具有使用液态二氧化碳的热交换单元和扭转顶部激活系统的自冷饮料容器的制作方法

本发明通常涉及用于保持食物或饮料的容器,在该容器中还包括使用液态二氧化碳且具有外表面的热交换单元，该外表面接触食物或饮料且在激活时改变食物或饮料的温度。

背景技术：

长久以来期望的是提供一种简单、有效且安全的装置，其可以被承装在例如食物或饮料的容器中，用于按要求改变食物或饮料的温度。

在许多情况下，例如在不易于获得冰或制冷的地方，例如在露营、在海滩、划船、钓鱼等的情况下，期望的是让饮料在饮用之前冷却。在过去，必须采用含有冰的冰柜等和用于饮料的容器，使得它们可以以期望的方式被冷却并随后被应用。这种冰柜的使用很笨重，占据大量空间且仅能维持非常有限的时间，此后必须更换冰。同时在使用中还时不时地必须将熔化的冰形成的水从冰柜排出。

有鉴于此，已经多次尝试提供一种容器，在其中承装食物或饮料且还承装热交换单元，该热交换单元在激活时能冷却包含在其中的食物或饮料。这种现有技术装置中的热交换单元承装通常处于压力下的制冷剂材料，其在释放时吸收周围食物或饮料中的热量，由此在饮用之前将其冷却。在现有技术的热交换单元中利用的冷却剂包括处于压力下的气体，例如氢氟烃、氨、液氮、二氧化碳、和液态二氧化碳。还开发出了一种系统，其使用在压力下吸附二氧化碳气体的压实碳颗粒。在通过打开阀而让热交换单元暴露到大气时，二氧化碳气体被解吸并将容器中的食物或饮料冷却。这种系统的例子显示于美国专利7,185,511、6,125,649和5,692,381。包括处于其气体或液体形成的二氧化碳的这种现有技术专利的例子显示于美国专利3373581、4688395、和4669273中。现有技术中所示的利用这种热交换单元的容器复杂且难以制造，由此造成很大的浪费，使得这种现有技术的自冷饮料容器在商业上不具吸引力。此外，在利用液态二氧化碳的情况下，液态二氧化碳的释放造成液态二氧化碳转变为固态，其提供对食物或饮料温度的非常有限的降低。

申请人已经发现，通过对这种容器中的热交换单元填充液态二氧化碳并随后通过适当设置尺寸的限流孔排放二氧化碳，液态二氧化碳直接从液态转变为气态。这种系统在pct7us2015/028318中公开，其并入本文。所公开的系统中利用机加工金属部件，以形成限流孔。结果，申请人开发了一种系统，其利用双功能模制塑料阀来形成限流孔，且这在pct/us16/23194中公开，其并入本文。该系统利用推动按钮激活，以如阀运动就位，使得液态二氧化碳转变为气态并排出气态二氧化碳。已经发现，一些用户难以让推动按钮运动就位以形成限流孔并释放气态二氧化碳。有鉴于此，存在对用于食物或饮料的简单、易于组装且高效的自冷却系统的需要，其应易于激活且制造廉价。

技术实现要素：

在含有食物或饮料的组件中，该组件包括：用于接收食物或饮料且具有顶部和底部的外容器，该底部限定穿过其中的开口；热交换单元(heu)，包括金属内部容器，该容器具有开口且应填充有液态二氧化碳(co2)并适于在该开口中固定到外容器；阀器件，固定到所述heu，用于提供限流孔，该限流孔具有一尺寸，其在被激活时形成不均衡，以允许液体co2直接从液态转变为气态，但同时保持heu中剩余的co2处于液态，直到其被完全排放，该改进包括脆弱构件，该脆弱构件关闭所述heu中的所述开口，所述阀器件包括穿透销和联接到所述穿透销的旋转激活构件，以让与所述脆弱构件接触的所述穿透销运动，以使得脆弱构件破裂。

