用于热交换单元的二氧化碳填充装置及方法
【技术领域】
[0001]总体上说，本发明涉及用在自冷却(急冷，chill)食品或饮料用容器中的热交换单元，且更具体地说，本发明涉及二氧化碳在压紧的活性炭上的吸附，所述压紧的活性炭用在其中通过从置于热交换单元内的压紧的活性炭解吸附二氧化碳而导致温度降低的这类热交换单元中。
【背景技术】
[0002]很多可以便携式容器提供的食品或饮料优选在它们被冷却(急冷)的情况下食用(consume)。例如，碳酸软饮料、果汁饮料、啤酒、布丁、松软干酪等优选在33 °F (0.555 °C )至50°F (10°C)的温度下食用。当不方便得到冰箱或者冰的时候，例如当钓鱼、野营等时，在食用前对这些食品或饮料进行冷却的任务变得较为困难，而且，在这样的情况下，非常期望获得在食用前对容器内容物进行快速冷却的方法。因此，期望自冷却容器，即，无需外部低温条件的容器。
[0003]本领域充斥着结合有能够在不暴露于外部低温条件的情况下冷却内容物的冷却剂的容器设计。绝大多数的这些容器结合有或利用了制冷剂气体，所述制冷剂气体在释放或活化时吸收热量以便冷却容器的内容物。已经认识到使用吸热化学反应作为吸热机理并由此冷却容器内容物的其它技术。这样的吸热化学反应设备的实例为美国专利N0.1, 897，723、2，746，265、2，882，691 和 4，802，343 中所公开的那些。
[0004]利用气态制冷剂的典型设备为美国专利N0.2，460，765、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, 606，866,5, 692，381和5，692，391中所公开的那些。在很多情况下，在结构体(例如前述美国专利中所示出的那些)中所利用的制冷剂气体对适当地降低温度不起作用，或者，在它们起作用时，它们包含可促成温室效应且因此对环境不友好的气态制冷剂材料。
[0005]为了解决问题(例如现有技术中所阐述的那些)，申请人利用包含起到二氧化碳吸附剂作用的活性炭的吸附-解吸体系作为本发明的一部分。这类体系公开在美国专利N0.5,692, 381中，其在此引入作为参考。
[0006]在这些设备中，将吸附剂材料置于器皿内，所述器皿的外表面与待冷却的食品或饮料热接触。典型地，使所述器皿与容纳了待冷却的食品或饮料的外部容器以如下方式相连:所述外部容器与含有吸附剂材料的器皿的外表面热接触。将该器皿或热交换单元固定至所述外部容器，典型地固定至所述外部容器的底部，而且，该器皿或热交换单元包含阀或类似机构，所述阀或类似机构用于释放已被该内部器皿中所含的吸附剂材料吸附的一些气体(例如二氧化碳)。当阀打开时，所述气体(例如二氧化碳)发生解吸附，而且，从活性炭吸附剂解吸附所述气体的吸热过程导致与所述内部器皿的外表面热接触的食品或饮料的温度降低，从而降低其中所含的食品或饮料的温度。
[0007]为了实现该冷却，必须的是:在所述内部器皿中所含的碳颗粒上吸附尽可能多的二氧化碳，并且进一步地，使食品或饮料中所含的热能由此通过所述内部器皿的壁和通过吸附剂材料进行传输，从而与解吸附的二氧化碳气体一起被带出所述热交换单元。优选地，所述吸附剂材料为活性炭且待吸附的气体为二氧化碳。在本公开内容的上下文中，“活性炭”涉及一系列含碳材料，特别是经活化以显现出强吸附性的含碳材料，由此甚至痕量的液体或气体也可被吸附到碳上。这样的活性炭可由宽范围的来源(例如，煤、木材、坚果(例如椰子)和骨头)制得且可源自于合成来源(例如聚丙烯腈)。存在各种活化方法，例如，在升高的温度下使用蒸汽、二氧化碳或其它气体进行选择性氧化，或者，使用例如氯化锌或磷酸进行化学活化。所述吸附剂还包括粘结剂材料以及其量为全部组成的0.0l?80重量％的石墨材料。
[0008]可在活性炭中结合石墨的任何可得形式(天然的或合成的)，例如，可使用粉末状或片状的石墨。优选地，所包含的石墨具有10重量％?50重量％、更优选20重量％?45重量％、尤其是40重量％的量。
[0009]包含粘结剂材料(例如聚四氟乙烯)，以实现配制物的生坯强度以用于进一步处理。粘结剂和具有石墨的活性炭的组合物公开在美国专利7，185，511中，其在此引入作为参考。
[0010]当将处于压力下的二氧化碳加入(insert)到热交换单元中以吸附到压紧的吸附剂材料上的时候，发生物理放热反应，从而放出热量。由于该放热反应，所述压紧的吸附剂材料也变热且在这种情况下限制了能够吸附到吸附剂材料上的二氧化碳的量。为了缓解该问题，在过去，必须以加压二氧化碳分阶段地填充HEU，即，将处于压力下的二氧化碳加入到HEU中直至所述压紧的吸附剂材料不再能吸附二氧化碳。此时，移开处于压力下的二氧化碳的源，并且，允许HEU冷却或者将其置于保持在非常低的温度下的冷却通道中，从而散去已经产生的热量。显然，这造成了这样的情形，在该情形中，妨碍了 HEU的大量生产，因而提高了生产成本。因此，需要以如下方式使用处于压力下的二氧化碳来填充经装配的HEU的装置和方法:在使二氧化碳吸附到HEU中的压紧的吸附剂材料上的时间期间，除去由放热反应产生的热量。
【发明内容】
