JP6786510B2 - 液体二酸化炭素を用いる熱交換ユニットを有しかつ二重機能弁を有する自己冷却式の食品または飲料の容器 - Google Patents

Description

関連出願
この出願は、液体二酸化炭素を用いる熱交換ユニットを有しかつ二重機能弁を有する自己冷却式の食品または飲料の容器（SELF-COOLING FOOD OR BEVERAGE CONTAINER HAVING A HEAT EXCHANGE UNIT USING LIQUID CARBON DIOXIDE AND HAVING A DUAL FUNCTION VALVE）について、２０１５年３月２０日に出願された、仮出願整理番号６２／１３６，１７６の利益および出願日を主張する非仮出願である。

発明の背景
発明の分野
本発明は、概して、液体二酸化炭素を用いる熱交換ユニットも含まれ、食品または飲料と接触し、作動されるときに食品または飲料の温度を変更する外表面を有する、食品または飲料を収容するための容器に関する。

要求に応じて食品または飲料の温度を変更する目的のために、食品または飲料の容器等の容器内に収納することができる簡素で効果的かつ安全な機器を提供することが望ましくなって久しい。

野営、浜辺にて、舟遊び、釣りまたは同様のもの等の、氷または冷凍が容易に利用可能でない場所にいる場合等の多くの実例において、消費の前に冷却することができる飲料を持つことが望ましい。昔は、望まれる様式で冷却しその後消費することができるように、氷および飲料用の容器を包含する氷箱または同様のものを個人が持っていくことが必要だった。そのような氷箱の利用は煩わしく、相当な量の空間を塞ぎ、非常に限られた時間しか持たず、その後に氷を取り替えなければならない。使用中に、溶けた氷から生じる水を時々氷箱から捌かせることも必要である。

上述のことの結果として、食品または飲料を収容し、かつ、作動されるときにその中に包含されている食品または飲料を冷却することになるだろう熱交換ユニットをその中に収納もする容器を提供しようとする試みの多数の実例があった。そのような先行技術の機器内の熱交換ユニットは、通常は圧力下で、解放されるときに周囲の食品または飲料の中の熱を吸収し、それにより消費に先立ち同一物を冷却することになるだろう冷媒材料を収納した。先行技術の熱交換ユニット内で利用された冷媒は、ハイドロフルオロカーボン、アンモニア、液体窒素、二酸化炭素、および液体二酸化炭素等の、圧力下にある気体を含んでいた。圧力下で二酸化炭素気体を吸着する圧縮された炭素粒子を用いるシステムも開発されてきた。ＨＥＵが弁を開くことにより大気にさらされるときに、二酸化炭素気体は脱着して、容器内の食品または飲料を冷却する。そのようなシステムの例は、米国特許７，１８５，５１１、６，１２５，６４９および５，６９２，３８１に示されている。二酸化炭素をその気体または液体の形態で含むそのような先行技術の特許の例は、米国特許３３７３５８１、４６８８３９５、および４６６９２７３により示されている。先行技術に例証されているような熱交換ユニットを利用する容器は複雑で製造するのが困難であり、そのため多大な費用を引き起こし、そのような先行技術の自己冷蔵式飲料容器を商業的に魅力のないものにする。加えて、液体二酸化炭素が利用された場合には、液体二酸化炭素の解放は、食品または飲料の温度における限られた低減しか提供しない、固体状態（ドライアイス）に転移する液体二酸化炭素を結果的にもたらした。上述のことの結果として、簡素で、組み立てやすくかつ効率的な、食品または飲料用の自己冷却式システムの必要性が存在する。

発明の概要
食品または飲料を受容するための、かつ頂部と、底部であって、当該底部はそこを通じて開口を画定する、底部と、を有する外容器と、液体二酸化炭素（ＣＯ２）で充填された金属製の内容器を含み、かつ開口内で外容器に固定されるように適合された熱交換ユニット（ＨＥＵ）とを備える、食品または飲料を包含する組立体。作動されるときに、液体ＣＯ２が液体状態から気体状態に直接移行するが、同時に、ＨＥＵ内の残りのＣＯ２をその液体状態に維持することを可能にするように不平衡を創出する制限された開口部を提供するように前記ＨＥＵに固定された弁手段。弁部材は、ＨＥＵに液体ＣＯ２を投入することおよび制限された開口部を提供することの二重機能を提供する弁茎を含む。

