EP1481204B1 - Emballage auto-refrigerant et dispositif d'enclenchement associe - Google Patents

Emballage auto-refrigerant et dispositif d'enclenchement associe Download PDF

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EP1481204B1
EP1481204B1 EP03718902A EP03718902A EP1481204B1 EP 1481204 B1 EP1481204 B1 EP 1481204B1 EP 03718902 A EP03718902 A EP 03718902A EP 03718902 A EP03718902 A EP 03718902A EP 1481204 B1 EP1481204 B1 EP 1481204B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cavity
self
valve
container according
cooling container
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03718902A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1481204A1 (fr
Inventor
Pierre Jeuch
Lionel Frantz
Fadi Khairallah
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 EP1481204A1 publication Critical patent/EP1481204A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1481204B1 publication Critical patent/EP1481204B1/fr
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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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • 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 package for cooling its contents by a method of evaporation and adsorption.
  • the principle of such a cooling method is to evaporate a liquid, said coolant, under the effect of a depression maintained by pumping the vapors of said liquid.
  • the invention is applicable to the cooling of edible products such as beverages, ice creams, but also to products or inedible such as pharmaceuticals or cosmetics.
  • the invention is particularly applicable to the cooling of a beverage contained in a closed package type can or bottle.
  • An object of the present invention is thus to allow the consumption of a drink at an ideal temperature anywhere and at any time.
  • US Pat. No. 4,928,495 an illustration of which is given in FIG. 1, describes a self-cooling packaging configuration (presented as a can) comprising a flattened rectangular heat exchanger 16 immersed in a beverage to be cooled. and connected to an adsorption device 22.
  • This patent describes a block diagram without specifying the means of making such a device taking into account the economic constraints related to an application to disposable packaging.
  • the beverage package described in this international application consists of a first closed box 10 containing the drinking beverage and a heat exchanger 20 and a second closed box containing desiccants 24.
  • the two boxes are assembled by a skirt 29.
  • Communication means 40 between said two boxes must be activated by a desoperculator 44 to allow the implementation of the evaporative cooling method adsorption of the vapors of a refrigerant liquid contained in the exchanger.
  • These communication means comprise a seal 66 composed of two membranes 70 and 71 disposed opposite each other in the walls of the first and second boxes of the package.
  • the descropper 44 makes it possible to tear the seal 66 for placing the desiccant tank 30 in communication with the heat exchanger 20, thereby triggering the adsorption evaporation reaction and the cooling of the beverage.
  • This document also describes the method of manufacturing such a self-cooling beverage package and in particular the assembly steps of the various elements constituting the packaging.
  • the assembly step of the first box 10, containing the beverage and the heat exchanger 20, with the box 30 containing the desiccants is particularly delicate because it is essential to maintain a high vacuum in the desiccant tank 30 and at the sealing 66 so that the adsorption reaction can be triggered during the tearing of the membranes 70 and 71.
  • the application WO 01/11297 proposes for this purpose to have a drop of oil 73 between the two membranes 70 and 71 in order to guarantee a good vacuum seal when assembling the two boxes.
  • the self-cooling beverage package and the method described in this application WO 01/11297 have certain disadvantages.
  • the communication system of the desiccant tank 30 with the heat exchanger 20 is not optimized.
  • the two membranes 70 and 71 each have a relatively large thickness necessary to withstand the external atmospheric pressure before assembly of the package.
  • these two membranes 70 and 71 constitute a double thickness which requires a major breaking force.
  • the patent application specifies for this purpose that the descrambling element 44 is actuated by means of a screw.
  • the realization of such a seal 66 complicates the assembly of the package, in particular with the need to maintain the gap between the two membranes 70 and 71 under vacuum, while one of between it turns relative to the other.
  • the objective of the present invention is to solve the disadvantages of the prior art.
  • the present invention proposes to produce a self-cooling package based on the method of cooling by evaporation and adsorption as described above and to arrange the means of communication between the desiccant tank and the heat exchanger in a common wall said tank and exchanger.
  • the communication means consist of a non-return valve, that is to say resistant to high pressure in one direction and easily opening in the other direction.
  • the check valve can thus withstand atmospheric pressure with a high vacuum in the desiccant tank and can be operated by a minimal force towards the inside of the heat exchanger.
  • the invention relates to a self-cooling package comprising a first cavity containing a product to be refrigerated, a second cavity forming a heat exchanger and containing a cooling liquid and its vapor, a third cavity containing adsorption pumping means of said steam and means for placing said second cavity in communication with said third cavity, characterized in that the second and third cavities have a common wall integrating the means of communication, and in that said means for putting into communication are constituted by a non-return valve adapted to withstand the pressure exerted on the side of the second cavity and opening by action of a force exerted on the side of the third cavity.
  • the valve consists of a solid lid located on the side of the second cavity and closing an opening of the common wall of the second and third cavities.
  • the communication means further comprise a seal valve, consisting of a deformable seal located between the solid cover and the common wall of the second and third cavities or a vacuum-tight sheet and tearable covering the solid cover and glued to the common wall of the second and third cavities.
  • a seal valve consisting of a deformable seal located between the solid cover and the common wall of the second and third cavities or a vacuum-tight sheet and tearable covering the solid cover and glued to the common wall of the second and third cavities.
