Brevet FR2593694A1 — publié le 19870807

L'objet spécifique de la présente invention est un emballage monodose autochauffant, de faible encombrement. Il permet, grâce à un dispositif de transfert de chaleur instantané créé par une réaction chimique, la production d'une tasse de cafe "infusé", chaude, immédiatement consommable. L'invention concerne donc un système autonome et automatique de production d'une boisson chaude, en l'occurrence le café. Ce procédé est également utilisé pour tout autre produit alimentaire infusé ou mélangé : thé, chocolat, potages... Les dispositifs existant actuellement ne permettent que de réchauffer une boisson déjà préparée. Le dispositif de la présente invention apporte l'avantage d'obtenir un café d'excellente qualité par la préparation instantanée des différents constituants, quel que soit le moment choisi pour la consommation : sports, loisirs, voyages, lieu de travail... "KIT CAFE" offre une totale autonomie, supprime les contraintes des autres formes d'utilisation : thermos, machine à cafe, vente ambulante. I1 est d'un poids et d'un encombrement minimum, le chauffage est rapide, il élimine les risques inhérents à la réaction chimique (suppression des gaz et vapeurs toxiques, il rend impossible toute erreur de manipulation. De nombreuses applications de la présente invention sont envisageables pour des usages différents qui offriront un maximum de satisfaction. La description et le fonctionnement de la présente invention demande que l'on se réfère au plan d'ensemble du dispositif "KIT CAFE" avant son utilisation et aux schémas de détail de quelques pièces constituant certaines parties du dispositif. FIGURE I : La figure I représente dans sa partie gauche l'ensemble du dispositif vu en coupe verticale et dans sa partie droite une vue partielle en coupe. L'invention est indexée suivant la légende suivante 1 - tasse en matière plastique injectée destinée à récupérer la boisson après sa préparation. 2 - vue en coupe de l'intérieur du récipient constituant le réacteur producteur de chaleur. 3 - réserve d'eau du réacteur. 4 - ensemble des réactifs. 5 - couvercle du réacteur. 6 - enveloppe extérieure du dispositif. 7 - éléments constituant la boisson à infuser ou a mélanger. 8 - filtre permettant l'infusion. 9 - opercule. 10 - café moulu prêt à subir son infusion par de l'eau chauffée. FIGURE Il : La figure II représente une vue de dessus du dispositif, laissant apercevoir les accessoires complémentaires permettant de sucrer à volonté le café. Le dispositif est isolé de l'extérieur par une pellicule de protection que l'on arrache avant l'utilisation. 11 - sachet de sucre en poudre exclu volontairement du café, en vue de respecter les goûts de chaque consommateur. 12 - cuillère en plastique permettant de mélanger le sucre. 13 - pellicule de protection. FIGURE III : La figure III montre l'intérieur du réacteur, constitué d'une bande d'aluminium moulé renfermant les réactifs nécessaires à la production de chaleur. "KIT CAFE" se compose de trois parties principales Premièrement : le réacteur producteur d'énergie calorifique. Deuxièmement : le système de déclenchement de la réaction chimique. Troisièmement : l'ensemble des éléments composant la boisson à infuser ou à mélanger : l'eau séparée par un opercule de l'ingrédient alimentaire contenu dans le filtre. I - LE REACTEUR PRODUCTEUR D'ENERGIE CALORIFIQUE Le réacteur autochauffant est constitué d'un récipient en tôle d'aluminium semi-rigide, embouti, recouvert d'un film de vernis alimentaire sur sa face extérieure, partie qui reste directement en contact avec les aliments à chauffer. Afin de garantir la parfaite étanchéité du dispositif lors du déclenchement du processus chimique engendrant la production et le transfert de chaleur, le couvercle (5), la réserve d'eau du réacteur (3) et le conteneur (2) sont solidairement et solidement sertis lors de la fabrication du système. La forme octogonale et curviligne imposée au réacteur par formage permet, au moment de la variation de volume contrôlée par la spirale chimique de rétablir le cylindre initial. Ce procédé offre essentiellement deux avantages 1) il évite tous les risques d'éclatement que pourrait occasionner une pression excessive dans la chambre du réacteur lors de la réaction chimique de production de chaleur. 