ＣＯ２が固体、液体、気体および超臨界流体である圧力および温度を例証している二酸化炭素の相図である。 ＨＥＵおよび中にそれが収納される容器の組み合わせを示している部分横断面図である。 図２の３−３と標示されている部分のより拡大された詳細な横断面図である。 本ＨＥＵの弁を示している図式的例証である。 弁の封止機能を示している部分図である。 その通気位置にある図４の弁を示している拡大図である。 弁茎の構造を示している斜視図である。 どのように保持具が弁茎に固定されるかを示している詳細である。 その閉位置にある弁を示している横断面図である。 液体ＣＯ２をＨＥＵ内に挿入することを可能にするその位置にある弁を示している横断面図である。 その通気位置にある弁を示している横断面図である。 気体ＣＯ２をそれがＨＥＵから排出される際に偏向させるときの弁の機能を例証している横断面図である。 図３に示されているとおりの基礎部品の蓋を示している斜視図である。

図面の詳細な説明
ここでより具体的に図１に言及すると、二酸化炭素についての相図が例証されている。そこに例証されているように、二酸化炭素は、固相、液相、または蒸気または気相を有し得る。本発明の原理によれば、二酸化炭素をその液相に維持し、熱交換ユニットが容器内の食品または飲料の温度を下げるのに利用されている時間の最中にドライアイスが形成される固相に移行するのを防ぐことが重要である。図示されているように、相図上の三重点は、物質の三態（気体、液体および固体）が共存する点である。臨界点は、物体、この事例では二酸化炭素が液体および気体の状態の間で区別不能である相図上の点である。蒸発（または凝縮）曲線は、液体および蒸気または気体の状態の間の転移を表す相図上の曲線１０である。図示されているように、相図は、この場合では、摂氏温度における横座標上の温度に対する、縦座標上の典型的には気圧における圧力を描いている。線は、２つの相、液体および蒸気が平衡で存在することができる圧力および温度の組み合わせを表している。言い換えれば、これらの線は相変化点を画定している。本発明の原理によれば、熱交換ユニットは、二酸化炭素がその液体状態にあるような温度および圧力で二酸化炭素を投入される。その後、熱交換ユニットは封止され、それにより、熱交換ユニットを包囲する容器内の食品または飲料を冷却することが望まれるような時間まで、液体状態が熱交換ユニット内で平衡に保持される。その時点で、不平衡が創出され、それにより、液体二酸化炭素が蒸気または気体の状態に移行させておかれるが、同時に、熱交換ユニット内の圧力が、熱交換ユニット内に依然として存在する任意の二酸化炭素がその液体状態に維持されるように維持されることが重要である。これは、以下により詳細に記載されることになるように、圧力降下を有する制限された開口部を通じて通ることにより、その液体からその気体状態に移行し、大気へ排出する液体二酸化炭素のための経路を提供することにより実現され、そのため、液体二酸化炭素の全てが液体状態から気体状態に移行し、制限された開口部を通じて大気に移るような時間まで、熱交換ユニット内の圧力が、熱交換ユニット内に包含されている残余の二酸化炭素がその液体状態に留まるように維持され、それにより、熱交換ユニット内の液体二酸化炭素を完全に排出する。

ここでより具体的に図２に言及すると、頂部１４および底部１６を有する飲料容器１２が部分的に横断面で例証されている。底部１６は、その中で熱交換ユニット１８を取り付けられている開口を有する。容器１２内に包含されている食品または飲料は、概して２０で示されている弁機構を経由して解放されるときに、消費のために食品または飲料の温度を望まれる程度に下げることになる（下文でより十分に記載されることになる）液体二酸化炭素を投入される熱交換ユニット（ＨＥＵ）の外側を包囲する。頂部１４は、図２に示されている位置へのＨＥＵの挿入を可能にするように、製造工程の最中に開いている。

