CN1717568A - 全蒸发冷却容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种饮料和液体容器，其利用全蒸发冷却该容器内的液体或物质。该全蒸发冷却优选通过使用多孔基质实现，该多孔基质允许来自液体或饮料的少量的挥发性组分，例如水或酒精，通过该全蒸发基质，其蒸发依靠该液体蒸发的潜热冷却该容器。或者，可以用全蒸发套冷却该套内的或与其接触的容器。

Description

全蒸发冷却容器

技术领域

本发明涉及借助于全蒸发冷却液体所用的容器装置或封闭体和构造这种容器和封闭体的方法。

背景技术

起源于古埃及的住房和水的蒸发冷却后来通过中东和伊拉克向东传播到印度支那北部，向西越过北非传到西班牙南部和遭受干热气候的其它地区。在这个过程的初期使用中，用来装水的未上釉的陶罐使用了若干个世纪，带来的附加的好处是通过吸收和毛吸水分到陶瓷的外表面并随后通从其表面蒸发水分而冷却液体水。但是遗憾的是，由于当矿物质积累在表面上时减少渗透率并降低液体的蒸发压力，从陶瓷外表面直接蒸发最终导致形成水垢并减小冷却效果。

业已使用基于从环境到液体的热传递减小的其它方法。所使用的方法包括真空和空气间隙热水瓶和泡沫隔热套。业已使用使用冰、冷冻的冷部部件或棍的其它的装置以抵消周围环境的热量并且容器中的液体回到环境温度。在所所有这些情况下，系统的结构必须使液体内容物、分开的室和/或该瓶的壳体被冷却，这除了在容器中液体容量减少之外还有重量过重的问题。在所有这些方法中，液体的温度将平衡并最终回到环境温度。

全蒸发(PV)定义为基质(matrix)蒸汽渗透和蒸发的结合。从1987年起，膜全蒸发已经得到化学工业广泛的接受，用于分离和回收液体混合物(Chemical Engineering Progress，1992年7月，第45-52页)。该技术的特征在于在液相和气相之间引进屏障层基质。液体直接接触该基质的一侧。蒸汽质量选择地传输到基质的气体侧，导致液体的损失或选择的挥发性的液体组分的损失和蒸发潜热的损失。该过程称之为全蒸发，因为其是通过多孔基质的蒸汽“渗透”和液相到气相的变化而“蒸发”的特殊组合。在没有加到液体的热的情况下，由于蒸发潜热使温度下降，直到当从环境吸收的热等于由于液体在基质表面或孔内蒸发所损失的潜热而达到温度平衡时，温度停止下降。

美国专利5,946,931号说明了蒸发冷却PTFE膜装置的使用，该膜装置利用在该膜上的层流形的流体流，以冷却与其连接的装置或环境。美国专利4,824,741号说明了全蒸发冷却基质冷却电化学电池板的表面的应用。潮湿的板可以用未催化的PTFE结合的电极材料、合适的多孔烧结粉末、多孔纤维、或甚至多孔的聚合物薄膜制造。美国专利4,007,601号说明了在循环的多孔的中空热交换器中利用蒸发冷却以获得被冷却的液体。

发明内容

这里公开的是用于饮料和液体容器的简化的冷却系统，该冷却系统不使用任何机械泵将液体供给到全蒸发基质表面并且不像现有技术那样依靠真空来增强冷却效果。容器定义为保持液体的任何装置或封闭体，无论它对外部环境是处于打开状态还是封闭状态。在一个实施例中，该方法利用全蒸发基质，其优选形成该容器主体或外壳的一部分并包含该容器的5％到100％的总表面积。该容器内的液体内容物然后在周围液体/膜界面由于水的蒸发潜热而被直接冷却。结果得到的液体蒸汽通过该基质散失到周围环境中或散失到例如包含吸收材料的收集器或捕集器中。优选的容器包括瓶、罐、大玻璃瓶、以及盒。在一些实施例中，该容器可以制造成较大的结构，包括外壳、分配器和衣物。

在一个实施例中，提供一种全蒸发地冷却的容器，包括容器主体，该容器主体包括一个或多个壁，其中所述一个或多个壁的至少一部分包括全蒸发基质，所述基质包括多孔疏水材料，其中所述基质允许其蒸发冷却该容器的挥发性液体蒸汽的少量分子通过该基质，这种蒸发冷却了该容器，包括该容器内的任何物质。在一个实施例中，提供一种全蒸发地冷却的管或细管，其包括细长的中空管状结构，该结构包括外全蒸发层，该蒸发的外部层包括与多孔内层共同延展的疏水材料，该内层包括亲水材料，该内层形成液体可以通过的管腔。在一个实施例中，该管状结构由疏水的多孔管形成，其中该管的内表面经化学处理成亲水的，从而形成该内层。

在一个实施例中，提供一种容器冷却外套，包括外套主体，该外套主体包括外层，该外层包括疏水的多孔材料；以及与所述外层共同延展并且与所述外层流体连通的内层，所述内层适于保持挥发性液体，其中所述外套主体的形状允许该内层与容器的至少一部分接触。

在一个优选实施例中，该容器和冷却外套还可以包括与该全蒸发层直接邻靠或接触的可再生的或一次性使用的外层，该外层包含去湿的、有吸收能力的材料，或其它能吸收或吸附来自全蒸发的水分或其它液体的物质。

在一个实施例中，提供一种冷却衣物，其至少包括两层：包含含有疏水全蒸发叠层的全蒸发材料的外层；可选的用于该全蒸发层的包含薄的液体支撑屏障层的中间层；以及内层；其中，该外层与冷却剂液体流的本体连通，而内层与该衣物的穿着者热接触。该衣物的穿着者由通过该外层的全蒸发材料的冷却剂液体进行全蒸发冷却。在优选实施例中，该冷却的衣物包含或整体形成一件衣服，例如保护衣物或外衣。该衣物还可以包括与冷却剂液体的本体流体连通的管，其允许该衣物的穿着者用嘴饮用冷却剂液体，优选为水。在优选实施例中，该衣物还包括可再生的或一次性使用的外层，其包括去湿的或有吸收能力的材料，吸收全蒸发作用产生的水分或其它液体。

在优选实施例中，还可以出现下述的一个或多个：该衣物或者与皮肤直接接触或者通过一件织物或材料接触，这种织物或材料被穿着者穿戴和/或是该衣物自身的一部分。该外层打成褶以增加全蒸发的表面积；该中间层是对有潜在危害的生物或化学物质的屏障层；而该内层包括通过热密封工艺形成的带图案的或蜿蜒的区域。

在相关的实施例中，该衣物还可以包括储存有额外的冷却剂液体的储液器或与其流体连通。该冷却剂可以从该容器通过重力或通过吸附被送到形成在该全蒸发基质和该中间层之间的间隙内。优选的冷却剂液体包括水、酒精及其混合物。

在相关实施例中，提供包含有如下所述的全蒸发材料的诸如瓶或背包的容器。

附图说明

图1A和1B示出瓶体的平面和分解图，大致上平面的多孔基质以圆筒形缠绕或套上该瓶体。

图2示出根据一个实施例示出叠层结构的部分分解图，其在两个大孔隙层之间包含成层的薄膜。

图3A、3B、3C和3D示出实施例的平面和剖视图，其中支撑肋增强多孔基质的刚性。

图4示出包含多孔的外部隔热层的容器。该套减少该瓶内表面直接辐射升温，但允许全蒸发流和潜热损失。

图5示出包括打成褶的基质的容器的一个实施例，其用作有效地增加该容器的冷却表面积的方法。这使容器有较大的表面积和较短的液体冷却时间。

图6A和6B以平面和剖视图的形式示出容器的一个实施例，其包括可调节的套，以限制来自容器的全蒸发流通量和液体损失量。该套优选还减少该瓶的内表面的直接辐射升温，但允许全蒸发流和潜热损失。

