CN1918442A - 用于自冷却包装的促动装置 - Google Patents

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CN1918442A CNA2005800043044A CN200580004304A CN1918442A CN 1918442 A CN1918442 A CN 1918442A CN A2005800043044 A CNA2005800043044 A CN A2005800043044A CN 200580004304 A CN200580004304 A CN 200580004304A CN 1918442 A CN1918442 A CN 1918442A
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Abstract

一种自冷却包装，其包括形成换热器(20)并容纳制冷液及其蒸气的腔体，和形成用于泵吸所述蒸气的吸附室(30)的腔体。该包装还包括设置在所述腔体(20、30)的公共壁(25)中的连接装置(40)，所述连接装置包括止回阀(42)；和布置在吸附室腔体(30)一侧上并适合于将止回阀打开到换热器腔体(20)内的初始位置的促动装置(45)。该包装还包括弹簧装置(43)，止回阀(42)适合于在所述弹簧装置(43)的作用下渐进地到达其完全打开位置。本发明使得可以实现止回阀在换热器腔体内的渐进打开。

Description

用于自冷却包装的促动装置
技术领域
本发明涉及自冷却包装领域。
特别地，本发明涉及允许通过使用吸附冷却方法来冷却其内容物的包装装置。这种冷却方法的原理包括在通过液体蒸气的吸附所维持的真空效应下蒸发该液体。
本发明尤为具体地可应用到容纳在罐头或者瓶子类封闭包装中的饮料的冷却。本发明的目的因此是允许在任何地点任何时间在理想温度下消费饮料。但是，本发明也可应用到容纳需要就在使用之前被冷冻的产品(例如化妆品、冰激凌等)的任何其他包装。
背景技术
吸附冷却方法的实施是已知的并且已经成为现有技术中大量研究的课题。已经提出了许多装置，结合有包含制冷液的换热器，该制冷液利用含有吸附剂的腔体被蒸发，特别应用于自冷却饮料包装。
专利申请WO 03/073019涉及自冷却包装和相关的执行装置，图1给出了其示例。
此文献公开了一种包装，包括：可以容纳饮料的第一腔体10；形成换热器并且容纳制冷液及其蒸气的第二腔体20；第三腔体30，其容纳用于吸附泵吸所述蒸气的装置，例如干燥剂。第二和第三腔体设置有公共的壁25，其包括内置连接装置40。所述连接装置40包括止回阀42，该止回阀可以承受在第二腔体侧上施加的压力并且在第三腔体侧上施加的力的效应下打开。
此止回阀42因此可以在保持由第三腔体形成的干燥剂室30内真空的同时阻止大气压，并且可以利用最小的力容易地推动到由第二腔体形成的换热器20内。
此文献中说明的止回阀42可以通过柱塞中空杆45促动，该柱塞中空杆45传递第三腔体30(干燥剂室)的壁35的至少一部分的位移，壁35与包括连接装置40与止回阀的壁25在相反侧。
止回阀42包括两行程打开方式。第一打开位置由柱塞杆45启动并且限定出制冷液蒸气的受约束路径，并且第二打开位置限定出扩大的路径以增强制冷液的蒸气流率。在第一打开位置中，阀42的阻塞构件通过第二腔体20相对于第三腔体30的过压而保持与杆45的端部接触，由此限制通过小的侧面开口到中空杆内部的蒸气路径。在第二位置中，当过压已经降低时，阻塞构件进入第二腔体(换热器)，释放到中空杆内部的更大开口。
