CN1218552A - 用于自冷却容器的复合阀座和底部组合体 - Google Patents

Abstract

一种自冷却容器,包括复合阀座和底部组合体(10),以将热交换单元(16)固定到罐底部,在此起动冷却。阀(22)直接弯边进入复合阀座和底部组合体的阀座(34)。热交换单元随后连接到本发明的复合阀座和底部组合体上,以冷却饮料。复合阀座和底部组合体整体地连接到容器的主体或侧壁上,从而形成两件组合体。复合阀座、阀和底部组合体通过弯边连接到容器的主体或侧壁上,因此形成三件组合体。

Description

用于自冷却容器的复合阀座 和底部组合体

本发明一般涉及自冷却容器，用以冷却产品，例如饮料，并且尤其涉及到这种容器的热交换单元的固位。

很久以来一直盼望有一种简单的，高效的安全的装置可以置于一个容器内，例如饮料容器，目的是按照要求冷却一种产品，例如饮料。这种自冷装置，既使是有效的，通常在冷却产品时，带有其所有伴随而来的缺点，如环境危害，笨重，昂贵等诸如此类。不同类型的装置得到发展以达到所希望的自冷，例如依靠化学吸热和放热反应的装置，需要空气循环的装置，利用干燥剂吸收介质和水的装置，以及依靠熟知的电效应得以加热和冷却的装置。为申请人所了解的典型的用于冷却饮料等的自冷装置有例如美国专利编号为2460765；3373581；3636726；3726106；4584848；4656838；4784678；5214933；5285812；5325680；以及5331817。

利用上面指出的专利所示的先前技术的自冷装置通常不令人满意。伴随传统自冷装置的问题之一是使热交换单元，特别是阀组合体，牢固地固定在容器上。尤其是，固定热交换单元，包括它的阀，到容器上的传统方式一般需要某种形式的粘合剂，这样就需要应用昂贵的机械构造，并且必须防漏和食品等级与之相匹配。此外，典型的热交换单元包括：一个单独的阀座用以支承阀，由此进一步增加了成品容器的成本和复杂性。随之，遇到的一些困难是这些装置：(1)偶然泄露会导致容器的过份增压，(2)无法排放，(3)启动后不能保持在原位，(4)效率低，(5)有泄露，以及(6)固定费用昂贵。

因此，所需要的是牢固地将热交换单元，尤其是阀组合件，和容器连接起来的装置，并且它是简单的，高效的和安全的。

原先技术产品的前面提到的和其它的缺点被本发明指出和克服，其提供了一种自冷却容器，包括：一个复合阀座和底部组合体，用以牢固地将热交换单元连接到用户进行启动的罐底部。阀被直接束缚到复合阀座和底部组合体的阀座上。热交换单元随后固定在本发明的复合阀座和底部组合体上，以冷却饮料，在此将详细解释。优选地，复合阀座和底部组合体整体地固定在容器的壳体或侧壁上，由此形成一个两件组合体。另一种方法，复合阀座，阀和底部组合体通过弯边固定到容器的壳体或侧壁上，由此形成一个三件组合体。

通过后面的详细描述及所附图纸，本发明的前述和其他的特征及优点将变得清晰。在附图和文字描述中，号码代表本发明的不同部件，在附图和文字描述中，同样的号码代表同样的部件。

