EP1164341B1 - Emballage de boisson autoréfrigérant - Google Patents

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EP1164341B1
EP1164341B1 EP01401522A EP01401522A EP1164341B1 EP 1164341 B1 EP1164341 B1 EP 1164341B1 EP 01401522 A EP01401522 A EP 01401522A EP 01401522 A EP01401522 A EP 01401522A EP 1164341 B1 EP1164341 B1 EP 1164341B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
package
self
beverages according
cavity
cooling package
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01401522A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1164341A1 (fr
Inventor
Pierre c/o Cabinet Ballot Jeuch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thermagen SA
Original Assignee
Thermagen SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thermagen SA filed Critical Thermagen SA
Publication of EP1164341A1 publication Critical patent/EP1164341A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1164341B1 publication Critical patent/EP1164341B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/006—Other cooling or freezing apparatus specially adapted for cooling receptacles, e.g. tanks
    • F25D31/007—Bottles or cans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/107—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air portable, i.e. adapted to be carried personally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2331/00—Details or arrangements of other cooling or freezing apparatus not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2331/80—Type of cooled receptacles
    • F25D2331/805—Cans

Definitions

  • the present invention relates to a packaging of drink to cool its contents.
  • the invention is particularly applicable to cooling of drinks contained in a package Closed type can or bottle.
  • the object of the present invention is to enable the consumption of a drink at the ideal temperature in any place and any time.
  • the first method was put implemented in the French patent application FR-A-2 762 076 which proposes to carry out the refreshing of a canned drink by means of a gas expansion compressed.
  • a gas cartridge to relax is placed in a metal radiator itself placed at inside the bobbin.
  • the gas cartridge occupies approximately the half the volume of the beverage to cool, which is imposed by the amount of gas required for cooling of the drink.
  • the price of comes back from a compressed gas cartridge is high, this which leads to an excessive increase in the price of can.
  • connection device 109 is however complex to manufacture, especially if it is necessary to guarantee a good empty (moving parts by rotation and translation with rubber seal). Such a device is not cheap.
  • US Pat. No. 4,736,599 proposes to make an exchanger 16 (evaporator) content totally inside the container 10 to cool (explicitly described as a can), but insists on the reversible nature of the setting in communication of the exchanger 16 with the adsorbent contained in a tank 22 located under the bobbin 10.
  • This device has at least four valves: two to make the empty 19 then fill 20 the exchanger 16, one to make the vacuum in the reservoir 22 of the adsorbent and one for control the triggering of cooling.
  • structuring ensures the rigidity of rooms 16 and 22 under vacuum and a tube 26 can connect the different elements.
  • This complex construction does not allow certainly not to reach a cost price compatible with a disposable packaging like a can and the reversible nature of the setting in communication contributes to this complexity.
  • This module 11 consists of several rooms, one first 12 which contains the liquid to be evaporated 18 (from water) and a second chamber 14, internal to the first 12, containing desiccants 25 and "traps to 24. Triggering means make it possible to put in contact the water 18 and desiccants 25 which act as a pump for water vapor.
  • This adsorption reaction which cools the first room 12, however causes a significant clearance of heat in the second chamber 14, which can be trapped by particular materials 24 (by phase change or by endothermic reaction).
  • the US Pat. No. 5,048,301 proposes as such to add a thermal insulation (DEWAR type) by a room at vacuum 13 surrounding the chamber 14 containing the adsorbent 25.
  • EP-A-0 931 998 discloses a evaporative self-cooling beverage package and adsorption comprising refrigeration means internal to the packaging and pumping means by external adsorption to said packaging connected to refrigeration means. Manufacturing constraints and assembly are not specified and the cavity forming the refrigeration means has a shape not allowing a large area of exchange with the drink to cool.
  • US-A-5 440 896 discloses a apparatus for cooling a package having a cooling chamber that can dwell in a hollow of a package (a bottle) whose contents is to cool or surround the bottle or constitute a basin in which the bottle is dipped.
  • a cooling chamber that can dwell in a hollow of a package (a bottle) whose contents is to cool or surround the bottle or constitute a basin in which the bottle is dipped.
  • Such device is complex to manufacture and its effectiveness limit.
  • the devices of the prior art do not not allow rapid cooling of the beverage. Two essential points for such rapid cooling have indeed been insufficiently taken into account. On the one hand the efficiency of the exchange thermal between the evaporator and the drink, and other share the speed of pumping the vapors of the liquid refrigerant in the evaporator.
  • the pumping speed depends of course on the effectiveness of the adsorbent, but also geometric characteristics of the means of implementation Evaporator communication with the tank containing the adsorbent, and the residual pressure of non-adsorbable gases, ie gases other than vapor of the refrigerant liquid.
  • the objective of the present invention is to to solve the disadvantages of the prior art.
  • the present invention proposes a packaging of self-cooling drink whose operation is based on the principle of the evaporation of a liquid refrigerant at reduced pressure.
  • the invention proposes a packaging of self-cooling drink composed of two elements distinct.
  • the beverage package according to the invention contains refrigeration means constituted by a internal evaporator (a cavity) and means of connection of these refrigeration means to means pumping external to the packaging that provoke and maintain the evaporation of a coolant in the internal evaporator.