ここでより具体的に図３に言及すると、破線で囲まれておりかつ３として標識されている、図２に示されている領域がより詳細に示されている。図３に例証されているように、金属、好ましくはアルミニウムであり、その上に相補的なネジ山を有するＨＥＵ１８の上開放部分内に螺合可能に受容されるようにその上に形成されたネジ山２３を含む継手つまり取り付け受接管２２が設けられている。取り付け受接管２２は、そこを通じて設けられた開口つまり第１の穿孔２５内に第１の１７および第２の１９の端部を有する可塑性の弁部材２４を受容し、取り付け受接管２２内に設けられた開口つまり第２の穿孔２７内にも螺合可能に受容される破裂円板組立体２６も受容する。取り付け受接管２２は、取り付け受接管２２が据えられている型へのポリプロピレンの射出成型により可塑性の部材が形成される外側成型工程において、それに適用される可塑性の外側成型された基礎支持環２９を有する。支持環２９は、飲料缶１２の底部分１６にもたれて着座する頂表面を有する外方に延在する突縁を含み、取り付け受接管２２、弁２４および破裂円板組立体２６の全体の組立体は、以下により詳細に記載されることになる基礎部品２８により定位置に保たれる。基礎部品２８は、取り付け受接管２２の上部分上にある周縁突出部３２の全体にわたって留まり、それにより、飲料缶１２の底部上に弁組立体２０および破裂円板組立体２６と共にＨＥＵを固定する、複数の鉤爪により形成された留め環部材３０を有する。可塑性の座金（図示せず）も、缶の底部と基礎支持環の上表面との間に着座させることができる。ボタン部品３４は基礎部品２８内で定位置に保たれ、下方に動かされるときに、突出部３６は、それを通じてＨＥＵ内に包含されている液体二酸化炭素が気体状態に入ってＨＥＵを脱出することができる制限された開口部を提供するように、可塑性の弁部材２４の上つまり第２の端部１９に係合し、それを弁バネ３７の力に逆らって下方に押すことになる。弁バネ３７は、取り付け受接管２２の頂部つまり上表面４３、および弁茎２１の頂部に留め嵌合される可塑性の弁保持具４５の下表面内において、第１の穿孔２５の再入型穿孔４１により形成された肩３９にもたれて着座される。気体状態のＣＯ２は、可塑性の弁の外側と取り付け受接管２２内に設けられた開口との間にある制限された流路に沿って通ることになり、それにより、ここで液体状態から気体状態に移行している液体ＣＯ２は、可塑性の弁茎２１の外表面の周りで上方に流れて受接管２２を出ることができる。しかしながら、以下により十分に記載されることになるように、取り付け受接管２２の上部分を横切って位置付けられ、かつ、気体状態にある二酸化炭素が可塑性の弁２４の弁茎２１の周りで開口を通じて上方に流れるときに、放射状に外方に偏向されることになり、その後、飲料缶１２の外表面４０に沿って基礎部品により下方に偏向させられることになるように動作する気体偏向具３８がある。

ここでより具体的に図４に言及すると、可塑性の弁２４がより詳細に例証されている。そこに図示されているように、可塑性の弁２４は、非常に効果的な封止物を提供するように取り付け受接管２２の下表面４４に係合する連続的な鋭い縁部４２を有する、外方に延在する下部分４９と共に成型される。弁２４は、いくらかの可撓性を有する重合体材料で成型される。図４Ａに示されているように、弁２４の鋭い縁部４２は、封止物をより効果的に創出するように、４７で示されているように表面４４にもたれて僅かに外方に屈曲する。弁バネ３７により弁２４に及ぼされる力、およびＨＥＵ内の液体ＣＯ２の圧力がこの屈曲を引き起こす。弁２４が図５に例証されているように下方に押圧されるときに、ここに言及が行われる図５に示されているように、部分品４６は、取り付け受接管２２内に設けられた穿孔２５内に依然としてある第１の表面を有し、液体から気体状態に直接移行するように沸騰状態にあるＨＥＵ内の液体二酸化炭素を維持する圧力降下および望まれる絞り弁を提供するように機能する。これはドライアイスの形成を防ぎ、そのため蒸発のエンタルピーに従って最大の冷却を許す。弁２４の部分品４６、および部分品４６が存する地帯内の穿孔２５の直径は、部分品４６が穿孔２５内で完璧に同心であるときに２および１４ミクロンの間の間隙を提供するように寸法取りされる。もし部分品４６が完璧に同心でなければ、その時、その寸法は４および２８ミクロンの間の最大の間隙が設けられるようなものである。間隙は、現在好適な実施形態によれば０．５ｍｍである部分品４６の全体の長さにわたり延在する。この間隙は、作動されるときに、液体二酸化炭素を液体状態から気体状態に直接移行させておくが、同時に、残余の二酸化炭素の全てが液体状態に留まるようにＨＥＵ内の圧力を維持する臨界の制限された開口部を提供する。

