CN107614989A - 具有使用液态二氧化碳的热交换单元并具有双功能阀的自冷却食物或饮料容器 - Google Patents

Abstract

一种自冷冻食物或饮料容器，包括外部容器和热交换单元(HEU)，所述热交换单元固定在所述外部容器的内部并在其中具有液态二氧化碳(CO2)，所述HEU包括阀构件，该阀构件在一个位置提供限流孔口以允许所述液态CO2直接从液态转入气态，同时保持所述HEU中的压力以将残余的CO2保持为液态，且在第二位置提供基本上无限制的流动路径，以允许液态CO2进入所述HEU中。

Description

具有使用液态二氧化碳的热交换单元并具有双功能阀的自冷 却食物或饮料容器

相关申请

本申请是要求2015年3月20日提交的SELF-COOLING FOOD OR BEVERAGECONTAINER HAVING A HEAT EXCHANGE UNIT USING LIQUID CARBON DIOXIDE AND HAVINGA DUAL FUNCTION VALVE的临时申请S.N.62/136,176的权益和提交日的非临时申请。.

技术领域

本发明总体上涉及用于保持食物或饮料的容器，其中还包括热交换单元，其使用液态二氧化碳并具有接触食物或饮料的外表面，当该热交换单元被启动时改变食物或饮料的温度。

背景技术

长期以来期望提供一种简单、有效和安全的装置，其可以容纳在诸如食物或饮料容器的容器内，旨在根据需要改变食物或饮料的温度。

在许多情况下，诸如在冰或冰箱不容易获得的地方，诸如露营、海滩、划船、钓鱼等地方，希望有可以在消费之前被冷却的饮料。过去，个人需要携带用于饮料的含有冰和容器的冰柜，以便它们可以被冷却并以所需的方式被消费。使用这种冰柜是麻烦的，占用了大量的空间，并且持续时间非常有限，之后冰必须被更换。在使用中，还必须使融化的冰所产生的水不时地从冰柜中排出。

作为上述的结果，已经有许多尝试的例子，其提供容纳食物或饮料的容器，且还在其中容纳热交换单元，当该热交换单元被启动时，其将冷却容纳在其中的食物或饮料。这些现有技术装置中的热交换单元容纳通常处于压力下的制冷剂材料，当该制冷剂材料被释放时，其将吸收周围的食物或饮料中的热量，从而在消费食物或饮料之前冷却食物或饮料。在现有技术的热交换单元中使用的制冷剂包括处于压力下的气体，诸如氢氟烃、氨、液氮、二氧化碳和液态二氧化碳。还开发了一种系统，其使用在压力下吸附二氧化碳气体的压实碳颗粒。当通过打开阀门将HEU暴露于大气时，二氧化碳气体解吸并冷却容器中的食物或饮料。这样的系统的示例在美国专利7,185,511、6,125,649和5,692,381中示出。这样的包括气体或液体形式的二氧化碳的现有技术专利的示例在美国专利3373581；4688395；和4669273中示出。利用现有技术中所示的这样的热交换单元的容器对于制造商来说是复杂且困难的，因此造成巨大的费用，使得这样的现有技术的自冷冻饮料容器在商业上没有吸引力。另外，在使用液态二氧化碳的情况下，液态二氧化碳的释放导致液态二氧化碳转化为固态(干冰)，其仅提供食物或饮料的温度的有限的降低。由于上述原因，需要一种用于食物或饮料的简单、易于组装且有效的自冷却系统。

发明内容

一种包含食物或饮料的组件，包括用于接收食物或饮料的外部容器，且该外部容器具有顶部和底部，所述底部限定通过该底部的开口；热交换单元(HEU)，包括填充有液态二氧化碳(CO2)的金属内部容器，且该内容容器适于在所述开口中固定到所述外部容器。阀器件固定到所述HEU以提供限流孔口，当阀器件被启动时形成不平衡，以允许液态CO2直接从液态进入气态，但同时以液态保持所述HEU中的剩余的CO2。阀构件包括阀杆，其提供双重功能：用液态CO2充注所述HEU，并提供所述限流孔口。

