KR20020001735A - 내장형 열교환 유닛을 포함하는 용기의 제조 공정 - Google Patents

Abstract

식품 또는 음료를 수용하는 용기의 제조 방법은 내장된 부분으로서 열교환 유닛(12)을 포함한다. 본 용기는 폐쇄 단부에 개구부를 구비하고, 그 개구부가 흡착재를 포함하는 열교환 유닛과 짝을 이루도록 형성되며, 밸브와 밸브 캡을 따라서 영구적으로 고정된다. 열교환 유닛은 활성화 되면, 열교환 유닛이 발열성인가 또는 흡열성인가에 따라 용기 속에 내장된 식품 또는 음료를 가열 또는 냉각시키는 매체로 충전된다.

Description

내장형 열교환 유닛을 포함하는 용기의 제조 공정 {MANUFACTURING PROCESS FOR CONTAINER INCLUDING A HEAT EXCHANGE UNIT AS AN INTEGRAL PART THEREOF}

식품이나 음료를 담도록 되어 있으며 내장형 열교환 유닛을 포함하는 휴대용 용기가 많이 있다. 열교환 유닛은 용기 내부에 담겨지고 열교환 유닛의 외측면과 접촉하고 있는 식품이나 음료를 냉각하거나 가열하기 위해 흡열 또는 발열 반응을 하는 물질로 충전된 통을 포함할 수 있다. 이러한 종래 기술의 용기는 여러 가지 형태이며, 많은 경우에 일반적으로 사용되는 형태로부터 열교환 유닛이 사용되지 않는 식품이나 음료를 담는 형태로 근본적으로 변형되어야 한다. 본 발명의 목적은 종래의 용기를 근본적으로 개조하지 않으며 특정의 식품 또는 음료 제품 관련 산업에서 일반적으로 사용되는 표준 포장기를 사용할 수 있는 용기의 제조 공정을 제공하는 것이다.

본 발명은 용기 내부에 들어있으며 열교환 유닛과 접촉하고 있는 식품이나 음료를 냉각하거나 가열하기 위해 열교환 유닛을 가지는 용기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 이러한 용기의 제조 공정에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 조립 라인을 나타내는 흐름도.

도 2는 용기의 내용물을 냉각하기 위해 열교환 유닛을 가지는 용기의 제조용 조립 라인을 나타내는 보다 상세한 흐름도.

도 3은 도 2에 나타낸 조립 라인의 일 부분에 대한 조립 공정을 나타내는 흐름도.

도 4는 음료 캔에 개구부를 형성하는 공정에 사용되는 장치를 나타내는 개략도.

도 5는 개구부가 형성된 음료 캔을 나타내는 도면.

도 6은 음료 캔의 개구부 근처에 플랜지를 형성하는 장치 및 공정을 나타내는 도면.

도 7은 음료 캔의 바닥에 있는 개구부 둘레의 적절한 플랜지를 나타내는 도면.

본 발명의 원리에 따른 열교환 유닛을 포함하는 식품 또는 음료 용기의 제조방법은 그 속에 개구부를 규정하는 한 단부를 구비하는 용기를 제공하는 단계, 개방 단부와 폐쇄 단부를 갖는 열교환 유닛을 제공하는 단계, 열교환 유닛을 상기 용기 내에 삽입하는 단계, 및 상기 열교환 유닛의 개방 단부를 상기 용기 내의 한 단부에 구비되는 상기 개구부에 고정하는 단계를 포함한다.

관련 업계에서는 냉장 시스템이나 스토브, 전자레인지 등의 외부 기기를 사용할 필요 없이 용기의 내용물을 적절하게 냉각하거나 가열할 수 있는 휴대용 용기의 제공이 오래 전부터 요구되었다. 이러한 요구는 미국특허 제4,802,343호 및 제566022호에 기재된 장치에 의해 해소되었다. 이 기술은 용기의 내용물을 냉각 또는 가열하는 흡열 또는 발열 반응을 제공하는 장치를 내장할 수 있도록 디자인된 다양한 유형의 용기를 충족한다. 전술한 기술은 단지 이러한 용기의 디자인만을 나타낸다. 전술한 두 발명에 예시에 따르면, 가열 또는 냉각을 얻기 위한 내장 구조는 필요한 흡열 또는 발열 반응을 제공하는 구조를 내장하도록 제조 공정을 변경할 필요가 있다.

어떠한 경우에도 사용될 용기는 따는 순간 용기의 내용물을 소망의 냉각 또는 가열을 해주는 흡열 또는 발열 반응이 동작하도록 몇 가지 유형의 장치를 포함하여야 한다. 이러한 장치는 식품 또는 음료를 포장하는 회사에서 이미 사용되고는 제조 라인에서 이용될 수 있는 용기에 흡열 또는 발열 반응을 제공하는 물질을 포함하는 부재와 함께 부착되는 것이 바람직하다. 그러므로, 본 발명의 중요한 관점은 기존의 표준 포장기에서 사용될 수 있는 식품 또는 음료 용기를 사용하는 공정을 기재하는 것이다. 이러한 공정 및 포장기는 용기 내부의 부재(일반적으로 열교환 유닛)를 수용하고 이것을 소비자가 용기의 내용물을 원하는 대로 냉각 또는 가열하도록 동작하게 밸브 또는 유사한 트리거 장치가 미리 제공될 수 있는 방식으로 상기 용기에 부착하도록 약간 변형하기만 하면 된다.

