用於自冷卻容器的熱交換單元的製作方法

2023-06-10 13:51:06

專利名稱：用於自冷卻容器的熱交換單元的製作方法
技術領域：
一般而言，本發明涉及盛裝增壓介質的容器，如自變冷或自加熱食品和飲料的容器，更具體地說，涉及一種改進型熱交換單元，其被裝在自冷卻容器中，用於冷卻如食品或飲料之類的產品，其中該熱交換單元被固定在容器中並裝有增壓介質。
背景技術：
長期以來，人們期望提供一種簡單、有效且安全的裝置，其可被裝在如食品或飲 料容器之類的容器中，以便在需要時冷卻或加熱如食品或飲料之類的產品。關於自冷卻容器，已開發出不同種類的裝置來實現這樣的期望的自冷卻，也披露了各種類型的製冷劑以實現這樣的冷卻。製冷劑裝置可以是化學反應的、電的，且可包括氣體反應等。美國專利 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 ;及 6，125，649 中已公開了這類裝置的典型結構。通常人們對上面列出的專利所披露的現有技術的示例中使用的自冷卻裝置不太滿意。遇到的一些問題是，這些通常依賴有毒的或不利於環境的化學製品、需要非常龐大的氣動迴路、且不能經濟地用於如飲料罐或食品罐之類的小型容器中的裝置相當複雜，因此製造和維修費用非常昂貴且效果不好。另外，業已發現，如果熱交換單元中的壓力增加到預定量時，熱交換單元的載有輸送閥的那部分所受應力可能達到使其移動的程度，因而導致熱交換單元破裂並變得不能用，或者在最壞的情況下，導致容器完全失效。現更具體地參考圖1、2和3，它們示出了現有的三種不同實施例的容器，容器中設置有用於冷卻容納在外部容器內的飲料的熱交換單元(HEU)。如圖I所示，容器(10)包括設置在其內的熱交換單元(24)，該熱交換單元被要冷卻的飲料(26)包圍。容器包括蓋(18)，該蓋包括固定到板(14)上的傳統的拉環(12)，因而拉起拉環(12)時，板(14)彎曲至容器(10)內。使拉開的板(14)伸進容器(10)內的拉環
(12)的操作是所屬領域公知的。蓋(18)通常包括帶角度的隆脊(20)，隆脊被夾緊到容器
(10)的頂端(22)。HEU (24)裝有在不同環境下壓力可增加的冷卻介質，如果壓力足夠高，HEU (24)的包括將閥(32)固定到HEU的彎邊部(30)的上部部分(28)可能鼓脹或破裂，於是導致器具失效。圖2示出了現有的另一種容器(40)，其具有設置在其內部、被要冷卻的飲料(42)包圍的HEU (50)ο所示的飲料容器(44)的頂部(如(46)所示)具有如上所述的傳統的拉環(48)。HEU (50)包括被固定到帽(54)的輸送閥(52)，該帽被裝配在HEU (50)的頂部外面並固定到頂部上。閥(52)由裙部或凸緣(54)承載，該裙部或凸緣通過被彎邊於帽(54)的頂部(56)外面被保持就位。保護蓋(58)被設置在閥(52)的作動杆上，以保護其免受意外作動。HEU (50)和閥(52)被固定到罐(44)的底部(62)。此外，如果容納在HEU (50)內部的增壓介質的壓力過高而導致帽(54)和HEU (50)的本體之間破裂，結果將使裝置不能用。現具體參考圖3，其示出了現有的又一種飲料冷卻容器(112)的實施例，該容器包括內部具有吸附劑(138)的HEU (120)，在本優選實施例中，吸附劑是活性炭，在壓力下活性炭接納通過閥機構(124)引入以便通過開口(128)進入HEU內部部分二氧化碳，以便被所述炭吸附。閥(124)被凸緣(122)保持就位，而凸緣被彎邊成HEU (120)的頂部部分(132)內的縮小部。保護蓋150被置於閥(124)的作動杆(130)外面，以保護其不被無意地作動。按壓作動杆(130)時，二氧化碳從活性炭中退吸附，以冷卻飲料(114)。容器(112)的頂部