液体/气体状态分离装置可以设置在形成换热器的第二腔体内。这种液体/气体状态分离装置的说明在专利申请WO 03/041841中给出。这样的液体/气体状态分离装置能够将制冷液蒸气分子从蒸气流所携带的该液体的液滴分离开。
然而，当蒸气流很重要时，尤其是当起动冷却过程时，这样的液体/气体状态分离装置可能会过载。所以，将这样的分离装置与两行程打开装置相结合允许当干燥剂室和换热器之间的压差很高时在冷却过程的开始阶段限制蒸气流，同时避免在压差已经随换热器温度降低时减缓冷却处理。换热器腔体中的压力等于诸如水的制冷液的饱和蒸气压力。
但是，当考虑到冷却处理起动和进一步冷却处理之间的蒸气流的强变化时，这种两行程打开不充足。
例如，当换热器在约30℃下起动冷却处理时，形成换热器的腔体内的饱和蒸气压力约为40mbar(4000Pa)。当换热器温度通过吸附冷却处理已经降低到小于10℃时(参见图8的曲线)，此压力降低到小于10mbar(1000Pa)。
在冷却处理开始阶段，当干燥剂吸附能力很高时，蒸气流与压力P成比例地变化。蒸气流的此变化过大而不能有效调节现有技术的两行程打开柱塞杆。当在不限制制冷液的蒸发速度的情况下促动连接装置时，现有技术的此方案不允许通过所述制冷液的猛烈沸腾将液滴抽向干燥剂室，并由此限制了换热器的冷却速度。
发明内容
所以，本发明提供了形成换热器的腔体和形成干燥剂室的腔体之间的增强的连接装置。取代两行程打开装置，为自冷却包装装置中的止回阀提供了渐进的打开装置。
特别地，本发明涉及一种自冷却包装，包括：
形成换热器并容纳制冷液及其蒸气的腔体；
形成用于泵吸所述蒸气的吸附室的腔体；
设置在所述腔体的公共壁中的连接装置，所述连接装置包括止回阀；
布置在吸附室腔体一侧上并适合于将止回阀打开到初始位置的促动装置；
弹簧装置，止回阀适合于在所述弹簧装置的作用下渐进地到达完全打开位置。
根据一个特征，所述止回阀适合于承受在所述换热器腔体一侧上施加的压力，并且可以在由所述促动装置和所述弹簧装置施加的力的效应下打开到所述换热器腔体内。
根据一个特征，弹簧装置在所述连接装置处于关闭位置中时静止，并且在初始打开位置中被所述促动装置加载。
根据一个实施例，弹簧装置是促动装置的一部分。
根据一个另一个实施例，弹簧装置是连接装置的一部分。
根据一个特征，促动装置包括柱塞杆。
根据一个特征，弹簧装置具有包括在促动器柱塞杆行程的0.5倍和0.7倍之间的弹簧行程。
根据一个特征，弹簧装置包括螺旋弹簧。
根据一个特征，弹簧装置包括舌簧。
根据一个特征，止回阀具有板盘形状。
根据一个特征，连接装置包括锥形止回阀和公共壁中形成的锥形阀座。
根据一个特征，该锥形具有包括在15°和30°之间的相对于公共壁的角度。
根据一个特征，连接装置包括密封构件，该密封构件在垂直于止回阀打开方向的方向上被压缩在存储位置中。
根据一个特征，该包装还包括布置在换热器腔体中的液体/气体状态分离装置。
根据一个特征，所述液体/气体状态分离装置限定出包括连接装置的立体角。
本发明还涉及一种冷却自冷却包装的内容物的方法，所述包装包括：
形成换热器并容纳制冷液及其蒸气的腔体；
形成用于泵吸所述蒸气的吸附室的腔体；
设置在所述腔体的公共壁中的连接装置，所述连接装置包括止回阀；
布置在吸附室腔体一侧上的促动装置；
弹簧装置；
所述方法包括以下步骤：
在所述促动装置的作用下将止回阀打开到初始位置；
将制冷液蒸气从换热器腔体泵吸到吸附室腔体；
在所述弹簧装置的作用下相对换热器腔体内压力的减小而渐进地打开止回阀到更大开度。
根据一个特征，该方法包括当换热器腔体内的压力已经降低到阈值之下时进一步将止回阀降落到换热器腔体内。
附图说明
当阅读仅仅作为示例给出的本发明实施例的以下详细说明并参考附图时，本发明的其他特性和优点将变得清楚，附图中：
图1示出了根据现有技术的自冷却包装；