ここに言及が行われる図６に示されているように、弁２４は、上記に記載されているように、取り付け受接管２２内の穿孔２５と協働する部分品４６を有する。それに加えて、弁２４の茎２１は、第１の表面より小さい直径を有する第２の表面５６と共に形成され、かつ複数の溝穴または縦溝と共に形成され、そのうちのいくつかが５０、５２および５４で示されている。これらの溝穴は、部分品４６と取り付け受接管２２内の穿孔２５との間で制限された開口部により提供されるより大きい流積を提供するように動作し、ＨＥＵに液体二酸化炭素を投入するのに用いられる。投入は、弁２４を下方に圧迫することにより実現され、それにより、部分品４６が穿孔２５より下に延在し、第２の表面５６のみがここで穿孔２５内にあり、その時に、源（図示せず）からの圧力下で液体形態にある二酸化炭素が、弁２４を通じて溝穴付きの領域５６を通じて、実質的に制限されていない流路内にあるＨＥＵの内側に移るようにさせておかれる。これは、望まれる量の液体二酸化炭素がＨＥＵに入ることを可能にするのに十分な期間、秒にわたり維持される。現在のところ、液体形態にある８５および９５グラムの間の二酸化炭素がＨＥＵ内に移ることが分かっている。液体形態にある二酸化炭素の源が平方インチ当たりおよそ１５０ポンド（ｐｓｉ）（１０．３４バール）であること、および、弁２４の上部分へのこの加圧された源の適用は、それを下方に動かし、溝穴付きの領域５６を動作し始めさせておき、二酸化炭素をＨＥＵに流れ込ませておくことになることも理解されたい。

弁バネ３７が、取り付け受接管２２の開口４１内に着座され、また、弁２４の上部分上に留め嵌合され、ユニットがその封止状態にあるときに、弁２４の鋭い部分４２と取り付け受接管２２の下表面４４との間で封止物を保持するように機能する保持具４５にもたれて動作することが、図６により良好に示されている。可塑性の弁保持具４５はポリプロピレンの成型された部材であり、その断片は弁茎の端部の全体にわたり圧迫嵌合され、それはバネ３７を内側で定位置に保ち、弁が穿孔２５を通じて取り付け受接管２２内に置かれた時点で定位置に置かれる。バネ３７が落とし込まれ、その後、保持具４５が茎２１の頂部上に留められる。ここで図６Ａに言及すると、弁茎２１の端部は５３で示されており、完全に一周して延びている肩５７を提供する、形成される溝５５がある。保持具４５も肩５９を有し、それが下に圧迫されるときに、それは実際に端部５３の全体にわたり拡張し、その後定位置に戻って留まることになり、その後、それは保持具４５を弁茎２１の端部上に保つ。図６Ａは、保持具が弁茎２１上で定位置に保たれる様式を例証している。

ここに言及が行われる図７は、弁２４がその閉位置にあって封止されていることを示している。弁頂部６０は、取り付け受接管２２の頂部６２より僅かに上に突出しており、それにより、図３と併せて上記に論じられているような動作のためにボタン突出部に接近可能である。