图7示出两层全蒸发套的截面图，其包括能够与容器一起使用的海绵或海绵状材料。

图8示出全蒸发冷却套的另一个实施例的剖视图，其用在装有液体，例如碳酸饮料的中心外壳上。

图9是利用各种多孔材料时的时间对冷却作用关于的全蒸发冷却均衡的曲线图。

图10示出全蒸发冷却的饮料杯的实施例。

图11A、11B和11C示出具有全蒸发主体外壳和全蒸发盖的全蒸发冷却储存容器(例如冷却器)的一个实施例。

图12示出具有全蒸发基质的优选的液体分配储液器。

图13示出饮水背包的一个实施例，包括充满液体的褶皱的全蒸发地冷却的储存器。

图14示出全蒸发地冷却的饮水袋，该袋在固定器上的可选的多孔网状背带中。还示出内部可润湿的全蒸发冷却管，可以被用来以与所示袋或其它容器相连接，立即冷饮用或分配液体。

图15示出根据一个实施例的全蒸发冷却的外套。

这些图示出优选实施例并且仅仅是示例性的，代表某些实施例。为此，若干个图包含不必包含在本发明任何具体实施例中的任选的特征，并且所示的容器或封闭体的形状、类型或具体结构不应当被当作是对本发明的限制。

具体实施方式

这里公开的是容器或封闭体，其利用全蒸发来冷却保存在其内的液体或物品。在优选实施例中，该容器由多孔透气材料构成。在一个实施例中，该容器构成全蒸发冷却衣物的一部分。

多孔基质可以由各种不同的材料制成，包括但不限于，塑料、弹性体、金属、玻璃和陶瓷材料。也可以用塑料、弹性体、金属、玻璃或陶瓷材料的组合。这种组合可以是密切的，例如混合两种或多种组分并共同烧结，或者是分层的，例如从两种或多种材料得来的叠层。不同的塑料、弹性体、金属、玻璃或陶瓷材料的组合，可以被烧结或制造成用于全蒸发容器的叠层结构。用于多孔的通气材料的优选塑料包括但不限于热塑性聚合物，热固性弹性体和热塑性弹性材料。优选的热塑性聚合物包括但不限于低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯(PP)及其共聚物、聚甲基戊烯(PMP)、聚对苯二酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙酯(PETG)、聚醚醚酮(PEEK)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯乙烯醇(EVOH)、聚缩醛、聚丙烯腈(PAN)、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、聚(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯)(AES)、聚(丙烯腈-乙烯-丙烯-苯乙烯)(ASA)、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酯、纤维素塑料、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚全氟烷氧基乙烯(PFA)、尼龙6(N6)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯乙烯(PS)、聚砜、和聚醚砜(PES)。优选的热固性弹性体包括苯乙烯-丁二烯、聚丁二烯(BR)、乙烯-丙烯、丙烯腈-丁二烯(NBR)、聚异戊二烯、聚氯丁烯、硅酮、氟硅氧烷、聚氨酯橡胶、氢化丁腈橡胶(HNBR)、聚降冰片烯(PNR)、包括氯丁基(CIIR)和溴丁基(BIIR)的丁基橡胶(IIR)、氟化橡胶，例如Viton和Kalrez、Fluorel^TM、以及氯磺化聚乙烯。优选的热塑性弹性体(TPE)分类包括热塑性聚烯烃(TPO)，其包括可以通过商业途径得到的Dexflex和Indure；弹性PVC共混物和合金；苯乙烯嵌段共聚物(SBC)，其包括SBS苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)以及苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(ESPS)，一些从商业上可得到的SBC包括Kraton、Dynaflex和Chronoprece^TM；热塑性硫化橡胶(TPV，也称之为动态硫化合金)包括从商业上可得到的如Versalloy、Santoprene、以及Sarlink；热塑性聚氨酯(TPU)包括商业上可得到的如ChronoThane、Versollan^TM、以及Texrin；共聚多酯热塑性弹性体(COPE)包括商业上可得到的如Ecdel；聚醚嵌段共聚多酰胺(COPA)包括商业上可得到的如PEBAX。优选用于多孔材料的金属包括不锈钢、锌、铜及其合金。优选的玻璃和陶瓷材料包括石英、硼硅酸盐、铝硅酸盐、硅酸铝钠，优选为从所述材料得到的烧结颗粒或纤维形式。

制造大孔隙塑料的优选方法是通过称之为烧结的工艺，其中粉末或颗粒状的热塑性聚合物受热并被加压以使颗粒部分凝聚并形成粘接的大孔隙片材或零件。该大孔隙材料包括互连接的大孔隙网络，其形成通过该片材的随机的曲折路径。虽然根据烧结方法可以大于或小于所述的范围，但通常，大孔隙片材的孔隙体积或百分比孔隙率根据烧结条件从30％到65％。由于化学或物理性质的调节，大孔隙基质的表面张力可以制造成排斥或吸收液体，但是空气和蒸汽能够很容易通过。例如，Goldman的美国专利第3,051,993号公开了用聚乙烯制造大孔塑料的细节，其整个内容通过参考结合于此。

适于制造根据优选实施例的全蒸发冷却容器的多孔塑料，包括大孔隙塑料，可以制造成片材或模制成各种规格，并且可以从各种渠道得到。Porex公司(美国左治亚州Fairburn市)是其中之一，并且所提供的多孔塑料的商品名称为POREX。以POREX名称销售的多孔塑料可以以上述任何一种热塑性聚合物制造成的片材或模制成各种规格的形式买到。这种POREX材料的平均孔隙根据所用聚合物颗粒的尺寸和烧结过程中采用的条件可以从约1到350微米变化。GenPore(美国宾夕法尼亚州Reading市)是另一个多孔塑料产品制造商，孔的尺寸在5到1000微米的范围。MA Industries Inc.(美国左治亚州Peachtree市)也制造多孔塑料产品。Porvair Technology有限公司(英国北威尔士Wrexham市)是多孔产品的另一个制造商，既供给多孔塑料(品牌名为Vyon^TM，孔的大小在5至200微米的范围)也供给多孔金属介质(品牌名为Sinterflo)。

选择来制造全蒸发基质的塑料的基本尺寸、厚度和孔隙度通过计算在给定的时间内必须通过该通气孔的蒸汽的量(流率)和从周围环境回到该液体的热传输率来确定。给定的大孔隙塑料的流通量率(单位面积的流率)根据如下因素变化：包括孔的大小、孔隙百分比以及该基质的截面厚度，并且通常以单位面积在单位时间内的体积来表示。为了得到足够的全蒸发冷却，通过该基质的蒸汽的流率应当是这样的，使得在室温条件下最初从液体中除去的热动力热量大于从周围环境吸收的热量。在全蒸发过程中该容器液体温度变冷直到由于该液体通过该基质的全蒸发引起的该液体的热损失相当于与从周围环境得到的热。

在一般的使用中，“大孔隙率”总的是指材料或其宏观结构的总的孔隙体积。术语“大孔隙的”通常指材料的单个孔在尺寸上相当大。术语“微孔率”通常是指构成多孔材料的微结构的单个孔尺寸或孔尺寸的分布。术语“微孔的”通常指材料的单个孔在尺寸上相当小。对于这里的公开内容，孔的尺寸(直径)按照纯化学和应用化学国际联合会(IUPAC)高分子技术分会于2002年2月26日起草的术语定义来分类。这个标准将孔的尺寸分成三类：微孔的(＜0.002μm)，中孔隙的(0.002到0.050μm)，大孔隙的(＞0.050μm)。还是对于这里的公开内容，孔隙体积将以材料的“孔隙百分比”来讨论。孔的尺寸为0.05μm或更小的大孔隙和中孔隙材料可以用于全蒸发冷却。优选的制造方法包括铸造和拉伸这种材料的膜。