图2a、2b、2c示出了连接装置分别处于关闭位置、促动位置和渐进打开位置下的根据本发明的自冷却包装；
图3示出了处于关闭位置中的根据本发明第一实施例的连接装置的详细视图A；
图4示出了处于关闭位置中的根据本发明第二实施例的连接装置的详细视图；
图5示出了处于关闭位置中的根据本发明第三实施例的连接装置的详细视图；
图6示出了包括液体/气体整体分离装置的本发明实施例；
图7示出了处于打开位置的根据本发明第四实施例的连接装置的详细视图；
图8示出了取决于换热器中温度的饱和蒸气压的曲线图；
图9示出了根据现有技术和根据本发明的阀流率的曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种自冷却包装，其包括形成换热器并容纳制冷液及其蒸气的腔体、和形成用于泵吸所述蒸气的吸附室的腔体。该包括还包括设置在所述换热器和吸附室腔体的公共壁中的连接装置，所述连接装置包括止回阀。还设置有促动装置，其布置在吸附室腔体一侧上并且适合于将止回阀打开到换热器腔体那的初始位置。该包装还包括弹簧装置，止回阀适合于在所述弹簧装置的作用下渐进地到达完全打开位置。
本发明使得可以实现止回阀在换热器腔体内的渐进打开。为制冷液的蒸气流提供路径的止回阀电导随换热器腔体内压力减小而渐进地增大。所以，在冷却处理的大部分期间从换热器腔体到吸附室腔体的蒸气流保持大致恒定。当压力减小使得蒸气泵吸速度减小时，止回阀的更大开度提供了蒸气的更大路径，其补偿压力减小。
根据本发明并且参照图2a至2c，该包装包括：可以容纳饮料或将被冷藏的其他任何产品的第一腔体10；形成换热器并且容纳制冷液及其蒸气的第二腔体20；和第三腔体30，其容纳用于吸附泵吸所述蒸气的装置，例如干燥剂。
第二和第三腔体设置有公共的壁25，其包括内置连接装置40。所述连接装置包括止回阀42。
该包装还包括促动装置45，其适合于促动连接装置40以使得换热器腔体20与吸附室腔体30连通而允许泵吸制冷液的蒸气，从而使换热器制冷并冷却第一腔体10的内容物。促动装置可以包括中空柱塞杆45，其传递第三腔体30(吸附室)的壁35的至少一部分的位移，该壁30与所述第二和第三腔体的公共壁25在相反侧。
该包装还包括适合于与连接装置40和促动装置45协作的弹簧装置43。弹簧装置43可以布置在促动装置中，即在柱塞杆45内；或者可以布置在连接装置中，即附装到止回阀42。以下将参照本发明优选实施例更详细说明弹簧装置43。
连接装置40的止回阀42适合于承受从换热器腔体20一侧施加的压力，并且在由所述促动装置45和所述弹簧43从吸附室腔体30一侧施加的力的效应下可以在所述换热器腔体20中打开。
止回阀42包括阻塞构件，其关闭换热器腔体20和吸附室腔体30的公共壁25中的开口。此阻塞构件优选地为实心的并且可以由金属盘构成。
连接装置40还包括环绕公共壁25开口的止回阀42的密封件41。此密封件41可以是布置在阀42的实心阻塞构件和公共壁25之间的韧性接合件，例如真空润滑油或弹性体。或者，密封件41可以是覆盖阀42的阻塞构件并粘接到公共壁25上的薄真空密封可撕开薄板，例如厚度为2/100mm铝板。此密封件因为止回阀42设计而不被来自换热器腔体20一侧的高压所压迫，并且近对柱塞杆45从干燥剂室腔体30一侧施加的压力提供非常高的抵抗性。
所以，连接装置的止回阀42可以仅在向着换热器腔体20的一个方向上被容易地打开。
根据本发明地自冷却包装装置的操作如下。该包装优选地上下颠倒地被促动，就是说吸附室腔体30布置在换热器腔体20之上。
在未操作状况下，连接装置被关闭(图2a)。
图3是处于关闭位置的根据本发明第一实施例的连接装置的详细视图A。止回阀42利用密封件41在真空密封状况下关闭换热器腔体20和吸附室腔体30之间的公共壁25中的开口。止回阀42具有稍微大于公共壁25的开口的板盘形状。
