ТЕПЛООБМЕННЫЙ БЛОК ДЛЯ САМООХЛАЖДАЮЩИХСЯ КОНТЕЙНЕРОВ
HEAT EXCHANGE UNIT FOR SELF-COOLING CONTAINERS

РОДСТВЕННАЯ ЗАЯВКА
[0001] Настоящая заявка базируется на предварительной заявке 61/327,516 США, поданной 23 апреля 2010 на теплообменный блок для самоохлаждающихся контейнеров (Heat Exchange Unit for Self-Cooling Containers) и на этом основании заявляет соответствующие права.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к контейнерам, в которых размещена среда под давлением, таким как самоохлаждающиеся или самонагревающиеся контейнеры для пищи и напитков, а в частности к усовершенствованному теплообменному блоку, который размещен внутри самоохлаждающегося контейнера для охлаждения продукта, такого как пища или напиток, причем теплообменный блок закреплен внутри контейнера и вмещает среду, находящуюся под давлением.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Продолжительное время существовала необходимость в создании простого, эффективного и безопасного устройства, которое могло бы быть размещено внутри контейнера, такого как контейнер для пищи или напитков, с целью охлаждения либо разогрева продукта, такого как пища или напиток, когда требуется. В отношении самоохлаждающихся контейнеров были разработаны устройства различных типов для осуществления такого необходимого самоохлаждения и были раскрыты хладагенты различных типов для осуществления такого охлаждения. Охладительные устройства могут быть химическими, электрическими и могут включать в себя газовые реакции и тому подобное. Типичные образцы подобных устройств описаны в патентах США 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 и 6,125,649.
[0004] Самоохлаждающиеся устройства, используемые в уровне техники, представленные в вышеперечисленных патентах, в большинстве случаев не удовлетворяют заявленным требованиям.
К некоторым выявленным недостаткам относится тот факт, что указанные устройства в большинстве случаев основаны на токсичных или обладающих неблагоприятным воздействием на окружающую среду веществах, для них необходимо выполнение очень громоздких пневматических цепей и с экономической точки зрения они не могут быть использованы в маленьких контейнерах, таких как банки для пищи или напитков, и они имеют довольно сложную конструкцию, и поэтому их изготовление и обслуживание является дорогим и неэффективным.
Кроме того, было обнаружено, что если давление внутри теплообменного блока поднимается до определенного значения, часть теплообменного блока, содержащая распределительный клапан, может быть испытывать воздействие, приводящее к ее перемещению, вызывая разрушение и неисправность теплообменного блока, а в худшем случае, полную неисправность контейнера.
[0005] На фиг. 1, 2 и 3 проиллюстрированы три различных варианта реализации известных контейнеров, внутри которых расположен теплообменный блок для охлаждения напитка, содержащегося во внешнем контейнере.
[0006] Как показано на фиг. 1, контейнер (10) содержит теплообменный блок (24), который помещен внутрь контейнера и окружен напитком (26), который необходимо остудить. Контейнер содержит крышку (18), которая содержит известное ушко (12) для открывания, прикрепленное к плоской секции (14) таким образом, что когда ушко (12) поднято, плоская секция (14) вгибается в контейнер (10). Манипуляция с ушком (12), с помощью которого отрывная плоская секция (14) проходит в контейнер (10) хорошо известна. Крышка (18) традиционно содержит угловой выступ (20), который прикреплен к верхнему концу (22) контейнера (10). Теплообменный блок (24) вмещает охлаждающую среду, внутреннее давление которой при различных условиях может увеличиться, а если давление будет достаточно высоко, верхняя часть (28) теплообменного блока (24), которая содержит обжимной буртик (30), прикрепляющий клапан (32) к теплообменному блоку, может растянуться или разломаться, что вызывает неисправность устройства.
