Использование адсорбирующего материала для уменьшения вакуума в закрытой емкости, создаваемого охлаждением нагретого содержимого
Элемент с адсорбирующим материалом используется для уменьшения вакуума, который является следствием охлаждения нагретого содержимого в закрытой емкости. Внутренний объем емкости может быть наполнен или частично наполнен нагретым материалом. После по меньшей мере частичного наполнения емкость закрывают, один или более газов могут быть высвобождены из адсорбирующего материала во внутренний объем закрытой емкости. По мере охлаждения содержимого емкости высвобождение газ(-ов) из адсорбирующего материала уменьшает вакуум, который в противном случае будет увеличиваться. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.
[01] Настоящая заявка имеет приоритет заявки США №13/629 720 от 28 сентября 2012 года, озаглавленной «Использование адсорбирующего материала для уменьшения вакуума в закрытой емкости, создаваемого охлаждением нагретого содержимого», которая включена сюда путем ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[02] Во множестве применений желательно наполнять емкость нагретым материалом, а затем герметично запечатывать емкость, в то время как материал по-прежнему находится в нагретом состоянии, чтобы стерилизовать продукт и упаковку и сделать продукт безопасным для потребления. Например, различные типы напитков упаковываются в емкости «горячего заполнения», изготавливаемые из полиэтилентерефталата (PET). Обычно такие емкости наполняют и укупоривают при температурах около 185°F. Емкость может деформироваться, если жидкость нагреть до температуры выше температуры (Tg) стеклования материала, из которого выполнена емкость. Более того, пар и/или другие нагретые газы будут конденсироваться в свободном пространстве закрытой емкости по мере охлаждения содержимого емкости. Конденсация в свободном пространстве создает вакуум в закрытых емкостях для горячей расфасовки.
[03] Большинство емкостей для горячего розлива напитков предназначены для работы при или вблизи атмосферного давления. Если такая емкость имеет значительный внутренний вакуум после его герметизации, он будет деформироваться и может коробиться при охлаждении. Для исключения такой деформации любое внутреннее давление, которое значительно меньше внешнего атмосферного давления, должно быть уменьшено, и/или емкость снабжена соответствующей структурным каркасом. В этой связи были разработаны различные технологии. Например, некоторые конструкции PET емкостей включают выполненные с возможностью перемещения вакуумные панели или выполненные с возможностью перемещения основания. Некоторые емкости для горячей расфасовки напитков имеют конструкцию с более толстыми стенками. Однако эти признаки приводят к более тяжелым PET емкостям и увеличенной стоимости материалов. Другие технологии также имеют различные недостатки. Соответственно, остается потребность в дополнительных технологиях и устройствах, которые могут уменьшить и/или ослабить вакуум, созданный горячей расфасовкой в деформируемые емкости.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[04] Эта сущность обеспечена, чтобы представить набор идей в упрощенном виде, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Эта сущность не предназначена для определения основных или существенных признаков изобретения.
[05] По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения элемент с адсорбирующим материалом используется для уменьшения вакуума, который является следствием охлаждения нагретого содержимого в закрытой емкости. Внутренний объем емкости может быть наполнен или частично наполнен нагретым материалом. Нагретый материал может являться или может включать жидкость. В некоторых вариантах выполнения нагретый материал может являться напитком или другим пищевым продуктом, предназначенным для потребления человеком или животным. Емкость может быть выполнена из любого из множества материалов и может иметь любое из множества форм. В некоторых вариантах выполнения емкость может быть выполнена из полиэтилентерефталата (PET) или другого деформируемого материала. Емкость может быть по меньшей мере частично наполнена жидкостью при температуре более 150°F и герметично закрыта. После герметизации один или более газов могут быть высвобождены из адсорбирующего материала и во внутренний объем закрытой емкости. По мере охлаждения содержимого емкости, высвобождение газа(-ов) из адсорбирующего материала уменьшает вакуум, который в противном случае будет увеличиваться. По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения высвобождение газа вначале является постепенным, причем полное высвобождение газа происходит после охлаждения содержимого емкости ниже Tg материала емкости.
[06] В некоторых вариантах выполнения вставка с адсорбирующим материалом может быть вмонтирована в укупорочное средство емкости. Множество укупорочных средств могут храниться в камере зарядки, чтобы заряжать вставки укупорочного средства одним или более газами. По мере наполнения емкостей нагретым напитком, укупорочные средства могут выдаваться из камеры зарядки и использоваться для герметизации наполненных емкостей.
[07] Дополнительные варианты выполнения описаны ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[08] Некоторые варианты выполнения изображены в качестве неограничивающего примера со ссылкой на чертежи, на которых аналогичные ссылочные позиции относятся к аналогичным элементам.
[09] Фиг. 1A - частично схематичный вид в сечении укупорочного средства емкости согласно некоторым вариантам выполнения, которое включает вставку с адсорбирующим материалом.
[10] Фиг. 1B - частично схематичный вид в сечении укупорочного средства емкости согласно некоторым дополнительным вариантам выполнения.
