JP2005527762A - 自己冷却容器および付随する作動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は自己冷却容器に関し、この容器は、飲料を容れた第１キャビティ（１０）と、熱交換器を形成しかつ冷却剤およびその蒸気を容れた第２キャビティ（２０）と、蒸気の吸着ポンピング手段を容れた第３キャビティ（３０）と、第２キャビティを第３キャビティに連通させる連通手段（４０）とを備えている。本発明の容器は、第２および第３キャビティが連通手段を組み込んだ共通壁（２５）を有し、連通手段（４０）が、第２キャビティ側で生起された圧力では開かず、第３キャビティ側で生起された力の作用によって開くことができるチェックバルブ（４２）により構成されていることによって特徴づけられる。

Description

本発明は、気化吸着法によって内容物を冷却することができる容器に関するものである。かかる冷却法の原理は、液体をポンピングして蒸気にすることによって保たれる減圧作用により、冷却剤と呼ばれる液体を気化させることからなる。本発明は、飲料、アイスクリームのような食品のみでなく、医薬品または化粧品のような非食品の冷却にも適用される。

本発明は特に、缶またはボトル形式の密閉容器内に容れた飲料の冷却に適したものである。

したがって、本発明の目的は、いかなる場所、いかなる時においても、飲料を理想的な温度で飲むことができるようにすることにある。

気化および吸着による冷却法の実施は公知であり、従来の多くの研究プログラムの対象となってきた。特に自己冷却飲料容器に適用するための、気化される液体を容れた熱交換器と吸着剤を含むリザーバとを組み合わせた多くの装置が提案されている。

図１に示されている特許文献１には、冷却すべき飲料中に漬けられた長方形の平板状熱交換機１６を備え、かつ吸着装置２２に連結された自己冷却容器構造１０（缶で代表される）が開示されている。この特許は、概要を開示しているが、使い捨て容器への適用に伴う経済的要求を配慮してかかる装置を製造するための特定手段は開示していない。

さらに図２ａに示されている特許文献２にも、自己冷却飲料容器が開示され、熱交換器の寸法のみならず、かかる装置の産業上の量産要求と両立する製造法および組立て法が開示されている。

この特許文献２に記載された飲料容器は、飲料および熱交換器２０を容れた密閉された第１缶１０と、乾燥剤２４を容れた密閉された第２缶３０とによって構成されている。二つの缶は、リング２９によって組み付けられている。二つの缶の間の連通手段４０は孔開きスパイク４４によって作動されて、熱交換器内に収容された冷却剤の蒸気の気化吸着によってこの冷却法の実施を可能にしている。図２ｂに詳細に示されている連通手段は、容器の第１および第２の缶の壁に互いに対向してそれぞれ配置された二つの膜７０，７１を備えたシール６６を有する。孔開きスパイク４４は、乾燥剤容器３０が熱交換器２０に連通するようにシール６６を引き裂き、吸着によって気化反応を生じさせ、飲料を冷却する。

この文献にはまた、このような自己冷却容器の製造法、特に、異なる要素を組み合わせて容器を構成する工程が開示されている。膜７０，７１の突き破りによって吸着反応が発生するように、乾燥剤リザーバ３０内およびシール６６を高い真空に保つ必要があるので、飲料と熱交換器２０とを収容する第１の缶１０を、乾燥剤を収容した缶３０に取り付ける組立て工程は特にデリケートである。このため、特許文献２では、二つの缶の組立て中に真空に対して気密を保つために、二つの膜７０，７１の間に１滴のオイル７３を垂らすことが提案されている。
米国特許第４,９２８,４９５号明細書 国際公開第０１／１１２９７号パンフレット

しかしながら、この特許文献２に記載された自己冷却飲料容器およびその製法にはいくつかの欠点がある。特に、乾燥剤リザーバ３０を熱交換器２０に連結させるシステムが最適化されていない。実際に、２枚の膜７０，７１はそれぞれ、容器の組立て前に実質的に大気圧に耐える比較的厚い厚さを有する。さらに、これら２枚の膜７０，７１があることによって厚さが２倍になるので、突き破るのに大きな力を必要とする。このために、上記国際特許出願では、孔の開いたスパイク４４をねじを用いて作動させている。さらに、特に２枚の膜７０，７１の一方が他方に対して反転したときに、両膜間に隙間を保つ必要があるので、このようなシール６６を製作すると、容器の組立てが複雑になる。