[0007] На фиг. 2 изображен еще один контейнер (40), известный из уровня техники, имеющий теплообменный блок (50), размещенный внутри него таким образом, чтобы быть окруженным напитком (42), который необходимо охладить. Верхняя часть контейнера (44) для напитка, как показано на (46), имеет известное ушко (48), подобное описанному ранее. Теплообменный блок (50) содержит распределительный клапан (52), прикрепленный к заглушке (54), посаженной на верхнюю часть теплообменного блока (50) и к ней прикрепленную. Клапан (52) поддерживается юбкой или кромкой (54) которая удерживается на месте обжимом поверх верхней части (56)заглушки (54). Защитное покрытие (58) помещено поверх активирующего клапан (52) штока для защиты его от случайной активации. Теплообменный блок (50) и клапан (52) прикреплены к днищу (62) банки (44). Также, в случае избыточного давления в сжатой среде внутри теплообменного блока (50), разрыв между заглушкой (54) и корпусом теплообменного блока (50) приведет к неисправности устройства.
[0008] Более конкретно, на фиг. 3 изображен еще один вариант известного охлаждающего контейнера (112) для напитков, который содержит теплообменный блок (120), имеющий внутри адсорбент (138), который в предпочтительном варианте реализации является активированным углем, который получает находящийся под давлением углекислый газ, вводимый через клапанный механизм (124) для ввода во внутреннюю часть теплообменного блока через отверстие (128) для адсорбирования углем. Клапан (124) удерживается на месте кромкой (122), обжатой на горловине в верхней части (132) теплообменного блока (120). Защитное покрытие (150) помещено поверх активирующего клапан (124) штока (130) для защиты его от случайной активации. Когда активирующий шток (130) нажат, углекислый газ десорбируется из угля для охлаждения напитка (114). Верхняя часть (116) контейнера (112) содержит известное ушко для открывания (не показано), как было описано ранее. Также, в случае избыточного давления сжатого углекислого газа внутри теплообменного блока (120), суженный в части (134) теплообменного блока (120) будет перемещаться снаружи, вызвав, таким образом отпуск клапана, и приведет к неисправности устройства.
[0009] Следовательно, существует необходимость в создании устройства, которое может быть помещено в контейнер и функционировать как теплообменный блок для охлаждения его содержимого, такого как пища или напиток, которое было бы простым, эффективным и безопасным, даже в условиях относительно высокого давления.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00010] Усовершенствованный теплообменный блок для использования внутри самоохлаждающегося контейнера, содержащий металлическую оболочку, имеющую закрытое днище и открытую верхнюю часть, где сжатый абсорбирующий материал помещен внутри оболочки, и металлический верхний участок, имеющий цельный изгиб на открытом верхнем конце, помещен над открытым концом оболочки и прикреплен к внешней поверхности оболочки с помощью клея для склеивания металла с металлом, скрепляющего верхний участок с указанной металлической оболочкой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[00011] на фиг. 1, 2 и 3 представлен уровень техники;
[00012] на фиг. 4 представлен вид в перспективе завершенной сборки теплообменного блока, сконструированного в соответствии с принципами настоящего изобретения;
[00013] на фиг. 5 представлен вид в поперечном разрезе теплообменного блока по фиг. 4, показанного с позиции линии 5-5;
[00014] на фиг. 6 представлен вид в перспективе поперечного разреза верхнего участка теплообменного блока, представленного на фиг. 4;
[00015] на фиг. 7 представлен частичный вид в перспективе поперечного разреза, иллюстрирующий прикрепление верхнего участка теплообменного блока к оболочке указанного теплообменного блока.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00016] Более конкретно со ссылкой на фиг. 4: представлен теплообменный блок (200), имеющий металлическую оболочку (202) и металлический верхний участок (204), прикрепленный к верхней части оболочки (202), как более подробно описано далее.