促动器柱塞杆45不直接接触阀42，并且接触包装的底壁35底至少一部分。杆45的端部和阀42之间的距离L0小于促动器行程L1。弹簧43在杆45和阀42内的固定点之间静止并且因此不会在阀42上作用力。当包装处于非操作状况时，弹簧43可以靠在阀42上但不在其上施加任何力。距离L0被选择为大致等于弹簧行程。
在促动状况下，连接装置被打开到初始位置(图2b)。柱塞杆45被推动以传递底壁35的至少一部分的位移。此促动具有两个连续步骤。首先，柱塞杆45被向着阀42推动一个给定长度L0知道其与阀接触。弹簧43在所述给定距离L0上被所述杆45压缩靠向阀42。其次，柱塞杆45撕开密封件并在换热器腔体20内推动阀42。
由此为换热器腔体20内容纳的制冷液蒸气打开了路径以通过吸附室腔体30内的干燥剂所泵吸。在该时刻，在连接装置的促动之后的头几分之一秒内，换热器腔体20中的压力远高于干燥剂腔体30中的压力。阀42因此保持压靠在杆45的端部上，通过向着第二和第三腔体20、30的公共壁25中的开口的蒸气压力使弹簧43保持在压缩状况中。
阀42的阻塞构件堵塞中空柱塞杆45的端部并且蒸气路径由此使用该杆的小侧面开口。当第二和第三腔体20、30之间的压差很高时可以限制蒸气流，由此防止了液滴喷射到干燥剂室30内。
在冷却状况下，连接装置被渐进地完全打开(图2c)。当泵吸继续进行时，换热器腔体20中的温度降低并且其中的压力相应地降低。弹簧43由此可以渐进地延伸并且将阀42进一步推向换热器腔体20内直到其再次到达其静止位置。从换热器腔体20到吸附室腔体30的蒸气路径相对于换热器20中的压力降低渐进地增大。
相应地选择弹簧43的刚度系数和行程。例如，弹簧的刚度系数可以包括在10和20g/mm之间并且弹簧行程可以包括在1和3mm之间。弹簧行程优选地依赖于促动器行程。柱塞杆45适合于在距离L0上对弹簧43加载并且具有长度足以打开止回阀到初始位置的行程L1。弹簧行程可以包括在促动器行程的0.5和0.7之间。L0和L1之间的优化比值为2/3。
当保持在直接蒸气路径上时阀42的阻塞构件不堵塞柱塞45的端部。由此在仍然限制液滴喷射到干燥剂室30内的同时可以增大从换热器腔体20到干燥剂腔体30的蒸气流。
因为包装优选地上下颠倒地被促动，可以通过重力限制液滴。此外，当换热器20内的压力因为冷却而已经降低到阈值之下时，止回阀42的阻塞构件降落到换热器腔体20内，从而为向着吸附室腔体30的蒸气提供了更大路径。相应地选择止回阀42的阻塞构件的重量。
图4示出了具有不同弹簧装置的根据本发明的包装的连接装置的另一个实施例。所有其他特征保持相似。在上述附图中，弹簧装置包括在离开止回阀某一预定距离处固定在中空杆45的内壁上的螺旋弹簧。在图4中，弹簧43包括设置在杆45的端部处的舌簧。舌簧43可以与杆45为一体。在静止位置中(图4)，舌簧43向着止回阀42伸直。促动器柱塞杆45的端部仍然离开止回阀一个小于促动器行程L1的给定距离L0。在促动状况中(等效于图2b)舌簧43通过阀42的阻塞构件的压力而在杆的端部上弯曲，并当压力减小时(等效于图2c)渐进地伸直回去由此推开阀的阻塞构件。
参照图4说明的实施例制造更容易更廉价，但需要对弹簧刚度系数的更苛刻的调节。
根据可选实施例，舌簧43与止回阀42一体地设置。在静止位置中(图4)，舌簧向着柱塞杆45伸直。促动器柱塞杆45的端部仍然离开止回阀一个小于促动器行程L1的给定距离L0。在促动状况中(等效于图2b)舌簧通过杆而被弯曲靠向阀42的阻塞构件。然后，压力减小时(等效于图2c)舌簧43渐进地伸直回去由此推开阀的阻塞构件。
