САМООХЛАЖДАЮЩИЙСЯ КОНТЕЙНЕР И СВЯЗАННОЕ С НИМ УСТРОЙСТВО ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ Российский патент 2007 года по МПК F25B17/08 

Настоящее изобретение относится к контейнеру, позволяющему охлаждать его содержимое методом испарения и адсорбции. Принцип этого метода охлаждения состоит в испарении жидкости, называемой хладагентом, под действием разрежения, поддерживаемого откачиванием паров указанной жидкости. Изобретение относится к охлаждению пищевых продуктов, таких как напитки и мороженое, а также не являющихся пищевыми продуктов типа лекарств и косметики.

Изобретение, в частности, относится к охлаждению напитков, которые содержатся в закрытых контейнерах типа банок или бутылок.

Настоящее изобретение, таким образом, направлено на то, чтобы обеспечить возможность потребления напитков при идеальной температуре в любом месте и в любое время.

Реализация метода охлаждения путем испарения и адсорбции хорошо известна и является до сих пор предметом многочисленных исследований уровня техники. Предложены многочисленные устройства, комбинирующие теплообменник, содержащий жидкость для испарения, и резервуар, содержащий адсорбент, и предназначенные, в частности, для применения в самоохлаждающихся контейнерах для напитков.

Так, в патенте США №4928495, проиллюстрированном на прилагаемой фиг.1, описана конструкция самоохлаждающегося контейнера 10 (в форме банки), состоящего из теплообменника 16, имеющего уплощенную прямоугольную форму, погруженного в предназначенный для охлаждения напиток и соединенного с поглотительным устройством 22. Этот патент раскрывает общую схему без указания средств изготовления такого устройства с учетом экономических ограничений, связанных с одноразовыми контейнерами.

Кроме того, Международная публикация WO 01/11297, иллюстрация которой дана на фиг.2а, также описывает самоохлаждающийся контейнер для напитков, и конкретизирует геометрическую форму теплообменника, а также процесс изготовления и сборки такого устройства, совместимый с ограничениями, которые накладывает производство в промышленных масштабах.

Контейнер для напитков, описанный в указанной Международной публикации, состоит из закрытой первой банки 10, содержащей потребительский напиток и теплообменник 20, и закрытой второй банки 30, содержащей влагопоглотитель 24. Две банки соединены кольцом 29. Средства сообщения 40 между указанными двумя банками должны приводиться в действие пористым шипом 44, позволяющим применить способ охлаждения и адсорбции паров хладагента, содержащегося в контейнере. Эти средства сообщения, подробная иллюстрация которых приведена на фиг.2b, состоят из перемычки 66, содержащей две мембраны 70 и 71, противоположные друг другу, в стенках первой и второй банок контейнера соответственно. Пористый шип 44 позволяет прорвать перемычку 66, чтобы соединить банку 30 с влагопоглотителем с теплообменником 20, запуская таким образом реакцию испарения, адсорбции и охлаждения напитка.

В этом документе описан также процесс изготовления такого самоохлаждающегося контейнера для напитков, и в частности операции сборки различных элементов, образующих контейнер. Стадия сборки первой банки 10, содержащей напиток и теплообменник 20 с банкой 30, содержащей влагопоглотитель, является особенно сложной, поскольку необходимо поддерживать глубокое разрежение в банке 30 с влагопоглотителем и на перемычке 66, так чтобы реакция адсорбции могла быть приведена в действие при разрыве мембран 70 и 71. Для этого в заявке WO 01/11297 предлагается поместить каплю масла между двумя мембранами 70 и 71, чтобы гарантировать хорошее уплотнение для сохранения вакуума при сборке двух банок.

Однако самоохлаждающийся контейнер для напитков, а также процесс, описанный в публикации WO 01/11297, имеют некоторые недостатки. В частности, не является оптимальной система соединения банки 30 для влагопоглотителя с теплообменником 20. На практике две мембраны 70 и 71 имеют, каждая, относительно большую толщину, необходимую для того, чтобы противостоять наружному атмосферному давлению перед сборкой контейнера. Кроме того, эти две мембраны 70 и 71 вместе дают двойную толщину, что требует приложения большого усилия разрушения. Поэтому публикация уточняет, что пористый элемент 44 приводится в действие с использованием винта. Кроме того, производство такой перемычки 66 усложняет сборку контейнера, в частности из-за требования сохранения вакуума в промежутке между двумя мембранами 70 и 71 при повороте одной из них относительно другой.

