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WO2001096796A1 - Procede de fabrication d'un emballage de boisson auto-refrigerant et equipement de mise en oeuvre dudit procede - Google Patents

Procede de fabrication d'un emballage de boisson auto-refrigerant et equipement de mise en oeuvre dudit procede Download PDF

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Publication number
WO2001096796A1
WO2001096796A1 PCT/FR2001/001820 FR0101820W WO0196796A1 WO 2001096796 A1 WO2001096796 A1 WO 2001096796A1 FR 0101820 W FR0101820 W FR 0101820W WO 0196796 A1 WO0196796 A1 WO 0196796A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cavity
manufacturing
coolant
package
packaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2001/001820
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Jeuch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thermagen SA
Original Assignee
Thermagen SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thermagen SA filed Critical Thermagen SA
Priority to EP01945406A priority Critical patent/EP1290387B1/fr
Priority to DE60106610T priority patent/DE60106610T2/de
Priority to AT01945406T priority patent/ATE280373T1/de
Priority to US10/239,824 priority patent/US6854280B2/en
Publication of WO2001096796A1 publication Critical patent/WO2001096796A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus
    • F25D31/006—Other cooling or freezing apparatus specially adapted for cooling receptacles, e.g. tanks
    • F25D31/007—Bottles or cans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2331/00—Details or arrangements of other cooling or freezing apparatus not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2331/80—Type of cooled receptacles
    • F25D2331/805—Cans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D5/00—Devices using endothermic chemical reactions, e.g. using frigorific mixtures
    • F25D5/02—Devices using endothermic chemical reactions, e.g. using frigorific mixtures portable, i.e. adapted to be carried personally

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a self-cooling beverage packaging, as well as to equipment for implementing such a method.
  • the invention applies very particularly to the cooling of drinks contained in a closed packaging of the can or bottle type.
  • the object of the present invention is to provide a method of manufacturing a beverage packaging allowing the rapid cooling of the beverage for consumption to an ideal temperature anywhere and at any time.
  • the invention proposes such a manufacturing process which is simple to implement and profitable in the context of industrial exploitation.
  • the cooling by expansion of a gas according to conventional thermodynamic laws and on the other hand the cooling by evaporation and adsorption, the principle of which consists in evaporating a liquid under the effect of a depression maintained by adsorption of vapors of said liquid.
  • the first method was implemented in French patent application FR 97 04531 which proposes to cool a drink in a can by means of an expansion of compressed gas.
  • a gas cartridge to be released is placed in a metal radiator which is placed inside the can.
  • This solution has several drawbacks.
  • the gas cartridge occupies about half the volume of the beverage to be cooled, which is dictated by the amount of gas required to cool the beverage.
  • the cost price of a compressed gas cartridge is high, which leads to an excessive increase in the price of the can.
  • This patent claims to control a pressure in one evaporator much lower than the saturated vapor pressure of the liquid by means of a vacuum pump. No indication is however given on the way to lower the partial pressure in one evaporator 101 without completely evaporating the coolant 103, which is a real physical difficulty. • In addition, this device is . complex to manufacture (valves, tubes and cables) and is not cheap, especially to guarantee a good vacuum.
  • US Pat. No. 4,736,599 proposes to produce an exchanger 16 (evaporator) contained completely inside the container 10 to be cooled (explicitly described as a can), but insists on the reversible nature of the communication between the exchanger 16 and the adsorbent contained in a reservoir 22 located under the can 10.
  • This device comprises at least four valves: two for evacuating 19 then filling the exchanger 16, one to create a vacuum in the reservoir 22 of the adsorbent and one to control the initiation of cooling 27.
  • This complex construction certainly does not make it possible to reach a cost price compatible with disposable packaging such as a can and the reversible nature of the communication contributes to this complexity.
  • the pumping speed naturally depends on the efficiency of the adsorbent, but also on the geometric characteristics of the means of communication between the evaporator and the tank containing the adsorbent, as well as on the residual pressure of the non-adsorbable gases, it . i.e. gases other than the coolant vapor.
  • the objective of the present invention is to solve the drawbacks of the prior art.
  • the object of the present invention is to provide a manufacturing process which makes it possible to rapidly cool a drink in its packaging with a simple and inexpensive device.