优选的多孔材料包括在材料的相对表面(将变成内表面和外表面)的孔相互连接以便两侧相互连。但是这种相互连接优选不是直接连通形成通过材料的单个圆筒形的管或孔，而是形成曲折路径的孔的网络。

对于单层全蒸发基质，多孔材料优选为孔的尺寸大于或等于0.05μm的大孔隙材料，优选为约0.1到500μm，以及约0.5到10μm，包括0.25、0.5、1、5、15、20、40、60、80、100、150、200、250、300、350、400以及450μm。在一个实施例中，在与该全蒸发容器连接的该基质材料在0.1到100μm之间，优选在0.5到75μm之间。材料的孔隙百分比(开口面积的百分数)优选在约10％到90％，优选在30％到75％或50％到70％，包括20％、40％、60％和80％。多孔材料的厚度优选在0.025到7mm的范围内，包括在1到3mm之间。用于全蒸发容器的基质材料的优选厚度为约0.05到5mm以及约0.1到3.0mm，包括0.2、0.3、0.5、0.7、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0和2.5mm。其它实施例的上述参数可以小于或大于上述值。对于单层材料，优选材料是疏水性的或具有疏水的涂层。对于在这段中及在该说明书中别处提出的值，所述的范围包括具体提到的多个值之间的值。在另一些实施例中，材料可以具有在该公开范围之外的值的一种或多种性质。

该基质材料可以从塑料、弹性体、玻璃、金属或其组合中得到。如上述详细列举的一些优选的基质材料包括热塑性聚合物、热固性弹性体、热塑性性弹性体、金属、玻璃和陶瓷材料。基质材料可以从各种商业渠道买到，或者以各种方法制造。White等人的美国专利4,076,656详细说明了一种方法，其中生孔剂被加到熔化的或溶解的材料中，其能够用溶剂滤出或在该材料稳定并成为最终形式之后用超临界流体萃取。Rusincovitch等人的美国专利5,262,444公开了形成多孔材料的另一种方法，其通过在处理材料之后引入发展成气体的生孔剂，以留下多孔的结构。这些专利作为参考文件以整个内容结合于此。

虽然这里所讨论的许多基质材料是疏水的，但是当全蒸发的液体是有机液体，例如酒精时，也可以用疏油的全蒸发材料。商业塑料材料，例如尼龙、聚砜、纤维素制品可以得到亲水性级的。这些亲水性材料可以碾成颗粒并且用本领域技术人员熟悉的现有技术烧结以生产具有高流通量率的亲水多孔材料。多孔亲水塑料，包括大孔隙塑料，可以制造成片材或模制成一定规格并且可以从各种渠道买到，包括Porex公司。多孔亲水纤维材料的孔的尺寸可以在20到120μm的范围内，而按其孔体积计算的孔隙百分比在25到80的范围内。而且，疏水多孔材料可以由本领域的技术人员熟悉的一种或多种工艺变为亲水的，这些工艺包括但不限于，等离子体蚀刻、化学蚀刻、用润湿剂浸渍，或施加亲水涂层。此外，如果希望的话，掩膜工艺可以与一种或多种处理工艺一起结合使用，以在具有高流通量率的亲水性区域内选择性地布置疏水多孔材料图案。

例如，包含两层或多层多孔材料的复层多孔结构。薄层可以用本领域技术人员熟悉的方法叠成较厚的层。复层结构可以用来获得在我们的测试中所看到的机械和物理上性能更好的基质。例如，聚乙烯的大孔隙基质与在容器的液体侧上延展的PTFE薄层的组合将增加疏水性并将水的液体突破压力从约5psi增加到30psi以上，但成层的基质仍然保持与用多孔的聚乙烯本身所获得的相类似的全蒸发流通量。叠层的厚度优选在约0.025到7000μm的范围内，具有上述优选的平均孔尺寸、孔隙百分比和其它性质。

全蒸发基质材料也可以从混合物制造的多孔材料得到。在优选实施例中，多孔材料包括氟化树脂，其包括但不限于聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚全氟烷氧基乙烯(PFA)、和/或氟化添加剂、例如Zonyl、与选择的聚烯烃或其它树脂的共混物、优选选自聚乙烯(LLDPE、LDPE、MDPE、HDPE、UHMWPE)系列、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、ABS、丙烯酸树脂、苯乙烯聚甲基戊烯(PMP)、聚对苯二酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚缩醛、聚(聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、聚(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯)(AES)、聚(丙烯腈-乙烯-丙烯-苯乙烯)(ASA)、聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)、尼龙6(N6)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、以及聚醚砜(PES)。弹性体可以单独使用或在共混物中使用。优选的弹性体包括热固性弹性体、例如、苯乙烯-丁二烯、聚丁二烯(BR)、乙烯-丙烯、丙烯腈-丁二烯(NBR)、聚异戊二烯、聚氯丁烯、硅酮、氟硅氧烷、聚氨酯橡胶、氢化丁腈橡胶(HNBR)、聚降冰片烯(PNR)、包括氯丁基(CIIR)和溴丁基(BIIR)的丁基橡胶(IIR)。得到的共混物包括烧结的混合物，具有变化孔隙率、柔性和机械强度多孔结构，这些变化主要决定于非PTFE或其它的非氟化树脂，并具有主要取决于氟化树脂的高注水压力，这是由于在烧结过程中氟化树脂优选地向孔表面迁移引起的。孔隙百分比、孔尺寸和厚度优选如上所述。混合的基质材料可以通过商业途径买到，或根据各种方法制造。Wolbrom的美国专利第5,693,273号详细描述了共同烧结以生产多孔隙的多孔塑料片材的工艺，这种片材可以从两层或多层聚合物树脂材料得到，Takiguchi等人的美国专利第5,804,074号详细描述了通过在模制过程中共同烧结两种或多种聚合物树脂以生产过滤器部件来生产塑料过滤器的工艺。这两个专利作为参考文件整体结合于此。

全蒸发冷却

在优选实施例中提供一种简化的用于容器的全蒸发冷却系统，这种简化的系统不使用任何机械泵将液体供给到全蒸发基质表面并且不依赖于真空来增强冷却效果。所提供的方法利用构成容器的一部分的全蒸发基质，其优选构成容器外壳的一部分，并且占容器的总表面积的约5％到100％，包括总表面积的约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％。该容器的液体内容物优选由容器中的液体，例如，水或水/溶解的固体混合物或溶液的蒸发潜热在环绕的液体/基质界面处直接冷却。在另一的实施例中，全蒸发套或外壳用来冷却与该套接触的物体，诸如饮料瓶或容器。所得到的液体蒸汽散失在周围环境中或通过基质散失在吸收材料中。在大多数容器中，在液体内自然对流和传导的热传输是导致该容器的液体内容物冷却的占支配地位的热传输机制。根据容器的大小和其它性质，该冷却作用在整个容器可以是基本均匀的。

全蒸发容器或套的液体内容物用作冷却剂。优选该液体体积损失为邻界的(marginal)；例如，在一个实施例中，液体体积损失在24小时内即使在具有明显的外部空气循环的情况下约15％。由于水的蒸发的高潜热(在75°F，583卡/克)，例如，需要7倍重的冰以维持当由全蒸发引起的水的损失时同样的温度下降。除了全蒸发冷却外，多孔基质额外的好处是消除由于饮料的碳酸化作用或由于内容物的消耗而在容器内产生的任何压差。

参考附图，在图1A和1B示出根据本发明构成的通气的全蒸发冷却容器的一个实施例。该容器的壁501至少构成全蒸发基质的一部分。这种蒸汽可渗透的基质可以占该容器总表面积的约5％到100％。如果整个罩和外壳(包括顶部500、壁501和底502)是由多孔的基质材料制造，则可以得到近似100％的覆盖。在一个优选实施例中，该全蒸发表面积大于总的容器表面积的约30％并提供相当大的全蒸发流通量以有效地将保存的液体冷却到环境温度以下并保持低于室温的液体温度。