本発明の目的は、前述した従来技術の欠点を克服することにある。

このため本発明は、前述のような、蒸発および吸着による冷却方法に基づく自己冷却容器を製造し、かつ乾燥剤リザーバと熱交換器とに共通の壁に、乾燥剤リザーバと熱交換器との間の連通手段を設けることを提案するものである。この連通手段は、チェックバルブ、すなわち逆方向では強い圧力でも開かず、順方向では容易に開くバルブによって構成される。

したがってこのチェックバルブは、上記乾燥剤リザーバ内の高真空に対する大気圧では開かないが、上記熱交換器の内部に向かう方向の僅かな力によって作動されることが可能である。

特に本発明は、冷されるべき製品を容れた第１キャビティと、熱交換器を形成しかつ冷却剤およびその蒸気を容れた第２キャビティと、上記蒸気の吸着によるポンピング手段を容れた第３キャビティと、上記第２キャビティを上記第３キャビティに連通させる連通手段とを備えた自己冷却容器において、上記第２および第３キャビティは、上記連通手段を組み込んだ共通壁を有し、この連通手段は、第２キャビティ側で生起された圧力では開かず、かつ第３キャビティ側で生起された力の作用によって開くことができるチェックバルブによって構成されている。

一つの特徴によれば、上記バルブは、第２キャビティ側に配置されかつ第２および第３キャビティの共通壁の開口部を閉塞する固形カバーによって構成されている。

一つの実施例によれば、上記連通手段は、上記固形カバーと第２および第３キャビティの共通壁との間に配置された変形可能なガスケットによって構成された、あるいは上記固形カバーを被いかつ第２および第３キャビティの共通壁に接合された空密で引裂き可能な箔によって構成されたバルブシールを備えている。

一つの特徴によれば、上記バルブは、上記連通手段を備えた第２および第３キャビティの共通壁とは反対側の第３キャビティの壁の少なくとも一部分の動きを伝達する押し棒によって作動される。

特別の特徴によれば、上記押し棒は、冷却剤の蒸気が押し棒の内部を流れるのを可能にする開いた中空管体である。

有利な実施例の変形によれば、上記押し棒は、上記バルブを２段階に開く手段を備え、このバルブの第１の位置において、冷却剤の蒸気のための限定された通路が画成され、上記バルブの第２の位置において、冷却剤の蒸気のための拡大された通路が形成される。

これらの実施例によれば、上記押し棒の管体の表面積に対する上記バルブの質量の比が、０．５ｇ／ｃｍ^２と２ｇ／ｃｍ^２との間の値であり、および／または上記押し棒が、上記バルブから２ｍｍと５ｍｍとの間の距離に配設されたストッパを備えている。

有利な実施例の変形によれば、第２キャビティが、上記バルブの周りに配置された気‐液分離装置を備えている。

一つの特徴によれば、第２キャビティが、基部から頂部に向かうにつれて断面積を減じるほぼ円錐形の形状を有している。

一つの特徴によれば、第２キャビティが、第１キャビティの底板と第３キャビティのカバーとによって画成されている。

これらの実施例によれば、第１および第３キャビティが２個の別個に組み立てられた缶を構成しているか、あるいは第１および第３キャビティが、単一の缶の二つの区画を構成している。

一つの用途においては、この容器が飲料の缶の形態で提供される。

本発明の特徴および利点は、図面を参照して説明される後述の非限定的な実施例の記載から明らかになるであろう。

以下、本発明による飲料容器を概略的に示す図３ａ，図３ｂを参照して説明する。本発明による飲料容器は、冷されるべき消費者飲料を容れた第１キャビティ１０と、熱交換器を形成しかつ気化により冷却を生じる冷却剤を容れた第２キャビティ２０と、この第２キャビティ２０の冷却剤の蒸気を吸着することによるポンピング手段を収容した第３キャビティ３０とを備えている。第１および第２キャビティ１０，２０は、熱交換器を構成する共通の壁２５を有する。この共通の壁は、第１キャビティ１０内の対流によって熱交換を促進するために、リブを備えた円錐形を有するのが有利である。