(116)包括如上所述的常規拉環(未示出)。再者，若容納在HEU (120)內部的增壓的二氧化碳過壓，HEU (120)的部分(134)中的縮小部將朝外運動，導致閥的釋放而使裝置不能用。·
因此，需要一種裝置，其可被安置在容器內並起HEU的作用，以冷卻容納有如食品或飲料之類的容納物的容器，該裝置應簡單、效率高、且即使在相當高的壓力的情況下也很安全。

發明內容
一種在自冷卻容器中使用的改進型HEU，該HEU包括金屬外殼、壓緊的吸附劑材料和金屬頂部段，金屬外殼具有封閉的底部和敞開的頂部，吸附劑材料設置在外殼內部，金屬頂部段具有堅硬捲曲部(solid curl)，該捲曲部處於金屬頂部段的敞開的上端部處，該上端部裝配在外殼的敞開端部外面，並通過金屬-金屬黏合劑被固定到外殼的外表面，而將頂部段結合到外殼上。


圖1、2和3示出了現有技術；圖4為根據本發明的原理構建的完整的HEU組件的立體圖；圖5為沿圖4中線5-5剖切的圖4所示的HEU的立體截面視圖；圖6為圖4所示的HEU的頂部段以剖切畫法示出的立體圖；圖7以透視畫法示出了附聯到HEU外殼的HEU頂部段的附聯部的局部截面。
具體實施例方式現更具體地參考圖4，該圖示出了具有金屬外殼(202)和金屬頂部段(204)的HEU
(200)，金屬頂部段被固定到外殼(202)的頂部，這將在下面更詳細地描述。HEU的頂部段(204)的上部部分終止於由堅硬捲曲部(solid curl) (208)限定的開口(206)。堅硬捲曲部(208)接納被上述現有技術描述的那類閥機構，閥機構由常規的安裝構件承載，該安裝構件具有支座，支座中裝有密封固定的合適輸送閥。該閥包括常規的杆，該杆延伸通過支座中的中心開口並處於過壓下可開啟的安全裝置上。安裝構件被插入頂部段和其外周邊處的開口(206)中，並如所屬領域技術人員公知的那樣，通過彎邊(crimping)操作被固定於捲曲部(208)上。彎邊操作不僅將閥組件固定到HEU (200),還附加地封閉和密封罐和HEU的敞開的上端部，通常通過使用密封墊(未示出)將其固定到罐。閥和彎邊操作的更詳細的解釋可在美國專利6，105，384中找到，該文件作為參考被加入本申請中，且基本如所述文件的圖3所示和以上所述。熱交換單元(200)可包含所屬領域公知的任何製冷劑介質，製冷劑介質的作用是，一旦熱交換單元被作動而逸出製冷劑時，將飲料中所含的熱量導入大氣中。上面提到的現有專利已披露了各種類型的製冷劑。但是，用於本發明的優選製冷劑介質是吸附劑/解吸劑機構，其優選使用如沸石、陽離子交換沸石、矽膠、活性炭及碳分子篩等材料作為吸附劑。這些吸附劑在壓力下能夠吸附大量氣體以便隨後釋放出來。被吸附於其內的氣體可以是有利於環境的任何適當的氣體。根據本發明，優選所述氣體包括二氧化碳。被吸附在優選為活性炭顆粒的吸附劑中的二氧化碳在釋放至大氣壓力時將經歷溫度的顯著下降，由此冷卻與熱交換單元(200)的外表面接觸的飲料內容物。針對碳-二氧化碳吸附劑製冷系統的更詳細的描述被包含在美國專利7，185，511中，該專利作為參考被加入本申請中。因此，本說明書中將不提供關於碳-二氧化碳製冷系統的進一步的和更詳細的解釋。