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【発明の名称】 容器内の液体を冷却するための方法と装置
【発明者】 【氏名】ペーター マイアー−ラックスフーバー

【氏名】アンドレアス ベッキー

【氏名】ゲルト リヒター

【氏名】ライナー ヴェルツ
【要約】 【課題】

【解決手段】容器３の内部の液体４を液体冷却器１によって冷却するための方法と装置であって、液体冷却器が吸着媒体１４を通して、冷却されるべき液体４と熱的に接触した蒸発器から作動媒体蒸気を吸込み、その際、吸着媒体１４の再生時に作動媒体蒸気が蒸発器８内へ逆流し、かつ凝縮時にその凝縮熱を容器内の液体４に放出する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 容器（３）内の液体（４）を液体冷却器（１）によって冷却する方法であって、液体冷却器が、冷却されるべき液体（４）と熱的に接触した蒸発器（８）から吸着媒体（１４）を通して作動媒体蒸気を吸い込む形式のものにおいて、吸着媒体（１４）の再生時に作動媒体蒸気を蒸発器（８）内へ逆流せしめ、かつ凝縮時にその凝縮熱を容器（３）の内部の液体（４）に放出せしめることを特徴とする容器内の液体を冷却するための方法。
【請求項２】 容器（３）内で凝縮熱を受け取る液体（４）と、これに続いて冷却される液体（４）とを同一とする請求項１記載の方法。
【請求項３】 吸着媒体（１４）を、それが作動媒体蒸気を吸着している間に吸着媒体容器（１０）の壁を介して冷却する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】 吸着媒体（１４）の冷却を、吸着媒体容器（１０）の外表面から水様の液体を蒸発させることにより行う請求項３記載の方法。
【請求項５】 吸着媒体容器（１０）の内部に吸着媒体（１４）を備えた液体冷却器であって、吸着媒体容器が、遮断可能な蒸気導管（９）を介して、蒸発と作動媒体蒸気の液化とのための蒸発器（８）に結合されている形式のものにおいて、蒸発器（８）が、蒸発器（８）を介して冷却されると共に再生時には凝縮熱を受け取る液体（４）を受容することのできる容器（３）に連結されていることを特徴とする液体冷却器。
【請求項６】 容器容積内の液体のそのつど一部分だけが冷却され、かつ残余の容器部分内の液体（４）が著しくは冷却されないままとなるように蒸発器（８）が容器（３）内に組み込まれている請求項５記載の液体冷却器。
【請求項７】 吸着媒体容器（１０）が外側領域内に水様の液体のためのホールドバック手段（２２）を有しており、これらのホールドバック手段が吸着媒体（１４）の冷却に役立っている請求項５または６記載の液体冷却器。
【請求項８】 遮断可能な蒸気導管（９）が、作動媒体蒸気を妨げなく吸着媒体（１４）から蒸発器（８）へ流動せしめると共にその反対の流れ方向を手による開放によってのみ開通させるチェック弁を有している請求項５から７までのいずれか１項記載の液体冷却器。
【請求項９】 液状の作動媒体（１５）を蒸発器（８）の表面に分配すると共に流出する作動媒体蒸気のための妨げのない流路を形成する挿入体（１６，２５）が蒸発器（８）に設けられている請求項５から８までのいずれか１項記載の液冷却器。
【請求項１０】 蒸発器（８）の、液体（４）と接触したその外側のジャケットが、容器（３）のいかなる位置でも余すところなく液体（４）を空にすることができるように形成されている請求項５から９までのいずれか１項記載の液体冷却器。
【請求項１１】 蒸発器（８）内に閉鎖可能な吸込導管（２７）が開口しており、この吸込導管を通して吸着媒体容器（１０）を排気することができるようになっている請求項５から１０までのいずれか１項記載の液体冷却器。
【請求項１２】 容器（３）が下方の領域内に外部からの加温に対する断熱体（７）を備えている請求項５から１１までのいずれか１項記載の液体冷却器。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容器内の液体を液体冷却器によって冷却する方法であって、液体冷却器が、冷却されるべき液体と熱的に接触した蒸発器から吸着媒体を通して作動媒体蒸気を吸い込む形式のものに関する。
【０００２】さらに本発明は、吸着媒体容器の内部に吸着媒体を備えた液体冷却器であって、吸着媒体容器が、遮断可能な蒸気導管を介して、蒸発と作動媒体蒸気の液化とのための蒸発器に結合されている形式のものに関する。
