Brevet FR2834973A1 — publié le 20030725

ISOLATION D'UN EMBALLAGE DE BOISSON AUTO-REFRIGERANT La présente invention se rapporte à un emballage de boisson permettant de refroidir son contenu par une mé- thode d'évaporation et adsorption. Le principe d'une telle méthade de refroidissement consiste à évaporer un liquide sous l'effet d'une dépression entretenue par pompage des vapeurs dudit liquide. L' invention s'applique tout particulièrement au refroidissement d'une boisson contenue dans un emballage fermé de type canette ou bouteille. L'objet de la présente invention est ainsi de per mettre la consommation d'une boisson à une température idéale en tout lieu et à toute heure. La mise en _uvre de la méthode de refroidissement par évaporation et adsorption est connue et a fait l'objet de nombreuses recherches dans l'art antérieur. De nombreux dispositifs ont été proposés, associant un échangeur thermique contenant un liquide réfrigérant à évaporer à un réservoir contenant un adsorbant, en par- ticulier pour des applications à des emballages de boisson auto réfrigérants. Une des difficultés de la mise en _uvre d'une telle méthode de refroidissement par évaporation et aUsorp- tion consiste à gérer la chaleur dégagée par l'aUsorbant lors de la réaction d' adsorption. En effet, lorsque l'aUsortant, généralement un dessicant tel que des zéolithes, adsorbe la vapeur du liquide réfrigé- rant, il s'échauffe et perd de ce fait une partie de sa capacité d' adsorption. I1 est par conséquent important d'évacuer les calories extraites de la boisson à re froidir sous peine de limiter le processus de refroi- dissement. 2 2834973 Différentes solutlons pour limiter l'élévation de la température de l'adsorbant ont déjà été proposées dans l'art antérieur. Une première solution connue, décrite dans le bre vet US 4 759 191, consiste à évacuer la chaleur dégagée par l'adsorLant (un dessicant) au moyen de pièges à chaleur constitués d'un matériau en contact thermique avec le dessicant, ledit matériau présentant soit un changement de phase solide-liquide, soit une capacité calorifique importante, soit une réaction endothermi que. Le brevet US 4 949 549, des mêmes inventeurs, pré cise la solution retenue, à savoir un matériau à chan gement de phase tel que de l'acétate de sodium dont le changement de phase solide liquide se situe à 58 C. Cette solution nécessite néanmoins la réalisation d'un conteneur particulier pour le matériau à changement de phase associé dans le conteneur du dessicant, ce qui complique le procédé de fabrication de tels emballages de boisson auto-réfrigérant. Une adaptation de cette solution, décrite dans le brevet US 5 048 301, consiste à isoler thermiquement l'adsorLant avec le piège à chaleur dans une chambre sous vide à l'intérieur de la boite de boisson. Néan moins, cette solution est complexe à mettre en _uvre. Une autre solution connue, décrite dans le brevet US 4 928 495, propose de stocker la chaleur dégagée par l'adsorbant (un dessicant) dans de l'eau dont la capa cité calorifique est relativement importante. Une al ternative consiste à mouiller la surface externe du conteneur de dessicant afin d'évacuer les calories par évaporation de cette eau mouillant le conteneur de des sicant. Néanmoins, la mise en _uvre d'un tel dispositif est complexe et la protection contre les brûlures n'est 3 2834973 plus assurce une fois que l'eau mouillant la surface externe du conteneur est totalement évaporée. Un autre solution, décrite dans la demande de bre- vet français FR 2 811 412, consiste à disposer une iso lation thermique à la périphérie d'un bloc de dessi- cant, à l'intérieur du conteneur contenant ledit dessi- cant. Cette isolation est constituce par des zéolithes imbibées de résine afin d'obstruer leur porosité et éviter qu'elles n' adsorbent les vapeurs du liquide ré frigérant. En empêchant les zéolithes de remplir leur fonction d'aUsorption, on évite qu'elles ne s'échauffent. L'objectif de la présente invention est de proposer une solution alternative à la gestion de la chaleur dé- gagée par l'adsorbant lors de la mise en _uvre de la méthade de refroidissement par évaporation et adsorp- tion telle que décrite précédemment. La présente invention propose de laisser l'adsorbant s'échauffer jusqu'à saturation de sa capa- cité d' adsorption plutôt que de tenter d'extraire les calories qui s'en dogagent lors de la réaction d' adsorption. A cet effet, l' invention propose de dis- poser une couche d' isolation thermique à l'extérieur du conteneur de l'adsorLant pour éviter tout risque de brûlure au contact de ce dernier lors de la mise en _u- vre du retroidissement de la boisson. Plus particulièrement, l' invention concerne un em- ballage de boisson auto-réfrigérant comportant une pre mière cavité contenant une