본 발명이 용기 내용물을 가열하는 구조 및 용기 내용물을 냉각하는 구조에 동일하게 응용될 수 있지만, 용이한 예시 및 설명을 위해, 이하에서는 용기, 특히 음료 캔 등의 내용물을 냉각하도록 설계된 구조를 위주로 설명한다. 이러한 장치에서는 열교환 유닛(열교환 유닛)이 용기의 한 단부에 영구적으로 부착되며 동작되었을 때 용기에 들어있는 음료를 단시간에 35°내지 45°F 사이의 온도로 냉각하는 물질로 충전된다.

도 1에 본 발명의 원리에 따른 제조 공정을 개략적으로 예시하였다. 도시한 바와 같이, 식품 또는 음료용 용기(10)의 재료가 제공된다. 열교환 유닛 캔 재료(12) 또한 제공된다. 용기 재료는 포장될 어떠한 식품이나 음료용으로 종래에 사용되는 용기를 제공한다. 전술한 바와 같이, 음료의 경우에는 종래의 캔 유형의 구조가 일반적으로 사용된다. 캔은 나중에 음료를 주입하기 위해 상부에 개구부를 가지며 하부는 일반적으로 폐쇄되는 한가지의 유형이 될 수 있다. 본 발명의 제조 공정에 사용되기 위한 용기가 되기 전에, 용기의 바닥에는 적절한 개구부가 제공되어야 한다. 이 개구부는 재료(12)로부터 만들어질 수 있는 열교환 유닛과 짝을 이루도록 사용된다. 그러므로, 재료(10)로부터 만들어지는 용기는 바닥에 개구부를 가지며 컨베이어(14) 등을 따라 용기-열교환 유닛 조립 스테이션(16)으로 운반된다. 열교환 유닛용으로 사용되는 캔은 컨베이어 또는 유사한 구조물(18)을 따라 용기-열교환 유닛 조립 스테이션(16)으로 운반된다. 열교환 유닛 캔은 음료 캔 내부에 끼워지고 상부에 개구부를 가지며 냉매를 수용하도록 준비된 캔이 된다. 물론 대안적으로, 열교환 유닛이 발열 반응을 제공하는 것인 경우 열교환 유닛 캔은 발열 반응을 제공하는 적절한 화학물질을 수용하도록 준비되거나 또는 적절한 구조에 따라 이러한 화학물질이 이미 들어있는 열교환 유닛 캔이 될 수 있다.

이 용기의 열교환 유닛 조립 스테이션(16)에서, 열교환 유닛 캔의 개방 단부는 용기의 바닥에 있는 개구부와 짝을 이룰 수 있고, 이들 양자는 일반적으로 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 영구적으로 부착되어 서로 고정된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 적절한 트리거 장치가 또한 열교환 유닛의 개방 단부와 짝을 이루며 트리거 장치는 또한 동시에 음료 캔 및 열교환 유닛에 고정된다. 일반적으로 트리거 장치는 열교환 유닛의 내용물에 따라 그리고 흡열 또는 발열 반응이 일어날 수 있도록 하는 플런저, 버튼, 풀탭(pull tap) 등이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 용기는 흡열 반응을 제공하고, 가압된 냉매 가스를 포함하며, 트리거 장치는 소비자가 눌러서 열교환 유닛을 작동시키는 밸브이다. 이러한 환경에서, 밸브는 음료 캔의 개방 단부 및 열교환 유닛의 개방 단부 내부로 삽입되는 밸브 컵 내에 위치되고, 이들은 크림핑(crimping)에 의해 서로 영구적으로 고정된다.