  • the present invention object a package according to the features of claim 1.
  • the volume ratio on the surface of the internal cavity is between three and seven times lower than the ratio of the volume on the surface of the package.
  • the internal cavity has a volume less than or equal to 2cl for a packaging of a volume of 33cl.
  • the internal cavity has a contact area greater than or equal to 50 cm 2 for a package of a volume of 33cl.
  • the cavity internal is sealed to the walls of the packaging.
  • the liquid refrigerant is water.
  • the liquid refrigerant is water containing a lowering additive its solidification temperature.
  • the coolant partially filled the internal cavity.
  • the partial pressure in the internal cavity of gases other than steam coolant, before connection to the means of external pumping is less than or equal to 3mb.
  • the internal walls of the cavity are partially covered with a material porous hydrophilic.
  • connection means have a cone structure closing the cavity internal and having an impression of uncapping, the external pumping means being provided with means of uncapping being interlocked with said structure in cone.
  • the internal cavity has a geometry such as the coolant can not flow through the means of connection which whatever the position in which the packaging is maintained.
  • the internal cavity is with star section.
  • the cavity internal has a helical structure.
  • the structure in cone connection means closing the cavity penetrates inside said cavity so that the impression of uncapping is situated towards the center of gravity of the cavity.
  • the packaging is a steel can.
  • the packaging is an aluminum can.
  • the internal cavity is made of the same material as the packaging.
  • the package is a resistant plastic bottle (PET).
  • PET resistant plastic bottle
  • the package is a glass bottle.
  • the packaging according to the invention has performance and flexibility well beyond those proposed in the prior art.
  • the design of two distinct elements allows optimize the industrialization of the device according to the invention.
  • the internal cavity must be added to the container, but it occupies a negligible volume and may advantageously consist of the same material.
  • the shape of the cavity is further studied for allow maximum heat exchange for a volume occupied minimal.
  • the following description relates to a packaging of beverage, can of steel or aluminum manufacturers equipped with refrigeration means based on on the principle of the evaporation of a liquid refrigerant at reduced pressure.
  • the invention however, in the same way, a packaging of drink, glass or plastic bottle type resistant (such as PET for example).
  • a beverage package consisting of a can 10, of standardized shape and volume, comprises a heat exchanger constituted by an internal cavity 2 containing a liquid L.
  • This cavity 2 has geometric features such that its volume-to-surface ratio is three to seven times lower than the volume-to-surface ratio of the package 10.
  • the volume of the cavity 2 is less than or equal to 2c1 and its contact surface is greater than or equal to 50cm 2 .
  • cavity 2 is advantageously composed of same material as the bobbin 10, namely steel or in aluminium.
  • the cavity 2 will preferably be carried out in a thermally conductive material such as aluminum for example.
  • the refrigerant liquid L contained in the cavity internal 2 may be water, or preferentially water containing an additive lowering its temperature of solidification, such as NaCl for example.
  • an additive lowering its temperature of solidification, such as NaCl for example.
  • the liquid L only partially fills the cavity 2, for example half.
  • the internal walls of the cavity 2 are advantageously covered with a porous hydrophilic material, such as cellulose or a polymer for example.
  • self-cooling beverage packaging does not involve no filling or pumping valve.
  • the cavity 2, containing the liquid L to evaporate under vacuum, is sealed to the package 10, by cold crimping of two cones in one another, collage or any other technical.
  • the internal cavity 2 contains only the coolant L and the vapors of said liquid L, that is to say that the liquid L has previously been degassed before to be introduced into the cavity 2.
  • This degassing can be assured, in particular, by boiling atmospheric pressure followed by boiling by pressure reduction up to a few millibars.
  • the partial pressure in the internal cavity 2 gases other than steam coolant L, before connecting cavity 2 external pumping means is less than or equal to at 3mb. This feature helps ensure good evaporation rate avoiding to limit the reaction evaporation with non-adsorbable gases that would be contained in the cavity 2.
  • cavity 2 is important at look at the cooling rate that one wants to obtain because it conditions the effectiveness of the heat exchange between cavity 2 and the drink cool.
  • the geometry of the cavity 2 favors a large trading area with the drink to cool down for a small volume occupied in 10.
  • the ratio of the volume on the surface of the the cavity 2 is then between 5 and 7 times that of the packaging 10 of the drink.
  • the cavity 2 is of tubular structure, mainly consisting of tubes 3 which form ribs held between they by plates 31.
  • the ribs 3 have a shape 3/4 of a cylinder and lead to a common pipe 4. They contain the coolant L to evaporate.
  • the internal cavity 2 can advantageously present a form of circular arc that follows the shape of the bobbin 10. It is attached to the sides of the bobbin 10 by fixing means 6 composed of claws welded or glued for example.
  • FIG. 7 illustrates an embodiment variant in which the common pipe 4 opens at the center C of cavity 2. This arrangement avoids the flow of the coolant L by the connecting means 5 and thus allows to ensure the evaporation reaction which that is the position in which the bobbin 10 is held when connected to the pumping means external (50).
