaporates and tears the still liquid working fluid at high speed. In accordance with the invention Shaping the structural material, the liquid working fluid is deflected several times on the way to the sorbent and repeatedly thrown against the adjacent nonwoven material. This absorbs the liquid components of the working fluid and fixes this against the passing fluid vapor. In this way, the evaporator fleece is wetted in a very short time homogeneously with the optimum amount of working fluid. The transport of the liquid working fluid is therefore not within the evaporator fleece but via the steam channel within the structural material. Advantageously, the evaporator is flooded from below with the liquid working medium while the pure working medium vapor flows out of the top of the evaporator. The evaporator does not necessarily have to be upright. According to the invention, however, the feed of the liquid working fluid should be from one side and the outlet of the working medium vapor from the opposite side. The amount of evaporator fleece is to be adjusted to the volume of the liquid working medium. At the end of the outflow process, the surface of the evaporator fleece, which is in contact with the container, should have taken up the necessary amount of working fluid.

Das Arbeitsmittel ist im Verdampfer-Vlies durch hygroskopische Effekte fixiert. Besonders preisgünstige Vliesmaterialien sind saugfähige Papiere, wie sie in großer Vielfalt für Haushalt und Industrie zum Aufsaugen von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Auch die wasserspeichernden Vliese dürfen, ebenso wie die Abstandshalter aus Kunststoff oder natürlicher Zeolith, unter Vakuum und höheren Temperaturen nicht ausgasen.
Besonders saugfähige Vliese bestehen aus Polypropylen-Mikrofasern. Mit speziellen Benetzungsmittel ausgestattet, können sie ein mehrfaches des Eigengewichts an Wasser aufsaugen und fixieren. Die Fa. Sandler AG, Schwarzenbach/Saale liefert unter der Produktbezeichnung sawadry 8313 entsprechende Vliesmaterialien.
The working fluid is fixed in the evaporator fleece by hygroscopic effects. Particularly inexpensive nonwoven materials are absorbent papers, as they are used in a great variety for household and industry for absorbing liquids. The water-storing nonwovens, as well as the spacers made of plastic or natural zeolite, must not outgas under vacuum and higher temperatures.
Particularly absorbent nonwovens consist of polypropylene microfibers. Equipped with special wetting agents, they can absorb and fix a multiple of their own weight in water. The company Sandler AG, Schwarzenbach / Saale supplies corresponding nonwoven materials under the product name sawadry 8313.

Eine weitere Lösung eröffnet die Fixierung des Arbeitsmittels in organischen Bindemitteln wie z. B. "water lock" von der Firma Grain Processing Corp. USA. Vorteilhaft kann auch die Kombination mehrerer dieser Maßnahmen sein.Another solution opens the fixation of the working fluid in organic binders such. B. "water lock" from Grain Processing Corp. USA. Also advantageous may be the combination of several of these measures.

Zur Herstellung erfindungsgemäßer Kühlelemente nach der Absperrventil-Variante A wird beispielsweise aus einer Mehrschicht-Folie ein einseitig offener Sorptionsmittel-Beutel durch thermisches Verschweißen hergestellt. Der Sorptionsmittel-Beutel wird mit Sorptionsmittel, das arm an Arbeitsmittel und ohne sich frei setzender Gase ist, gefüllt und der Beutel samt Füllung in die gewünschte geometrische Form gebracht, auf weniger als 5 mbar und insbesondere auf weniger als 2 mbar evakuiert und gasdicht verschweißt. Anschließend wird der unter Vakuum stehende Sorptionsmittel-Beutel zusammen mit einer Absperrvorrichtung, einem Strukturmaterial und einem Verdampfer-Vlies, das mit Arbeitsmittel getränkt ist, in einen weiteren Hüll-Beutel aus Mehrschicht-Folie gepackt. Der Hüll-Beutel wird daraufhin in einer Vakuumkammer bis auf den Dampfdruck des Arbeitsmittels evakuiert und anschließend ebenfalls gasdicht verschweißt. Beim Einbringen der Absperrvorrichtung ist darauf zu achten, dass dessen Öffnungsvorrichtung nicht bereits beim Belüften der Vakuumkammer ausgelöst wird.For the production of cooling elements according to the invention according to the shut-off valve variant A, for example, a sorbent bag open on one side is produced by thermal welding from a multilayer film. The sorbent bag is filled with sorbent, which is low in work equipment and without releasing gases, filled and the bag together with filling in the desired geometric shape, evacuated to less than 5 mbar and in particular to less than 2 mbar and gas-tight welded. Subsequently, the vacuum sorbent bag, together with a shut-off device, a structural material, and an evaporator web soaked with working fluid, is packed in another multi-layered film pouch. The envelope bag is then evacuated in a vacuum chamber to the vapor pressure of the working fluid and then also sealed gas-tight. When inserting the shut-off is to ensure that the opening device is not already triggered when venting the vacuum chamber.

Bei der Verwendung separater Arbeitsmittel-Beutel (Absperrvorrichtung Variante B) kann das Herstellverfahren leicht modifiziert ablaufen. In einen Mehrschicht-Folienbeutel wird das Strukturmaterial, das Vlies und der/die Arbeitsmittel-Beutel in definierten Positionen eingelegt. Auch bei dieser Variante wird noch vor dem Evakuieren der Verdampferbereich der Geometrie des zu kühlenden Behältnisse angepasst. Danach wird heißes Sorptionsmittel eingefüllt und der Mehrschicht-Folienbeutel entweder in der Vakuumkammer oder aber mittels eines Absaugadapters evakuiert und versiegelt.When using separate working-bags (shut-off device variant B), the manufacturing process can be easily modified. The structural material, the fleece and the working-agent bag (s) are placed in defined positions in a multi-layer foil bag. In this variant, too, the evacuation of the evaporator area of the geometry of the containers to be cooled is adjusted. Thereafter, hot sorbent is filled and evacuated the multilayer film bag either in the vacuum chamber or by means of a suction adapter and sealed.