[11] Фиг. 1С - частично схематичный вид в сечении укупорочного средства емкости согласно некоторым дополнительным вариантам выполнения.
[12] Фиг. 2A-2E - частично схематичные чертежи, показывающие этапы способа, согласно некоторым вариантам выполнения, использующим укупорочное средство, показанное на Фиг. 1A-1C.
[13] Фиг. 3 - блок-схема, показывающая этапы способа, согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения, для уменьшения вакуума в закрытых емкостях, вызванного охлаждением содержимого емкости.
[14] Фиг. 4A и 4B - частично схематичные чертежи, показывающие использование герметизированного укупорочного устройства во время исполнения способа согласно некоторым вариантам выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[15] По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения элемент с адсорбирующим материалом используется для уменьшения вакуума, который является следствием охлаждения нагретого содержимого в закрытой емкости. В данном контексте «вакуум» относится к давлению во внутреннем объеме закрытой емкости, которое меньше давления во внешнем пространстве, которое окружает закрытую емкость. Также в данном контексте, «уменьшение» вакуума включает снижение вакуума, то есть уменьшения различия между давлением во внутреннем объеме закрытой емкости и давлением во внешнем пространстве, которое окружает емкость. «Уменьшение» вакуума также может включать полное устранение вакуума, то есть доведение давления во внутреннем объеме емкости до или выше давления во внешнем пространстве. «Уменьшение» вакуума также может охватывать исключение образования вакуума, например выделяя газ из адсорбирующего материала со скоростью, которая достаточна для предотвращения уменьшения давления во внутреннем объеме емкости ниже давления во внешнем пространстве по мере охлаждения содержимого емкости.
[16] В некоторых вариантах выполнения элемент с адсорбирующим материалом может иметь вид вставки. Эта вставка, которая может включать один или множество типов адсорбирующих материалов, может быть помещена в укупорочное средство, используемое для (герметичного) закрывания емкости. Перед размещением укупорочного средства со вставкой на емкость, наполненную нагретым материалом, и закрыванием емкости адсорбирующий материал(-ы) может быть заряжен (заранее загружен) одним или более газами. Этих газы могут включать, без ограничения этим, азот (N2), метан (CH4), этан (C2H6), диоксид углерода (CO2) и/или другие газы. Когда емкость наполнена и готова к укупориванию, укупорочное средство (которое включает заряженный адсорбирующий материал(-ы)) помещается на емкость, и емкость закрывают. Газ выделяется из адсорбирующего материала(-ов), помещенного во вставку. Высвобождение газа из адсорбирующего материала(-ов) по мере охлаждения содержимого емкости уменьшает вакуум, связанный с охлаждением этого содержимого и конденсацией пара и/или газов в свободном пространстве емкости. Дополнительные аспекты способов и устройств согласно этим и другим вариантам выполнения описаны ниже.
[17] Фиг. 1A - частично схематичный вид в сечении укупорочного средства 100a емкости согласно некоторым вариантам выполнения, который включает вставку с адсорбирующим материалом. Укупорочное средство 100a включает корпус 101a. Внешняя форма корпуса 101a является по существу цилиндрической. Плоскость сечения на Фиг. 1A проходит через вертикальную осевую линию укупорочного средства 100a.
[18] Укупорочное средство 100a предназначено для прикрепления традиционным образом к резьбовому венчику горловины емкости из полиэтилентерефталата (PET) для напитков. В частности, полость 102a в нижней части корпуса 101a выполнена с возможностью приема участка венчика емкости. Для справки, Фиг. 1A показывает венчик NF горловины емкости С пунктирными линиями. Внутренняя боковая стенка 103a полости 102a включает спиральные витки 104a, образованные на ней. Когда укупорочное средство 100a помещается на венчик горловины емкости и поворачивается, витки 104a зацепляются с соответствующими витками (Т) на венчике горловины, чтобы прикрепить укупорочное средство 100a к емкости. Корпус 101a может быть выполнен из любого из различных термопластичных или других материалов традиционным способом, используемым для укупорочных средств емкостей.
[19] Верхний конец полости 102a заканчивается полостью 105a для вкладыша. Укупорочное средство 100a дополнительно включает дискообразный вкладыш 106a, расположенный в полости 105a для вкладыша. Аналогичный вкладышам традиционных укупорочных средств емкостей для напитков, вкладыш 106a действует для уплотнения емкости, когда укупорочное средство 100a прикреплено к венчику горловины емкости. Конкретно, нижняя поверхность 107a вкладыша 106a прижимается к уплотнительной поверхности на верхнем крае венчика горловины, когда укупорочное средство 100a затягивается на этом венчике горловины.
