JP2005514580A - 自己冷却飲料パッケージの断熱材 - Google Patents

Abstract

消費飲料を収容する第一キャビティ(１０)と、熱交換体を形成し、かつ冷却用液体および該冷却用液体の蒸気を収容する第二キャビティ（２０）と、前記蒸気を吸着によりポンピングする手段を収容する第三キャビティ（３０）と、第二キャビティと第三キャビティとを連通させる手段（５０）とを備える自己冷却飲料パッケージであって、第三キャビティ（３０）は外部断熱層（３５）を有することを特徴とする自己冷却飲料パッケージ。

Description

本発明は、収着冷却法を使用して内容物を冷却し得る飲料パッケージ装置に関する。この冷却法の原理としては、冷却用液体の蒸気をポンピングすることによって維持される部分真空効果により、冷却用液体を蒸発させる。本発明は特に、缶またはボトル等の閉鎖されたパッケージ内に収容された飲料を冷却するのに最も適している。

従って、本発明の目的は、任意の時間と場所において、飲料を理想的な温度にて提供可能にすることにある。

収着冷却法を実行することは公知であり、多数の先行技術にて研究対象になっている。蒸発されるべき冷却用液体を収容する熱交換体に関連した、吸着剤を収容するキャビティを有する多数の装置が、特に自己冷却飲料パッケージへの用途において提案されている。

収着冷却法を実行する際の困難の一つは、吸着反応中、吸着剤に蓄積される熱に対処することがある。即ち、一般にゼオライト等の乾燥剤である吸着剤は、冷却用液体の蒸気を吸着すると温度が上昇して、同吸着剤の吸着能力がほぼ損失される。乾燥剤に蓄積された熱の一部を除去すると、装置の冷却性能が相当向上される。

既に先行技術において、吸着剤温度の上昇を抑制するための様々な解決法が提案されている。
特許文献１に開示されている公知の第一解決法では、一つの材料から形成された熱シンクを乾燥剤に対して熱接触させることによって、吸着剤（乾燥剤）に蓄積された熱を除去する。この材料は、固相液相変化を行うものであるか、高い熱容量を有しているか、または吸熱反応を行うものである。同一発明者による特許文献２には、固相液相変化が５８℃で行われる酢酸ナトリウム等の相変化材料を用いた解決法が開示されている。しかしながら、この解決法では、相変化材料のための特定のパッケージを乾燥剤容器の内部に配置する必要がある。従って、乾燥剤と熱シンク材との間に効率のよい熱結合が必要であるために、このような自己冷却飲料パッケージの製造が複雑なものになっている。
特許文献３に開示されている吸着冷却法の適用においては、飲料缶内で真空チャンバ内の吸着剤を熱シンクから断熱する。しかしながら、この方法は実行が複雑である。
同様に特許文献４に、熱シンク材を使用した収着冷却法による自己冷却缶が開示されている。熱シンク材は約６０℃にて相変化を起こすため、消費者を高温の材料から保護する目的により、乾燥剤と熱シンク材とは断熱パッケージ内に詰められている。
特許文献５に開示されている公知の別の解決法では、吸着剤（乾燥剤）に蓄積された熱の熱容量が比較的大きい水内への貯蔵が提案されている。同一特許文献に開示されている代替的方法では、乾燥剤パッケージの外側表面に水分を提供し、この水分を蒸発させて熱量を除去する。しかしながら、この装置は実行が複雑であり、乾燥剤パッケージの外側表面を濡らしている水分が完全に蒸発した後、火傷からの保護が存在しない。

特許文献６に開示されている別の解決法では、乾燥剤を収容しているパッケージ内の乾燥剤塊の周囲に、断熱材を配置する。この断熱材はゼオライトからなり、同ゼオライトは樹脂を含浸されて孔を閉塞されることによって、冷却用液体蒸気の吸着が防止されている。ゼオライトの吸着作用の遂行を阻止することにより、ゼオライトの加熱が防止される。
米国特許第４，７５９，１９１号明細書 米国特許第４，９４９，５４９号明細書 米国特許第５，０４８，３０１号明細書 国際特許出願公開公報第０１／１０７３８号明細書 米国特許第４，９２８，４９５号明細書 フランス国特許第２，８１１，４１２号明細書