Das Versiegeln der Folienbeutel erfolgt in aller Regel thermisch durch Anpressen heißer Schweißbalken auf die äußere Folienoberflächen bis die innen aufeinanderliegenden Polypropylenschichten weich werden und miteinander verschmelzen. Der Verschweißungsvorgang erfolgt in aller Regel innerhalb einer Vakuumkammer unter Vakuum. Vorteilhaft ist aber auch, den Beutel außerhalb einer Vakuumkammer mittels eines dicht anliegenden Saugadapters zu evakuieren und dann zu versiegeln. Bewährt haben sich neben thermischen Kontaktverfahren auch Schweißverfahren mittels Ultraschall. Vorteilhaft hat die Siegelnaht eine Breite von mindestens 5 noch besser aber von 10 mm. Je breiter die Siegelnaht ist, desto geringer ist die Leckrate und folglich desto länger ist die potentielle Lagerzeit des Kühlelementes.The sealing of the film bag is usually carried out thermally by pressing hot welding bar on the outer surfaces of the film until the internally superimposed polypropylene layers are soft and merge together. The welding process is usually carried out within a vacuum chamber under vacuum. However, it is also advantageous to evacuate the bag outside a vacuum chamber by means of a tight-fitting suction adapter and then to seal it. In addition to thermal contact processes, welding processes using ultrasound have also proven successful. Advantageously, the seal has a width of at least 5 even better but of 10 mm. The wider the sealed seam, the lower the leak rate and consequently the longer the potential storage time of the cooling element.

Die Zeichnung zeigt in:

  • Fig. 1 in explosionsartiger Darstellung den Aufbau (außer Zeolith) eines erfindungsgemäßen Kühlelementes,
  • Fig. 2 das Kühlelement gemäß Fig. 1 nach der Teilversiegelung und vor dessen Verformung,
  • Fig. 3 das Befüllen des Kühlelementes gemäß Fig. 2 mit heißem ZeolithGranulat,
  • Fig. 4 das evakuierte Kühlelement gemäß Fig. 3, angelegt an einer zu kühlenden Flasche,
  • Fig. 5 einen Quer-Schnitt durch einen zylindrisch geformten Verdampfer,
  • Fig. 6 einen Längs-Schnitt durch Verdampfer und Arbeitsmittel-Beutel,
  • Fig. 7 ein Kühlelement gemäß Fig. 4 in perspektivischer Darstellung,
  • Fig. 8 ein weiteres erfindungsgemäßes Kühlelement, angelegt an ein kleines Bierfass,
  • Fig. 9 einen Querschnitt durch den Zeolithbereich eines Kühlelementes nach Fig. 8,
  • Fig. 10 einen Längsschnitt durch das Kühlelement nach Fig. 8 und
  • Fig. 11 den Aufbau eines Kühlelements gemäß Fig. 8.
The drawing shows in:
  • Fig. 1 in an exploded view the structure (except zeolite) of a cooling element according to the invention,
  • Fig. 2 the cooling element according to Fig. 1 after the partial sealing and before its deformation,
  • Fig. 3 the filling of the cooling element according to Fig. 2 with hot zeolite granules,
  • Fig. 4 the evacuated cooling element according to Fig. 3 , attached to a bottle to be cooled,
  • Fig. 5 a cross-section through a cylindrically shaped evaporator,
  • Fig. 6 a longitudinal section through evaporator and working fluid bag,
  • Fig. 7 a cooling element according to Fig. 4 in perspective,
  • Fig. 8 another cooling element according to the invention, applied to a small beer keg,
  • Fig. 9 a cross section through the zeolite region of a cooling element after Fig. 8 .
  • Fig. 10 a longitudinal section through the cooling element after Fig. 8 and
  • Fig. 11 the structure of a cooling element according to Fig. 8 ,

Fig. 1 zeigt einzelne Komponenten eines erfindungsgemäßen Kühlelementes in auseinandergezogener Darstellung. Auf ein ausgestanztes Stück einer Mehrschicht-Folie 1, mit nach oben zeigender Siegelschicht werden zwei Lagen eines Strukturmaterials 2, gefertigt aus einem Polypropylen-Netzgitter, gelegt. Ein weiterer kleiner Netzgitterstreifen 3 bildet später den Verbindungskanal vom Arbeitsmittel-Beutel 4 zum Verdampfer-Vlies 5. Das Verdampfer-Vlies 5 besteht aus einer 3 mm dicken Mikrofasermatte aus Polypropylen. Es ist in drei Teile geschnitten und kann mit dem Strukturmaterial 2 verheftet werden. Die zweite, spiegelbildlich gestanzte Mehrschicht-Folie 6 bildet schließlich die obere vakuumdichte Hülle. Der Arbeitsmittel-Beutel 4 ist ebenfalls aus einer Mehrschicht-Folie gefertigt. Er enthält 60 g entgastes Wasser und einen scharfkantigen Öffner. Durch kräftigen Druck auf den Beutel im Bereich des Öffners perforiert der Öffner die Beutelfolie. Damit dabei nur der Arbeitsmittel-Beutel 4 perforiert wird, muss beim Einlegen des Beutels darauf geachtet werden, dass die scharfen Kanten nur im Bereich des Netzgitterstreifens 3 auf die Folie des Arbeitsmittel-Beutels 4 einwirken können und nicht auch die äußere Mehrschicht-Folien 1, 6 perforieren. Fig. 1 shows individual components of a cooling element according to the invention in an exploded view. On a punched-out piece of a multi-layer film 1, with upward-facing sealing layer two layers of a structural material 2, made of a polypropylene net grid, laid. Another small mesh grid strip 3 later forms the connecting channel from the working fluid bag 4 to the evaporator fleece 5. The evaporator fleece 5 consists of a 3 mm thick microfiber mat made of polypropylene. It is cut in three parts and can be stitched with the structural material 2. The second, mirror-image punched multi-layer film 6 finally forms the upper vacuum-tight envelope. The working fluid bag 4 is also made of a multilayer film. It contains 60 g of degassed water and a sharp-edged opener. By strong pressure on the bag in the area of the opener, the opener perforates the bag foil. In order to perforate only the working-agent bag 4, it must be ensured when inserting the bag that the sharp edges can act on the film of the working-material bag 4 only in the area of the mesh lattice strip 3 and not also the outer multi-layer films 1, 6 perforate.

