本申請(qǐng)是基于2014年4月30日提交的臨時(shí)申請(qǐng)61/986,422和2014年6月19日提交的臨時(shí)申請(qǐng)62/014,556的非臨時(shí)申請(qǐng)，本申請(qǐng)要求首次提交的申請(qǐng)日的權(quán)益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于容納食品或飲料的容器，其中還包括使用液態(tài)二氧化碳并具有接觸食品或飲料的外表面的熱交換單元，其在被激活時(shí)改變食品或飲料的溫度。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)期以來，一直期望提供一種簡(jiǎn)單，有效和安全的裝置，其可以容納在例如食品或飲料容器的容器內(nèi)，以便根據(jù)需要改變食品或飲料的溫度。

在許多情況下，例如在冰或制冷不容易獲得的地點(diǎn)，例如露營(yíng)、在海灘、劃船、釣魚等，期望具有在食用之前可以冷卻的飲料。在過去，個(gè)人必須使用冰柜或類似的含有冰的用于飲料的容器，使得它們可以以期望的方式食用。這種冰柜使用起來很麻煩，其占據(jù)大量的空間并且僅能持續(xù)很有限的時(shí)間，在此之后必須更換冰。在使用中，也有必要不時(shí)地將冰融化產(chǎn)生的水從冰箱中排出。

基于上述的結(jié)果，已經(jīng)有大量的例子，試圖提供一種容器，其容納食物或飲料以及在其中的熱交換單元，熱交換單元在激活時(shí)可以冷卻容器中的食品或飲料。這種現(xiàn)有技術(shù)裝置中的熱交換單元通常容納在壓力下的制冷劑材料，當(dāng)被釋放時(shí)，制冷劑材料將吸收周圍食品或飲料中的熱量，由此在食用之前使之冷卻。用于現(xiàn)有技術(shù)的熱交換單元中的制冷劑包括壓力下氣體，例如氫氟烴、氨、液氮、二氧化碳和液態(tài)二氧化碳。還開發(fā)了使用便攜炭顆粒的系統(tǒng)，其能夠吸附壓力下的二氧化碳?xì)怏w。當(dāng)HEU(熱交換單元)通過打開閥而暴露在空氣中時(shí)，二氧化碳?xì)怏w釋放并冷卻容器中的食品或飲料。美國專利7,185,511、6,125,649和5,692,381展示了這種系統(tǒng)的實(shí)例。美國專利3375381、4688395及4669273示出包括氣體或液體形態(tài)的二氧化碳的這種現(xiàn)有技術(shù)專利。使用現(xiàn)有技術(shù)中的這種熱交換單元的容器制造復(fù)雜且困難，因此產(chǎn)生了高額的費(fèi)用，從而使得運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)的自冷卻飲料容器不具備商業(yè)吸引力。此外，當(dāng)使用液態(tài)二氧化碳時(shí)，液態(tài)二氧化碳的釋放導(dǎo)致液態(tài)二氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)，對(duì)于食品和飲料的溫度的降低是有限的?；谏鲜龅慕Y(jié)果，需要一種使用簡(jiǎn)單、易于組裝且有效的自冷卻食品或飲料系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種食品或飲料容器組件，包括用于接收食品或飲料并且具有頂部和底部的外部容器，所述底部限定穿過其中的開口，還包括填充有液態(tài)二氧化碳(CO2)的金屬內(nèi)部容器且適于在開口中被固定到外部容器的熱交換單元(HEU)。固定到所述HEU的閥裝置，用于提供限流孔，其被激活時(shí)造成不平衡狀態(tài)，允許液態(tài)二氧化碳直接從液體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為氣體狀態(tài)，但同時(shí)維持HEU中的二氧化碳保持在液體狀態(tài)。

附圖說明

圖1是二氧化碳的相態(tài)圖，顯示了二氧化碳在固體、液體、氣體和超臨界流體時(shí)的壓強(qiáng)和溫度；

圖2是局部橫截面圖，示出用于在其關(guān)閉位置提供限流孔的閥的一個(gè)實(shí)施例；

圖3A是圖2中的閥處于打開狀態(tài)的局部橫截面圖；

圖3B是圖3A中的閥的局部放大視圖；

圖4是用于提供限流孔的閥系統(tǒng)的替代實(shí)施例；

圖5是閥系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例；

圖6是閥系統(tǒng)的又一實(shí)施例；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的自冷飲料容器的一個(gè)實(shí)施例的局部橫截面圖；