附图说明

图1是二氧化碳的相图，其示出了CO2为固体、液体、气体和超临界液体时所处的压力和温度；

图2是示出了HEU和在其中容纳HEU的容器的组合的局部截面图；

图3是图2的标记为3-3的部分的放大的详细截面图；

图4是示出了本HEU的阀的示意图；

图4A是示出了阀的密封功能的局部图；

图5是示出了处于其排气位置的图4的阀的放大图；

图6是示出了阀杆的构造的透视图；

图6A是示出了如何将保持器固定到阀杆的细节；

图7是示出了处于其闭合位置的阀的截面图；

图8是示出了处于它的允许液态CO2插入HEU中的位置的阀的截面图；

图9是示出了处于其排气位置的阀的截面图；

图10是示出了当从HEU排放气态CO2时，阀使气态CO2转向的功能的截面图；以及

图11是示出了图3所示的基部部件的帽的透视图。

具体实施方式

现在更具体地参考图1，示出了二氧化碳的相图。如其中所示，二氧化碳可以是固相、液相或者蒸汽或气相。根据本发明的原理，至关重要的是，在使用热交换单元降低容器内的食物或饮料的温度的时候，将二氧碳保持为液相，并防止其进入形成干冰的固相。如图所示，相图上的三相点是物质的三种状态(气体、液体和固体)共存的点。临界点是相图上的这样的点，在该点处，无法在液态和气态之间区分物质(在该例子中为二氧化碳)。蒸发(或冷凝)曲线是相图上的曲线10，其代表液态与蒸汽或气态之间的转变。如图所示，相图通常在纵坐标上以大气压力绘制压力，而在横坐标上绘制温度，在这种情况下以摄氏度为单位。这些线代表这样的压力和温度的组合，在这样的压力和温度下，液体和蒸气这两相可以平衡地存在。换言之，这些线限定相变点。按照本发明的原理，热交换单元在使得二氧化碳处于其液态中的温度和压力下充注二氧化碳。然后热交换单元被密封，使得液态被平衡地保持在热交换单元内，直到期望冷却围绕热交换单元的容器内的食物或饮料的时间。此时，产生了不平衡，从而允许液态二氧化碳被允许进入蒸汽或气态，但是同时至关重要的是，保持热交换单元内的压力，使得仍存在于热交换单元内的任何二氧化碳保持为液态。如下文更详细地描述的，这通过以下方式来实现：通过提供路径，用于液态二氧化碳从液态转至气态并通过经过限流孔口排放到大气，所述限流孔口具有压降，从而保持热交换单元内的压力，使得包含在热交换单元内的残余的二氧化碳保持为液态，直到所有的液态二氧化碳从液体转至气态并经过限流孔口到大气，从而完全排出热交换单元中的液态二氧化碳。

现在更具体地参考图2，其以截面图示出了具有顶部14和底部16的饮料容器12。底部16在其中具有开口，热交换单元18附接至所述开口。包含在容器12内的食物或饮料围绕充注有液态二氧化碳的热交换单元(HEU)的外部，当液态二氧化碳通过大致上以20示出的阀机构释放时(其将在下文中更充分地描述)，其将食物或饮料的温度降低到期望的水平以用于消费。顶部14在制造过程期间敞开，以允许将HEU插入图2所示的位置中。