【０００３】
【従来の技術】吸着装置は、その内部において液状または固形の吸着媒体が、第２の比較的高い沸点を有する媒体である作動媒体を蒸気の状態で熱解放下で吸着する装置である。その場合、作動媒体は蒸発器内で熱を受け取りつつ蒸発する。吸着媒体が飽和した後に吸着媒体は熱供給によって再び脱着することができる。その場合、作動媒体は吸着媒体から蒸発する。作動媒体蒸気は再液化し、次いで蒸発器内で改めて蒸発することができる。
【０００４】固形の吸着媒体によって冷却するための吸着装置がヨーロッパ特許第０３６８１１１号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第３４２５４１９号明細書から公知である。その場合、吸着媒体で充填された吸着媒体容器が、蒸発器内で発生した作動媒体蒸気を吸込み、これを吸着媒体充填物内で熱解放下で吸着する。その場合、吸着熱は吸着媒体充填物から放出されなければならない。冷却装置は食材の冷却および保温のために断熱されたボックス内に挿入することができる。
【０００５】ヨーロッパ特許第０３６８１１１号明細書から公知である吸着冷却システムは搬送可能な冷却ユニットと、これから分離可能な定置のチャージステーションとから成る。冷却ユニットは固形の吸着媒体で充填された吸着媒体容器と蒸発器とから成り、蒸発器は液状の作動媒体と内部に埋め込まれた熱交換器とを有している。蒸発器と吸着媒体容器とは遮断可能な蒸気導管を介して互いに結合されている。蒸発器内に埋め込まれた熱交換器を通して液状の媒体が通流され、この媒体は遮断装置の温度調整された開放および閉鎖によって所望温度レベルに冷却される。吸着媒体が作動媒体によって飽和された後に、吸着媒体はチャージステーション内で加熱することができる。その際流出する作動媒体蒸気は蒸発器内で再液化される。その際凝縮熱は、埋め込まれた熱交換器を通して通流されなければならない冷却水によって排出される。この吸着冷却システムは熱交換器が埋め込まれていることと、温度調整が行われることとによって、製作の点でコスト高であると共に実際の使用の点で不慣れな人にとって複雑である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は従来技術に対比して比較的簡単な冷却方法と安価な液体冷却器とを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に記載されているように、吸着媒体の再生時に作動媒体蒸気を蒸発器内へ逆流せしめ、かつ凝縮時にその凝縮熱を容器の内部の液体に放出せしめることにより解決される。また上記課題は、請求項５に記載されているように、蒸発器が、蒸発器を介して冷却されると共に再生時には凝縮熱を受け取る液体を受容することのできる容器に連結されていることにより解決される。関連する請求項は本発明による方法の実施態様と本発明による別の構成とを示す。
【０００８】
【発明の効果】本発明に基づく吸着装置は吸着媒体容器の内部の吸着媒体と、遮断可能な蒸気導管と、蒸発器内の液状の作動媒体とを備えている。蒸発器は容器内に充填された液体に良好に熱接触して位置している。上記構成部分は互いに固定的に結合されており、かつこの状態はすべての方法ステップ中でも維持される。
【０００９】再生過程中に、吸着媒体が加熱されて作動媒体蒸気を脱着する。作動媒体蒸気は遮断可能な蒸気導管を通して蒸発器内へ流入してそこで凝縮する。凝縮熱は容器内の液体によって温度上昇下で受け取られる。再生の終了時点で吸着媒体内への熱供給が遮断される。これによって、それ以上の作動媒体蒸気の脱着が終了する。脱着された作動媒体は蒸発器内で液状で存在する。蒸気導管は遮断される。吸着媒体は吸着媒体容器の壁を介した熱放出によって周囲温度まで冷却される。
【００１０】冷却過程の導入のために、遮断されていた蒸気導管が開放される。これにより蒸発器から作動媒体蒸気が吸着媒体容器内へ流入し、吸着媒体によって発熱的に吸着される。蒸発器内の蒸発する作動媒体量が冷却され、これを囲む液体が冷却される。短時間で最大の冷却量を得るためには、吸着媒体はアクティブに冷却されなければならない。吸着熱を受け取る十分大量の水によって吸着媒体容器が囲まれている場合、または比較的わずかな水量が吸着媒体容器壁によって熱の受け取り下で蒸発することができる場合には特別強い冷却作用が得られる。有利には容器壁が５０℃より低い温度に冷却されることが望ましい。そうすれば、蒸発器内に十分低い温度が可能である。