Fig. 2 zeigt das Kühlelement aus Fig. 1 mit den bis auf zwei Ränder 8 und 9 umlaufend versiegelten Mehrschichtfolien 1, 6, vor seiner Verformung an einem Zylinder 7. Der Zylinder 7 hat etwa die Abmessungen der später zu kühlenden Flasche. Die Pfeile A zeigen die Wickelrichtung des Verdampferbereichs 16, während die Pfeile B die Kantrichtung des Zeolithbereichs 15 anzeigen. Entlang der gestrichelt gezeichneten Linie C wird somit das zunächst flache Kühlelement 10 in eine capeförmige, dreidimensionale Form gebracht und in dieser Position bis zum Befüllen mit heißem Zeolith fixiert.
Aus dem noch offenen Rand 9 ragt das eine Ende des Netzgitterstreifens 3. Das zweite Ende mündet im (nicht sichtbaren) Strukturmaterial 2. Dazwischen befindet sich der (ebenfalls nicht sichtbare) Arbeitsmittel-Beutel 4. Der Netzgitterstreifen 3 kann nahezu beliebige Länge aufweisen, um den/die Arbeitsmittel-Beutel 4 weiter entfernt vom Verdampferbereich zu positionieren. Bei längeren Entfernungen, kann an Stelle des Netzgitterstreifens 3 auch ein dünner, flexibler Schlauch eingelegt werden.
Fig. 2 shows the cooling element Fig. 1 with the up to two edges 8 and 9 circumferentially sealed multi-layer films 1, 6, before its deformation on a cylinder 7. The cylinder 7 has approximately the dimensions of the later to be cooled bottle. The arrows A show the winding direction of the evaporator region 16, while the arrows B indicate the direction of the direction of the zeolite region 15. Along the dashed line C thus the initially flat cooling element 10 is brought into a cap-shaped, three-dimensional shape and fixed in this position until filled with hot zeolite.
The second end terminates in the (non-visible) structural material 2. In between is the (also not visible) working fluid bag 4. The mesh grid strip 3 can have almost any length to to position the working fluid bag 4 further away from the evaporator area. For longer distances, instead of the Mesh lattice strip 3 also a thin, flexible hose can be inserted.

In Fig. 3 werden über den offenen Rand 8 ca. 600 g heißes Zeolithgranulat 11 mittels einer Füllvorrichtung 12 eingefüllt. Nach dem Versiegeln des Befüll-Randes 8 wird das Kühlelement 10 um 180° gekippt und das eingefüllte Zeolithgranulat mittels nicht gezeichneter Formkörper in die gewünschte Geometrie gefügt. Mittels eines Saugadapters 13, der am noch offenen Rand 9 gasdicht angelegt wird, wird der Innenraum des Kühlelementes 10 auf einen Druck von unter 2 mbar (absolut) evakuiert. Aus dem Zeolithgranulat werden dabei überschüssiger Wasserdampf, Luft und co-adsorbierte Gase über das Strukturmaterial und weiter über den Netzgitterstreifen 3 abgesaugt. Am Ende des Absaugprozesses wird auch der offene Rand 9 mittels außen angepresster, heißer Siegelbalken versiegelt. Das Material des Netzgitterstreifens 3, das die Mehrschicht-Folien 1, 6 auf Distanz gehalten hat, verschmilzt dabei mit den Siegelschichten der Mehrschicht-Folien 1 und 6 zu einem gasdichten Verschluss.In Fig. 3 about 600 g of hot zeolite granules 11 are filled via the open edge 8 by means of a filling device 12. After sealing the filling edge 8, the cooling element 10 is tilted by 180 ° and the filled zeolite granules are joined by means not drawn moldings in the desired geometry. By means of a suction adapter 13, which is applied gas-tight at the still open edge 9, the interior of the cooling element 10 is evacuated to a pressure of less than 2 mbar (absolute). Excess water vapor, air and co-adsorbed gases are sucked out of the zeolite granules via the structural material and further via the mesh lattice strip 3. At the end of the suction process, the open edge 9 is sealed by means of externally pressed, hot sealing bars. The material of the mesh lattice strip 3, which has kept the multilayer foils 1, 6 at a distance, melts with the sealing layers of the multilayer foils 1 and 6 to form a gas-tight seal.