2) cette faculté de déformation qui rendra au réacteur une forme cylindrique permet d'obtenir une augmentation suffisante de la pression dans le récipient contenant l'eau alimentaire ou tout autre produit à chauffer (7) pour claquer automatiquement l'opercule de séparation (9). C'est après le claquage de l'o- percule de séparation (9) que l'eau "alimentaire" (ou tout autre produit) chauffée par le transfert de chaleur du réacteur, traverse et infuse le café moulu (10) qui est filtré par l'intermédiaire du filtre (8) et recueilli dans la tasse (1) prêt à être consommé immédiatement. II -. DECLENCHEMENT DE LA REACTION CHIMIQUE Le déclenchement du processus de réaction chimique s'obtient d'une manière simple et élémentaire. Il ne nécessite de la part de l'utilisateur ni outil, ni manipulation compliquée. Ceci rend aisée l'utilisation du "KIT CAFE" dans n'importe quels lieux et circonstances. Un mouvement rotatif d'un quart de tour de l'envelôppe extérieure (6) en maintenant la tasse (1) suffit simplement à déclencher le processus. C'est dans le réacteur (2) que s'opère l'ensemble des réactions chimiques exothermiques, en phase hétérogène, nécessitant l'utilisation d'eau (H20) sous forme liquide au départ de la réaction chimique, puis sous forme de vapeur à la fin de l'opération. de trois composés solides présentés sous une forme granuleuse ou pulvérulente : Oxyde de Calcium (Cao), Chlorure de Calcium (Cacl2), Oxyde de Magnésium (MgO) Plusieurs réactions chimiques ont été étudiées : ce sont toutes des réactions d'hydratation qui produisent des hydroxydes dont la nocivité est comparable à celle d'un mortier obtenu avec de la chaux. Par consequent, elles évitent la formation de résidus toxiques et dangereux. Parce que ces réactions chimiques engendrent approximativement la même quantité d'énergie, le produit de base utilisé, pour des raisons economiques, est l'Oxyde de Calcium, deux autres composés, Chlorure de Calcium (Cacl2) et Oxyde de Magnésium (M 0) n'entrant dans la composition du produit qu'en tant qu'au vants. Les propositions relatives des reactifs et leur mode de conditionnement attribuent au réacteur deux rôles précis et distincts 1) la génération d'énergie, 2) la génération de pression. 1) la génération d'énergie Puisque le premier objectif est d'élever la température de 100 ml d'eau de qualité "alimentaire", quelle qu'en soit la température de base, à une température de 85 dans un temps relativement rapide pour éviter la déperdition de chaleur, la quantité des réactifs utilisés se répartit donc de la façon suivante Nom du Réactif Symbole chimique Quantité Forme Oxyde de calcium CaO 40 g poudre Chlorure de Calcium Cacl2 15 g granulés (20 mesh) Oxyde de Magnesium MgO 2,5 g poudre Eau H20 40 g liquide La libération de l'énergie nécessaire à l'élevation de la température au sein de la chambre de combustion du réacteur, ainsi que le transfert de cette énergie au liquide à chauffer restent soumis à des contraintes très spécifiques : a) rapidité b) sécurité c) fiabilité a) rapidité : A la température ambiante du départ de la reaction chimique, la vitesse de réaction de l'eau sur l'oxyde de calcium (CaO) reste faible, elle est par contre beaucoup plus élevée à plus haute température. Même à froid, le chlorure de calcium (Cacl2) réagit très rapidement sur I'eau, provoquant une libération d'energie calorifique importante : il joue donc le rôle d'accélérateur de réaction. Le mélange permettant d'atteindre la température idéale de 85 dans un délai raisonnable de 3 inclut donc du chlorure de calcium dans la proportion de 25 Z. b) sécurité : C'est