Brevet FR2810015A1 — publié le 20011214

PROCEDE DE FABRICATION D'UN EMABALLAGE DE BOISSON AUTO- REFRIGERANT ET EQUIPEMENT DE MISE EN OEUVRE DUDIT PROCEDE La présente invention concerne un procède de fabrication d'un emballage de boisson auto- réfrigérant, ainsi qu'un équipement de mise en #uvre d'un tel procédé. L'invention s'applique tout particulierement au refroidissement de boissons contenues dans un emballage fermé de type canette ou bouteille. L'objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un emballage de boisson permettant le refroidissement rapide de la boisson pour sa consommation à une température idéale en tout lieu et toute heure. En particulier, l'invention propose un tel procédé de fabrication qui soit simple à mettre en #uvre et rentable dans le cadre d'une exploitation industrielle. I1 existe principalement deux méthodes physiques de refroidissement d'un emballage ou d'une enceinte. D'une part, le refroidissement par détente d' gaz selon les lois thermodynamiques classiques, et d'autre part le refroidissement par évaporation et adsorption dont le principe consiste à évaporer un liquide sous l'effet d'une dépression entretenue par adsorption des vapeurs dudit liquide. Ainsi, par exemple, la première méthode a été mise en #uvre dans la demande de brevet français FR 97 04531 qui propose de réaliser le rafraîchissement d'une boisson en canette au moyen d'une détente de gaz comprimé. Une cartouche de gaz à détendre est placée dans un radiateur métallique lui-même placé à l'intérieur de la canette. Cette solution présente plusieurs inconvenients. une part, la cartouche de gaz occupe environ la moitié du volume de la boisson à refroidir, ce qui est imposé par la quantité de gaz nécessaire au refroidissement de la boisson. D'autre part, le prix de revient d'une cartouche de gaz comprimé est élevé, ce qui entraîne une augmentation trop forte du prix de la canette. La mise en ceuvre de l'autre méthode de refroidissement par évaporation et adsorption a egalement fait l'objet de nombreuses recherches dans l'art antérieur. De nombreux dispositifs ont été proposés, associant un évaporateur contenant un liquide à évaporer à un réservoir contenant un adsorbant Ainsi par exemple, une telle méthode a été mise en ceuvre dans des dispositifs autonomes tels que des réfrigérateurs portables. Le brevet, US 4 205 531, dont une illustration est donnée sur la figure 1, propose un système de réfrigération en deux parties. Un évaporateur 101, constitué d'une chambre contenant un liquide 103 à évaporer, se trouve à l'intérieur d'une enceinte 100 et une autre chambre 102 contenant l'adsorbant 104 se trouve à l'extérieur. deux chambres 101 et 102 sont reliées par une conduite 110 munie d'une valve 111. Un câble électrique 105 est en outre prévu dans la chambre extérieure 102 afin de chauffer et de régénérer ainsi l'adsorbant 104. Une autre conduite 112 permet de relier l'évaporateur 101 à une pompe à vide par l'intermédiaire de la conduite 110 et d'une vanne 113. Ce brevet revendique le contrôle d'une pression dans l'évaporateur bien inférieure à la pression de vapeur saturante du liquide par le moyen d'une pompe à vide. Aucune indication n'est cependant donnée sur la façon d'abaisser la pression partielle dans l'évaporateur 101 sans faire évaporer complètement le liquide réfrigérant 103, ce qui constitue une réelle difficulté physique. De plus, ce dispositif est complexe à fabriquer (vannes, tubes et câbles) et n'est pas bon marché, surtout pour garantir un bon vide. En outre, la mise en oeuvre de la méthode de refroidissement par évaporation et adsorption a également été proposée pour des emballages de boisson. Ainsi, le brevet US 4 736 599, dont une illustration est donnée sur la figure 2, propose de réaliser un échangeur 16 (évaporateur) contenu totalement à l'intérieur du récipient 10 à refroidir (explicitement décrit comme une canette), mais insiste sur le caractère réversible de la mise en communication de l'échangeur 16 avec l'adsorbant contenu dans un réservoir 22 situé sous la canette 10. Ce dispositif comporte au moins quatre vannes . deux pour faire le vide 19 puis remplir 20 l'échangeur 