  • the valve is actuated by a push rod transmitting a displacement of at least a portion of the wall of the third cavity opposite the wall comprising the communication means.
  • the push rod is an open hollow tube allowing the vapor of the coolant to circulate inside said rod.
  • the push rod comprises means for opening the valve in two stages, a first position of the valve delimiting a restricted passage of the vapor of the cooling liquid and a second position of the valve facilitating an enlarged passage of the vapor. coolant.
  • the ratio of the mass of the valve to the surface of the tube of the push rod is between 0.5 and 2 g / cm 2 , and / or the push rod comprises a stop located at a distance from the valve between 2 and 5 mm.
  • the second cavity comprises a liquid-gas state separator device disposed around the valve.
  • the second cavity is of substantially conical shape such that its sectional area decreases from base to top.
  • the second cavity is delimited by the bottom of the first cavity and the lid of the third cavity.
  • the first and third cavities constitute two separate boxes assembled or the first and third cavities constitute compartments of a single box.
  • the package is in the form of a consumer beverage can.
  • FIGS 3a and 3b schematically illustrate a beverage package according to the invention.
  • the beverage package according to the invention comprises a first cavity 10 containing a drinking drink to be cooled, a second cavity 20 forming a heat exchanger and containing a cooling liquid whose evaporation produces the cooling and a third cavity 30 containing means
  • the first and second cavities 20 have a common wall 25 which constitutes a heat exchanger.
  • This common wall advantageously has a conical shape with ribs in order to promote the heat exchange by convection in the first cavity 10.
  • the packaging according to the invention also requires means for triggering the cooling reaction.
  • This reaction is triggered by placing in communication the second 20 and third cavities, thus causing the evaporation of the refrigerant liquid from the second cavity 20, the vapor of which is pumped by a desiccant contained in the third cavity 30.
  • the third cavity 30 is assembled and closed under vacuum, with a vacuum of less than 1 mbar and preferably less than 0.1 mbar.
  • the communication means 40 of the second cavity 20 with the third cavity 30 are integrated in a common wall 25 to said cavities. It is therefore sufficient to create an opening 44 in this common wall 25 to trigger cooling.
  • the communication means 40 are constituted by a non-return valve 42 closing an opening 44 in the common wall 25 of the second and third cavities.
  • This valve 42 has the particularity of being able to open only towards the outside of the third cavity 30, that is towards the inside of the second cavity 20.
  • the valve 42 is able to withstand the pressure exerted by the side of the second cavity 20 and opens by action of a force exerted on the side of the third cavity 30. As an indication, this opening force exerted on the valve 42 may be between only 1 and 10 Newton.
  • FIGS 3a and 3b illustrate more specifically the valve according to the invention respectively in the closed position and in the open position.
  • the cooling reaction is triggered by the displacement of the valve 42 inwardly of the second cavity 20.
  • the nonreturn valve 42 is actuated by a push rod 45 transmitting a displacement of at least a portion of the wall 35 of the third cavity 30 opposite the wall 25 comprising the communication means 40.
  • the deformable wall 35 of the third cavity 30 may be constituted by a dome structure resistant to atmospheric pressure applied to the outside of the third cavity 30 which is assembled and closed under vacuum. This dome structure 35 may nevertheless be inverted under the effect of a force located in the center of the dome, such as a force of 20 to 30 Newton applied on a central surface of 1 cm 2 . This force is mainly used to turn the dome, which causes the push rod to move.
  • the force to open the valve 42 is negligible compared to the deformation force of the dome of the wall 35 of the third cavity 30.
  • FIGS 4 and 5 schematically illustrate a first mode and a second embodiment of the non-return valve according to the invention.
  • the valve 42 consists of a solid lid 43 located on the side of the second cavity 20 and closing an opening 44 of the common wall 25 of the second 20 and third 30 cavities.
  • the solid lid 43 such as a metal disk, has dimensions slightly greater than those of the opening 44 of the common wall 25.
  • the communication means 40 further comprise a seal of the valve 42 constituted by a deformable seal 47, such as vacuum grease or an elastomer, located between the solid lid 43 and the common wall 25 of the second and third cavities.
  • a deformable seal 47 such as vacuum grease or an elastomer
  • the communication means 40 further comprise a seal of the valve 42 consisting of a vacuum-tight and tear-off thin sheet 48, such as an aluminum foil. 2 / 100mm thick, covering the solid cover 43 and glued to the common wall 25 of the second and third cavities.
  • a seal of the valve 42 consisting of a vacuum-tight and tear-off thin sheet 48, such as an aluminum foil. 2 / 100mm thick, covering the solid cover 43 and glued to the common wall 25 of the second and third cavities.
  • the tightness of the valve 42 offers only a low resistance to the pressure exerted by the solid cover 43 when the valve 42 is actuated by the push rod 45. This low additional resistance, of a few hundred grams, simply corresponds to the detachment. deformable seal 47 or tearing of the thin sheet 48.
  • the nonreturn valve 42 constituting the communication means 40 of the second 20 and third 30 cavities of the package according to the invention has the particularity of opening only in one direction, from the third to the second cavity .
  • valve 42 greatly facilitates the manufacture of the beverage package according to the invention by allowing the manipulation of the various elements of the package at atmospheric pressure, without forcing an excessive effort to trigger the reaction. cooling.