In Fig. 4 ist das Kühlelement 10 mit seinem Verdampferbereich 16 an den zylindrischen Teil einer Flasche 14 angelegt. Der das Verdampfer-Vlies 5 enthaltende, zylindrische Verdampferbereich 16 umschließt den zylindrischen unteren Flaschenteil. Er kann mittels (nicht dargestellter) Klettbänder gut wärmeleitend auf die Flaschenwand gespannt werden. Der den Arbeitsmittel-Beutel 4 enthaltende Bereich des Kühlelementes ist seitlich nach oben geklappt. Durch Druck auf den im Arbeitsmittel-Beutel 4 liegenden Öffner kann der Beutel perforiert werden. Das enthaltene Wasser fließt daraufhin durch die vom Netzgitterstreifen 3 offen gehaltenen Kanäle zum Strukturmaterial. Das dort teilverdampfende Wasser reißt das noch flüssige Wasser innerhalb des Strukturmaterials 3 in Richtung Zeolithfüllung. Dank der vielen Umlenkungen, die der Strömung aufgezwungen werden, wird das mitgeförderte Wasser im Verdampfer-Vlies 5 homogen verteilt. Das Wasser verdampft und kühlt über die Mehrschicht-Folie großflächig die Flasche. Der abströmende Wasserdampf wird über den in Summe ca. 5 cm2 großen Querschnitt, den das Strukturmaterial aufspannt, zum Zeolithbereich 15 geleitet. Die Zeolithfüllung erhitzt sich dadurch auf über 80°C. Die Siegelschichten der Mehrschicht-Folie aus Polypropylen halten diesem Temperaturniveau Stand. Sind sie doch während dem Befüllen mit heißem Zeolith deutlich höher belastet worden. Wichtig ist hingegen eine thermische Entkopplung des heißen Zeolithbereichs 15 vom kalten Verdampferbereich 16. Dies erfolgt zum einen durch das ohnehin schlecht leitende Strukturmaterial des Strömungskanals als auch durch die geometrische Distanz des Zeolithbereichs 15 gegenüber dem Verdampferbereich 16. Nicht gezeichnet, aber dennoch sinnvoll ist eine thermische Isolierung der kalten Flächen um eine Kondensation von Luftfeuchte zu unterbinden. Optisch ansprechend kann die Flasche 14 leicht nach hinten gekippt angeordnet sein. Die erforderliche Abstützung erfolgt durch den Zeolithbereich 15, der mit der Siegelnaht am Befüll-Rand 8 die Standfläche berührt. Zum Ausschenken des Flascheninhalts muss die Flasche 14 nicht aus dem Kühlelement 10 entnommen werden. Sie lässt sich zusammen mit dem Kühlelement 10 vorteilhaft über den Befüll-Rand 8 kippen und bequem in bereitstehende Gläser ausschenken. Wenn das Kühlelement zwei (oder drei) Arbeitsmittel-Beutel enthält, kann nach dem Abkühlen der Zeolithfüllung ein weiterer Arbeitsmittelbeutel geöffnet werden um eine weitere Flasche zu kühlen.In Fig. 4 the cooling element 10 is applied with its evaporator region 16 to the cylindrical part of a bottle 14. The cylindrical evaporator region 16 containing the evaporator fleece 5 encloses the cylindrical lower bottle part. It can be stretched by means of (not shown) Velcro straps good thermal conductivity on the bottle wall. The area of the cooling element containing the working fluid bag 4 is folded laterally upwards. By pressure on the lying in the working fluid bag 4 opener bag can be perforated. The water contained then flows through the channels held open by the mesh grid 3 channels to the structural material. The partially evaporating water tears the still liquid water within the structural material 3 in the direction of zeolite filling. Thanks to the many deflections that are imposed on the flow, the co-funded water in the evaporator fleece 5 is distributed homogeneously. The water evaporates and cools over the multi-layer film over a large area of the bottle. The effluent water vapor is passed over the total of about 5 cm 2 in cross-section, which spans the structural material to the zeolite 15. The zeolite filling heats up to over 80 ° C. The sealing layers of the multi-layer polypropylene film can withstand this temperature level. After all, they were subjected to significantly higher loads during charging with hot zeolite. On the other hand, thermal decoupling of the hot zeolite region 15 from the cold evaporator region 16 is important. This occurs on the one hand by the already poorly conducting structural material of the flow channel and by the geometrical distance of the zeolite region 15 from the evaporator region 16. but nevertheless it makes sense to have a thermal insulation of the cold surfaces in order to prevent the condensation of humidity. Visually appealing, the bottle 14 may be slightly tilted backwards. The required support is provided by the zeolite region 15, which touches the base with the sealing seam at the filling edge 8. To pour out the contents of the bottle, the bottle 14 does not have to be removed from the cooling element 10. It can be tilted together with the cooling element 10 advantageously over the filling edge 8 and conveniently pour into glasses available. If the cooling element contains two (or three) working fluid bags, after the zeolite filling has cooled, another working fluid bag can be opened to cool another bottle.

Fig. 5 zeigt einen waagrechten Schnitt DD durch den Verdampferbereich 16 der Fig. 4. In kreisrunder Anordnung umschließen die Mehrschicht-Folien 1 und 6 das dreigeteilte innenliegende Verdampfer-Vlies 5 und zwei Lagen gitterförmiges Strukturmaterial 2. Durch die Dreiteilung des Verdampfer-Vlieses 5 entstehen neben den beiden Siegelnähten 17 zwei Längsrillen 18. In diesen Längsrillen 18 und an den beiden Siegelnähten 17 wird die innenliegende Mehrschicht-Folie 6 beim Anlegen des Unterdrucks eingezogen und verkürzt. Dadurch werden Falten in der innen liegenden Mehrschicht-Folie 6 minimiert. Falten würden den Wärmekontakt zur Flasche deutlich verschlechtern. Fig. 5 shows a horizontal section DD through the evaporator section 16 of Fig. 4 , In a circular arrangement, the multi-layer films 1 and 6 enclose the three-part inner evaporator fleece 5 and two layers of lattice-shaped structural material 2. The three-parting of the evaporator fleece 5 formed in addition to the two sealing seams 17 two longitudinal grooves 18. In these longitudinal grooves 18 and to the both sealing seams 17, the inner multilayer film 6 is contracted and reduced when applying the negative pressure. As a result, wrinkles in the inner multilayer film 6 are minimized. Wrinkles would significantly worsen the thermal contact with the bottle.