  • the invention provides a method of manufacturing a self-cooling beverage packaging which consists of two separate elements.
  • An evaporator (a cavity) containing a coolant is placed inside the packaging and connection means are provided to connect the evaporator to pumping means external to the packaging which make it possible to cause and maintain Evaporation of the coolant.
  • the process for manufacturing the beverage packaging according to the invention makes it possible to maintain the pressure of the non-adsorbable gases in the evaporator at a low level, less than 3 b.
  • the present invention relates more particularly to a method of manufacturing a self-cooling beverage packaging, characterized in that it comprises a step consisting in assembling refrigeration means inside the packaging, said refrigeration means being composed of a cavity containing a cooling liquid capable of evaporating under the effect of a vacuum, means for connecting said cavity to external pumping means by adsorption being provided in the packaging, the partial pressure of the nonabsorbable gases in the internal cavity being kept below 3mb.
  • the coolant is ' water or water containing an additive lowering its solidification temperature.
  • the coolant partially fills the internal cavity.
  • the coolant has been degassed prior to its introduction into the internal cavity.
  • the step of assembling the internal cavity inside the packaging is carried out with the cavity containing the frozen coolant.
  • the method comprises the following steps: production of at least part of a cavity, filling of said cavity with a coolant, freezing of said liquid, assembly of the cavity in the packaging provided with connection means.
  • the coolant is frozen in a form integrating into the cavity, then placed in said cavity before its assembly in the packaging.
  • connection means consist of a conical structure closing the cavity and comprising an uncapping impression.
  • connection means are made in the bottom of the packaging. According to another embodiment, the connection means are made in the cover of the package.
  • the assembly of the internal cavity to the packaging is carried out by cold crimping.
  • the assembly of the internal cavity to the packaging is carried out by gluing. According to one embodiment, the assembly of the cavity in the packaging is carried out under vacuum.
  • the assembly of the cavity in the packaging is carried out at atmospheric pressure, the method further comprising a step of pumping the cavity before closing of said cavity.
  • the invention also relates to equipment for implementing the method, characterized in that it comprises: - means for freezing a coolant, means for assembling a cavity containing the frozen coolant in a package , - means for producing a vacuum in the cavity.
  • the internal cavity and the external pumping means constitute two separate elements which are independent in their design and manufacture.
  • the manufacture of a self-cooling packaging is greatly simplified since it contains only an evaporator and connection means.
  • the production lines of Classic packaging can therefore easily be adapted.
  • the self-cooling beverage packaging obtained by the manufacturing process according to the invention does not include any filling or pumping valve, which simplifies manufacturing and reduces the cost of production.
  • FIG. 1 already described is a diagram of a portable self-cooling device according to the prior art
  • Figure 2 already described, is a diagram of a self-cooling beverage can according to a variant of the prior art
  • Figure 3 already described, is a diagram of a self-cooling beverage can according to another variant of the prior art
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view along AA, of a beverage package according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a schematic view from above along BB of Figure 4;
  • Figures 6a and 6b are detailed views of the connection means;
  • Figure 7 is a schematic view, in cross section along AA, of a beverage package according to a second embodiment of the invention
  • Figure 8 is a schematic view, from above along BB, of Figure 7;
  • the description which follows relates to a method of manufacturing a beverage package, of the steel or aluminum can type according to the manufacturers, provided with refrigeration means based on the principle of the evaporation of a refrigerant liquid under pressure.
  • the method according to the invention consists in manufacturing a heat exchanger 2 and in placing it inside a beverage package, consisting of a can 10 of standardized shape and volume.
  • This heat exchanger is produced in the form of a cavity 2 which is filled with a cooling liquid L.
  • the cavity 2 is advantageously made of the same material as the bobbin 10, namely steel or aluminum.
  • the cavity 2 is produced separately and then assembled in the package 10 by enclosing the refrigerant liquid L.
  • the invention proposes to carry out the assembly step with the liquid L frozen inside the cavity 2.
  • the coolant L may have been introduced into the cavity 2 in liquid form and then frozen with the cavity 2, or may have been frozen separately in a form which integrates into the cavity 2
  • the liquid L only partially fills the cavity 2, for example halfway.