在如图2所示的一个实施例中，可以使用两层或更多层的叠层结构。在一个实施例中使用三层多孔材料503、504和505以获得多层或层叠基质。在一个实施例中，在该容器的液体一侧上具有多孔的PTFE薄层504的聚乙烯的烧结大孔隙基质505增加疏水性和液体的侵入压力，但是有助于保持全蒸发流通量和良好的机械稳定性，如同用多孔的聚乙烯本身所获得的一样。此外，与在中间延展的PTFE层504形成夹心的多孔聚乙烯的第三层503在靠近该容器的内侧处提供抗刮擦的表面，使其对洗碗机(dishwasher)是安全的并基本上防止或减少柔软的延展的PTFE层被损坏。在相关的实施例中，叠层可以包含多于或少于三层和/或不同的多孔基质材料。

在另一实施例中，内层503包括全蒸发基质或叠层基质，中间层504包括具有孔或其它开口空间的隔热材料，以使蒸汽能够通过，而外层505包括脱水的或有吸收能力的材料。

该基质的优选取向是较高的液体注入(压力)膜面向该容器的内侧，而多孔基质支撑件暴露于该容器以外的空气。这些多孔材料的厚度在优选实施例中是在从约1/1000”(0.025mm)到1/4”(6.4mm)的范围内。多孔材料可以对容器的壁提供结构刚性、抗刮擦、和/或机械刚度。

在优选实施例中，具有小尺寸(＜10μm)孔的膜或材料薄层可以从一组高疏水性材料中选择，例如延展的聚四氟乙烯(ePTFE)并层压在较厚的多孔支撑件之间，例如烧结的聚乙烯，其允许相当大的全蒸发流通量。如果仅仅使用两层，每层的厚度可以从单原子表面处理到1/4”(6.4mm)之间变化，或对于泡沫隔热或多孔复合物可以更大。多孔陶瓷材料包括分子筛(沸石)或多孔聚合物薄膜(CSP技术公司，Auburn，阿拉巴马州)和有机基质材料，例如可以用活性碳基本防止或减少来自环境的臭味污染该全蒸发冷却装置或容器的液体内容物。

在优选实施例中，分层结构包括五层：内部ePTFE层，多孔的聚丙烯层、隔热的聚氨酯泡沫层、诸如沸石的陶瓷材料层、以及薄的无孔聚烯烃或聚酯制成的外包裹层。该装置可以用来将在该装置内的全蒸发保持在湿润环境中冷却。当吸收从该液体释放的蒸汽时，沸石或其它去湿剂将热直接或间接地传输到周围环境中，同时在该全蒸发套内的被隔热的液体内容物被冷却。包含沸石和无孔薄膜的外面两层可以是一次性的或可再生的，例如在炉子里烘干。

除了能够直接应用于该结构中多孔基质表面处理，材料或复合物的孔隙率优选保持在约10％到95％。这在基质内提供结构支撑并改善了可用的全蒸发表面积，进而改善该容器的整个冷却速率。该基质的孔的尺寸小于200nm时，努森扩散效应占据上风，有效地减少蒸汽渗透率并增大液体向蒸汽的转换和到该材料的空气/蒸汽表面的冷却区。根据一个优选实施例，优选的孔尺寸包括在约0.5μm到30μm的尺寸，其大于努森扩散范围。孔的尺寸在100μm以上时液体侵入压力大大减小，使得在某些情况下不那么希望使用单层大孔隙材料。如果使用膜和大孔隙支撑件的组合，那么在大孔隙支撑件上的较大的孔尺寸变得比不使用组合时更令人满意。

如图3A、3B、3C和3D所示，肋508和514可以附加在容器的内壁和/或外壁，以增强该容器结构的刚性，防止或减少对全蒸发基质507和513的损坏，并提供手握部514。附图3C和3F示出在具有较窄的颈部的带肋的构造的运动版设计。

图4中的实施例包括一层开口管(cell)，多孔的隔热器518可以附加在容器的外表面以便能够比较不妨碍蒸汽扩散到该系统的外面，但是减少对流和辐射热从周围环境通过容器内壁517流进该液体中。这种隔热器518的有益特征是有助于增加结构支撑，使手能够握住容器并且减少或防止对基质517的损坏。如这里所用的，“打成褶的”一词包括皱褶的表面和增加表面积的其它结构。打成褶的基质包括整个表面是打成褶的，或其中一个或多个部分是打成褶的，而其它部分是光滑的。

如图5所示，由于全蒸发冷却速率是该容器的表面积的直接函数，褶皱的膜或褶皱的多孔烧结基质520能够增进容器的全蒸发冷却。

全蒸发容器和衣物可以包括在该全蒸发基质外面的可调节的或可拆卸的套(sleeve)，以便能够有选择地覆盖或不覆盖该全蒸发材料的部分或全部。覆盖该全蒸发材料的一部分减少蒸汽流通量率，同时仍然保持部分全蒸发冷却。覆盖全部则基本上停止全蒸发并且可以用作该容器或衣物的“接通-断开”式开关。

例如，如图6A和6B所示的套524和525可以设置成减少暴露表面积527和该容器的总的蒸发冷却速率的装置，并因此减少液体的蒸发速率和冷却速率，能够更大地控制该容器内容物的温度。在某些情况下是希望减少冷却的，例如，当绝对压力、相对湿度和/或周围温度很低时。如图6B所示，优选在该容器和套之间的一个或多个部分之间设置间距或间隙530。该间隙可以用作隔离区和/或用作蒸汽的灵活的自然对流流动区，使能够保持全蒸发冷却并使辐射热传输到该容器中的液体内容物最小化。在该容器的多孔的基质523的外侧上的内套524优选至少在该容器外壳的顶部522和底部536附着在该全蒸发基质上，特别是，如果这些部分是无孔的。

在一个实施例中，全蒸发衣物或容器的一部分或全部可以包括全蒸发海绵，其既将水分保持在海绵体内又通过全蒸发提供冷却。一个优选实施例是两层全蒸发海绵，其内层海绵包括亲水材料，外层疏水材料层附着在内层海绵上。在这种结构中，内层海绵在使用之前能够被水或其它可蒸发的液体浸湿，而多孔的疏水顶层明显防止或减少在该全蒸发基质的外表面的全蒸发液体的渗漏。该液体提供热传输路径，通过润湿的基质直接到达容器壁内表面。

图7示出能够用在玻璃瓶和容器上的两层全蒸发海绵533。这种结构湿内海绵层能够534能够被水或其它可蒸发的液体浸湿，并且多孔的疏水顶层535明显地防止或减少在该全蒸发基质535的外表面的液体冷却剂的渗漏。该液体提供通过湿基质直接到容器壁内表面532的热传输路径。

图8示出另一种结构，其中含有水或其它全蒸发流体541的冷却套542通过口543被充满并用来冷却封闭的容器外壳539内的内容物。该外壳包括全蒸发基质537的一个或多个部分并且选择地包括一个或多个肋538以增强结构强度。在该封闭的中部外壳539内的液体内容物540因此能够被密封，基本防止或减少液体体积的损失或这个区域内的碳酸化。此外，该容器的全蒸发冷却效率不取决于所封闭的液体的性质，它只取决于填充该环绕外壳所用的水或液体541的挥发性、蒸发热、离子强度(张力)和溶质。如图7所示，该冷却套也可以用可拆卸的套制成，其包括疏水的全蒸发外层535和多孔的液体保持或液体吸收内层534。

图10示出全蒸发冷却饮料杯，其功能与图1A、1B、2、3A和3B所示的全蒸发瓶是类似的。只要液体一注入该杯中，该多孔的基质555使液体能够全蒸发地冷却。瓶外壳和肋556提供结构支撑和隔热。