cette proportion de 25 Z de chlorure de calcium qui permet de contrôler cinétiquement l'ensemble des réactions en éliminant tout risque d'explosion du système ce qui en garantit la sécurité. c) fiabilité : Un élément très favorable dans ce type de réaction réalisée en phase hétérogène avait pour origine la faible solubilité du chlorure de calcium (Cacl2) dans l'eau (H20) dans la proportion infime de 7 Zo (7 g de dorure de calcium (Cacl2) pour 1000 g d'eau (H20). Si l'on n'avait trouvé aucun moyen d'intervenir à ce niveau de la réaction chimique on aboutissait donc à une passivation de la reaction. Seule la couche superficielle réagissait bien, le reste demeurant inattaqué, ou n'offrait qu'un faible taux de réation. Cela entraSnait, par voie de conséquence, et un gaspillage des réatifs utilisés, et un mauvais enchaînement de la reproductivité de ladite réaction chimique. L'élimination de la passivation de la réaction chimique dans la chambre de réaction constitue l'originalité de la présente demarche, par rapport à la section du réacteur ; il est donc possible que l'eau pénètre les réactifs solides dans leur totalité, avec un coefficient multiplié par 15. Le mode de conditionnement des réactifs solides offre une surface d'attaque importante tout en comportant des vides intersticiels. Les réac tifs sont donc emprisonnés, à l'état inerte dans un ruban de papier aluminium (commercial courant) de 30 cm de long, 4 cm de large, 4 mm d'épaisseur. Le ruban ainsi constitué est finement perforé puis enroule en spirale au fond du réacteur (figure III). Ce système de contrôle optimise le dégagement immédiat et continu de la chialeur, ainsi que la constance de réponse de la réaction. Il permet d'utiliser au maximum l'énergie produite. 2) la génération de la pression Après sa formation, l'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) présente l'avantage de pouvoir s'hydrater. Cette hydratation correspond à une absorption d'environ 20 % par rapport à la masse initiale d'hydroxyde. Il engendre parallèlement un phénomène de gonflement maîtrisé par l'adjonction d'oxyde de magnésium (MgO) dans une proportion d'environ 5 Z. On peut donc ainsi diminuer l'hydratation d'un facteur 3. Le mode de conditionnement particulier des réactifs solides (ruban disposé en forme de spirale au fond du réacteur) permet au réacteur de subir une poussée latérale provoquée par le processus chimique. Le réacteur reprend alors la forme cylindrique qu il avait originellement avant son formage. Cette augmentation de volume du réacteur modifie la pression interne du recipient (7). Le claquage de l'opercule permet alors la libération du liquide à 20 comprimé auparavant par la transformation du réacteur. L'eau "alimentaire" ainsi chauffee traverse alors le filtre (8) et infuse le café (ou le thé). La récupération de la boisson s' effectue ensuite dans la tasse (1). Elle est prête à la consommation. Dans les cas où les boissons à chauffer ne sont pas des infusions (chocolat, potages, par exemple), le dispositif automatique de transfert de chaleur chauffe de manière identique les liquides. L'augmentation de la pression interne au sein du reacteur soumet ce dernier à la même modification de volume : retour du récipient octogonal à sa forme initiale cylindrique. Le surplus de pression dans le récipient (7) contenant le liquide chauffé entraîne parallèlement la rupture de l'opercule (9) et permet l'écoulement de la boisson et sa récupération dans la tasse (1) pour sa consommation immediate. Possibilite d'extension du sytème Il est possible d'envisager dès à présent de rafraîchir des boissons (bière, coca, sodas) en utilisant alors des réactions endothermiques hété- rogènes automatiques contrôlées. la démarche est identique puisque seul le changement de volume du réacteur dans la phase finale du processus chimique provoque le claquage de l'opercule (9) qui retient dans un conteneur (7) la boisson fraîche recueillie dans la tasse (1) pour sa dégustation. Exposé des techniques antérieures et des problèmes posés Les inconvénients inhérents aux dispositifs de transfert de chaleur destinés à de tels usages provenaient souvent de l'ignorance dans laquelle se trouvait l'utilisateur face aux problèmes de la commande du déclenchement du dispositif de transfert de chaleur. La mise en oeuvre devant être simple et facile, exécutable au moment voulu et ce pour empêcher tout déclenchement accidentel. D'autres inconvénients avaient pour origine des problèmes d'étanchéité, de durée de conservation tant des produits alimentaires que des réactifs chimiques. Enfin, on se trouvait confronté à des difficultés de contrôle de la vitesse de la réaction chimique : les précédents systèmes n'offront que peu de garanties de sécurité : dégagement de gaz ou de vapeurs nocifs, risques d'éclatement du réacteur à cause de la pression exercée dans la chambre de combustion au moment de la réaction chimique. Revendications 1) Dispositif automatique monodose autochauffant ou refroidissant pour boissons et aliments, caractérisé par le fait qutil se compose d'un réacteur autochauffant ou refroidissant (2), d'un système de déclenchement de la réactionchimique exothermique ou endothermique, un ensemble d'élements composant la boisson à traiter, à infusex-ou à mélanger, et une réserve d'eau séparée de l'ingrédient alimentaire éventuel. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le reacteur (2) est fermé-etanche par un couvercle (5) serti de forme bombée, ce réacteur étant de préférence de forme octogonale et curviligne dans le cas d'une boisson à infuser. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le volume intérieur du réacteur (2) se trouve cloisonné par une membrane en deux compartiments étanches. 4) Dispositif selon les revendications I, 2 et 3, caractérisé en ce que le volume intérieur reçoit un reactif solide (4) constitué d'oxyde de calcium melangé à des adjuvants dans le but d'accélérer et contrôler la réaction chimique exothermique de production et transfert de chaleur. 5) Dispositif selon l'ensemble des revendications de 1 à 4, caractérisé par le fait que le réactif solide (4) est -- - logé dans un ruban d'aluminium perforé dispose en forme de spirale. 6) Dispositif selon l'ensemble des revendications de 1 à 5, caractérisé par le fait que le ruban d'aluminium perforé disposé en forme de spirale, permet, dans le cas d'une boisson à infuser, l'augmentation du volume du reacteur (2). 7) Dispositif selon l'ensemble des revendications de 1 à 3 caractérisé par le fait que le volume supérieur contient de l'eau (3) devant hydrater le réactif solide (4), suite à la rupture de la membrane. 8) Dispositif selon les revendications 1 et 7, caractérise par le fait que la membrane est - claquée par la pression due à la variation du volume du réservoir (3) obtenue par la déformation du couvercle (5). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble des éléments composant la boisson à traiter, à infuser ou à mélanger, se compose des réservoirs (7) et (8) et de la tasse (1). 10) Dispositif selon les revendications 1 et 9, caractérisé par le fait que les réservoirs (7) et (8) contiennent d'une part le liquide alimentaire et d'autre part les ingrédients (10) du type chocolat, café. 11) Dispositif selon les revendications 1 et 10, caractérisé par le fait que les réservoirs (7) et (8) sont obligatoirement séparés et étanches. 12) Dispositif selon la revendication 1 et 11, caractérisé par le fait que l'étan- chiite est ----- pour la boisson à infuser, assurée par un opercule (9) à claquer. 13) Dispositif selon les revendications 1, 11 et 12, caractérisé par le fait que la boisson à mélanger de type lyophilisé est chauffée au contact du système producteur de chaleur. 14) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise par le fait que l'enveloppe extérieure (6) contient et protège dans sa partie supérieure le sucre (11) et la cuillere (12).