  • the internal walls of the cavity 2 can advantageously be covered with a hydrophilic porous material, such as cellulose or a polymer for example. This material can be glued to the walls of the cavity 2 during its manufacture or put in place at the same time as the frozen liquid L.
  • a hydrophilic porous material such as cellulose or a polymer for example. This material can be glued to the walls of the cavity 2 during its manufacture or put in place at the same time as the frozen liquid L.
  • the coolant L contained in the internal cavity 2 can be 'water, or preferably water containing an additive lowering its solidification temperature, such as NaCl for example. With such an additive, it is possible to improve the cooling rate of the drink by lowering the temperature of the cavity 2 (the heat exchanger) below 0 ° C when the coolant L is 1 water.
  • the internal cavity 2 contains only the refrigerant liquid L as well as the vapors of said liquid L, that is to say that the liquid L has been degassed beforehand before being introduced into the cavity 2.
  • This degassing can be ensured, in particular, by boiling at atmospheric pressure followed by boiling by reducing pressure to a few millibars.
  • the partial pressure in the internal cavity 2 of the gases other than the vapor of the coolant L, before connection of the cavity 2 to the external pumping means 50 is maintained less than or equal to 3mb.
  • the cavity 2 has geometric features such that its volume-to-surface ratio is three to seven times lower than the volume-to-surface ratio of the package 10. Several geometric configurations are possible for producing the cavity 2.
  • the geometry of the cavity 2 favors a large exchange surface with the drink to be cooled for a small volume occupied in the packaging 10.
  • the cavity 2 is of tubular structure, mainly consisting of pumping tubes 3 which form ribs held together by plates 31 and containing the coolant L to be evaporated.
  • the internal cavity 2 can advantageously have the shape of an arc of a circle matching the shape of the can 10.
  • the tubular structure of the cavity 2 can be obtained by making the two faces separately (portion of tubes and plates) by stamping.
  • the frozen liquid L is then introduced between the two faces which are assembled to form the cavity 2.
  • the cavity 2 containing the coolant L is then sealed in the package 10, by cold crimping of two cones one inside the other, bonding or any other technique.
  • cold crimping is meant the assembly of two parts brought into contact at different temperatures and which expand or shrink to secure.
  • connection means 5 which allow the internal cavity 2 to be connected to the external pumping means 50 are illustrated in detail in FIGS. 6a and 6b. These connection means 5 combine a tube 4 extending the cavity 2 and the bottom of the package 10 by complementary conical shapes crimped (51 and 52) and (53 and 54). ' It is the connection means 5 which ensure the closure of the packaging 10 and / or of the cavity 2. It can also be envisaged to produce the connection means 5 in the cover of the packaging 10 rather than at its bottom .
  • the cavity 2 constitutes a double bottom of the packaging 10. This configuration takes up the essential features of the first.
  • the geometry of the cavity 2 favors the establishment of large convection currents in the drink in order to ensure rapid cooling. It has, for example, a conical shape in vertical section ( Figure 7) and a star structure in horizontal section ( Figure 8).
  • the cavity 2 is fixed directly to the bottom of the package 10 or to its cover, by gluing for example.
  • connection means 5 are similar to those described above, as well as the associated uncapping means.
  • the double bottom structure of the cavity 2 can be obtained by stamping with the packaging 10, the coolant L being preferably introduced frozen at the bottom of the can 10 before this assembly step.
  • the manufacturing method according to the invention allows the cavity 2 to be assembled with the coolant L in the packaging 1 while maintaining the partial pressure of the nonabsorbable gases in the cavity 2 at a low level, that is to say less than 3mb.
  • This objective is achieved by freezing the liquid L in the cavity 2 and by performing the assembly step under air vacuum or at atmospheric pressure followed by a pumping step before closing the cavity 2.
  • the standard equipment of the can manufacturers 10 can be easily adapted, the manufacturing steps being practically unchanged compared to the manufacture of a standard can.
  • the invention in fact requires means for degassing and freezing the refrigerant liquid L. For this, heating and pumping means are necessary, which does not represent any difficulties, nor heavy investments.
  • the invention also requires means for assembling the cavity 2 in the packaging 10 as well as means for creating a vacuum in the cavity 2.