本発明による容器は、冷却反応を誘発する手段を更に必要とする。この冷却反応は、第２キャビティ２０と第３キャビティ３０とを互いに連通させることによって誘発され、かくして第２キャビティ２０の冷却剤の蒸発を惹き起こし、この冷却剤の蒸気は、第３キャビティ３０内に収容された乾燥剤によってポンピングされる。乾燥剤の良好なポンピング効率を保証するために、第３キャビティ３０は、１ヘクトパスカル（ミリバール）未満、好ましくは０．１ヘクトパスカル（ミリバール）未満の真空の下で組み立てられ、かつ閉塞される。

かくして本発明によれば、第２キャビティ２０を第３キャビティ３０に連通させる手段４０は、上記二つのキャビティの共通の壁２５に組み込まれる。したがって、この共通の壁２５に、冷却を誘発するのに十分な開口部４４が開けられている。

本発明によれば、第２および第３キャビティの共通の壁２５における開口部４４を閉じるチェックバルブ４２によってこの連通手段が構成されている。このバルブ４２は、第３キャビティ３０の外に向かってのみ、すなわち第２キャビティ２０内に向かって開くことができる性質を有している。このバルブ４２は第２キャビティ２０に加わる圧力では開かないが、第３キャビティ３０側に加わる力の作用によって開くことができる。ちなみに、バルブ４２に加わるこのバルブを開ける力は丁度１ニュートンと１０ニュートンの間の値である。

図３ａおよび図３ｂは、それぞれ閉位置および開位置にある本発明によるバルブをより詳細に示す図である。

冷却反応は、第２キャビティ２０内に向かうバルブ４２の動きによって誘発される。このチェックバルブ４２は、連通手段４０を備えた壁２５とは反対側の第３キャビティ３０の壁３５の少なくとも一部分の動きを伝達する押し棒４５によって作動される。第３キャビティ３０の変形可能な壁３５は、真空の下で組み立てられかつ閉塞された第３キャビティ３０の外側に加わる大気圧に耐えるドーム型構造によって構成することができる。しかしながら、このドーム型構造の壁３５は、ドームの中心に作用する、例えば１平方ｃｍの中心領域に加わる２０から３０ニュートンまでの力のような操作圧力により内方へ反転可能である。この力は主としてドームを内方へ反転させる役目をするが、押し棒４５を動かす結果ともなる。バルブ４２を開くのに要する力は、第３キャビティ３０の壁３５のドームを変形させる力に比較して無視できる値である。

図４および図５は、本発明によるチェックバルブの第１および第２実施例を概略的に示す。このバルブ４２は、第２キャビティ２０側に配置されて、第２キャビティ２０と第３キャビティ３０との共通の壁２５の開口部４４を閉塞する固形カバー４３によって構成されている。金属板のような固形カバー４３は、共通壁２５の開口部４４の寸法よりも僅かに大きい寸法を有する。

図４に示されている第１実施例によれば、連通手段４０はさらに、第２キャビティ２０と第３キャビティ３０の共通の壁２５との間に設けられた真空グリ−スまたはエラストマーのような変形可能なガスケット４７によって構成されたバルブシールを備えている。

図５に示されている第２実施例によれば、連通手段４０はまた、固形カバー４３を被いかつ第２および第３キャビティの共通の壁２５に接合された、厚さ２／１００ｍｍのアルミニウム箔のような空密で引裂き可能な薄い箔４８からなるバルブシールを備えている。

このバルブシールは、バルブ４２が押し棒４５によって作動されるときに、固形カバー４３によって加えられる圧力に対して僅かな抵抗を示すに過ぎない。この数百グラムの僅かな抵抗は単純に、変形可能なガスケット４７の剥離または薄い箔４８の引裂きに対応する。第２キャビティ内の数十ヘクトパスカル（ミリバール）の圧力に打ち勝つ圧力は、バルブカバーの１平方ｃｍ未満の表面積に対して、僅か数十グラムを加えるのみである。