일단, 열교환 유닛과 용기가 트리거 장치와 함께 영구적으로 고정되면, 이들은 컨베이어 또는 다른 유사한 구조물(20)에 의해 열교환 유닛 충전 스테이션(22)으로 운반된다. 이 위치에서, 열교환 유닛에는 특정한 적용 및 용기 내부에 수납되는 식품이나 음료에 필요한 흡열 또는 발열 반응을 제공하는 적절한 물질이 충전된다. 전술한 바와 같이, 흡열 반응이 포함되는 경우, 열교환 유닛에는 가압된 기체 물질 및 일부 환경에서는 액화된 물질이 충전될 수 있다. 밸브를 눌러서 가스가 방출되면, 음료가 포함하고 있는 열을 대기로 방출하는 가스에 전달한다. 이러한 환경에서, 열교환 유닛에 기체 물질을 충전하는 것은 이러한 목적을 위한 적절한 고정구에 의해 개방되도록 동작되는 밸브를 통해 상기 물질을 주입함으로써 일반적으로 행해진다. 가스가 충전되고 열교환 유닛이 소정의 압력과 체적을 갖는물질로 완전히 충전되면, 밸브가 폐쇄되어 열교환 유닛 캔의 기체 물질을 내부에 가둔다. 그러고 나서, 밸브 상의 플런저 위에 보호 덮개가 놓여 조립된 용기 및 열교환 유닛을 운반하거나 취급할 때 우연히 작동되는 것을 방지한다. 일단 열교환 유닛이 충전되면, 완전히 충전된 열교환 유닛을 포함하는 용기는 포장기로 제공되어 용기 내부에 식품이나 음료를 채우고 외측을 열교환 유닛으로 감싼다. 그러고 나서 당업계에서 사용되는 표준 공정에 따라 용기의 개방 단부 위에 적절한 캡이 놓이고 밀봉된다. 이러한 공정의 사용을 통해 소비자에게 제공된 충전된 열교환 유닛을 갖는 용기가 일반적인 상태의 바람직한 식품 또는 음료를 구입했을 때 볼 수 있는 용기와 동일한 유형인 것을 당업자들은 이해하게 될 것이다. 그러나, 이렇게 충전된 열교환 유닛을 포함함으로써, 소비자는 상기 열교환 유닛이 흡열 장치인 경우에 플런저 또는 밸브와 같은 트리거 장치를 작동시킴으로써 용기의 내용물을 냉각 또는 가열시킬 수 있다.

도 2에는 보다 상세한 제조 공정이 개략적인 흐름도로 제공되며, 여기에서 상기 장치는 용기의 내용물을 냉각하는데 사용하는 흡열 장치이고 보다 구체적으로, 상기 용기는 음료 캔이며 열교환 유닛이 완전히 충전된 후 캔 내부에 적절한 음료가 주입된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 캔 내부에는 음료가 들어있지 않으므로 상부에 개방 단부를 갖는 종래의 음료 캔인 음료 캔 공급을 포함하는 캔 재료(24)가 제공되며, 본 발명의 공정이 완료되었을 때 캔에 음료를 충전하기 위한 개구부가 남아있어야 한다. 재료(24)로부터 만들어진 캔은 적절한 컨베이어 벨트(26) 등을 따라 펀칭 및 플랜지 형성 스테이션(28)으로 이동한다. 펀칭 및 플랜지 형성 스테이션은 캔의 바닥에 개구부를 제공한 후 캔과 열교환 유닛을 조립하는 공정에서 사용될 수 있도록 캔 바닥에 제공되는 개구부 둘레에 플랜지를 형성하는데 사용된다.

이하, 보다 상세한 펀칭 및 플랜지 형성 작업을 설명한다. 자가 냉각(self-chilling) 캔 산업에서는 열교환 유닛로서 사용되는 용기의 재료를 포함하는 열교환 유닛 캔 재료(30)가 또한 제공된다. 이들 캔은 개방된 상부 및 폐쇄된 하부를 가지며 이들은 재료(24)로부터 만들어진 음료 캔보다 작아서 나중에 주입될 음료를 수용하기 위해 충분한 공간을 남기면서 상기 음료 캔 내에 수용될 수 있도록 한다. 열교환 유닛 캔은 적절한 컨베이어(32) 등을 따라 흡착제 충전 스테이션(34)으로 이동한다. 흡착제 충전 스테이션은 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따라 이용되며, 여기에서는 열교환 유닛 캔 내부에 놓이는 흡착제(후술됨)를 사용함으로써 흡열 반응이 제공되며, 상기 흡착제는 함유된 이산화탄소를 흡착하여 방출과 함께 소망의 냉각 기능을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 사용되는 흡착제는 탄소 입자이다. 이들 탄소 입자는 열교환 유닛 캔 내부에 주입된다. 이러한 주입 공정은 다양한 형태가 될 수 있다. 예를 들면, 임의의 바람직한 입자 크기의 활성탄 입자가 개방된 용기 내부에 단순히 위치될 수 있으며, 상기 개방된 용기는 개방 단부 또는 목 부분에 나중에 상세히 설명할 조립을 위해 캔을 펀칭하고 플랜지를 형성한 개구부와 짝을 이루도록 바람직한 형태를 가진다. 대안적으로, 탄소 입자는 이산화탄소의 흡착을 최적화하는 밀도로 탄소 입자를 적절하게 압밀할 수 있는 압출, 트랜스퍼 몰딩, 그리고 디스크, 웨이퍼 등과 같은 중간 열전달 부재의 사용에 의해 열교환 유닛 캔 내부에 주입될 수 있다. 열교환 유닛 캔의 개방 단부는 안쪽으로 목이 형성되어 음료 캔의 펀칭되고 플랜지가 형성된 개구부와 짝을 이루며, 이어서 열교환 유닛 캔이 흡착제로 충전된다.