Задачей настоящего изобретения является преодоление недостатков известных технических решений.

Для этого настоящее изобретение предлагает самоохлаждающийся контейнер, работающий на принципе испарения и абсорбции, описанном выше, и средство сообщения между резервуаром для влагопоглотителя и теплообменником в общей стенке для указанных резервуара и теплообменника. Средство сообщения образовано невозвратным клапаном, т.е. клапаном, противостоящим высокому давлению в одном направлении и легко открывающемуся в другом направлении.

Невозвратный клапан может таким образом противостоять атмосферному давлению при глубоком разрежении в резервуаре для влагопоглотителя и может быть приведен в действие минимальным усилием, направленным внутрь теплообменника.

В частности, изобретение обеспечивает самоохлаждающийся контейнер, содержащий первую полость, имеющую предназначенный для охлаждения продукт, вторую полость, образующую теплообменник и содержащую хладагент и его пары, третью полость, содержащую средство перекачивания путем адсорбции указанных паров, и средство сообщения, связывающее указанную вторую полость с указанной третьей полостью, характеризующийся тем, что вторая и третья полости имеют общую стенку, включающую средство сообщения, и тем, что указанное средство сообщения образовано невозвратным клапаном, противостоящим давлению, прикладываемому со стороны второй полости, и открывающимся под действием давления, прикладываемого со стороны третьей полости.

Согласно одному из признаков клапан образован твердым закрывающим элементом, расположенным со стороны второй полости и закрывающим отверстие в общей стенке второй и третьей полостей.

Согласно вариантам выполнения средство сообщения содержит также уплотнение клапана, образуемое деформируемой прокладкой, расположенной между твердым закрывающим элементом и общей стенкой второй и третьей полостей, или же непроницаемой и отрываемой пленкой, покрывающей твердый закрывающий элемент и прикрепленной к общей стенке второй и третьей полостей.

Согласно одному признаку клапан приводится в действие толкателем, передающим перемещение по меньшей мере одного участка стенки третьей полости, противоположной стенке, содержащей средство сообщения.

Согласно особому признаку толкателем является открытая полая трубка, позволяющая парам хладагента проходить внутри указанного толкателя.

Согласно предпочтительному варианту толкатель содержит средство открывания клапана в две стадии, причем первое положение клапана ограничивает узкий проход для паров хладагента, а второе положение клапана образует увеличенный проход для паров хладагента.

Согласно этим вариантам отношение массы клапана к площади поверхности трубки толкателя составляет от 0,5 до 2 г/см², и/или толкатель содержит ограничитель, расположенный на расстоянии от 2 до 5 мм от клапана.

Согласно предпочтительному варианту выполнения вторая полость содержит устройство разделения жидкой и твердой фаз, размещенное вокруг клапана.

Согласно одному признаку вторая полость имеет по существу коническую форму, так что площадь ее поперечного сечения уменьшается от основания к вершине.

Согласно одному признаку вторая полость ограничена дном первой полости и крышкой третьей полости.

Согласно вариантам выполнения первая и вторая полости образованы двумя отдельно собранными банками или же первая и вторая полости образованы отделениями единственной банки.

В одном применении контейнер выполнен в виде банки для напитков.

Признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются ниже следующим описанием, приведенным в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на чертежи, на которых:

Фиг.1, уже описанная выше, показывает схему самоохлаждающейся банки для напитков согласно одному из вариантов выполнения уровня техники;

Фиг.2а и 2b, уже описанные выше, показывают соответственно общую схему самоохлаждающейся банки для напитков и детальную схему средства сообщения согласно одному из вариантов уровня техники;

Фиг.3а и 3b - схематичные виды устройства по изобретению соответственно с клапаном в закрытом и в открытом положении;

Фиг.4 - схематичный вид первого варианта выполнения клапана по изобретению;

