L'invention s'applique tout particulièrement au refroidissement d'une boisson contenue dans un emballage fermé de type canette ou bouteille.

Un objet de la présente invention est ainsi de permettre la consommation d'une boisson à une température idéale en tout lieu et à toute heure.

La mise en oeuvre de la méthode de refroidissement par évaporation et adsorption est connue et a fait l'objet de nombreuses recherches dans l'art antérieur. De nombreux dispositifs ont été proposés, associant un échangeur thermique contenant un liquide à évaporer avec un réservoir contenant un adsorbant, en particulier pour des applications à des emballages de boisson auto-réfrigérant.

Ainsi, le brevet US 4 928 495, dont une illustration est donnée sur la figure 1, décrit une configuration d'emballage 10 (présenté comme une canette) auto-réfrigérant comportant un échangeur thermique 16 de forme rectangulaire aplatie plongé dans une boisson à refroidir et connecté à un dispositif d'adsorption 22. Ce brevet décrit un schéma de principe sans préciser les moyens de réalisation d'un tel dispositif tenant compte des contraintes économiques liées à une application à des emballages jetables.

En outre, la demande de brevet internationale WO 01/11297, dont une illustration est donnée sur la figure 2a, décrit également un emballage de boisson auto-réfrigérant et précise la géométrie de l'échangeur thermique ainsi que le procédé de fabrication et d'assemblage d'un tel dispositif compatible avec des contraintes industrielles de grandes cadences.

L'emballage de boisson décrit dans cette demande internationale est constitué d'une première boîte 10 fermée contenant la boisson de consommation et un échangeur thermique 20 et d'une seconde boîte 30 fermée contenant des dessicants 24. Les deux boîtes sont assemblées par une jupe 29. Des moyens de mise en communication 40 entre lesdites deux

boîtes doivent tre activés par un désoperculateur 44 pour permettre la mise en oeuvre de la méthode de refroidissement par évaporation adsorption des vapeurs d'un liquide réfrigérant contenu dans l'échangeur. Ces moyens de mise en communication, dont une illustration détaillée est donnée sur la figure 2b, comportent un scellement 66 composé de deux membranes 70 et 71 disposées en vis à vis respectivement dans les parois des première et seconde boîtes de l'emballage. Le désoperculateur 44 permet de déchirer le scellement 66 pour la mise en communication du réservoir de dessicants 30 avec l'échangeur thermique 20, déclenchant ainsi la réaction d'évaporation par adsorption et le refroidissement de la boisson.

Ce document décrit également le procédé de fabrication d'un tel emballage de boisson auto-réfrigérant et en particulier les étapes d'assemblage des différents éléments constituant l'emballage. L'étape d'assemblage de la première boîte 10, contenant la boisson et l'échangeur thermique 20, avec la boîte 30 contenant les dessicants est particulièrement délicate car il est indispensable de maintenir un vide poussé dans le réservoir de dessicants 30 et au niveau du scellement 66 afin que la réaction d'adsorption puisse tre déclenchée lors de la déchirure des membranes 70 et 71. La demande WO 01/11297 propose à cet effet de disposer une goutte d'huile 73 entre les deux membranes 70 et 71 afin de garantir une bonne étanchéité du vide lors de l'assemblage des deux boîtes.

Néanmoins, l'emballage de boisson auto-réfrigérant ainsi que le procédé décrits dans cette demande WO 01/11297 présentent certains inconvénients. En particulier, le système de mise en communication du réservoir de dessicants 30 avec l'échangeur thermique 20 n'est pas optimisé. En effet, les deux membranes 70 et 71 présentent chacune une épaisseur relativement importante indispensable pour résister à la pression atmosphérique extérieure avant l'assemblage de l'emballage. En outre, ces deux membranes 70 et 71 constituent une double épaisseur qui nécessite un effort de rupture important. La demande de brevet précise à cet effet que l'élément désoperculateur 44 est actionnés au moyen d'une vis. En outre, la réalisation d'un tel scellement 66 complique l'assemblage de l'emballage, en particulier avec la nécessité de maintenir l'interstice entre les deux membranes 70 et 71 sous vide d'air, alors que l'une d'entre elle tourne par rapport à l'autre.