모든 경우에 있어서, 열교환 유닛 캔은 흡착물질로 적절하게 충전된 후, 캔/열교환 유닛 어셈블리 스테이션(38)으로 컨베이어(36)에 의해 이송된다. 조립 공정에서 사용될 적절한 밸브 및 개스킷이 또한 어셈블리 스테이션(38)으로 이송된다. 밸브 및 개스킷은 그 소스(40)로부터 제공된다. 밸브 및 개스킷은 적절한 컨베이어 등(42)에 의해 캔/열교환 유닛 어셈블리 스테이션(38)으로 이송된다. 열교환 유닛 조립 및 그 것을 음료 캔에 부착하는데 있어, 탄성 중합 재료로 형성된 적절한 개스킷이 그 내부에 흡착 재료를 포함하는 열교환 유닛의 개방 단부에 위치된다. 열교환 유닛의 개방단부 상에 개스킷이 적절히 안착되는 것을 확실하게 하기 위한 조사가 수행된다. 그 후, 그 위에 개스킷을 갖는 열교환 유닛의 개방 단부는, 펀칭 및 플랜징 스테이션에서 캔의 폐쇄 단부 내로 펀칭되어 있는 개구부를 둘러싸는 플랜지에 결합된다. 밸브 및 밸브 컵은 캔의 하부에 형성된 개구부내로 및 동시에 열교환 유닛 캔의 개구부 내로 삽입되고, 크림핑(crimping) 공정에 의해, 밸브 열교환 유닛 및 음료 캔은, 열교환 유닛, 밸브 컵 및 캔 사이에 적절한 밀봉이 형성되어 후에 음료 캔 내로 위치될 음료의 누설이 방지되도록 영구적으로 함께 고정된다.

음료 캔 및 열교환 유닛의 조립 후에, 이 어셈블리는 냉각 터널(46)로 컨베이어 벨트 등(44)에 의해 이송된다. 냉각 터널의 목적은 상대적으로 낮은 온도로탄소 흡착제를 냉각하는 것이다. 열교환 유닛 캔에서 흡착제로 기능하는 활성 탄소 입자를 제외한 전체 어셈블리를 완전하게 냉각시키기 위해 냉각 터널은 전형적으로 액화 질소 등과 같은 극저온 가스로 충전될 것이다. 이러한 냉각이 일어나지 않으면, 탄소 입자에 의해 흡착될 수 있는 이산화 탄소의 양이 제한되어진다. 또한, 이산화 탄소가 가압되어 흡착을 위해 열교환 유닛 캔의 내부로 향해지면, 열교환 유닛으로부터 방사될 많은 양의 열이 발생되면 발열 반응이 일어난다. 열이 이산화 탄소 흡착 공정으로부터 발생하므로, 탄소는 자연적으로 가열되고, 탄소가 가열되므로, 탄소가 흡착할 수 있는 이산화 탄소의 양은 감소한다. 그 결과, 적절한 시간 내에 가능한 한 낮은 온도로 탄소 입자를 냉각시킬 필요가 있다. 따라서, 탄소 입자를 그 내에 갖는 캔 열교환 유닛 어셈블리는 냉각 터널을 통과하여 컨베이어 등(48)을 따라 가스 주입 스테이션(50)으로 이동한다. 가스 주입 스테이션(50)에서, 밸브는 가압되고 이산화 탄소는 대략 25 bar의 사전 설정된 압력에 도달할 때까지 열교환 유닛 내로 주입된다. 보통, 이 시기에는, 바람직한 소비될 때의 온도로 캔 내의 음료를 냉각하기 위해 탄소에 흡착되는 이산화 탄소는 충분하지 않을 것이다. 이 것은 가스 주입 동안 탄소의 열이 증가하기 때문인데, 이 것은 따라서 이산화 탄소의 체적을 제한하게 된다. 따라서, 이산화 탄소의 압력이 사전 설정된 양에 도달하면, 가스 주입 동작은 정지되고 부분적으로 가스 주입된 캔 열교환 유닛 어셈블리는 제2 냉각 터널(54)로 컨베이어(52)를 따라 이송되고, 거기에서는 냉각 공정이 상술한 바와 같이 반복된다. 냉각 터널(54)을 통과한 후, 이제 냉각 및 가스 일부가 주입된 열교환 유닛 캔 어셈블리는 제2 가스 주입 스테이션(58)으로컨베이어(56)를 따라 이송되고, 거기에서는 가스 주입 공정이 재수행된다. 열교환 유닛 내의 활성 탄소 입자에 의해 적절한 체적의 이산화 탄소가 흡착될 때까지 가스 주입은 계속된다. 이렇게 되면, 가스 주입 동작은 정지되고, 이제 완전히 충전된 열교환 유닛/캔 어셈블리는 충전된 어셈블리 취합 스테이션(62)으로 적절한 컨베이어(60)에 의해 이송된다.

비록 도 2에는 2개의 냉각 터널 및 2개의 가스 주입 스테이션이 도시되어 있지만, 부분 가스 주입된 열교환 유닛 캔 어셈블리는 제1 냉각 터널(46)을 다시 통과할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이며, 이러한 것을 점선(64)으로 표시하였다. 따라서, 충분한 체적이 가용 상태에 있고, 냉각 터널 내로 통과하는 원래의 캔/열교환 유닛 어셈블리와 간섭하지 않도록 하기 위해 냉각 터널을 2번 째 통과가 설계될 수 있다면, 냉각 및 가스 주입의 2번 째 반복은 원래의 냉각 터널(46) 및 가스 주입 스테이션(50)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 경우가 발생하면, 충전된 어셈블리 취합 스테이션(62)은 가스 주입 스테이션(50)으로부터 취합 스테이션(62)으로 제2 점선(66)으로 도시된 바와 같이 완전 충전된 열교환 유닛 캔 어셈블리를 수용하도록 위치될 것이다.