这种类型的冷却套533和542也能够用在如食品冷却器的类似结构中，以将物品的温度降低到或保持在周围环境温度以下。在如图11A、11B和11C所示的护板560、565和573可以用在冷却器上以保护该全蒸发基质566，并且能够增加机械刚度并帮助该储存容器的操作。通过液体填充和排放口561和576，冷却器的盖558、572和底部563、559可以用水或其它全蒸发液体567和575填充。该容器的盖574和底部569的内侧优选用无孔材料制造。

图12示出冷水分配器，包括大容量水瓶579，例如5或10加仑的瓶子，以及全蒸发冷却的液体分配储液器580。当液体从瓶579充满该储液器580时，围绕该储液器的全蒸发基质581在液体从一个或多个出口阀583分配之前冷却该液体。或者，一个阀可用于冷却后的水，一个阀可用于热水。全蒸发冷却减少或不需要电致冷机构，例如冷冻压缩机。储液器580的塑料外壳582为该全蒸发基质581提供机械支撑。

在一个实施例中，全蒸发容器可以包括一个或多个背带，以便使该容器能够在身体上被携带。该容器可以以多种方式携带，包括但不限于，围绕躯干或四肢捆扎，或以背包或小包的形式携带。这种方法的潜在市场应用适合于全蒸发冷却运动设备的范围内以优化运动员的表现。图13示出全蒸发冷却水合作用包585的一个实施例。该包包括主体588，该主体包括全蒸发基质591，其在一个实施例中是带肋的，以提供较大的全蒸发表面积。该包通过填充和排放口587用全蒸发流体填充并且能够借助于一个或多个带586而携带。优选地包括饮用管589与该容器的内部流体连通，使携带者能够方便地饮用该流体。全蒸发冷却的饮水包，包括背包型可穿戴/携带容器，可用已知各种饮水包的胆(blader)部件的至少一部分来构成，已知的饮水包可用例如过热密封、粘接和/或缝合方法由全蒸发材料制成，其在本领域是已知的并且可以从市场上买到(例如，CamelBak，Petaluma，CA；HydraPark，Berkeley，CA)。

在一个实施例中，饮水包585包括至少两层的叠层：(1)外层591，包括打成褶的或未打成褶的全蒸发层，该全蒸发层包括疏水的全蒸发叠层；(2)支撑层593，其优选地包括用于全蒸发层591的薄支撑层，用作液体屏障。在一些实施例中，例如为了延长使用，水通过重力或芯吸作用从装液体的储液器588向下进入形成在该全蒸发基质591和该中间层593之间的空隙中。

可选的第三层优选包括隔热层并直接与皮肤(或通过衣服与皮肤热接触)接触并且在使用者和饮水包之间提供热屏障层。这层可以是连续的或具有隆起的图案(例如开槽的、起褶的、凹槽的)，使空气能够在使用者和该饮水包之间通过。可选的第三或第四层包括去湿的或有吸收能力的物质。

图14示出全蒸发冷却饮料袋，在保持器599上具有可选的网状带。该固定器可以包括非带状织物的材料，它只需要能够固定该袋并且优选不明显干扰全蒸发。如这样的全蒸发袋，能够用固定带600捆扎成腰带环，或连接在已有腰带的侧面。网状织物601使该多孔袋基质595能够沿着自由路径全蒸发。该袋594在一个优选实施例中包括三个主要部分：1)包含全蒸发基质的全蒸发主体595，2)注水口596和3)全蒸发冷却的饮水管597、602和带有阀的出水管598。该主体595可以由大致上整个或部分全蒸发基质构成。该全蒸发冷却的饮水管602在一个实施例中包括全蒸发疏水外层604，其基本防止或减少液体渗漏并进行全蒸发冷却；以及液体可湿润的内层605。一旦液体通过这种成层结构602的中心603被引入，该液体渗透进入产生液体锁(liquid lock)的亲水材料层605，其基本防止或减少空气通过多孔的基质604进入该管的中心。捕获在该亲水基质605中的液体通过该疏水的外层基质604自由地全蒸发。亲水的基质605和疏水的基质604以管状形式602进行组合提供的好处是当设置成与全蒸发冷却的储液器594或与非全蒸发冷却的储液器组合时，从该管的内部容积603直接提供冷却的饮料水。制造这种装置的一种简单方法是用等离子体处理该疏水的多孔PTFE管的中心。或者，饮水管可以用非全蒸发材料制造。

在一些实施例中，该全蒸发容器处于轻重量的液体填充(优选水填充)的全蒸发冷却的衣物的形式，其用作简单的个人微气候冷却系统，以在正常的或升高的环境温度下，在个人穿戴的保护衣服中减轻热应力。这种类型的衣物可以制造成保护服。例如化学或生物保护服，或Nomex消防服，以构成这种服装的一部分或者与这种保护服结合穿戴。或者，这种衣物可以穿在一层身体防护甲的下面。

根据优选实施例，冷却的衣物可以用于许多目的，包括但不限于消防和救援人员、军事人员和有害(化学和/或生物)物质工作者，以及运动爱好者，通过在运动时从其身体释放较多热能够增加忍耐力。全蒸发衣物也可以降低由穿着者发出的红外辐射量。在优选实施例中，使用水或者水与乙醇(优选约5到15％)的混合物作为全蒸发冷却剂源以使该装置基本上是无害的并且能提供附加的功能，例如作为额外的袋为该穿着者提供全蒸发冷却饮料水。冷却的饮料水能够减少穿着保护服或衣服的个人或从事体育活动的个人的热载荷，特别是对于需要耐力的体育活动而言。虽然无害的和/或适于饮用的冷却剂是优选的，但是可以使用能够提供全蒸发冷却功能的任何液体，包括甲醇、异丙醇、非饮用水和其它液体和溶剂。优选地，选择的冷却剂是能够与其在该衣物内接触的材料兼容的。

在一个优选实施例中，全蒸发冷却衣物是一种外套或背心的形式。该全蒸发冷却衣物可以单独穿戴，或可以结合穿戴，或可以与另一件衣物或外衣成一体，例如保护服。当结合或一体成另一件外衣时，该全蒸发冷却衣物优选包括最内层以便与穿着者密切接触(即热接触)。该全蒸发冷却衣物可以直接与皮肤接触，或者与穿戴者所穿的另一件衣服接触。在某些实施例中，该全蒸发衣物包括织物或材料覆盖直接面向该衣物内部的该全蒸发基质的一部分或全部(即与穿着者接触或热接触的部分)。虽然通过具有具体结构的外衣或背心的形式讨论了全蒸发衣物，但是该讨论不应当解释为对本发明的限制。这里所讨论的原理可以用于各种全蒸发冷却衣物，包括外套、帽子、腰带、裤子、护腿以及包裹身体一部分或多个部分的结构，例如腿或臂(或其一部分)、或颈部。

图15示出外套608的优选实施例的结构。该外套可以单独穿，或者该外衣或背心可以藏在衣服或保护服下面，例如防化服，或Nomex消防服或身体护甲。

在优选实施例中，该外衣包括三层或四层叠层：

(1)选择性采用的可再生的或一次性使用的外层610，其包括吸收来自全蒸发作用的水分或其它流体的吸潮的或有吸收能力的材料；

(2)包括全蒸发层的外层611，优选为打成褶的，其包括全蒸发叠层，优选为疏水性的；

(3)中间层613，其包括可以用作液体屏障层的全蒸发层的薄支撑层，并且在一些实施例中，对潜在的有害生物和化学物质的屏障层。为了长期工作，在一个实施例中水和其它冷却流体可以通过重力或芯吸作用从装液体的储液器616，例如在外套的肩部，向下进入形成在该全蒸发基质和该中间层之间的间隙中；以及