Фиг.5 - схематичный вид второго варианта выполнения клапана, являющегося предметом настоящего изобретения;

Фиг.6 - схематичный вид толкателя для привода клапана по изобретению;

Фиг.7 - схематичный вид устройства разделения жидкой и твердой фаз, размещенного в контейнере по изобретению;

Фиг.8 - схематичный вид толкателя для двухстадийного открывания клапана по изобретению;

Фиг.9 - схематичный вид контейнера для напитков согласно первому варианту выполнения изобретения;

Фиг.10 - схематичный вид контейнера для напитков согласно второму варианту выполнения изобретения;

Фиг.11 - схематичный вид контейнера для напитков согласно третьему варианту выполнения изобретения.

Ниже описываются фиг.3а и 3b, на которых схематично показан контейнер для напитков, являющийся предметом настоящего изобретения. Контейнер для напитков по изобретению содержит первую полость 10, содержащую предназначенный для охлаждения потребительский напиток, вторую полость 20, образующую теплообменник и содержащую хладагент, испарение которого вызывает охлаждение, и третью полость 30, содержащую средство перекачивания путем адсорбции паров хладагента из второй полости 20. Первая и вторая полости 10 и 20 имеют общую стенку 25, которая образует теплообменник. Эта общая стенка предпочтительно имеет коническую форму с ребрами, чтобы способствовать усилению теплообмена путем конвекции в первой полости 10.

Контейнер по изобретению требует также наличия средства инициирования реакции охлаждения. Эта реакция инициируется путем соединения второй и третьей полостей 20 и 30 между собой, вызывая таким образом во второй полости 20 испарение хладагента, пары которого перекачиваются влагопоглотителем (дессикантом), содержащимся в третьей полости 30. Для того, чтобы гарантировать высокую перекачивающую способность влагопоглотителя, необходимо собирать и закрывать третью полость 30 под вакуумом, причем вакуум должен составлять менее 1 мбар, и предпочтительно менее 0,1 мбар.

Согласно изобретению средство 40 соединения второй полости 20 с третьей полостью 30 интегрировано (включено) в общую стенку 25 указанных полостей. Поэтому достаточно образовать отверстие 44 в этой общей стенке 25 с целью инициирования охлаждения.

Согласно изобретению средство сообщения 40 образовано невозвратным клапаном 42, закрывающим отверстие 44 в общей стенке 25 второй и третьей полостей. Этот клапан 42 способен открываться только в наружном направлении относительно третьей полости 30, т.е. внутрь второй полости 20. Клапан 42 может противостоять давлению, прикладываемому со стороны второй полости 20, и открывается под действием усилия, прикладываемого со стороны третьей полости 30. В качестве рекомендации, открывающее усилие, приложенное к клапану 42, может составлять от 1 до 10 Н.

На фиг.3а и 3b более подробно показан клапан по изобретению соответственно в закрытом и открытом положении.

Реакция охлаждения инициируется путем продвижения клапана 42 внутрь второй полости 20. Невозвратный клапан 42 приводится в действие толкателем 45, передающим движение по меньшей мере одного участка стенки 35 третьей полости 30, противоположной стенке 25, которая содержит средство сообщения 40. Деформируемая 1 стенка 35 третьей полости 30 может быть образована куполообразной структурой, противостоящей атмосферному давлению, действующему снаружи на третью полость 30, собранную и закрытую под вакуумом. Эта куполообразная структура 35 может быть однако стать обращенной внутрь под действием усилия, приложенного к центру купола, такого как усилие в 20-30 Н, приложенного к центральному участку площадью 1 см². Это усилие служит главным образом для обращения купола внутрь, вызывая перемещение толкателя. Усилие, требуемое для того чтобы открыть клапан 42, пренебрежимо мало по сравнению с усилием деформации купола стенки 35 третьей полости 30.

На фиг.4 и 5 схематично показаны первый и второй варианты выполнения невозвратного клапана по изобретению. Клапан 42 образован твердым элементом 43, расположенным со стороны второй полости 20 и закрывающим отверстие 44 в общей для второй и третьей полостей 20 и 30 стенке 25. Твердый закрывающий элемент 43 типа металлического диска имеет размеры, немного превышающие размеры отверстия 44 в общей стенке 25.