  • connection means 5 which make it possible connect the tube 4 of the internal cavity 2 to the means of external pumping are illustrated in detail on the Figures 5a and 5b.
  • connection means 5 associate the tube 4 and the bottom of the package 10 by conical shapes complementary set.
  • the tube 4 has a tip 52 in the form of cone set in a boss 51 of the bottom of the package 10. It is the tube 4 of the cavity 2 which ensures the closure of the bottom of the package 10 at the time of its assembly.
  • the cavity 2 is sealed under vacuum before being attached to the bottom of the package 10.
  • the tube 4 has a tip 54 with a boss crimped on a cone 53 of the bottom of the package 10.
  • the 53 cone of the bottom of the package 10 ensures the closure of the cavity 2 at the time of assembly.
  • this assembly can be realized, for example, under vacuum and under pressure saturating vapor of the coolant L.
  • the closure of the cavity 2 can be ensured by a conical plug 55 (figure 8) for example, set up after assembling the cavity 2 in the package 10.
  • this plug can be part of the pumping means by external adsorption if the latter is jointly and severally assembled to the packaging during its manufacture.
  • the structure that closes the cavity 2 must necessarily have a impression of uncapping, ie a thinning of the structure, to allow the cutting an opening in the internal cavity 2 to using means of uncapping associated with the means external pumping (50).
  • the means of uncapping may have different shapes, tubular or pointed, for example, and be operated by different means, by pressure manual for example. Their function is to support on the footprint of uncapping to cut a opening in the internal cavity 2 and thus allow the triggering of the evaporation reaction and the implementation of the cooling process of the beverage contained in the package 10.
  • This embodiment according to the invention takes up the main features of the mode previously described embodiment. Only the form of the cavity 2 varies. The geometry of the cavity 2 favors the establishment of convection important in the drink to ensure fast cooling.
  • the internal cavity 2 is a double bottom of the can 10. It has a conical shape in vertical section ( Figure 8) and a starry structure in horizontal section (Figure 9). Cavity 2 is attached directly to the bottom of the package 10, by collage for example.
  • connection means 5 associated with this second embodiment are similar to those described in reference to the first embodiment, as well as the associated uncapping means.
  • the package 10 is turned over (bottom up). This specificity can be indicated in the mode of use of the self-cooling packaging according to the invention.
  • the conical shape of the cavity 2 allows then to concentrate the convection currents descendants in the center of the can 10 and accelerate thus the cooling speed of the drink.
  • the starry structure of the cavity 2 makes it possible besides increasing its trading surface with the drink to cool.
  • the report volume on the surface of cavity 2 is then between 3 and 5 times that of packing 10 of the drink.
  • the cavity 2 has a helical structure ( Figure 10) which causes a rotational movement in the current of convection, known as a vortex, which contributes to the acceleration of this current.
  • This particular structure can advantageously be obtained by a helicoidal shaping of the starry structure of Figure 9. It can also be obtained, for example, by adding fins to the structure of the cavity 2.
  • the structure cone 55 connecting means 5 closing the cavity 2 penetrates inside said cavity 2 so as to the impression of uncapping is located towards the center of gravity of cavity 2. It is thus possible to avoid a flow of coolant L by the connection means 5, during the implementation of the cooling, whatever the position in which the package 10 is held.
  • the cooling of the drink 15 contained in the can 10 is obtained by evaporation of the liquid L content in the internal cavity 2. This evaporation is caused and maintained by a depression in the internal cavity 2.
  • external pumping means (50) are provided in combination with the self-cooling packaging according to the invention, these external means being able to trigger and maintain the reaction of evaporation of the coolant L in the cavity 2.
  • these external means (50) may consist of a mechanical vacuum pump, or cryogenic pumping means such as cold traps that condense water vapor, or still a vacuum cartridge containing air reagents (desiccants) able to trigger the adsorption of the liquid L.

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Description

La présente invention concerne un emballage de boisson permettant de refroidir son contenu. L'invention s'applique tout particulièrement au refroidissement de boissons contenues dans un emballage fermé de type canette ou bouteille.
L'objet de la présente invention est de permettre la consommation d'une boisson à température idéale en tout lieu et en toute heure.
Il existe principalement deux méthodes physiques de refroidissement du contenu d'un emballage ou d'une enceinte. D'une part, le refroidissement par détente d'un gaz selon les lois thermodynamiques classiques qui lient la température et la pression, et d'autre part le refroidissement par évaporation et adsorption, dont le principe consiste à évaporer un liquide sous l'effet d'une dépression entretenue par adsorption des vapeurs dudit liquide.
Ainsi, par exemple, la première méthode a été mise en oeuvre dans la demande de brevet français FR-A-2 762 076 qui propose de réaliser le rafraíchissement d'une boisson en canette au moyen d'une détente de gaz comprimé. Une cartouche de gaz à détendre est placée dans un radiateur métallique lui-même placé à l'intérieur de la canette.
Cette solution présente plusieurs inconvénients. D'une part, la cartouche de gaz occupe environ la moitié du volume de la boisson à refroidir, ce qui est imposé par la quantité de gaz nécessaire au refroidissement de la boisson. D'autre part, le prix de revient d'une cartouche de gaz comprimé est élevé, ce qui entraíne une augmentation trop forte du prix de la canette.