图1是根据本发明的带有复合阀座和底部盖组合体的自冷饮料容器的透视图，阀组合件置于所述阀座内，热交换单元固定在所述的组合体上；

图2是如图1示出的复合阀座和底部盖的组合体的纵剖面图，阀组合件置于所述的阀座中，并且热交换装置固定在所述的组合体上；

图3是图1示出的复合阀座和底部组合体的底部盖的视图；

图4是如图1所示的尚未安装进复合阀座和底部盖组合体的热交换单元的纵剖面图，阀组合件安装在组合体内；

图5是如图1所示的阀置于阀座内的详细纵剖面图；

图6是根据本发明的另一实施例的带有复合阀座和底部盖组合体的自冷饮料容器的透视图，阀组合件置于所述的阀座内，热交换单元固定在所述的组合体上；

图7是如图6所示的复合阀座和底部盖组合体的纵剖面图，阀组合件置于所述的阀座内，并且热交换单元固定在所述的组合体上；

图8是如图6所示的复合阀座和底部盖组合体的底部的底视图；

图9是如图6所示的尚未安装到复合阀座和底部盖组合体的热交换单元的纵剖面图，阀组合件安装在组合体内；

图10是如图1所示的自冷饮料容器的纵剖面图，包括安装在复合阀座和底部盖组合体内的热交换单元；

图11是图1所示的热交换单元的纵剖面图；

图12a是热交换单元的套管件的上视图；以及

图12b是如图12a所示的套管件的侧视图。

参照图1和2，总体示出带有复合阀座和底部盖组合体10的自冷却容器12，阀组合件20置于所述的阀座34内(图5详细示出)，热交换单元16固定在所述的组合体上。现在特别参看图2，详细地说明含有装于其中的热交换单元16的容器12。如其中所示，热交换单元16的顶端连接到容器12的复合阀座和底部盖组合体10上。按照本发明的优点，热交换单元16以这种形式安装，可以消除对特殊设计的注液装置或方法的需求。根据本发明设计的容器12在装瓶过程中实际上是透明的，因此可以使用传统的饮料注液装置。根据本发明的另一个优点，复合阀座和底部组合体10牢固地将热交换单元16和阀组合件20固定在容器12上，而不需要粘合剂或昂贵的机加工。

自冷却容器12装有产品(未示出)，例如啤酒，软饮料，水果饮料等等，按照本发明的原理构造。为了阐述的目的，在此利用传统饮料容器解释和描述本发明。本发明可以由传统的和特殊设计的饮料容器实现。然而本发明不局限于为饮料型容器提供自冷。相反的，本发明可以用于为各种不同的应用提供自冷，包括但不局限于冷却各种尺寸和形状的饮料，食物，以及化学和工业容器，以及用于传统的制冷系统。

如图1所示，热交换单元16置于容器12内，正如在此将更进一步解释的，优选卷边固定在本发明的复合阀座和底部盖组合体10上以冷却饮料。如图1到9示意及此处的描述，示出阀座和底部组合体10安装在容器12的底部盖14上，可以替换地采纳为安装在容器12的其它部分，例如顶部或侧部。此外，本发明也不局限于此处所描述的热交换单元或任何相关的参考文献。相反的，本发明可以实现牢固地固定任何置于容器型装置的传统热交换单元。

参照图1和2，热交换单元16包括室18和起动部分(未示出)，后面将详细说明，起动部分与阀组合件20相连接。阀组合件包括阀22，带有阀杆24。室18含有用于冷却饮料的一种或多种气体，被保持在压缩或液化状态的压力下。本领域技术人员可认识到混合气体将依据不同的参数而变化，包括但不限于所需的冷却程度，气体的特性，热交换单元16中的压力，以及使用热交换单元16的容器尺寸。

如图1和2所示，阀组合件20首先安装在复合阀座和底部组合体10的阀座34上。热交换单元16随后固定在阀座34的外周。当阀组合件20置于阀座34中时，其与热交换单元16上的起动部件相互作用，以驱动热交换单元16。阀座34及底部盖14整体地连接到容器12上，形成一个两件组合体10。当阀组合件20轴向往复运动时，阀组合件20将打开或关闭，以允许气体通过阀杆24排出。阀杆24基本上结构为管状，并且一端轴向伸出复合阀座和底部盖组合体10，另一端与阀22相配合。

现在特别参看图2和3，复合阀座和底部盖组合体10被详细说明。容器12的底部盖14整体地形成在容器12的侧壁26上，并且优选由铝制成，虽然其它材料包括但不局限于钢也可以使用。

如图5详细所示，底部14的阀座或内部接收部分34包括孔28，形成在其中心部分，用以接收阀杆24的一部分。如图3详细所示，孔28包括内部支承环30，与阀杆24同心设置，使其环绕和包围从底部14突出的阀杆24的一部分。支承环30可以是传统环，例如弹性环或垫圈。另一种方法，孔28可以包括一个整体成形的向内延伸的凸缘，其在生产过程中被辗压或卷边，为阀杆24提供圆形导向。