附图说明

图1是二氧化碳的相图，显示了co2为固态、液态、气态、和超临界流体时的压力和温度；

图2是具有根据本发明的原理构造的热交换单元的容器的截面图；

图3是利用扭转激活的本发明容器的俯视透视图；

图4是显示了激活系统的各部件的部分截面图；

图5是热交换单元附接适配器的透视图；

图6是在图5的线6-6截取的热交换单元附接适配器的截面图；

图7是本发明的经校准穿透插头的透视图；

图8是经校准穿透插头的侧视图；

图9是在图7的线9-9截取的经校准穿透插头的截面图；

图10是穿透销的透视图；

图11的在图10的线11-11截取的穿透销的截面图；

图12是扭转基部激活器的透视图；

图13是棘轮附接夹持环的透视图；

图14是显示了与基部环接合的棘轮的截面图；

图15是显示了用于二氧化碳气体的通气路径的截面图。图16进一步示出了二氧化碳气体通向大气；

图17是显示外容器的底部的冲出底部的平面图；

图18是具有根据本发明原理构造的heu的容器的替换实施例的截面图；

图19是heu组件的截面图；

图20是图18的阀机构的截面图；和

图21是具有根据本发明原理构造的heu的容器的另一替换实施例的截面图。

具体实施方式

现在更具体地参见图1，其示出用于二氧化碳的相图。如图所示，二氧化碳可以具有固相、液相或蒸汽或气体相。根据本发明的原理，关键的是在利用热交换单元以降低容器中食物或饮料的温度期间让二氧化碳保持其液相且被防止进入会形成干冰的固相。如所示的，相图上的三相点是物质的三种状态(气态、液态和固态)共存的点。临界点是相图上的一点，在该点处无法在之间液态和气态区分物质(在该例子中是二氧化碳)。汽化(或冷凝)曲线是相图上的曲线10，其代表液态和蒸汽或气态之间的转变。如所示的，相图绘制了压力(通常以大气压计)对温度(在该情况下以摄氏度计)的情况。这些线代表两种相以平衡态存时的压力和温度的组合。换句话说，这些线定义了相变点。根据本发明的原理，热交换单元在使得二氧化碳处于其液态的温度和压力下被填充二氧化碳。热交换单元随后被密封，使得在热交换单元中液态保持平衡，直到期望让容器中的被热交换单元围绕的食物或饮料冷却时。此时，形成不平衡，使得液态二氧化碳被允许转变为蒸汽或气态，但是同时，关键的是热交换单元中的压力仍被保持，使得仍然存在于热交换单元中的任何二氧化碳保持处于液态。如在下文更详细地描述的，这是通过以下方式实现的：提供用于让液态二氧化碳从其液态转变为气态并通过经限流孔而排放到大气的路径，该限流孔具有的尺寸形成压力降，使得热交换单元中的压力能被保持，使得包含在热交换单元中的剩余二氧化碳保持处于其液态，直到所有液态二氧化碳直接从其液态转变为其气态并通过限流孔排放到大气之时，由此完全排放热交换单元中的液态二氧化碳并让容器中的食物或饮料冷却。

如上所述且尤其是参考之前提交的两个pct专利申请，开发出了一些系统，其为限流孔提供期望的尺寸且事实上用于使得液态二氧化碳直接从其液态转变为其气态并排放到大气，并让与热交换单元接触的食物或饮料冷却。但是，能确定的是，所开发并公开的机构是用机加工金属部件制造的，且在一个实施例中，激活机构是推动按钮。由于利用机加工金属部件，结果是最终的机构非常昂贵且在商业上难以制造，且在推动按钮激活这方面，如上所述，有些人难以充分压下按钮以激活限流孔并由此提供液态二氧化碳从液态转变为气态并实现期望冷却的能力。结果，申请人重新设计了激活机构和产生限流孔的方式，同时消除了昂贵的机加工部件，由此降低装置的总体成本，使得其在商业上可开发。因此，本发明涉及一种新颖结构，其利用联接到穿透销的扭转基部或旋转激活器，从而让穿透销以穿破脆弱构件的其方式运动，以形成不平衡，以使得液态二氧化碳直接进入气态并实现期望的冷却。在下文更全面地描述这种重新设计，其实现包括模制塑料部件、和作为唯一金属的穿透销、和热交换单元的结构。