Согласно первому варианту, показанному на фиг.4, средство сообщения 40 содержит, кроме того, уплотнение клапана 42, образованное деформируемой прокладкой 47, такой как вакуумная консистентная смазка или эластомер, помещенный между твердым закрывающим элементом 43 и общей стенкой 25 второй и третьей полости.

Согласно второму варианту, показанному на фиг.5, средство сообщения 40 содержит также уплотнение клапана 42, образованное тонкой газонепроницаемой и разрываемой пленкой 48, такой как алюминиевая фольга толщиной 2/100 мм, покрывающей твердый закрывающий элемент 43 и прикрепленной к нему и к общей стенке второй и третьей полости 25.

Невозвратный клапан 42, образующий средство сообщения 40 между второй и третьей полостями 20 и 30 контейнера по изобретению, может открываться только в одном направлении, из третьей во вторую полость.

Таким образом, такая работа клапана 42 значительно облегчает изготовление контейнера для напитков, являющегося предметом настоящего изобретения, позволяя работать с различными элементами контейнера при атмосферном давлении, не прилагая избыточных усилий для инициирования реакции охлаждения. В частности, клапан 42 остается закрытым, если третья полость 30, с закрывающим элементом 25, включающая клапан 42, подвергается действию атмосферного давления, когда в третьей полости уже создано разрежение.

Кроме того, в случае, если в контейнере содержится пастеризованный напиток, одностороннее открывание клапана 42 имеет то преимущество, что обеспечивает повышение давления во второй полости 20 при повышении температуры приблизительно до 80-90°С для осуществления пастеризации.

На фиг.6 схематично показан толкатель, приводящий в действие клапан средства сообщения контейнера для напитков по изобретению. Толкатель 45 предпочтительно образован открытой полой трубкой, позволяющей парам хладагента проходить внутри указанного толкателя между второй полостью и третьей полостью. Толкатель 45 может быть получен из катаного металлического листа и форме открытой трубки.

После приведения в действие клапана 42, обеспечивающего сообщение между второй и третьей полостями, сразу же начинается реакция перекачивания паров хладагента. Вследствие падения давления начинается энергичное кипение хладагента. Это кипение вызывает выбросы капель хладагента, которые в случае попадания в третью полость, содержащую влагопоглотитель, могут ухудшить его эффективность.

Для устранения этого недостатка желательно установить во второй полости 20 устройство разделения жидкой и газовой фаз, поместив его вокруг невозвратного клапана 42 по изобретению, как показано на фиг.7. В процессе охлаждения контейнер должен быть размещен со второй полостью, обращенной вниз.

Устройство разделения фаз 50 содержит паровой дефлектор, образованный из по меньшей мере одной стенки, образующей отражатель 51, который обеспечивает изменение движения потока пара в одном или нескольких направлениях. Молекулы пара имеют очень малую среднюю длину свободного пробега - порядка нескольких микрон, что означает, что они могут очень быстро менять направление. С другой стороны, капли жидкости имеют такую массу, что подвергаются воздействию инерции и отделяются таким образом от потока газа. Этот механизм позволяет эффективно разделять жидкость и газ, не замедляя потока пара и не требуя поэтому значительного объема.

Устройство разделения фаз 50 содержит также дополнительно коллектор капель 52, который позволяет изменять направление капель жидкости, отделенных от потока паров, в направлении к дну полости теплообменника 20. Коллектор 52 включает воронку и по меньшей мере одну отводящую трубку для капель. Воронка предпочтительно может участвовать в формировании отражателя 51 парового дефлектора.

Предпочтительно отводящая трубка для капель в коллекторе 52 имеет длину, превышающую или равную падению давления пара на отражателе 51, чтобы избежать выброса капель через указанную отводящую трубку. Это падение давления предпочтительно измеряют высотой водного столба. В случае, например, падения давления пара на 1 мбар (что соответствует высоте водного столба 1 см), труба должна иметь длину не менее 1 см.

