自冷却饮料包装的绝缘.pdf

公开了一种自冷却饮料包装，其具有包括用于消费的饮料的第一空腔(10)，形成热交换器并且包括致冷液体和它的蒸气的第二空腔(20)，包括通过吸附所述蒸气的抽吸装置的第三空腔(30)，以及将所述第二空腔与所述第三空腔相连通的装置(50)，其特征在于，第三空腔(30)具有外部热绝缘层(35)。

1.  一种自冷却饮料包装设备，其具有包括用于消费的饮料的第一空腔(10)，形成热交换器并且包括致冷液体和它的蒸气的第二空腔(20)，包括用于抽吸所述蒸气的吸附剂(31)的第三空腔(30)，以及将所述的第二空腔与所述第三空腔相连通的、用于操作设备的装置(50)，其特征在于，第三空腔(30)具有外部热绝缘层(35)，其如此设计，以致于在操作设备期间，来自吸附剂的通过第三空腔(30)的外壁的热流大于或者等于从吸附剂流到第二(20)和第一(10)空腔的热流。

2.  根据权利要求1的自冷却饮料包装，其特征在于，在设备的操作期间，绝缘层(35)的外表面的温度上升到高于70℃。

3.  根据权利要求1至2中任何一个的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)具有小于或者等于500W.m^-2.k^-1的热传导率。

4.  根据权利要求3的自冷却饮料包装，其特征在于，该绝缘层的热传导率是在20和60W.m^-2.k^-1之间。

5.  根据前述任何一个权利要求的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)具有0.5到1.5mm之间的厚度。

6.  根据前述任何一个权利要求的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)具有不同的厚度。

7.  根据权利要求1的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)包括在40℃到80℃之间的温度熔化的材料。

8.  根据权利要求7的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层包括至少两层，它们中的一层包括熔化材料。

9.  根据权利要求7至8中任何一个的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)具有在3到10mm之间的厚度。

10.  根据权利要求1至9中任何一个的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)围绕由金属容器构成的第三空腔(30)。

11.  根据权利要求1至9中任何一个的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)是通过形成第三空腔(30)的容器壁构成的。

12.  根据权利要求1至10中任何一个的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)围绕第一空腔(10)延伸。

13.  根据前述任何一个权利要求的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)具有热致变色标签(36)。

