Brevet FR2875587A1 — publié le 20060324

EMBALLAGE AUTO-REFRIGERANT La présente invention se rapporte à un emballage permettant de refroidir son contenu par une méthode d'évaporation et adsorption. L'invention s'applique au refroidissement de produits comestibles tels que les boissons, les crèmes glacées, mais aussi à des produits non comestibles tels que les produits pharmaceutiques ou cosmétiques. La mise en oeuvre de la méthode de refroidissement par évaporation et adsorption est connue et a fait l'objet de nombreuses recherches dans l'art antérieur. Le principe d'une telle méthode de refroidissement consiste à évaporer un liquide, dit liquide réfrigérant, sous l'effet d'une dépression entretenue par pompage des vapeurs dudit liquide. Le pompage peut être assuré par un adsorbant, généralement des dessicants, adapté à fixer les vapeurs du liquide réfrigérant. De nombreux dispositifs ont été proposés, associant un échangeur thermique contenant un liquide à évaporer avec un réservoir contenant un adsorbant, en particulier pour des applications à des emballages de boisson auto- réfrigérant. Le document WO 01/11297 décrit un emballage de boisson auto-réfrigérant comprenant un échangeur thermique plongé dans une canette de boisson assemblée par une jupe à une boîte contenant un adsorbant composé de dessicants sous forme de granules. La mise en communication entre l'échangeur thermique et la boîte de dessicants est activée par un désoperculateur pour permettre la mise en oeuvre du refroidissement par évaporation adsorption des vapeurs du liquide réfrigérant contenu dans l'échangeur. Ce document décrit le procédé de fabrication d'un tel emballage de boisson auto-réfrigérant et en particulier les étapes d'assemblage des différents éléments constituant l'emballage. Le réservoir de dessicants utilisé dans ce document est un conteneur d'une épaisseur de 0.16 mm triple emboutit pour permettre de loger des pièges à chaleur dans les doigts formés par emboutissage. L'ensemble (réservoir de dessicants et pièges à chaleur) est alors placé dans une boîte de format cylindrique assemblée à la boîte boisson (une canette). Un tel emballage présente certains inconvénients. En particulier, la boîte contenant l'adsorbant n'est pas optimisée. En effet, le réservoir de dessicants est une pièce conçue spécifiquement pour cet emballage nécessitant une opération de fabrication particulière d'emboutissage. Le réservoir doit ensuite être assemblé avec les pièges à chaleur dans la boîte. Ainsi, la boîte contenant l'adsorbant nécessite un ensemble d'étapes de fabrication complexes et coûteuses. R:\Brevets\23000\2303 8 -THER16.doc En outre, l'étape d'assemblage de la boîte contenant les dessicants avec la canette contenant l'échangeur thermique est particulièrement délicate car il est indispensable de maintenir un vide poussé dans le réservoir de dessicants et au niveau du scellement de désoperculage afin de garantir l'efficacité de la réaction d'évaporation adsorption. La nécessité de maintenir un vide poussé dans le réservoir de dessicants impose des contraintes importantes sur le réservoir, en particulier quant au choix de sa forme et de l'épaisseur de ses parois, pour éviter un écrasement du réservoir sous l'effet de la pression atmosphérique extérieure. De plus, il est nécessaire de bien gérer les flux de chaleur entre le produit refroidi et l'adsorbant qui s'échauffe lors de la réaction de refroidissement. En particulier, il est nécessaire de limiter au maximum la conduction de la chaleur dégagée par l'adsorbant vers le produit refroidi. Il existe donc un besoin pour un emballage auto-réfrigérant simplifié, en particulier pour une boîte d'adsorbant simplifiée, avec un pont thermique réduit entre l'adsorbant et le produit refroidi. A cet effet, la présente invention propose de disposer l'adsorbant dans un conteneur présentant une épaisseur de paroi fine pour limiter la conduction thermique. L'invention propose ainsi d'utiliser un conteneur disponible en grande quantité, peu onéreux et de forme simple. En particulier, la présente invention vise à utiliser des