Такое устройство разделения фаз достигает, однако, предела возможностей в случае слишком большого расхода пара. При инициировании реакции охлаждения перепад давления между второй и третьей полостями составляет несколько десятков миллибар, что приводит к такому расходу пара, при котором устройство разделения фаз может быть насыщено каплями хладагента, захваченными паром.

Для ограничения этого эффекта, согласно одному из вариантов изобретения, невозвратный клапан 42 открывают в две стадии.

В первом положении закрывающий элемент 43 клапана 42 сохраняет контакт с трубкой толкателя 45 за счет избытка давления во второй полости 20 по сравнению с третьей полостью. Масса закрывающего элемента 43 клапана такова, что она остается в контакте с толкателем 45 и таким образом ограничивает прохождение паров хладагента в направлении третьей полости в полом стержне через ограниченное боковое отверстие.

Когда избыток давления во второй полости по сравнению с третьей полостью становится меньше, чем приблизительно 1-3 мбар, скорость потока паров снижается, и закрывающий элемент 43 клапана 42 падает во вторую полость 20, образуя таким образом увеличенное отверстие для прохождения пара. Как упоминалось выше, охлаждение инициируется со стороны третьей полости в направлении верха контейнера.

Величина избыточного давления и соответственно скорость потока паров, при котором происходит полное открывание клапана 42, может регулироваться массой клапана и более конкретно - твердого закрывающего элемента 43. Отношение массы крышки к площади поверхности трубки толкателя предпочтительно составляет между приблизительно 0,5 и 2 г/см². Типичное значение избыточного давления может составлять 2 мбар при площади поверхности трубки толкателя 0,3 см², т.е. масса крышки клапана - 0,6 г.

Для того чтобы контролировать степень открытия в первом положении клапана 42 на первой стадии при высоком расходе пара, может быть целесообразным обеспечение на толкателе 45 ограничителя 46, показанного на фиг.8. Предпочтительно этот ограничитель 46 расположен на расстоянии приблизительно 2-5 мм от конца стержня, контактирующего с закрывающим элементом клапана. Ограниченное открывание клапана обеспечивается таким образом на высоте от 2 до 5 мм боковым отверстием в толкателе, а полное открывание клапана обеспечивается полным сечением трубки.

Наряду с эффективностью однонаправленного отверстия между полостями, образующими теплообменник и резервуар для влагопоглотителя, контейнер для напитков по изобретению имеет то преимущество, что позволяет легкую сборку.

На фиг.9-11 показаны различные варианты такой сборки.

В частности, не требуется изготавливать вторую полость 20 контейнера в виде отдельной детали. Вторая полость 20, образующая теплообменник, образуется пространством, ограниченным верхом третьей полости 30 и дном первой полости 10. Вторая полость 20 получается, таким образом, при соединении третьей полости 30 с первой полостью 10, с уплотнением.

Согласно первому варианту, показанному на фиг.9, первую и третью полости 10 и 30 собирают путем прикрепления их друг к другу клеем или припаиванием 60.

Соединение третьей полости 30 с первой полостью 10 осуществляется после образования стенки 25, закрывающей резервуар с влагопоглотителем в третьей полости 30. Напомним, что эта стенка 25 содержит средство сообщения 40. Эта крышка может также быть прикреплена клеем или пайкой 61 с внутренней стороны цилиндра, образующего третью полость 30.

Согласно второму варианту, показанному на фиг.10, первая и третья полости 10 и 30 образуют отделения единственной банки. Разделительную стенку 25 между второй и третьей полостями 20 и 30 вводят в банку и прикрепляют клеем или пайкой 61 к стенкам банки. Общую стенку первой и второй полостей 10 и 20, образующую теплообменник, также помещают в банку и прикрепляют клеем или пайкой 60 после ввода хладагента.

Пайка 60, 61, например оловом, может осуществляться локальным индукционным нагревом. Вихревые токи индуцируются катушкой, окружающей участок сборки. Питание катушки осуществляется переменным током высокой частоты. Эта технология обеспечивает точную и быструю сборку.

Согласно третьему варианту, показанному на фиг.11, первую и третью полости 10 и 30 соединяют путем обжатия 62 двух цилиндров. Например, общую стенку второй и третьей полостей обжимают на общей стенке для первой и второй полостей, причем сборка завершается припаянным цилиндрическим кольцом 63, создающим соединение между двумя цилиндрами.