La mise en oeuvre de l'autre méthode de refroidissement par évaporation et adsorption a également fait l'objet de nombreuses recherches dans l'art antérieur. De nombreux dispositifs ont été proposés, associant un évaporateur contenant un liquide à évaporer à un réservoir contenant un adsorbant.
Ainsi par exemple, une telle méthode a été mise en oeuvre dans des dispositifs autonomes tels que des réfrigérateurs portables. Le brevet, US 4 126 016, dont une illustration est donnée sur la figure 1, propose un système de réfrigération jetable en deux parties. Un évaporateur 107, constitué d'une chambre contenant le liquide à évaporer, se trouve à l'intérieur d'une enceinte 100 et une autre chambre contenant l'adsorbant 108 se trouve à l'extérieur, les deux éléments 107 et 108 étant reliés par un dispositif de connexion à bâillonnette 109.
Ce dispositif de connexion 109 est cependant complexe à fabriquer, surtout s'il faut garantir un bon vide (pièces en mouvement par rotation et translation avec joint en caoutchouc). Un tel dispositif n'est pas bon marché.
En outre, la mise en oeuvre de la méthode de refroidissement par évaporation et adsorption a également été proposée pour des emballages de boisson.
Ainsi, le brevet US 4 736 599, dont une illustration est donnée sur la figure 2, propose de réaliser un échangeur 16 (évaporateur) contenu totalement à l'intérieur du récipient 10 à refroidir (explicitement décrit comme une canette), mais insiste sur le caractère réversible de la mise en communication de l'échangeur 16 avec l'adsorbant contenu dans un réservoir 22 situé sous la canette 10. Ce dispositif comporte au moins quatre vannes : deux pour faire le vide 19 puis remplir 20 l'échangeur 16, une pour faire le vide dans le réservoir 22 de l'adsorbant et une pour contrôler le déclenchement du refroidissement 27. Une structuration assure la rigidité des chambres 16 et 22 sous vide et un tube 26 permet de relier les différents éléments. Cette construction complexe ne permet certainement pas d'atteindre un prix de revient compatible avec un emballage jetable comme une canette et le caractère réversible de la mise en communication contribue à cette complexité.
D'autres brevets, le US 4 759 191, complété par le US 5 048 301 des mêmes inventeurs, dont une illustration est donnée sur la figure 3, proposent de réaliser la réfrigération d'une boisson 15 contenue dans un emballage 10 au moyen d'un module 11 placé dans l'emballage 10 (présenté comme une canette).
Ce module 11 se compose de plusieurs chambres, une première 12 qui contient le liquide à évaporer 18 (de l'eau) et une seconde chambre 14, interne à la première 12, contenant des dessicants 25 et des « pièges à chaleur » 24. Des moyens de déclenchement permettent de mettre en contact l'eau 18 et les dessicants 25 qui agissent comme une pompe pour la vapeur d'eau. Cette réaction d'adsorption, qui refroidit la première chambre 12, provoque cependant un important dégagement de chaleur dans la deuxième chambre 14, qui peut être piégée par des matériaux particuliers 24 (par changement de phase ou par réaction endothermique). Le second brevet US 5 048 301 propose à ce titre d'ajouter une isolation thermique (de type DEWAR) par une chambre à vide 13 entourant la chambre 14 contenant l'adsorbant 25.
Aucune des inventions de l'art antérieur n'a connu une application commerciale significative à ce jour. Il y a à cela des raisons techniques de performance et des raisons économiques de coût de fabrication auxquels la présente invention propose des solutions.
En effet, certains impératifs techniques et physiques n'ont jamais été sérieusement pris en considération dans l'art antérieur, et les contraintes de coûts de fabrication sont importantes étant donné l'application à des dispositifs jetables.
La complexité des dispositifs proposés dans l'art antérieur constitue un obstacle évident à leur développement. Les vannes de mise en communication réversibles du brevet US 4 736 599, bien que non décrites en détail, sont complexes et coûteuses à fabriquer. Les brevets US 4 759 191 et US 5 048 301 souffrent de la même contrainte économique et soulignent en outre la difficulté d'évacuer la chaleur dégagée dans l'emballage par l'adsorbant et les moyens complexes à mettre en oeuvre pour cela.
Par ailleurs, le document EP-A-0 931 998 décrit un emballage de boisson auto-réfrigérant par évaporation et adsorption comportant des moyens de réfrigération internes à l'emballage et des moyens de pompage par adsorption externes audit emballage connectés aux moyens de réfrigération. Les contraintes de fabrication et d'assemblage ne sont pas précisées et la cavité formant les moyens de réfrigération présente une forme ne permettant pas une grande surface d'échange avec la boisson à refroidir.
En outre, le document US-A-5 440 896 décrit un appareil pour refroidir un emballage présentant une chambre de refroidissement qui peut penétrer dans un creux d'un emballage (une bouteille) dont le contenu est à refroidir ou entourer la bouteille ou constituer une bassin dans lequel la bouteille est plongée. Un tel appareil est complexe à fabriquer et son efficacité limité.
