CN102947654A - 用于自冷却容器的热交换单元 - Google Patents

Abstract

一种热交换单元（HEU），被定位在用于盛装食品或饮料的容器的内部，该HEU包括具有外表面的金属外壳和具有裙部的金属顶部段，金属顶部段被装配在金属外壳的外表面外面并通过黏结材料被永久地固定到所述金属外壳，压紧的碳颗粒被设置在所述金属外壳内，二氧化碳气体被所述碳颗粒吸附，当固定到所述顶部段的阀被启动时，碳颗粒退吸附，以冷却食品或饮料。

Description

用于自冷却容器的热交换单元

本发明基于2010年4月23日提交的、申请号为61/327,516、名称为“HeatExchange Unit for Self-Cooling Containers”的美国临时申请并请求享受该申请的优先权。

技术领域

一般而言，本发明涉及盛装增压介质的容器，如自变冷或自加热食品和饮料的容器，更具体地说，涉及一种改进型热交换单元，其被装在自冷却容器中，用于冷却如食品或饮料之类的产品，其中该热交换单元被固定在容器中并装有增压介质。

背景技术

长期以来，人们期望提供一种简单、有效且安全的装置，其可被装在如食品或饮料容器之类的容器中，以便在需要时冷却或加热如食品或饮料之类的产品。关于自冷却容器，已开发出不同种类的装置来实现这样的期望的自冷却，也披露了各种类型的制冷剂以实现这样的冷却。制冷剂装置可以是化学反应的、电的，且可包括气体反应等。美国专利2,460,765；3,373,581；3,636,726；3,726,106；4,584,848；4,656,838；4,784,678；5,214,933；5,285,812；5,325,680；5,331,817；5,394,703；5,606,866；5,692,381；5,692,391；5,655,384；6,102,108；6,105,384；及6,125,649中已公开了这类装置的典型结构。

通常人们对上面列出的专利所披露的现有技术的示例中使用的自冷却装置不太满意。遇到的一些问题是，这些通常依赖有毒的或不利于环境的化学制品、需要非常庞大的气动回路、且不能经济地用于如饮料罐或食品罐之类的小型容器中的装置相当复杂，因此制造和维修费用非常昂贵且效果不好。另外，业已发现，如果热交换单元中的压力增加到预定量时，热交换单元的载有输送阀的那部分所受应力可能达到使其移动的程度，因而导致热交换单元破裂并变得不能用，或者在最坏的情况下，导致容器完全失效。

现更具体地参考图1、2和3，它们示出了现有的三种不同实施例的容器，容器中设置有用于冷却容纳在外部容器内的饮料的热交换单元（HEU）。

如图1所示，容器（10）包括设置在其内的热交换单元（24），该热交换单元被要冷却的饮料（26）包围。容器包括盖（18），该盖包括固定到板（14）上的传统的拉环（12），因而拉起拉环（12）时，板（14）弯曲至容器（10）内。使拉开的板（14）伸进容器（10）内的拉环（12）的操作是所属领域公知的。盖（18）通常包括带角度的隆脊（20），隆脊被夹紧到容器（10）的顶端（22）。HEU（24）装有在不同环境下压力可增加的冷却介质，如果压力足够高，HEU（24）的包括将阀（32）固定到HEU的弯边部（30）的上部部分（28）可能鼓胀或破裂，于是导致器具失效。

图2示出了现有的另一种容器（40），其具有设置在其内部、被要冷却的饮料（42）包围的HEU（50）。所示的饮料容器（44）的顶部（如（46）所示）具有如上所述的传统的拉环（48）。HEU（50）包括被固定到帽（54）的输送阀（52），该帽被装配在HEU（50）的顶部外面并固定到顶部上。阀（52）由裙部或凸缘（54）承载，该裙部或凸缘通过被弯边于帽（54）的顶部（56）外面被保持就位。保护盖（58）被设置在阀（52）的作动杆上，以保护其免受意外作动。HEU（50）和阀（52）被固定到罐（44）的底部（62）。此外，如果容纳在HEU（50）内部的增压介质的压力过高而导致帽（54）和HEU（50）的本体之间破裂，结果将使装置不能用。

现具体参考图3，其示出了现有的又一种饮料冷却容器（112）的实施例，该容器包括内部具有吸附剂（138）的HEU（120），在本优选实施例中，吸附剂是活性炭，在压力下活性炭接纳通过阀机构（124）引入以便通过开口（128）进入HEU内部部分二氧化碳，以便被所述炭吸附。阀（124）被凸缘（122）保持就位，而凸缘被弯边成HEU（120）的顶部部分（132）内的缩小部。保护盖150被置于阀（124）的作动杆（130）外面，以保护其不被无意地作动。按压作动杆（130）时，二氧化碳从活性炭中退吸附，以冷却饮料（114）。容器（112）的顶部（116）包括如上所述的常规拉环（未示出）。再者，若容纳在HEU（120）内部的增压的二氧化碳过压，HEU（120）的部分（134）中的缩小部将朝外运动，导致阀的释放而使装置不能用。

