CN104704305A - 用于自冷却式饮料容器的热交换单元 - Google Patents

Abstract

一种设备和方法包括将容纳压紧的炭颗粒的HEU放置到限定在固定装置内的腔室内，和将压力下的二氧化碳气体源连接至固定装置并且连接至HEU，以将HEU内的炭颗粒使用压力下的二氧化碳气体注满持续足够完全清除容纳在HEU内的滞留空气的预定时间段，以及继而将盖或帽放置在HEU上以在炭颗粒上保持二氧化碳气体残留压头直到充气循环完成。

Description

用于自冷却式饮料容器的热交换单元

技术领域

本发明总体涉及饮料容器，其包括收容其中用于自冷却饮料的热交换单元(HEU)，并且更具体地涉及一种用于增强HEU中的炭上的二氧化碳吸附的方法和设备。

背景技术

包括热交换单元的自冷却式(Self-cooling)饮料容器在现有技术中是公知的，并且已经开发了多种类型的热交换单元来实现希望的自冷却。现有技术中公开了用于利用热交换单元实现冷却的多种类型的制冷剂。典型的这种装置为公开在美国专利文献2,460,765、3,373,581、3,636,726、3,726,106、4,584,848、4,656,838、4,784,678、5,214,933、5,285,812、5,325,680、5,331,817、5,394,703、5,606,866、5,692,381、5,692,391、5,655,384、6,102,108、6,105,384、以及6,125,649中的那些装置。

在以上文提到的专利为示例的现有技术中利用的自冷却式装置通常由于多种原因而不令人满意，这些原因中包括所使用的很多制冷剂是对环境有害的。

由于现有装置存在一些不令人满意之处，所以开发了一种利用活性炭来用作制冷剂的热交换单元，活性炭在压力下将二氧化碳吸附在其上。这种装置示出在图1中，作为本文的参照。

现在特别参照图1，图1中示出了现有技术的饮料自冷却式容器112，其包括在其内部具有吸附剂138的HEU 120，所述吸附剂在优选实施例中是活性炭，所述活性炭接收压力下的二氧化碳，压力下的二氧化碳通过阀机构124被放入，以通过开口128进入HEU的内部部分内从而被炭吸附。阀124由凸缘122保持就位，所述凸缘122被压接(crimped)至HEU 120的颈部缩进顶部部分132中。保护盖150被放置在阀124的激活柄130上以保护激活柄使其不被无意地激活。当激活柄130被压下时，二氧化碳从活性炭中脱附(desorbed)以冷却饮料114。容器112的顶部116包括公知的典型拉片(未示出)。如果HEU 120内部容纳的增压二氧化碳过度增压，则HEU 120的颈部缩进部分134将向外移动引起阀的释放，使装置不可使用。

由于这种现有技术装置的不足，故已经开发了一种HEU，其由具有封闭底部和敞开顶部的下部金属外壳构成，所述敞开顶部接收设置在其内部的压紧的吸附剂材料(典型地是活性炭)。具有敞开上端的金属顶部部分被装配在外壳的敞开端上并且通过金属至金属粘接剂而被固定至外壳的外表面，由此将顶部部分结合(bonding)至外壳。这种结构在图2-5中示出，作为本文的参照。

现在更特别地参照图2，图2中图示了HEU 200，其具有金属外壳202和金属顶部部分204，所述金属顶部部分被固定至外壳202的顶部，这将在下文中更详细地描述。

HEU的顶部部分204的上部部分终止于由实心卷曲部208限定的开口206。实心卷曲部208接收大体上在上文描述的现有技术中的类型的阀机构，所述阀机构由具有基座的典型安装构件承载，在基座内密封地固定有合适的分配阀(dispensing valve)。该阀包括延伸穿过基座中的中央开口的典型柄，以及在过大压力下将打开的安全装置。安装构件被***到顶部部分及其外周边处的开口206内，并且通过本领域中技术人员公知的压接操作的方式而附连至卷曲部208。压接操作不仅将阀组件固定至HEU 200，还附加地封闭并且密封HEU的敞开上端以及其典型地通过垫圈(未示出)的使用附连的罐(can)。阀和压接操作的更详细说明可在美国专利6,105,384中找到、并且通过该引用并入本文中。

用于本发明的热交换单元200优选地为利用压紧的活性炭的吸附/脱附机构，所述压紧的活性炭能够在压力下吸附很大量的二氧化碳气体用于后续的释放。吸附在吸附剂(优选地是活性炭颗粒)上的二氧化碳，当被释放至大气压力时，将经受温度的骤降，由此使与热交换单元200的外表面接触的饮料变冷。该炭-二氧化碳吸附剂制冷***的更详细说明包含在美国专利No.7,185,511中、并且通过引用并入本文中。因此，本文将不提供炭-二氧化碳制冷***的进一步并且更详细的说明。