  • the valve 42 remains closed if the third cavity 30, with a lid 25 incorporating the valve 42, is exposed to atmospheric pressure while the third cavity is already under vacuum.
  • the one-way opening of the valve 42 has the advantage of supporting the increase of the pressure in the second cavity 20 during the rise in temperature, up to about 80 to 90 ° C, necessary for pasteurization.
  • FIG. 6 schematically illustrates the push rod actuating the valve of the means for placing the beverage package according to the invention in communication.
  • the push rod 45 is advantageously constituted by an open hollow tube thus allowing a circulation of the vapor of the refrigerant liquid inside said rod between the second cavity and the third cavity.
  • Rod 45 can be obtained from an open-tube rolled metal plate.
  • the state separator 50 includes a steam baffle which consists of at least one baffle wall 51 imposing one or more sudden changes in direction to the vapor flow.
  • the vapor molecules have a very low average free path, of the order of a micrometer, which means that they can change direction very quickly.
  • the drops of liquid have a mass such that they are driven by their inertia and thus separated from the gas flow. This mechanism advantageously allows a liquid-gas separation without significant slowdown of the vapor flow and therefore does not require the occupation of a large volume.
  • the state separator device 50 also comprises, in addition, a drops collector 52 making it possible to extend the drops of liquid separated from the gaseous vapor flow towards the bottom of the cavity of the heat exchanger 20.
  • the collector 52 comprises a funnel and at least one droplet flow tube. The funnel may advantageously contribute to forming the baffle 51 of the steam deflector.
  • the flow tube drops of the collector 52 has a length greater than or equal to the pressure drop of the steam in the baffle 51 to prevent the projection of drops through said flow tube.
  • This loss of load is advantageously measured in height of volume of water. If you consider, for example, a steam pressure drop of 1mb (corresponding to 1cm of water column height) the tube will be at least 1 cm long.
  • Such a state separator device nevertheless reaches its limits if the flow velocity of the steam is too great.
  • the pressure difference between the second and third cavities is several tens of millibars, leading to a flow velocity of the vapor such that the state separator device can be saturated by coolant droplets that are entrained with the vapor.
  • the non-return valve 42 is opened in two stages.
  • the lid 43 of the valve 42 In the first position, the lid 43 of the valve 42 is kept in contact with the tube of the push rod 45 by the pressure of the second cavity 20 relative to the third cavity 30.
  • the mass of the cover 43 of the valve is such that the it remains in contact with the push rod 45 and thus limits the passage of the vapor of the coolant towards the third cavity to a circulation in the hollow of the rod by a limited lateral opening.
  • the level of overpressure, therefore of steam flow, for which the complete opening of the valve 42 is operated can be adjusted by the mass of the valve, and more specifically of the solid lid 43.
  • the ratio of the mass of the lid to the surface of the tube of the push rod can advantageously be between about 0.5 and 2 g / cm 2 .
  • a typical overpressure value may be 2 mbar with a push rod tube surface of 0.3 cm 2 , a mass of 0.6g valve cover.
  • this stop 46 is located at a distance of approximately 2 to 5 mm from the end of the rod in contact with the flap cover.
  • the restricted opening of the valve is thus ensured on a height of 2 to 5 mm by the lateral opening of the push rod and the total opening of the valve is provided by the entire section of the tube.
  • the beverage package according to the invention has the advantage of facilitating assembly.
  • FIGS 9 to 11 illustrate various embodiments of such an assembly.
  • the second cavity 20 of the package does not require the production of an additional piece.
  • the second cavity 20, forming the heat exchanger is defined by a space defined between the lid of the third cavity 30 and the bottom of the first cavity 10. The second cavity 20 is thus obtained during the assembly of the third cavity 30 with the first cavity 10, in a sealed manner.
  • the assembly of the first 10 and third cavities is ensured by interlocking two cylinders by bonding or brazing 60.
  • the nesting of the third cavity 30 with the first cavity 10 is performed after having placed the lid 25 closing the desiccant reservoir on the third cavity 30. It is recalled that this lid 25 integrates the communication means 40. This lid can also be glued or brazed 61 inside the cylinder forming the third cavity 30.
  • the first 10 and third 30 cavities of the package constitute compartments of a single box.
  • the separation lid 25 between the second 20 and third 30 cavities is introduced into the box and fixed by gluing or stirring 61 on the walls of the box.
  • the common wall of the first 10 and second cavities 20, forming the heat exchanger is also introduced into the box and fixed by bonding or brazing 60, after the coolant has been introduced.
  • Brazing 60, 61, tin for example, can be achieved by localized heating by induction. Eddy currents are induced by a coil surrounding the assembly area. This coil is powered by a high frequency alternating current. This technique allows a precise and fast assembly.
  • the assembly of the first 10 and third cavities is ensured by crimping 62 of two cylinders.
  • the wall common to the second and third cavity is crimped with the common wall to the first and second cavities, the assembly being completed by a cylindrical skirt 63, bonded or brazed, ensuring the junction between the two cylinders.

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Description

  • La présente invention se rapporte à un emballage permettant de refroidir son contenu par une méthode d'évaporation et adsorption. Le principe d'une telle méthode de refroidissement consiste à évaporer un liquide, dit liquide réfrigérant, sous l'effet d'une dépression entretenue par pompage des vapeurs dudit liquide. L'invention s'applique au refroidissement de produits comestibles tels que les boissons, les crèmes glacées, mais aussi à des produits ou non comestibles tels que les produits pharmaceutiques ou cosmétiques.