L'objectif de la présente invention est de résoudre les inconvénients de l'art antérieur.

A cet effet, la présente invention propose de réaliser un emballage auto-réfrigérant basé sur la méthode de refroidissement par évaporation et adsorption telle que précédemment décrite et de disposer les moyens de mise en communication entre le réservoir de dessicants et l'échangeur thermique dans une paroi commune aux dits réservoir et échangeur. Les moyens de mise en communication sont constitués d'un clapet anti-retour, c'est à dire résistant à une forte pression dans un sens et s'ouvrant facilement dans l'autre sens.

Le clapet anti-retour peut ainsi résister à la pression atmosphérique avec un vide poussé dans le réservoir de dessicants et peut tre actionné par un effort minimal vers l'intérieur de l'échangeur thermique.

Plus particulièrement, l'invention concerne un emballage auto-réfrigérant comprenant une première cavité contenant un produit à réfrigérer, une seconde cavité formant un échangeur thermique et contenant un liquide réfrigérant et sa vapeur, une troisième cavité contenant des moyens de pompage par adsorption de ladite vapeur et des moyens de mise en communication de ladite seconde cavité avec ladite troisième cavité, caractérisé en ce que les seconde et troisième cavités présentent une paroi commune intégrant les moyens de mise en communication, et en ce que lesdits moyens de mises en communication sont constitués par un clapet anti-retour apte à résister à la pression exercée du côté de la seconde cavité et s'ouvrant par action d'une force exercée du côté de la troisième cavité.

Selon une caractéristique, le clapet est constitué d'un couvercle solide situé du côté de la seconde cavité et fermant une ouverture de la paroi commune des seconde et troisième cavités.

Selon les modes de réalisation, les moyens de mise en communication comportent en outre une étanchéité du clapet, constituée d'un joint déformable situé entre le couvercle solide et la paroi commune des seconde et troisième cavités ou d'une feuille étanche au vide et déchirable recouvrant le couvercle solide et collée sur la paroi commune des seconde et troisième cavités.

Selon une caractéristique, le clapet est actionné par une tige poussoir transmettant un déplacement d'au moins une portion de la paroi de la troisième cavité opposée à la paroi comportant les moyens de mise en communication.

Selon une particularité, la tige poussoir est un tube creux ouvert laissant circuler la vapeur du liquide réfrigérant à l'intérieur de ladite tige.

Selon une variante de réalisation avantageuse, la tige poussoir comporte des moyens d'ouverture du clapet en deux temps, une première position du clapet délimitant un passage restreint de la vapeur du liquide réfrigérant et une deuxième position du clapet favorisant un passage élargi de la vapeur du liquide réfrigérant.

Selon les modes de réalisation, le rapport de la masse du clapet à la surface du tube de la tige poussoir est compris entre 0.5 et 2 g/cm2, et/ou la tige poussoir comporte un arrt situé à une distance du clapet comprise entre 2 et 5 mm.

Selon une variante de réalisation avantageuse, la seconde cavité comporte un dispositif séparateur d'état liquide-gaz disposé autour du clapet.

Selon une caractéristique, la seconde cavité est de forme substantiellement conique telle que sa surface en coupe diminue de la base au sommet.

Selon une caractéristique, la seconde cavité est délimitée par le fond de la première cavité et le couvercle de la troisième cavité.

Selon les modes de réalisation, les première et troisième cavités constituent deux boîtes distinctes assemblées ou les première et troisième cavités constituent des compartiments d'une unique boîte.

Dans une application, l'emballage se présente sous la forme d'une canette de boisson de consommation.