[00017] Верхняя часть верхнего участка (204) теплообменного блока оканчивается отверстием (206), образованным цельным изгибом (208). Цельный изгиб (208) вмещает в себя клапанный механизм, описанный выше и известный в уровне техники, который поддерживается стандартным монтажным элементом, имеющим основание, внутри которого с уплотнением закреплен подходящий распределительный клапан. Клапан содержит известный шток, проходящий через центральное отверстие в основании и на защитное устройство, которое открывается в случае избыточного давления. Монтажный элемент вставлен в отверстие (206) верхнего участка, и его наружная часть прикрепляется к изгибу (208) с помощью известной для специалистов в области техники операции обжима. Операция обжима не только прикрепляет клапанное устройство к теплообменному блоку (200), но и дополнительно закрывает и запечатывает открытый верхний конец теплообменного блока, и банку, к которой он обычно закреплен с помощью уплотнителя (не показано). Более детальное описание клапана и процесса обжима раскрыто в патенте США №, 6,105,384, который включен в настоящее описание посредством ссылки и в целом проиллюстрирован на фиг. 3 и описан выше.
[00018] Теплообменный блок (200) может содержать хладагент, любой, известный в уровне техники, который используется для того, чтобы выводить тепло, содержащееся в напитке, из напитка в атмосферу при испарении хладагента при активации теплообменного устройства. В ранее упомянутых патентах, известных в уровне техники, были раскрыты различные типы хладагентов. Однако предпочтительным хладагентом для настоящего изобретения является механизм адсорбции/десорбции, предпочтительно с использованием таких материалов как цеолиты, силикатные катиониты, гель кремниевой кислоты, активированный уголь, углеродное молекулярное сито и подобные адсорбенты. Эти адсорбенты способны адсорбировать в условиях под давлением существенное количество газа для его дальнейшего выпуска. Адсорбированным таким образом газом может являться любой подходящий благоприятный для атмосферы газ.
Предпочтительный газ согласно настоящему изобретению содержит углекислый газ. Углекислый газ, адсорбированный в адсорбенте, предпочтительно частицами активированного угля, при выпуске в атмосферное давление испытает существенный скачок температуры, таким образом охлаждая содержимое напитка, который контактирует с внешней поверхностью теплообменного блока (200). Более подробное объяснение адсорбционной охлаждающей системы, базирующейся на угле и углекислом газе, содержится в патенте США №7,185,511, включенном в настоящее описание посредством ссылки. Поэтому дальнейшее и более подробное описание охлаждающей системы, базирующейся на угле и углекислом газе, не будет приведено в настоящем описании.
[00019] Как показано на фиг. 5, металлическая оболочка (202) имеет закрытое днище (203) и открытую верхнюю часть (205), оканчивающуюся ободком (207) и предпочтительно изготовленную из алюминия, подвергнутого ударному выдавливанию. Угольному элементу или набивке (210), которая является сильно спрессованной массой, предпочтительно из частиц активированного угля и графитового материала со связующим веществом, предварительно формуют и вставляют внутрь оболочки теплообменного блока, при этом угольная набивка проходит по существу вверх вплотную к верхнему периметру (212) оболочки теплообменного блока. Вследствие использования оболочки с открытым концом и предварительно формованной набивки (210) угольного материала внутри теплообменного блока может содержаться максимальное количество адсорбирующего материала.
Когда описанный выше клапан закреплен на верхнем участке (204), среда под давлением, такая как углекислый газ, вводится через клапан внутрь теплообменного блока (200) и адсорбируется спрессованными частицами угля, содержащимися в угольной набивке (210). При активации клапана углекислый газ десорбируется из угля, охлаждая пищу или напиток в контейнере, в котором размещен теплообменный блок (200).
[00020] Как показано на фиг. 6, верхний участок (204) теплообменного блока (200) имеет такую форму, что его юбка (216) посажена поверх внешней поверхности (218) оболочки теплообменного блока (202) так, что ее конец размещен над открытым верхним концом металлической оболочки (202) и проходит вниз вдоль внешней поверхности (218) указанной оболочки (202). Юбка (216) верхнего участка (204) содержит внутреннюю поверхность (214), которая может образовывать несколько желобов, как показано на (220), (222) и (224). На внутреннюю поверхность (214) верхнего участка (204) наносится подходящий клей для склеивания металла с металлом с целью постоянного скрепления верхнего участка (204) теплообменного блока (200) с оболочкой теплообменного блока (202). Необходимо отметить, что внутренняя поверхность верхнего участка (204) может быть гладкой или же может образовывать по меньшей мере один желоб как требуется. Различные пищевые клеи могут быть использованы при условии, что они образуют постоянное склеивание верхней части (214) и оболочки (202) теплообменного блока (200) и надежное уплотнение, чтобы удерживать углекислый газ под давлением внутри теплообменного блока. Примерами такого клея, который может быть использован, выступают эпоксидные клеи, акриловые лаки и подобные материалы.