[20] Однако в отличие от традиционных вкладышей вкладыш 106a удерживает вставку 120a с адсорбирующим материалом. Вставка 120a содержит один или более адсорбирующих материалов, которые были выбраны на основе их способности адсорбировать требуемый газ при одних условиях и затем выделять адсорбированный газ при других условиях. Например, адсорбирующий материал(-ы) может адсорбировать выбранный газ(-ы) в условиях относительно высокой концентрации выбранного газа(-ов) при относительно высоком давлении. Адсорбирующий материал(-ы) может выделять адсорбированный газ(-ы) в условиях более низкого давления и/или присутствия дополнительной влаги.
[21] Газы, которые могут быть адсорбированы и затем высвобождены в емкость согласно различным вариантам выполнения, включают, без ограничения этим, один или более из следующих: азот (N2), метан (CH4), этан (С2Н6) и диоксид углерода (CO2). Газы, которые минимально растворимы в жидкости (или другом содержимом емкости), могут быть предпочтительны по меньшей мере в некоторых вариантах выполнения. В некоторых вариантах выполнения вставка с адсорбирующим материалом или другой тип элемента с адсорбирующим материалом могут быть заряжены только одним типом газа. Когда такой элемент с адсорбирующим материалом позже подвергается воздействию внутреннего пространства закрытой емкости, выделяется этот единственный тип газа. В других вариантах выполнения элемент с адсорбирующим материалом или набор элементов с адсорбирующим материалом может быть заряжен множеством типов газов. Когда такой элемент с адсорбирующим материалом или набор элементов позже подвергается воздействию внутреннего пространства закрытой емкости, каждый из этих множества типов газов может быть высвобожден. По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения, элементы с адсорбирующим материалом и множеством газов могут использоваться для управления скоростью и параметрами высвобождения адсорбированного газа(-ов) в зависимости от времени.
[22] Множество типов адсорбирующих материалов известны в данной области техники, включая, без ограничения этим, цеолиты, углерод, углеродные нанотрубки и металлоорганические структуры (MOFs). MOF, которая может использоваться в некоторых вариантах выполнения и которая может использоваться для адсорбции CO2, CH4 и/или N2, доступна под торговым наименованием BASOLITE C300 от Sigma-Aldrich Co. LLC из г. Сент-Луис, шт. Миссури, США. Другие адсорбенты, которые могут использоваться, включают, без ограничения этим, 13X цеолит, активированный уголь и 5A цеолит. Эти материалы, которые также могут использоваться для адсорбции CO2, CH4 и/или N2, широко известны и коммерчески доступны из множества источников.
[23] В некоторых вариантах выполнения вставка с адсорбирующим материалом или другой элемент с адсорбирующим материалом может включать только один тип адсорбирующего материала. Например, вставка может быть выполнена с возможностью адсорбции одного газа, например газа A. Адсорбирующий материал X адсорбирует газ A, и, таким образом, вставка с адсорбирующим материалом, выполненная с возможностью адсорбции (и последующего высвобождения) газа A, может включать только адсорбирующий материал X. В других вариантах выполнения элемент с адсорбирующим материалом может состоять из множества различных типов адсорбирующих материалов. В качестве другого примера, вставка с адсорбирующим материалом может быть выполнена с возможностью адсорбции двух различных типов газа, например газа В и газа C. Адсорбирующий материал Y может являться сильным адсорбентом газа В, но слабым адсорбентом газа C. Аналогично, адсорбирующий материал Z может быть сильным адсорбентом газа С, но слабым адсорбентом газа B. Таким образом, вставка с адсорбирующим материалом, выполненная с возможностью адсорбции (и последующего высвобождения) газов В и С, может содержать смесь адсорбирующих материалов Y и Z. Альтернативно, вставки со множеством адсорбирующих материалов, содержащие различные типы адсорбентов, могут использоваться для высвобождения одного или более газов.
[24] В некоторых вариантах выполнения вставка 120a выполнена в виде сплошного диска до заделывания во вкладыш 116a. Помимо одного или более адсорбирующих материалов, вставка 120a может включать один или более связующих материалов (например, глина, волокна, полимеры, воски, цементирующие вещества), чтобы сохранить целостность вставки 120a в виде сплошного диска. В некоторых вариантах выполнения вставка 120a является сплошной, но может иметь другую форму, чтобы сделать открытую площадь поверхности наибольшей. Например, взамен сплошного диска, вставка 120a может иметь вид сплошного выступа со множеством лучей. В других вариантах выполнения адсорбирующий материал(-ы) вставки 120a может иметь гранулированную форму. Например, вставка 120a может иметь вид пакета, образованного внешней мембраной, удерживающей частицы адсорбирующего материала(-ов). Примеры таких вариантов выполнения описаны ниже в отношении Фиг. 1С.