现在更具体地参考图2，图2所示的以虚线圈出并标记为3的区域被更详细地示出。如图3所示，提供了装配或附接适配器22，其为金属的且优选为铝的，并且包括形成在其上的螺纹23，以螺纹地接收在HEU 18的上部敞开部分内，所述上部敞开部分在其上具有互补的螺纹。附接适配器22在设置为通过其的开口或第一孔25中接收具有第一端17和第二端19的塑料阀构件24，且附接适配器22还接收爆破盘组件26，爆破盘组件26还螺纹地接收在设置在附接适配器22的开口或第二孔27内。附接适配器22具有以包覆模制工艺施加至其的塑料包覆模制的基部支撑环29，其中塑料构件通过将聚丙乙烯的模制注射到其中已经放置有附接适配器22的模具来形成。支撑环29包括具有顶表面的向外延伸的凸缘，所述顶表面座置抵靠饮料罐12的底部部分16和附接适配器22的整个组件，阀24和爆破盘组件26通过基部部件28保持在位，基部部件28将在下文更详细地描述。基部部件28具有卡环构件30，卡环构件30由多个卡爪形成，所述多个卡爪扣合在附接适配器22的上部部分的周向凸起32上，且从而将HEU以及阀组件20和爆破盘组件26固定到饮料罐12的底部上。塑料垫圈(未示出)也可以座置在罐的底部与基部支撑环的上表面之间。按钮部件34在基部部件28中被保持在位，且当向下移动该按钮部件34时，凸起36将接合塑料阀构件24的上端或第二端19，且将抵抗阀弹簧37的力将所述上端或第二端向下推动以提供限流孔口，包含在HEU内的液态二氧化碳可以通过所述限流孔口进入气态并从HEU逸出。阀弹簧37座置抵靠由附接适配器22的顶部或上表面43中的第一孔25的可重入孔41形成的肩部39以及卡扣配合到阀杆21的顶部的塑料阀保持器45的下表面。气态CO2将沿着塑料阀的外部与设置在附接适配器22中的开口之间的受限的流动路径通过，使得现在从液态转至气态的液态CO2可以围绕塑料阀杆21的外表面向上流动以离开附接适配器22。然而，气体转向器38跨越附接适配器22的上部部分设置，且操作为使得当气态的二氧化碳通过塑料阀杆24的阀杆21周围的开口向上流动时，其将被径向向外地转向且然后将使得其通过沿着饮料罐12的外表面40的基部部件向下转向，如将在下文更充分地描述。

现在更具体地参考图4，其更详细地示出了塑料阀24。如图中所示，塑料阀24模制有向外延伸的下部部分49，下部部分49具有接合附接适配器22的下表面44的连续的锋利边缘42，以提供非常有效的密封。阀24由具有一定柔性的聚合物材料模制。如图4A所示，阀24的锋利边缘42稍微向外弯曲抵靠表面44(如47处所示)以更有效地形成密封。由阀弹簧37施加在阀24上的力以及HEU中的液态CO2的压力导致该弯曲。如图5所示并参考图5，当阀24如图5所示地被向下下压时，部分46具有第一表面，其仍处于设置在附接适配器22的孔25内，并用于提供压降和期望的节流，以将HEU内的液态二氧化碳保持在沸腾状态，使得其直接从液态直接转入气态。这防止了干冰的形成且从而允许根据蒸发焓的最大冷却。阀24的部分46以及孔25在部分46所处的区域中的直径的尺寸设定为：当部分46在孔25中完美地同心时，提供二至四微米的间隙。如果部分46不完美地同心，则该尺寸使得提供四至28微米的最大间隙。该间隙在部分46的整个长度上延伸，根据当前优选的实施例，其为0.5mm。该间隙提供临界限流孔口，当其被启动时，允许液态二氧化碳直接从液态转至气态，但同时保持HEU中的压力，使得所有的残余二氧化碳保持为液态。

如图6所示并参考图6，如上所述，阀24具有与附接适配器22中的孔25协作的部分46。除此之外，阀24的杆21形成有第二表面56，其直径小于第一表面且形成有多个槽或沟槽(flute)，其中一些以50、52和54示出。这些槽操作为提供比部分46与附接适配器22中的孔25之间的限流孔口所提供的更大的流动面积，且用于以液态二氧化碳充注HEO。通过向下按压阀24来实现充注，使得部分46在孔25下方延伸且仅第二表面56现在处于孔25内，且此时来自源(未示出)的处于压力下的液体形式的二氧化碳被允许在基本上无限制的流动路径中通过开槽区域56经过阀24进入HEU的内部。这被保持一段时间(几秒)，足以使得所需量的液态二氧化碳进入HEU。目前，确定了85至95克的液体形式的二氧化碳进入了HEU。还应当理解，液体形式的二氧化碳的源大约为150磅每平方英寸(psi)(10.34bar)，并且将该增压源施加到阀24的上部部分还将导致阀24向下移动，以允许开槽区域56进行操作，以允许二氧化碳流入HEU中。