boisson de consommation, une seconde cavité formant un échangeur thermique et conte- nant un liquide réfrigérant et sa vapeur, une troisième cavité contenant des moyens de pompage par adsorption de ladite vapeur et des moyens de mise en communication 4 2834973 de ladite seconde cavité avec ladite troisième cavité, caractérisé en ce que la troisième cavité comporte une couche d' isolation thermique externe. Selon une caractéristique, la couche d' isolation thermique présente une conductibilité thermique infé rieure ou égale à 500 W.m2.K1, préférentiellement com prise entre 500 et 100 W.m2.Kl Selon les modes de réalisation, la couche d' isolation thermique entoure la troisième cavité cons tituée d'un conteneur métallique ou la couche d' isolation thermique est constituce par les parois d'un conteneur formant la troisième cavité. Selon un mode de réalisation, la couche d' isolation thermique se prolonge autour de la première cavité. Selon un mode de réalisation, la couche d' isolation thermique comporte une étiquette thermachrome. Les particularités et avantages de la présente in vention apparaîtront au cours de la description qui suit donnée à titre d'exemple illustratif et non limi tatif, et faite en référence à la figure unique annexée représentant un emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'invention. L'emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'invention comporte une première cavité 10 contenant une boisson de consommation, une seconde cavité 20 for mant un échangeur thermique et contenant un liquide ré frigérant et sa vapeur et une troisième cavité 30 contenant des moyens de pempage par adsorption de la dite vapeur. Des moyens de mise en communication 50 de ladite seconde cavité avec ladite troisième cavité sont également prévus pour la mise en _uvre de la méthode de refroidissement par évaporation et aUsorption. s 2834973 Les moyens de pompage par adsorption sont avanta geusement constitués d'un dessicant tel qu'une zéolithe 13X par exemple. Lors de l' adsorption de vapeur d'eau par une telle zéolithe, l'adsorbant peut atteindre 200 C pour une capacité d' adsorption d' environ 5% en masse d'eau adsorbée par rapport à la masse du dessi cant. Ainsi, environ 200g de zéolithe sont suffisants pour adsorber lOg d' eau dont l' évaporation permet de retroidir 330 ml de boisson de 15 C. Il n'est donc pas indispensable d'éliminer les calories dégagées par le dessicant car la limite de la capacité d' adsorption n'est pas atteinte. Néanmoins, l'échauffement du dessicant lors de l' adsorption de la vapeur du liquide réfrigérant en traîne un rcel risque de brûlure au contact de la cavi té 30 contenant le dessicant. Cette troisième cavité 30 est constituée d'un conteneur garantissant une bonne étanchéité au vide nécessaire au bon fonctionnement des moyens de pompage. Selon l'invention, la troisième cavité 30 comporte une couche d' isolation thermique 35. Cette couche 35 est avantageusement située à l'extérieur du conteneur de dessicant et permet d'éviter toute brûlure au contact de ce dernier. Généralement, le conteneur constituant la troisième cavité 30 est métallique. Le risque de brûlure en est d'autant plus élevé. Ainsi, la couche d' isolation ther mique 35 entoure ledit conteneur métallique de dessi cant. Une alternative possible consiste à réaliser la couche d' isolation thermique 35 directement par les pa rois d'un conteneur formant la troisième cavité 30. 6 2834973 Préférentiellement, cette couche d' isolation ther mique 35 présente une conductance thermique inférieure ou égale à 500 W.m2.K1 Typiquement, la conductance thermique de la couche S d'isolation 35 est comprise entre 500 et 100 W.m2.K1 Ainsi, la température de cette couche 35 externe à la troisième cavité 30 contenant le dessicant pourra s'élever jusqu'à environ 60 à 70 C, mais s'abaissera à environ 40 à 45 C au contact des doigEs, ce qui ne cause aucun désagrément. Cet abaissement de la tempéra ture au contact est dû au rapport des résistances ther miques de la couche isolante et des doigts. L'élévation de la température de la couche externe jusqu'à 60-70 C en l' absence de contact permet par ailleurs d' assurer une certaine dissipation thermique par convection avec l'aLmosphère ambiante. Cette dissi pation augmente la capacité d' absorption du dessicant et contribue avantageusement à prolonger le processus de refroidissement de la boisson. Cette puissance dis sipée, de l' ordre de quelques Watts, n' est pas détermi nante pour le refroidissement initial de la boisson qui est typiquement de 15 C en 3 minutes, mais elle apporte un complément de refroidissement sur une durée beaucoup plus longue, typiquement de 2 C en 30 minutes, pour maintenir la boisson au frais pendant sa consommation. La couche d' isolation thermique 35 