[25] Вкладыш 106a включает полупроницаемую область 108a, расположенную непосредственно под вставкой 120a. Полупроницаемая область 108a позволяет газу выходить из вставки 120a, чтобы пройти сквозь вкладыш 106a и достичь внутреннего объема емкости, герметизированного укупорочным средством 100a. Область 108a также позволяет некоторому количеству влаги из этого внутреннего объема достигать вставки 120a. Как описано более подробно ниже, эта влага может в некоторых вариантах выполнения инициировать высвобождение газа из вставки 120a. В варианте выполнения укупорочного средства 100a вкладыш 106a выполнен из двух типов материалов. Материал первого типа используется для полупроницаемой области 108a, и второй тип используется для остальной части вкладыша 106a. Материал второго типа является не проницаемым для газа или влаги. Примеры материалов, которые могут использоваться для непроницаемых участков вкладыша 106a, включают, без ограничения этим, многослойные элементы из алюминиевой фольги. Примеры материалов, из которых может быть выполнена полупроницаемая область 108a, включают, без ограничения этим, термопластичные эластомеры (TPEs), термополимер стирола, этилена и бутилена с чередованием (SEBS) и этиленвинилацетат (EVA).
[26] Фиг. 1B - частично схематичный вид в сечении укупорочного средства 100b емкости согласно некоторым дополнительным вариантам выполнения. За исключением описанного ниже, укупорочное средство 100b аналогично укупорочному средству 100a. Если не указано иное, элемент на Фиг. 1B, имеющий ссылочную позицию, заканчивающуюся на «b», аналогичен и функционирует аналогично элементу с Фиг. 1A, имеющему аналогичную ссылочную позицию, заканчивающуюся на «a.» Например, корпус 101b на Фиг. 1B аналогичен и функционирует аналогично корпусу 101a с Фиг. 1A.
[27] Укупорочное средство 100b отличается от укупорочного средства 100a вкладышем 106b. В отличие от вкладыша 106a, где полупроницаемая область 108a выполнена из материала, отличного от материала других участков вкладыша 106a, полупроницаемая область 108b вкладыша 106b выполнена из того же непроницаемого материала, который используется для выполнения других участков вкладыша 106b. Чтобы область 108b позволяла газу выделяться из вставки 120b для достижения внутреннего объема емкости и позволяла влаге из внутреннего пространства емкости достигать вставки 120b, множество малых пор 109b образованы в области 108b.
[28] Фиг. 1С - частично схематичный вид в сечении укупорочного средства 100c емкости согласно некоторым дополнительным вариантам выполнения. За исключением описанного ниже, укупорочное средство 100c аналогично укупорочному средству 100a. Если не указано иное, элемент на Фиг. 1C, имеющий ссылочную позицию, заканчивающуюся на «c», аналогичен и функционирует аналогично элементу с Фиг. 1A, имеющему аналогичную ссылочную позицию, заканчивающуюся на «a.» Например, корпус 101c на Фиг. 1С аналогичен и функционирует аналогично корпусу 101a с Фиг. 1A.
[29] Укупорочное средство 100c включает адсорбирующую вставку 120c, которая отличается от сплошных вставок 120a и 120b с Фиг. 1A и 1B. Вставка 120c содержит множество частиц 123c одного или более типов адсорбирующего материала. В отличие от сплошных вставок на Фиг. 1A и 1B частицы 123c не связаны друг с другом, чтобы образовать сплошной цельный элемент с адсорбирующим материалом. Взамен, частицы 123c удерживаются вместе в пакете между двумя листами 121c и 122c мембранного материала. Каждый из листов 121c и 122c может иметь по существу круглую форму. Частицы 123c могут быть размещены между листами 121c и 122c. Листы 121c и 122c затем могут быть соединены по их периферийным краям 125c, чтобы образовать уплощенный, круглый пакет, который удерживает частицы 123c внутри периметра, образованного уплотнением по периферийным краям 125c. По меньшей мере мембрана 121c может быть выполнена из полупроницаемого материала, такого как SEBS.
[30] Полупроницаемая область 108a вкладыша 106a укупорочного средства 100a также может действовать для уменьшения скорости, с которой газ диффундирует из вставки 120a во внутреннее пространство емкости. Аналогичным образом, область 108b вкладыша 106b (укупорочное средство 100b) и мембрана 121c (элемент 120c внутри вкладыша 106c укупорочного средства 100c) также могут действовать для уменьшения скорости, с которой газ диффундирует из адсорбирующей вставки во внутреннее пространство емкости.
[31] Укупорочные средства 100a-100c могут быть изготовлены множеством способов. Например, сначала могут быть выполнены вставки 120a-120c. В некоторых вариантах выполнения и в зависимости от выбранного адсорбирующего материала(-ов) вставка 120a или 120b может быть образована формованием выбранного адсорбирующего материала(-ов) в матрицу из одного или более связующих материалов, чтобы образовать сплошной диск. Как указывалось выше, вставка 120c может быть образована путем уплотнения выбранного адсорбирующего материала(-ов) между листами из мембранного материала. Непроницаемый участок вкладыша 106a может быть отформован на место вокруг вставки 120a, после чего полупроницаемая область 108a может быть отформована на место. После завершения формования вкладыша 106a вкладыш 106a может быть помещен в полость 105a корпуса 101a. Корпус 101a может быть получен литьем под давлением традиционным способом. В других вариантах выполнения ранее образованная вставка 120a может быть помещена в полость корпуса 101a, и вкладыш 106a может быть отформован на место вокруг вставки 120a. Аналогичные операции могут использоваться для изготовления укупорочных средств 100b или 100c с модификациями, чтобы учесть отличия в различных вариантах выполнения. Например, поры 109b в укупорочном средстве 100b могут быть образованы во время процесса формования вкладыша 106b, используя малые штифты или другие формовочные элементы.