如图6中更好地示出，阀弹簧37座置在附接适配器22的开口41内，且还抵靠保持器45操作，保持器45卡扣配合到阀24的上部部分上，且用于当单元处于其密封状态时保持阀24的尖锐部分42与附接适配器22的下表面44之间的密封。塑料阀保持器45是聚丙烯的模制构件，且该零件被压配合在阀杆的端部上，且其将弹簧37内部地保持在位，且一旦阀被放置为通过附接适配器22中的孔25就被放置在位。弹簧37落入，然后保持器45扣合到杆21的顶部上。现在参考图6A，阀杆21的端部以53示出，且形成有凹槽55，凹槽55提供延伸整周的肩部57。保持器45还具有肩部59，当其被压下时，其将实际上膨胀超过端部53，然后返回扣合在位，且其然后将保持器45保持在阀杆21的端部上。图6A示出了将保持器在阀杆21上保持在位的方式。

现在参考图7，其示出了阀24处于其闭合位置且被密封。阀顶部60稍微突出到附接适配器22的顶部62的上方，使得可以接近按钮凸起，以进行以上结合图3所讨论的操作。

现在参考图8，阀24被示出为处于其充气或充注位置。如这里所示，液态CO2源上的填充头(未示出)向下下压阀，使得其远低于附接适配器22的上表面62，且在优选的实施例中，其应当在顶部62下方一毫米处。这然后使得阀24的部分46从附接适配器22的孔25出来，从而导致开槽区域56进行以上结合图6所讨论的操作。这样就形成了基本上无限制的气体流动路径，用于非常快速地用液态CO2充注HEU并且不产生热量。

现在参考图9，阀24被示出为处于排气位置，其通过向下按压按钮使得凸起接合阀的顶部来实现。该位置打开阀但是将部分46保持在孔25内，从而形成将二氧化碳保持为液态沸腾所需的限流孔口或节流，使得其从液态转至气态而不形成固态CO2。

现在更具体地参考图10，其更详细地示出了气体转向器的功能。如其中所示，当液态二氧化碳进入气态并通过阀杆21与孔25(如上所述阀杆21座置在该孔25中)之间的空间向上流动时，其将通过气体转向器38转向，然后在基部部件28的下表面与中心容器12的外表面之间向外传递，然后沿着外部容器12的外表面向下转向，如箭头64所示。

现在更具体地参考图11，其更详细地示出了基部部件28。图11中的基部部件28的图示是基部部件28的内表面的透视图，该内表面形成流动路径，以使处于气态的液态CO2转向和经过，使得其在饮料容器12的外表面周围向外和向下移动。如图所示，存在多个径向向外延伸的凹槽66至76，气体形式的CO2可以通过该多个凹槽66至76朝向基部件28的外周78流动。在这种情况下，气体然后将进入大致以80示出的区域中，且然后通过基部部件28的向下指向的外周凸缘83的内表面82向下转向，使得其如上所述地沿着饮料罐12的外表面向下移动，以增强逸出的气态CO2的冷却效果。用于将HEU组件固定到饮料罐12的多个卡爪30被更详细地示出。如本领域技术人员所理解的，当基部部件28卡合在位时，卡爪将向外移动到凸出部32之上，然后返回到凹槽中以被固定。

Claims (14)

1.一种自冷冻食物或饮料容器，具有使用液态二氧化碳的热交换单元，所述自冷冻食物或饮料容器包括：

用于接收食物或饮料的外部容器；

热交换单元，包括在其中具有开口的内部容器，所述内部容器固定到所述外部容器并延伸到所述外部容器中，使得所述内部容器的外表面与接收在所述外部容器内的食物或饮料接触；

附接适配器，具有上表面和下表面，并限定通过其的第一孔和邻接其上表面的周向凸起，所述附接适配器在热交换单元中的所述开口处固定到所述热交换单元；

阀构件，具有座置在所述附接适配器中的所述第一孔中的第一端和第二端，所述阀构件具有邻接其第一端、与所述孔间隔开2至28微米的量的第一连续表面，以及与所述孔间隔开一定量的第二表面，以提供流动路径，以便允许处于压力下的液态二氧化碳基本上不受限制地进入所述内部容器中；