[0011]提供适用于容纳食品或饮料的容器的源、提供热交换单元罐的源、以吸附剂材料填充所述HEU罐、将所述具有吸附剂材料的HEU罐装配至所述容器、将多个具有装配的HEU罐的容器插入到冷却通道中、使处于压力下的二氧化碳的源连接至所述多个HEU的每一个以向所述HEU中加入二氧化碳，从而用于吸附到压紧的吸附剂材料上、使所述冷却通道保持在预定的低温下在预定的时间期间以除去所产生的热量、将所述二氧化碳的源从各HEU组件移开。
[0012]用于以二氧化碳填充热交换单元的装置，包括:输送床，其用于接收多个具有装配于其中的热交换单元的容器；多个充气头气缸，每个充气头气缸与处于压力下的二氧化碳的源相连；用于使所述充气头气缸连接至所述HEU组件的工具；低温气体的源；用于使所述低温气体循环以接触所述输送组件的工具。
【附图说明】
[0013]图1是示出了本发明方法的框图；
[0014]图2是说明了图1中所示的方法的特定部分的框图；
[0015]图3是示出了经装配的容器和HEU的示意图；
[0016]图4是用在本发明方法中的圆盘(puck)的横截面图；和
[0017]图5是用于热交换单元的二氧化碳填充并同时除去所产生的热量的装置的示意图。
【具体实施方式】
[0018]现在更具体地，参考图1，提供了制造生产线的示意图，其中，所述设备是用于冷却容器内容物的吸热设备，且更具体地，其中所述容器是饮料罐，而且，在HEU已被充分填充后，向该罐中加入适宜的饮料。如图1中所说明的，提供了包含一批饮料罐的罐源24，所述饮料罐为具有顶端开口的传统饮料罐，这是因为，其中没有饮料且顶部必须保持敞开以用于当本发明的过程完成时以饮料填充所述罐。来自所述源24的罐沿着适当的输送带或类似物26行进至冲孔卷边站点(stat1n)28。所述冲孔卷边站点用于在所述罐的底部中提供开口，并且在此后，围绕所述提供在罐底部中的开口产生凸缘(flange)，所述凸缘可在罐HEU装配过程期间使用。还提供了 HEU罐的源30，其包含在自冷却(急冷，chill)饮料罐工业中用作HEU的容器的源。这些罐具有敞开的顶部和封闭的底部且小于所述来自源24的饮料罐以便可容纳于其中并留下足够的空间来接纳将要在以后加入的饮料。所述HEU罐将沿着适宜的输送机或类似物32行进至吸附剂填充站点34。根据本发明的一个优选实施方案，使用吸附剂填充站点，其中，通过利用置于HEU罐内的吸附剂材料(在下文中将对其进行更充分的描述)来提供吸热反应，所述吸附剂材料稍后被导致吸附所保有的并然后在释放和解吸附时提供所需的冷却作用的二氧化碳。根据本发明的优选实施方案，所用的吸附剂为组合有石墨和粘结剂的经压制的活性炭颗粒。所述HEU罐的开口端可向内颈缩，以便在使所述HEU罐填充有吸附剂材料之后与所述饮料罐的经冲孔卷边的开口端紧密配合。
[0019]在任何情况下，在已经以吸附剂材料适当地填充所述HEU罐之后，然后通过输送机36将所述HEU罐输送至罐/HEU装配站点38。此外，将用于所述装配过程的适宜的阀和垫圈输送至所述装配站点38。所述阀和垫圈从它们的源40提供。通过适宜的输送机或类似物42，将所述阀和垫圈输送至所述罐/HEU装配站点38。在装配HEU并将其固定至所述饮料罐的过程中，将由弹性体材料形成的适宜的垫圈置于其中包含吸附剂材料的HEU的开口端上。进行检查以确保垫圈事实上适当地安置在HEU的开口端上。在此之后，使其上具有垫圈的HEU开口端与围绕在所述冲孔卷边站点28处在所述罐的封闭端中冲孔出的开口的凸缘紧密配合。然后，将所述阀和阀座插入到设置于罐底部中的开口内并同时插入到所述HEU罐中的开口内，而且，经由压接工艺(crimping process)，将所述阀HEU和饮料罐以如下方式永久地固定在一起:该方式使得在HEU、阀座以及罐之间形成适当的密封，从而防止此后置于所述饮料罐中的饮料发生任何泄漏。(图3中说明了经装配的罐和HEU，将在下文中对图3进行更详细的描述。)
[0020]在所述饮料罐与HEU的装配之后，将该组件通过输送带或类似物44输送至冷却通道46以及充气站点50。随着使二氧化碳在压力下强制进入HEU罐的内部以进行吸附，发生放热反应，产生显著量的热量，所述热量将从HEU辐射出去。随着由二氧化碳吸附过程产生热量，所述碳当然地将变热，而且，随着其变热，其所能吸附的二氧化碳的量降低。在作为冷却通道的构成部分的充气站点50处，压下(depress)所述阀并且向HEU中加入二氧化碳直至达到约25巴的预定压力。所述冷却通道/充气站点充满低温气体例如液氮等，以保持所述冷却通道/充气站点处于相对低的温度下，例如，大约5°C。使所述处于压力下的二氧化碳的源仍然固定到所述HEU，同时使所述冷却通道/充气站点处于所述低温一段时间以允许在所述HEU中达到并保持25巴的压力。用于允许由压紧的吸附剂吸附所需量的二氧化碳的预定时间量为约20?30分钟的时间。一旦已经在所述压紧的吸附剂上吸附所需量的二氧化碳，则将该经填充的组件62通过输送机或其它装置60输送至所需的位置以用于填充期望的食品或饮料。
[0021]参考图2，更详细地说明了吸附剂填充操作，其中，将碳粉施用至所述HEU罐。如图2中所示的，提供了碳粉