参照图2和3，内部接收部分34沿着阀22的肩部30，从孔28大致纵向延伸(以阀杆24的纵轴为基准)。内部接收部分34随后沿阀22的主体部分以平行于阀杆24的方向延伸，由此形成阀22的座以安装在其上。由于是一个圆柱形阀，内部接收部分34也优选圆柱形。内部接收部分或阀座34的特定尺寸因此由包括阀22和阀杆24的阀组合件20的特定几何形状来确定。内部接收部分34然后以纬度方向向外延伸(以阀杆24的纵轴为基准)，以与阀杆24平行的方向并且从底部14的中心部分继续沿纬度方向向外延伸，形成肩部36和内部接收部分34的外周，从此热交换单元16弯边固定在其上。

肩部36在形成环状脊38之前，从中心沿纬度方向延伸出去。从环状脊38处，底部14与容器的侧壁26整体地成形，与阀组合体20复合，集成和安装在那里，形成了本发明的复合阀座和底部盖组合体10。

阀组合件20优选通过弯边固定在容器12的内部接收部分34上。尤其是，阀22的肩部和主体部分30和32在生产加工过程中由传统方式被卷曲在内部接收部分34的外周上。另一方面，阀组合件20可以通过其它方式固定在底部14上，例如粘接，焊接，咬合等。本领域技术人员可以认识到能够实现将阀组合件20粘接到内部接收部分34上的任何粘合剂应与各种覆层和装在其中的产品例如饮料相适应，该覆层在容器12内部，确保就产品而言没有有机的或有毒的污染，

与容器12的壳体或侧壁26完全成一体的容器12的底部盖14，优选用与容器12相同的材料制造。由于最传统的容器由铝制成，底部盖14也典型地由铝制成。本领域技术人员可以知道其它材料例如钢也可以使用。阀杆24和阀22优选由聚酯生产，虽然其它类型的塑料，包括但不局限于聚丙烯、聚乙烯和尼龙等也可以使用。另外本领域技术人员会认识到底部盖14和阀组合件20的直径依各种参数而改变，包括但不局限于热交换单元16的尺寸及热交换单元16被设计去冷却的容器12的直径。

如图4所示，热交换单元16的主体部分17包括向下递减部分40，截止于向外延伸的凸缘42，以使热交换单元16固定在本发明的阀座和底部组合体10上。尤其是，热交换单元16的凸缘42优选通过卷边固定在内部接收部分的肩部36或复合阀和底部组合体10的阀座34上。另一方面，其它固定热交换单元16到复合阀座和底部组合体10上的方法，例如夹紧、焊接、咬合、粘合也可以使用。延伸的凸缘14优选用与容器12和/或热交换单元16相同的材料生产，虽然其它材料例如铝或钢也可以使用。

参照图6到9，在此阐述用以固定热交换单元16的复合阀座和底部组合体50的一个替换实施例。如图6详细示意，组合体50弯边固定在容器54的壳体或侧壁52上，而不是如图1到5所示整体成形，因而形成一个三件组合体50。现在特别参看图7和8，详细地阐述复合的三件阀座和底部部分组合体50。根据本发明，组合体50的阀座56制成与组合体10的阀座34相同的形状。底部盖68从阀座56的外周58上，肩部74处大致沿纬度方向60延伸，随后大致沿纵向方向向上62，再大致沿纬度方向向下64，终止于固定凸缘66，用以优选通过弯边来将底部盖68固定到容器12的侧壁26上，虽然其它方法例如接缝也可以使用。阀座56，底部盖68和容器54共同形成一个三件组合体50，根据本发明牢固地固定阀组合件20和热交换单元16在其位置上。