Les 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'une canette de boisson auto-réfrigérante selon une variante de l'art antérieur ; Les figures 2a et 2b, déjà décrite, sont respectivement un schéma général d'une canette de boisson auto-réfrigérante et un schéma de détail des moyens de mise en communication selon l'art antérieur ; Les figures 3a et 3b sont des vues schématiques du dispositif selon l'invention avec le clapet respectivement en position fermée et en position ouverte ;

La figure 4 est une vue schématique selon un premier mode de réalisation du clapet selon l'invention ; La figure 5 est une vue schématique selon un second mode de réalisation du clapet selon l'invention ; La figure 6 est une vue schématique d'une tige poussoir pour la mise en oeuvre du clapet selon l'invention ; La figure 7 est une vue schématique d'un dispositif séparateur d'état liquide-gaz disposé dans emballage de boisson selon l'invention ; La figure 8 est une vue schématique d'une tige poussoir pour la mise en oeuvre d'une ouverture en deux temps du clapet selon l'invention ; La figure 9 est une vue schématique d'un emballage de boisson selon un premier mode de réalisation de l'invention ; La figure 10 est une vue schématique d'un emballage de boisson selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; La figure 11 est une vue schématique d'un emballage de boisson selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

La description qui suit est donnée Les figures 3a et 3b illustrent schématiquement un emballage de boisson selon l'invention. L'emballage de boisson selon l'invention comporte une première cavité 10 contenant une boisson de consommation à refroidir, une seconde cavité 20 formant un échangeur thermique et contenant un liquide réfrigérant dont l'évaporation produit le refroidissement et une troisième cavité 30 contenant des moyens de pompage par adsorption de la vapeur du liquide réfrigérant de la deuxième cavité 20. La première 10 et la seconde 20 cavités ont une paroi commune 25 qui constitue un échangeur de chaleur. Cette paroi commune présente avantageusement une forme conique avec des nervures afin de favoriser l'échange de chaleur par convexion dans la première cavité 10.

L'emballage selon l'invention nécessite en outre des moyens de déclenchement de la réaction de refroidissement. Cette réaction est déclenchée par la mise en communication des deuxième 20 et troisième 30 cavités, provoquant ainsi l'évaporation du liquide réfrigérant de la deuxième cavité 20 dont la vapeur est pompée par un dessicant contenu dans la troisième cavité 30. Pour garantir une bonne efficacité de pompage du dessicant, il est nécessaire que

la troisième cavité 30 soit assemblée et fermée sous vide, avec un vide inférieur à 1 mbar et préférentiellement inférieur à 0.1 mbar.

Ainsi, selon l'invention, les moyens de mise en communication 40 de la seconde cavité 20 avec la troisième cavité 30 sont intégrés dans une paroi commune 25 aux dites cavités. Il suffit donc de créer une ouverture 44 dans cette paroi commune 25 pour déclencher le refroidissement.

Selon l'invention, les moyens de mises en communication 40 sont constitués par un clapet anti-retour 42 obturant une ouverture 44 dans la paroi commune 25 des deuxième et troisième cavités. Ce clapet 42 a la particularité de ne pouvoir s'ouvrir que vers l'extérieur de la troisième cavité 30, c'est à dire vers l'intérieur de la deuxième cavité 20. Le clapet 42 est apte à résister à la pression exercée du côté de la seconde cavité 20 et s'ouvre par action d'une force exercée du côté de la troisième cavité 30. A titre indicatif, cette force d'ouverture exercée sur le clapet 42 peut tre comprise entre seulement 1 et 10 Newton.

Les figures 3a et 3b illustrent plus spécifiquement le clapet selon l'invention respectivement en position fermée et en position ouverte.