图5示出了本发明的包装的连接装置的另一个实施例。连接装置40包括阀座44，阀座44包括适合于容纳止回阀42的阻塞构件的圆柱形部分，该阻塞构件在其周边上具有对应的圆柱形部分。此设计允许使用分别在圆柱形阀阻塞构件42和圆柱形阀座44的壁之间被压缩的密封构件41。有利的是，这样的密封构件可以是O形环密封件41。
被强烈压缩的O形环密封件允许在存储状况下换热器腔体20和吸附室腔体30之间有更好的密封效率，同时因为阀42的打开力垂直于O形环压缩力只需要减小的力用于促动。应当理解到阀阻塞构件42和阀座44的圆柱形部分可以被略微圆锥的形状或产生与止回阀阻塞构件42位移相垂直的密封构件41压缩的任何其他形状组合所替代。图5的实施例利用图3的弹簧装置进行了举例说明，但也可以利用图4的弹簧装置实现。
图6示出了根据本发明的包装的实施例，其包括设置在换热器腔体20中的液体/气体状态分离装置50。这样的液体/气体状态分离装置50在专利申请WO 03/041841中进行了说明。这样的液体/气体状态分离装置能够将制冷液的蒸气分子从蒸气流所携带的所述液体的液滴分离开。此液体/气体状态分离装置50是蒸气转向器，其在蒸气流向着吸附室腔体30到公共壁25的开口的路径上引起蒸气流方向的至少一次突然改变。此液体/气体状态分离装置50与根据本发明的连接装置的渐进打开相关联，以提供制冷液蒸气的增强泵吸条件。
图7示出了包装的连接装置的另一个实施例，其具有处于打开位置中的锥形阀座44和阀阻塞构件42。有利的是，这与具有锥形而非前述板盘形的阻塞构件的止回阀42相关联。倾角α优选地对于阀座44和阀阻塞构件42相同，并且可以包括在15°和30°之间。
阀座44和阀阻塞构件42的锥形形状允许由涂覆适当真空密封材料(例如PTFE(特富龙，TeflonTM))的倾斜壁提供良好密封。但是与图3和图4的设计相比，此设计需要更长的促动器行程L1以经过阀座44的锥形体。
图7的实施例可以类似地与图3或4的弹簧装置的实施例中的任一个相结合。
在图7中，弹簧43已经将阀42推到液体/气体状态分离装置50内以不堵塞杆45。蒸气路径由此通过图6所示的侧面开口51从换热器腔体20进入到液体/气体状态分离装置50中，环绕阀阻塞构件42并在阀座44和阀阻塞构件42的倾斜壁之间流入中空杆45的端部和侧面开口中。
当换热器腔体20内的蒸气压力降低到阈值之下时，阀阻塞构件42降落到液体/气体状态分离装置50中。
仅图7的实施例被图示为具有液体/气体分离装置。但是，应当理解到参照图3至5所述的任一实施例都可以也包括这样的液体/气体分离装置。
图9图示了根据本发明的包装的连接装置的效率。
当换热器腔体中压力很高时(当起动冷却处理时)，通过具有渐进打开装置的止回阀流向吸附室腔体的流率与现有技术相比更小，更好地防止了制冷液的液滴与蒸气一起被泵吸。
在冷却处理期间，流率渐进地降低，其中当弹簧使得不堵塞杆时稍微增大。但是，不存在如同现有技术中那样的流率的突然增大阶跃，此突然增大阶跃可能导致液滴与蒸气一起流入干燥剂室腔体中。
本发明因此已经提供了一种具有步进打开连接装置的自冷却包装，其允许在更好地防止液滴与蒸气一起被泵吸的同时维持高的泵吸效率。

Claims (17)

1.一种自冷却包装，包括：
形成换热器(20)并容纳制冷液及其蒸气的腔体；
形成用于泵吸所述蒸气的吸附室(30)的腔体；
设置在所述腔体(20、30)的公共壁(25)中的连接装置(40)，所述连接装置包括止回阀(42)；
布置在吸附室腔体(30)一侧上并适合于将止回阀打开到初始位置的促动装置(45)；
适合于渐进地将止回阀(42)从其初始位置推动到完全打开位置的弹簧装置(43)。