peut être cons tituée par une couche de carton et/ou de plusieurs cou ches de papier superposées et/ou d'un plastique. Elle peut être collée sur la surface externe de la troisième cavité 30 ou être maintenue par une jupe de plastique thermorétractable. Elle présente typiquement une épais seur comprise entre 0.2 et 0.4 mm. La couche d' isolation thermique est avantageusement mise en place après le remplissage de la boisson, en particulier dans 7 2834973 le cas de boissons pasteurisées o elle est mise en place après pasteurisation. Selon un mode de réalisation particulier, la couche d' isolation thermique 35 peut se prolonger de la troi sième cavité 30 contenant le dessicant à la première cavité 10 contenant la boisson de consommation. Elle peut ainsi contribuer à conserver la boisson au frais pendant sa consommation. Selon un mode de réalisation avantageux, la couche d' isolation thermique 35 comporte une étiquette thermo chrome 36, par exemple par impression d'encre thermo chrome directement sur ladite couche isolante. Cette impression peut être réalisée en regard de la cavité 30 contenant le dessicant, par exemple sur la partie la plus chaude de l'emballage auto-réfrigérant. L' apparition de l'encre thermochrome à un seuil de tem pérature détermince, par exemple à 60 C, peut consti tuer un indicateur du bon fonctionnement du dispositif auto-réfrigérant. On peut également envisager de disposer l'étiquette thermochrome en regard de la cavité 10 contenant la boisson de consommation et qui s'activera en dessous d'un certain seuil, par exemple 10 C, pour constituer un indicateur de consommation idéale de la boisson. La présente invention apporte aux emballages de boisson auto-réfrigérant une protection physiologique efficace contre les risques de brûlure dus à l'élévation de la température de l'adsorbant. Pour at teindre une protection équivalente qui serait située à l'intérieur du conteneur métallique de l'adsorbant, une isolation thermique devrait présenter une résistance thermique cinq fois plus élevée, nocessitant plus de volume dans le dispositif et davantage de matière. 8 2834973 La couche d' isolation thermique selon l' invention permet l'utilisation d'un adsorbant efficace tel qu'une zéolithe sans nocessiter un recours à des pièges à cha- leur qui compliquent considérablement la fabrication du dispositif. En outre, la couche d' isolation thermique selon l' invention permet de poursuivre naturellement le pro- cessus de refroidissement et apporte ainsi un complé- ment au refroidissement rapide initial pour maintenir la boisson fraîche pendant sa consommation. 9 2834973 REVEND I CAT IONS 1. Emballage de boisson auto-réfrigérant comportant une première cavité (10) contenant une boisson de consommation, une seconde cavité (20) formant un échan S geur thermique et contenant un liquide réfrigérant et sa vapeur, une troisième cavité (30) contenant des moyens de pompage par aUsorption de ladite vapeur et des moyens de mise en communication (50) de ladite se conde cavité avec ladite troisième cavité, caractérisé en ce que la troisième cavité (30) comporte une couche d' isolation thermique (35) externe. 2. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d' isolation thermique (35) présente une conductance IS thermique inférieure ou égale à 500 W.m2.K1 3. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conductance thermique de la couche isolante (35) est comprise entre 500 et 100 W.m2.Kl 4. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche d' isolation thermique (35) entoure la troi sième cavité (30) constituée d'un conteneur métallique. 5. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche d' isolation thermique (35) est constituée par les parois d'un conteneur formant la troisième cavité (30). 6. Emballage de boisson autoréfrigérant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche d' isolation thermique (35) se prolonge autour de la première cavité (10). 2834973 7. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d' isolation thermique (35) comporte une étiquette thermochrome (36). S 8. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon la revendication 7, caractérisé en ce que la l'étiquette thermochrome (36) est disposée en regard de la troi sième cavité (30). 9. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon la revendication 7, caractérisé en ce que la l'étiquette thermochrome (36) est disposée en regard de la première cavité (10). 10. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédente, caractérisé en ce que la couche d' isolation thermique (35) est composée de carton et/ou de papier et/ou de plastique. 11. Emballage de boisson auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédente, caractérisé en ce que la couche d' isolation thermique (35) présente une