如在图3中示出的，金属外壳202具有封闭的底部203和敞开的顶部205，所述顶部终止于凸边207并且优选地由冲挤铝形成。炭构件或塞210是高度压缩体，其优选地是活性炭颗粒和具有粘合剂的石墨材料，所述炭构件或塞210被预成型并被***和接收在HEU外壳的内部，并且大体上向上朝着并且邻近HEU外壳的上部周边212延伸。通过具有敞开端的外壳和炭材料的预成型塞210的使用，HEU内可以容纳最大量的吸附剂材料。如上文描述的，一旦阀被固定就位在顶部部分204上，增压媒介(诸如二氧化碳)通过阀被放入到HEU 200的内部并且由容纳在炭塞210内的压缩炭颗粒吸附。在阀激活时，二氧化碳气体从炭脱附，冷却其中收容HEU 200的容器中的食品或饮料。

如在图4中图示的，HEU 200的顶部部分204被成形使得其裙边部216装配在HEU外壳202的外表面218上。顶部部分204的裙边部216包括内表面214。顶部部分204的内表面214接收合适的金属至金属粘接剂结合材料，以将HEU 200的顶部部分204永久地固定至HEU外壳202。可利用多种食品级的粘接剂，只要它们将顶部214永久结合至HEU 200的外壳202并且形成稳固的密封以将增压的二氧化碳保持在HEU内。

顶部部分204可由合适金属(诸如不锈钢)的坯料机加工而成。优选地，顶部部分204可以由锌或铝模铸。无论顶部部分204是机加工的还是模铸的，或通过其他方法诸如小孔冲压(eyelet stamping)或模锻(forming)或旋压(spinning)形成的，其具有所要求的强度以承受由增压二氧化碳产生的压力并且甚至在高温条件下也将不会失效。

如在图5中更清楚地示出的，顶部部分204被形成以提供台肩或止动部226，其设置在顶部部分204的内表面214上。台肩226被设置为与HEU 200的外壳202的凸边207配合。在炭塞210已经被定位在外壳202内部之后，顶部部分204具有在其内部施加的合适粘接剂，并且然后在外壳202的外表面218上滑动就位直到其凸边207接合台肩226，此时顶部部分204现在就位。当设置了粘接剂时，顶部部分204于是被永久地定位并且保持就位，并且结合至外壳202，使得其不可以被移除。

顶部部分204的敞开上部部分208被形成以提供实心卷曲部232，其接收如上文所描述的阀的安装构件的外周边的压接凸缘。HEU 202的顶部部分204优选地由模铸锌或铝形成，其将具有足够的强度以在压力下不被压坏(crush)或移动，所述压力由诸如二氧化碳气体等由炭塞210吸附的冷却媒介产生。

通过利用诸如上文所图示并描述的构造，最大量的高度压缩炭颗粒可以被接收到HEU外壳内，以最大化可以由HEU吸附的二氧化碳量。如公知的并且在现有技术中描述的，当二氧化碳通过其放入到炭塞210内的阀被激活时，所吸附的二氧化碳于是从炭颗粒脱附并且排出HEU，并且通过这样做而从围绕HEU的外表面218的食品或饮料移除热，由此将食品或饮料冷却至所希望的量，以使得它更加可口。如在美国专利6,105,384中描述的，该专利内容通过引用并入本文，保护性食品级涂层可被施加至HEU的整个外表面，以排除围绕HEU的食品或饮料的任何污染或它们口味的可能改变。该涂层可以是食品级的环氧漆，厚度在4-10微米之间。

已经发现的是，要求大量的时间来将所希望量的二氧化碳吸附在炭颗粒上。需要的是一种在较短的时段内获得将二氧化碳更快并且更完全地吸附在压紧的炭上的设备和方法。

发明内容

一种方法包括将压力下的二氧化碳注入到HEU内，所述HEU包括底部部分，底部部分容纳压紧的炭颗粒并且将压力维持充足时间，以移除滞留在压紧的炭的孔隙中的残留空气并且将所述残留空气使用吸附在炭颗粒上的二氧化碳气体替换。

一种设备包括用于接收完成的热交换单元的压力下的二氧化碳气体源的固定装置(fixture)、控制到HEU的气体施加的阀、用于将HEU中的压力下的气体维持足够时间以将其中残留的空气用二氧化碳气体替换的定时器。