  • L'invention s'applique tout particulièrement au refroidissement d'une boisson contenue dans un emballage fermé de type canette ou bouteille.
  • Un objet de la présente invention est ainsi de permettre la consommation d'une boisson à une température idéale en tout lieu et à toute heure.
  • La mise en oeuvre de la méthode de refroidissement par évaporation et adsorption est connue et a fait l'objet de nombreuses recherches dans l'art antérieur. De nombreux dispositifs ont été proposés, associant un échangeur thermique contenant un liquide à évaporer avec un réservoir contenant un adsorbant, en particulier pour des applications à des emballages de boisson auto-réfrigérant.
  • Ainsi, le brevet US 4 928 495, dont une illustration est donnée sur la figure 1, décrit une configuration d'emballage 10 (présenté comme une canette) auto-réfrigérant comportant un échangeur thermique 16 de forme rectangulaire aplatie plongé dans une boisson à refroidir et connecté à un dispositif d'adsorption 22. Ce brevet décrit un schéma de principe sans préciser les moyens de réalisation d'un tel dispositif tenant compte des contraintes économiques liées à une application à des emballages jetables.
  • En outre, la demande de brevet internationale WO 01/11297, dont une illustration est donnée sur la figure 2a, décrit également un emballage de boisson auto-réfrigérant et précise la géométrie de l'échangeur thermique ainsi que le procédé de fabrication et d'assemblage d'un tel dispositif compatible avec des contraintes industrielles de grandes cadences.
  • L'emballage de boisson décrit dans cette demande internationale est constitué d'une première boîte 10 fermée contenant la boisson de consommation et un échangeur thermique 20 et d'une seconde boîte 30 fermée contenant des dessicants 24. Les deux boîtes sont assemblées par une jupe 29. Des moyens de mise en communication 40 entre lesdites deux boîtes doivent être activés par un désoperculateur 44 pour permettre la mise en oeuvre de la méthode de refroidissement par évaporation adsorption des vapeurs d'un liquide réfrigérant contenu dans l'échangeur. Ces moyens de mise en communication, dont une illustration détaillée est donnée sur la figure 2b, comportent un scellement 66 composé de deux membranes 70 et 71 disposées en vis à vis respectivement dans les parois des première et seconde boîtes de l'emballage. Le désoperculateur 44 permet de déchirer le scellement 66 pour la mise en communication du réservoir de déssicants 30 avec l'échangeur thermique 20, déclenchant ainsi la réaction d'évaporation par adsorption et le refroidissement de la boisson.
  • Ce document décrit également le procédé de fabrication d'un tel emballage de boisson auto-réfrigérant et en particulier les étapes d'assemblage des différents éléments constituant l'emballage. L'étape d'assemblage de la première boîte 10, contenant la boisson et l'échangeur thermique 20, avec la boîte 30 contenant les dessicants est particulièrement délicate car il est indispensable de maintenir un vide poussé dans le réservoir de dessicants 30 et au niveau du scellement 66 afin que la réaction d'adsorption puisse être déclenchée lors de la déchirure des membranes 70 et 71. La demande WO 01/11297 propose à cet effet de disposer une goutte d'huile 73 entre les deux membranes 70 et 71 afin de garantir une bonne étanchéité du vide lors de l'assemblage des deux boîtes.
  • Néanmoins, l'emballage de boisson auto-réfrigérant ainsi que le procédé décrits dans cette demande WO 01/11297 présentent certains inconvénients. En particulier, le système de mise en communication du réservoir de dessicants 30 avec l'échangeur thermique 20 n'est pas optimisé. En effet, les deux membranes 70 et 71 présentent chacune une épaisseur relativement importante indispensable pour résister à la pression atmosphérique extérieure avant l'assemblage de l'emballage. En outre, ces deux membranes 70 et 71 constituent une double épaisseur qui nécessite un effort de rupture important. La demande de brevet précise à cet effet que l'élément désoperculateur 44 est actionnés au moyen d'une vis. En outre, la réalisation d'un tel scellement 66 complique l'assemblage de l'emballage, en particulier avec la nécessité de maintenir l'interstice entre les deux membranes 70 et 71 sous vide d'air, alors que l'une d'entre elle tourne par rapport à l'autre.
  • L'objectif de la présente invention est de résoudre les inconvénients de l'art antérieur.
  • A cet effet, la présente invention propose de réaliser un emballage auto-réfrigérant basé sur la méthode de refroidissement par évaporation et adsorption telle que précédemment décrite et de disposer les moyens de mise en communication entre le réservoir de dessicants et l'échangeur thermique dans une paroi commune aux dits réservoir et échangeur. Les moyens de mise en communication sont constitués d'un clapet anti-retour, c'est à dire résistant à une forte pression dans un sens et s'ouvrant facilement dans l'autre sens.
  • Le clapet anti-retour peut ainsi résister à la pression atmosphérique avec un vide poussé dans le réservoir de dessicants et peut être actionné par un effort minimal vers l'intérieur de l'échangeur thermique.