本発明による容器の第２キャビティ２０と第３キャビティ３０の連通手段４０を構成するチェックバルブ４２は、第３キャビティから第２キャビティに向かう方向にのみ開く性質を持っている。

したがって、バルブ４２のこの機能は、冷却反応を誘発するためのそれ以上の努力を必要とせずに、大気圧において容器の種々の要素の取扱いを可能にすることによって、本発明による飲料容器の製造を著しく容易にする。特に、第３キャビティがすでに真空になっていれば、バルブ４２を組み込んだカバー４３を備えた第３キャビティが大気圧にさらされても、バルブ４２は閉状態に保たれる。

さらに、低温殺菌された飲料を容器内に容れる場合に、バルブ４２の一方向開動作は、低温殺菌に必要な約８０から９０℃までの温度に上げている間に、第２キャビティ２０内の圧力の上昇を維持する利点がある。

図６は、本発明による飲料容器の連通手段のバルブを作動させる押し棒を概略的に示す。この押し棒４５は、冷却剤の蒸気が第２キャビティと第３キャビティの間でこの押し棒の内部を流れるのを可能にする開放中空管体によって有利に構成されている。押し棒４５は、開放管体の形態の圧延金属シートから作成することができる。

第２キャビティおよび第３キャビティの相互連通を可能にするバルブ４２が作動されると、冷却剤の蒸気のポンピング反応が直ちに始まる。減圧によって冷却剤が激しく沸騰する。この沸騰は、冷却剤の液の飛沫を生じさせ、もしそれが乾燥剤を収容する第３キャビティに入ると、効率を阻害する可能性がある。

この欠点を克服するためには、図７に示されているように、第２キャビティ２０内において本発明によるチェックバルブ４２の周りに気‐液分離装置を組み込むのが有利である。冷却時には、容器を第２キャビティが下になるように位置決めしなければならない。

気‐液分離装置５０は、蒸気流の方向の１回または数回の急激な転換を強いる邪魔板５１を形成する少なくとも１枚の壁からなる蒸気偏向板を備えている。蒸気分子は、マイクロメートルオーダーの極めて短い平均自由行路を有し、これは蒸気分子が極めて急激に方向を転換することができることを意味する。一方、液滴は慣性を受ける質量を有しており、したがって蒸気流から分離される。このメカニズムは、蒸気流をそれほど減速させずに、液体・気体の分離を可能にし、したがって、実質的な容積の占有を必要としない。

さらに気‐液分離装置５０はまた、蒸気から分離された液滴を熱交換器のキャビティ２０の底に向けて方向転換させることを可能にする液滴収集器５２を備えている。この収集器５２は、液滴のための１個の漏斗と少なくとも１本の排出管とを備えている。上記漏斗は、蒸気偏向板の邪魔板５１の形成に有利に寄与することができる。

液滴の収集器５２のための排出管は、この排出管体を通る液滴の飛沫を避けるために、邪魔板５１内部の蒸気圧力の低下よりも長いかそれに等しい長さを有することが好ましい。この圧力低下は、水柱の高さで測るのが有利である。例えば、１ｈＰａ（ｍｂ）（水柱の高さの１ｃｍに対応する）の蒸気圧力の低下を考慮すると、排出管の長さは少なくとも１ｃｍである。

しかしながら、もし蒸気の排出速度が大き過ぎると、このような気‐液分離装置５０は限度に達する。冷却反応が誘発されると、第２および第３キャビティ間の圧力差は数十ヘクトパスカル（ミリバール）であり、蒸気ともに運ばれた冷却剤の液滴によって状態分離装置が飽和せしめられるような蒸気の排出速度となる。

この影響を制限するために、本発明の別の実施例によれば、チェックバルブ４２が２段階に開かれる。

第１の位置では、バルブ４２のカバー４３が、第３キャビティ３０に対する第２キャビティ２０の超過圧力によって、押し棒４５の管体と接触を保つ。バルブのカバー４３は、このカバーが押し棒４５との接触を維持するような質量を有し、したがって、第３キャビティへ向かって流れる冷却剤の蒸気の通路を制限し、蒸気は中空の棒内を狭い横の開口部を通って流れる。