如图9所示，热交换单元16的主体部分包括向下递减部分40，终止于向外延伸的凸缘42，以固定热交换单元16到本发明的阀座和底部盖组合体50上。尤其是，热交换单元16的凸缘42优选通过弯边固定在内部接收部分的肩部74上或复合阀座和底部盖组合体50的阀座56上。另一方面，固定热交换单元16到复合阀座和底部盖组合体50上的其它方法，如夹紧、焊接、咬合、粘接也可以使用。延伸凸缘42优选采用与容器12和/或热交换单元16相同的材料生产，虽然其它材料如铝或钢也可以使用。

参照图10-12，在此阐述和描绘有组合体10的热交换单元的运行。带组合体10的热交换单元的运行仅是用于描述的目的。组合体50适用相同的运行条件。参照图10，如本领域技术中已知，图1中所示的传统的饮料容器12包括壳体部分120，顶部118和底部114。顶部118包括一个带有拉板的盖112。容器12以颠倒或上下反置的状态放置以启动，其包括一个热交换单元16，安装在组合体10上以实现饮料的冷却，在此本文将进一步解释。如图中所示，热交换单元16的顶部与复合阀座和底部盖组合体10相连接。

现在特别参照图11,12a和12b，提供了更详细的热交换单元16的描述。如其中所示，热交换单元16包括室128，套管件134及起动部件144。室128内含有气体130，优选液化气体，用于冷却饮料126并保持在压缩或液化状态的压力下。也可以使用不同的气体，包括但不局限于异丁烷，丙烷，二氧化碳，CFC,HCFC等。用于冷却饮料126的优选气体130为HFC152A(无氟)，典型地贮存在85p.s.i.a.和75°F的状态下。冷却饮料126用的混合气体可以为丁烷和HFC134A(四氟乙烷)的混合物，以60∶40(丁烷∶HFC134A)的比例混合。另一种方法，室128也可含有压缩气体130如空气，二氧化碳，空气/二氧化碳的混合物等。本领域的技术人员可认识到气体的混合物依不同的参数而变化，包括但不局限于需要冷却的程度，气体130的特性，热交换单元16中的压力，以及使用热交换单元16的容器的尺寸及形状。

如图10和11所示，室18被底板131，顶端156和壁132围绕。热交换单元16通过壁132从饮料126中吸收热量，壁优选由热传导材料如铝制造。另一方面，热交换单元的壁132可以由塑料材料生产，如聚碳酸酯，聚乙烯和聚酯等。

现在特别参看图12a-12b，更详细地描述了套管件134，正如后文将要提到并更全面描述的，套管件134增加了有效传热表面，因此隔离蒸发过程并减少气体蒸发的时间。做为这一过程的结果，传热过程所需的时间减少，因而更有效地冷却产品。

如图所示，套管件134与热交换单元壁132同心设置，环绕热交换单元壁132的内表面136，以实现气体130在整个热交换单元16的流动。套管件134优选由材料如聚丙烯制成，其可以被液态气体130润湿，以增加气体130在套管件134和热交换单元16的壁132间的流动。其它塑料，包括但不局限于聚酯等也可以使用。

套管件134包括多个肋138，沿套管件134的外表面140间隔布置，沿热交换单元壁132的内表面136形成多个槽142。槽142基本上从底板131向热交换单元16的顶部156延伸。在优选实施例中，肋138基本上纵向布置，也就是，基本上垂直于热交换单元16的底板130。本领域技术人员可以了解到肋138可以布置为其它替换形状，以提供对饮料126有效冷却。例如，肋138可以替换为螺旋形成的一系列槽，沿热交换单元16的壁132的长度呈螺旋状。

典型地，每个肋138从套管件134延伸出约0.02英寸(0.51mm)，并且大约0.02英寸(0.51mm)宽，套管件1 34高度约为2.23英寸(56.6mm)，其长度足以配合热交换单元壁132全部的内表面。肋138优选分开大约10度布置，因而产生一个含有大约136个肋的套管件134。本领域技术人员可认识到肋138和槽142的尺寸依下面参数而变化，包括但不局限于套管件134用于其中的热交换单元16的尺寸及热交换单元16设计冷却的容器12的尺寸。