열교환 유닛의 가스 주립의 완료시에 열교환 유닛 캔의 압력은 열교환 유닛 캔 내의 탄소 위로의 헤드 공간에 의해 허용되는 최대값으로 상승되어야 한다는 것을 또한 알게되었다. 이산화 탄소의 총 압력량은 밸브 컵 뿐만 아니라 음료 및 열교환 유닛 캔의 형상 및 재료에 의해 결정될 것이다. 현재, 최대 압력은 약 25 bars가 될 것이다. 밸브가 가스 주입 단계의 마지막에 해제되면, 이와 같이 상승된 온도에서 헤드 공간에 갇힌 이산화 탄소는 탄소 입자 내로 이동하고 캔/열교환 유닛 어셈블리의 저장 동안 흡착되어 완성된 어셈블리의 냉각 성능을 증가시킬 것이다.

도 3을 참조하면, 탄소 분말이 열교환 유닛 캔에 도포되는 흡착제 충전 동작이 보다 상세히 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 탄소 분말 소스(68), 금속 분말 소스(70) 및 바인더 소스(72)가 제공된다. 탄소 분말은 혼합 스테이션(76)으로 적절한 이송 슈트 벨트, 스크류, 펄런저 혹은 다른 메커니즘(74)에 의해 이송된다. 금속 분말이 또한 혼합 스테이션(76)으로 벨트, 슈트, 스크류 혹은 플런저와 같은 이송 수단(78)에 의해 이송된다. 혼합 스테이션(76)에서, 탄소 분말 및 금속 분말은 적절한 바인더와 혼합되어 열교환 유닛 캔을 채우는데 사용될 수 있는 형태로 된 바라는 혼합물을 형성한다. 금속 분말의 사용은 활성 탄소 입자와 금속 입자와의 적절한 혼합을 형성하기 위한 것으로서 탄소 입자를 통한 보다 양호한 열전달을 제공하여, 음료 캔의 열이 밸브를 통해 보다 짧은 시간내에 이산화 탄소 가스와 함께 제거되어 배출될 수 있다. 비록 다양한 금속 분말이 효과적으로 동작할 수 있지만, 알루미늄 분말이 바람직하다는 것을 발견하였다. 탄소 입자 내에 있는 몇몇 유형의 열전달 메커니즘 없이는 통상적으로 상대적으로 양호한 단열 물질인 탄소를 통해서는 쉽게 열전달이 발생하지 않는다는 것을 발견하였다. 다양한 유형의 방열체가 사용되었지만, 탄소와 금속 분말의 적절한 혼합물이 열을 음료로부터 탄소를 통해 대기로 전달하는 훌륭한 매체를 제공함을 발견하였다. 탄소 및 금속 분말은 음료 냉각에 뛰어난 효과를 가지면서 바인더 없이 결합 가능하고 열교환 유닛 캔 내로 주입되고 적절하게 컴팩트화될 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 적절한 양의 바인더를 이용하여 혼합 스테이션(76)에서 결과된 혼합물은 균질성이며 열교환 유닛 충전 스테이션(80)에서 열교환 유닛 캔을 충전하는데 사용된 운반수단에 의해 가압 이동시키기에 적절한 점성을 갖는다는 것을 알았다. 따라서, 화살표 및 인출선(84)으로 도시된 바와 같은 이송은 펄런저 혹은 스크류와 같은 당업자에게 공지되어 있는 가압 이송 메커니즘의 형태일 수 있다. 금속 분말 및 탄소 분말, 바인더의 혼합물은 결과 혼합물의 용융 유동량이 10분당 0.1 그램 내지 0.2 그램이 되도록 되어야 한다는 것을 알았다. 바인더는 당업계에 잘 공지되어 있는 것일 수 있지만, 탄소 입자의 흡착 성능에 영향을 주지 않는 중합 재료인 것이 바람직하다. 중합 재료의 바람직한 하나의 그룹은 폴리올레핀 열가소성 재료이다. 변형예로서, 바인더는 특정한 용도에 따라 솔벤트계 혹은 수계일 수 있다.

만약 탄소 및 금속 분말이 함께 혼합되어 열교환 유닛 캔에 충전되면, 충전된 열교환 유닛 캔은 도 2에 도시된 바와 같은 캔/열교환 유닛 조립 스테이션(38)으로 바로 이송될 수 있다. 한편, 바인더가 사용되면, 바인더의 잔류부분을 없앨 필요가 있어서, 충전된 열교환 유닛 캔을 오븐(88)으로 적절한 컨베이어(86)을 따라 이송시켜 가열 처리 받게 하는데, 오븐에서는 조립 공정을 끝내기 전에 제거되어야만 하는 잔류 바인더를 없애기에 충분한 시간 동안 머물 수 있다.