[32] Фиг. 2A-2E - частично схематичные чертежи, изображающие этапы способа согласно некоторым вариантам выполнения, используя укупорочные средства, такие как показаны на Фиг. 1A-1С. Поскольку способ, описанный в отношении Фиг. 2A-2E, может быть осуществлен, используя любой из укупорочных средств 100a-100c или используя укупорочное средство согласно другим вариантам выполнения, укупорочное средство на Фиг. 2A-2E будет просто называться укупорочным средством 100.
[33] Фиг. 2A показывает заряженную камеру 200, которая блокирует подачу укупорочных средств 100. Камера 200 расположена вблизи укупорочной машины, которая будет принимать укупорочное средство 100 из камеры 200 и использовать это полученное укупорочное средство 100 для герметизации емкости, как описано более подробно ниже. Камера 200 включает главную камеру 201 и выдачную камеру 202. Главная камера 201 поддерживает атмосферу газа G под давлением до 6 бар. Подача укупорочных средств 100 проходит в главной камере 201 для зарядки каждой из их адсорбирующих вставок 120 газом G. Газ G может являться N2, CH4, С2Н6, СО2 и/или другим газом или комбинацией множества газов. Выдачная камера 202 действует для предотвращения разгерметизации главной камеры 201, когда укупорочное средство 100 удаляется из камеры 200 и используется для герметизации емкости. Выдачная камера 202 включает внутреннюю дверь 203 и внешнюю дверь 204, питающую линию газа G, управляемую клапаном 205, и выпускную линию, управляемую клапаном 206.
[34] Для выдачи укупорочного средства из камеры 200 зарядки для использования в герметизации емкости, внешняя дверь 204, внутренняя дверь 203 и выпускной клапан 206 закрываются. Клапан 205 газа G открывается, и выдачная камера 202 герметизируется до 6 бар (или до давления, как в главной камере 201, если оно отличается), и затем клапан 205 закрывается. Внутренняя дверь 203 затем открывается, укупорочное средство 100 перемещается из главной камеры 201 в выдачную камеру 202, и внутренняя дверь 203 закрывается. Выпускной клапан 206 затем открывается, чтобы выпустить избыточное давление внутри выдачной камеры 202, после чего внешняя дверь 204 открывается и укупорочное средство 100 перемещается из выдачной камеры 202 в укупорочную машину. Для удобства Фиг. 2A показывает укупорочное средство 100 уже расположенным в выдачной камере 202. Фиг. 2A дополнительно предполагает, что выдачная камера 202 герметизирована, клапан 205 газа G закрыт и выпускной клапан 206 закрыт.
[35] Фиг. 2A дополнительно показывает емкость 220, которая будет в итоге герметично закрыта одним из заряженных укупорочных средств 100 в камере 200. Емкость 220 расположена вблизи наполняющей машины, но еще не наполнена. Емкость 220 включает венчик 221 горловины, аналогичное венчику NF горловины с Фиг. 1A-1C и на которое будет прикреплено укупорочное средство 100. Венчик 221 горловины окружает отверстие 222, которое открывается во внутренний объем 223 емкости 220.
[36] Фиг. 2B показывает емкость 220 непосредственно после наполнения нагретой жидкостью 224. В частности, наполняющая машина выдала некоторое количество нагретой жидкости 224 во внутренний объем 223 через отверстие 222. Наполненная емкость 220 затем перемещается к укупорочной машине непосредственно после наполнения и пока жидкость 222 остается по-прежнему горячей.
[37] Фиг. 2C показывает начало этапа укупорки. В некоторых вариантах выполнения емкость герметизируется через одну секунду после горячей расфасовки. Предварительно заправленное укупорочное средство 100 выдается из камеры 200. В частности, выпускной клапан 206 открывается, внешняя дверь 204 открывается, и укупорочное средство 100 выдается из выдачной камеры 202 в укупорочную машину. После выдачи укупорочного средства 100 к укупорочной машине внешняя дверь 204 и выпускной клапан 206 закрываются, и выдачная камера 202 может начать загрузку другого заряженного укупорочного средства для закрывания другой емкости.
[38] Непосредственно после воздействия атмосферного давления заряженная вставка с адсорбирующим материалом внутри выданного укупорочного средства 100 начинает выделять газ G. Соответственно, и как показано на Фиг. 2D, укупорочная машина быстро прикрепляет укупорочное средство 100 к венчику 211 горловины емкости 220 и герметизирует емкость 220. Как только емкость 220 закрыта, любой газ G, высвобожденный из вставки укупорочного средства 100, будет высвобожден во внутренний объем 223 емкости 220.