Fig. 6 zeigt den in Fig. 4 markierten Längsschnitt EE durch den Verdampferbereich 16. Die Mehrschicht-Folien 1 und 6 umhüllen wiederum das innenliegende Verdampfer-Vlies 5 und zwei Lagen Strukturmaterial 2 sowie den Gitterstreifen 3 und den hoch geklappten, prall gefüllten Arbeitsmittel-Beutel 4. Dieser enthält einen im oberen Bereich fixierten Öffner 19, dessen scharfe Spitzen bei äußerem Fingerdruck die gegenüberliegende Folie des Arbeitsmittel-Beutels 4 perforieren können. Die Spitzen sind jedoch nicht lang genug, um durch den Gitterstreifen hindurch auch die außen liegende Mehrschicht-Folie 6 zu verletzen. Fig. 6 shows the in Fig. 4 marked longitudinal section EE through the evaporator region 16. The multi-layer films 1 and 6 in turn encase the inner evaporator fleece 5 and two layers of structural material 2 and the grid strip 3 and the folded up, bulging working fluid bag 4. This contains one in the upper area fixed opener 19, the sharp tips of which can perforate the opposite film of the working fluid bag 4 at external finger pressure. However, the tips are not long enough to hurt through the grid strip and the outer multi-layer film 6.

Fig. 7 zeigt das Kühlelement 10 von der Vorderseite ohne Flasche. Aus diesem Blickwinkel wird die capeartige Formgebung des Kühlelementes 10 deutlich. Diese ergibt sich zwangsweise, wenn die zunächst flachen Einzelelemente aus Fig. 1 um eine zylindrische Form gewickelt werden und gleichzeitig der Zeolithbereich 15 nach hinten abgeknickt wird. Der Verdampferbereich 16 kann mittels Klebebänder 20 zu einer elastischen Kühlfläche für zylindrische Behälter ergänzt werden, während der Zeolithbereich 15 mit seinem unteren Siegel-Rand 8 eine standsichere Abstützung nach hinten gewährt. Der Arbeitsmittel-Beutel 4 ist zum Auslösen der Kühlfunktion gut erreichbar. Fig. 7 shows the cooling element 10 from the front without a bottle. From this point of view, the capeartige shape of the cooling element 10 is clear. This results forcibly, if the initially flat individual elements Fig. 1 are wound around a cylindrical shape and at the same time the zeolite region 15 is bent backwards. The evaporator region 16 can be supplemented by means of adhesive tapes 20 to form an elastic cooling surface for cylindrical containers, while the zeolite region 15 with its lower sealing edge 8 provides a stable support to the rear. The working fluid bag 4 is easily accessible for triggering the cooling function.

Fig. 8 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Kühlelement 21, dessen Verdampferbereich 22 um ein stehendes kleines Bierfass 24 gewickelt ist und dessen Zeolithbereich 23 nach oben ragt. Der Verdampferbereich 22 ist mittels Klebestreifen 25 stramm um den bauchigen Außenmantel des Bierfasses 24 gebunden. Seine beiden unteren Beutel-Ecken 26 sind schräg abgesiegelt um für den unten liegenden Zapfhahn 27 des Bierfasses 24 Platz zu schaffen. Der Zeolithbereich 23 des Kühlelementes 21 ist in vier Taschen 28 untergliedert, die jeweils Zeolith enthalten. Die im oberen Bereich des Bierfasses 24 angeordnete Belüftungsöffnung 29 ist von oben im Lüftungsbereich zwischen den Taschen 28 leicht zugänglich. Zwei Arbeitsmittel-Beutel sind durch leichte Auswölbungen 30 am unteren Ende des Verdampferbereichs 22 erkennbar. Zum Auslösen der Kühlfunktion wird auf diese Arbeitsmittel-Beutel Druck ausgeübt bis durch den Peel-Effekt der Folie deren Siegelnähte platzen und das eingeschlossene, entgaste Wasser in das Strukturmaterial auslaufen lassen. Die anschließende homogene Verteilung des Wassers im Verdampfer-Vlies verläuft erfindungsgemäß. Auch in dieser Ausgestaltung kann der Kühlvorgang mit dem Öffnung nur eines Beutels erreicht werden. Der zweite Arbeitsmittel-Beutel kann zu einem beliebig späteren Zeitpunkt aktiviert werden. Selbstverständlich enthält jeder Arbeitsmittel-Beutel nur eine Teilmenge der von der Zeolithfüllung maximal adsorbierben Wassermenge, um auch für den zweiten Kühlvorgang noch genügend Adsorptionskapazität bereitzustellen. Die Abwärme aus dem Zeolithbereich 23 wird an die vorbeistreichende Luft abgegeben. Bedingt durch die obere Positionierung kann die warme Abluft den Verdampferbereich 22 nicht erwärmen. Fig. 8 shows a further inventive cooling element 21, the evaporator portion 22 is wound around a standing small beer keg 24 and its zeolite portion 23 projects upwards. The evaporator region 22 is tightly bound by means of adhesive strips 25 around the bulbous outer casing of the beer keg 24. His two lower bag corners 26 are sealed at an angle to create space for the bottom tap 27 of beer keg 24. The zeolite region 23 of the cooling element 21 is subdivided into four pockets 28, each containing zeolite. The arranged in the upper region of the beer keg 24 ventilation opening 29 is easily accessible from above in the ventilation area between the pockets 28. Two working-fluid bags can be recognized by slight bulges 30 at the lower end of the evaporator region 22. To trigger the cooling function, pressure is exerted on this working fluid bag until, due to the peel effect of the film, its sealed seams burst and the trapped, degasified water can run out into the structural material. The subsequent homogeneous distribution of the water in the evaporator fleece runs according to the invention. Also in this embodiment, the cooling process can be achieved with the opening of only one bag. The second tool bag can be activated at any later time. Of course, each working fluid bag contains only a subset of the maximum amount of water adsorbed by the zeolite filling in order to provide enough adsorption capacity for the second cooling process. The waste heat from the zeolite area 23 is released to the passing air. Due to the upper positioning, the warm exhaust air can not heat the evaporator section 22.