16, une pour faire le vide dans le réservoir 22 de l'adsorbant et une pour contrôler le déclenchement du refroidissement 27. Cette construction complexe ne permet certainement pas d'atteindre un prix de revient compatible avec un emballage jetable comme une canette et le caractère réversible de la mise en communication contribue à cette complexité. D'autres brevets, le US 4 759 191, complété par le US 5 048 301 des mêmes inventeurs, dont une illustration est donnée sur la figure 3, proposent de réaliser la réfrigération d'une boisson 15 contenue dans un emballage 10 au moyen d'un module 11 placé dans l'emballage 10 (présenté comme une canette). Ce module 11 se compose de plusieurs chambres une première 12 qui contient le liquide à évaporer (de l'eau) et une seconde chambre 14, interne à la première 12, contenant des dessicants 25 et des pièges à chaleur 24. Des moyens de déclenchement permettent de mettre en contact l'eau 18 et les dessicants 25 qui agissent comme une pompe pour la vapeur d'eau. Cette réaction d'adsorption, qui refroidit la première chambre 12, provoque cependant un important dégagement de chaleur dans la deuxième chambre 14, qui peut être piégée par des matériaux particuliers 24 (par changement de phase ou par réaction endothermique). Le second brevet US 5 048 301 propose à ce titre d'ajouter une isolation thermique (de type DEWAR) par une chambre vide 13 entourant la chambre 14 contenant l'adsorbant 25. Aucune des inventions de l'art antérieur n'a connu une application commerciale significative à ce jour I1 y a à cela des raisons techniques de performance et des raisons économiques de coût de fabrication auxquels la présente invention propose des solutions. En effet, certains impératifs techniques et physiques n'ont jamais été sérieusement pris en considération dans l'art antérieur, et les contraintes de coûts de fabrication sont importantes étant donné l'application à des dispositifs jetables. La complexité des dispositifs proposés dans 1 art antérieur constitue un obstacle évident à leur développement. Les vannes de mise en communication réversibles du brevet US 4 736 599, bien que non décrites en détail, sont complexes et coûteuses à fabriquer. Les brevets US 4 759 191 et US 5 048 301 souffrent de la même contrainte économique et soulignent en outre la difficulté d'évacuer la chaleur dégagée dans l'emballage par l'adsorbant et les moyens complexes à mettre en ceuvre pour cela. De plus, ces dispositifs ne permettent pas de réaliser un refroidissement rapide de la boisson. Deux points essentiels pour un tel refroidissement rapide ont en effet été insuffisamment pris en considération. D'une part l'efficacité de l'échange thermique entre l'évaporateur et la boisson, et d'autre part la vitesse de pompage des vapeurs du liquide réfrigérant dans évaporateur. La vitesse de pompage dépend bien entendu de 1 efficacité de l'adsorbant, mais aussi des caractéristiques géométriques du moyen de mise en communication de l'évaporateur avec le réservoir contenant l'adsorbant, ainsi que de la pression residuelle des gaz non adsorbables, c'est à dire des gaz autres que la vapeur du liquide réfrigérant. Or, aucun des dispositifs de l'art antérieur ne propose de dispositions particulières pour assurer un débit de pompage des vapeurs. En outre, les dispositifs de l'art anterieur presentent rarement leurs méthodes de fabrication et en particulier la façon d'assurer un bon vide dans l'echangeur. Le brevet US 4 736 599 décrit une structure de vannes qui permet de faire le vide avant d'introduire le liquide réfrigérant dans l'échangeur. Cette methode certainement efficace, mais elle conduit à un dispositif complexe et onéreux par le nombre de vannes il comporte. Les brevets US 4 759 191 et US 5 048 ne precisent pas la façon d'éliminer l'air de la chambre contenant le liquide réfrigérant au moment la fabrication du dispositif. Or, c'est la pression résiduelle des gaz non absorbables, donc non pompés, qui limite le processus de refroidissement. L'objectif de la présente invention de résoudre les inconvénients de l'art antérieur. L'objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication qui