ここで図８に言及すると、弁２４がその気体供給または投入位置にあることが示されている。ここにおいて図示されているように、液体ＣＯ２の源（図示せず）上の充填頭部は弁を下方に押圧し、それにより、それは取り付け受接管２２の上表面６２よりかなり下にあり、好適な実施形態では、それは頂部６２より１ミリメートル下にあるべきである。その後、これは、弁２４の部分品４６を取り付け受接管２２内の穿孔２５の外にあるようにさせ、それにより、図６と併せて上記に論じられているように、溝穴付きの領域５６を動作し始めさせる。その後、これは、非常に素早くかつ熱を生成することなくＨＥＵに液体ＣＯ２を投入するための実質的に制限されていない気体流路を創出する。

ここで図９に言及すると、弁２４は、突出部が弁の頂部に係合するようにボタンを下方に圧迫することにより実現される通気位置内に示されている。この位置は弁を開くが、部分品４６を穿孔２５の内部に留め置き、それにより、固体ＣＯ２の形成を伴わずに液体から気体状態に移行するように沸騰する液体状態に二酸化炭素を維持するのに必要とされる制限された開口部または絞り弁を創出する。

ここでより具体的に図１０に言及すると、気体偏向具の機能がより詳細に示されている。そこに例証されているように、液体二酸化炭素が気体状態に移行し、弁茎２１と、その中にそれが上記に記載されているように着座される穿孔２５との間にある空間を通じて上方に流れるときに、それは気体偏向具３８により偏向され、その後、基礎部品２８の下表面と中心容器１２の外表面との間を外方に通ることになり、その後、矢印６４により例証されているように、外容器１２の外表面に沿って下に偏向される。

ここでより具体的に図１１に言及すると、基礎部品２８がより詳細に例証されている。図１１における基礎部品２８の例証は、飲料容器１２の外表面の周りで外方にかつ下方に動くように、気体状態にある液体ＣＯ２を偏向および移行させるための流路を創出する基礎部品２８の内部表面の斜視図である。図示されているように、それを通じて気体形態にあるＣＯ２が基礎部品２８の外周７８に向かって流れることができる、放射状に外方に延在する複数の溝６６乃至７６がある。その後、この状況下にある気体は、概して８０で示されている領域内に移ることになり、その後、それを上記に記載されているように飲料缶１２の外表面に沿って下方に動くようにして脱出する気体ＣＯ２の冷却効果を高める、基礎部品２８の下方に指向された外周突縁８３の内表面８２により下方に偏向されることになる。ＨＥＵ組立体を飲料缶１２に固定するのに用いられる複数の鉤爪３０が、より良好に詳細に示されている。当業者により理解されることになるように、基礎部品２８が定位置に留められるときに、鉤爪は突出部３２の全体にわたり外方に動き、その後固定されるべく溝内に戻ることになる。

Claims (14)