Fig. 9 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch den Zeolithbereich 23 entlang der Schnittlinie FF in Fig. 8. Eine innere und eine äußere Mehrschicht-Folie 31, 32 sind so versiegelt, dass sie vier, etwas gleich große Taschen 28 mit Zeolithfüllung 33 aufspannen. Entlang der drei Siegelnähte 34 sind die vier Taschen gegeneinander beweglich. Sie erlauben damit das Kühlelement bequem um das Bierfass zu legen und festzuzurren. Wenn in der Verlängerung der Siegelnähte 34 auch das Strukturmaterial im Verdampferbereich geteilt ist, kann das gesamte Kühlelement auch platzsparend zusammengeklappt und transportiert werden, bevor es an das zu kühlende Behältnis angelegt wird. Fig. 9 shows a horizontal cross section through the zeolite region 23 along the section line FF in Fig. 8 , Inner and outer multilayer films 31, 32 are sealed to span four similarly sized pockets 28 of zeolite filling 33. Along the three sealing seams 34, the four pockets are movable relative to each other. They thus allow the cooling element to conveniently lay around the beer keg and lash down. If, in the extension of the sealing seams 34, the structural material in the evaporator region is also divided, the entire cooling element can also be folded and transported in a space-saving manner before it is applied to the container to be cooled.

Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch das Kühlelement 21 entlang der Schnittlinie GG in Fig. 8. Die Mehrschicht-Folien 31 und 32 umhüllen im oberen Zeolithbereich 23 die Zeolithfüllung 33 und im Verdampferbereich 22 das Strukturmaterial 35, das Verdampfer-Vlies 36 und die Arbeitsmittel-Beutel 37. Das Strukturmaterial 35 reicht oben bis in die Zeolithfüllung 33, um den Dampftransport vom Verdampfer-Vlies 36 in die Zeolithfüllung 33 zu gewährleisten. Das Verdampfer-Vlies 36 ist im oberen und unteren Bereich zweilagig ausgeführt, um eine optimale Anbindung an ein bauchiges Bierfass sicher zu stellen. Die erfindungsgemäße Flexibilität des Verdampferbereichs 22 führt in Verbindung mit den Spannkräften der Klebebänder zu einer optimal wärmeleitenden Anbindung an das Bierfass. Fig. 10 shows a longitudinal section through the cooling element 21 along the section line GG in Fig. 8 , The multilayer films 31 and 32 envelop the zeolite filling 33 in the upper zeolite region 23 and the structural material 35, the evaporator fleece 36 and the working-agent pouches in the evaporator region 22 37. The structural material 35 extends up to the zeolite filling 33 in order to ensure the vapor transport from the evaporator web 36 into the zeolite filling 33. The evaporator fleece 36 has two layers in the upper and lower regions in order to ensure optimum connection to a bulbous beer keg. The flexibility of the evaporator region 22 according to the invention, in conjunction with the clamping forces of the adhesive tapes, results in an optimal heat-conducting connection to the beer keg.

Fig. 11 zeigt schließlich die Einzelkomponenten des Kühlelements 21 vor dem Zusammenfügen. Ein den Abmessungen des zu kühlenden Bierfasses angepasster Beutel 38 aus Mehrschicht-Folien 31, 32 hat im unteren Bereich vier mit heißem Zeolith aufgefüllte Taschen 28, die über die Siegelnähte 34 seitlich gegeneinander abgetrennt sind. Die Zeolithfüllung ist mittels eines Trichterelementes 39 gleichmäßig auf die vier Taschen 28 verteilt worden. Auf die noch heiße Zeolithfüllung wird das zweilagige Strukturmaterial 35 gesteckt. Auf das Strukturmaterial 35 sind bereits sechs, leicht beabstandete Verdampfer-Vliesstücke 36 aufgeheftet, die jeweils am oberen und unteren Ende zweilagig verdickt sind. Die beiden Arbeitsmittel-Beutel 37 werden auf der dem Verdampfer-Vlies 36 abgewandten Seite fixiert.
Daraufhin wird das Kühlelement 21 in einer Vakuumkammer auf einen Enddruck von kleiner 5 mbar (absolut) evakuiert und die noch offene Beutelseite versiegelt. Nach dem Entnehmen aus der Vakuumkammer werden die Beutel-Ecken 26, die der Betätigung des Zapfhahnes im Weg stehen, zusätzlich abgesiegelt und anschließend abgeschnitten. Das Kühlelement 21 kann nunmehr in jede beliebige Lage gedreht und erfindungsgemäß verformt werden, ohne dass die Zeolithfüllung 33 (und die eingelegten Komponenten) ihre vorgesehene Position verlässt.
Fig. 11 finally shows the individual components of the cooling element 21 prior to assembly. A pouch 38 of multilayer films 31, 32 adapted to the dimensions of the beer keg to be cooled has four pockets 28 filled with hot zeolite at the bottom, which are laterally separated from one another via the sealing seams 34. The zeolite filling has been uniformly distributed to the four pockets 28 by means of a funnel element 39. On the still hot zeolite filling the two-ply structural material 35 is inserted. Six, slightly spaced evaporator nonwoven pieces 36 are already attached to the structural material 35, which are each thickened in two layers at the top and bottom. The two working fluid pouches 37 are fixed on the side facing away from the evaporator fleece 36.
Thereafter, the cooling element 21 is evacuated in a vacuum chamber to a final pressure of less than 5 mbar (absolute) and sealed the still open side of the bag. After removal from the vacuum chamber, the bag corners 26, which are the operation of the tap in the way, additionally sealed and then cut off. The cooling element 21 can now be rotated into any position and deformed according to the invention without the zeolite filling 33 (and the inserted components) leaving its intended position.