Les dispositifs de l'art antérieur ne permettent pas de réaliser un refroidissement rapide de la boisson. Deux points essentiels pour un tel refroidissement rapide ont en effet été insuffisamment pris en compte. D'une part l'efficacité de l'échange thermique entre l'évaporateur et la boisson, et d'autre part la vitesse de pompage des vapeurs du liquide réfrigérant dans l'évaporateur.
La vitesse de pompage dépend bien entendu de l'efficacité de l'adsorbant, mais aussi des caractéristiques géométriques du moyen de mise en communication de l'évaporateur avec le réservoir contenant l'adsorbant, et de la pression résiduelle des gaz non adsorbables, c'est à dire des gaz autres que la vapeur du liquide réfrigérant.
Or, aucun des dispositifs de l'art antérieur ne propose de dispositions particulières pour assurer un bon débit de pompage des vapeurs. Les différentes configurations proposées et les types de vannes de mise en communication utilisés suggèrent des difficultés liées à la géométrie. Mais plus encore que ces caractéristiques géométriques, c'est la pression résiduelle des gaz non adsorbables, donc non pompés qui limite le processus.
L'objectif de la présente invention est de résoudre les inconvénients de l'art antérieur.
La présente invention propose un emballage de boisson auto-réfrigérant dont le fonctionnement repose sur le principe de l'évaporation d'un liquide réfrigérant à pression réduite.
A cet effet, l'invention propose un emballage de boisson auto-réfrigérant composé de deux éléments distincts.
L'emballage de boisson selon l'invention contient des moyens de réfrigération constitués par un évaporateur interne (une cavité) et des moyens de connexion de ces moyens de réfrigération à des moyens de pompage externes à l'emballage qui provoquent et entretiennent l'évaporation d'un liquide réfrigérant dans l'évaporateur interne.
Les moyens de réfrigération internes et les moyens de pompage externes composent les deux éléments distincts du dispositif selon l'invention. Ils sont reliés par des moyens de connexion mais sont indépendants dans leur conception et fabrication.
La présente invention a pour objet un emballage selon les caractéristiques de la revendication 1.
Selon une caractéristique, le rapport du volume sur la surface de la cavité interne est entre trois et sept fois plus faible que le rapport du volume sur la surface de l'emballage.
Selon une caractéristique, la cavité interne présente un volume inférieur ou égal à 2cl pour un emballage d'un volume de 33cl.
Selon une autre caractéristique, la cavité interne présente une surface de contact supérieure ou égale à 50cm2 pour un emballage d'un volume de 33cl.
Selon une particularité de l'invention, la cavité interne est scellée aux parois de l'emballage.
Selon un mode de mise en oeuvre, le liquide réfrigérant est de l'eau.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, le liquide réfrigérant est de l'eau contenant un additif abaissant sa température de solidification.
Selon une caractéristique, le liquide réfrigérant rempli partiellement la cavité interne.
Selon une caractéristique, la pression partielle dans la cavité interne des gaz autres que la vapeur du liquide réfrigérant, avant connexion aux moyens de pompage externes, est inférieure ou égale à 3mb.
Selon une caractéristique, les parois internes de la cavité sont partiellement recouvertes d'un matériau poreux hydrophile.
Selon une caractéristique, les moyens de connexion comportent une structure en cône fermant la cavité interne et comportant une empreinte de désoperculage, les moyens de pompage externes étant munis de moyens de désoperculage venant s'emboíter sur ladite structure en cône.
Selon une caractéristique, la cavité interne présente une géométrie telle que le liquide réfrigérant ne peut s'écouler par les moyens de connexion quelle que soit la position dans laquelle l'emballage est maintenu.
Selon une particularité, la cavité interne est à section étoilée.
Selon une variante de mise en oeuvre, la cavité interne comporte une structure hélicoïdale.
Selon une variante de mise en oeuvre, la structure en cône des moyens de connexion fermant la cavité pénètre à l'intérieur de ladite cavité de manière à ce que l'empreinte de désoperculage se situe vers le centre de gravité de la cavité.
Selon une première application, l'emballage est une canette en acier.
Selon une deuxième application, l'emballage est une canette en aluminium.
Selon une caractéristique, la cavité interne est composée du même matériau que l'emballage.
Selon une autre application, l'emballage est une bouteille en plastique résistant (PET).
Selon une autre application, l'emballage est une bouteille en verre.
L'emballage selon l'invention présente des performances et une flexibilité bien supérieures à celles proposées dans l'art antérieur.
En outre, il peut être fabriqué à un coût très faible et sans imposer une importante modification des chaínes de fabrication des emballages classiques.
La conception de deux éléments distincts permet d'optimiser l'industrialisation du dispositif selon l'invention. La cavité interne doit être ajoutée au récipient, mais elle occupe un volume négligeable et peut avantageusement être constituée du même matériau. La forme de la cavité est en outre étudiée pour permettre un échange thermique maximal pour un volume occupé minimal.
Les moyens de pompage externes sont développés et fabriqués séparément. En outre, différents moyens de pompage peuvent être envisagés selon les applications.