圖8是更詳細(xì)的用圓圈8-8顯示圖7的部分的橫截面圖；

圖9是在如圖8所示的結(jié)構(gòu)中使用的附接適配器的透視圖；及

圖10是本發(fā)明的模制塑料閥元件的透視圖。

具體實(shí)施方式

具體參考圖1，其中顯示了二氧化碳的相態(tài)圖。如圖所示，二氧化碳可以具有固相、液相、蒸氣或氣相。根據(jù)本發(fā)明的原理，關(guān)鍵的是使二氧化碳保持在其液相并且防止其轉(zhuǎn)化為固相，在使用熱交換單元期間形成干冰以用于降低容器內(nèi)食品或飲料溫度。如圖所示，相態(tài)圖上的三相點(diǎn)是物質(zhì)的三種狀態(tài)(氣態(tài)、液態(tài)、和固態(tài))共存的點(diǎn)。臨界點(diǎn)是相態(tài)圖上在該點(diǎn)處物質(zhì)(在此例中為二氧化碳)在液態(tài)和氣態(tài)之間無法區(qū)分的點(diǎn)。蒸發(fā)(或冷凝)曲線是相態(tài)圖上的曲線10，其表示液體和蒸氣或氣態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。如圖所示，相態(tài)圖標(biāo)記了典型的在大氣中相對(duì)于溫度(在本例中單位為攝氏度)的壓強(qiáng)。線段顯示了兩種相態(tài)平衡存在的壓強(qiáng)和溫度的組合。換句話說，這些線段定義了相態(tài)改變點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的原理，熱交換單元在一溫度和壓強(qiáng)充入二氧化碳使其處于其液體狀態(tài)。然后熱交換單元被密封，使得液態(tài)狀態(tài)在熱交換單元內(nèi)保持平衡，直到需要冷卻熱交換單元周圍的容器內(nèi)的食物或飲料時(shí)。在這一點(diǎn)，不平衡狀態(tài)產(chǎn)生，使得液態(tài)二氧化碳可以轉(zhuǎn)化為蒸氣或氣態(tài)，但同時(shí)關(guān)鍵的是熱交換單元內(nèi)的壓強(qiáng)被維持使得任何仍存在于熱交換單元中的二氧化碳維持在其液體狀態(tài)。如下文將更詳細(xì)描述的，這是通過提供一條使液態(tài)二氧化碳從其液態(tài)轉(zhuǎn)化到其氣態(tài)并通過限流孔排出到空氣中的路徑來實(shí)現(xiàn)的，該限流孔具有壓降使得熱交換單元內(nèi)的壓強(qiáng)被維持，從而使得在熱交換單元內(nèi)的殘余二氧化碳保持液態(tài)，直到所有液態(tài)二氧化碳從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)并通過限流孔排出到空氣中，從而完全排出熱交換單元中的液態(tài)二氧化碳。

具體參考圖2，其以示意圖形式顯示了熱交換單元11，其具有固定到其上的閥裝置的一個(gè)實(shí)施例，其可用于提供將熱交換單元內(nèi)的二氧化碳維持在其液體狀態(tài)并且同時(shí)造成不均衡狀態(tài)以允許液態(tài)二氧化碳從液體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為氣體狀態(tài)并從熱交換單元中排出的限流孔。閥限定開口15，在壓強(qiáng)下的液態(tài)二氧化碳從中通過被注入熱交換單元11中以將其充入至平衡狀態(tài)。如圖2所示，閥裝置具有第一端12和第二端14。第一端12以16所示的錐形方式終止，并且具有表面18，當(dāng)完全座設(shè)在閥座20上時(shí)，該表面18密封熱交換單元的內(nèi)部，以防止液態(tài)二氧化碳逸出并從而保持在其液體狀態(tài)。這通過提供螺紋來實(shí)現(xiàn)，如22所示，使得當(dāng)固定到閥機(jī)構(gòu)的第二端14的激活輪24旋轉(zhuǎn)時(shí)，表面18向下移動(dòng)，其將與閥座20密封地接合，但是當(dāng)激活輪24沿相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，表面18遠(yuǎn)離閥座20移動(dòng)，并且為液態(tài)二氧化碳從液體轉(zhuǎn)化為氣態(tài)提供路徑。

