ITMI20001487A1 - THERMAL INSULATION CONTAINER - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’ invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:
“RECIPIENTE TERMOISOLANTE” "THERMAL INSULATION CONTAINER"
La presente invenzione riguarda un recipiente tennoisolante. In particolare, l’invenzione si riferisce a recipienti termoisolanti usati per mantenere costante la temperatura di cibi e bevande, come bottiglie sportive o contenitori per uso casalingo o per uso nel settore della ristorazione. ' The present invention relates to an insulating vessel. In particular, the invention refers to heat-insulating containers used to keep the temperature of food and drinks constant, such as sports bottles or containers for home use or for use in the catering sector. '
Sono noti recipienti termoisolanti, denominati anche thermos, i quali comprendono una bottiglia metallica o di vetro argentato a doppia parete, nella cui intercapedine è fatto il vuoto per mantenere freschi o caldi i liquidi per un certo periodo di tempo. Questi recipienti noti non possono però essere utilizzati in particolari ambiti, come ad esempio in quello sportivo, a causa del loro costo, della loro fragilità e/o del loro peso relativamente elevati. Thermo-insulating containers are known, also called thermos, which comprise a double-walled metal or silver glass bottle, in whose cavity a vacuum is made to keep the liquids cool or hot for a certain period of time. However, these known containers cannot be used in particular fields, such as for example in the sports field, due to their relatively high cost, fragility and / or weight.
Per ovviare a questi problemi si è pensato di fabbricare la bottiglia a doppia parete in materiale plastico. Tuttavia, il vuoto ottenuto nell’intercapedine di una bottiglia di plastica si degrada rapidamente a causa del degasaggio di questo materiale, nonché a causa della sua permeazione e della sua scarsa tenuta nelle zone di saldatura. Inoltre, la flessibilità della plastica comporta problemi strutturali dovuti alla differenza di pressioni; tra l’estemo della bottiglia e l’intercapedine. To overcome these problems it was decided to manufacture the double-walled bottle in plastic material. However, the vacuum obtained in the cavity of a plastic bottle degrades rapidly due to the degassing of this material, as well as due to its permeation and its poor sealing in the welding areas. Furthermore, the flexibility of the plastic entails structural problems due to the difference in pressures; between the outside of the bottle and the interspace.
Per ovviare a quest’ultimo problema,' nell’intercapedine potrebbe essere inserito un pannello evacuato termoisolante di tipo noto, per esempio di quelli costituiti da una schiuma polimerica a celle aperte contenuta in un involucro. Questi pannelli sono però rigidi e difficilmente adattabili alle intercapedini con sezione a corona circolare, che si hanno nonnalmente nei contenitori per cibi e bevande. La domanda di brevetto WO 96/32605 a nome della società britannica 1C1 descrive un metodo per curvare palmelli a base di schiume polimeriche, nel quale viene praticata una serie di scanalature nella schiuma polimerica prima della sua introduzione nell’involucro; alla prima esposizione in aria, il palmello si piega lungo le scanalature. Questo metodo ha lo svantaggio principale che l’involucro risulta stirato in corrispondenza degli angoli formati dalle scanalature, ed in quelle zone può permettere la permeazione di gas nel pannello che nel tempo ne degradano le proprietà termoisolanti. To overcome this last problem, a thermal insulating evacuated panel of a known type could be inserted in the cavity, for example those consisting of an open cell polymeric foam contained in a casing. However, these panels are rigid and difficult to adapt to the cavities with circular crown section, which normally occur in food and drink containers. Patent application WO 96/32605 in the name of the British company 1C1 describes a method for bending palm-based polymeric foam, in which a series of grooves are made in the polymer foam before its introduction into the casing; at the first exposure in the air, the palmellus bends along the grooves. This method has the main disadvantage that the casing is stretched at the corners formed by the grooves, and in those areas it can allow the permeation of gas into the panel which over time degrade its thermal insulation properties.
Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un recipiente tennoisolante esente da tali inconvenienti, ovvero un recipiente che sia leggero, economico e resistente. Detto scopo viene conseguilo con un recipiente termoisolante le cui caratteristiche principali sono specificate nella prima rivendicazione ed altre caratteristiche sono specificate nelle rivendicazioni successive. The object of the present invention is therefore to provide a heat-insulating container free from such drawbacks, that is, a container that is light, economical and resistant. Said object is achieved with a heat-insulating vessel the main characteristics of which are specified in the first claim and other characteristics are specified in the subsequent claims.