Claims (24)

Kühlelement mit einem Sorptionsmittel (11, 33), das unter Vakuum ein dampfförmiges Arbeitsmittel sorbieren kann, das von einer flüssigen Arbeitsmittelmenge in einem Verdampferbereich (16, 22) abdampft und mit einer Absperrvorrichtung, die bis zum Starten des Kühlprozesses verhindert, dass Arbeitsmitteldampf zum Sorptionsmittel (11, 33) strömen kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sorptionsmittel (11, 33) und der Verdampferbereich (16, 22) von einer Mehrschicht-Folie (1, 6, 31, 32) umgeben sind und
der Verdampferbereich (16, 22) ein Vlies (5, 36) und ein flexibles Strukturmaterial (2, 35) enthält, die zusammen unter Vakuum eine flache, flexible Form annehmen, die an die zu kühlenden Behältnisse (14, 24) angepresst werden kann und
dass das Strukturmaterial (2, 35) nach dem Start des Kühlelementes den Arbeitsmitteldampf bis an das Sorptionsmittel (11, 33) leiten kann und für den Arbeitsmitteldampf einen Strömungsquerschnitt von mindestens 1 Quadratzentimeter (cm2) offen hält.
A cooling element comprising a sorbent (11, 33) capable of sorbing, under vacuum, a vaporous working medium which vaporizes from a quantity of liquid working fluid in an evaporator section (16, 22) and a shut-off device which prevents working fluid vapor to the sorbent until the cooling process is started (11, 33) can flow,
characterized in that
the sorbent (11, 33) and the evaporator region (16, 22) are surrounded by a multilayer film (1, 6, 31, 32) and
the evaporator section (16, 22) comprises a nonwoven fabric (5, 36) and a flexible structural material (2, 35) which, together under vacuum, assume a flat, flexible shape which can be pressed against the containers (14, 24) to be cooled and
in that the structural material (2, 35) after the start of the cooling element can guide the working medium vapor to the sorbent (11, 33) and keeps a flow area of at least 1 square centimeter (cm 2 ) open for the working medium vapor.
Kühlelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mehrschicht-Folie (1, 6, 31, 32) eine Aluminiumsperrschicht und/oder eine Polypropylensiegelschicht enthält.
Cooling element according to claim 1,
characterized in that
the multilayer film (1, 6, 31, 32) contains an aluminum barrier layer and / or a polypropylene sealant layer.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strukturmaterial (2, 35) eine Hohlstruktur aufweist, die stabil genug ist, den auf die Mehrschicht-Folie (1, 6, 31, 32) einwirkenden Luftdruck abzufangen und damit auch in der Fläche eine Arbeitsmitteldampf-Strömung ermöglicht.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the structural material (2, 35) has a hollow structure which is stable enough to absorb the air pressure acting on the multi-layer film (1, 6, 31, 32) and thus also allows a working medium vapor flow in the surface.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strukturmaterial (2, 35) die Zweiphasenströmung des Arbeitsmittels in die flüssige und die dampfförmige Phase trennen kann und die flüssige Phase vom anliegenden Vlies (5, 36) aufgenommen werden kann.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the structural material (2, 35) can separate the two-phase flow of the working fluid into the liquid and the vaporous phase and the liquid phase can be absorbed by the adjacent fleece (5, 36).
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sorptionsmittel (11, 33) synthetischen Zeolith und/oder natürlichen Zeolith enthält.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the sorbent (11, 33) contains synthetic zeolite and / or natural zeolite.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Absperrvorrichtung ein Schneidwerkzeug enthält, das geeignet ist, eine Folie, die das Sorptionsmittel umschließt, zu durchtrennen.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the shut-off device includes a cutting tool adapted to sever a film enclosing the sorbent.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Arbeitsmittel in mindestens einem Arbeitsmittel-Beutel (4, 37) abgefüllt ist.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the working fluid in at least one working fluid bag (4, 37) is filled.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Arbeitsmittel-Beutel (4, 37) einen spitzen Öffner (19) enthält, der zum Starten des Kühlelements (10, 21) die Folie des Arbeitsmittel-Beutels (4, 37) von innen heraus durchsticht.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the working-medium bag (4, 37) contains an acute opener (19) which, for starting the cooling element (10, 21), pierces the film of the working-medium bag (4, 37) from the inside.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Arbeitsmittel-Beutel (4, 37) aus einer Folie mit Peel-Effekt gefertigt ist, der bei zusätzlichem Druck eine Siegelnaht öffnet.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the working fluid bag (4, 37) is made of a film with peel effect, which opens a sealed seam with additional pressure.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei oder mehrere Arbeitsmittel-Beutel (37) in einem Kühlelement enthalten sind, die getrennt voneinander gestartet werden können.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
two or more working fluid bags (37) are contained in a cooling element that can be started separately.
Kühlelement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Arbeitsmittelfüllmenge eines Arbeitsmittel-Beutels (37) geringer ist, als die maximal adsorbierbare Arbeitsmittelmenge des Sorptionsmittels (33).
Cooling element according to claim 10,
characterized in that
the working fluid filling amount of a working fluid bag (37) is lower than the maximum adsorbable working fluid amount of the sorbent (33).
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen einem Arbeitsmittel-Beutel und dem Vlies (5, 36) eine längere Verbindungsleitung existiert, die es erlaubt, den Arbeitsmittel-Beutel entfernt vom Verdampferbereich (16) anzuordnen und zu starten.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
between a working fluid bag and the web (5, 36) there is a longer connecting line which allows the working fluid bag to be arranged and started away from the evaporator section (16).