閥機(jī)構(gòu)的開口提供限流孔，允許二氧化碳?xì)怏w從熱交換單元中逸出并進(jìn)入大氣限流孔，參考圖3A所示。如圖所示，錐形部分16現(xiàn)在已經(jīng)通過激活輪24的旋轉(zhuǎn)而向上移動(dòng)遠(yuǎn)離閥座20，從而為二氧化碳?xì)怏w通過提供路徑26，路徑如箭頭28所示。限流孔30設(shè)置在閥36的表面32和邊緣34之間。二氧化碳?xì)怏w如箭頭38所示穿過限流孔，穿過閥36的中心部分，如箭頭40所示，然后向外穿過鄰近激活輪24設(shè)置的開口42，從而允許處于其氣態(tài)的二氧化碳排出到大氣中，如箭頭44所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，通過提供如上所述的限流孔30產(chǎn)生壓降，在熱交換單元中壓降反映出一定程度，使得留在熱交換單元內(nèi)部中的二氧化碳保持在其液體狀態(tài)。

具體參考圖3B，以放大的局部橫截面圖顯示了圖2和圖3A所示的閥，并且限流孔30更為清晰。如圖3B所示，通過將塞子向上移動(dòng)一定量(在本實(shí)例中為一個(gè)螺紋)而產(chǎn)生的限流孔30在閥邊緣34和表面32之間設(shè)有12微米的間隙。限流孔30長(zhǎng)度為0.4毫米，從而提供0.0377立方毫米的環(huán)形體積。已經(jīng)作為原型制造的結(jié)構(gòu)使用一熱交換單元，其具有199立方厘米的內(nèi)部容積和250立方厘米的排量，放置在具有250立方厘米飲料量的外部容器內(nèi)，熱交換單元充入100到120克之間的液態(tài)二氧化碳，提供在1到2分鐘之內(nèi)20℃的冷卻，直到液態(tài)二氧化碳完全消耗而不形成固體二氧化碳?？缭较蘖骺?0的壓降，將熱交換單元內(nèi)的二氧化碳保持在其液體狀態(tài)，并且允許通過限流孔的開口而產(chǎn)生的不平衡狀態(tài)使得液態(tài)二氧化碳到氣體狀態(tài)的轉(zhuǎn)變沿著如圖1所示的線段10進(jìn)行，即使溫度和壓強(qiáng)由于限流孔30的產(chǎn)生而發(fā)生了改變，以及允許冷卻效果產(chǎn)生。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，即使在本發(fā)明的原型中構(gòu)造和使用了如圖2和圖3所示的閥，也可以使用其它機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生所需的限流孔并生成必要的壓降使得保留在熱交換單元內(nèi)的二氧化碳保持在其液相?？捎糜诋a(chǎn)生限流孔并允許如上所述的熱交換單元的操作的機(jī)構(gòu)的一個(gè)示例在圖4中以示意形式示出。如圖所示，具有構(gòu)件42，其具有產(chǎn)生如上所述的壓降的所需尺寸的孔44。柱塞46設(shè)置在孔44上方，并且當(dāng)其處于完全向下位置并且座設(shè)在構(gòu)件42上時(shí)，孔44被關(guān)閉和密封。當(dāng)柱塞46如箭頭48所示向上移動(dòng)足夠量時(shí)，然后產(chǎn)生所需量的流動(dòng)路徑50，使得限流孔被限定在所需距離上，以產(chǎn)生如上所述的壓降。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多機(jī)構(gòu)，例如螺紋，棘輪等，其可用于使柱塞46如箭頭48所示向上或向下移動(dòng)以密封和啟封孔44，從而允許產(chǎn)生以提供用于二氧化碳從液體到氣體狀態(tài)并且如箭頭52所示地排出到大氣的流動(dòng)路徑的限流孔。

參考圖5，圖5還顯示了用于提供限流孔的不同機(jī)構(gòu)，并且其將包括具有在其中形成的足夠長(zhǎng)度的孔56的材料體54，并且與孔56的直徑相結(jié)合會(huì)提供如上所述的壓降，以便通過提供用于二氧化碳的流動(dòng)路徑58在設(shè)備的整個(gè)操作過程中使二氧化碳保持在其液體形態(tài)，當(dāng)二氧化碳從其液體轉(zhuǎn)變到其氣態(tài)以被排放到大氣中的時(shí)候。當(dāng)系統(tǒng)保持在其平衡狀態(tài)時(shí)，可使適當(dāng)?shù)闹蛉?未示出)來密封孔56。

在圖6中還顯示了提供所需限流孔結(jié)構(gòu)的另外附加的實(shí)施例作為參考。如圖所示，提供了具有形成在其中的銷孔62的膜60，其可以通過適當(dāng)?shù)闹蚱渌麢C(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)需要冷卻容納在容器內(nèi)的食品或飲料時(shí)，該柱塞或其他裝置由使用者激活。當(dāng)產(chǎn)生孔62時(shí)，提供流動(dòng)路徑64，使得二氧化碳可以如上所述從其液態(tài)轉(zhuǎn)化為其氣態(tài)并排放到大氣中。