Варианты выполнения, описанные выше, представлены в качестве примера и не ограничивают объема изобретения, поскольку они предназначены только для того, чтобы продемонстрировать гибкость сборки контейнера по изобретению.

Описанные варианты выполнения могут комбинироваться различным образом.

Изобретение относится к самоохлаждающейся упаковке для напитков, содержащей первую полость, которая содержит предназначенный для охлаждения напиток; вторую полость, которая образует теплообменник и которая содержит жидкий хладагент и его пары; третью полость, которая содержит средство перекачивания путем адсорбции указанных паров и средство сообщения между второй полостью и третьей полостью. Упаковка по изобретению характеризуется тем, что вторая и третья полости имеют общую стенку, содержащую средство сообщения, и тем, что указанное средство сообщения содержит невозвратный клапан, противостоящий давлению, прикладываемому со стороны второй полости, и открывающийся под действием давления, прикладываемого со стороны третьей полости. Использование изобретения позволит упростить сборку контейнера. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Самоохлаждающийся контейнер, содержащий первую полость (10), включающую продукт, подлежащий охлаждению, вторую полость (20), образующую теплообменник и включающую хладагент и его пары, третью полость (30), включающую средство перекачивания путем адсорбции указанных паров и средства (40) сообщения указанной второй полости с указанной третьей полостью, отличающийся тем, что вторая и третья полости имеют общую стенку (25), включающую средство сообщения, причем указанное средство сообщения (40) образовано невозвратным клапаном (42), способным противостоять давлению, прикладываемому со стороны второй полости, и открывающимся под действием усилия, прикладываемого со стороны третьей полости.2. Самоохлаждающийся контейнер по п.1, отличающийся тем, что клапан (42) образован твердым элементом (43), расположенным со стороны второй полости и закрывающим отверстие (44) в общей стенке (25) второй и третьей полостей.3. Самоохлаждающийся контейнер по п.2, отличающийся тем, что средство сообщения содержит также уплотнение клапана, образованное деформируемой прокладкой (47), расположенной между указанным твердым закрывающим элементом и общей стенкой второй и третьей полостей.4. Самоохлаждающийся контейнер по п.2, отличающийся тем, что средство сообщения содержит также уплотнение клапана, образованное непроницаемой и отрываемой пленкой (48), покрывающей указанный твердый закрывающий элемент и прикрепленной с общей стенке второй и третьей полостей.5. Самоохлаждающийся контейнер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что клапан приводится в действие толкателем (45), передающим перемещение, по меньшей мере, одного участка стенки третьей полости, противоположной стенке, содержащей средство сообщения.6. Самоохлаждающийся контейнер по п.5, отличающийся тем, что толкатель представляет собой открытую полую трубку, позволяющую парам хладагента проходить внутри указанного толкателя.7. Самоохлаждающийся контейнер по п.6, отличающийся тем, что толкатель содержит средство открывания клапана в две стадии, причем первое положение клапана ограничивает узкий проход для паров хладагента, а второе положение клапана образует увеличенный проход для паров хладагента.8. Самоохлаждающийся контейнер по п.7, отличающийся тем, что отношение массы клапана к площади поверхности трубки толкающего стержня составляет от 0,5 до 2 г/см².9. Самоохлаждающийся контейнер по п.7 или 8, отличающийся тем, что толкатель содержит ограничитель, расположенный на расстоянии от 2 до 5 мм от клапана.10. Самоохлаждающийся контейнер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вторая полость содержит устройство разделения жидкой и твердой фаз, размещенное вокруг клапана.11. Самоохлаждающийся контейнер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вторая полость имеет, по существу, коническую форму, так что площадь ее сечения уменьшается от основания к вершине.12. Самоохлаждающийся контейнер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вторая полость ограничена дном первой полости и крышкой третьей полости.13. Самоохлаждающийся контейнер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что первая и третья полости образованы двумя отдельно собранными банками.14. Самоохлаждающийся контейнер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что первая и третья полости образованы отделениями единой банки.15. Самоохлаждающийся контейнер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он выполнен в виде банки для потребительского напитка.