Kühlelement nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsleitung von einem flexiblen Schlauch innerhalb der Mehrschicht-Folie gebildet wird.
Cooling element according to claim 12,
characterized in that
the connection line is formed by a flexible hose within the multilayer film.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kühlelement (10, 21) in eine capeartige Form gebracht wird und dessen Verdampferbereich (16) den zylindrischen Teil einer Flasche (14) kühlt.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the cooling element (10, 21) is brought into a cap-like shape and its evaporator region (16) cools the cylindrical part of a bottle (14).
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdampferbereich (16, 22,) mit einer zusätzlichen, thermischen Isolierung versehen ist.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the evaporator section (16, 22,) is provided with an additional, thermal insulation.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Vlies (5, 36) Strukturierungen oder Vertiefungen aufweist, in welche die Mehrschicht-Folie (1, 6, 31, 32) unter Vakuum eingezogen wird, um Längenänderungen, die beim flexiblen Verformungsprozess entstehen, aufzunehmen.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the nonwoven fabric (5, 36) has structuring or depressions into which the multi-layer film (1, 6, 31, 32) is drawn in under vacuum in order to absorb changes in length which occur during the flexible deformation process.
Kühlelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sorptionsmittelbereich durch Siegelnähte (34) in mehrere Taschen (28) aufgeteilt ist, damit auch der Sorptionsmittelbereich entlang der Siegelnähte (34) flexibel ist.
Cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the sorbent area is divided into a plurality of pockets (28) by sealing seams (34) so that the sorbent area along the sealing seams (34) is also flexible.
Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
heißes Sorptionsmittel (11, 33) in das Kühlelement (10, 21) eingefüllt wird und über das Strukturmaterial (2, 35) so lange evakuiert wird bis aus dem Sorptionsmittel (11, 33) abdampfendes Arbeitsmittel Restgase verdrängt hat und dann noch unter Vakuum das Kühlelement (10, 21) gasdicht versiegelt wird.
Method for producing a cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
hot sorbent (11, 33) filled in the cooling element (10, 21) is evacuated and over the structural material (2, 35) until from the sorbent (11, 33) evaporating working fluid has displaced residual gases and then under vacuum, the cooling element (10, 21) is sealed gas-tight.
Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
heißes Sorptionsmittel in einen Sorptionsmittel-Beutel eingefüllt wird, der noch offene Sorptionsmittel-Beutel daraufhin so lange evakuiert wird bis aus dem Sorptionsmittel abdampfendes Arbeitsmittel Restgase aus dem Sorptionsmittel-Beutel verdrängt hat und dann noch unter Vakuum der Sorptionsmittel-Beutel gasdicht verschweißt wird und daran anschließend der Sorptionsmittel-Beutel zusammen mit einer Absperrvorrichtung, dem Strukturmaterial und dem mit Arbeitsmittel getränktem Vlies in einen gasdichten Hüllbeutel eingelegt wird und der Hüllbeutel nach dem Evakuieren auf unter 5 mbar (abs.) versiegelt wird.
Method for producing a cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
hot sorbent is placed in a sorbent bag, the remaining open sorbent bag is then evacuated so long from the sorbent evaporating working fluid residual gases from the sorbent bag has displaced and then gas-tight even under vacuum, the sorbent bag and subsequently the sorbent bag is placed together with a shut-off, the structural material and the nonwoven impregnated with working fluid in a gas-tight envelope bag and the enveloping bag is sealed after evacuation to less than 5 mbar (abs.).
Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sorptionsmittel (11, 33) bei Temperaturen zwischen 120 und 250°C, insbesondere zwischen 160 und 210 °C in die Mehrschicht-Folie (1, 6, 31, 32) eingefüllt wird.
Method for producing a cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the sorbent (11, 33) at temperatures between 120 and 250 ° C, in particular between 160 and 210 ° C in the multi-layer film (1, 6, 31, 32) is filled.
Verfahren zum Starten der Kühlfunktion eines Kühlelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch einen kräftigen Schlag auf die Absperrvorrichtung diese eine mindestens 1 cm2 große Öffnung vom Verdampferbereich in das Sorptionsmittel frei macht.
Method for starting the cooling function of a cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
by a strong blow on the shut-off this makes at least 1 cm 2 large opening from the evaporator area in the sorbent.
Verfahren zum Starten der Kühlfunktion eines Kühlelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch einen zusätzlichen Druck auf den Arbeitsmittel-Beutel (4) ein innenliegender Öffner (19) den Arbeitsmittel-Beutel (4) perforiert und das Arbeitsmittel austritt.
Method for starting the cooling function of a cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
by an additional pressure on the working fluid bag (4) an internal opener (19) perforated the working fluid bag (4) and the working fluid emerges.
Verfahren zur Verwendung eines Kühlelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zu kühlenden Behältnisse Flüssigkeiten enthalten, die mit einer Abkühlrate von mehr als 0,5 K/min (0,5 Kelvin pro Minute) gekühlt werden.
Method for using a cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
the containers to be refrigerated contain liquids which are cooled at a cooling rate greater than 0.5 K / min (0.5 Kelvin per minute).
Verfahren zur Verwendung eines Kühlelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Vorhandensein mehrere Arbeitsmittel-Beutein (37), nur jeweils ein Arbeitsmittel-Beutel geöffnet wird und die weiteren Beutel bis zu einer zeitlich später folgenden Kühlfunktion ungeöffnet verbleiben.
Method for using a cooling element according to one of the preceding claims,
characterized in that
in the presence of a plurality of working fluid bags (37), only one working-fluid bag is opened and the other bags remain unopened until a subsequent cooling function follows later.
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