【００１１】本発明によれば、蒸発器の周りと下方に存在する液量だけが冷却される。上方の液量は液体の密度が低い上に熱伝導がわずかであることにより出発温度に近い温度を保つ。蒸発器の適当な位置決めおよび構成によって、冷却されるべき液量を予め選択することができる。実際にはこのことによって、まず初めに取り出される下方の液量の比較的迅速な冷却が得られる。上方の液量は、冷却された液量が注出されることによって、蒸発器の領域内へ降下した際に初めて冷却される。
【００１２】容器の新たな充填に先立って、一般には容器が洗浄される。このことのために、洗浄液およびすすぎ液が容器内へ導入され、かつ一般には容器の傾倒の際に再び排出される。それゆえ、蒸発器は容器がすべての洗浄法において問題ないように、かつすすぎ媒体が余すところなく空にされることができるように形成されている。液体に接触する蒸発器壁は滑らかであり、かつホールドバック凹所(Rueckhaltevertiefungen)がないように形成されている。レンズ状および円筒状のジオメトリが適切である。蒸発器内室は熱交換面全体を利用するために、蒸発時に減少する水様の充填物が可能な限り長く壁面全体を濡らすように形成されていることが望ましい。本発明によれば、このことのために、吸湿性の表面コーティングのようなホールドバック手段(Rueckhaltemittel)またはシェル形状の挿入体が利用される。
【００１３】特に有利には、吸着材料対であるゼオライト／水が使用される。ゼオライトはクリスタル状の鉱物であって、酸化珪素と酸化アルミニウムとから成る規則的な格子構造(Gerueststruktur)から成っている。この格子構造は小さな空洞を有しており、これらの空洞内に水分子を熱解放下で吸着（収蔵）させることができる。格子構造の内部で水は強い場の力(Feldkraefte)にさらされ、この場の力が分子を格子内で液化して液体に類似した状態に結合する。水分子に作用するこの結合力の強さは、格子構造内に既に保有されている水量とゼオライトの温度とに依存している。実際の使用では、ゼオライト１００グラム当たり２５グラムまでの水が吸着される。その際に生じる冷却量は１リットルの水を１４ケルビンだけ冷却するに十分である。ゼオライトは吸着反応もしくは脱着反応時の妨害的な熱膨張のない固形材料である。格子構造はすべての側で水蒸気分子の自由なアクセスを可能にする。それゆえ吸着装置はいかなる姿勢でも使用可能である。
【００１４】作動媒体としての水の使用は必要な調整費用を最小に軽減せしめる。真空下での水の蒸発時に水表面は０℃に降下し、引き続く蒸発時に凍結した氷となる。この氷の層は、この氷の層による圧力低下が成長を止めるまで迅速に成長する。氷の層は有利には液体温度の調整のために利用することができる。熱供給がわずかであると氷の層は成長し、熱供給が著しく大きいと氷の層が溶ける。自然の氷形成によって、液体による蒸発器内への熱伝達が減少し、その結果、液体は０℃より低くは冷却されず、一般的には４〜５℃に留まる。液体の注出温度が４℃より低く低下する場合、または蒸発器充填物の氷結を阻止しなければならない場合には、水様の蒸気内容物に、凍結点を低下させる材料を混入することもできる。
【００１５】しかし、吸着媒体が固形でありかつ吸着反応時でも固形に留まるその他の吸着媒体対を使用することも可能である。固形の吸着媒体はわずかな熱伝導と悪い熱伝達とを有している。ガス状の媒体（空気、排ガス）による吸着媒体容器への熱伝達も同じオーダの大きさであるため、ひれ付きでない原初的な熱交換器、例えば板、管または波形ホースが推奨される。ゼオライトのような若干の固形吸着媒体は薄肉の熱交換面への外部からの過圧をも補償するために十分に安定的である。それゆえ、付加的な補強材または厚肉の熱交換面は不要である。作動媒体としての水の使用時に吸着装置が真空下にあると共に全機能時期のためにシステム内にガスが侵入するのは望ましくないため、真空密な公知の構成部材が遮断装置のために使用されると有利である。手による操作のために金属ベローズによってシールされる貫通案内部が特に適切である。
【００１６】発熱吸着反応時に加熱される吸着媒体容器は、液体の再加熱を回避するために容器から可能な限り熱的に隔離されて配置されることが望ましい。有利には吸着媒体容器は容器の下側または容器の上側に配置されていてよい。第１の場合には、吸着媒体容器は、水で充填された水槽内に浸されることにより冷却され、かつ再生のために電気的に加熱される加熱板上に置くことができる。第２の場合には、吸着媒体容器から上昇する熱風が容器に沿って流れて、すでに冷却された液体を再加温することがない。