I pannelli del recipiente secondo la presente invenzione impiegano come materiale di riempimento polvere di materiale inerte con dimensioni medie delle particelle inferiori a 100 nanometri (nm) e preferibilmente comprese tra circa 2 e 20 nanometri. E stato trovato che con l’impiego di queste polveri, la conducibilità termica dei pannelli varia solo leggennente, ed in particolare rimane inferiore a circa 8 mW/m-K, per pressioni interne fino a qualche decina di mbar, a differenza dei pannelli basati su schiume polimeriche in cui la conducibilità termica sale rapidamente quando la pressione interna supera valori di circa 1 mbar. Per questo motivo, è possibile mantenere nei pannelli evacuati dell’invenzione pressioni anche maggiori di 10 mbar, così da non dover utilizzare involucri che contengono fogli di alluminio, necessari soprattutto nelle applicazioni ad alta temperatura. Questo . particolare accorgimento, che riduce a valori trascurabili il ponte termico, consente lo sfruttamento pressoché integrale delle proprietà isolanti del materiale di riempimento dei pannelli evacuati dell’invenzione. Data la loro ridottissima dimensione, le particelle delle polveri possono formare, a causa di forze di coesione o elettrostatiche, aggregati di dimensioni di alcuni micrometri (μηι) o anche maggiori, senza comunque causare variazioni nelle proprietà di isolamento termico dei pannelli. The panels of the container according to the present invention use as filling material powder of inert material with average particle sizes lower than 100 nanometers (nm) and preferably between about 2 and 20 nanometers. It has been found that with the use of these powders, the thermal conductivity of the panels varies only slightly, and in particular remains less than about 8 mW / m-K, for internal pressures up to a few tens of mbar, unlike panels based on foams. polymers in which the thermal conductivity rises rapidly when the internal pressure exceeds values of about 1 mbar. For this reason, it is possible to maintain pressures in the evacuated panels of the invention even higher than 10 mbar, so as not to have to use enclosures that contain aluminum sheets, especially necessary in high temperature applications. This . particular expedient, which reduces the thermal bridge to negligible values, allows the almost complete exploitation of the insulating properties of the filling material of the evacuated panels of the invention. Given their very small size, the particles of the powders can form, due to cohesive or electrostatic forces, aggregates with dimensions of a few micrometers (μηι) or even larger, without however causing variations in the thermal insulation properties of the panels.
Grazie ai pannelli evacuati di cui è provvisto, il recipiente termoisolante secondo la presente invenzione può essere realizzato in materiali leggeri generalmente non adatti a conservare il vuoto, come ad esempio la plastica, pur riuscendo ad isolare termicamente i liquidi in esso contenuti per tempi lunghi, anche per più di 3 o 4 ore. Thanks to the evacuated panels with which it is provided, the heat-insulating vessel according to the present invention can be made of light materials generally not suitable for preserving the vacuum, such as plastic, while being able to thermally isolate the liquids contained therein for long times, even for more than 3 or 4 hours.
Utilizzando come riempitivo un massello di finissima polvere di materiale inerte, è possibile ottenere pannelli evacuati che possono essere piegati o curvati, così da essere inseriti nell’intercapedine posta tra due superfici curve delle pareti del contenitore. Using a solid block of very fine powder of inert material as a filler, it is possible to obtain evacuated panels that can be bent or curved, so as to be inserted into the cavity placed between two curved surfaces of the container walls.
Inoltre, a parità di isolamento termico, il pannello dell’invenzione è più sottile e resistente, nonché tollera, pressioni interne maggiori, dei pannelli noti a base di schiume polimeriche, con conseguente maggiore durata della funzionalità del recipiente termoisolante. In addition, with the same thermal insulation, the panel of the invention is thinner and more resistant, as well as tolerates higher internal pressures than known panels based on polymeric foams, resulting in a longer duration of the functionality of the heat-insulating vessel.