14.  根据权利要求13的自冷却饮料包装，其特征在于，将热致变色标签(36)设置在第三空腔(30)的反面。

15.  根据权利要求13的自冷却饮料包装，其特征在于，将热致变色标签(36)设置在第一空腔(10)的反面。

16.  根据前述任何一个权利要求的自冷却饮料包装，其特征在于，该热绝缘层(35)由硬纸板和/或纸和/或塑料组成。

自冷却饮料包装的绝缘
本发明涉及一种允许通过吸附冷却方法冷却其容纳物的饮料包装设备。这种冷却方法的原理包括在通过抽吸所述液体的蒸气维持部分真空效果的情况下蒸发液体。本发明尤其应用于包含在罐或者瓶子类型的密封包装中的饮料的冷却。
因此本发明的目的为允许在任何地方和任何时间在理想的温度消费饮料。
吸附冷却方法的实现是已知的并且在先有技术中已经对其进行了很多研究。已经建议了很多设备，涉及包含用含有吸附剂的空腔蒸发致冷溶液的热交换器，尤其应用于自冷却饮料包装。
实现这种吸附冷却方法的一个困难包括在吸附反应期间在吸附剂中沉积的热的处理。这是因为当吸附剂(通常象沸石的吸附剂)吸收致冷的液体的蒸气的时候，其变热并且因此失去大部分吸附能力。移去在干燥剂中沉积了热的这一部分较大地改善设备的冷却性能。
已经在先有技术中提出了用来限制吸附剂的温度上升的不同的解决方案。
在专利US4759191中说明的第一种已知的解决方案包括通过由与干燥剂热接触的材料组成的吸热设备的方式移除沉积在吸附剂(一种干燥剂)中的热。所述的材料具有固体到液体的相位变换或者具有高的热容量，或者具有吸热反应。来自同一个发明人的专利US4949549详细说明了适用的解决方案，也就是说将具有象乙酸钠的相位变换的材料的固体到液体的相位转换设定在58℃。尽管如此，这个解决方案需要用在干燥剂的容器中的相关相位转换材料的特定容器来实现，因为它需要在干燥剂和吸热材料之间有效的进行热耦合，因此将使这种自冷却饮料包装的制造方法复杂化。
在专利US5048301中说明的这个解决方案的适应包括热隔离在饮料罐内的真空容器中带有吸热设备的吸附剂。尽管如此，这种解决方案执行起来是复杂的。
专利申请WO01/10738也描述了一种利用具有吸热材料的吸附冷却方法的自冷却罐。由于吸热材料的相位变换出现在大约60℃，将干燥剂和吸热材料包裹在绝缘容器中以保护消费者免于接触到热材料。
在专利US4928495中描述的另一个已知的解决方案就是建议将在吸附剂(干燥剂)中沉积的热存储在水中，其热容量是相当高的。可选择的在同一个专利中描述的包括为了通过浸湿干燥剂容器的这个水的蒸发去除卡路里而浸湿干燥剂容器的外部表面。尽管如此，这个设备的实施是复杂的，并且一旦浸湿容器的外部表面的水已经完全蒸发，就不再提供防止发热的功能。
在专利申请FR2811412中描述的另一个解决方案包括在干燥剂块的周围配置热绝缘，在容器内部包括所述地干燥剂。这个解决方案是通过用树脂浸渍的沸石构成的，其是为了阻塞他们的空隙以及阻止他们吸收致冷液体的蒸气。通过阻止沸石执行他们的吸附功能，阻止他们的温度上升。
本发明的目的就是提供可供选择的解决方案来处理在如前面所述的吸附冷却方法的执行期间在吸附剂中沉积的热。
最简单的解决方案将是让吸附剂升温到平衡温度并且提供足够的吸附剂以获得适当的冷却性能。为了抽吸致冷液体蒸气，吸附剂最好包括例如象沸石13X一样的干燥剂。在通过这种沸石吸收水蒸气期间，该吸附剂能够达到200℃，以达到使吸收的水的量相对于干燥剂的量为大约5％的吸收容量。因此，大约200g的沸石将充分的吸收10g水，其能够使330ml的饮料冷却15℃。因此由于没有达到吸收容量限制，因此没有必要移除在干燥剂中沉积的热。
对于这个解决方案，主要的困难在于提供用于热的吸附剂(对于沸石来说为大约200℃)的适当的绝缘。必须考虑两个问题：
避免通过从吸附剂流回到蒸发器和饮料罐的热来加热冷却的饮料；
为了消费者的安全和舒适，避免吸附剂容器的过高的外部温度。
为此目的，本发明提供设计配置在导致这两个问题的吸附剂容器周围的绝缘层。
特别地，本发明涉及一种自冷却饮料包装，其具有包含用于消费的饮料的第一空腔，形成热交换器并且包含致冷液体和它的蒸气的第二空腔，包含用来抽吸所述蒸气的吸附剂的第三空腔，以及用于使所述的第二空腔与所述第三容器相连通、以操作该设备的装置，其特征在于，第三空腔具有外部绝热层，其如此设计，以致于在操作该设备期间来自吸附剂的通过第三空腔的外壁的热流大于或者等于从吸附剂流到第二和第一空腔中的热流。
根据一个实施例，在操作设备期间，绝热层的外表面的温度上升到大于70℃。
根据一个特征，热绝缘层的热传导率小于或者等于500W.m^-2.k^-1，并且最好在20至60W.m^-2.k^-1之间。
根据另一个实施例，热绝缘层包括在40℃至80℃之间熔化的材料。不管怎样，热绝缘层包括至少两层，其中一层包括熔化的材料。
根据实施例，围绕第三空腔周围的热绝缘层由金属容器组成，或者热绝缘层是通过形成第三空腔的容器的壁构成的。
根据一个实施例，热绝缘层围绕第一空腔延伸。
根据一个实施例，热绝缘层具有热致变色标签。
参考附图，本发明的特点和优点将在通过说明性的和非限制性的例子给出下述描述的过程中显示出来，其中：
-图1表示根据本发明的自冷却饮料包装，
-图2表示根据本发明的一个实施例的绝缘层，
-图3表示根据本发明的另一个实施例的绝缘层。
参考图1，根据本发明的自冷却饮料包装具有包含用来消费的饮料的第一空腔10，形成热交换并且包含象水的致冷液体和其蒸气的第二空腔20，以及包含用于通过吸附所述蒸气来抽吸的干燥剂31的第三空腔。该第二空腔20也称作蒸发器，并且该第三空腔30也称作干燥剂容器。还设置有将所述的第二空腔20与第三空腔30相连通的装置50，其用于吸附冷却方法的操作。