(4)内层615，直接或通过一件织物材料与皮肤接触，例如是该外衣一部分的织物或材料和/或穿着者所穿戴的单独件。该内层优选包括有由热密封形成的图案的或蜿蜒的区域。在一个实施例中，提供只包括上述的层2和层4的简化的外衣。

流体通过在该外套上的口607可以设置在该外套内。在优选实施例中，在该内层和中间层之间的空间614形成空气胆，当通过口618充气时其提供与该冷却的外套中的液体的隔热层。当该空气胆通过该空气软管上的末端开口塌陷时，液体层通过相叠的中间层和内层与皮肤接触并且这提供了即需即有的冷却。在另一个实施例中，在该外套中的分成隔断的水储液器夹在该中间层和内隔热层之间提供饮料水的冷却源。选择地，该储液器可以包括可塌陷的袋以防止水晃动，这种晃动可以产生不适当的或不希望的噪声。在其它的实施例中，该衣物可以包括饮水管617，使穿着者能够饮用该外衣内的液体。

如果不具有吸潮的/吸收能力的外层的全蒸发的衣物被穿在保护服的或其他衣服下面，优选这种衣服是可渗透该全蒸发流体的或该衣服，具有通气孔、小孔或其它开口使该全蒸发流体能够通过。

在一些实施例中，该全蒸发衣物还包括可再生的或一次性使用的外层，该外层包括能吸收来自全蒸发的水分或其它流体的吸潮的或有吸收能力的材料。用于含水的全蒸发流体的合适的吸潮的或有吸收能力的材料包括但不限于：硫酸铵、分子筛以及聚丙烯酸。该吸潮的/有吸收能力的外层在使用后可以丢弃或它通过例如加热和/或减压再生。在优选实施例中，该吸潮的/有吸收能力的层吸收至少约其3-4倍重量的水。该层吸水的过程优选为吸热的或至少是最少地放热的。在优选实施例中，这层提供高度的吸收率、空间稳定性和/或由于水蒸汽在这层的水合作用而产生最少的热。本领域的技术人员很容易理解，吸潮或有吸收能力的层可以与这里描述的任何全蒸发容器组合。当这种类型的全蒸发衣物用在包含在另一件衣物中或与另一件衣物成为一体时，在该另一件衣物中不需要小孔、通气孔、开口等，虽然如果希望的话它们可以存在。在相关的实施例中，该吸潮的/有吸收能力的外层包括抗化学的和/或对化学和/或生物剂基本不渗透的材料，以提供对穿着者的额外保护。

下面简单述这种结构的热动力学实用性。假定从表1在75°F下在静止空气中通过多孔的基质的平均水蒸汽全蒸发流量为4*10^-6g*cm^-2*s^-1，并且假定水蒸汽流通量在95°F下增加一倍为8*10^-6g*cm^-2*s^-1。如果在95°F蒸发的焓为2400j/g，那么该基质每单位面积的能耗为1.9*10^-2瓦*cm^-2。为了实现功耗为25瓦，在这种饮水包在结构上所用的基质表面积需要1500cm²或1.5英尺²。起褶的膜或起褶的多孔烧结基质的使用增强全蒸发冷却能力，因为全蒸发冷却能力是该外套的多孔表面积的直接函数。为了以这种速率冷却4小时，在该过程中大约将消耗150毫升的水。因而少于0.5磅的少量的水将用于该过程。填充该外套的水可以是重量大约小于3磅或更少，这看来是合理的。

正如本领域技术人员所理解的，在上面所讨论的外套、袋和背包的实施例中的各种层结构是可以互换的，正如它们与这里所公开的其它容器配置是可以互换的一样。

根据一个实施例，多层或多功能基质的优选取向是这样的，较高的液体侵入程度的基质表面面向衣物的内侧而基质支撑背面暴露于该衣物的空气外侧。这些多孔材料在优选实施例中的厚度在1/128”(0.2mm)到1/8”(3.2mm)。在一个实施例中，膜和全蒸发基质的成层的复合物选择成用具有小孔尺寸的高疏水材料，例如层压在较厚的多孔支撑，例如烧结的聚乙烯，之间的多孔的聚四氟乙烯(ePTFE)在液体/基质界面提供高液体侵入压力，同时它们具有很大的全蒸发流通量。

制造方法

制造全蒸发容器或全蒸发衣物的全蒸发基质部分有若干种方法，包括但不限于，在型腔中烧结亚毫米级的塑料颗粒以直接形成该全蒸发壁；将一件或多件全蒸发基质热层压或超声层压或焊接在一起或在一个合适的框架内；镶嵌模铸，其中将一个或多个片材或圆筒形多孔基质插入模具型腔中并且将热塑性聚合物直接注模在该插入件周围以形成所希望的具有多孔的基质部分的复合物；热密封；用粘接连接部件；和/或可以用缝合法组装全蒸发衣物或容器的全部或一部分。

可以用包含两层或多层多孔材料的叠层结构以获得机械或物理上性能更好的基质。例如，在容器的液体一侧的聚乙烯的烧结的大孔隙基质与多孔的ePTFE薄层的组合能增加疏水性并将水的液体穿透压力从5psi增大到30psi，而且层压的基质仍然保持与用多孔的聚乙烯本身所获得的同样的全蒸发流通量。

图1A和25B示出全蒸发容器的优选实施例的结构，具有包含全蒸发基质的壁部分501。该壁501通过例如镶嵌模铸、热或超声焊接、粘接结合、或其它合适的方法固定于容器的顶部500和底部502。在这个例子中所示的瓶子的顶部500允许螺纹配合并可以与通气的瓶盖一起使用。该顶部500和底部502可以用任何合适的方法制造，包括模制、真空成形等。

图3A和3B示出用于薄的全蒸发基质507的带肋的结构，以获得附加的结构支撑。该肋508给予容器壁结构整体性和刚性表面以便能够牢固地握住该容器。该肋508可以设置在该全蒸发基质的外侧、内侧和/或一侧或多侧。该肋508优选通过镶嵌模铸注模在该全蒸发基质507上。或者，可以用超声焊、热焊或粘接等将肋508封于多孔基质507，或将多孔基质507焊封于带肋的容器外壳508。

图3C和3D示出这种容器的运动版设计，其使该容器通过瓶颈512能够牢固地固定。该瓶口511允许使用各种盖，包括卡接盖和螺纹盖。

图4示出隔热的疏水的开口管式泡沫层518，其使水蒸汽能够通过该开口的管式结构移动，但是阻碍该容器物质的热对流和热辐射。表1列出隔热基质减少液体损失率同时保持相当大的全蒸发冷却。在优选实施例中，隔热泡沫518如同弹性套一样放置或取下。

增加全蒸发冷却效率可以通过使该基质起褶而增加该基质与液体接触的表面积来实现。图5示出起褶的容器体520，其使每单位容纳的液体体积能够暴露更大的全蒸发表面积。这种结构能够减少全蒸发冷却该容器体积所花的时间。具有这种结构的容器可以用镶嵌模铸、或用粘接剂制成或用熔融塑料将两端连接于容器的底部521和顶部519。

图6A和6B示出在基质523的外侧转动的套525。当外套525转动通过内套524时，形成一组垂直缝隙527，其打开和关闭允许全蒸发基质523可变地暴露，从而减少蒸汽流通量率，但是然仍然保持足够的全蒸发冷却。其缝隙可以垂直地调节而不是转动调节的垂直滑动套也可以用于这种类型的结构中。内外套524和525由基本上无孔的材料制造，例如不允许水蒸汽通过的塑料或金属。图6B示出环形套，其有助于在多孔的基质523和静止的内套524之间保持非常小的间隙530。该间隙530用作屏蔽以基本上防止或减少对流和辐射热直接传输到主容器体的多孔的基质523。此外，该间隙530允许蒸汽流到该环形区域527的外面。套524和525也可以用于如图5所示的起褶的全蒸发表面520。同样，该套524和525可以通过将其在容器的外侧滑动而防止在该容器的外侧。内套524可以连接或焊接到位。