附图说明

图1至图5图示了现有技术；

图6是根据本发明的原理构成的设备的方框图；

图7是根据本发明的原理构成的设备的透视图；

图8是设备的俯视平面图；

图9是设备的前视平面图；

图10是设备的侧视平面图；

图11是取自图9的线10-10的剖视图，其图示了安放在设备内的HEU；

图12是示意图，其图示了包括用于接收多个HEU以同时被处理的多个腔室的设备；以及

图13是帽的剖面视图，其在注入的二氧化碳已经被释放后放置在HEU上。

具体实施方式

当压力下的二氧化碳气体被放入到HEU内以使该气体被吸附到炭颗粒上时，热量产生并且必须被消散。由于热量的产生，其限制了可以吸附在炭颗粒上的二氧化碳气体的量。因此，将二氧化碳放入HEU内的制造过程必须停止或者HEU必须经受冷却循环使得将二氧化碳气体注入到HEU内的附加时间段可以被实现以具有所要求量的被吸附二氧化碳，使得当二氧化碳气体从炭颗粒脱附时，HEU可以正常地运转以使围绕HEU的食品或饮料冷却。现已发现遇到的困难之一是将二氧化碳气体初始施加至HEU内必须移除容纳在炭颗粒内的滞留空气。因此，并且根据本发明的原理，已经发现在制造过程中通过初始地施加二氧化碳气体至HEU可以缩短施加所要求量的二氧化碳所要求的时间段。为了实现此，HEU被以这样的方式定位在可被连接至压力下的二氧化碳气体源的固定装置内：二氧化碳气体可以在正常制造过程之前被放入到HEU内并且然后被维持足够的时间段以替换滞留在炭颗粒内的空气。这样的过程然后将提供的情形是，其中在制造的充气(gassing)阶段过程中，在短于现有技术的时间段中可以由HEU中的炭颗粒吸附最大量的二氧化碳气体，由此缩短了制造过程时间。

根据本发明，现具体地参照图6，其是图示了根据本发明原理的、用于将HEU中的滞留的空气替换为二氧化碳气体的方法和设备的方框图。如在图6中示出的，提供有固定装置240，其限定腔室242，所述腔室内定位有HEU 243。HEU中容纳了如上文所描述的压紧的炭颗粒。压力下的二氧化碳气体源241通过管线(conduit)246被连接至阀244。阀又通过管线248被连接至固定装置240，管线248被定位在固定装置240内部并且如图所示由管线250连接至HEU 243。压力检测器252通过管线254而被连接至固定装置240以感测这一事实，即压力下的二氧化碳气体已经被初始地施加至HEU243。压力检测器又通过管线258被连接至定时器机构256。定时器机构256被适配以在预定时间段后产生信号，所述预定时间段通过引线260而被施加至阀244。定时器被适配以将施加至HEU 243的压力下的二氧化碳维持足够时间段，以完全将所有滞留在HEU中的炭颗粒内的空气由二氧化碳气体替换。一旦该时间段已经过去，定时器被适配以提供如上文所提及的信号，该信号在其被施加至阀244时，将自动地关闭阀，因此将二氧化碳气体源241从固定装置240移除。当这完成后，诸如帽等封闭物被施加至HEU以保持已经被注入HEU内以替换空气的二氧化碳气体，使得二氧化碳气体被保持，直到具有容纳其中的二氧化碳残留气体的HEU继而被处理，以将HEU填充所要求量的二氧化碳气体，从而实现所要求的其吸附，继而提供围绕HEU的食品或饮料的所希望的冷却，所述HEU如上文所述被固定在容器内。

现在更具体地参照图7-11，其中图示有单头(single head)热交换单元(HEU)固定装置，其被设计为接收HEU，所述HEU用于使用压力下的二氧化碳来注满，以替换滞留在其中的炭颗粒内的空气的目的。如图示的，固定装置包括底部块体300和顶部块体302，气体入口适配器304被***到顶部块体302内，多个铰接夹(toggle clamps)306-316被利用为将顶部块体302固定并且夹至底部块体300以将二者密封在一起，使得来自增压二氧化碳气体源318的增压二氧化碳气体可以通过气体入口适配器304被***到HEU中。管线322中包括合适的阀机构320，所述管线322将二氧化碳气体从源318引导到固定装置内。

现更特别地参照图11，图7-10中示出的设备被以局部剖视图图示，并且包括***到限定在底部块体300中的腔室324内的HEU组件326。HEU组件326包括金属外壳202和顶部部分204。气体入口适配器304在形成其中的凹槽334中承载HEU压力密封部332。适配器304限定气体入口336和气体通道338，所述气体通道338将压力下的二氧化碳气体运送到容纳有压紧的活性炭颗粒210的HEU的内部部分内。灰尘过滤器340被承载于过滤器载体342的内部，并且被用于收集可被放入到HEU的内部部分内的高压二氧化碳扰动的任何炭颗粒。