  • Plus particulièrement, l'invention concerne un emballage auto-réfrigérant comprenant une première cavité contenant un produit à réfrigérer, une seconde cavité formant un échangeur thermique et contenant un liquide réfrigérant et sa vapeur, une troisième cavité contenant des moyens de pompage par adsorption de ladite vapeur et des moyens de mise en communication de ladite seconde cavité avec ladite troisième cavité, caractérisé en ce que les seconde et troisième cavités présentent une paroi commune intégrant les moyens de mise en communication, et en ce que lesdits moyens de mises en communication sont constitués par un clapet anti-retour apte à résister à la pression exercée du côté de la seconde cavité et s'ouvrant par action d'une force exercée du côté de la troisième cavité.
  • Selon une caractéristique, le clapet est constitué d'un couvercle solide situé du côté de la seconde cavité et fermant une ouverture de la paroi commune des seconde et troisième cavités.
  • Selon les modes de réalisation, les moyens de mise en communication comportent en outre une étanchéité du clapet, constituée d'un joint déformable situé entre le couvercle solide et la paroi commune des seconde et troisième cavités ou d'une feuille étanche au vide et déchirable recouvrant le couvercle solide et collée sur la paroi commune des seconde et troisième cavités.
  • Selon une caractéristique, le clapet est actionné par une tige poussoir transmettant un déplacement d'au moins une portion de la paroi de la troisième cavité opposée à la paroi comportant les moyens de mise en communication.
  • Selon une particularité, la tige poussoir est un tube creux ouvert laissant circuler la vapeur du liquide réfrigérant à l'intérieur de ladite tige.
  • Selon une variante de réalisation avantageuse, la tige poussoir comporte des moyens d'ouverture du clapet en deux temps, une première position du clapet délimitant un passage restreint de la vapeur du liquide réfrigérant et une deuxième position du clapet favorisant un passage élargi de la vapeur du liquide réfrigérant.
  • Selon les modes de réalisation, le rapport de la masse du clapet à la surface du tube de la tige poussoir est compris entre 0.5 et 2 g/cm2, et/ou la tige poussoir comporte un arrêt situé à une distance du clapet comprise entre 2 et 5 mm.
  • Selon une variante de réalisation avantageuse, la seconde cavité comporte un dispositif séparateur d'état liquide-gaz disposé autour du clapet.
  • Selon une caractéristique, la seconde cavité est de forme substantiellement conique telle que sa surface en coupe diminue de la base au sommet.
  • Selon une caractéristique, la seconde cavité est délimitée par le fond de la première cavité et le couvercle de la troisième cavité.
  • Selon les modes de réalisation, les première et troisième cavités constituent deux boîtes distinctes assemblées ou les première et troisième cavités constituent des compartiments d'une unique boîte.
  • Dans une application, l'emballage se présente sous la forme d'une canette de boisson de consommation.
  • Les particularités et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui suit donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en référence aux figures dans lesquelles :
    • □ La figure 1, déjà décrite, est un schéma d'une canette de boisson auto-réfrigérante selon une variante de l'art antérieur;
    • □ Les figures 2a et 2b, déjà décrite, sont respectivement un schéma général d'une canette de boisson auto-réfrigérante et un schéma de détail des moyens de mise en communication selon l'art antérieur ;
    • □ Les figures 3a et 3b sont des vues schématiques du dispositif selon l'invention avec le clapet respectivement en position fermée et en position ouverte;
    • □ La figure 4 est une vue schématique selon un premier mode de réalisation du clapet selon l'invention ;
    • □ La figure 5 est une vue schématique selon un second mode de réalisation du clapet selon l'invention;
    • □ La figure 6 est une vue schématique d'une tige poussoir pour la mise en oeuvre du clapet selon l'invention ;
    • □ La figure 7 est une vue schématique d'un dispositif séparateur d'état liquide-gaz disposé dans emballage de boisson selon l'invention ;
    • □ La figure 8 est une vue schématique d'une tige poussoir pour la mise en oeuvre d'une ouverture en deux temps du clapet selon l'invention ;
    • □ La figure 9 est une vue schématique d'un emballage de boisson selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
    • □ La figure 10 est une vue schématique d'un emballage de boisson selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
    • □ La figure 11 est une vue schématique d'un emballage de boisson selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
  • Les figures 3a et 3b illustrent schématiquement un emballage de boisson selon l'invention. L'emballage de boisson selon l'invention comporte une première cavité 10 contenant une boisson de consommation à refroidir, une seconde cavité 20 formant un échangeur thermique et contenant un liquide réfrigérant dont l'évaporation produit le refroidissement et une troisième cavité 30 contenant des moyens de pompage par adsorption de la vapeur du liquide réfrigérant de la deuxième cavité 20. La première 10 et la seconde 20 cavités ont une paroi commune 25 qui constitue un échangeur de chaleur. Cette paroi commune présente avantageusement une forme conique avec des nervures afin de favoriser l'échange de chaleur par convexion dans la première cavité 10.
  • L'emballage selon l'invention nécessite en outre des moyens de déclenchement de la réaction de refroidissement. Cette réaction est déclenchée par la mise en communication des deuxième 20 et troisième 30 cavités, provoquant ainsi l'évaporation du liquide réfrigérant de la deuxième cavité 20 dont la vapeur est pompée par un dessicant contenu dans la troisième cavité 30. Pour garantir une bonne efficacité de pompage du dessicant, il est nécessaire que la troisième cavité 30 soit assemblée et fermée sous vide, avec un vide inférieur à 1 mbar et préférentiellement inférieur à 0.1 mbar.