图7和8示出全蒸发容器的带外套的实施例。如图7所示，该冷却的外套可制造成可拆卸的套，包括疏水的全蒸发外层535和多孔的液体保持或吸收内层534。在图8的实施例中，外部的外套541通过特殊的口543填充水或其它挥发性的流体541，并且内部液体容器540基本保持在环境温度。这种结构的一个优点在于碳酸饮料可以存放在该容器内而不损失碳酸化作用。此外，具有低全蒸发倾向的液体，例如，富含电解质或糖的液体可以放置在该容器的内腔540中，而蒸馏水或其它易于全蒸发的液体541放置在外腔，易获得足够的温度降。

如图7和图8所示的全蒸发结构的另一种实施例用于疏油的全蒸发基质，其保持有机液体，例如乙醇。在这种结构中，外部外套533、542用乙醇填充，并用作全蒸发冷却剂534、541。

图10示出在功能上与图1A、1B、2、3A和3B的容器类似的全蒸发冷却的饮料杯。将平面的全蒸发基质绕杯体555卷绕或以圆筒形套在杯体上，并且将该材料通过粘结、封装、热焊或超声焊接连接。也可以用镶嵌模铸直接将该材料连接于瓶架和壁。

图11A、11B和11C示出用于产生存放饮料和食物568的冷却容器的结构。这种结构中，盖子558、冷却器壁559和564或优选盖572和壁559和564两者都包含充满液体的全蒸发外套566和578。该容器还可以包括一层或多层隔热层。该容器可以用于在环境温度以下存放食物和饮料568若干天。在一个实施例中，冷却器体组件563可以通过将平面全蒸发基质556放置在壳体564的内侧并通过粘接、封装、热焊或超声焊接连接该材料而进行工作。或者，利用镶嵌模铸直接将材料556连接于框架或壁564。

提出用于减少热应力的一种解决方案是基于全蒸发的构思。冷却的饮水包或利用全蒸发冷却机制的其它冷却衣物，例如，它不仅在军事上作为人员的冷却系统获得应用，而且应用于运动爱好者，他们在竞赛中从其体内释放更多的热从而增加他们的忍受能力。用水或水与乙醇(优选为5到15％)的混合物作为全蒸发冷却剂源使得装置是无害的并提供附加的功能，例如用于全蒸发地冷却饮料水的额外的水袋。冷却的饮料水也减少穿着保护服或衣服的人员的热载荷。

这里描述的全蒸发的饮水包具有类似于前面描述的全蒸发饮料冷却瓶的结构。利用全蒸发冷却的效率(2400J/g)与熔解热(335J/g)加上液体加热量(105J/g)相比，在室温下(77°F)，以质量为基准，全蒸发冷却的效率比使用冰高5倍。在表1、2和3提供的数据表明在不同的室温和相对湿度在30％到40％时，在不同的气流速度下全蒸发冷却瓶发生的情况。

图14示出全蒸发冷却饮料袋594的一个实施例，示出了可选用的丝网式背带固定器599。在一个实施例中，背带直接连接于主体595并且不使用固定器，不论是否是丝网式的。像这样的全蒸发袋可以利用固定带600或类似的其它连接装置穿在肩部、捆扎成带圈，或连接于现有皮带的侧面。在一个实施例中，带状织物601用尼龙网缝制，而固定带600是Velcro、尼龙/Velcro复合物，或其它性质的合成材料。该包的多孔基质595的各个部分可以用热焊封、热焊接、超声焊接或粘接层压，或在这里所讨论的关于其它相关容器的方法装配。在一个实施例中，全蒸发冷却饮水管602包括全蒸发冷却外层604，它很大程度上防止或减少液体渗漏并且全蒸发冷却，以及液体可湿润的内层605。一旦通过这种成层的结构602的中心603将液体引入，该液体穿过产生液体锁605的亲水材料，其防止或大大减少空气通过多孔基质604进入该管中心603的量。捕获在该亲水基质605中的液体通过疏水外层基质604自由地全蒸发。这种管形式602的亲水基质605和疏水基质604的组合的好处在于从内管容积中直接提供冷却的饮料水。正如上面所提到的。这种管可以与全蒸发的或非全蒸发的水袋一起使用，或可以与其它容器，全蒸发的和非全蒸发的，一起使用。制造全蒸发的管602的一种方法是等离子体处理该疏水的多孔PTFE管的中心，使该管的内部605是亲水的。

全蒸发冷却装置的工作

全蒸发冷却装置的优选结构是简单的并且可以在环境条件下运行以冷却和/或保持容器内的流体或固体物质，而没有与机械泵相关的重量和可靠性的缺点或需要外部机械真空以增加全蒸发冷却率的缺点。在一个优选实施例中，图1A这种容器的径向尺寸足够大，因此通过液体内容物的自然对流获得对流混合。这是因为，在某些情况下，仅仅液体的热传导性不足够高，不足以在整个容器内有效地保持大致均匀的温度分布。当在该容器内壁的液体被冷却时，与中心处的液体相比减少了内壁处的液体密度。这是由于密度的差别，较冷的液体从容器的侧壁向下流动到容器的底部，在底部被携带向上流动在容器中间形成循环，这个过程与强迫对流相反，称之为自然对流。当冷却速率足够高时，对流旋涡从容器的侧面中断，增大混合速率。

这些现象和它们的发生可以用计算的无量纲参数预见，即格拉晓夫数(在重力场中用于流体浮力的参数)和普朗特数(描述流体的热和容量性质的参数)。这两个参数的组合使得有可能计算努赛尔特数(总的热传输参数)。在全蒸发容器内的自然对流在通过同样液体介质的热传导场所，使对流热能够通过有浮力的流体传导，从而将增强冷却效率和装置冷却速率。

表1列出在相对湿度为30％到40％和不同气流速度下的端点全蒸发冷却数据和多孔的隔热基质的效果。表2和表3列出在不同相对湿度和在阴影(表2)和出现直接阳光照射(表3)的情况下端点水全蒸发冷却数据。全蒸发材料是PTFE(聚四氟乙烯)或烧结的UHMWPE(超高分子量聚乙烯)。X-7744，X-6919和402HP是这些表中列出的不同孔隙率、不同孔尺寸和不同厚度的UHMWPE材料

表1

基质材料	孔隙率	孔尺寸(μm)	厚度s(mm)	液体损失(％/小时)	流通量(gcm2/s)*106	冷却(°F)	在2MPH冷却(°F)	在5MPH冷却(°F)
									对比1(PF)	无	无	1.5	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
对比2(PF)	无	无	1.5	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
									PVDF	75％	0.5	0.1	0.4-3.0	1.9-7.6	12.7	14.3	14.8
UMWWPE	35-50％	7	0.6	0.3-1.0	1.2-6.6	10.6	12.6	13.0
									PVDFw/泡沫隔热	75％	13.5	5.1	0.4-1.9	2.0-6.5	12.1	11.5	10.7
UHMWPEw/泡沫隔热	35-50％	20	5.6	0.3-0.8	2.2-5.2	9.8	10.5	11.2

表2

阴影/RH38.6％/75°F基质材料	孔隙率	孔尺寸(μm)	厚度(mm)	温度(°F)	全蒸发冷却(°F)
						对比#1(PE)	无	无	1.5	72.2	-
对比#2(PE)	无	无	1.5	71.9	-
						X-7744	35-50％	7	0.6	63.6	8.4
X-6919	35-50％	＜15	1.6	65.1	6.9
						402HP	40-45％	40	0.6	63.4	8.7
402HP	40-45％	40	1.3	64.7	7.3
						支撑的PTFE	75％	＞50	0.3	63.4	8.7