permette de réaliser le refroidissement rapide d'une boisson dans son emballage avec un dispositif simple et bon marché. A cet effet, l'invention propose un procedé de fabrication d'un emballage de boisson auto-réfrigérant qui se compose de deux éléments distincts Un évaporateur (une cavité) contenant un liquide réfrigérant est disposé à l'intérieur de l'emballage et des moyens de connexion sont prévus pour relier l'évaporateur à des moyens de pompage externes à l'emballage qui permettent de provoquer et d'entretenir l'évaporation du liquide réfrigérant. En outre, le procédé de fabrication de l'emballage de boisson selon l'invention permet de maintenir la pression des gaz non absorbables dans l'évaporateur à un niveau faible, inférieur à 3 mb. présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un emballage de boisson auto-réfrigérant, caractérisé en ce il comporte une étape consistant à assembler des moyens de réfrigération à l'intérieur de l'emballage, lesdits moyens de réfrigération étant composés 'une cavite contenant un liquide réfrigérant apte à s'évaporer sous l'effet d'une dépression, des moyens de connexion de ladite cavité à des moyens de pompage externes étant prévus dans l'emballage, la pression partielle des gaz non absorbables dans la cavité interne étant maintenue inférieure à 3mb. Selon les modes de mise en aeuvre, le liquide réfrigérant est de l'eau ou de l'eau contenant un additif abaissant sa température de solidification. Selon une caractéristique, le liquide refrigérant remplit partiellement la cavité interne. Selon une autre caractéristique, le liquide réfrigérant a été dégazé préalablement à son introduction dans la cavité interne. Selon une particularité, l'étape d'assemblage de la cavité interne à l'intérieur de l'emballage est réalisée avec la cavité contenant le liquide réfrigérant congelé. Selon un mode de mise en oeuvre, le procède comporte étapes suivantes: - réalisation d'au moins une partie d'une cavité, - remplissage de ladite cavité par un liquide réfrigérant, - congélation dudit liquide, - assemblage de la cavité dans l'emballage muni de moyens de connexion. Selon un autre mode de mise en oeuvre, le liquide refrigérant est congelé selon une forme s'intégrant dans la cavité, puis placé dans ladite cavité avant son assemblage dans l'emballage. Selon une caractéristique, les moyens de connexion sont constitués d'une structure conique fermant la cavité et comportant une empreinte de désoperculage. Selon un mode de réalisation, les moyens de connexion sont réalisés dans le fond de l'emballage. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de connexion sont réalisés dans le couvercle de emballage. Selon un mode de réalisation, l'assemblage la cavité interne à l'emballage est réalisé par sertissage a froid. Selon un autre mode de réalisation, l'assemblage de la cavité interne à l'emballage est réalisé par collage. Selon un mode de réalisation, l'assemblage la cavité dans l'emballage est réalisé sous vide d' ' . Selon un autre mode de réalisation, l'assemblage de la cavité dans l'emballage est réalisé à pression atmosphérique, le procédé comportant en outre étape de pompage de la cavité avant fermeture de ladite cavité. L'invention concerne également un équipement de mise en ceuvre du procédé, caractérisé en ce il comporte: - des moyens de congélation d'un liquide réfrigérant, - des moyens d'assemblage d'une cavité contenant le liquide réfrigérant congelé dans un emballage, - des moyens de réalisation du vide dans la cavité. La cavité interne et les moyens de pompage externes constituent deux éléments distincts indépendants dans leur conception et fabrication. Ainsi, la fabrication d'un emballage auto-réfrigérant est grandement simplifiée puisqu'il ne contient qu'un évaporateur et des moyens de connexion. Les chaînes de fabrication emballages classiques peuvent donc facilement être adaptees. Selon une particularité avantageuse, l'emballage de boisson auto-réfrigérant obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention ne comporte aucune vanne de remplissage ou de pompage, ce qui simplifie la fabrication et diminue le coût de la