  • the assembly means essentially consist of means for bonding, crimping or d cold stamping, which are techniques already used in the standard equipment of can manufacturers.
  • the means of making the vacuum in the cavity 2 can simply be means of pumping the cavity before it is closed, the coolant L being frozen, or means of assembling under vacuum, which represent a little more specific but used apparatus. in many industries.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un emballage (10) de boisson auto-réfrigérant, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à assembler des moyens de réfrigération à l'intérieur de l'emballage (10), lesdits moyens de réfrigération étant composés d'une cavité (2) contenant un liquide réfrigérant (L) apte à s'évaporer sous l'effet d'une dépression, des moyens de connexion (5) de ladite cavité à des moyens de pompage externes (50) par adsorption étant prévus dans l'emballage (10), la pression partielle des gas non absorbables dans la cavité interne (2) étant maintenue inférieure à 3mb.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D ' UN EMBALLAGE DE BOISSON AUTO - REFRIGERANT ET EQUIPEMENT DE MISE EN OEUVRE DUDIT
PROCEDE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un emballage de boisson auto-réfrigérant, ainsi qu'un équipement de mise en œuvre d'un tel procédé. L'invention s'applique tout particulièrement 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 à toute heure.
En particulier, l'invention propose un tel procédé de fabrication qui soit simple à mettre en œuvre et rentable dans le cadre d'une exploitation industrielle. II existe principalement deux méthodes physiques de refroidissement d'un emballage ou d'une enceinte. D'une part, le refroidissement par détente d'un gaz selon les lois thermodynamiques classiques, et d'autre part le refroidissement par evaporation 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 œuvre 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 inconvénients. D'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 œuvre de l'autre méthode de refroidissement par evaporation et adsorption a également 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 œuvre 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 1 ' adsorbant 104 se trouve à l'extérieur. Les 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 1 ' adsorbant 104. Une autre conduite 112 permet de relier 1 ' 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 1 ' 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 1 ' 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 œuvre de la méthode de refroidissement par evaporation 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'echangeur 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'echangeur 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 à 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. Il 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 l'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 œuvre 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 1 ' évaporateur et la boisson, et d'autre part la vitesse de pompage des vapeurs du liquide réfrigérant dans 1' évaporateur .
La vitesse de pompage dépend bien entendu de l'efficacité de l' adsorbant, mais aussi des caractéristiques géométriques du moyen de mise en communication de 1 ' évaporateur avec le réservoir contenant l' adsorbant, ainsi que de la pression résiduelle 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 bon débit de pompage des vapeurs .
En outre, les dispositifs de l'art antérieur présentent rarement leurs méthodes de fabrication et en particulier la façon d'assurer un bon vide dans
1 ' échangeur . 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'echangeur. Cette méthode est certainement efficace, mais elle conduit à un dispositif complexe et onéreux par le nombre de vannes qu'il comporte.
Les brevets US 4 759 191 et US 5 048 301 ne précisent pas la façon d'éliminer l'air de la chambre contenant le liquide réfrigérant au moment de 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 est 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 procédé 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 1 ' évaporateur à des moyens de pompage externes à l'emballage qui permettent de provoquer et d'entretenir 1 ' evaporation 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 adsorbables dans 1 ' évaporateur à un niveau faible, inférieur à 3 b.
La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un emballage de boisson auto-réfrigérant, caractérisé en ce qu' il comporte une étape consistant à assembler des moyens de réfrigération à l'intérieur de l'emballage, lesdits moyens de réfrigération étant composés d'une cavité 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 par adsorption 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 œuvre, le liquide réfrigérant est de ' l'eau ou de l'eau contenant un additif abaissant sa température de solidification.
Selon une caractéristique, le liquide réfrigérant 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 œuvre, le procédé comporte les 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 œuvre, le liquide réfrigérant 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 1' emballage .
Selon un mode de réalisation, l'assemblage de la cavité interne à l'emballage est réalisé par sertissage à 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 de la cavité dans l'emballage est réalisé sous vide d'air.
Selon un autre mode de réalisation, l'assemblage de la cavité dans l'emballage est réalisé à pression atmosphérique, le procédé comportant en outre une étape de pompage de la cavité avant fermeture de ladite cavité .