[39] Схематично это показано на Фиг. 2D. Конкретно, небольшие стрелки, опускающиеся вниз от укупорочного средства 100, показывают, что высвобождение газа G началось. Хотя не показано на Фиг. 2D, содержимое емкости 220 (жидкость 224 и пар в свободном пространстве 225) начало охлаждаться. Таким образом, газ G, высвобожденный из вставки 120, помогает уменьшить разрежение, которое в противном случае будет образовываться во внутреннем объеме 220 по мере охлаждения жидкости 224.
[40] Как дополнительно показано на Фиг. 2D, операции, связанные с загрузкой другого укупорочного средства 100 в выдачную камеру 202, также продолжаются. Клапан 205 уже был открыт для герметизации камеры 205 газом G и затем закрыт. Внутренняя дверь 203 теперь открывается, и укупорочное средство 100 перемещается из камеры 201 в камеру 202. Внутренняя дверь 203 впоследствии закроется, и затем камера 202 будет готова для выдачи нового загруженного укупорочного средства 100 для использования в герметизации следующей наполненной емкости. Хотя не показано, следующая емкость может находиться в положении для наполнения в наполняющей машине, по мере того как емкость 220 укупоривается на Фиг. 2D.
[41] Фиг. 2E показывает этап, на котором закрытая емкость 220 переворачивается. Этот этап приводит нагретую жидкость 224 в контакт с укупорочным средством 120, чтобы дезинфицировать укупорочное средство 100. Этап также вызывает проникновение влаги из жидкости 224 во вставку с адсорбирующим материалом укупорочного средства 100. Как указывалось выше в отношении Фиг. 1A-1C, эта влага может проникать через область 108a в варианте выполнения с Фиг. 1A, через область 108b в варианте выполнения с Фиг. 1B или через мембрану 121c в варианте выполнения с Фиг. 1С. Эта влага действует, чтобы инициировать более быстрое высвобождение газа из вставки, как схематично указано более крупными стрелками, показанными на Фиг. 2E.
[42] Закрытая емкость 220 затем может быть пропущена через охлаждающий тоннель (не показан). По мере того как емкость 220 проходит через охлаждающий тоннель, она может быть обрызгана водой, чтобы снизить температуру жидкости 224 до приблизительно 165°F. По мере снижения температуры жидкости 224, газ G продолжает выделяться из вставки. Это высвобождение газа G продолжает уменьшать вакуум во внутренней области 220.
[43] Фиг. 3 блок-схема показывает этапы способов согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения для уменьшения вакуума в закрытых емкостях, вызванного охлаждением нагретого содержимого емкости. Варианты выполнения способов, показанные на Фиг. 3, включают варианты выполнения, описанные выше, а также дополнительные варианты выполнения, изложенные ниже.
[44] Этап 300 включает по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости нагретым материалом. В некоторых вариантах выполнения емкость заполняется, но в других вариантах выполнения емкости могут наполняться полностью. Емкость может иметь любую из различных форм. В некоторых вариантах выполнения, и как показано на Фиг. 2A-2E, емкость может иметь форму бутылки, имеющей горловинный участок. Горловинный участок может иметь отверстие, открывающее внутренний объем бутылки. Участок горловины также может включать венчик, который включает витки или другие элементы для прикрепления укупорочного средства, чтобы герметизировать отверстие. Емкости могут иметь другие формы и конфигурации в других вариантах выполнения. Такие формы могут включать, без ограничения этим, кувшины, пакеты, банки и так далее.
[45] Емкость также может быть выполнена из различных материалов. По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения емкость выполнена из деформируемого материала, такого как PET. В других вариантах выполнения емкость выполнена из одного или более других типов пластиковых материалов. Такие другие пластиковые материалы могут включать, без ограничения этим, нафтолат полиэтилена или другие смолы с Tg более 75°C. В других вариантах выполнения емкость может быть выполнена из одного или более других пластиковых или непластиковых деформируемых материалов. В еще одних вариантах выполнения емкость может включать один или более недеформируемых участков. В данном контексте элемент является «недеформируемым», если он не демонстрирует каких-либо заметных невооруженному глазу деформаций, когда емкость, содержащая этот элемент, подвергается постоянному воздействию вакуума, создаваемого охлаждением содержимого.
[46] В некоторых вариантах выполнения нагретый материал, помещенный в емкость во время этапа 300, является или включает жидкость. По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения нагретый материал является напитком или другим пищевым продуктом, предназначенным для потребления человеком или животным. Напиток или другой пищевой продукт может иметь любые из множества составов, консистенций и/или текстур. Напиток или другой пищевой продукт может являться вязким, разжиженным или водянистым, может иметь или не иметь включения (например, плодовую мякоть) и так далее. В некоторых вариантах выполнения напиток или другой пищевой продукт может являться гелеобразным или суспензией. Примеры нагретых жидкостей, которыми емкость может быть по меньшей мере частично наполнена на этапе 300, включают, без ограничения этим, фруктовые соки, спортивные напитки и другие напитки, а также молочные продукты. Нагретый материал, помещенный в емкость на этапе 300, может являться смесью других материалов.