D'autres avantages de la présente invention apparaítront au cours de la description qui suit donnée à titre d'exemple illustratif, et faite en référence aux figures dans lesquelles:
  • La figure 1, déjà décrite, est un schéma d'un dispositif portable auto-réfrigérant selon l'art antérieur,
  • La figure 2, déjà décrite, est un schéma d'une canette de boisson auto-réfrigérante selon une variante de l'art antérieur ;
  • La figure 3, déjà décrite, est un schéma d'une canette de boisson auto-réfrigérante selon une autre variante de l'art antérieur ;
  • La figure 4 est une vue schématique, en coupe transversale selon AA, d'un emballage de boisson selon un mode de réalisation non couvert par l'invention ;
  • Les figures 5a et 5b sont des vues détaillées des moyens de connexion de la figure 4 ;
  • La figure 6 est une vue schématique, de dessus selon BB, de la figure 4 ;
  • La figure 7 est une vue schématique, en coupe transversale selon CC, d'une variante de réalisation du mode de réalisation de la figure 4 ;
  • La figure 8 est une vue schématique, en coupe transversale selon AA, d'un emballage de boisson selon un mode de réalisation de l'invention ;
  • La figure 9 est une vue schématique, de dessus selon BB, de la figure 8 ;
  • La figure 10 est une vue en perspective de la cavité selon un mode de réalisation de l'invention.
La description qui suit concerne un emballage de boisson, du type canette en acier ou en aluminium selon les fabricants, muni de moyens de réfrigération basés sur le principe de l'évaporation d'un liquide réfrigérant à pression réduite. L'invention peut cependant concerner de la même manière un emballage de boisson, du type bouteille en verre ou en plastique résistant (tel que du PET par exemple).
Un mode de réalisation non couvert par l'invention va être décrit en référence aux figures 4 à 7.
Un emballage de boisson, constitué d'une canette 10, de forme et de volume standardisés, comporte un échangeur thermique constitué par une cavité interne 2 contenant un liquide L.
Cette cavité 2 présente des particularités géométriques telles que son rapport volume sur surface est trois à sept fois plus faible que le rapport volume sur surface de l'emballage 10. Ainsi, par exemple, pour une canette 10 d'un volume standard de 33 cl, le volume de la cavité 2 est inférieur ou égal à 2cl et sa surface de contact est supérieure ou égale à 50cm2.
Afin d'en faciliter la fabrication et le recyclage, la cavité 2 est avantageusement composée du même matériau que la canette 10, à savoir en acier ou en aluminium. Pour un emballage de type bouteille, la cavité 2 sera préférentiellement réalisée dans un matériau thermiquement conducteur tel que de l'aluminium par exemple.
Le liquide réfrigérant L contenu dans la cavité interne 2 peut être de l'eau, ou préférentiellement de l'eau contenant un additif abaissant sa température de solidification, tel que du NaCl par exemple. Avec un tel additif, il est possible d'améliorer la vitesse de refroidissement de la boisson en abaissant la température de la cavité 2 (l'échangeur thermique) en dessous de 0°C lorsque le liquide réfrigérant L est de l'eau.
Selon une particularité avantageuse, le liquide L ne rempli que partiellement la cavité 2, par exemple à moitié.
Selon une autre particularité de l'invention, les parois internes de la cavité 2 sont avantageusement recouvertes d'un matériau poreux hydrophile, comme de la cellulose ou un polymère par exemple.
Selon une particularité de l'invention, l'emballage de boisson auto-réfrigérant ne comporte aucune vanne de remplissage ou de pompage. La cavité 2, contenant le liquide L à évaporer sous vide, est scellée à l'emballage 10, par sertissage à froid de deux cônes l'un dans l'autre, collage ou toute autre technique.
Selon une autre particularité de l'invention, la cavité interne 2 ne contient que le liquide réfrigérant L ainsi que les vapeurs dudit liquide L, c'est à dire que le liquide L a préalablement été dégazé avant d'être introduit dans la cavité 2. Ce dégazage peut être assuré, en particulier, par une ébullition à pression atmosphérique suivie d'une ébullition par réduction de pression jusqu'à quelques millibars.
En d'autres termes, la pression partielle dans la cavité interne 2 des gaz autres que la vapeur du liquide réfrigérant L, avant connexion de la cavité 2 aux moyens de pompage externes, est inférieure ou égale à 3mb. Cette particularité permet d'assurer une bonne vitesse d'évaporation en évitant de limiter la réaction d'évaporation avec des gaz non adsorbables qui seraient contenus dans la cavité 2.
La géométrie de la cavité 2 est importante au regard de la vitesse de refroidissement que l'on souhaite obtenir car elle conditionne l'efficacité de l'échange thermique entre la cavité 2 et la boisson à refroidir.
Selon le mode de réalisation, décrit en référence aux figures 4 à 7, la géométrie de la cavité 2 privilégie une grande surface d'échange avec la boisson à refroidir pour un faible volume occupé dans l'emballage 10. Le rapport du volume sur la surface de la cavité 2 est alors compris entre 5 et 7 fois celui de l'emballage 10 de la boisson.