为了启动热交换单元16，容器如图10所示倒置或上下颠倒布置，热交换单元16通过阀杆24轴向伸出容器12的组合体10外的部分启动。一旦热交换单元16被启动，室128内液化气体130的压力减小，导致液化气体130流入室128的底部131。饮料126和液化气体130间的最初的热交换发生在多个槽142间。饮料126的热量通过室128的壁132被液化气体130吸收，液化气体130通过绝热膨胀气化。随着液化气体130的温度上升，液化气体130开始沸腾产生气泡，向上升入槽142。这种沸腾作用由此把液化气体130向上推进到槽142中，实际上使热交换单元壁132的全部内表面浸湿在液化气体中，既使液化气体130减到很小量。例如，既使当液化气体130的液面降至四分之一英寸，液化气体130将会持续被泵起，几乎浸湿热交换单元壁132的全部内表面积。向上流动的液化气体130的进一步暴露在室128的热交换表面，导致液化气体130气化。这一持续沸腾和液化气体130的扩散确保壁132的全部内表面及室128的底板131被液化气体130浸湿。套管件134因此增加了有效热交换表面，因而隔离蒸发过程和减少气体蒸发的时间。做为这一过程的结果，热传递过程所需的时间减少，因此允许更快地冷却产品。

通常，当一种装有液化气体的压力容器被允许与大气通气，液化气体将会蒸发。在它自冷到对应于其新的蒸气压的新的温度时及以后，它从环境中吸收热量。这一热量导致液化气体蒸发。自冷也会产生一些气体。发生自冷后，产生的所有气体是热量由其环境通过容器表面传送的结果。热量传递进容器的速度决定了产生气体的速度。由于蒸气有较差的传热系数，有高效热传递的表面仅仅是与液化气体接触的部分表面。随着蒸发的持续，容器内液化气体的液面降低，因此热量传递的速度减小。压力容器置于饮料容器内，被饮料所包围，压力容器侧面的一部分表面与饮料接触处，几乎没有热传递发生，因为蒸发了的气体立即处于容器表面的另一侧。

根据本发明的一个优点，通过含有套管在压力容器中，基本上侧面全部表面积可以保持热传递，直至几乎所有的液化气体蒸发。由于蒸发仅发生在所需热量可实现处，侧面的蒸发仅发生在纵向槽内。产生的气体形成气泡通过槽升至顶部。随着它们的爆裂，气体聚集在容器的顶部，并且最终通过开向大气的阀排出。随着气体气泡向上运动，它们携带有液化气体，因此保持全部侧壁被液化气体浸湿，而与液化气体在容器中的量无关。在热传递过程中，壁的全部侧面保持高效。随着液化气体蒸发，它们被流入槽底的液化气体所替代。最终结果是冷却饮料所需的时间显著降低。

根据本发明的优点，当一种气体混合物令人满意时，本发明不需要气体共沸，因为会发生局部搅动、换句话说，做为产生气泡和蒸发过程隔离的结果，混合气体仍将蒸发并在整个蒸发过程保持它们最初的比例，而没有共沸。

操作中，当阀杆24轴向往复运动时，将打开和闭合阀22，以允许气体通过阀杆24排放。为了热交换单元16的启动，容器12如图10所示倒置或上下颠倒放置，这样使得容器12的组合体10得以启动。

在典型的运行中，阀22闭合时，即当弹性环或垫圈盖住阀杆24的开口时，室128被密封并且液化或蒸发的气体130都不能从热交换单元16中逸出。当起动机构启动时，它接触阀杆24并导致阀杆24相对于弹性环向上移动。阀的设计也可使起动机构导致杆24垫圈中横向移动，允许气体流出。当杆24向上移动，开口不再被弹性环或垫圈封盖，形成在室128内的气体和杆24轴向通道之间的流体连通。因此，杆24的向上移动释放了室128的压力，并允许气体130膨胀和蒸发，在热交换单元16中发生蒸发冷却。热交换单元16的外壁从饮料中吸收热量，其优选由热导体如铝形成。气体130流经通道，并且最终通过阀杆24形成的开口排出容器10。

本领域技术人员将认识到，本发明不局限于在前面已经示出和描述的内容，及前面描述的具体实现方式的尺寸。本发明的精神完全由所附的权利要求界定。

Claims (26)