[47] Температура, до которой материал нагрет, время наполнения на этапе 300 также могут отличаться в зависимости от варианта выполнения. Эта температура может зависеть, по меньшей мере отчасти, от материала, помещенного в емкость. В данном контексте «нагретый» означает значительно выше комнатной температуры. По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения материал нагрет по меньшей мере до 150°F во время по меньшей мере частичного наполнения на этапе 300. В других вариантах выполнения материал нагрет до по меньшей мере 160°F, до по меньшей мере 165°F, до по меньшей мере 170°F, до по меньшей мере 175°F, до по меньшей мере 180°F, до по меньшей мере 185°F или более высокой, во время по меньшей мере частичного наполнения на этапе 300.
[48] Этап 305 включает герметизацию емкости после наполнения (или частичного наполнения) емкости нагретым материалом. В некоторых вариантах выполнения и, как описано в отношении Фиг. 2A-2E, герметизация может включать установку укупорочного средства на емкости и закручивание или иное зацепление уплотнительных компонентов укупорочного средства. В некоторых вариантах выполнения, например, укупорочное средство может не иметь витков и может использовать зажим или другой тип зацепляющегося механизма для прикрепления укупорочного средства к емкости.
[49] Укупорочное средство не обязательно используется во всех вариантах выполнения. В некоторых вариантах выполнения, например, операции герметизации на этапе 305 могут включать запаивание или иным образом неразъемное закрытие отверстия на емкости. Например, в некоторых вариантах выполнения адсорбирующая вставка, аналогичная вставке 120a, может быть обернута в полупроницаемый материал, предназначенный для выдерживания длительного погружения в материал внутри закрытой емкости. Такие подаваемые вставки могут быть заряжены в камере образом, аналогичным тому, как укупорочные средства 100 заряжаются в камере 200 в варианте выполнения с Фиг. 2A-2E. После наполнения пластиковой емкости нагретым материалом (например, напитком) заряженные вставки могут быть опущены в емкость через отверстие емкости, и отверстие емкости запаивается.
[50] Этап 310 включает высвобождение газа из элемента с адсорбирующим материалом во внутренний объем емкости после герметизации емкости. Этот элемент с адсорбирующим материалом заряжен одним или более газами, так что этот один или более газов адсорбированы в поры на поверхности адсорбирующего материала(-ов). Перед герметизацией емкости на этапе 305 элемент с адсорбирующим материалом помещается в положение, так что газ(-ы), выделяемые из адсорбирующего материала, могут попадать во внутренний объем емкости. В некоторых вариантах выполнения и, как описано в отношении Фиг. 1-2E, элемент с адсорбирующим материалом вмонтирован в герметизирующий вкладыш укупорочного средства. В других вариантах выполнения адсорбирующий элемент может быть расположен в другом месте. Как указано выше, элемент с адсорбирующим материалом может быть образован в виде вставки, которая опускается в емкость перед герметизацией. В качестве другого примера элемент с адсорбирующим материалом может быть вмонтирован в корпус емкости. В таком варианте выполнения сама емкость может быть заряжена одним или более газами образом, аналогичным тому, как укупорочные средства 100 заряжаются в варианте выполнения с Фиг. 2A-2E. Однако емкость в таком варианте выполнения может быть удалена из камеры зарядки непосредственно перед наполнением и затем незамедлительно наполняется и герметизируется.
[51] Когда емкость закрыта, воздействие условий во внутреннем объеме емкости (например, уменьшение давления, влага) вызывает высвобождение одного или более газов из элемента с адсорбирующим материалом. Высвобожденный газ(-ы) попадают во внутренний объем емкости. По мере охлаждения нагретого материала в емкости продолжающееся высвобождение газа(-ов) из элемента с адсорбирующим материалом уменьшает вакуум, вызванный охлаждением содержимого емкости.
[52] Различные газы и/или комбинации газов могут выделяться во время этапа 310 в различных вариантах выполнения. Как указано выше, эти газы включают, без ограничения этим, азот (N2), метан (CH4), этан (C2H6) и диоксид углерода (CO2). Другие газы могут включать, без ограничения этим, водород (H2) и гелий (He). В некоторых вариантах выполнения выбираются газы с малой растворимостью в воде, чтобы уменьшить объем газа, который должен быть высвобожден, чтобы уменьшить вакуум. Множество материалов могут использоваться в качестве адсорбирующего материала в элементе с адсорбирующим материалом согласно различным вариантам выполнения. Эти материалы включают, без ограничения этим, материалы, описанные ранее. Элемент с адсорбирующим материалом также может включать другие связующие материалы и другие соединения, чтобы поддерживать адсорбирующий материал(-ы) в виде цельного элемента. Элемент с адсорбирующим материалом может включать адсорбирующий материал в гранулированной или другой неплотной форме, который содержится в мембране или другом барьере. Элемент с адсорбирующим материалом может содержать один тип адсорбирующего материала (например, чтобы адсорбировать и выделять один газ) или может содержать множество типов адсорбирующих материалов (например, чтобы адсорбировать и выделять множество газов).