2.根据权利要求1所述的自冷却包装，其中所述止回阀(42)适合于承受在所述换热器腔体(20)一侧上施加的压力，并且可以在由所述促动装置(45)和所述弹簧装置(43)施加的力的效应下打开到所述换热器腔体(20)内。
3.根据权利要求1或2所述的自冷却包装，其中弹簧装置(43)在所述连接装置处于关闭位置中时静止，并且在初始打开位置中被所述促动装置(45)加载。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自冷却包装，其中弹簧装置(43)是促动装置(45)的一部分。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的自冷却包装，其中弹簧装置(43)是连接装置(40)的一部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的自冷却包装，其中促动装置包括柱塞杆(45)。
7.根据权利要求6所述的自冷却包装，其中弹簧装置(43)具有包括在促动器柱塞杆(45)行程的0.5倍和0.7倍之间的弹簧行程。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的自冷却包装，其中弹簧装置(43)包括螺旋弹簧。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的自冷却包装，其中弹簧装置(43)包括舌簧。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的自冷却包装，其中止回阀(42)具有板盘形状。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的自冷却包装，其中连接装置(40)包括锥形止回阀(42)和公共壁(25)中形成的锥形阀座(44)。
12.根据权利要求11所述的自冷却包装，其中该锥形具有包括在15°和30°之间的相对于公共壁(25)的角度(α)。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的自冷却包装，其中连接装置(40)包括密封构件(41)，该密封构件(41)在垂直于止回阀(42)打开方向的方向上被压缩在存储位置中。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的自冷却包装，还包括布置在换热器腔体(20)中的液体/气体状态分离装置(50)。
15.根据权利要求14所述的自冷却包装，其中所述液体/气体状态分离装置(50)限定出包括连接装置(40)的立体角。
16.一种冷却自冷却包装的内容物的方法，所述包装包括：
形成换热器(20)并容纳制冷液及其蒸气的腔体；
形成用于泵吸所述蒸气的吸附室(30)的腔体；
设置在所述腔体(20、30)的公共壁(25)中的连接装置(40)，所述连接装置包括止回阀(42)；
布置在吸附室腔体(30)一侧上的促动装置(45)；
弹簧装置(43)；
所述方法包括以下步骤：
在所述促动装置(45)的作用下将止回阀(42)打开到初始位置；
将制冷液蒸气从换热器腔体(20)泵吸到吸附室腔体(30)；
在所述弹簧装置(43)的作用下相对换热器腔体(20)内压力的减小而渐进地打开止回阀(42)到更大开度。
17.根据权利要求16所述的方法，包括当换热器腔体(20)内的压力已经降低到阈值之下时进一步将止回阀(42)降落到换热器腔体(20)内。
CNA2005800043044A 2004-02-06 2005-02-01 用于自冷却包装的促动装置 Pending CN1918442A (zh)

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