【００１７】経済的な運転形式のために、再生時に２００〜３００℃、吸着時に４０〜８０℃の吸着媒体温度が推奨される。特にゼオライト顆粒がわずかな熱伝導を有するため、吸着媒体容器は変換された熱量のための熱伝導路がほぼ３ｃｍを上回らないように設計される。再生のための熱源としては、必要な温度レベルに達しても容器内の液体を不必要に加温しないあらゆる公知装置が適している。吸着媒体容器のジオメトリつまり幾何学的形状に適合していて電気的に加熱される板またはカートリッジが有利である。加熱装置は、容器充填後に生産に付随する貯蔵時間を再生のために利用すべく、例えば複数の液体冷却器のために１つのパレット内に配置することもできる。放射熱または誘導熱（渦電流）を介して吸着媒体充填物を加熱する加熱装置も有利である。もちろん、加熱装置を吸着媒体容器に永続的に結合して、搬送時でも可動の液体冷却器を吸着媒体容器にそのままにして置くことも可能である。
【００１８】吸着媒体容器のジオメトリを吸着過程時の熱放出のために最適にすることもできる。周囲空気へ熱放出を行う場合には、流れに有利な大きな熱交換面が有利であり、他面において気化冷却もしくは水冷の場合のために受取り槽または水を貯蔵する表面ライニング（例えば宣伝効果のある紙製帯状証票）が使用される。
【００１９】容器の大きさおよびジオメトリについては特別な要求はない。それゆえ、吸着装置が機能正しく結合される限りにおいて、流動性充填物のための今日一般のすべての容れ物（例えば樽、コンテナ、カプセル、開いた容器、フォイル袋、多層包装、プラスチック容器、金属容器、びん、缶など）が適している。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、図面について本発明の３つの実施例を説明する。
【００２１】３つのすべての図面において、飲料容器と組み合わされたそれぞれ本発明に基づく液体冷却器１が示されている。容器３の下方の出口には注出コック２が設けられており、この注出コックを介して容器３内に存在する飲料４を冷えた状態で取り出すことができる。容器３は上方領域内に、容器の上方領域にまで達した上昇管６を備えた管継手５(Fitting)を有している。この管継手５と上昇管６とを介して飲料容器が公知方法により洗浄されかつ充填され、その際、吸着装置は特別な注意を払う必要がない。容器３の底部には断熱体７が取付けられており、この断熱体は冷却された飲料の再加温を妨げる。水様つまり水状(waesserig)の作動媒体１５を有する蒸発器８が容器３内に配置されている。この蒸発器８からはそれぞれ１つの遮断可能な蒸気導管９が、容器３の外部に存在する吸着媒体容器１０へ通じており、この吸着媒体容器は顆粒化されたゼオライト吸着媒体１４で充填されている。遮断可能な蒸気導管９はそれぞれ１つの金属ベローズ１１を有しており、この金属ベローズを介して、手操作可能なロッド１２が、蒸発器８内で蒸気導管９の端部に設けられた弁皿１３を開閉することができる。その際、金属ベローズ１１が伸長していない状態で弁皿１３が蒸気導管９の開口に引き寄せられるようにロッド１２が調整されている。蒸発器８から吸着媒体容器１０内への水蒸気の逆流は、金属ベローズ１１が伸長して弁皿１３が持上げられるまでの間中断される。水蒸気が蒸発器８内へ逆流する再生状態中には弁皿１３が蒸気流のために自動的に通路を開ける。
【００２２】図１による液体冷却器１は容器３の下方の３分の一内にレンズ状の蒸発器８を備えている。この蒸発器８はほぼ半分だけ水（液状の作動媒体１５）で充填されている。蒸発器の中央に貫通部２８が形成されており、この貫通部を通って上昇管６が容器底部まで達している。この貫通部２８は、洗浄プロセス時に十分なすすぎ媒体流を保証するために上昇管６に対して十分な間隔を有している。飲料４の過圧に対処して蒸発器８内には銅から成る安定化兼熱伝導リブ１６が挿入されている。熱伝導機能を介して、水によって濡らされていない上方の蒸発器半部も冷却される。この形式で、蒸発器表面全体は飲料４のための冷却面として供用される。飲料は冷却過程中に蒸発器８の下方および側方でのみ冷却される。容器の上方の充填物は、冷却された充填物が注出コック２を介して注出されることにより蒸発器８の領域内へ降下するまで冷却されないままに保たれる。吸着媒体容器１０は容器３に面した側に、水で充填されるトラフ１７を有している。水量は吸着媒体１４から吸着熱を排出することができる。吸着媒体容器１０の下側は環状のへこみ部１８を有しており、このへこみ部によって液体冷却器１は積み重ね時に第２の容器の上方のタップリング(Spundring)内に座着することができる。