La réaction de refroidissement est déclenchée par le déplacement du clapet 42 vers l'intérieur de la deuxième cavité 20. Le clapet anti-retour 42 est actionné par une tige poussoir 45 transmettant un déplacement d'au moins une portion de la paroi 35 de la troisième cavité 30 opposée à la paroi 25 comportant les moyens de mise en communication 40. La paroi déformable 35 de la troisième cavité 30 peut tre constituée par une structure en dôme résistant à la pression atmosphérique appliquée à l'extérieur de la troisième cavité 30 qui est assemblée et fermée sous vide. Cette structure en dôme 35 peut néanmoins tre retournée sous l'effet d'un effort localisé au centre du dôme, telle qu'une force de 20 à 30 Newton appliquée sur une surface centrale de 1 cm2. Cette force sert principalement à retourner le dôme, ce qui entraîne le déplacement de la tige poussoir. L'effort pour ouvrir le clapet 42 est négligeable comparé à l'effort de déformation du dôme de la paroi 35 de la troisième cavité 30.

Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement un premier mode et un second mode de réalisation du clapet anti-retour selon l'invention. Le clapet 42 est constitué d'un couvercle solide 43 situé du côté de la seconde cavité 20 et fermant une ouverture 44 de la paroi commune 25 des seconde 20 et troisième 30 cavités. Le couvercle solide 43, tel qu'un

disque en métal, présente des dimensions légèrement supérieures à celles de l'ouverture 44 de la paroi commune 25.

Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 4, les moyens de mise en communication 40 comportent en outre une étanchéité du clapet 42 constituée d'un joint déformable 47, tel que de la graisse à vide ou un élastomère, situé entre le couvercle solide 43 et la paroi commune 25 des seconde et troisième cavités.

Selon un second mode de réalisation, illustré sur la figure 5, les moyens de mise en communication 40 comportent en outre une étanchéité du clapet 42 constituée d'une feuille mince étanche au vide et déchirable 48, telle qu'une feuille d'aluminium de 2/100mm d'épaisseur, recouvrant le couvercle solide 43 et collée sur la paroi commune 25 des seconde et troisième cavités.

L'étanchéité du clapet 42 n'offre qu'une faible résistance à la pression exercée par le couvercle solide 43 lorsque le clapet 42 est actionné par la tige poussoir 45. Cette faible résistance additionnelle, de quelques centaines de grammes, correspond simplement au décollement du joint déformable 47 ou au déchirement de la feuille mince 48. La pression régnant dans la seconde cavité 20, de quelques dizaines de mbar, ne rajoute que quelques dizaines de grammes à la résistance de l'étanchéité, si l'on considère une surface du couvercle du clapet de moins de 1 cm2.

Le clapet anti-retour 42 constituant les moyens de mise en communication 40 des deuxième 20 et troisième 30 cavités de l'emballage selon l'invention a bien la particularité de ne s'ouvrir que dans un sens, de la troisième vers la deuxième cavité.

Ainsi, cette fonction du clapet 42 facilite considérablement la fabrication de l'emballage de boisson selon l'invention en permettant la manipulation des différents éléments de l'emballage à pression atmosphérique, sans pour autant obliger à un effort excessif pour le déclenchement de la réaction de refroidissement. En particulier, le clapet 42 reste fermé si la troisième cavité 30, avec un couvercle 25 intégrant le clapet 42, est exposée à la pression atmosphérique alors que cette troisième cavité est déjà sous vide.

En outre, dans le cas d'une boisson pasteurisée avec son emballage, l'ouverture en sens unique du clapet 42 présente l'avantage de supporter l'élévation de la pression dans la seconde cavité 20 lors de l'élévation de la température, jusqu'à environ 80 à 90 °C, nécessaire à la pasteurisation.

La figure 6 illustre schématiquement la tige poussoir actionnant le clapet des moyens de mise en communication de l'emballage de boisson selon l'invention. La tige poussoir 45 est avantageusement constituée d'un tube creux ouvert permettant ainsi une circulation de la vapeur du liquide réfrigérant à l'intérieur de ladite tige entre la deuxième cavité et la troisième cavité. La tige 45 peut tre obtenue à partir d'une plaque de métal roulée en forme de tube ouvert.