canettes, du type canettes de boisson classiques, pour contenir l'adsorbant. De tels conteneurs sont disponibles en nombre sur le marché pour un prix modéré. L'invention concerne plus particulièrement un emballage auto-réfrigérant comprenant: une première cavité contenant un produit à réfrigérer; une deuxième cavité formant un échangeur thermique et contenant un liquide réfrigérant adapté à s'évaporer sous l'effet d'une dépression; - une troisième cavité contenant un adsorbant adapté à fixer les vapeurs du liquide réfrigérant; - un conteneur adapté à recevoir au moins la troisième cavité, au moins une partie des parois du conteneur présentant une épaisseur inférieure à 0.15 mm. Selon les modes de réalisation, l'emballage auto-réfrigérant selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: R:\Brevets\23000\23038-THER16. doc au moins une partie des parois du conteneur présente une épaisseur comprise entre 0.08 et 0.1 mm; le conteneur présente des moulurages; - l'adsorbant est conformé en bloc rigide de manière à assurer un maintien des parois du conteneur; les moulurages sont formés dans une portion de parois latérales s'étendant au-delà du bloc d'adsorbant; - le conteneur contient en outre au moins une partie de la deuxième cavité ; - le conteneur contient en outre au moins une partie de la première cavité ; - le conteneur est cylindrique; - le conteneur est une constitué d'une canette ou d'une portion de canette; le conteneur est en acier; la seconde cavité présente une paroi commune avec la troisième cavité, les bords de ladite paroi commune étant fixés au conteneur; - la seconde cavité présente une paroi commune avec la première cavité, les bords de ladite paroi commune étant fixés au conteneur; la première cavité est éloignée de l'adsorbant par une prolongation des parois latérales du conteneur au-delà de l'adsorbant; la seconde cavité est éloignée de l'adsorbant par une prolongation des parois latérales du conteneur au-delà de l'adsorbant L'invention couvre aussi l'utilisation tel d'un emballage auto-réfrigérant pour un produit cosmétique contenu dans la première cavité de l'emballage et/ou pour un produit glacé contenu dans la première cavité de l'emballage. Les 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 qui représentent: figure 1, un schéma d'un emballage auto-réfrigérante selon un premier mode de réalisation de l'invention; - figure 2, un schéma d'un emballage auto-réfrigérante selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; figure 3, un schéma d'un emballage auto-réfrigérante selon un troisième mode de réalisation de l'invention. R:1Brevets\23000\23038-THER16.doc L'emballage auto-réfrigérant selon l'invention comprend une première cavité contenant un produit à réfrigérer, une deuxième cavité formant un échangeur thermique et une troisième cavité contenant un adsorbant. L'échangeur thermique contient un liquide réfrigérant adapté à s'évaporer sous l'effet d'une dépression et l'adsorbant est adapté à fixer les vapeurs du liquide réfrigérant. L'emballage comprend en outre un conteneur adapté à recevoir au moins la troisième cavité, au moins une partie des parois du conteneur présentant une épaisseur inférieure à 0.15 mm. L'emballage selon l'invention utilise un conteneur de faible épaisseur, peu coûteux et facile à fabriquer, pour disposer l'adsorbant. La fabrication de l'emballage est ainsi simplifiée et son coût réduit. La finesse de la paroi du conteneur d'adsorbant permet aussi de réduire le pont thermique vers le produit refroidi en limitant les fuites thermiques le long des parois du conteneur. L'emballage va être décrit plus précisément en référence aux figures. L'emballage auto-réfrigerant selon l'invention comporte une première cavité 10 contenant un produit de consommation à refroidir, telle qu'une boisson, une crème glacée ou une crème cosmétique à appliquer. L'emballage comprend aussi une deuxième cavité 20 formant un échangeur thermique et contenant un liquide réfrigérant dont l'évaporation produit le refroidissement. La deuxième cavité 20 contient le liquide réfrigérant et ses vapeurs. La pression