Secondo un particolare aspetto dell’invenzione, il materiale inerte della polvere è silice preferibilmente miscelata con fibre minerali, in modo da poter essere facilmente compressa per realizzare masselli spessi anche pochi millimetri, i quali possono essere imbustati, evacuati e successivamente curvati con relativa facilità. According to a particular aspect of the invention, the inert material of the powder is silica preferably mixed with mineral fibers, so that it can be easily compressed to make blocks even a few millimeters thick, which can be bagged, evacuated and subsequently bent with relative ease.
Ulteriori vantaggi e caratteristiche del recipiente termoisolante secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente descrizione dettagliata e non limitativa di alcune sue forme realizzative con riferimento agli annessi disegni in cui: Further advantages and characteristics of the heat-insulating vessel according to the present invention will become evident to those skilled in the art from the following detailed and non-limiting description of some of its embodiments with reference to the attached drawings in which:
- la figura 1 mostra una vista laterale di una prima forma realizzativa sezionata secondo il piano I-I di figura 2; Figure 1 shows a side view of a first embodiment sectioned along the plane I-I of Figure 2;
- la figura 2 mostra una vista dal basso della forma realizzativa della figura 1 sezionata secondo il piano II-II di figura 1 ; figure 2 shows a bottom view of the embodiment of figure 1 sectioned along the plane II-II of figure 1;
- la figura 3 mostra una vista laterale in sezione di una seconda forma realizzativa; e - le figure 4 e 5 mostrano due diagrammi dell’andamento delle temperature di liquidi contenuti in recipienti di tipo noto e recipienti secondo la presente invenzione. Figure 3 shows a sectional side view of a second embodiment; and - Figures 4 and 5 show two diagrams of the temperature trend of liquids contained in containers of known type and containers according to the present invention.
' La prima forma realizzativa illustrata è quella in cui i pannelli evacuati dell’ invenzione vengono impiegati per l’isolamento tennico di un recipiente a forma di bottiglia, per esempio per uso sportivo. Facendo riferimento alle figure 1 e 2, si vede che il recipiente tennoisolante secondo questa forma realizzativa dell’invenzione comprende in modo noto una bottiglia di forma sostanzialmente cilindrica avente un diametro esterno compreso ad esempio tra 5 e 10 cm, la quale è provvista di due pareti; una parete esterna 1 ed una parete interna 2. Queste pareti sono preferibilmente unite tra loro in corrispondenza di un collo 3 provvisto di un’apertura 4 per il passaggio dei liquidi, la quale può essere chiusa da un tappo 5. 'The first embodiment illustrated is that in which the evacuated panels of the invention are used for the thermal insulation of a bottle-shaped container, for example for sports use. With reference to Figures 1 and 2, it can be seen that the insulating container according to this embodiment of the invention comprises in a known way a bottle of substantially cylindrical shape having an external diameter comprised, for example, between 5 and 10 cm, which is provided with two walls; an external wall 1 and an internal wall 2. These walls are preferably joined together at a neck 3 provided with an opening 4 for the passage of liquids, which can be closed by a cap 5.
Le pareti 1, 2 ed il collo 3 della bottiglia sono preferibilmente realizzati in un materiale leggero, ad esempio in plastica. Nell’intercapedine posta tra le due pareti è inserito almeno un pannello evacuato 6 di forma sostanzialmente parallelepìpeda, il quale è curvato in modo da formare un tubo che può essere disposto tra le superfici laterali delle pareti 1 e 2. Un secondo pannello evacuato 7 di forma sostanzialmente circolare può essere inserito tra le basi inferiori delle pareti 1 e 2, mentre un terzo pannello evacuato 8 di forma sostanzialmente anulare può essere inserito tra le basi superiori delle pareti stesse. The walls 1, 2 and the neck 3 of the bottle are preferably made of a light material, for example plastic. At least one evacuated panel 6 with a substantially parallelepiped shape is inserted in the gap between the two walls, which is curved so as to form a tube which can be arranged between the lateral surfaces of the walls 1 and 2. A second evacuated panel 7 of substantially circular shape can be inserted between the lower bases of walls 1 and 2, while a third evacuated panel 8 of substantially annular shape can be inserted between the upper bases of the walls themselves.