在所述阀构件和所述附接适配器之间的密封，使得所述内部容器中的液态二氧化碳保持在一定压力和温度下，以在所述液态中保持平衡；

当所述密封被移除时，所述第一连续表面提供限流孔口以产生不平衡，以使得所述液态二氧化碳直接从液态转为气态，并通过所述限流孔口排放到大气，从而冷冻所述食物或饮料，同时将所述内部容器中的任何残余的二氧化碳保持在液态中；以及

致动器，用以将所述阀构件定位在第一位置和第二位置之间，所述第一位置用以提供所述限流孔口，所述第二位置使得所述第二表面位于提供所述无限制流动路径的位置。

2.如权利要求1所述的自冷冻食物或饮料容器，其还包括固定到所述内部容器的爆破盘，所述爆破盘与所述液态二氧化碳持续连通，并且适于在所述液态二氧化碳的压力超过预定量的情况下破裂。

3.如权利要求1所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述阀构件包括模制塑料构件，所述模制塑料构件具有向外延伸的唇缘，所述唇缘具有连续的锋利边缘，所述锋利边缘座置抵靠所述附接适配器的所述下表面以提供所述密封。

4.如权利要求1所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述外部容器具有底表面，在所述底表面中限定了开口，且所述附接适配器设置为邻接所述底表面中的所述开口。

5.如权利要求1所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述附接适配器包括塑料包覆模制支撑环，所述塑料包覆模制支撑环具有向外延伸的凸缘，所述凸缘具有顶表面，所述顶表面围绕所述开口座置抵靠所述外部容器的底表面。

6.如权利要求1所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述附接适配器在其中限定第二开口，所述爆破盘接收在所述第二开口内，所述爆破盘与所述液态二氧化碳持续连通，并且适于在所述液态二氧化碳的压力超过预定量的情况下破裂。

7.如权利要求6所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述内部容器在其中包括螺纹开口，所述附接适配器在其上具有螺纹延伸部，所述螺纹延伸部能够螺纹地接收在所述内部容器中的所述螺纹开口内，以将所述阀和所述爆破盘固定到所述内部容器。

8.如权利要求3所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述附接适配器的上表面处的所述第一孔限定提供肩部的可重入孔，所述阀构件的所述第二端延伸到所述可重入孔中，阀保持器固定到所述阀构件的所述第二端，

弹簧座置在所述肩部和所述阀保持器之间，以促动所述阀构件的所述连续的锋利边缘与所述附接适配器的所述下表面接触。

9.如权利要求8所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述连续的锋利边缘是柔性的，以响应于所述弹簧的促动而向外移动抵靠所述附接适配器的所述下表面，以帮助提供所述密封。

10.如权利要求2所述的自冷冻食物或饮料容器，还包括设置在所述附接适配器的上表面之上的气体转向器，用以使通过所述第一孔排放的气态二氧化碳径向向外地转向。

11.如权利要求10所述的自冷冻食物或饮料容器，还包括模制塑料基部构件，所述模制塑料基部构件装配在所述外部容器的底部之上且包括卡环构件，所述卡环构件与所述附接适配器上的所述周向凸起协作，以将所述附接适配器与所述阀构件和爆破盘固定到所述第一容器。

12.如权利要求11所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述卡环包括多个分离的卡爪。

13.如权利要求11所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述基部构件包括向下指向的外周凸缘并限定径向向外延伸的多个凹槽，以形成流动路径，用于使所述气态二氧化碳通过所述周向凸缘沿着所述外部容器的外表面被向外和向下地引导。

14.如权利要求11所述的自冷冻食物或饮料容器，其中所述致动器包括由所述基部构件承载的按钮状构件，且包括定位在所述阀构件的所述第二端之上的向下延伸的凸起，所述按钮状构件当被压下时能够向下移动，使得所述凸起接合所述阀构件并将所述阀构件向下移动，以移动所述唇缘的所述锋利边缘远离所述附接适配器的所述下表面，以打开所述密封并提供所述限流孔口。