탄소 바인더 및 금속 분말이 혼합 스테이션(76)에서 혼합되면, 열교환 유닛 캔을 충전하기 위해 전술한 가압 이동이 참조부호(84)로 표시된 바와 같이 사용될수 있다. 그러나, 충전을 수행하기 위해 다른 공정들이 또한 사용될 수 있다. 다른 공정들로서 이송 몰드(transfer mold), 압출 몰드(compression mold), 로드를 열교환 유닛 셀 내로 램 압출(RAM extrusion of a rod), 액체 슬러리(liquid slurry) 등을 사용하는 것이 있을 수 있다. 공정에서의 이러한 단계는 공정 내에 통합된 부분으로서 혹은 변형예로서 결과물이 공정에서의 나중의 사용을 위해 저장되는 방법으로 별도의 장소에서 수행될 수 있다.

바람직한 일 형태에 따르면, 혼합 스테이션은 탄소 및 금속 분말의 예비 성형품이 생성되게 하는 압출 몰드를 가질 수 있다. 적절한 바인더를 갖는 이러한 예비 성형품은 원할 때 잔류 바인더를 없애고 완성품을 제공하기 위해 오븐에서 가열되어 질 수 있다. 그 후, 예비 성형품은 열교환 유닛 캔의 내면과의 친밀한 열적 결합을 얻기 위해 다양한 방법으로 열교환 유닛 충전 스테이션에서 열교환 유닛 캔 내로 삽입될 수 있어서, 이산화 탄소가 탄소 입자로부터 흡착 해제될 때, 음료로부터 열교환 유닛을 통해 대기로 열전달이 일어나는 것을 돕게 된다.

상술한 바와 같이, 플랜지에 의해 둘러싸인 적절한 개구부는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 공정의 펀칭 및 플랜지 형성 스테이션(28)에서 형성된다. 보다 상세한 설명 및 개략적인 도시물이 스테이션(28)에서 일어나는 펀칭 및 플랜지 형성 작용을 도시 및 기술하기 위해 제공될 것이다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 캔의 하부에 플랜지(28)를 형성하기 위한 장치가 도시되어 있다. 도 4 및 도 6에 도시된 것은 플랜지(128)를 형성하기 위한 제조 방법을 수행하는 장치의 개략적인 스케치라는 것을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 실제 생산, 특히 대량 생산작업에서는 장치가 자동화되고 도 4 및 도 6에 도시된 것보다 훨씬 정교할 것이다. 그럼에도 불구하고, 포함하는 기본 원리는 동일하고, 따라서, 본 발명은 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 도 4에 도시된 바와 같이, 앤빌(134)이 펀치(138)를 수용함으로써 생성된 힘을 수용하는 위치에서 잘 지지되도록 앤빌은 베이스(136) 위에 놓이도록 제공된다. 펀치(138)의 외경(d1)은 앤빌(134)의 상부에 형성되는 보어(140)의 직경과 대략 동일하다. 충분한 직경차가 존재하여 펀치(138)는 구속없이 보어(140)로 진입할 수 있게 한다.

플랜지(28)를 형성하기 위해, 몇몇 재료가 음표 캔의 하부(114)로부터 먼저 제거되어야 한다. 이 것은 캔의 하부(114)를 보어(140) 위로 위치시키고 앤빌(134) 위로 음료 캔(112)을 위치시킴으로써 달성된다. 캔(112)은 앤빌(134) 위로 그 중심에 위치되어야 하고, 스페이서(142)와 같은 적절한 지그가 그 주위에 우치될 수 있다.

전혀 다른 장치들이 앤빌(134)의 중심에 캔(112)을 적절히 위치시키기 위해 사용될 수 있다. 일단 캔이 위치되면, 캔은 도 4에서 보았을 때 하측으로 이동되어, 캔의 하부(114)는 하부(114)의 중심이 보어(140)의 중심 위에 직접 위치된 채, 앤빌의 상면(144)에 단단히 고정 위치된다. 이 때 적절한 힘이 화살표(146)에 의해 도시된 바와 같이 펀치(138)에 작용되어 펀치를 하측으로 이동시키고 그 하부가 보어(140) 내로 진입할 수 있게 한다. 특히 도 4를 참조하여, 보어(140)의 내경과 대략 동일한 직경(d1)을 갖는 펀치(138)의 하부만이 보어(140) 내로 진입할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 펀치(138)의 외측을 향하는 플레어가(148)가보어(140)에 일단 도달하면, 펀치(138)는 더 이상 하측으로 이동할 수 없다. 그러나, 음료 캔(112)의 하부(114)의 중앙부가 펀치(138)의 하측 이동에 의해 음료 캔으로부터 절단된다는 것을 알 수 있을 것이다. 일단 이렇게 되면, 구조물은 음료 캔(112)이 그 내를 관통하는 개구부 혹은 구멍(150)을 갖는 것으로 도시되어 있는 도 5에 도시된 바와 같이 된다. 구멍(150)은 펀치(130)를 도 4에 도시된 위치로부터 구멍(140) 내로 하측으로 이동시켜 재료를 제거함으로써 형성된다.