dans la deuxième cavité avant le déclenchement de la réaction d'évaporation est d'environ 30 mbar à 23 C. La première 10 et la seconde 20 cavités ont une paroi commune 15 qui constitue un échangeur de chaleur. Le froid créé dans la deuxième cavité 20 par l'évaporation du liquide réfrigérant peut être transmis au produit contenu dans la première cavité 10 par cette paroi commune 15. L'emballage comprend aussi une troisième cavité 30 contenant des moyens de pompage par adsorption de la vapeur du liquide réfrigérant de la deuxième cavité 20. La troisième cavité, sous vide d'air, contient un adsorbant 31 placé dans un conteneur 40. Ce conteneur 40 reçoit donc au moins la troisième cavité 30 de l'emballage. Le conteneur 40 présente un fond 42 et des parois latérales 41. Le conteneur 40 illustré sur les figures est de forme cylindrique. Au moins une partie des parois 41 du R:\Brevets\23000\23038-THER16.doc conteneur 40 présente une épaisseur inférieure à 0.15 mm. En particulier, au moins une partie des parois du conteneur peut présenter une épaisseur comprise entre 0.08 et 0.1 mm. Par exemple, une cannette ou portion de canette, de type canette de boisson classique, peut être utilisée comme conteneur 40. Les canettes classiques peuvent être en acier ou en aluminium. Les parois latérales présentent généralement une épaisseur d'environ 0.08 mm avec une épaisseur d'environ 0.12 mm en partie haute et basse. Le fond de la canette présente généralement une épaisseur d'environ 0,23 mm. Une telle canette classique ne peut cependant pas supporter un vide poussé à l'intérieur sans s'écraser sous l'effet de la pression atmosphérique. En effet, une canette ne présente une bonne tenue mécanique que lorsqu'elle est soumise à une surpression à l'intérieur. Une telle surpression est généralement apportée par la boisson contenue dans la canette, celle-ci pouvant être écrasée sans effort à la main une fois la boisson consommée. Or, pour garantir une bonne efficacité de pompage par l'adsorbant, il est nécessaire que la troisième cavité 30 soit assemblée et fermée sous vide, avec un vide inférieur à 1 mbar et préférentiellement inférieur à 0.1 mbar. En effet, la réaction de refroidissement est initiée par une dépression lorsque l'échangeur thermique (la deuxième cavité) est mis en communication avec une zone de plus forte dépression (la troisième cavité) . Cette réaction de refroidissement est ensuite entretenue par pompage des vapeurs du liquide réfrigérant par l'adsorbant, depuis la deuxième cavité 20 vers la troisième cavité 30. Selon un mode de réalisation, l'adsorbant est conformé en bloc rigide. Un tel bloc peut être conformé avec des alvéoles constituant des conduites pour alimenter l'adsorbant en vapeur du liquide réfrigérant. Par exemple, une poudre de zéolithe peut être mélangée avec un liant et de l'eau pour former une pâte épaisse qu'il est possible de mettre en forme de bloc muni d'alvéoles. La mise en forme du bloc d'adsorbant avec ses alvéoles peut être effectuée par moulage injection et pressage ou par extrusion par exemple. La conformation de l'adsorbant en bloc rigide est décrite dans la demande de brevet EP-A-1 297 287 du demandeur. L'adsorbant ainsi conformé assure le maintien des parois du conteneur à la pression atmosphérique extérieure. Une telle conformation de l'adsorbant ne lui enlève rien de ses capacités d'adsorption, en particulier grâce aux alvéoles formées dans le bloc, et permet d'assurer un maintien des parois du conteneur 40. En effet, la force exercée par la pression atmosphérique extérieure sur les parois du conteneur 40 est compensée par une R:\Brevets\23000123038-THER 16.doc force de réaction fournie par le bloc d'adsorbant sur lequel les parois peuvent venir en. appui. Selon un autre mode de réalisation, des moulurages 43 sont formés dans les parois latérales 41 du conteneur 40. On entend par moulurages une structuration de la paroi lui donnant une épaisseur apparente augmentée. La structuration peut consister en des ondulations par exemple. Les moulurages 43 permettent de renforcer la tenue au vide des parois latérales du