第３キャビティに対する第２キャビティの超過圧力が約１から３ｈＰａ（ｍｂ）未満になると、蒸気の流動速度が低下し、バルブ４２のカバー４３は第２キャビティ２０内へ落下し、蒸気の通路に対してより大きい開口部を解放する。前記したように、容器の上方に向いている第３キャビティによって冷却が誘発される。

バルブ４２の完全開放に対する超過圧力、したがって蒸気の流動速度は、バルブの質量、より詳細には固形カバー４３の質量によって調整される。押し棒の管体の表面積に対するカバーの質量の比は約０．５ｇ／ｃｍ^２と２ｇ／ｃｍ^２との間であるのが有利である。典型的な超過圧力の値は、押し棒の管体の表面積０．３ｃｍ^２、すなわちバルブのカバーの質量０．６ｇに対して２ヘクトパスカル（ミリバール）である。

高い蒸気流動速度の第１段階におけるバルブ４２の第１の位置の開放レベルを良好に制御するためには、図８に示されているように、押し棒４５にストッパ４６を形成するのが便利である。このストッパ４６は、押し棒のバルブカバーに接触する端部から約２ｍｍから５ｍｍの距離に設けられるのが有利である。したがって、バルブの限定された開動作は、押し棒の横の開口部によって２ｍｍから５ｍｍの高さに亘って確保され、バルブの完全な開動作は、管体の全部分によって確保される。

熱交換器および乾燥剤リザーバを形成するキャビティ間の一方向開口部の機能はさておいて、この飲料容器は組立てが容易であるという利点を有する。

図９〜図１１はこのような組立て構造を示している。

特に、容器の第２キャビティ２０は、追加部品の製作を必要としない。熱交換器を形成する第２キャビティ２０は、第３キャビティ３０のカバーと第１キャビティ１０の底板との間の空間によって画成される。したがって、第２キャビティ２０は、第３キャビティ３０を第１キャビティ１０にしっかりと組み付ける際に形成される。

図９に示された第１実施例によれば、２個の円筒体を接合または鑞付け６０により取り付けることによって、第１キャビティ１０と第３キャビティ３０とが組み立てられる。

第３キャビティ３０の第１キャビティ１０に対する取付けは、第３キャビティ３０の乾燥剤リザーバを閉じるカバー２５の配設後に行なわれる。このカバー２５には連通手段４０が組み込まれていることを想起されたい。このカバーもまた、第３キャビティ３０を形成している円筒体の内側に接合または鑞付け６１することができる。

図１０に示された第２実施例によれば、容器の第１キャビティ１０と第３キャビティ３０とが、単一の缶内の二つの区画を構成している。第２キャビティ２０と第３キャビティ３０との間の仕切りカバー２５は、缶内に容れられて、接合または鑞付け６１によって缶の壁に固定される。第１キャビティ１０と熱交換器を形成する第２キャビティ２０との間の共通壁も、冷却剤が入れられた後に缶内に容れられて、接合または鑞付け６０によって缶の壁に固定される。

例えば錫を用いた鑞付け６０，６１は、局部誘導加熱によって行なうことができる。組付け領域を取り巻くコイルにより渦電流が導入される。このコイルには高周波交流電流が供給される。この方法によれば、精密かつ迅速な組立てが可能になる。

図１１に示された第３実施例によれば、第１キャビティ１０と第３キャビティ３０とが、二つの円筒体のかしめ加工６２により組み立てられる。例えば、第２および第３キャビティに共通の壁が、第１および第２キャビティに共通の壁にかしめられ、二つの円筒体間の結合を創出する円筒状リング６３または接合または鑞付けによって組立てが完了する。