다른 장치가 캔의 하부로부터 재료를 제거하기 위해 사용될 수 있다는 것은 분명하다. 예를 들면, 절단용 칼날이 앤빌 혹은 펀치의 단부에 형성되고 다른 면은 편평하거나 혹은 약간의 홈을 형성할 수 있다. 면들이 그 사이에 캔 재료를 만나게 되면, 소정량의 재료가 절단되어 제거된다. 제거되는 재료의 양은 파열 혹은 캔의 하부의 나머지 부분의 강도를 떨어뜨리지 않고 아래에 기술되는 플랜지를 형성하기에 충분한 것이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 플랜지(128)을 형성하는 제2 단계가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 음료 캔(112)은 도 4에 도시된 것과 유사하게 형성되고 또한 상술한 바와 같은 목적으로 베이스(154) 위에 위치되는 앤빌(152) 위에 위치된다. 앤빌은 또한 앤빌(152)의 중심선(158)에 대해 캔(112)을 중앙에 위치시키기 위한 스페이서 메커니즘(156)을 포함한다. 비록 앤빌(152)은 앤빌(134)과 구조상 유사하고, 그 내에 보어(160)를 포함하지만, 보어는 참조부호(162)로 도시된 바와 같이 외측으로 갈수록 가늘어지는 형상을 보어(160)보다 큰 직경을 갖는 재진입 보어(re-entrant bore;164)까지 연장되어 있다. 동일하게, 참조부호(168)의 화살표에 의해 도시된 바와 같이 하측으로 이동되는 펀치(166)도 또한 참조부호(170)로 도시된 바와 같이 외측으로 갈수록 가늘어지고 수직으로 배치된 영역(172)에서 펀치(166)의 상부에 인접한 곳까지 연장되어 있다. 펀치(138, 166)는 대략 동일하게 구조되어 있지만, 앤빌(152, 134)은 상술한 바와 같이 서로 다른 형상의 보어를 갖는다. 플레어(162) 및 직선 직경부(164)를 갖는 보어를 구비한 앤빌을 사용함으로써, 펀치(166)가 그 완전한 한계까지 보어(160) 내로 완전히 진입하도록 될 때, 캔(112)의 개구부(150)를 둘러싸는 내측 에지(174)는 먼저 테이퍼면(170)에 의해 하측으로 이동되고, 최종적으로 펀치(166) 및 앤빌(152) 각각의 수직 대향면(172, 164) 사이에 위치됨으로써 형성된다. 펀치(66) 의 면(172)의 외경은 보어(160)의 수직면(164)의 내경에 비해 음료 캔 하부(114)의 재료의 두께와 대략 동일한 양 만큼 분명히 약간 작다. 단부의 결과는 캔(112)의 하부(114)의 개구부(176)을 둘러싸는 하측 지향의 플랜지(128)를 도시하고 있는 도 7에 도시된 바와 같다. 상술한 바와 같이, 플랜지(128)는 탄성 중합 와셔 및 열교환 유닛의 개구부를 수납하고, 그 내경부에서 밸브 컵을 수납하기에 충분한 크기로 되어 있다. 적절한 성형 툴을 사용함으로써, 플랜지(128), 열교환 유닛 캔 및 밸브 컵은 크림핑에 의한 것과 같이 성형되어 밀봉된 자기 냉각 음료 시스템을 제공한다.

바라는 특정 적용예에 따라, 용기의 내용물을 가열 혹은 냉각하기 위해 사용될 수 있는 열교환 유닛을 내장하는 용기 제조 공정이 기술되었다.

Claims (30)

1. 열교환 유닛을 포함하는 식품 또는 음료 용기의 제조방법에 있어서,

   (a) 그 내부에 개구부를 규정하는 한 단부를 구비하는 용기를 제공하는 단계;

   (b) 개방 단부와 폐쇄 단부를 갖는 열교환 유닛을 제공하는 단계;

   (c) 상기 열교환 유닛을 상기 용기 내에 삽입하는 단계; 및

   (d) 상기 열교환 유닛의 개방 단부를 상기 용기 내의 상기 개구부에 고정하는 단계

   를 포함하는 용기의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고정 단계가 밸브 수단을 제공하는 단계와, 상기 밸브 수단을 상기 열교환 유닛의 개방 단부와 상기 용기 내의 상기 개구부로 삽입하는 단계를 포함하는 용기의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열교환 유닛을 상기 식품 또는 음료와 열교환을 일으키는 매체로 충전하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 매체가 상기 식품 또는 음료에 대해 흡열반응(endothermic reaction)을 일으켜 상기 식품 또는 음료를 냉각시키는 용기의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 매체가 이산화탄소(carbon dioxide)를 포함하는 용기의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 열교환 유닛을 위한 통(vessel)을 제공하는 단계, 상기 통 내에 탄소 입자(carbon particles)을 주입하는 단계 및 상기 통 속으로 이산화탄소를 가압 상태에서 주입하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
7. 제3항에 있어서,