  • Ainsi, selon l'invention, les moyens de mise en communication 40 de la seconde cavité 20 avec la troisième cavité 30 sont intégrés dans une paroi commune 25 aux dites cavités. Il suffit donc de créer une ouverture 44 dans cette paroi commune 25 pour déclencher le refroidissement.
  • Selon l'invention, les moyens de mises en communication 40 sont constitués par un clapet anti-retour 42 obturant une ouverture 44 dans la paroi commune 25 des deuxième-et troisième cavités. Ce clapet 42 a la particularité de ne pouvoir s'ouvrir que vers l'extérieur de la troisième cavité 30, c'est à dire vers l'intérieur de la deuxième cavité 20. Le clapet 42 est apte à résister à la pression exercée du côté de la seconde cavité 20 et s'ouvre par action d'une force exercée du côté de la troisième cavité 30. A titre indicatif, cette force d'ouverture exercée sur le clapet 42 peut être comprise entre seulement 1 et 10 Newton.
  • Les figures 3a et 3b illustrent plus spécifiquement le clapet selon l'invention respectivement en position fermée et en position ouverte.
  • La réaction de refroidissement est déclenchée par le déplacement du clapet 42 vers l'intérieur de la deuxième cavité 20. Le clapet anti-retour 42 est actionné par une tige poussoir 45 transmettant un déplacement d'au moins une portion de la paroi 35 de la troisième cavité 30 opposée à la paroi 25 comportant les moyens de mise en communication 40. La paroi déformable 35 de la troisième cavité 30 peut être constituée par une structure en dôme résistant à la pression atmosphérique appliquée à l'extérieur de la troisième cavité 30 qui est assemblée et fermée sous vide. Cette structure en dôme 35 peut néanmoins être retournée sous l'effet d'un effort localisé au centre du dôme, telle qu'une force de 20 à 30 Newton appliquée sur une surface centrale de 1 cm2. Cette force sert principalement à retourner le dôme, ce qui entraîne le déplacement de la tige poussoir. L'effort pour ouvrir le clapet 42 est négligeable comparé à l'effort de déformation du dôme de la paroi 35 de la troisième cavité 30.
  • Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement un premier mode et un second mode de réalisation du clapet anti-retour selon l'invention. Le clapet 42 est constitué d'un couvercle solide 43 situé du côté de la seconde cavité 20 et fermant une ouverture 44 de la paroi commune 25 des seconde 20 et troisième 30 cavités. Le couvercle solide 43, tel qu'un disque en métal, présente des dimensions légèrement supérieures à celles de l'ouverture 44 de la paroi commune 25.
  • Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 4, les moyens de mise en communication 40 comportent en outre une étanchéité du clapet 42 constituée d'un joint déformable 47, tel que de la graisse à vide ou un élastomère, situé entre le couvercle solide 43 et la paroi commune 25 des seconde et troisième cavités.
  • Selon un second mode de réalisation, illustré sur la figure 5, les moyens de mise en communication 40 comportent en outre une étanchéité du clapet 42 constituée d'une feuille mince étanche au vide et déchirable 48, telle qu'une feuille d'aluminium de 2/100mm d'épaisseur, recouvrant le couvercle solide 43 et collée sur la paroi commune 25 des seconde et troisième cavités.
  • L'étanchéité du clapet 42 n'offre qu'une faible résistance à la pression exercée par le couvercle solide 43 lorsque le clapet 42 est actionné par la tige poussoir 45. Cette faible résistance additionnelle, de quelques centaines de grammes, correspond simplement au décollement du joint déformable 47 ou au déchirement de la feuille mince 48. La pression régnant dans la seconde cavité 20, de quelques dizaines de mbar, ne rajoute que quelques dizaines de grammes à la résistance de l'étanchéité, si l'on considère une surface du couvercle du clapet de moins de 1 cm2.
  • Le clapet anti-retour 42 constituant les moyens de mise en communication 40 des deuxième 20 et troisième 30 cavités de l'emballage selon l'invention a bien la particularité de ne s'ouvrir que dans un sens, de la troisième vers la deuxième cavité.
  • Ainsi, cette fonction du clapet 42 facilite considérablement la fabrication de l'emballage de boisson selon l'invention en permettant la manipulation des différents éléments de l'emballage à pression atmosphérique, sans pour autant obliger à un effort excessif pour le déclenchement de la réaction de refroidissement. En particulier, le clapet 42 reste fermé si la troisième cavité 30, avec un couvercle 25 intégrant le clapet 42, est exposée à la pression atmosphérique alors que cette troisième cavité est déjà sous vide.
  • En outre, dans le cas d'une boisson pasteurisée avec son emballage, l'ouverture en sens unique du clapet 42 présente l'avantage de supporter l'élévation de la pression dans la seconde cavité 20 lors de l'élévation de la température, jusqu'à environ 80 à 90 °C, nécessaire à la pasteurisation.
  • La figure 6 illustre schématiquement la tige poussoir actionnant le clapet des moyens de mise en communication de l'emballage de boisson selon l'invention. La tige poussoir 45 est avantageusement constituée d'un tube creux ouvert permettant ainsi une circulation de la vapeur du liquide réfrigérant à l'intérieur de ladite tige entre la deuxième cavité et la troisième cavité. La tige 45 peut être obtenue à partir d'une plaque de métal roulée en forme de tube ouvert.