因此，需要一种装置，其可被安置在容器内并起HEU的作用，以冷却容纳有如食品或饮料之类的容纳物的容器，该装置应简单、效率高、且即使在相当高的压力的情况下也很安全。

发明内容

一种在自冷却容器中使用的改进型HEU，该HEU包括金属外壳、压紧的吸附剂材料和金属顶部段，金属外壳具有封闭的底部和敞开的顶部，吸附剂材料设置在外壳内部，金属顶部段具有坚硬卷曲部（solid curl），该卷曲部处于金属顶部段的敞开的上端部处，该上端部装配在外壳的敞开端部外面，并通过金属-金属黏合剂被固定到外壳的外表面，而将顶部段结合到外壳上。

附图说明

图1、2和3示出了现有技术；

图4为根据本发明的原理构建的完整的HEU组件的立体图；

图5为沿图4中线5-5剖切的图4所示的HEU的立体截面视图；

图6为图4所示的HEU的顶部段以剖切画法示出的立体图；

图7以透视画法示出了附联到HEU外壳的HEU顶部段的附联部的局部截面。

具体实施方式

现更具体地参考图4，该图示出了具有金属外壳（202）和金属顶部段（204）的HEU（200），金属顶部段被固定到外壳（202）的顶部，这将在下面更详细地描述。

HEU的顶部段（204）的上部部分终止于由坚硬卷曲部（solid curl）（208）限定的开口（206）。坚硬卷曲部（208）接纳被上述现有技术描述的那类阀机构，阀机构由常规的安装构件承载，该安装构件具有支座，支座中装有密封固定的合适输送阀。该阀包括常规的杆，该杆延伸通过支座中的中心开口并处于过压下可开启的安全装置上。安装构件被插入顶部段和其外周边处的开口（206）中，并如所属领域技术人员公知的那样，通过弯边（crimping）操作被固定于卷曲部（208）上。弯边操作不仅将阀组件固定到HEU（200），还附加地封闭和密封罐和HEU的敞开的上端部，通常通过使用密封垫（未示出）将其固定到罐。阀和弯边操作的更详细的解释可在美国专利6,105,384中找到，该文件作为参考被加入本申请中，且基本如所述文件的图3所示和以上所述。

热交换单元（200）可包含所属领域公知的任何制冷剂介质，制冷剂介质的作用是，一旦热交换单元被作动而逸出制冷剂时，将饮料中所含的热量导入大气中。上面提到的现有专利已披露了各种类型的制冷剂。但是，用于本发明的优选制冷剂介质是吸附剂/解吸剂机构，其优选使用如沸石、阳离子交换沸石、硅胶、活性炭及碳分子筛等材料作为吸附剂。这些吸附剂在压力下能够吸附大量气体以便随后释放出来。被吸附于其内的气体可以是有利于环境的任何适当的气体。根据本发明，优选所述气体包括二氧化碳。被吸附在优选为活性炭颗粒的吸附剂中的二氧化碳在释放至大气压力时将经历温度的显著下降，由此冷却与热交换单元（200）的外表面接触的饮料内容物。针对碳-二氧化碳吸附剂制冷系统的更详细的描述被包含在美国专利7,185,511中，该专利作为参考被加入本申请中。因此，本说明书中将不提供关于碳-二氧化碳制冷系统的进一步的和更详细的解释。

如图5所示，金属外壳（202）具有封闭的底部（203）和以棱边（207）终止的敞开顶部（205），该金属外壳优选由冲挤型铝（impact extrudedaluminum）形成。预成型碳构件或堵塞件（210），该碳构件或堵塞件是高度压紧的实体，其优选由活性炭颗粒和石墨材料及粘结剂构成，将其插入并接纳于HEU外壳的内部，并基本朝上延伸且邻近HEU外壳的上部周边（212）。通过使用端部敞开的外壳和碳材料的预成型堵塞件（210），HEU内可包含最大量的吸附剂材料。如上所述，一旦将阀固定在顶部段（204）上适当位置，可使如二氧化碳之类的增压介质通过阀进入HEU（200）的内部并被包含在碳堵塞件（210）内的压紧的碳颗粒吸附。阀作动时，二氧化碳气体从碳中退吸附，冷却装有HEU（200）的容器内的食品或饮料。

如图6所示，HEU（200）的顶部段（204）被成形为使得其裙部（216）被装配在HEU外壳（202）的外表面（218）外面。顶部段（204）的裙部（216）包括内表面（214），该内表面可以限定出多道凹槽，如图所示的（220）、（222）和（224）。顶部段（204）的内表面（214）接纳合适的金属-金属黏合剂结合材料以便将HEU（200）的顶部段（204）永久地固定到HEU外壳（202）。应理解的是，顶部段（204）的内表面可以是光滑的或可根据需要限定一道或多道凹槽。可使用各类食品级黏合剂，只要它们能将顶部（214）永久地结合到HEU（200）的外壳（202）上并形成安全密封以将增压的二氧化碳保持在HEU内即可。可被使用的这类黏合剂的示例可以是如环氧树脂、丙烯酸树脂等之类的交联黏合剂。