本発明の目的は、前述した吸着冷却法の実行中、吸着剤に蓄積される熱に対処するための代替的な解決法を提案することにある。

最も単純は解決法としては、吸着剤の温度を平衡温度まで上昇させること、および十分量の吸着剤の提供によって、適切な冷却を実行することであろう。冷却用液体の蒸気を有利にポンピングする吸着剤は、例えばゼオライト１３Ｘ等の乾燥剤からなる。このゼオライトが水蒸気を吸着する間、同乾燥剤の温度は２００℃まで上昇し得、この場合、吸着能は、吸着水の乾燥剤に対する重量で約５％である。従って、水１０ｇを吸着させるには約２００ｇのゼオライトが十分であり、この水の蒸発によって、飲料３３０ｍｌが１５°冷却され得る。従って、吸着能の限界に到達しないため、乾燥剤に蓄積される熱の除去は本質的な問題ではない。

この解決法の主な困難は、加熱された吸着剤（ゼオライトでは約２００°）に対して適切な断熱材を設けることにある。次の二点を考慮する必要がある。
− 吸着剤から蒸発装置および飲料缶に流れ戻る熱によって、冷却された飲料が加熱されることを防止する。

− 消費者の安全と快適さのために、吸着剤容器外面の過熱を防止する。
これらの問題の解決を目標として、本発明は、問題点を克服する吸着剤パッケージの周囲に配置された断熱層構成を提供する。

より詳細には、本発明は、自己冷却飲料パッケージ装置に関し、同装置は、消費飲料を収容する第一キャビティと、熱交換体を形成し、かつ冷却用液体および該液体の蒸気を収容する第二キャビティと、前記蒸気をポンピングする吸着剤を収容する第三キャビティと、第二キャビティと第三キャビティとを連通させて装置を作動させる手段とを備える。第三キャビティは外部断熱層を有し、外断熱層は装置の作動中、吸着剤から第三キャビティの外壁を通過する熱流量が吸着剤から第二キャビティと第一キャビティとに流入する熱流量よりも大きいか、または等しいように構成されている。
一実施形態において、装置の作動中、断熱層の外表面の温度は、７０℃よりも高く上昇する。

本装置の特徴の一つによれば、断熱層は、５００Ｗｍ^−２Ｋ^−１以下、好ましくは２０〜６０Ｗｍ^−２Ｋ^−１の熱コンダクタンスを有する。
別の一実施形態において、断熱層は４０〜８０℃の温度で融解する材料を含む。断熱層は少なくとも二層から構成され、該二層のうちの一層は融解材料を含む。
実施形態において、断熱層は、金属容器からなる第三キャビティを包囲するか、または第三キャビティを形成している容器壁により構成される。
一実施形態において、断熱層は、第一キャビティの周囲に延びている。
一実施形態において、断熱層は、熱クロム製のラベルを有する。

本発明の特徴および利点は、説明を意図するものであって、限定することを意図しない実施例の説明と、付随の図面とによって明白になるであろう。

図１を参照すると、本発明による自己冷却飲料パッケージは、消費飲料を収容する第一キャビティ１０と、熱交換体を形成し、かつ水等の冷却用液体と該液体の蒸気とを収容する第二キャビティ２０と、蒸気を吸着してポンピングを実行する乾燥剤３１を収容する第三キャビティ３０とを備えている。第二キャビティ２０は蒸発装置とも称され、また第三キャビティ３０は乾燥剤容器とも称される。第二キャビティ２０と第三キャビティ３０とを連通させて、収着冷却法を作動させる手段５０も設けられている。
第三キャビティ３０は、ポンピング手段の正常な作動に必要かつ、良好な真空密閉が保証された容器から構成されている。一般に、この容器は金属製である。この容器による火傷の危険性が最も高いため、本発明において第三キャビティ３０は断熱層３５を備えている。

本発明によれば、上記の第一問題点（吸着剤から蒸発装置および飲料缶に流れ戻る熱によって冷却された飲料が加熱されることを防止する。）は、主として以下のように作用する、能動断熱概念により解決される。

吸着剤３１から熱が退出するにつれて、吸着剤３１は冷却し、更なる冷却蒸気を吸着することが可能となる。従って、蒸発装置２０内は更に冷却される。吸着剤としてゼオライトを使用する場合、吸着剤の熱退出の約５０％、または５０％以上により、更なる冷却が行われる。乾燥剤容器３０を包囲している断熱層３５は、吸着剤から第三キャビティの外壁を通過する熱流量が、蒸発装置および飲料缶（各々、第二キャビティ２０および第一キャビティ１０）への熱流量と少なくとも等しくなるように構成されている。このような断熱により、全体として飲料が更に冷却され、かつ飲料は乾燥剤の熱により加熱されない効果が発生する。