  • Lors de l'actionnement du clapet 42 permettant la mise en communication des deuxième et troisième cavités, la réaction de pompage de la vapeur du liquide réfrigérant se déclenche immédiatement. Le liquide réfrigérant se met à bouillir violemment sous l'effet de la dépression. Cette ébullition provoque des projections de gouttes du liquide réfrigérant qui, si elles pénètrent dans la troisième cavité contenant le dessicant, peuvent nuire à son efficacité.
  • Pour pallier cet inconvénient, il est avantageux d'intégrer un dispositif séparateur d'état liquide-gaz dans la deuxième cavité 20, autour du clapet anti-retour 42 selon l'invention, tel qu'illustré sur la figure 7. L'emballage doit être positionné avec la deuxième cavité orientée vers le bas lors du refroidissement.
  • Le séparateur d'état 50 comporte un déflecteur de vapeur qui se compose d'au moins une paroi formant chicane 51 imposant un ou des changements de direction brusques au flux de vapeur. Les molécules de vapeur ont un libre parcours moyen très faible, de l'ordre du micromètre, ce qui signifie qu'elles peuvent changer de direction très rapidement. En revanche, les gouttes de liquide ont une masse telle qu'elles sont entraînées par leur inertie et séparées ainsi du flux gazeux. Ce mécanisme permet avantageusement une séparation liquide-gaz sans ralentissement important du flux de vapeur et ne nécessite donc pas l'occupation d'un volume important.
  • Le dispositif séparateur 50 d'état comporte également, en complément, un collecteur de gouttes 52 permettant de reconduire les gouttes de liquide séparées du flux gazeux de vapeur vers le bas de la cavité de l'échangeur thermique 20. Le collecteur 52 comporte un entonnoir et au moins un tube d'écoulement des gouttes. L'entonnoir peut avantageusement contribuer à former la chicane 51 du déflecteur de vapeur.
  • Préférentiellement, le tube d'écoulement des gouttes du collecteur 52 présente une longueur supérieure ou égale à la perte de charge de la vapeur dans la chicane 51 afin d'éviter la projection de gouttes à travers ledit tube d'écoulement. Cette perte de charge est avantageusement mesurée en hauteur de volume d'eau. Si on considère, par exemple, une perte de charge de la vapeur de 1mb (correspondant à 1cm de hauteur de colonne d'eau) le tube aura au moins 1 cm de long.
  • Un tel dispositif séparateur d'état atteint néanmoins ses limites si la vitesse d'écoulement de la vapeur est trop importante. Or, lors du déclenchement de la réaction de refroidissement, la différence de pression entre les deuxième et troisième cavités est de plusieurs dizaines de millibars, conduisant à une vitesse d'écoulement de la vapeur telle que le dispositif séparateur d'état peut être saturé par les gouttelettes de liquide réfrigérant qui sont entraînées avec la vapeur.
  • Pour limiter cet effet, selon une variante de l'invention, le clapet anti-retour 42 est ouvert en deux temps.
  • Dans la première position, le couvercle 43 du clapet 42 est maintenu en contact avec le tube de la tige poussoir 45 par la surpression de la seconde cavité 20 par rapport à la troisième cavité 30. La masse du couvercle 43 du clapet est telle que celui-ci reste en contact avec la tige poussoir 45 et limite ainsi le passage de la vapeur du liquide réfrigérant vers la troisième cavité à une circulation dans le creux de la tige par une ouverture latérale limitée.
  • Lorsque la surpression de la seconde cavité par rapport à la troisième cavité devient inférieure à environ 1 à 3 mbar, le débit de vapeur diminue et le couvercle 43 du clapet 42 tombe dans la seconde cavité 20 libérant ainsi une ouverture plus grande pour le passage de la vapeur. En effet, comme mentionné précédemment, le refroidissement est déclenché avec la troisième cavité vers le haut de l'emballage.
  • Le niveau de surpression, donc de débit de vapeur, pour lequel l'ouverture complète du clapet 42 est opérée peut être ajustée par la masse du clapet, et plus spécifiquement du couvercle solide 43. Le rapport de la masse du couvercle à la surface du tube de la tige poussoir peut avantageusement être compris entre environ 0.5 et 2 g/cm2. Une valeur typique de surpression peut être de 2 mbar avec une surface du tube de la tige poussoir de 0.3 cm2, soit une masse du couvercle du clapet de 0.6g.
  • Afin de mieux contrôler le niveau d'ouverture de la première position du clapet 42 dans le premier temps de fort débit de la vapeur, il peut être opportun de créer un arrêt 46 dans la tige poussoir 45, comme illustré sur la figure 8. Avantageusement, cet arrêt 46 est situé à une distance d'environ 2 à 5 mm de l'extrémité de la tige en contact avec le couvercle du clapet. L'ouverture restreinte du clapet est ainsi assurée sur une hauteur de 2 à 5 mm par l'ouverture latérale de la tige poussoir et l'ouverture totale du clapet est assurée par toute la section du tube.
  • Outre la fonctionnalité d'une ouverture à sens unique entre les cavités formant l'échangeur thermique et le réservoir de dessicants, l'emballage de boisson selon l'invention présente l'avantage de permettre un assemblage facilité.