production. 'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui suit donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en référence aux figures dans lesquelles: La figure 1, déjà décrite est un schéma un dispositif portable auto-réfrigérant selon l'art antérieur, La figure 2, déjà décrite, est un schema d'une canette de boisson auto- réfrigérante selon une variante de l'art antérieur ; La figure 3, déjà décrite, est un schema d'une canette de boisson auto-réfrigérante selon une autre variante de l'art antérieur ; - La figure 4 est une vue schématique en coupe transversale selon AA, d'un emballage de boisson selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - La figure 5 est une vue schématique, de dessus selon BB, de la figure 4 ; - Les figures 6a et 6b sont des vues détaillées des moyens de connexion ; - La figure 7 est une vue schématique, en coupe transversale selon AA, d'un emballage de boisson selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - La figure 8 est une vue schématique, de dessus selon BB, de la figure 7 ; description qui suit concerne un procédé de fabrication d'un emballage de boisson, du type canette en acier ou en aluminium selon les fabricants, muni de moyens de réfrigération basés sur le principe de l'évaporation d'un liquide réfrigérant à pression réduite. procédé selon l'invention consiste à fabriquer un échangeur thermique 2 et à le placer à l'intérieur d'un emballage de boisson, constitué d'une canette 10 de forme et de volume standardisés. Cet échangeur thermique est réalisé sous la forme d'une cavité que l'on remplit d'un liquide réfrigérant L. Afin d'en faciliter la fabrication et le recyclage, la cavité 2 est avantageusement composee du même matériau que la canette 10, à savoir en acier ou en aluminium. Selon le procédé de l'invention, la cavité est réalisée séparément puis assemblée dans l'emballage 10 en enfermant le liquide réfrigérant L. Pour une telle opération soit possible, l'invention propose de réaliser l'étape d'assemblage avec le liquide L congelé à l'intérieur de la cavité 2. Le liquide réfrigérant L peut avoir été introduit dans la cavité 2 sous forme liquide puis congelé avec la cavité 2, ou avoir été congele séparément sous une forme s'intégrant a la cavité 2. Préférentiellement, le liquide L ne rempli que partiellement la cavité 2, par exemple à moitié. parois internes de la cavité 2 peuvent avantageusement être recouvertes d'un matériau poreux hydrophile, comme de la cellulose ou un polymère par exemple. Ce matériau peut être collé sur les parois de la cavité 2 lors de sa fabrication ou mis en place en meure temps que le liquide L congelé. Le liquide réfrigérant L contenu dans la cavité interne 2 peut être de l'eau, ou préférentiellement de eau contenant un additif abaissant sa température de solidification, tel que du NaCl par exemple. Avec un tel additif, il est possible d'améliorer vitesse de refroidissement de la boisson en abaissant la température de la cavité 2 (l'échangeur thermique) en dessous de 0 C lorsque le liquide réfrigérant L est de l'eau. Selon une particularité de l'invention, la cavité interne 2 ne contient que le liquide refrigérant L ainsi que les vapeurs dudit liquide L, c'est à dire que le liquide L a préalablement été dégazé avant d'être introduit dans la cavité 2. Ce dégazage peut être assuré, en particulier, par une ébullition à pression atmosphérique suivie d'une ébullition par réduction de pression jusqu'à quelques millibars. En d'autres termes, la pression partielle dans la cavité interne 2 des gaz autres que la vapeur du liquide réfrigérant L, avant connexion de la cavité 2 aux moyens de pompage externes, est maintenue inférieure ou égale à 3mb. Cette particularité permet d'assurer une bonne vitesse d'évaporation en évitant de limiter la réaction d'évaporation avec gaz non adsorbables qui seraient contenus dans la cavité 2. La cavité 2 présente des particularités géométriques telles que son rapport volume sur surface est trois à sept fois plus faible que le rapport volume sur surface de l'emballage 10. Plusieurs configurations géométriques sont possibles pour réaliser cavité 2. Selon une première configuration possible, en