   상기 매체가 상기 식품 또는 음료에 대해 발열반응(exothemic reaction)을 일으키는 용기의 제조방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 용기를 제공하는 단계가, 상기 개구부 주위에 플랜지를 형성하는 단계와 상기 열교환 유닛의 상기 개방 단부와 상기 플랜지가 짝을 이루도록 하는(mating) 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 고정 단계가, 밸브 수단을 제공하는 단게, 상기 밸브 수단을 상기 열교환 유닛의 개방 단부와 상기 플랜지에 인접한 상기 용기 내의 상기 개구부 속으로 삽입하는 단계를 포함하는 용기의 제조방법.
10. 제9항에 있어서,

    개스킷(gasket) 수단을 제공하는 단계와 상기 개시킷 수단을 상기 밸브와 상기 플랜지 사이에 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 밸브 수단의 일부를 상기 열교환 유닛의 상기 개방 단부에 대해 바깥쪽으로 힘을 가하여 상기 밸브 수단을 주름지게 함으로써(crimping), 상기 밸브 수단, 상기 용기 및 상기 열교환 유닛이 함께 밀봉되도록 고정하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
12. 열교환 유닛을 포함하는 식품 또는 음료 용기의 제조방법에 있어서,

    (a) 상기 식품 또는 음료를 수용하며 폐쇄 단부를 구비하는 용기를 제공하는 단계;

    (b) 상기 용기의 안쪽으로 연장하는 상기 폐쇄 단부 내의 플랜지에 의해 둘러싸인 개구부를 형성하는 단계;

    (c) 개방 단부와 폐쇄 단부를 구비한 열교환 유닛을 제공하는 단계;

    (d) 상기 열교환 유닛을 상기 용기 내에 삽입하고, 상기 열교환 유닛의 상기 개방 단부와 상기 플랜지가 짝을 이루도록 하는 단계; 및

    (e) 상기 열교환 유닛의 상기 개방 단부를 상기 플랜지에서 상기 용기로 고정하는 단계

    를 포함하는 용기의 제조방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 열교환 유닛을 상기 용기 속에 삽입하기 이전에, 흡착재(adsorbent material)를 상기 열교환 유닛 속으로 주입하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 열교환 장치를 상기 용기에 고정한 이후에, 상기 열교환 유닛 속으로 가압 상태에서 흡착가스(adsorbing gas)를 주입하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 고정 단계가 밸스 수단을 제공하는 단계와, 상기 밸브 수단을 상기 열교환 유닛의 개방 단부와 상기 용기 내의 상기 개구부로 삽입하는 단계를 포함하는 용기의 제조방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 열교환 유닛을 상기 용기에 고정하기 이전에, 개스킷(gasket) 수단을 제공하는 단계와 상기 개스킷 수단을 상기 밸브와 상기 플랜지 사이에 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
17. 제13항에 있어서,

    상기 흡착재는 탄소 입자를 포함하는 용기의 제조방법.
18. 제17항에 있어서,

    분말형 금속 입자(powdered metallic particles)를 제공하는 단계, 상기 분말형 금속 입자를 상기 탄소 입자와 혼합하는 단계 및 상기 혼합물(mixture)을 상기 열교환 유닛 속으로 주입하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
19. 제18항에 있어서,

    바인더(binder)를 제공하는 단계와 상기 바인더, 상기 탄소 및 상기 금속 입자로 이루어지는 점성을 갖는 혼합물(vicous mixture)을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 혼합물을 압축 성형하는(extruding) 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
21. 제19항에 있어서,

    상기 점성의 혼합물이 상기 열교환 유닛에 수용되기에 적당하도록 상기 점성을 갖는 혼합물의 예비적 성형품(preforms)을 만드는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
22. 제17항에 있어서,

    상기 흡착가스가 이산화탄소인 용기의 제조방법.
23. 제22항에 있어서,

    상기 흡착재가 탄소 입자를 포함하는 용기의 제조방법.
24. 제23항에 있어서,

    분말형 금속 입자를 제공하는 단계, 상기 분말형 금속 입자를 상기 탄소와 혼합하는 단계 및 상기 혼합물을 상기 열교환 유닛 속으로 주입하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
25. 제24항에 있어서,

    바인더를 제공하는 단계와 상기 바인더, 상기 탄소 및 상기 금속 입자로 이루어지는 점성을 갖는 혼합물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
26. 제25항에 있어서,

    상기 점성을 갖는 혼합물을 압축 성형하는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
27. 제26항에 있어서,

    상기 점성의 혼합물이 상기 열교환 유닛에 수용되기에 적당하도록 상기 점성의 혼합물의 예비적 성형품을 만드는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
28. 제23항에 있어서,

    상기 열교환 유닛 속으로 상기 이산화탄소 가스를 주입하기 이전에, 상기 열교환 유닛을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.
29. 제28항에 있어서,

    상기 냉각 단계가 제1 및 제2 이산화탄소 주입 단계 각각에 뒤따르는 제1 및제2 냉각 단계를 포함하는 용기의 제조방법.
30. 제23항에 있어서,

    상기 이산화탄소를 상기 열교환 유닛 속으로 주입한 이후에, 상기 열교환 유닛의 압력을 소정 레벨까지 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 용기의 제조방법.