Selon ce mode de réalisation, la cavité 2 est de structure tubulaire, principalement constituée de tubes de pompage 3 qui forment des nervures maintenues entre elles par des plaques 31. Les nervures 3 ont une forme de 3/4 de cylindre et aboutissent à un tuyau commun 4. Elles contiennent le liquide réfrigérant L à évaporer.
La cavité interne 2 peut avantageusement présenter une forme d'arc de cercle épousant la forme de la canette 10. Elle est fixée aux parois de la canette 10 par des moyens de fixation 6 composés de griffes soudées ou collées par exemple.
La figure 7 illustre une variante de réalisation dans laquelle le tuyau commun 4 débouche au centre C de la cavité 2. Cet agencement évite l'écoulement du liquide réfrigérant L par les moyens de connexion 5 et permet ainsi d'assurer la réaction d'évaporation quelle que soit la position dans laquelle la canette 10 est tenue lors de sa connexion aux moyens de pompage externes (50).
Les moyens de connexion 5, qui permettent' de relier le tube 4 de la cavité interne 2 aux moyens de pompage externes sont illustrés en détail sur les figures 5a et 5b.
Ces moyens de connexion 5 associent le tube 4 et le fond de l'emballage 10 par des formes coniques complémentaires serties.
Ainsi, par exemple, dans la configuration de la figure 5a, le tube 4 présente un embout 52 en forme de cône serti dans un bossage 51 du fond de l'emballage 10. C'est le tube 4 de la cavité 2 qui assure la fermeture du fond de l'emballage 10 au moment de son assemblage. La cavité 2 est scellée sous vide d'air avant d'être fixée au fond de l'emballage 10.
Inversement, dans la configuration de la figure 5b, le tube 4 présente un embout 54 avec un bossage serti sur un cône 53 du fond de l'emballage 10. Dans cette configuration, c'est le cône 53 du fond de l'emballage 10 qui assure la fermeture de la cavité 2 au moment de son assemblage. Afin de garantir un bon vide dans la cavité 2, cet assemblage peut être réalisé, par exemple, sous vide d'air et sous pression de vapèur saturante du liquide réfrigérant L.
Ces deux configurations sont données à titre d'exemples illustratifs, mais d'autres combinaisons sur le sens des bossages et la nature de la fermeture de la cavité et du fond de l'emballage peuvent être envisagées.
En particulier, la fermeture de la cavité 2 peut être assurée par un bouchon de forme conique 55 (figure 8) par exemple, mis en place après l'assemblage de la cavité 2 dans l'emballage 10. Eventuellement, ce bouchon peut faire partie du moyen de pompage par adsorption externe si ce dernier est solidairement assemblé à l'emballage lors de sa fabrication.
En outre, il peut être envisagé de relier le tube 4 de la cavité 2 au couvercle de l'emballage 10 plutôt qu'à son fond.
Dans toutes les configurations, la structure qui ferme la cavité 2 doit nécessairement comporter une empreinte de désoperculage, c'est à dire un amincissement de la structure, pour permettre la découpe d'une ouverture dans la cavité interne 2 à l'aide de moyens de désoperculage associés aux moyens externes de pompage (50).
Les moyens de désoperculage peuvent avoir différentes formes, tubulaires ou pointues par exemple, et être actionnés par différents moyens, par pression manuelle par exemple. Leur fonction consiste à appuyer sur l'empreinte de désoperculage pour découper une ouverture dans la cavité interne 2 et permettre ainsi le déclenchement de la réaction d'évaporation et la mise en oeuvre du processus de refroidissement de la boisson contenue dans l'emballage 10.
Un mode de réalisation selon l'invention est décrit en référence aux figures 8 à 10.
Ce mode de réalisation selon l'invention reprend l'essentiel des particularités du mode de réalisation précédemment décrit. Seule la forme de la cavité 2 varie. La géométrie de la cavité 2 privilégie en effet l'établissement de courants de convection importants dans la boisson afin d'en assurer le refroidissement rapide.
Selon ce mode, la cavité interne 2 constitue un double fond de la canette 10. Elle présente une forme conique en section verticale (figure 8) et une structure étoilée en section horizontale (figure 9). La cavité 2 est fixée directement sur le fond de l'emballage 10, par collage par exemple.
Les moyens de connexion 5 associés à ce deuxième mode de réalisation sont similaires de ceux décrits en référence au premier mode de réalisation, ainsi que les moyens de désoperculage associées.
Lors de la mise en oeuvre du refroidissement, l'emballage 10 est retourné (le fond vers le haut). Cette spécificité peut être indiquée dans le mode d'emploi de l'emballage auto-réfrigérant selon l'invention. La forme conique de la cavité 2 permet alors de concentrer les courants de convection descendants au centre de la canette 10 et d'accélérer ainsi la vitesse de refroidissement de la boisson.
La structure étoilée de la cavité 2 permet en outre d'augmenter sa surface d'échange avec la boisson à refroidir. Dans ce mode de réalisation, le rapport du volume sur la surface de la cavité 2 est alors compris entre 3 et 5 fois celui de l'emballage 10 de la boisson.