现在更具体地参见图2和3，显示了本发明一个实施例的总体结构，其包括扭转基部或旋转激活器20。如图2所示，该结构包括外容器12和附接到热交换单元附接适配器16的热交换单元14，该热交换单元附接适配器固定到外容器12的底部18。扭转基部或旋转激活器20可以沿第一方向旋转，以便使得穿透销朝向热交换单元的脆弱构件运动并使其破裂。如在下文更完全描述的，提供一机构，以防止扭转基部激活器沿相反方向旋转。在优选实施例中，扭转基部激活器被允许仅沿顺时针方向旋转，如图3中扭转基部激活器20的顶部的箭头22所示。

如之前已经描述的，外容器12的顶部24关闭且包括通常流行的顶部或拉片(lifttab)，以提供对外容器12中的内容物26的获取，该内容物可以是食物或饮料，且根据本发明优选实施例，是围绕热交换单元14的外表面的饮料，使得内容物26可以被冷却到期望饮用温度。与饮料接触的热交换单元的外表面涂有食品级涂层，以防止金属进入食物或饮料，如美国专利no.6,105,384中公开的，该专利用过引用并入本文。

更具体地参见图4，更详细地示出了用于将heu附接到外容器的该实施例的各种组成部分的组装。如图4所示，heu附接适配器16螺纹固定到热交换单元14的颈部部分28。附接适配器16用通过玻璃纤维强化的工程塑料材料制造。作为一个例子，适配器可以用填充了50％玻璃纤维的聚丙烯酰胺或填充了玻璃纤维的聚甲醛或丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)制造。所使用的具体的工程材料必须是与食物兼容的。如图4所示，附接适配器具有向上延伸的颈部部分，该颈部部分经过外容器12的底部18中的开口。

通过参考图5和6，更详细地示出了附接适配器。如其中所示的，适配器具有向下延伸的本体部30，其包括在其内表面上的螺纹32，用于接合热交换单元的颈缩部分上的螺纹。适配器包括向外延伸的凸缘34，其座靠外容器12的底部18的内表面。适配器还包括向上延伸的颈部部分36，该颈部部分还具有形成在其外表面上的螺纹38以及形成在其内表面上的螺纹40，以接收将在下文更完整描述的经校准的穿透插头。适配器16还包括从颈部部分36向外延伸的一对凸柱42和44。在利用扭转基部激活器20时，凸柱42和44用于将heu保持就位并防止其旋转，如将在下文更完整描述的。通过饮料示出了这种情况发生的方式可冲出(punch)图17所示的轮廓，因此应对图17进行参考。如其中所示的，外容器12的底部部分18具有设置在其中的用于接收适配器16的开口46，且还设置从开口46的周边延伸的一对槽道48和50。凸柱42和44装配在槽道48和50中，由此保持附接适配器牢固地定位在外容器12的底部中。棘轮附接夹持环52坐落附接适配器16的颈部36上方。棘轮附接夹持环52通过螺母54保持就位，该螺母固定在附接适配器16的颈部部分36的外螺纹38上。替换地，可以代替螺母54使用卡扣环，如果期望这种方式的话。将在下文更详细地描述棘轮附接夹持环52。也如图4所示，经校准穿透插头56通过附接适配器16的颈部部分36的内表面上的螺纹40螺纹固定。穿透销58固定在经校准穿透插头以内且在扭转基部激活器20被激活时被利用，以穿破脆弱热交换单元构件60，以形成不平衡并允许包含在热交换单元14中的液态二氧化碳直接从液体变为气态并排出到大气，将在下文更完整解释。

扭转基部激活器20还是用填充了玻璃纤维的工程塑料材料形成的模制塑料构件且包括向下延伸的激活指状物62，该激活指状物接合经校准穿透插头56，以便在扭转基部激活器20旋转时将其旋转，以使得穿透插头向下运动并穿透热交换单元的脆弱构件60。