1. 液体二酸化炭素を用いる熱交換ユニットを有する自己冷蔵式の食品または飲料の容器であって、
   食品または飲料を受容するための外容器と、
   その外表面が前記外容器内に受容された食品または飲料と接触するように、前記外容器に固定されかつ前記外容器内に延在する、その中に開口を有する内容器を含む熱交換ユニットと、
   上および下の表面を有し、かつ、そこを通じる第１の穿孔と、その前記開口で前記熱交換ユニットに固定されたその上表面に隣接する周縁突出部を画定する取り付け受接管と、
   前記取り付け受接管内で前記第１の穿孔内に着座された第１および第２の端部を有する弁部材であって、前記弁部材は、２および２８ミクロンの間の量だけ前記穿孔から離間されたその第１の端部に隣接する第１の連続的な表面と、圧力下にある液体二酸化炭素を前記内容器内に実質的に制限されずに挿入することを可能にする流路を提供する量だけ前記穿孔から離間された第２の表面と、を有する、弁部材と、
   前記内容器内の液体二酸化炭素が前記液体状態で平衡に留まる圧力および温度で保持されるように、前記弁部材と前記取り付け受接管との間にある封止物と、
   前記封止物が取り除かれるときに、前記液体二酸化炭素に液体状態から気体状態に直接移行させ、制限された開口部を通じて大気へ排出させる、不平衡を生成する前記制限された開口部を提供し、それにより、前記内容器内の任意の残余の二酸化炭素を液体状態に保持しつつ前記食品または飲料を冷蔵する、前記第１の連続的な表面と、
   前記制限された開口部を提供する第１の位置と、前記第２の表面が制限されていない流路を提供する位置にあるような第２の位置との間に前記弁部材を位置付ける作動器と、
   を備える、自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
2. 前記液体二酸化炭素と常に連通しており、もし前記液体二酸化炭素の圧力が所定の量を超えれば破断するように適合される、前記内容器に固定された破裂円板をさらに含む、請求項１に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
3. 前記弁部材は、前記封止物を提供するように前記取り付け受接管の前記下表面にもたれて着座する連続的な鋭い縁部を有する外方に延在する注ぎ口を有する成型された可塑性の部材を含む、請求項１に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
4. 前記外容器はその中に開口を画定する底表面を有し、前記取り付け受接管は前記底表面内で前記開口に隣接して配置される、請求項１に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
5. 前記取り付け受接管は、頂表面を有する外方に延在する突縁を有する可塑性の外側成型された支持環を含み、前記頂表面は、前記開口の周りで前記外容器の底表面にもたれて着座される、請求項１に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
6. 前記取り付け受接管はその中に第２の開口を画定し、前記破裂円板は前記第２の開口内に受容され、前記破裂円板は、前記液体二酸化炭素と常に連通しており、もし前記液体二酸化炭素の圧力が所定の量を超えれば破断するように適合される、請求項２に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
7. 前記内容器はその中にネジ山付きの開口を含み、前記取り付け受接管は、前記弁部材および前記破裂円板を前記内容器に固定するように、前記内容器内において前記ネジ山付きの開口内に螺合可能に受容される、その上にあるネジ山付きの延長部を有する、請求項６に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
8. 前記取り付け受接管の上表面にある前記第１の穿孔は、肩と、再入型穿孔内に延在する前記弁部材の前記第２の端部と、前記弁部材の前記第２の端部に固定された弁保持具とを提供する前記再入型穿孔と、
   前記弁部材の前記連続的な鋭い縁部を前記取り付け受接管の前記下表面と強制的に接触させるように前記肩と前記弁保持具との間に着座されたバネと、を画定する、請求項３に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
9. 前記連続的な鋭い縁部は、前記バネから強制的に動かすことに応答して可撓性であり、前記封止物を提供するのを支援するように前記取り付け受接管の前記下表面にもたれて外方に動く、請求項８に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
10. 前記第１の穿孔を通じて放射状に外方に排出する気体状態の二酸化炭素を偏向させるように、前記取り付け受接管の上表面の全体にわたり配置された気体偏向具をさらに含む、請求項３に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
11. 前記自己冷蔵式の食品または飲料の容器は、前記外容器の底部の全体にわたり嵌合する成型された可塑性の基礎部材をさらに含み、前記取り付け受接管を前記弁部材および破裂円板と共に前記外容器に固定するように前記取り付け受接管上で前記周縁突出部と協働する留め環部材を含む、請求項１０に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
12. 前記留め環は複数の分離した鉤爪を含む、請求項１１に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
13. 前記基礎部材は、下方に指向された外周突縁を含み、前記外周突縁により前記外容器の外表面に沿って外方にかつ下方に指向される前記気体状態の二酸化炭素のための流路を形成するように放射状に外方に延在する複数の溝を画定する、請求項１１に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。
14. 前記作動器は、前記基礎部材により支えられるボタン様の部材を含み、前記弁部材の前記第２の端部の全体にわたり位置付けられた下方に延在する突出部を含み、前記ボタン様の部材は押圧されるときに下方に可動であり、それにより、前記突出部が前記弁部材に係合し、それを下方に動かして前記注ぎ口の前記鋭い縁部を前記取り付け受接管の前記下表面から離れるように動かし、前記封止物を開けて前記制限された開口部を提供する、請求項１１に記載の自己冷蔵式の食品または飲料の容器。

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