Lors de l'actionnement du clapet 42 permettant la mise en communication des deuxième et troisième cavités, la réaction de pompage de la vapeur du liquide réfrigérant se déclenche immédiatement. Le liquide réfrigérant se met à bouillir violemment sous l'effet de la dépression. Cette ébullition provoque des projections de gouttes du liquide réfrigérant qui, si elles pénètrent dans la troisième cavité contenant le dessicant, peuvent nuire à son efficacité.

Pour pallier cet inconvénient, il est avantageux d'intégrer un dispositif séparateur d'état liquide-gaz dans la deuxième cavité 20, autour du clapet anti-retour 42 selon l'invention, tel qu'illustré sur la figure 7. L'emballage doit tre positionné avec la deuxième cavité orientée vers le bas lors du refroidissement.

Le séparateur d'état 50 comporte un déflecteur de vapeur qui se compose d'au moins une paroi formant chicane 51 imposant un ou des changements de direction brusques au flux de vapeur. Les molécules de vapeur ont un libre parcours moyen très faible, de l'ordre du micromètre, ce qui signifie qu'elles peuvent changer de direction très rapidement. En revanche, les gouttes de liquide ont une masse telle qu'elles sont entraînées par leur inertie et séparées ainsi du flux gazeux. Ce mécanisme permet avantageusement une séparation liquide-gaz sans ralentissement important du flux de vapeur et ne nécessite donc pas l'occupation d'un volume important.

Le dispositif séparateur 50 d'état comporte également, en complément, un collecteur de gouttes 52 permettant de reconduire les gouttes de liquide séparées du flux gazeux de vapeur vers le bas de la cavité de l'échangeur thermique 20. Le collecteur 52 comporte un entonnoir et au moins un tube d'écoulement des gouttes. L'entonnoir peut avantageusement contribuer à former la chicane 51 du déflecteur de vapeur.

Préférentiellement, le tube d'écoulement des gouttes du collecteur 52 présente une longueur supérieure ou égale à la perte de charge de la vapeur dans la chicane 51 afin d'éviter la projection de gouttes à travers ledit tube d'écoulement. Cette perte de charge est

avantageusement mesurée en hauteur de volume d'eau. Si on considère, par exemple, une perte de charge de la vapeur de lmb (correspondant à 1cm de hauteur de colonne d'eau) le tube aura au moins 1 cm de long.

Un tel dispositif séparateur d'état atteint néanmoins ses limites si la vitesse d'écoulement de la vapeur est trop importante. Or, lors du déclenchement de la réaction de refroidissement, la différence de pression entre les deuxième et troisième cavités est de plusieurs dizaines de millibars, conduisant à une vitesse d'écoulement de la vapeur telle que le dispositif séparateur d'état peut tre saturé par les gouttelettes de liquide réfrigérant qui sont entraînées avec la vapeur.

Pour limiter cet effet, selon une variante de l'invention, le clapet anti-retour 42 est ouvert en deux temps.

- Dans la première position, le couvercle 43 du clapet 42 est maintenu en contact avec le tube de la tige poussoir 45 par la surpression de la seconde cavité 20 par rapport à la troisième cavité 30. La masse du couvercle 43 du clapet est telle que celui-ci reste en contact avec la tige poussoir 45 et limite ainsi le passage de la vapeur du liquide réfrigérant vers la troisième cavité à une circulation dans le creux de la tige par une ouverture latérale limitée.

Lorsque la surpression de la seconde cavité par rapport à la troisième cavité devient inférieure à environ 1 à 3 mbar, le débit de vapeur diminue et le couvercle 43 du clapet 42 tombe dans la seconde cavité 20 libérant ainsi une ouverture plus grande pour le passage de la vapeur. En effet, comme mentionné précédemment, le refroidissement est déclenché avec la troisième cavité vers le haut de l'emballage.