如圖5所示，金屬外殼(202)具有封閉的底部(203)和以稜邊(207)終止的敞開·頂部(205),該金屬外殼優選由衝擠型招(impact extrudedaluminum)形成。預成型碳構件或堵塞件(210)，該碳構件或堵塞件是高度壓緊的實體，其優選由活性炭顆粒和石墨材料及粘結劑構成，將其插入並接納於HEU外殼的內部，並基本朝上延伸且鄰近HEU外殼的上部周邊(212)。通過使用端部敞開的外殼和碳材料的預成型堵塞件(210)，HEU內可包含最大量的吸附劑材料。如上所述，一旦將閥固定在頂部段(204)上適當位置，可使如二氧化碳之類的增壓介質通過閥進入HEU (200)的內部並被包含在碳堵塞件(210)內的壓緊的碳顆粒吸附。閥作動時，二氧化碳氣體從碳中退吸附，冷卻裝有HEU (200)的容器內的食品或飲料。如圖6所示，HEU (200)的頂部段(204)被成形為使得其裙部(216)被裝配在HEU外殼(202)的外表面(218)外面。頂部段(204)的裙部(216)包括內表面(214)，該內表面可以限定出多道凹槽，如圖所示的(220)、(222)和(224)。頂部段(204)的內表面(214)接納合適的金屬-金屬黏合劑結合材料以便將HEU (200)的頂部段(204)永久地固定到HEU外殼(202)。應理解的是，頂部段(204)的內表面可以是光滑的或可根據需要限定一道或多道凹槽。可使用各類食品級黏合劑，只要它們能將頂部(214)永久地結合到HEU (200)的外殼(202)上並形成安全密封以將增壓的二氧化碳保持在HEU內即可。可被使用的這類黏合劑的示例可以是如環氧樹脂、丙烯酸樹脂等之類的交聯黏合劑。頂部段(204)可由合適的金屬坯料(如不鏽鋼)機加工而成。優選的是，頂部段(204)可由鋅或鋁壓鑄而成。無論頂部段(204)是機加工還是壓鑄而成，或由其他方法(如，網眼衝壓(eyelet stamping)或成型或離心鑄造)形成，其具有能承受由增壓二氧化碳所產生的壓力的所需強度，且即使在高溫條件下也不會出現故障。如圖7更清楚地看到的，頂部段(204)被形成為提供肩部或止擋部(226)，該肩部或止擋部被設置在頂部段(204)的內表面(214)上，且如果設有凹槽(220)、(222)和(224)的話，肩部或止擋部被設置在這些凹槽之上。肩部(226)被設置成與HEU( 200)的外殼(202)的稜邊(207)配合。將碳堵塞件(210)定位在外殼(202)的內部後，頂部段(204)的內部施加有適當的黏合劑，然後使頂部段滑入外殼(202)的外表面(218)外面就位直到其稜邊(207)與肩部(226)接合，於是此時頂部段(204)處於適當位置。由於放置粘合劑，頂部段(204)隨後被永久地定位並被保持就位且被結合到外殼(202)，致使其不能被移除。還需要了解的是，可在頂部段(204)的底部邊緣(230)和外殼(202)的外表面(218)之間形成如焊縫(228)之類的密封部。該密封部或焊縫(228)可解決容器輪廓突然改變的問題，且由此排除了截留汙染物的可能性。形成頂部段(204 )的敞開上部部分(208 )以提供堅硬捲曲部(232 )，如上所述該堅硬捲曲部接納閥的安裝構件的外周邊的彎邊凸緣。HEU (202)的頂部段(204)優選由壓鑄鋅或鋁構成，其足夠堅固，從而在由冷卻介質(如被碳堵塞件(210)吸附的二氧化碳氣體)所產生的壓力下不會被壓破或移動。通過使用如上面所示和所述的結構，最大量的高度壓緊的碳顆粒可被接納在HEU外殼內，以使被HEU吸附的二氧化碳的量最大化。如在現有技術中公知和描述的那樣，當閥(二氧化碳通過其被引入碳堵塞件(210))被啟動時，被吸附的二氧化碳隨後從碳顆粒中退吸附並離開HEU，這樣可從HEU的外表面(218)周圍的食品或飲料中移除熱量，因此可將食品或飲料冷卻到所需要的結果(amount)而使其更可口。如在美國專利6，105，384中所描