さらに、上述した第二問題点（消費者の安全と快適さのために、吸着剤容器外面の過熱を防止する。）もまた、本発明による断熱層によって解決される。
好ましい解決法によれば、断熱層３５は、収着冷却の工程中に断熱層外表面の温度が７０〜９０℃に到達するように調整された伝導率を有する。この比較的高い外表面温度により、自然伝達を介して約０．１Ｗｃｍ^−２の熱が抽出される。しかしながら、外表面温度は、指との接触により約４０〜４５℃に下降する。この指による温度下降は、断熱層が２０〜５０℃の高い熱勾配を有することと相まって、自然伝達に比較すると指による熱抽出がより多量になること（約３倍以上）を原因とする。

この自然伝達は、乾燥剤の吸着容量を増大させ、飲料の冷却工程を延長させる利点を有する。抽出される数ワットのオーダーの熱力は、一般に３分で１５℃である飲料の初期冷却の決定的因子とならないが、この工程によって、一般に３０分で２℃という、比較的長時間にわたり付加的な冷却が提供され、消費中の飲料が冷却状態に維持される。

このような条件を実現する断熱層の熱コンダクタンスは、１００Ｗｍ^−２Ｋ^−１未満であり、２０〜６０Ｗｍ^−２Ｋ^−１の範囲内にあることが好ましい。

温度分布（乾燥剤材料３１内から、吸着剤容器壁３０を介して、外部断熱材３５まで）は、乾燥剤３１と容器壁３０との間に、容器内にて付加的な断熱材を設けて熱連結を提供することによっても、影響を受け得る。

このような内部断熱材は、前述した特許文献６に開示されている方法を使用して、または図２に図示されている波形等、容器３０の壁に近接した乾燥剤３１に十分な幾何学的構造を付与することにより実現され得る。

この実施形態において、乾燥剤容器壁３０の平衡温度は低下されており、外部断熱層３５の熱伝導率をより上昇させることによって、必要な外環境への熱流量を達成する必要がある。この実施形態の構成では、外部断熱層３５の熱伝導率は１００〜５００Ｗｍ^−２Ｋ^−１の範囲にある。乾燥剤容器壁の温度が低下されているため、飲料缶および蒸発装置（第一キャビティ１０および第二キャビティ２０）へ向かう熱流量が低下される。

図３に示される別の解決法において、断熱層３５は、４０〜８０℃の温度で融解する材料を含んでいる。この相変化材料は乾燥剤容器３０と外環境との間に能動断熱を提供し、従って外環境に伝達されるエネルギーは、乾燥剤容器外部へ流出するエネルギーよりも小さくなる。このエネルギー差は、融解材料の潜在熱とほぼ一致している。本実施形態において、断熱層３５は少なくとも二層３６，３７から構成され、該二層のうち一層３６は融解材料を含んでいる。断熱層３６内に含まれ得る典型的な材料としては、５８℃で融解する酢酸ナトリウム三水和物がある。融解材料を含まない更なる断熱層３７は、熱保護体として作用するよう要求される。この更なる断熱層３７は、１００Ｗｍ^−２Ｋ^−１未満、一般には５０Ｗｍ^−２Ｋ^−１の熱伝導率を有する。相変化材料は断熱層３６の間隙内に組み込まれ得る。

断熱層３５は、金属製の第三キャビティ３０を包囲しており、ダンボール、および／または多数の重ね合わせの紙、および／またはプラスチック層から構成されていてもよい。断熱層３５は、第三キャビティ３０の外表面に接着されるか、または熱収縮性プラスチックチューブにより保持される。最初に開示した実施形態において、断熱層３５は、一般に０．５〜１．５ｍｍの厚さを有し、融解材料を含む実施形態では、３〜５ｍｍ、または１０ｍｍの厚さに到達し得る。断熱層は、飲料を充填した後、特に低温殺菌飲料の場合は、低温殺菌後、定位置に有利に配置される。

飲料缶（第一キャビティ１０）の缶壁を介した熱の漏洩は、吸着剤パッケージ壁３０に沿って熱勾配を形成する。外環境への熱漏洩を最適化するとともに、消費者に対する十分な保護を維持するためには、飲料缶１０と吸着剤容器３０との間の境界に接近するにつれて、断熱層３５の厚さを低下させてもよい。

特定の一実施形態において、断熱層３５は、乾燥剤を収容する第三キャビティ３０から、消費飲料を収容する第一キャビティ１０へ延びていてもよい。これにより、消費中に飲料は冷却状態に維持され得る。