Le niveau de surpression, donc de débit de vapeur, pour lequel l'ouverture complète du clapet 42 est opérée peut tre ajustée par la masse du clapet, et plus spécifiquement du couvercle solide 43. Le rapport de la masse du couvercle à la surface du tube de la tige poussoir peut avantageusement tre compris entre environ 0.5 et 2 g/cm2. Une valeur typique de surpression peut tre de 2 mbar avec une surface du tube de la tige poussoir de 0.3 cm2, soit une masse du couvercle du clapet de 0.6g.

Afin de mieux contrôler le niveau d'ouverture de la première position du clapet 42 dans le premier temps de fort débit de la vapeur, il peut tre opportun de créer un arrt 46 dans la tige poussoir 45, comme illustré sur la figure 8. Avantageusement, cet arrt 46 est situé à une distance d'environ 2 à 5 mm de l'extrémité de la tige en contact avec le

couvercle du clapet. L'ouverture restreinte du clapet est ainsi assurée sur une hauteur de 2 à 5 mm par l'ouverture latérale de la tige poussoir et l'ouverture totale du clapet est assurée par toute la section du tube.

Outre la fonctionnalité d'une ouverture à sens unique entre les cavités formant l'échangeur thermique et le réservoir de dessicants, l'emballage de boisson selon l'invention présente l'avantage de permettre un assemblage facilité.

Les figures 9 à 11 illustrent différents modes de réalisation d'un tel assemblage.

En particulier, la deuxième cavité 20 de l'emballage ne nécessite pas la réalisation d'une pièce supplémentaire. En effet, la deuxième cavité 20, formant l'échangeur thermique, est définie par un espace délimité entre le couvercle de la troisième cavité 30 et le fond de la première cavité 10. La deuxième cavité 20 est ainsi obtenue lors de l'assemblage de la troisième cavité 30 avec la première cavité 10, de façon étanche.

Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 9, l'assemblage des première 10 et troisième 30 cavités est assuré par emboîtement de deux cylindres par collage ou brasage 60.

L'emboîtement de la troisième cavité 30 avec la première cavité 10 est réalisé après avoir disposé le couvercle 25 fermant le réservoir de dessicant sur la troisième cavité 30. On rappelle que ce couvercle 25 intègre les moyens de mise en communication 40. Ce couvercle peut tre également collé ou brasé 61 à l'intérieur du cylindre formant la troisième cavité 30.

Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 10, les première 10 et troisième 30 cavités de l'emballage constituent des compartiments d'une unique boîte. Le couvercle de séparation 25 entre les deuxième 20 et troisième 30 cavités est introduit dans la boite et fixé par collage ou brassage 61 sur les parois de la boite. La paroi commune des première 10 et deuxième 20 cavités, formant l'échangeur thermique, est également introduit dans la boite et fixé par collage ou brasage 60, après que le liquide réfrigérant ait été introduit.

Un brasage 60,61, à l'étain par exemple, peut tre réalisé par chauffage localisé par induction. Des courants de Foucault sont induits par une spire entourant la zone d'assemblage. Cette spire est alimentée par un courant alternatif haute fréquence. Cette technique permet un assemblage précis et rapide.

Selon un troisième mode de réalisation, illustré sur la figure 11, l'assemblage des première 10 et troisième 30 cavités est assuré par sertissage 62 de deux cylindres. Par exemple, la paroi commune aux deuxième et troisième cavité est sertie avec la paroi commune aux première et deuxième cavités, l'assemblage étant complété par une jupe cylindrique 63, collée ou brasée, assurant la jonction entre les deux cylindres.

Les variantes de réalisation décrites ci-dessus sont présentées à titre illustratif mais non limitatif afin de montrer la flexibilité de l'assemblage de l'emballage selon l'invention.

Ces variantes de réalisation décrites peuvent en outre tre combinées différemment.