具體參考圖7，以截面圖顯示了具有固定在其內(nèi)部的熱交換單元的飲料罐的一個(gè)實(shí)施例的完整結(jié)構(gòu)。如圖所示，飲料容器70具有通過附接適配器74固定在其內(nèi)部的熱交換單元72，附接適配器74通過螺紋固定到熱交換單元72的頂部76。附接適配器74通過其中所示的螺紋78固定到熱交換單元的頂部76。閥80螺紋擰緊到附接適配器74的頂部，固定到閥頂部的是激活輪82。如上所述，激活輪82用于移動(dòng)閥80以密封閥或打開閥，以允許容納在熱交換單元72中的液態(tài)二氧化碳從液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)。安全爆破盤片組件(safety burst disc assembly)84也通過螺紋86固定到附接適配器74。具有釋放閥和安全爆破盤片的附接適配器在由附接適配器74的凸緣92上的表面90(如圖9)和飲料罐70上的表面94所形成的界面88處固定到飲料罐70上。固定機(jī)構(gòu)可以是粘合劑或緊固件。

具體參考圖8，更詳細(xì)地說明了圖7所示的結(jié)構(gòu)。如圖所示，閥80包括聚四氟乙烯(PTFE)的插入件96，其用于在閥80的下部之間形成密封件，并且作為對(duì)由附接適配器74限定的閥座98的密封件。當(dāng)激活輪82沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，插入件96將從閥座98移除足夠以提供上述限流孔的量，從而允許液態(tài)二氧化碳從液體轉(zhuǎn)化到氣體狀態(tài)并行進(jìn)穿過附接適配器74中的開口100，并穿過設(shè)置在閥80的壁中的各開口(其中一個(gè)示出為102)，然后穿過閥的頂部處的開口104并且進(jìn)入大氣中。爆破盤片組件84包括盤片85，其通過導(dǎo)管106持續(xù)地暴露于容納在容器內(nèi)的壓強(qiáng)，然后允許壓強(qiáng)進(jìn)入爆破盤片組件內(nèi)的通道108中以與爆破盤片自身接觸，使得如果壓強(qiáng)增大到不期望的量，則爆破盤片將破裂，釋放不需要的壓強(qiáng)。塞子焊接在導(dǎo)管106的端部，如110處所示，以防止液態(tài)二氧化碳逸出并確保其壓強(qiáng)與爆破盤片接合。模制塑料蓋95裝配在容器70的底部，使得完成的裝配在被放置在銷售或類似的展區(qū)時(shí)保持穩(wěn)定。

參考圖9，以透視圖顯示了附接適配器74。如圖所示，適配器74包括凸緣92，凸緣92具有接合飲料罐的下表面94的上表面90，以提供附接適配器74到飲料罐70的附接。附接適配器74的下延伸部112如圖9所示是帶螺紋的，使得附接適配器可以通過螺紋固定到如上所述的熱交換單元72的頂表面76。附接適配器74限定第一開口114，該第一開口114還包括螺紋內(nèi)表面，釋放閥80通過螺紋連接至其中。第二開口116也設(shè)置在附接適配器74的主體中，并且通過設(shè)置在開口116內(nèi)部的螺紋接收安全爆破盤片組件84。如圖9所示，釋放閥和安全爆破盤片可以在將附接適配器附接到熱交換單元72的上端之前構(gòu)造。這將使得如上所述的裝置的構(gòu)造更容易。

參考圖10，以透視圖顯示了閥80的聚四氟乙烯(PTFE)形式。如圖10所示的結(jié)構(gòu)優(yōu)選地由PTFE塑料材料模制，并且如圖所示，提供直徑減小的節(jié)段118以接收附加的PTFE插入件96并且設(shè)置在閥80的下端120處。如圖所示，螺紋122用于將閥與附接適配器74接合，而螺紋124用于允許激活輪82固定到閥80的頂部。

上述描述了一種自冷卻食品或飲料容器的結(jié)構(gòu)，該容器具有外部容器，該外部容器具有熱交換單元，該熱交換單元包括通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式固定在其中的內(nèi)部容器，該熱交換單元填充有處于液體形態(tài)的二氧化碳，從而能夠通過限流孔從液體轉(zhuǎn)化為氣體，該限流孔提供壓降以將留在熱交換單元內(nèi)的二氧化碳保持在其液體狀態(tài)，直到其完全排出，從而冷卻容納在外部容器內(nèi)的食品或飲料。