I pannelli evacuati 6, 7 e 8 hanno uno spessore compreso ad esempio tra 4 e 8 mm e sono formati da un involucro di laminato plastico eventualmente metallizzato, nel quale è racchiusa una finissima polvere di materiale inerte, in particolare silice. Il materiale plastico utilizzato per l’involucro può essere un qualsiasi materiale noto ritenuto idoneo alla costruzione di pannelli evacuati di tipo convenzionale, ad esempio poliolefma. La pressione nell’involucro è inferiore a 50 mbar, mentre la polvere di silice è preferibilmente mescolata con fibre minerali, in particolare fibra di vetro. La silice è preferibilmente silice pirogenica, una forma di silice ottenuta facendo bruciare in un’apposita camera SiCl4 con ossigeno, secondo la reazione: The evacuated panels 6, 7 and 8 have a thickness comprised for example between 4 and 8 mm and are formed by a casing of possibly metallized plastic laminate, in which a very fine powder of inert material, in particular silica, is enclosed. The plastic material used for the envelope can be any known material deemed suitable for the construction of evacuated panels of a conventional type, for example polyolefm. The pressure in the casing is less than 50 mbar, while the silica powder is preferably mixed with mineral fibers, in particular glass fiber. Silica is preferably fumed silica, a form of silica obtained by burning in a special SiCl4 chamber with oxygen, according to the reaction:
La silice prodotta in questa reazione è sotto forma di particelle di dimensioni comprese tra pochi nanometri e poche decine di nanometri, che possono eventualmente essere agglomerate a formare particelle di dimensioni maggiori, come descritto in precedenza. La silice pirogenica è prodotta e venduta per esempio dalla società americana CABOT Corp. con il nome Nanogel<® >o dalla società tedesca Wacker GmbH. The silica produced in this reaction is in the form of particles ranging in size from a few nanometers to a few tens of nanometers, which can possibly be agglomerated to form larger particles, as described above. Pyrogenic silica is produced and sold for example by the American company CABOT Corp. under the name Nanogel <®> or by the German company Wacker GmbH.
In una seconda forma realizzativa, i pannelli dell’invenzione vengono impiegati per l’isolamento termico di contenitori cilindrici per il mantenimento ad una temperatura desiderata di cibi o bevande come vasi o serbatoi di acqua per la preparazione di bevande calde o fredde. Con riferimento alla figura 3, si vede che un contenitore 9 di questo tipo può comprendere due pareti: una parete esterna 10 ed una parete interna 11. Nell’ intercapedine tra queste due pareti è inserito almeno un pannello evacuato 12 del tipo sopra descritto, curvato in forma cilindrica, e preferibilmente un ulteriore pannello evacuato 13 di fonna circolare, nella base del contenitore. I contenitori secondo questa fonna realizzativa hanno generalmente dimensioni maggiori della, bottiglia delle figure 1 e 2, e in particolare un diametro che può essere compreso tra 10 e 50 cm. In questo caso il pannello 12, essendo curvato con un raggio di curvatura maggiore di quello delle bottiglie per uso sportivo, può avere uno spessore maggiore, fino a 10-15 mm, Il contenitore 9 prevede generalmente un elemento di chiusura superiore, per esempio un coperchio (non mostrato in figura) che può essere a sua volta preferibilmente realizzato con una doppia parete che definisce un’intercapedine contenente un pannello termoisolante. In a second embodiment, the panels of the invention are used for the thermal insulation of cylindrical containers for maintaining food or drinks at a desired temperature such as jars or water tanks for the preparation of hot or cold drinks. With reference to Figure 3, it can be seen that a container 9 of this type can comprise two walls: an external wall 10 and an internal wall 11. At least one evacuated panel 12 of the type described above is inserted in the gap between these two walls, curved in cylindrical form, and preferably a further evacuated panel 13 of circular shape, in the base of the container. The containers according to this embodiment generally have larger dimensions than the bottle of Figures 1 and 2, and in particular a diameter which can be between 10 and 50 cm. In this case the panel 12, being curved with a radius of curvature greater than that of bottles for sports use, can have a greater thickness, up to 10-15 mm. The container 9 generally provides for an upper closing element, for example a cover (not shown in the figure) which can in turn preferably be made with a double wall which defines a cavity containing a heat-insulating panel.