【００２３】図２による液体冷却器１が図１による冷却器に対して相違する点は蒸発器８の構造についてのみである。この蒸発器はこの場合には下方の容器壁内にリング状に組み込まれている。この蒸発器形状も付加的な熱伝導ひれを有している。図１のバージョンに対比してこの構造は比較的簡単に洗浄される。吸着媒体容器１０の下方ではやはり断面して示された加熱板２０が電気的な加熱エレメント２１によって加熱される。この加熱エレメント上に再生のために液体冷却器１が載着され、吸着媒体１４が加熱される。
【００２４】図３による液体冷却器１は容器３の上方に配置された吸着媒体容器１０を有している。この吸着媒体容器は管継手５の周りにリング状に配置されており、かつリング状のホールドバック手段(Rueckhaltmittel)２２を備えている。このホールドバック手段内にはやはり電気的な加熱エレメント２１と絶縁ジャケット２４とを備えた加熱フード２３が再生中に差しはめられる。吸着媒体１４はこのジオメトリによって迅速に加熱することができる。その理由はホールドバック手段２２によって同時に吸着媒体容器１０の内部の熱伝導路が短縮されるからである。吸着プロセス中にホールドバック手段２２は水で充填される。この水、および吸着媒体容器１０の周りに巻き付けられた帯状の証票(Banderole)３０へ達するその他の水は吸着熱を蒸発により排出する。蒸発器８は円筒状の形状を有しており、かつ垂直方向に容器の中央に配置されている。上昇管６は分割されており、かつ下方の領域内で同時に蒸発器８のジャケットの部分を成している。上方部分内で上昇管６はシールエレメント２６を介して蒸発器８内に差しはめ可能である。この蒸発器バージョンでは、飲料４は、それが上昇管６と管継手５とを介して注出される際に、上昇管６の通流時に付加的に冷却される。蒸発器８自体は内部領域内に銅シェル２５を有しており、これらの銅シェルに水様の作動媒体１５が蒸発器ジャケット全体にわたって分配される。下方の上昇管部分と銅シェル２５との間に水蒸気のための流路があけられている。
【００２５】図面に示されたすべての上昇管および吸着媒体容器の構造は互いに組合せ可能であり、かつ現在一般的なすべての洗浄兼充填装置に使用可能である。
【００２６】本発明によれば、液体冷却器１は飲料で新たに充填された後に、加熱装置の取付けにより再生される。吸着媒体１４の加熱時に脱着された水蒸気が開かれた弁皿１３を通して蒸発器８内へ流入して壁において凝縮する。飲料は凝縮熱を受け取って加温される。加温は後に行われる冷却とほぼ同程度であり、一般にはほぼ２０〜２５ケルビンである。ビールは例えば４〜５℃の比較的低い温度で充填される。要するに、再生プロセスによって続いて行われる加温は、いずれにしろ後で行われる周囲温度までの加温に相応する。吸着プロセスのスタート時にロッド１２が引き出されて固定される。蒸発器８からは吸着媒体充填物１４へ蒸気が流れる。飲料４は蒸発器外面において冷却される。飲料４の冷却率はほぼ１Ｋ／ｍｉｎであり、要するに弁皿１３の開放後ほぼ２０分で最初の飲料をほぼ５℃で注出することができる。飲料充填物全体は２時間以内で冷えた状態で注出することができる。
【出願人】 【識別番号】３９１０１６７３８
【氏名又は名称】ツエオ−テヒ ツエオリート−テヒノロギー ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＺＥＯ−ＴＥＣＨ ＺＥＯＬＩＴＨ−ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ
【出願日】 平成１２年５月１６日（２０００．５．１６）
【代理人】 【識別番号】１０００６１８１５
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 （外４名）
【公開番号】 特開２０００−３４６４８２（Ｐ２０００−３４６４８２Ａ）
【公開日】 平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５）
【出願番号】 特願２０００−１４３７３６（Ｐ２０００−１４３７３６）