现在更具体地参见图7、8和9，更详细地示出了经校准穿透插头。还使用如上所述的填充了玻璃纤维的工程塑料材料构造出经校准穿透插头56。穿透插头56在其本体的外表面上限定多个螺纹64，该螺纹接合附接适配器16的颈部部分36的内表面上的螺纹40，以由此将穿透插头固定就位。穿透插头56在其顶部68中限定六边形开口66，该开口接合扭转基部激活器20上的指状物62，以便让经校准穿透插头56向下运动，如图4所示，以完成热交换单元的脆弱构件60的穿透。穿透插头的本体70限定槽道72，其沿本体70的整个长度延伸并延伸经过螺纹64，如所示的。槽道72用于提供用于让气态二氧化碳进入产生限流孔的区域的通道，以允许气态二氧化碳通向大气，将在下文更完整描述。

经校准穿透插头56的顶部部分68的外表面74具有关键尺寸并装配在附接适配器的另一关键区域76，如图6所示。外表面74与内表面76的组合提供用于限流孔的期望尺寸，将在下文更完整描述。

在图10和11中更详细地示出了穿透销58，因此应对图10和11进行参考。如所示的，穿透销具有尖锐点78，其用于在扭转基部激活器20被沿第一方向旋转时穿破热交换单元的脆弱构件。穿透销58具有形成在其外表面上的螺纹80，其与穿透插头的内表面上形成的螺纹82螺纹接合，如图9所示。虽然穿透销被描述为螺纹固定到经校准穿透插头，但是应理解其可压配合到经校准穿透插头，或形成为包覆模制单元，其中穿透插头将围绕穿透销模制(如果期望这种方式的话)。如上所述，穿透销是组件的用金属形成的唯一元件(除了热交换单元以外)。尤其是在84所示的，穿透销形成为具有六边形开口，其用于在经校准穿透插头56中将穿透销螺纹旋拧就位。

现在更具体地参见图12，更详细地示出了扭转基部激活器20。图12所示为透视图，其显示了与棘轮附接夹持环和经校准穿透插头56协作的扭转基部激活器20的内部部分，以让穿透销58向下运动以穿破热交换单元的脆弱构件60。扭转基部激活器20包括朝向下的外边沿86，其将在下文更完整描述，其用于沿外容器12的外表面向下引导气态二氧化碳。扭转基部激活器20包括朝向下的凸缘88，其围绕棘轮附接夹持环52的外表面坐落。朝向内的楔形唇部从凸缘88的底部延伸并限定肩部89，该肩部座靠棘轮附接夹持环52上的表面91，如图4所示，以将扭转基部激活器20保持就位。在部件被组装时，扭转基部激活器20被放置就位并被向下推。凸缘88将向外运动且楔形唇部将卡扣就位，以固定扭转基部激活器20。多个强化肋90在凸缘88的外表面92之间且沿顶表面延伸并与边沿86的内表面接合，仅仅用于为扭转基部激活器20提供额外结构完整性。扭转基部激活器20包括向下延伸的激活指状物62，其包括不规则的表面92，该不规则的表面与经校准穿透插头中的开口66协作，以在扭转基部激活器20被旋转时转动经校准穿透插头，以使得穿透销向下运动并穿破热交换单元的脆弱构件60。多个棘轮齿94完全围绕促动指状物62且沿凸缘88的内边缘延伸。棘轮齿与将在下文描述的棘轮附接夹持环协作，以允许扭转基部激活器20仅沿顺时针方向旋转并防止其沿逆时针方向旋转。但是，本领域技术人员应理解，如果期望，则棘轮齿和夹持环可以例如设计为使得扭转基部激活器沿逆时针方向旋转，以用于激活，并按期望防止沿顺时针方向旋转。

现在更具体地参见图13，更详细地示出了棘轮附接夹持环52。棘轮附接夹持环52包括向上延伸的凸缘96，其限定了按180°分开定位在凸缘96上的棘轮腿部98和棘轮腿部100。棘轮腿部98和100与棘轮齿94协作，以允许扭转基部激活器20仅沿顺时针方向旋转，如上所述。如果试图沿逆时针方向旋转扭转基部激活器20，则由于棘轮齿94，棘轮腿部98和100将防止这种情况发生。如所示的，棘轮附接夹持环包括开口102，该开口包括凹部104和106。凹部104和106与附接适配器16上的凸柱42和44协作，以将棘轮附接夹持环保持就位，以正确发挥功能。