Selon une variante de réalisation, la cavité 2 comporte une structure hélicoïdale (figure 10) qui provoque un mouvement de rotation dans le courant de convection, connu sous le terme de vortex, ce qui contribue à l'accélération de ce courant. Cette structure particulière peut avantageusement être obtenue par une mise en forme hélicoïdale de la structure étoilée de la figure 9. Elle peut également être obtenue, par exemple, en rajoutant des ailettes à la structure de la cavité 2.
Il pourrait être envisagé de réaliser une telle structure hélicoïdale solidaire du couvercle de l'emballage plutôt que de son fond. Dans un tel cas, la canette 10 devra être maintenue à l'endroit pendant la durée du refroidissement, et les moyens de connexion 5 aux moyens de pompage externes doivent alors être intégrés au couvercle. Toutefois, une telle réalisation n'est pas couverte par les revendications.
Selon une variante de réalisation, la structure en cône 55 des moyens de connexion 5 fermant la cavité 2 pénètre à l'intérieur de ladite cavité 2 de manière à ce que l'empreinte de désoperculage se situe vers le centre de gravité de la cavité 2. Il est ainsi possible d'éviter un écoulement du liquide réfrigérant L par les moyens de connexion 5, lors de la mise en oeuvre du refroidissement, quelle que soit la position dans laquelle l'emballage 10 est tenu.
Le refroidissement de la boisson 15 contenue dans la canette 10 est obtenue par l'évaporation du liquide L contenu dans la cavité interne 2. Cette évaporation est provoquée et entretenue par une dépression dans la cavité interne 2.
A cet effet, des moyens de pompage externes (50) sont prévus en association avec l'emballage auto-réfrigérant selon l'invention, ces moyens externes étant aptes à déclencher et entretenir la réaction d'évaporation du liquide réfrigérant L dans la cavité 2.
Selon les applications, ces moyens externes (50) peuvent être constitués d'une pompe à vide mécanique, ou de moyens de pompage cryogéniques tels que des pièges froids qui condensent les vapeurs d'eau, ou encore d'une cartouche sous vide d'air contenant des réactifs (des dessicants) aptes à déclencher l'adsorption du liquide L.

Claims (23)

  1. Emballage de boisson auto-réfrigérant, comportant :
    des moyens de réfrigération internes (2) audit emballage (10) composés d'une cavité contenant un liquide réfrigérant (L) qui s'évapore sous l'effet d'une dépression ;
    des moyens de pompage des vapeurs du liquide réfrigérant, externes (50) audit emballage (10) ;
    des moyens de connexion (5) entre lesdits moyens de refrigération internes et lesdits moyens de pompage externes,
    caractérisé en ce que la cavité des moyens de référigération internes (2) est de forme conique et constitue un double fond de l'emballage.
  2. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport du volume sur la surface de la cavité interne (2) est entre trois et sept fois plus faible que le rapport du volume sur la surface de l'emballage (10).
  3. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la cavité interne (2) présente un volume inférieur ou égal à 2cl pour un emballage (10) d'un volume de 33cl.
  4. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cavité interne (2) présente une surface de contact supérieure ou égale à 50cm2 pour un emballage (10) d'un volume de 33cl.
  5. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité interne (2) est scellée aux parois de l'emballage (10).
  6. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide réfrigérant (L) est de l'eau.
  7. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide réfrigérant (L) est de l'eau contenant un additif abaissant sa température de solidification.
  8. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide réfrigérant (L) rempli partiellement la cavité interne (2).
  9. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression partielle dans la cavité interne (2) des gaz autres que la vapeur du liquide réfrigérant (L), avant connexion aux moyens de pompage externes, est inférieure ou égale à 3mb.
  10. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois internes de la cavité (2) sont partiellement recouvertes d'un matériau poreux hydrophile.
  11. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de connexion (5) comportent une structure en cône (52, 53, 55) fermant la cavité interne (2) et comportant une empreinte de désoperculage, les moyens de pompage externes étant munis de moyens de désoperculage venant s'emboíter sur ladite structure en cône.
  12. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité interne (2) présente une géométrie telle que le liquide réfrigérant (L) ne peut s'écouler par les moyens de connexion (5) quelle que soit la position dans laquelle l'emballage (10) est maintenu.
  13. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité interne (2) est à section étoilée.
  14. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité interne (2) comporte une structure hélicoïdale.
  15. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la structure en cône des moyens de connexion (5) fermant la cavité (2) pénètre à l'intérieur de ladite cavité (2) de manière à ce que l'empreinte de désoperculage se situe vers le centre de gravité de la cavité (2).
  16. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'emballage (10) est une canette en acier.
  17. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'emballage (10) est une canette en aluminium.
  18. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon les revendications 16 ou 17, caractérisé en ce que la cavité interne (2) est composée du même matériau que l'emballage (10).
  19. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'emballage (10) est une bouteille en plastique résistant (PET).
  20. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'emballage (10) est une bouteille en verre.
  21. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que les moyens de pompage externes (50) sont constitués d'une cartouche sous vide d'air contenant un matériau apte à adsorber le liquide réfrigérant (L).
  22. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que les moyens de pompage externes (50) sont constitués d'une pompe à vide mécanique.
  23. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que les moyens de pompage externes (50) sont constitués de moyens de pompage cryogéniques.
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