一実施態様において、断熱層３５は熱クロム製のラベル３６を有し、同ラベルは、例えば断熱層上に熱クロム製のインクを直接印刷することによって形成される。この印刷は、乾燥剤パッケージ３０の反対側である、例えば自己冷却パッケージの最高温部分上で実行され得る。例えば６０℃である所定の温度閾値における熱クロム製インクの外観は、自己冷却装置の正確な作動を表示するインジケータを構成し得る。

消費飲料を収容するキャビティ１０の反対側に熱クロム製ラベルを配置して、このラベルが、例えば１０℃以下である所定の閾値以下で活性化され、飲料の理想的な消費温度を表示するインジケータを構成することも想定し得る。

可能な一つの代替的実施形態では、第三キャビティ３０を形成する容器壁が断熱層３５を直接構成する。
本発明では、吸着剤の昇温による火傷の危険に対する効果的な生理的保護を備えた、自己冷却飲料パッケージを提供する。金属製の吸着剤容器内に配置された断熱材により等価の保護を達成するには、同断熱材は５倍の熱抵抗率を有する必要があり、装置の容積が増大し、より多量の材料が要求されるであろう。

本発明による断熱層によって、装置の製造を相当複雑にする熱シンクの償還を要することなく、ゼオライト等の有効な吸着剤を使用することが可能になる。
さらに、本発明の断熱層は、冷却工程の自然な持続を可能にし、初期の迅速冷却に対して更なる冷却を提供し、消費中の飲料を冷却状態に維持する。

本発明による自己冷却飲料パッケージの側面図。 本発明の一実施形態による断熱層の断面図。 本発明の別の一実施形態による断熱層の断面図。

Claims (16)

1. 自己冷却飲料パッケージ装置であって、飲料を収容する第一キャビティ(１０)と、熱交換体を形成し、かつ冷却用液体および該液体の蒸気を収容する第二キャビティ（２０）と、前記蒸気をポンピングする吸着剤（３１）を収容する第三キャビティ（３０）と、第二キャビティを第三キャビティに連通させて装置を作動させる手段（５０）とを備え、前記第三キャビティ（３０）は外部断熱層（３５）を有し、該断熱層は前記装置の作動中、吸着剤から第三キャビティ（３０）の外壁を通過する熱流量が、同吸着剤から第二キャビティ（２０）と第一キャビティ（１０）とに流入する熱流量以上である自己冷却飲料パッケージ装置。
2. 前記断熱層（３５）の外表面の温度は、装置の作動中、７０℃よりも高く上昇する請求項１に記載の自己冷却飲料パッケージ。
3. 前記断熱層（３５）は５００Ｗｍ^−２Ｋ^−１以下の熱コンダクタンスを有する、請求項１または２に記載の自己冷却飲料パッケージ。
4. 前記断熱層は２０〜６０Ｗｍ^−２Ｋ^−１の熱コンダクタンスを有する、請求項３に記載の自己冷却飲料パッケージ。
5. 前記断熱層（３５）は０．５〜１．５ｍｍの厚さを有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の自己冷却飲料パッケージ。
6. 前記断熱層（３５）は可変の厚さを有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の自己冷却飲料パッケージ。
7. 前記断熱層（３５）は４０〜８０℃の温度で融解する材料を含む、請求項１に記載の自己冷却飲料パッケージ。
8. 前記断熱層が少なくとも二層から構成され、該二層のうちの一層は融解材料を含む請求項７に記載の自己冷却飲料パッケージ。
9. 前記断熱層（３５）は３〜１０ｍｍの厚さを有する、請求項７または８に記載の自己冷却飲料パッケージ。
10. 前記断熱層（３５）は、金属容器からなる第三キャビティ（３０）を包囲している請求項１乃至９のいずれか一項に記載の自己冷却飲料パッケージ。
11. 前記断熱層（３５）は、第三キャビティ（３０）を形成する容器壁により構成されている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の自己冷却飲料パッケージ。
12. 前記断熱層（３５）は、第一キャビティ（１０）の周囲に延びる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の自己冷却飲料パッケージ。
13. 前記断熱層（３５）は、熱クロム製ラベル（３６）を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の自己冷却飲料パッケージ。
14. 前記熱クロム製ラベル（３６）は、第三キャビティ（３０）の反対側に配置されている、請求項１３に記載の自己冷却飲料パッケージ。
15. 前記熱クロム製ラベル（３６）は、第一キャビティ（１０）の反対側に配置されている請求項１３に記載の自己冷却飲料パッケージ。
16. 前記断熱層（３５）は、ダンボール、紙、およびプラスチックのうちの一つ、またはこれらの任意の組み合わせから構成される、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の自己冷却飲料パッケージ。

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