现在，参考图14，示出了扭转基部激活器20和棘轮附接夹持环52的协作。如所示的，棘轮附接夹持环52就位，使得棘轮腿部(例如98所示的)与棘轮齿94协作，使得在扭转基部激活器20沿箭头108所示的顺时针方向旋转时，棘轮腿部98将允许这种情况发生。但是，如果试图使得扭转基部激活器20沿相反方向运动，则棘轮腿部98将接合棘轮齿94并防止这种运动。

现在更具体地参见图15，示出了在利用如上所述的激活系统的各种元件时的气态二氧化碳通气路径。如图15所示，在扭转基部激活器20沿顺时针方向旋转时，指状物62将使得穿透插头56旋转，且其上的螺纹64与附接适配器16上的螺纹40协作，以让穿透销58向下运动以让热交换单元的脆弱构件60破裂，形成不平衡，允许液态二氧化碳沸腾并从液态直接转变为气态。气态二氧化碳随后按箭头110所示向上沿经校准穿透插头中的槽道72经过并随后经过形成在经校准穿透插头的外表面74和附接适配器16的颈部38的关键内表面76之间的限流孔75。这两个表面的组合提供限流孔的尺寸，而且根据目前本发明的优选实施例，提供12微米环形开口，允许气态二氧化碳经过限流孔并向外进入扭转基部激活器20下方的区域，如箭头112所示。然而，12微米环形开口形成压力降，使得heu中的任何残余二氧化碳保持液态。

如图16所示，因此对该图进行参考，一旦气态二氧化碳已经经过限流孔75，则其随后按箭头114所示经过凸缘88边沿下方的棘轮插头98下方的开口116，并向外沿外容器12的底部部分，且向下沿该表面运动，如箭头118所示。由于气态二氧化碳的这种通过，不仅利用外容器内部的热交换单元实现冷却，而且还通过沿外容器12的外表面经过的气态二氧化碳提供额外冷却。

为了提供用于如上所述结构的成本节约，热交换单元利用拉拔和再拉拔过程用钢制造，允许高速制造过程并提供具有一定构造和空间的热交换单元，以接收约90克的液态二氧化碳。除此之外，热交换单元被填充有液态二氧化碳，且热交换单元的脆弱构件跨经热交换单元中的开口放置，并在热交换单元并入到外容器12之前被密封。通过将所形成的热交换单元置于用于形成液态二氧化碳的足够量的二氧化碳压力气体下而实现这一点。一旦热交换单元已经完全填充了90克二氧化碳，则脆弱构件被跨经热交换单元的开口放置，并密封就位，且随后压力气体开放到大气且去除带气的热交换单元。脆弱构件60还提供破裂盘(burstdisc)的功能。如果heu中的压力过大，则构件60将破裂并允许二氧化碳安全地排放到大气。通过利用这类方法来让热交换单元预放气(pregassing)，总体成本减少约60％。

为了提供如上所述的期望限流孔，开口限定为h7g6。h7是指附接适配器16的颈部38中的开口尺寸76且g6是指经校准穿透插头的外表面74的尺寸。这两个尺寸的组合将提供12微米的环形开口，气态二氧化碳必须经过其以最终排放到大气，如上所述。