  • Les figures 9 à 11 illustrent différents modes de réalisation d'un tel assemblage.
  • En particulier, la deuxième cavité 20 de l'emballage ne nécessite pas la réalisation d'une pièce supplémentaire. En effet, la deuxième cavité 20, formant l'échangeur thermique, est définie par un espace délimité entre le couvercle de la troisième cavité 30 et le fond de la première cavité 10. La deuxième cavité 20 est ainsi obtenue lors de l'assemblage de la troisième cavité 30 avec la première cavité 10, de façon étanche.
  • Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 9, l'assemblage des première 10 et troisième 30 cavités est assuré par emboîtement de deux cylindres par collage ou brasage 60.
  • L'emboîtement de la troisième cavité 30 avec la première cavité 10 est réalisé après avoir disposé le couvercle 25 fermant le réservoir de dessicant sur la troisième cavité 30. On rappelle que ce couvercle 25 intègre les moyens de mise en communication 40. Ce couvercle peut être également collé ou brasé 61 à l'intérieur du cylindre formant la troisième cavité 30.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 10, les première 10 et troisième 30 cavités de l'emballage constituent des compartiments d'une unique boîte. Le couvercle de séparation 25 entre les deuxième 20 et troisième 30 cavités est introduit dans la boite et fixé par collage ou brassage 61 sur les parois de la boite. La paroi commune des première 10 et deuxième 20 cavités, formant l'échangeur thermique, est également introduit dans la boite et fixé par collage ou brasage 60, après que le liquide réfrigérant ait été introduit.
  • Un brasage 60, 61, à l'étain par exemple, peut être réalisé par chauffage localisé par induction. Des courants de Foucault sont induits par une spire entourant la zone d'assemblage. Cette spire est alimentée par un courant alternatif haute fréquence. Cette technique permet un assemblage précis et rapide.
  • Selon un troisième mode de réalisation, illustré sur la figure 11, l'assemblage des première 10 et troisième 30 cavités est assuré par sertissage 62 de deux cylindres. Par exemple, la paroi commune aux deuxième et troisième cavité est sertie avec la paroi commune aux première et deuxième cavités, l'assemblage étant complété par une jupe cylindrique 63, collée ou brasée, assurant la jonction entre les deux cylindres.
  • Les variantes de réalisation décrites ci-dessus sont présentées à titre illustratif mais non limitatif afin de montrer la flexibilité de l'assemblage de l'emballage selon l'invention.

Claims (15)

  1. Emballage auto-réfrigérant comprenant une première cavité (10) contenant un produit à réfrigérer, une seconde cavité (20) formant un échangeur thermique et contenant un liquide réfrigérant et sa vapeur, une troisième cavité (30) contenant des moyens de pompage par adsorption de ladite vapeur et des moyens de mise en communication (40) de ladite seconde cavité avec ladite troisième cavité, caractérisé en ce que les seconde et troisième cavités présentent une paroi commune (25) intégrant les moyens de mise en communication, et en ce que lesdits moyens de mises en communication (40) sont constitués par un clapet anti-retour (42) apte à résister à la pression exercée du côté de la seconde cavité et s'ouvrant par action d'une force exercée du côté de la troisième cavité.
  2. Emballage auto-réfrigérant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (42) est constitué d'un couvercle solide (43) situé du côté de la seconde cavité et fermant une ouverture (44) de la paroi commune (25) des seconde et troisième cavités.
  3. Emballage auto-réfrigérant selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mise en communication comportent en outre une étanchéité du clapet constituée d'un joint déformable (47) situé entre le couvercle solide et la paroi commune des seconde et troisième cavités.
  4. Emballage auto-réfrigérant selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mise en communication comportent en outre une étanchéité du clapet constituée d'une feuille (48) étanche au vide et déchirable recouvrant le couvercle solide et collée sur la paroi commune des seconde et troisième cavités.
  5. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet est actionné par une tige poussoir (45) transmettant un déplacement d'au moins une portion de la paroi de la troisième cavité opposée à la paroi comportant les moyens de mise en communication.
  6. Emballage auto-réfrigérant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tige poussoir est un tube creux ouvert laissant circuler la vapeur du liquide réfrigérant à l'intérieur de ladite tige.
  7. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que la tige poussoir comporte des moyens d'ouverture du clapet en deux temps, une première position du clapet délimitant un passage restreint de la vapeur du liquide réfrigérant et une deuxième position du clapet favorisant un passage élargi de la vapeur du liquide réfrigérant.
  8. Emballage auto-réfrigérant selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rapport de la masse du clapet à la surface du tube de la tige poussoir est compris entre 0.5 et 2 g/cm2.
  9. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que la tige poussoir comporte un arrêt situé à une distance du clapet comprise entre 2 et 5 mm.
  10. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde cavité comporte un dispositif séparateur d'état liquide-gaz disposé autour du clapet.
  11. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde cavité est de forme substantiellement conique telle que sa surface en coupe diminue de la base au sommet.
  12. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde cavité est délimitée par le fond de la première cavité et le couvercle de la troisième cavité.
  13. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les première et troisième cavités constituent deux boîtes distinctes assemblées.
  14. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les première et troisième cavités constituent des compartiments d'une unique boîte.
  15. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une canette de boisson de consommation.
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