conteneur 40 lorsque l'adsorbant disposé dans la troisième cavité n'est pas rigide, par exemple sous forme de granules. Des moyens de déclenchement de la réaction de refroidissement sont prévus. La réaction de refroidissement est déclenchée par la mise en communication des deuxième 20 et troisième 30 cavités. Les moyens de déclenchement peuvent comprendre un clapet antiretour 44 obturant une ouverture dans une paroi commune 25 aux deuxième et troisième cavités. Ce clapet 44 a la particularité de ne pouvoir s'ouvrir que vers l'extérieur de la troisième cavité 30 par action d'une force exercée du côté de la troisième cavité 30. Le clapet anti-retour 44 peut être actionné par une tige poussoir 45 transmettant un déplacement d'au moins une portion du fond 44 du conteneur 40, ce fond étant opposé à la paroi 25 comportant les moyens de mise en communication. De tels moyens de déclenchement sont décrits dans la demande de brevet WO 03/073019 du demandeur. De tels moyens de déclenchement sont facilement actionnables du fait que la troisième cavité 30 est sous vide d'air. Une pression faible exercée sur le fond 42 du conteneur 40 peut donc facilement entraîner une déformation vers l'intérieur, en particulier si le fond est structuré en dôme convexe. Ainsi, on peut utiliser un conteneur simple, peu coûteux et disponible en grande quantité, pour réaliser au moins une partie de l'emballage autoréfrigérant selon l'invention. Outre la réduction de coût, l'utilisation d'un conteneur présentant une faible épaisseur, telle qu'une canette ou portion de canette classique, permet de limiter les fuites thermiques de l'adsorbant vers le produit refroidi. En effet, la quantité de chaleur conduite par un matériau dépend de sa conductibilité thermique et de sa section. On choisira de préférence un conteneur en acier plutôt qu'en aluminium, l'acier ayant une conductibilité thermique quatre à cinq fois inférieure à celle de l'aluminium. Selon un mode de réalisation, les parois latérales 41 du conteneur 40 peuvent s'étendre au-delà du bloc d'adsorbant 31. Le conteneur 40 peut alors contenir, en plus de la R:\Brevets\23000\23038THER16.d oc troisième cavité 30, au moins une partie de la deuxième cavité 20 et aussi au moins une partie de la première cavité 10. L'utilisation d'un conteneur 40 avec des parois latérales d'une épaisseur inférieure à 0,15 mm permet de limiter un transfert de chaleur de la troisième cavité 30 vers les première 10 et deuxième 20 cavités par les parois 41 latérales. Par ailleurs, l'emballage selon l'invention présente des facilités d'assemblage. Plusieurs modes d'assemblage vont être décrits à titre d'exemple. Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 1, le conteneur 40 contient une grande partie de la première cavité 10 et la totalité des deuxième 20 et troisième 30 cavités. Les cavités 10, 20, 30 de l'emballage constituent des compartiments d'une unique boîte 40, par exemple une portion de canette, de type canette de boisson classique. Un couvercle de séparation 25 entre les deuxième 20 et troisième 30 cavités est introduit dans le conteneur 40 et fixé par collage ou brassage sur les parois intérieures du conteneur 40. Une cuvette 15 servant de réceptacle pour le produit à refroidir constitue la paroi commune des première 10 et deuxième 20 cavités. Cette cuvette 15, formant l'échangeur thermique, est introduite dans le conteneur et fixée par sertissage sur le bord des parois latérales 41 du conteneur 40, après que le liquide réfrigérant ait été introduit dans la deuxième cavité 20. La cuvette 15 pourrait aussi bien être fixée par collage ou brasage aux parois 41 du conteneur 40. La cuvette 15 peut contenir par exemple une crème cosmétique à refroidir avant application. Elle coopère avec un couvercle 5 qui peut être clippé par exemple. La première cavité 10 contenant le produit à refroidir peut être éloignée du bloc d'adsorbant de manière à réduire le pont thermique entre l'adsorbant et le produit refroidi. De même, la seconde cavité 20 formant l'échangeur thermique peut être éloignée du bloc d'adsorbant 31. En effet, lors de la