上述した種々の実施例は、本発明による容器の組立ての融通性を示すために、図面を用いて、しかしながら非限定的な態様で提供されたものである。

記載されたこれらの実施例は、さらに種々の態様に組合わせることが可能である。

従来技術の一例による自己冷却飲料缶の概略図である。 従来技術による自己冷却飲料缶の概略図である。 その連通手段の詳細図である。 バルブが閉位置にある状態を示す本発明による装置の概略図である。 バルブが開位置にある状態を示す本発明による装置の概略図である。 本発明によるバルブの第１実施例による概略図である。 本発明によるバルブの第２実施例による概略図である。 本発明によるバルブを作動させるための押し棒の概略図である。 本発明による飲料容器内に配置された気‐液分離装置の概略図である。 本発明によるバルブの２段階開動作を実行するための押し棒の概略図である 。 本発明の第１実施例による飲料容器の概略図である。 本発明の第２実施例による飲料容器の概略図である。 本発明の第３実施例による飲料容器の概略図である。

符号の説明

１０ 第１キャビティ
２０ 第２キャビティ
２５ 共通壁
３０ 第３キャビティ
４０ 連通手段
４２ チェックバルブ
４３ バルブカバー
４４ 開口部
４５ 押し棒
５０ 気‐液分離装置

Claims (15)

1. 冷されるべき製品を容れた第１キャビティ（１０）と、熱交換器を形成しかつ冷却剤およびその蒸気を容れた第２キャビティ（２０）と、前記蒸気の吸着によるポンピング手段を容れた第３キャビティ（３０）と、前記第２キャビティを前記第３キャビティに連通させる連通手段（４０）とを備えた自己冷却容器において、
   前記第２および第３キャビティは、前記連通手段を組み込んだ共通壁（２５）を有し、前記連通手段（４０）は、前記第２キャビティ側で生起された圧力では開かずに、前記第３キャビティ側で生起された力の作用によって開くことができるチェックバルブ（４２）により構成されていることを特徴とする自己冷却容器。
2. 前記バルブ（４２）は、前記第２キャビティ側に配置され、かつ前記第２および第３キャビティの共通壁（２５）の開口部（４４）を閉塞する固形カバー（４３）によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の自己冷却容器。
3. 前記連通手段はまた、前記固形カバーと前記第２および第３キャビティの共通壁との間に配置された変形可能なガスケット（４７）によって構成されたバルブシールを備えていることを特徴とする請求項２記載の自己冷却容器。
4. 前記連通手段はまた、前記固形カバーを被いかつ前記第２および第３キャビティの共通壁に接合された空密で引裂き可能な箔によって構成されたバルブシールを備えていることを特徴とする請求項２記載の自己冷却容器。
5. 前記バルブは、前記連通手段を備えた前記第２および第３キャビティの共通壁とは反対側の前記第３キャビティの壁の少なくとも一部分の動きを伝達する押し棒（４５）によって作動されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の自己冷却容器。
6. 前記押し棒は、前記冷却剤の蒸気が該押し棒の内部を流れるのを可能にする開いた中空管体であることを特徴とする請求項５記載の自己冷却容器。
7. 前記押し棒は、前記バルブを２段階に開く手段を備え、該バルブの第１の位置において、前記冷却剤の蒸気のための限定された通路が画成され、前記バルブの第２の位置において、前記冷却剤の蒸気のための拡大された通路が形成されることを特徴とする請求項５記載の自己冷却容器。
8. 前記押し棒の前記管体の表面積に対する前記バルブの質量の比が、０．５ｇ／ｃｍ^２と２ｇ／ｃｍ^２との間の値であることを特徴とする請求項７記載の自己冷却容器。
9. 前記押し棒が、前記バルブから２ｍｍと５ｍｍとの間の距離に配設されたストッパを備えていることを特徴とする請求項７または８記載の自己冷却容器。
10. 前記第２キャビティが、前記バルブの周りに配置された気‐液分離装置を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の自己冷却容器。
11. 前記第２キャビティが、基部から頂部に向かうにつれて断面積を減じるほぼ円錐形の形状を有していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の自己冷却容器。
12. 前記第２キャビティが、前記第１キャビティの底板と前記第３キャビティのカバーとによって画成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の自己冷却容器。
13. 前記第１および第３キャビティが、２個の別個に組み立てられた缶を構成していることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の自己冷却容器。
14. 前記第１および第３キャビティが、単一の缶の二つの区画を構成していることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の自己冷却容器。
15. 消費者飲料のための缶の形態で提供されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項記載の自己冷却容器。

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