现在更具体地参见图18，示出了饮料容器的替换实施例，其具有热交换单元，该热交换单元利用扭转顶部激活系统，其是如上所述的简化版本。如图18所示，饮料容器120具有固定到容器120的底部124的热交换单元122。支撑环圈126定位在heu的颈部128上且其一个端部抵靠heu坐落而其另一端部抵靠容器的底部坐落，附接壳体130螺纹固定到heu122的颈部128并因此将heu固定到外容器120的底部124。

heu的组装更详细地在图19中示出，因此对其做出参考。如示出的，heu122包括在其外表面上的螺纹132和在其内部的额外螺纹134。适配器136螺纹固定到heu122的颈部的内部上的螺纹134。适配器136如所示的是中空的且限定肩部138，该肩部接收弹簧140。阀杆142插入到适配器136的中空内部。阀杆142限定在其下端的朝向内的唇部144。唇部144卡扣就位并坐落在脆弱构件或破裂盘保持器148中限定的沟槽146中。脆弱构件或破裂盘150是脆弱构件且坐落在保持器148中并被无头螺钉(grubscrew)152固定就位。聚四氟乙烯(ptfe)垫片154坐落在破裂盘保持器148的顶部上且座靠适配器136的底部，以提供密封，以保持承装在heu122内部的液态二氧化碳，将在下文更完整描述。无头螺钉152在其中限定开口156。本领域技术人员应理解，破裂盘150持续暴露在包含在heu122中的液态二氧化碳的压力下，且如果其中的压力超过预定量，则破裂盘150将破裂且液态二氧化碳随后开始沸腾并通过开口156排出并向外进入大气。开口156用于在一定程度上对气体进行节流，以保护破裂盘150上游的阀机构中包含的部件。

为了用液态二氧化碳填充heu122，图19所示的经组装的heu被液态二氧化碳填充头接触，该液态二氧化碳填充头如图19所示向下推动阀杆142，使得破裂盘保持器148，向下运动，破坏通过ptfe垫片154限定的密封件，使得液态二氧化碳可随后进入heu122。在heu122中包含期望量的液态二氧化碳时，填充头被去除且弹簧140让阀杆向上运动，允许通过垫片154限定的密封件接合在破裂盘保持器148的顶部和适配器146的底部之间，以再次提供密封并保持密封，使得液态二氧化碳在heu122中保持平衡。一旦实现这种情况，则填充的heu将随后与阀机构的其余部分组装，如图18所示。

通过更具体地参照图20，更详细地示出阀机构的细节。如图20所示，穿透销160包含在如上所述的穿透插头162中。穿透销160是金属的且具有尖锐点164。穿透插头162在其中限定多个驱动齿槽，齿槽被扭转激活器166上的朝向下的指状物164接合。穿透插头162被附接壳体168携带，其其方式是在扭转激活器166沿单个方向(例如如上所述的顺时针)旋转时，穿透插头162向下驱动穿透销160，使得点164接触并刺破破裂盘150，允许包含在heu122中的液态二氧化碳不均衡，沸腾并从液态直接转变为气态，且向上运动通过围绕阀杆142中的穿透销的开口且向外通过形成在穿透插头162的螺纹中的槽道72(图8)，以接合扭转激活器166的下表面并向外且向下经过，如上所述。限流孔设置在如上所述的气体流动路径中且尺寸设置为提供压力降，以将heu中的剩余co2保持为液态，直到其全部直接转变为气态并排出，如上所述。从图20的显示可见，包含在该实施例中的阀机构的结构相对于如上所述的实施例有所简化，由此允许更容易的组装并提供更便宜的阀机构。例如，附接壳体168是单个模制塑料构件，代替图4所示实施例的附接适配器16、棘轮附接夹持环52、和螺母54。

支撑环圈126携带o型环170和172。o型环170防止包含在外容器120中的饮料接触heu的外表面，在该外表面上不具有保护涂层。o型环172提供密封，以防止包含在外容器120中的饮料离开容器120的内部。

通过参见图21，示出了根据本发明原理构造的扭转激活heu的进一步实施例。图21所示的结构具有不同适配器174，其被设计为适应与图20所示不同类型的heu。也如图21所示，heu支撑环圈176在结构上与图20所示的略有不同。在所有其他方面，图21所示的结构与图20所示的相同且以同样的方式发挥功能，且因此针对图21，图20的描述被并入此处。

由此本文描述了一种热交换单元的修改例，其已经被设计为通过扭转动作激活(与如前所述的利用按钮类型激活不同)，且利用模制塑料部分(与如前所述的机加工金属部件不同)，以显著降低系统的制造成本。