réaction de refroidissement, l'adsorbant 31 s'échauffe et il est préférable d'éviter qu'un flux de chaleur remonte vers l'échangeur thermique et le produit refroidi. La fuite thermique le long des parois latérales 41 du conteneur jusqu'à l'échangeur thermique génère un refroidissement supplémentaire par une évaporation supplémentaire qui provoque une adsorption supplémentaire. Lorsque la quantité d'adsorbant utilisé est limitée, cette adsorption supplémentaire devient délicate à gérer. Un éloignement des première et seconde cavités du bloc d'adsorbant 31 est donc assuré par une prolongation des parois latérales 41 du conteneur 40 au-delà du bloc R:\B revets' 23000\2303 8-THER 16. d oc d'adsorbant. En particulier, les parois latérales 41 du conteneur 40 peuvent se prolonger le long de la troisième cavité 30 au-delà du bloc d'adsorbant 31. Les fuites thermiques le long des parois 41 du conteneur 40 peuvent alors être dégagées au maximum vers l'atmosphère extérieure avant d'atteindre les première et deuxième cavités. Des moulurages 43 sont alors formés dans la portion de parois latérales 41 s'étendant au-delà du bloc d'adsorbant 31. Des moulurages peuvent aussi être formés sur d'autres portions du conteneur 40. Les moulurages permettent en particulier une tenue au vide améliorée sur la portion de conteneur recevant les deuxième et troisièmes cavité au-delà du bloc d'adsorbant. Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 2, le conteneur 40 contient une petite partie de la première cavité 10 et la totalité des deuxième 20 et troisième 30 cavités. L'emballage est alors constitué par le conteneur 40, par exemple une portion de canette, et une autre boîte 50 assemblée par collage ou brasage sur l'extrémité des parois du conteneur 40. La boîte 50 sert de réceptacle pour le produit à refroidir, par exemple une crème glacée. Elle coopère avec un couvercle 55 qui peut être vissé par exemple. La première cavité 10 est également éloignée du bloc d'adsorbant 31 pour réduire le pont thermique. Cette limitation du pont thermique est important lorsque l'on souhaite réfrigérer le produit de la première cavité en dessous de 0 C tout en utilisant une quantité limitée d'adsorbant. Il faut alors bien gérer les flux de chaleur remontant vers l'échangeur thermique et le produit refroidi. L'éloignement de la première cavité du bloc d'adsorbant est là aussi assuré par une prolongation des parois latérales 41 du conteneur 40 au-delà du bloc d'adsorbant le long de la troisième cavité 30. Des moulurages 43 sont alors formés dans la portion de parois latérales 41 s'étendant au-delà du bloc d'adsorbant 31. Selon un troisième mode de réalisation, illustré sur la figure 3, le conteneur 40 contient la totalité des première 10, deuxième 20 et troisième 30 cavités. Les cavités 10, 20, 30 de l'emballage constituent alors des compartiments d'une unique boîte 40, par exemple une canette de type canette de boisson classique. Un couvercle de séparation 25 entre les deuxième 20 et troisième 30 cavités est introduit dans le conteneur 40 et fixé par collage ou brassage sur les parois intérieures du conteneur 40. La paroi commune 15 des première 10 et deuxième 20 cavités, formant l'échangeur thermique, est également introduite dans le conteneur 40 et fixée par collage ou brasage, après que le liquide réfrigérant ait été introduit. L'échangeur thermique 15 présente une forme conique, éventuellement avec des nervures, R:1Brevets12300012303 8-THER 16. doc afin de favoriser l'échange de chaleur par convexion dans la première cavité 10 lorsque celle-ci contient une boisson à refroidir. Selon ce mode de réalisation, la première cavité 10 contenant la boisson à refroidir, n'est pas éloignée du bloc d'adsorbant 31. En effet, la quantité d'adsorbant 31 utilisé étant cinq à huit plus importante dans ce mode de réalisation, l'adsorption supplémentaire générée par la fuite thermique le long des parois 41 du conteneur 40 peut être assurée grâce à une fuite thermique plus importante vers l'atmosphère extérieure. Une telle gestion des flux thermiques est décrit dans la demande WO 03/059779 du demandeur. De plus, le transfert de chaleur du bloc d'adsorbant vers la première cavité reste limité par la finesse de la paroi du conteneur. Le bloc d'adsorbant 31 peut alors remplir presque complètement la troisième cavité 30. Les moulurages ne sont alors pas nécessaires. Selon l'invention, un emballage auto-réfrigérant simplifié peut être fabriqué. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple; ainsi, l'assemblage des cavités constituant l'emballage peuvent être adaptées aux applications envisagées, en particulier, les formes et dimensions peuvent varier, ainsi que l'agencement des cavités dans le conteneur. Les exemples illustrés montrent l'adsorbant conformé en bloc rigide, mais il est entendu que l'emballage selon l'invention peut utiliser un adsorbant sous forme de granules par exemple. De même, on a mentionné l'utilisation d'une canette ou portion de canette comme conteneur 40, mais tout conteneur présentant des parois d'épaisseur inférieure à 0.15 mm peut être utilisé dans le cadre de l'invention. R:\Brevets\23000\23038 -THER16.doc REVENDICATIONS 1. Emballage auto-réfrigérant comprenant: - une première cavité (10) contenant un produit à réfrigérer; - une deuxième cavité (20) formant un échangeur thermique et contenant un liquide réfrigérant adapté à s'évaporer sous l'effet d'une dépression; - une troisième cavité (30) contenant un adsorbant (31) adapté à fixer les vapeurs du liquide réfrigérant; - un conteneur (40) adapté à recevoir au moins la troisième cavité (30), au moins une partie des parois (41) du conteneur (40) présentant une épaisseur inférieure à 0.15 mm. 2. Emballage auto-réfrigérant selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une partie des parois (41) du conteneur présente une épaisseur comprise entre 0.08 et 0.1 mm. 3. Emballage auto-réfrigérant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conteneur (40) présente des moulurages (43). 4. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'adsorbant (31) est conformé en bloc rigide de manière à assurer un maintien des parois (41) du conteneur. 5. Emballage auto-réfrigérant selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moulurages (43) sont formés dans une portion de parois latérales (41) s'étendant au-delà du bloc d'adsorbant (31). 6. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conteneur (40) contient en outre au moins une partie de la deuxième cavité (20). 7. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le conteneur (40) contient en outre au moins une partie de la première cavité (10). R:1Brevets12300012303 8-THER 16.doc 8. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conteneur (40) est cylindrique. 9. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conteneur (40) est une constitué d'une canette ou d'une portion de canette. 10. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conteneur (40) est en acier. 11. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde cavité (20) présente une paroi commune (25) avec la troisième cavité (30), les bords de ladite paroi commune (25) étant fixés au conteneur (40) . 12. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde cavité (20) présente une paroi commune (15) avec la première cavité (10), les bords de ladite paroi commune (15) étant fixés au conteneur (40). 13. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en 20 ce que la première cavité (10) est éloignée de l'adsorbant (31) par une prolongation des parois latérales (41) du conteneur (40) au-delà de l'adsorbant (31). 14. Emballage auto-réfrigérant selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la seconde cavité (20) est éloignée de l'adsorbant (31) par une prolongation des 25 parois latérales (41) du conteneur (40) au-delà de l'adsorbant (31). 15. Utilisation d'un emballage auto-réfrigérant selon la revendication 13 ou 14 pour un produit cosmétique contenu dans la première cavité de l'emballage. 16. Utilisation d'un emballage auto-réfrigérant selon la revendication 13 ou 14 pour un produit glacé contenu dans la première cavité de l'emballage. R: \Brevets\23000\2303 8-TH ER 16. d oc