表3

阳光充足/RH4 1.0％/77°F(阴影下的传感器)基质材料	孔隙率	孔尺寸(μm)	厚度(mm)	温度(°F)	全蒸发冷却(°F)
						对比#1(PE)	无	无	1.5	93.6	-
对比#2(PE)	无	无	1.5	93.3	-
						X-7744	35-50％	7	0.6	71.3	22.2
X-6919	35-50％	＜15	1.6	73.1	20.4
						402HP	40-45％	40	0.6	73.1	20.4
402HP	40-45％	40	1.3	73.7	19.7
						支撑的PTFE	75％	＞50	0.3	73.1	20.4

表1列出在不同的环境气流速度下端点水全蒸发冷却数据和在30％相对湿度下的1/16”开口管式多孔尿烷(氨基甲酸乙酯)隔热基质的效果。表2和表3列出在不同的相对湿度和阴暗中或有直接阳光辐射情况下的端点水全蒸发冷却数据。在这三个表中的全蒸发材料是PTFE或烧结的UHMWPE(超高分子量聚乙烯)。

当外部相对湿度下降并且如果该容器放置在直射阳光下时，可以看出容器的附加增强的冷却效果。较低的外部湿度增加蒸汽凝结梯度，并且外部加热升高液体温度和蒸汽压力，这导致全蒸发流通量的增加。根据环境条件、容器的几何形状和材料的选择，该方法能够在容器中保持低于环境温度22°F的子环境冷却。见表3。对于700毫升液体体积，如图9所示，各种全蒸发基质及其组合获得这种冷却温度的时间是约2小时。

蒸发冷却容器的一个优选实施例包括单一的或组合的多孔基质，其全蒸发层的厚度为约0.025mm(0.001英寸)到10mm(0.394英寸)。此外，为了增加全蒸发过程的效率，该基质数量优选使得其热传导最小化。优选，该基质基本不妨碍蒸汽的消散，因此，在一个实施例中，孔的尺寸优选在约100nm以上。该基质的优选表面孔隙率在约15和90％之间，包括20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80和85％。用空心熔融颗粒制造的多孔基质或开口管式多孔基质能够有助于基本防止或减少从周围环境向容器的不适当的热传输。

上面描述的各种方法和技术提供了实施本发明的许多种方法的一部分。当然，应当理解，没有必要在根据这里所描述的任何具体实施例或任何其它单个实施例中实现描述的所有目的和优点。因此，例如，本领域的普通技术人员将会认识到，以实现或优化这里所公开的一个优点或一组优点的方式执行的方法或制造的物件没有必要实现这里所公开的或提出的其它目的或优点。

还有，本领域的技术人员将会认识到，不同实施例的各种特征可互换性。同样，本领域的普通技术人员能够混合和配合上面讨论的各种特征和步骤以及用于这些特征和步骤的其它已知的等同物，以根据这里所公开的原理执行方法。

虽然在一些实施例和实例中描述了本发明，本领域的技术人员应当理解，本发明延伸超过具体公开的实施例大到其它可选实施例和/或用途以及各种显而易见的修改及其等同物。

Claims (31)

1.一种全蒸发冷却容器，其包括：

包含一个或多个壁的容器体；

其中所述一个或多个壁的至少一部分包括全蒸发基质，所述基质包括多孔的疏水材料，其中，所述基质允许少量挥发性液体蒸汽的分子通过该基质，其蒸发作用冷却该容器。

2.根据权利要求1的全蒸发冷却容器，其中该基质还包括层叠在或沉积在该多孔的疏水材料上的薄的疏水的或疏油的多孔材料。

3.根据权利要求2的全蒸发冷却容器，其中，该基质在该容器体上的取向使得多孔的疏水材料层面向该容器的内部。

4.根据权利要求1的全蒸发冷却容器，其中，该一个或多个壁的表面的至少10％包含所述基质。

5.根据权利要求1的全蒸发冷却容器，其中，还包括连接于所述一个或多个壁的基底。

6.根据权利要求1的全蒸发冷却容器，其中，还包括直接邻靠该容器体的至少一部分的可再生的或一次性使用的外层，所述层包括去湿的或有吸收能力的材料，该材料吸收全蒸发产生的水分或其它液体。

7.根据权利要求1的全蒸发冷却容器，其中，该基质包括内层，该内层包括放置在两个多孔疏水材料的外层之间的高度疏水的多孔材料。

8.根据权利要求7的全蒸发冷却容器，其中，该内层的孔尺寸和厚度小于外层的孔尺寸和厚度。

9.根据权利要求7的全蒸发冷却容器，其中，该内层包括PTFE，且该外层包括聚乙烯。

10.根据权利要求1的全蒸发冷却容器，其中，该容器还包括多个支撑肋。

11.根据权利要求1的全蒸发冷却容器，其中，该基质包括空心的或延展的颗粒，这些颗粒熔化或粘结在一起，以减少该基质的热传导以及全蒸发冷却效率的损失。

12.根据权利要求1的全蒸发冷却容器，其中，还包括围绕该一个或多个壁的至少一部分的隔热的套。

13.根据权利要求12的全蒸发冷却容器，其中，该隔热套包括多孔材料。

14.根据权利要求12的全蒸发冷却容器，其中，该隔热套大致为管状并且在其壁上具有一个或多个开口，从而该套可以绕该容器转动，以选择性地覆盖或暴露所述全蒸发基质的各部分。

15.一种用于容器的冷却外套，包括：

外套主体，其包括

包含疏水多孔材料的外层；和

与所述外层共同延展并与所述外层流体连通的内层，所述内层适于保持挥发性液体；

其中，所述外套主体的形状使该内层能够与该容器的至少一部分相接触。

16.根据权利要求15的冷却外套，其中，该内层包括海绵状材料。

17.根据权利要求15的冷却外套，其中，该内层包括一个或多个空隙空间。

18.根据权利要求17的冷却外套，其中，该内层还包括能够被密封的开口，以允许再填充并密封该内层。

19.根据权利要求15的冷却外套，其中，该外套主体大致为圆筒形。

20.根据权利要求15的冷却外套，其中，在所述内层和外层之间还包括中间层。

21.一种冷却衣物，其包括：

包含全蒸发材料的外层，该全蒸发材料包括具有疏水特性的全蒸发基质；和

内层；

其中，该外层与冷却液本体流体连通，且该内层与该衣物的穿着者热接触。

22.根据权利要求21的冷却衣物，其中，还包括中间层，该中间层包括用于该全蒸发层的薄的液体支撑屏障层。

23.根据权利要求21的冷却衣物，其中，该冷却衣物与一件衣服或保护服结合或与其成一体。

24.根据权利要求21的冷却衣物，其中，还包括与冷却液本体流体连通的管，使该衣物的穿着者能够用嘴饮用该冷却液。

25.根据权利要求21的冷却衣物，其中，还包括可再生的或一次性使用的外层，该外层包括去湿的或有吸收能力的材料，该材料吸收全蒸发作用产生的水分或其它流体。

26.根据权利要求21的冷却衣物，其中，该外层是褶皱的，以增加全蒸发的表面积。

27.根据权利要求21的冷却衣物，其中该中间层是对潜在有害的生物物质或化学物质的屏障层。

28.根据权利要求21的冷却衣物，其中该内层包括由热密封工艺形成的带图案的或蜿蜒的区域。

29.一种全蒸发冷却的管或细管，包括

长的空心管状结构，其包括外全蒸发层，该外全蒸发层包含与多孔的内层共同延展的疏水材料，该内层包含亲水材料，该内层形成液体能够通过的管腔。

30.根据权利要求29的管，其中，在使用时液体渗透进入产生液体锁的该多孔的内层，该内层实质性地减少通过该外层进入该管状结构的空气的量。

31.根据权利要求29的管，其中，该管状结构由疏水的多孔管构成，其中该管的内表面进行过化学处理以使其成为亲水性的。

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