L ' invention concerne également un équipement de mise en œuvre du procédé, caractérisé en ce qu'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 des emballages classiques peuvent donc facilement être adaptées .
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.
D'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 d'un dispositif portable auto-réfrigérant selon l'art antérieur,
La figure 2, déjà décrite, est un schéma d'une canette de boisson auto-réfrigérante selon une variante de l'art antérieur ; La figure 3, déjà décrite, est un schéma 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 ;
La 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' evaporation d'un liquide réfrigérant à pression
' réduite . Le procédé selon l'invention consiste à fabriquer un echangeur 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 echangeur thermique est réalisé sous la forme d'une cavité 2 que l'on remplit d'un liquide réfrigérant L.
Afin d' en faciliter la fabrication et le recyclage, la cavité 2 est avantageusement composée du même matériau que la canette 10, à savoir en acier ou en aluminium. Selon le procédé de l'invention, la cavité 2 est réalisée séparément puis assemblée dans l'emballage 10 en enfermant le liquide réfrigérant L. Pour qu'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 congelé séparément sous une forme s ' intégrant à la cavité 2. Préférentiellement, le liquide L ne rempli que partiellement la cavité 2, par exemple à moitié.
Les 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 même temps que le liquide L congelé.
Le liquide réfrigérant L contenu dans la cavité interne 2 peut être 'de l'eau, ou préférentiellement de l'eau contenant un additif abaissant sa température de solidification, tel que du NaCl par exemple. Avec un tel additif, il est possible d'améliorer la vitesse de refroidissement de la boisson en abaissant la température de la cavité 2 (l'echangeur thermique) en dessous de 0°C lorsque le liquide réfrigérant L est de 1 ' eau.
Selon une particularité de l'invention, la cavité interne 2 ne contient que le liquide réfrigérant 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 50, est maintenue inférieure ou égale à 3mb. Cette particularité permet d'assurer une bonne vitesse d' evaporation en évitant de limiter la réaction d' evaporation avec des 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 la cavité 2.
Selon une première configuration possible, en référence aux figures 4 à 6, la géométrie de la cavité 2 privilégie une grande surface d'échange avec la boisson à refroidir pour un faible volume occupé dans l'emballage 10.
Selon ce mode de réalisation, la cavité 2 est de structure tubulaire, principalement constituée de tubes de pompage 3 qui forment des nervures maintenues entre elles par des plaques 31 et contenant le liquide réfrigérant L à évaporer. La cavité interne 2 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 de 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, est ensuite scellée à l'emballage 10, par sertissage à froid de deux cônes l'un dans l'autre, collage ou toute autre technique. Par sertissage à froid, on entend l'assemblage de deux pièces mises en contact à des températures différentes et qui se dilatent ou se rétractent pour se solidariser.
Afin de garantir un bon vide dans la cavité 2, l'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 50 sont illustrés en détail sur les figures 6a et 6b. Ces moyens de connexion 5 associent un tube 4 prolongeant la cavité 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 de la structure, pour permettre la découpe d'une ouverture dans la cavité interne 2 à l'aide de moyens de désoperculage associés aux moyens de pompage externes 50. 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 des 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 2 avec le liquide réfrigérant L dans l'1 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.
Cet 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 des 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.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un emballage de boisson auto-réfrigérant, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à assembler des moyens de réfrigération (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 s'évaporer sous l'effet d'une dépression, des moyens de connexion (5) de ladite cavité (2) à des moyens de pompage externes (50) par adsorption 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.
4. 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 (2) à l'intérieur de l'emballage (10) est réalisée avec la cavité (2) contenant le liquide réfrigérant (L) congelé.
7. Procédé de fabrication selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes 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 6, 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 l'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) .
12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'assemblage de la cavité interne (2) à l'emballage (10) est réalisé par sertissage à froid.
13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'assemblage de la cavité interne (2) à l'emballage (10) est réalisé par collage.
14. 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 réalisé sous vide d'air.
15. 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 réalisé à pression atmosphérique, le procédé comportant en outre une étape de pompage de la cavité (2) avant fermeture de ladite cavité.
16. Equipement de mise en œuvre 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 (L) congelé dans un emballage (10), des moyens de réalisation du vide dans la cavité (2) .
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