1．一种自冷却容器装置，带有顶部，主体和底部，以装盛将被冷却的介质，包括：

热交换单元，用以冷却所述介质；

阀组合件，包括阀和阀杆；以及

固定组合体，包括：

底部，与所述容器连接；以及

内部接收部分，置于所述底部组合体的内侧中心处，所述内部接收部分包括中心布置的孔，其中所述的内部接收部分固定所述的阀，所述的阀杆从所述孔中突出。

2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的内部接收部分整体地连接到所述的容器中。

3．如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的热交换单元还包括：

套管，置于所述热交换单元的所述壁的中心和内侧，用以实现气体在整个所述热交换单元上的流动。

4．如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述孔包括内部支承环，与所述阀杆同心布置，以使其环绕和包围所述阀杆从所述底部突出的部分。

5．如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述环是弹性环。

6．如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的孔还包括：

整体形成向内延伸的凸缘，在生产过程中其被卷边，以为所述的阀杆提供圆形导向。

7．如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的内部接收部分从所述孔大致沿纵向方向延伸，以所述阀杆的纵轴为基准，沿所述阀的肩部延伸，所述内部接收部分随后以基本与所述阀杆平行的方向沿所述阀的主体部分延伸，因而形成座，以使所述阀安装在其上。

8．如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述内部接收部分基本上以纬度方向向外延伸，以所述的阀杆的纵轴为基准，基本上平行于所述阀杆，并且继续沿大致纬度方向从所述底部中心向外延伸，形成肩部和所述内部接收部分的外周，所述的热交换单元固定在此处。

9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的肩部沿大致纬度方向在形成环状脊之前从所述中心部分向外延伸，并且从所述环状脊，所述底部整体地与所述容器的侧壁成形，与所述阀组合件复合时，合成一体并安装其上，形成所述的装置。

10．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的阀组合件优选通过弯边固定在所述容器的所述内部接收部分。

11．如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的阀的肩部和主体部分在生产过程中被弯边束缚在所述内部接收部分的外周上。

12．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的阀组合件通过与所述的容器和介质相容的粘合剂固定到所述的底部。

13．如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的底部由与所述容器相同的材料制成。

14．如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的内部接收部分是个阀座。

15．如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述的固定组合件被弯边固定到所述的容器上。

16．如权利要求15所述的装置，其特征在于，从所述的阀座的外周，在肩部，所述的底部大致沿纬度方向延伸，然后大致沿纵向向上，再大致沿纬度方向向下，终止于固定凸缘，用以将所述的底部固定到所述的容器上。

17．如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的热交换单元还包括主体部分，包括一个向下递减部分，终止于所述的固定组合件。

18．如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述的热交换单元的所述凸缘通过弯边固定到所述阀座的所述肩部。

19．如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述的凸缘由与所述容器相同的材料制造。

20．一种自冷却容器装置，用以装盛要冷却的介质，包括：

热交换单元，含有至少一种气体用以冷却所述的介质，包括：

阀组合件，用以通过所述容器的所述底部部分释放所述至少一种气体。

21．如权利要求20所述的自冷却容器，其特征在于，所述热交换单元还包括：

起动器，用以起动所述至少一种气体的释放。

22．如权利要求21所述的自冷却容器，其特征在于，所述的阀组合件还包括阀和阀杆，并且所述的自冷却容器还包括：

一个固定组合件，包括：

与所述容器相连接的底部；以及

内部接收部分，置于所述底部的内侧中心处，所述内部接收部分包括居中布置的孔，其中所述的内部接收部分固定所述的阀，所述阀杆从所述的孔突出。

23．如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述的固定组合件弯边固定在所述的容器上。

24．如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述的内部接收部分整体地连接到所述容器上。

25．如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述的热交换单元还包括：

套管件，布置在所述热交换单元的所述壁的中心和内部，用以实现所述至少一种气体流经整个所述的热交换单元。

26．如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述的热交换单元还包括：

套管件，布置在所述热交换单元的所述壁的中心和内部，用以实现所述至少一种气体流经整个所述的热交换单元。

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