La figura 4 mostra il diagramma 14 dell’andamento della temperatura di un liquido a circa 0 °C posto in un recipiente termoisolante di tipo noto, ad esempio comprendente una bottiglia a doppia parete in plastica avente l’intercapedine riempita con un materiale non evacuato. Nella stessa figura sono mostrati i diagrammi 15 e 16 della temperatura dello stesso liquido a circa 0 °C posto in due recipienti secondo la presente invenzione. Questi due recipienti comprendono la stessa bottiglia in plastica a doppia parete del recipiente noto, però nella loro intercapedine sono disposti pannelli evacuati aventi rispettivamente lo spessore di 5 mm e 7 mm. Come si può notare, i liquidi contenuti nei suddetti tre recipienti raggiungono la temperatura di circa 12 °C, indicata con una linea tratteggiata, rispettivamente dopo 1,5, 4 e 5 ore circa. Questa particolare temperatura è significativa in quanto rappresenta la soglia fisiologica della sensazione di liquido freddo da parte dell’uomo. Figure 4 shows diagram 14 of the temperature trend of a liquid at about 0 ° C placed in a heat-insulating container of a known type, for example comprising a double-walled plastic bottle having the interspace filled with a non-evacuated material. The same figure shows diagrams 15 and 16 of the temperature of the same liquid at about 0 ° C placed in two containers according to the present invention. These two containers comprise the same double-walled plastic bottle as the known container, but evacuated panels having a thickness of 5 mm and 7 mm respectively are arranged in their cavity. As can be seen, the liquids contained in the aforementioned three containers reach a temperature of approximately 12 ° C, indicated with a dashed line, after approximately 1.5, 4 and 5 hours respectively. This particular temperature is significant as it represents the physiological threshold of human sensation of cold liquid.
La figura 5 mostra invece il diagramma 17 dell’andamento della temperatura di un liquido a circa 90 °C posto in un recipiente termoisolante di tipo noto, ad esempio comprendente una bottiglia a doppia parete in plastica avente l’intercapedine riempita con un materiale non evacuato. Nella stessa figura sono mostrati i diagrammi 18 e 19 della temperatura dello stesso liquido a circa 90 °C posto in due recipienti secondo la presente invenzione. Questi due recipienti comprendono la stessa bottiglia in plastica a doppia parete del recipiente noto, però nella loro intercapedine sono disposti pannelli evacuati aventi rispettivamente lo spessore di 5 mm e 7 mm. Come si può notare, i liquidi contenuti nei suddetti tre recipienti raggiungono la temperatura di circa 40 °C, indicata con una linea tratteggiata, rispettivamente dopo 2,5, 4 e 5 ore circa. Questa particolare temperatura è significativa in quanto rappresenta la soglia fisiologica della sensazione di liquido caldo da parte deH’uomo. Figure 5 instead shows diagram 17 of the temperature trend of a liquid at about 90 ° C placed in a heat-insulating container of a known type, for example comprising a double-walled plastic bottle having the interspace filled with a non-evacuated material. . The same figure shows diagrams 18 and 19 of the temperature of the same liquid at about 90 ° C placed in two containers according to the present invention. These two containers comprise the same double-walled plastic bottle as the known container, but evacuated panels having a thickness of 5 mm and 7 mm respectively are arranged in their cavity. As can be seen, the liquids contained in the aforementioned three containers reach a temperature of about 40 ° C, indicated with a dashed line, after approximately 2.5, 4 and 5 hours, respectively. This particular temperature is significant as it represents the physiological threshold of human sensation of hot liquid.
Eventuali varianti e/o aggiunte possono essere apportate dagli esperti del ramo alla forma realizzativa qui descritta ed illustrata restando nell’ ambito dell’ invenzione stessa. È ovvio ad esempio che in altre forme realizzative del recipiente termoisolante secondo la presente invenzione il contenitore può non essere cilindrico, ma presentare altre forme, ad esempio semicilindriche, prismatiche, ecc. Any variations and / or additions can be made by those skilled in the art to the embodiment described and illustrated here while remaining within the scope of the invention itself. It is obvious, for example, that in other embodiments of the heat-insulating vessel according to the present invention, the container may not be cylindrical, but may have other forms, for example semi-cylindrical, prismatic, etc.
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