référence aux figures 4 à 6, la géométrie de la cavité privilégie une grande surface d'échange avec la boisson à refroidir pour un faible volume occupe dans 'emballage 10. Selon ce mode de réalisation, la cavité 2 de structure tubulaire, principalement constituée de tubes pompage 3 qui forment des nervures maintenues entre elles par des plaques 31 et contenant le liquide refrigérant L à évaporer. La cavité interne peut avantageusement présenter une forme d'arc de cercle épousant la forme de la canette 10. La structure tubulaire de la cavité 2 peut être obtenue en réalisant séparément les deux faces (portion tubes et plaques) par emboutissage. Le liquide L congelé est alors introduit entre les deux faces qui sont assemblées pour former la cavité 2. La cavité 2 contenant le liquide réfrigérant L, ensuite scellée à l'emballage 10, par sertissage à froid de deux cônes l'un dans l'autre, collage toute autre technique. Par sertissage à froid, on entend assemblage de deux pièces mises en contact à des températures différentes et qui se dilatent ou se retractent pour se solidariser. Afin de garantir un bon vide dans la cavité 2, 1 étape d'assemblage peut être réalisée, par exemple, sous vide d'air et sous pression de vapeur saturante du liquide réfrigérant L. Si l'assemblage est réalisé à pression atmosphérique, il est alors nécessaire de prévoir une étape de pompage de la cavité 2 avant fermeture de cette dernière. Les moyens de connexion 5, qui permettent de relier la cavité interne 2 aux moyens de pompage externes sont illustrés en détail sur les figures 6a et 6b. Ces moyens de connexion 5 associent un tube 4 prolongeant la cavite 2 et le fond de l'emballage 10 par des formes coniques complémentaires serties (51 et 52) et (53 et 54). Ce sont les moyens de connexion 5 qui assurent la fermeture de l'emballage 10 et/ou de la cavité 2. Il peut également être envisagé de réaliser les moyens de connexion 5 dans le couvercle de l'emballage 10 plutôt que dans son fond. Une empreinte de désoperculage est en outre réalisée sur les moyens de connexion 5, c'est à dire un amincissement local la structure, pour permettre la découpe d'une ouverture dans la cavité interne 2 à l'aide de moyens de désoperculage associés aux moyens externes de pompage. Selon une autre configuration possible, en référence aux figures 7 et 8, la cavité 2 constitue un double fond de l'emballage 10. Cette configuration reprend l'essentiel particularités de la première. La géométrie de la cavité 2 privilégie l'établissement de courants de convection importants dans la boisson afin d'en assurer le refroidissement rapide. Elle présente, par exemple une forme conique en section verticale (figure 7) et une structure étoilée en section horizontale (figure 8). La cavité 2 est fixée directement sur le fond de l'emballage 10 ou sur son couvercle, par collage par exemple. Les moyens de connexion 5 sont similaires de ceux décrits précédemment, ainsi que les moyens de désoperculage associées. La structure double fond de la cavité 2 peut être obtenue par emboutissage avec l'emballage 10, le liquide réfrigérant L étant préférentiellement introduit congelé au fond de la canette 10 avant cette étape d'assemblage. Le procédé de fabrication selon l'invention permet de réaliser l'assemblage de la cavité avec le liquide réfrigerant L dans l'emballage 10 tout en maintenant la pression partielle des gaz non absorbables dans la cavité 2 à un niveau faible, soit bien inférieure à 3mb. objectif est atteint en congelant le liquide L dans la cavité 2 et en réalisant l'étape d'assemblage sous vide d'air ou à pression atmosphérique suivit d'une étape de pompage avant fermeture de la cavité 2. Pour cela, l'équipement standard fabricants de cannette 10 peut être facilement adapté, les étapes de fabrication n'étant pratiquement pas modifiées par rapport à la fabrication d'une canette standard. L'invention nécessite en effet des moyens de dégazage et de congélation du liquide réfrigérant L. Pour cela, des moyens de chauffage et de pompage sont nécessaires, ce qui ne représente pas de difficultés, ni d'investissements lourds. L'invention nécessite en outre des moyens d'assemblage de la cavité 2 dans l'emballage 10 ainsi que des moyens de faire le vide dans la cavité 2. Les moyens d'assemblage sont essentiellement constitués de moyens de collage, de sertissage ou d'emboutissage à froid, qui sont des techniques déjà utilisées dans les équipements standards des fabricants de canettes. Les moyens de faire le vide dans la cavité 2 peuvent être simplement des moyens de pompage de la cavité avant sa fermeture, le liquide réfrigérant L étant congelé, ou des moyens d'assemblage sous vide, qui représentent un appareillage un peu plus spécifique mais utilisé dans de nombreuses industries. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un emballage de boisson auto-réfrigérant, caractérisé en ce qu'il comporte étape consistant à assembler des moyens de refrigération (2) à l'intérieur de l'emballage (10), lesdits moyens de réfrigération étant composés d'une cavité (2) contenant un liquide réfrigérant (L) apte à évaporer sous l'effet d'une dépression, des moyens de connexion (5) de ladite cavité (2) à des moyens de pompage externes étant prévus dans l'emballage (10), la pression partielle des gaz non absorbables dans la cavité interne (2) étant maintenue inférieure à 3mb. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide réfrigérant (L) est de l'eau. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide réfrigérant (L) est de l'eau contenant un additif abaissant sa température de solidification. 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide réfrigérant (L) remplit partiellement la cavité interne (2). 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide réfrigérant (L) a été dégazé préalablement à son introduction dans la cavité interne (2). 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'assemblage de la cavité interne à l'intérieur de l'emballage (10) est réalisée avec la cavité (2) contenant le liquide réfrigérant (L) congele. 7 Procédé de fabrication selon les revendications 1 à caractérisé en ce qu'il comporte les etapes suivantes: - réalisation d'au moins une partie d'une cavité (2), - remplissage de ladite cavité (2) par un liquide réfrigérant (L), - congélation dudit liquide (L), - assemblage de la cavité (2) dans l'emballage (10) muni de moyens de connexion (5). 8 Procédé de fabrication selon les revendications 1 à caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - réalisation d'au moins une partie d'une cavité (2), - congélation d'un liquide réfrigérant (L) selon une forme s'intégrant dans la cavité (2) , - remplissage de ladite cavité (2) par ledit liquide (L) congelé, - assemblage de la cavité (2) dans l'emballage (10) muni de moyens de connexion (5). 9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de connexion (5) sont constitués d'une structure conique (52, 53, 55) fermant la cavité (2) et comportant une empreinte de désoperculage. 10. Procédé de fabrication selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de connexion (5) sont réalisés dans le fond de l'emballage (10) . 11. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de connexion (5) sont réalisés dans le couvercle de l'emballage (10) . Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'assemblage de la cavité interne (2) à emballage (10) réalisé par sertissage à froid. 13. Procédé de fabrication selon 'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'assemblage de la cavité interne (2) à emballage (10) est réalisé par collage. Procédé de fabrication selon 'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'assemblage de la cavité (2) dans l'emballage (10) est réalise sous vide d'air. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'assemblage de la cavité (2) dans l'emballage (10) est réalise à pression atmosphérique, le procédé comportant en outre une étape de pompage de la cavité ) avant fermeture de ladite cavité. 16. Equipement de mise en aeuvre du procédé de fabrication selon les revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de congélation d'un liquide réfrigérant (L), des moyens d'assemblage d'une cavité (2) contenant le liquide réfrigérant congelé dans un emballage (10), des moyens de réalisation du vide dans la cavité (2).