顶部段（204）可由合适的金属坯料（如不锈钢）机加工而成。优选的是，顶部段（204）可由锌或铝压铸而成。无论顶部段（204）是机加工还是压铸而成，或由其他方法（如，网眼冲压（eyelet stamping）或成型或离心铸造）形成，其具有能承受由增压二氧化碳所产生的压力的所需强度，且即使在高温条件下也不会出现故障。

如图7更清楚地看到的，顶部段（204）被形成为提供肩部或止挡部（226），该肩部或止挡部被设置在顶部段（204）的内表面（214）上，且如果设有凹槽（220）、（222）和（224）的话，肩部或止挡部被设置在这些凹槽之上。肩部（226）被设置成与HEU（200）的外壳（202）的棱边（207）配合。将碳堵塞件（210）定位在外壳（202）的内部后，顶部段（204）的内部施加有适当的黏合剂，然后使顶部段滑入外壳（202）的外表面（218）外面就位直到其棱边（207）与肩部（226）接合，于是此时顶部段（204）处于适当位置。由于放置粘合剂，顶部段（204）随后被永久地定位并被保持就位且被结合到外壳（202），致使其不能被移除。还需要了解的是，可在顶部段（204）的底部边缘（230）和外壳（202）的外表面（218）之间形成如焊缝（228）之类的密封部。该密封部或焊缝（228）可解决容器轮廓突然改变的问题，且由此排除了截留污染物的可能性。

形成顶部段（204）的敞开上部部分（208）以提供坚硬卷曲部（232），如上所述该坚硬卷曲部接纳阀的安装构件的外周边的弯边凸缘。HEU（202）的顶部段（204）优选由压铸锌或铝构成，其足够坚固，从而在由冷却介质（如被碳堵塞件（210）吸附的二氧化碳气体）所产生的压力下不会被压破或移动。

通过使用如上面所示和所述的结构，最大量的高度压紧的碳颗粒可被接纳在HEU外壳内，以使被HEU吸附的二氧化碳的量最大化。如在现有技术中公知和描述的那样，当阀（二氧化碳通过其被引入碳堵塞件（210））被启动时，被吸附的二氧化碳随后从碳颗粒中退吸附并离开HEU，这样可从HEU的外表面（218）周围的食品或饮料中移除热量，因此可将食品或饮料冷却到所需要的结果（amount）而使其更可口。如在美国专利6,105,384中所描述的（该专利作为参考加入本申请中），可在HEU的整个外表面覆敷保护性食品级涂层，以排除HEU周围的食品或饮料的任何污染或改变其口感的可能性。所述涂层可以是厚度在4至10微米之间的食品级环氧漆（epoxylacquer）。

如此，本说明书中公开的HEU由具有足够强度的材料构成，并被构造成即使在相当高的压力情况下也是有效和安全的。

Claims (12)

1.一种用于盛装增压介质的热交换单元，以使被放置在容器内并围绕该热交换单元的食品或饮料冷却，其包括：

金属外壳，具有外表面、封闭的底部和以棱边终止的敞开的上端部；

金属顶部段，具有开口和裙部，开口由坚固的卷曲部限定，裙部被装配在所述金属外壳的敞开的上端部外面并沿所述外壳的外表面向下延伸；及

金属-金属黏合剂，设置在所述顶部段和所述外壳之间，以便永久地将所述金属顶部固定到所述金属外壳。

2.如权利要求1所述的热交换单元，其中，还包括被接纳在所述金属外壳内的压紧的碳颗粒。

3.如权利要求1所述的热交换单元，其中，所述顶部段的所述裙部包括内表面，所述黏合剂被设置在所述内表面上。

4.如权利要求3所述的热交换单元，其中，所述裙部的所述内表面包括连续的肩部，该肩部被设置在处于其中的所述开口和所述裙部的终端之间，当所述顶部段就位于所述金属外壳上时，所述金属外壳的所述棱边邻接所述肩部。

5.如权利要求2所述的热交换单元，其中，还包括固定到所述坚硬卷曲部的阀，该阀用于将增压介质注入所述热交换单元以便被所述碳吸附，和用于退吸附所述增压介质以便冷却所述食品或饮料。

6.如权利要求1所述的热交换单元，其中，所述金属顶部段大体厚于所述金属外壳。

7.如权利要求6所述的热交换单元，其中，所述金属顶部段是压铸件。

8.如权利要求6所述的热交换单元，其中，所述金属顶部段是机加工件。

9.如权利要求6所述的热交换单元，其中，所述金属外壳和所述金属顶部段由铝制成，且所述外壳是冲挤件。

10.如权利要求6所述的热交换单元，其中，所述裙部的内部直径大体与所述金属外壳的外部直径相同，而尺寸被确定为在组装过程中允许所述裙部滑配于所述金属外壳外面。

11.如权利要求2所述的热交换单元，其中，所述增压介质是二氧化碳。

12.如权利要求3所述的热交换单元，其中，所述顶部段的所述内表面限定至少一道凹槽，所述黏合剂被设置在至少所述凹槽内。

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