设备的操作如下：铰接夹306-316被解除闩锁，并且顶部块体302被从固定装置移除。HEU组件326继而被***到形成在底部块体300中的腔室内直到顶部部分的凸边230被安放在钢支撑环330上。顶部块体302继而被置于HEU上并且对准到形成在底部块体300和顶部块体302之间的对准锥部350内。此后，所有六个铰接夹被关闭并且锁定就位以确保高压密封部332抵靠HEU组件326的顶部就位。应理解的是，可利用其它器件(means)来将顶部和底部块体可密封地固定在一起，诸如螺纹环，其在顶部和底部块体之间具有接合螺纹等。阀320继而被打开以允许压力下的二氧化碳气体进入HEU组件326的内部。二氧化碳气体的压力在大约10-50巴之间。

***控制装置包括压力检测器252，使得当二氧化碳压力被检测到时，提供初始化定时器256的信号，所述定时器将HEU组件326中的在预定水平下的压力维持预定时间段。

压力的大小和所选择以维持压力的时间是由将花费多长时间以清除(purge)压紧炭的大体上所有残留空气颗粒确定的。已经发现的是，通过清除残留空气颗粒并且将它们替换为二氧化碳，在HEU充气循环过程中，在更短的时间中更大量的二氧化碳可以被吸附在压紧的炭上。会发生的是，当二氧化碳被释放时，存在保留在炭上的大约10克的二氧化碳残余压头(head)。这继而在充气循环上提供10克的压头起始。

通过参照图12，其示出了一种准许同时处理多个HEU组件的设备。如在图12中示出的，底部块体360限定一对腔室362和364，在腔室362和364内分别安放HEU组件366和368。HEU组件366和368以这样一种方式就位，即金属顶部部分抵靠如上文所描述并且用于相同目的的钢支撑环而安放。在图12中示出的设备的操作与上文结合图11所描述的设备的操作相似，不同之处在于图12中所示的设备可以一次处理多于一个HEU。本领域技术人员应理解的是，类似于图12中示出的设备可包括多于两个腔室，并且取决于设备的特定配置和同时被处理的HEU组件的数量，可关于其中铰接夹被固定的方式进行修改。

通过经由如上文所描述的设备消除HEU中的空气并且将空气替换为二氧化碳，HEU的冷却性能被改进。改进的性能归功于这一事实，即空气不提供冷却而二氧化碳却提供冷却。在使用压力下的二氧化碳清除空气颗粒后，在HEU从设备被移除之后，如图13中370处示出的保护帽被施加至HEU的顶部以防止空气进入HEU并且置换容纳在其中的残留二氧化碳，由此保持炭上的大约10克的二氧化碳残留压头。

因此公开了一种设备和过程，其用于将容纳在HEU内的炭颗粒内的滞留空气由二氧化碳气体替换，由此提供二氧化碳气体的残留压头，其可被保持在HEU内，直到提供用于包括HEU的自冷却式容器的充气循环时。

Claims (9)

1.一种用于使用二氧化碳替换容纳作为吸附剂的活性炭压紧颗粒的热交换单元中的空气的设备，所述设备包括：

A、固定装置，其限定被适配以接收所述热交换单元的至少一个腔室；

B、压力下的二氧化碳气体源，其被联接至所述固定装置并且与所述热交换单元连通；

C、阀，其用于控制所述二氧化碳气体从所述源至所述活性炭颗粒的施加；

D、定时器；以及

E、器件，其用于检测处于压力下的二氧化碳气体至所述炭颗粒的施加，并且激活所述定时器以将所述压力维持足够时间以大体上清除来自所述炭颗粒的所有空气、并且使用吸附在所述炭颗粒上的二氧化碳气体替换所述空气。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述固定装置包括第一块体和第二块体、以及用于将所述第一和第二块体密封地固定在一起的器件。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述固定装置限定用于同时接收多个HEU的多个腔室。

4.如权利要求2所述的设备，其中所述用于密封的器件包括多个闩锁。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述定时器在所述预定时间结束处产生信号以关闭所述阀。

6.如权利要求5所述的设备，其还包括帽，所述帽被适配为当处于压力下的二氧化碳气体不再施加到HEU时，被施加至所述HEU，以将所吸附的二氧化碳气体保持在所述炭颗粒上。

7.一种用于将热交换单元(HEU)中的压紧的炭颗粒中滞留的空气使用二氧化碳气体替换的方法，所述方法包括：

A、提供用于接收所述HEU的固定装置；

B、将所述HEU放置在所述固定装置内；

C、将压力下的二氧化碳气体注入到所述HEU内；并且

D、将所述压力下的二氧化碳气体在所述HEU中维持足够时间，以清除所述滞留空气，并且使用吸附在所述炭颗粒上的二氧化碳气体替换所述空气。

8.如权利要求7所述的方法，还包括从所述HEU移除所述二氧化碳气体并且施加帽至所述HEU以将所述二氧化碳气体保持在所述HEU内。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述二氧化碳气体的压力被维持在大约10-50巴之间。