第三空腔30包括用于正确操作抽吸装置所必须的保证好的真空密封的容器。通常，这个容器是金属的。从那里发烫的风险是较高的。因此根据本发明，第三空腔30具有热绝缘层35。
根据本发明，第一个以前确定的问题(避免从吸附剂容器流回到蒸发器中的热量加热该冷却的饮料)是通过主要依下列各项工作的有效的隔热屏概念解决的：
当吸附剂31的热泄漏出去的时候，其渐渐冷却并且因此能够吸收更多的致冷蒸气，结果导致在蒸发器20中的附加的冷却。当在用沸石作为吸附剂的情况下，这种附加冷却为吸附剂泄漏出去的热的大约50％或者高于50％。如此设计围绕干燥剂容器30的绝缘层35，以致于通过第三空腔的外壁的来自吸附剂的热流至少与流向蒸发器和饮料罐(分别为第二20和第一10空腔)的热流一样多。根据这种绝缘，有效效应是饮料的附加冷却并且不用通过干燥剂加热。
此外，第二个前面所述的问题(为了消费者安全和舒适，避免吸附剂容器的过高的外部温度)也是通过根据本发明的绝热层解决的。
根据一个优选的解决方案，热绝缘层35提供已经调整过的传导率以实现在吸附冷却过程期间所述绝缘层的外表面达到70℃直至90℃。相对高的外部表面温度允许通过自然对流抽取0.1W.cm^-1。然而，这个外部表面温度在与手指接触的时候降到大约40-45℃。在与消费者的手指接触的时候，这个温度的下降是由于手指抽取的热量与在20℃至50℃范围内的横过绝缘层的高热梯度结合的自然空气对流相比要高(约为三倍以上)。
这个自然对流增加干燥剂的吸附能力并且有利地促使延长饮料冷却的过程。约为少量瓦特的热量的抽取不是饮料初始冷却的决定性因素，饮料的初始冷却典型的为3分钟15℃，但是为了在其消费期间保持饮料的冰凉，其在比较长的时期内提供附加冷却，典型的是在30分钟内为2℃。
达到这些情况的绝缘层的热传导率小于100W.m^-2.k^-1，并且最好为在20至60W.m^-1.k^-1的范围内。
温度分布(在吸附剂容器壁30上，从干燥材料31内部分布到外部绝缘35的外部)也能够受到干燥剂31和通过在容器内部提供附加绝缘的容器壁30之间的热耦合的影响。
这种内部绝缘能够通过在前面引用的专利申请FR2811412描述的方法或者通过接近于容器30的壁的干燥剂31的适当的几何结构实现，这种结构例如为在图2中说明的波纹39。
在这个实施例中，干燥剂容器壁30的平衡温度是较低的，并且需要的外部绝缘层35的传导率必须较高以获得流到外部空气环境中需要的热量。在这个结构中，外部绝缘层35的传导率的范围是从100至500W.m^-2.k^-1。由于干燥剂容器壁的温度是比较低的，因此流向饮料罐和蒸发器(第一10和第二20空腔)的热流减少。
根据可以选择的解决方案，图3给出该解决方案的说明，绝缘层35包括在温度40℃至80℃之间熔化的材料。这个相位转换材料在干燥剂容器30和外部空气环境之间提供有效的隔热层，以致传输到外部空气环境中的能量少于流出干燥剂容器的能量。能量之差基本上对应于熔化材料的潜伏热。根据这个实施例，绝热层35包括至少两层36、37，他们中的一个36包括熔化材料。能够结合在绝缘层36中的典型的材料是在58℃熔化的三水乙酸钠。在没有熔化材料的条件下需要绝热的附加层37来做热保护。这个附加层37具有小于100W.m^-2.k^-1的热传导率，典型的热传导率为50。在缺乏绝热层36的情况下，可结合相位变换材料。
热绝缘层35围绕在金属第三空腔30周围并且能够通过厚纸板层构成和/或由许多层重叠的纸和/或塑料构成。该绝缘层能够粘在第三空腔30的外表面上或者能够由热收缩塑料管保持。该绝缘层具有的典型的厚度在第一个描述的实施例中是在0.5和1.5mm之间，并且在包括熔化材料的实施例中能够达到3至5mm甚至10mm。在充满饮料之后，将热绝缘层有利地放入其位置，尤其在受到巴氏杀菌的饮料的情况下，在巴氏杀菌后放在位置上。
通过饮料罐(第一空腔10)的罐壁的热泄漏产生沿着吸附剂容器壁30的热梯度。为了优化对外部空气环境的热泄漏，又保持对消费者的充分的保护，当绝缘层35靠近在饮料罐10和吸附剂容器30之间的边缘的时候，能够减小绝缘层35的厚度。
根据一个特定实施例，热绝缘层35能够从包含有干燥剂的第三空腔30中延伸到包含有用于消费的饮料的第一空腔中。因此就能促使在消费期间保持饮料的冰凉。
根据一个实施例，热绝缘层35具有热致变色标签36，例如通过直接在所述的绝缘层上印刷热致变色墨水来实现。这种印刷可以在干燥剂容器30的反面实现，例如在自冷却包装的最热的部分上。在给定的温度阀值例如在60℃下，热致变色墨水的显示能够构成自冷却设备的正确操作的指示器。
也能够设想在包含用于消费的饮料的空腔10的反面设置热致变色标签，并且为了构成用于饮料的理想消费的指示器，该热致变色标签能够在低于某个阀值例如10℃的时候激活。
一个可供选择的可能性包括直接通过形成第三空腔30的容器的壁实现热绝缘层35。
本发明提供具有有效的生理学上防止由于吸附剂的温度升高而引起烧伤的危险。为了在金属吸附剂容器内部获得等同的保护，热绝缘将不得不具有五倍大的热阻，在设备中需要更大的容量和更多的材料。
在不需要依靠复杂化的设备制作的吸热设备的条件下，根据本发明的热绝缘层允许应用象沸石的有效的吸附剂。
此外，根据本发明的热绝缘层使自然地连续冷却处理成为可能，并且为了保持在其消费期间饮料的凉爽，因此提供附加的初始快速冷却。