[00021] Верхний участок (204) может быть изготовлен из заготовки подходящего металла, такого как нержавеющая сталь. Предпочтительно верхний участок (204) может быть отлит из цинка или алюминия. Если верхний участок (204) изготовлен методом резки или отлит или же изготовлен другими методами, такими как штамповка, формовка или выдавливание на токарно-давильном станке, он имеет достаточную прочность, чтобы выдержать давление, сгенерированное спрессованным углем, и даже при высоких температурах не приведет к поломкам.
[00022] Как более подробно показано на фиг. 7, верхний участок (204) изготовлен так, чтобы содержать плечо или выступ (226), который располагается на внутренней поверхности (214) верхнего участка (204) над желобами (220), (222) и (224), если они выполнены. Плечо (226) предназначено для соединения с ободком (207) оболочки (202) теплообменного блока (200). После того как угольная набивка (210) помещена внутрь оболочки (202), производится скользящая посадка верхнего участка (204) с нанесенным внутрь него соответствующим клеем на внешнюю поверхность (218) оболочки (202), пока ободок (207) не соприкоснется с плечом (226), в этот момент верхний участок (204) установлен на свое место. После нанесения клея, верхний участок (204) оказывается постоянно размещенным и удерживаемым, будучи приклеенным к оболочке (202) так, что он не может быть смещен. Также предполагается, что уплотнение, такое как сварной шов (228), будет осуществлено между нижней гранью (230) верхнего участка (204) и внешней поверхностью (218) оболочки (202). Такое уплотнение или сварной шов позволяет (228) контролировать резкое изменение в контуре контейнера, и предотвращает возможность попадания внутрь загрязняющих веществ.
[00023] Открытая верхняя часть (208) верхнего участка (204) выполнена с образованием цельного изгиба (232), в котором размещена обжатая кромка внешней периферии монтажного элемента клапана, как описано выше. Верхний участок (204) теплообменного блока (202) изготовлен из цинка или алюминия, полученных предпочтительно литьем под давлением, и является достаточно крепким, чтобы не разрушиться и не сдвинуться под давлением, которое может быть сгенерировано охлаждающей средой, такой как углекислый газ, адсорбированной угольной набивкой (210).
[00024] При использовании конструкции, такой как подробно описанная и проиллюстрированная выше, максимальное количество очень спрессованных частиц угля может быть размещено в оболочке теплообменного блока для максимизации количества углекислого газа, который может быть адсорбирован теплообменным блоком. Как хорошо известно и описано в уровне техники, когда клапан, через который углекислый газ вводят внутрь угольной набивки (210), активирован, адсорбированный углекислый газ десорбируется из частиц угля и покидает теплообменный блок, снимая таким образом тепло пищи или напитка, окружающей или окружающего внешнюю поверхность (218) теплообменного блока, и таким образом охлаждает пищу или напиток до желаемой температуры чтобы сделать ее или его более приятной или приятным. Как описано в патенте США №6,105,384, включенном в настоящее описание посредством ссылки, защитное пищевое покрытие может быть нанесено на всю внешнюю поверхность теплообменного блока, чтобы избежать загрязнения пищи или напитка, окружающей или окружающего теплообменный блок, или возможное изменение их вкуса. Покрытие может быть пищевым эпоксидным клеем, имеющим толщину от 4 до 10 микрон.
[00025] В настоящем описании раскрыт теплообменный блок, сконструированный из материалов, обладающих достаточной прочностью, и сконфигурированный, чтобы быть эффективным и безопасным даже в условиях относительно высокого давления.