述的(該專利作為參考加入本申請中)，可在HEU的整個外表面覆敷保護性食品級塗層，以排除HEU周圍的食品或飲料的任何汙染或改變其口感的可能性。所述塗層可以是厚度在4至10微米之間的食品級環氧漆(epoxylacquer)。如此，本說明書中公開的HEU由具有足夠強度的材料構成，並被構造成即使在相當高的壓力情況下也是有效和安全的。
權利要求
1.一種用於盛裝增壓介質的熱交換單元，以使被放置在容器內並圍繞該熱交換單元的食品或飲料冷卻，其包括 金屬外殼，具有外表面、封閉的底部和以稜邊終止的敞開的上端部； 金屬頂部段，具有開口和裙部，開口由堅固的捲曲部限定，裙部被裝配在所述金屬外殼的敞開的上端部外面並沿所述外殼的外表面向下延伸；及 金屬-金屬黏合劑，設置在所述頂部段和所述外殼之間，以便永久地將所述金屬頂部固定到所述金屬外殼。
2.如權利要求I所述的熱交換單元，其中，還包括被接納在所述金屬外殼內的壓緊的碳顆粒。
3.如權利要求I所述的熱交換單元，其中，所述頂部段的所述裙部包括內表面，所述黏合劑被設置在所述內表面上。
4.如權利要求3所述的熱交換單元，其中，所述裙部的所述內表面包括連續的肩部，該肩部被設置在處於其中的所述開口和所述裙部的終端之間，當所述頂部段就位於所述金屬外殼上時，所述金屬外殼的所述稜邊鄰接所述肩部。
5.如權利要求2所述的熱交換單元，其中，還包括固定到所述堅硬捲曲部的閥，該閥用於將增壓介質注入所述熱交換單元以便被所述碳吸附，和用於退吸附所述增壓介質以便冷卻所述食品或飲料。
6.如權利要求I所述的熱交換單元，其中，所述金屬頂部段大體厚於所述金屬外殼。
7.如權利要求6所述的熱交換單元，其中，所述金屬頂部段是壓鑄件。
8.如權利要求6所述的熱交換單元，其中，所述金屬頂部段是機加工件。
9.如權利要求6所述的熱交換單元，其中，所述金屬外殼和所述金屬頂部段由鋁製成，且所述外殼是衝擠件。
10.如權利要求6所述的熱交換單元，其中，所述裙部的內部直徑大體與所述金屬外殼的外部直徑相同，而尺寸被確定為在組裝過程中允許所述裙部滑配於所述金屬外殼外面。
11.如權利要求2所述的熱交換單元，其中，所述增壓介質是二氧化碳。
12.如權利要求3所述的熱交換單元，其中，所述頂部段的所述內表面限定至少一道凹槽，所述黏合劑被設置在至少所述凹槽內。
全文摘要
一種熱交換單元(HEU)，被定位在用於盛裝食品或飲料的容器的內部，該HEU包括具有外表面的金屬外殼和具有裙部的金屬頂部段，金屬頂部段被裝配在金屬外殼的外表面外面並通過黏結材料被永久地固定到所述金屬外殼，壓緊的碳顆粒被設置在所述金屬外殼內，二氧化碳氣體被所述碳顆粒吸附，當固定到所述頂部段的閥被啟動時，碳顆粒退吸附，以冷卻食品或飲料。
文檔編號F25D3/00GK102947654SQ201180031123
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月15日 優先權日2010年4月23日
發明者D.卡爾, M.西林斯 申請人:約瑟夫國際股份有限公司