[53] По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения желательно исключать деформирование емкости, когда продукт, которым наполняется емкость, имеет температуру выше Tg материала емкости. Это помогает исключить непрерывное расширение материала емкости, чтобы создать еще больший внутренний объем. В результате форма и целостность емкости могут быть сохранены.
[54] Чтобы исключить неизменное деформирование емкости, когда температура содержимого выше Tg материала емкости, адсорбент, матрица, содержащая адсорбент, и/или область полупроницаемого вкладыша, окружающая адсорбент, могут быть выбраны, чтобы привести к рассчитанному высвобождению адсорбированного газа. В частности, адсорбент, матрица и/или область вкладыша могут быть выбраны, так чтобы давление емкости не было избыточным, пока содержимое емкости [имеет температуру] выше Tg материала емкости. Взамен газ выделяется постепенно, так чтобы наибольшая часть адсорбированного газа выделилась после охлаждения содержимого емкости ниже Tg материала емкости. Например, адсорбент, матрица и/или область вкладыша могут быть выбраны так, чтобы менее 50% адсорбированного газа выделилось после наполнения емкости нагретым продуктом, и так, чтобы оставшаяся часть выделилась после охлаждения продукта ниже Tg материала емкости. Один неограничивающий пример адсорбента и матрицы, удовлетворяющий этим критериям, описан ниже.
[55] В некоторых дополнительных вариантах выполнения способов по Фиг. 3 зарядка элемента с адсорбирующим материалом не используется. В некоторых из этих вариантов выполнения газ (или газы) добавляют в емкость на дополнительном этапе, выполняемом до, во время или после горячей расфасовки этапа 300, но перед этапом 305. В частности, доза жидкого азота и/или другого сжиженного газа(-ов) может быть добавлена в емкость непосредственно перед установкой укупорочного средства. Укупорочное средство может быть подобно укупорочному средству 100, но без зарядки элемента с адсорбирующим материалом газом. После установки укупорочного средства внутренний объем укупорочного средства герметизируется, а доза сжиженного газа(-ов) испаряется. Повышение давления внутри емкости вызовет адсорбцию газа(-ов) элементом с адсорбирующим материалом внутри укупорочного средства. Адсорбция будет предотвращать образование избыточного давления в емкости, пока содержимое нагрето, и емкость подвержена пластической деформации. По мере охлаждения содержимого емкости и уменьшения давления внутри закрытой емкости элемент с адсорбирующим материалом выделяет адсорбированный газ(-ы) обратно в емкость для уменьшения образующегося вакуума.
[56] В дополнительных вариантах выполнения газ(-ы) G могут быть добавлены в емкость, используя герметизированное укупорочное устройство во время этапа 305. Фиг. 4A и 4B представляют собой частично схематичные чертежи, показывающие использование такого устройства. В некоторых таких дополнительных вариантах выполнения укупорочная машина может включать венчик 401, который охватывает горловину емкости 220. Нижний край 402 может включать прокладку, чтобы образовать уплотнение внешней стенки емкости и создать напорную камеру 403. Как только венчик 401 опускается над горловиной емкости 220 для горячей расфасовки и уплотнением, образованным краем 402, герметизированный газ(-ы) G может выделяться в напорную камеру 403. Затем рукав или другой компонент (не показан) может опустить укупорочное средство 100 и уплотнить это укупорочное средство к венчику горловины емкости 220. Герметизированный газ(-ы) G внутри камеры 403 начинает адсорбироваться в элемент с адсорбирующим материалом укупорочного средства 100 по мере размещения укупорочного средства 100 на венчике горловины. Через короткое время после прикрепления укупорочного средства 100 газ(-ы) G внутри свободного пространства емкости 220 будет продолжать адсорбироваться в элемент с адсорбирующим материалом укупорочного средства 100. Как и в ранее описанном варианте выполнения, адсорбция может помочь предотвратить образование избыточного давления в емкости, пока содержимое нагрето и емкость подвержена пластической деформации. По мере охлаждения содержимого емкости и уменьшения давления внутри закрытой емкости элемент с адсорбирующим материалом выделяет адсорбированный газ(-ы) G обратно в емкость для уменьшения образования вакуума (Фиг. 4B).
Пример 1
[57] Вставка из адсорбента была образована смешением приблизительно 2 граммов цеолита 13X в EVA, так чтобы EVA приблизительно на 70% состоял из цеолита. Вставка была заправлена N2 при 10 бар в течение дня. Затем вставка была помещена в укупорочное средство, используемое для укупоривания 20-унциевой PET емкости, которая была наполнена горячей водой, нагретой до 185°F. Емкость остывала при комнатной температуре. Внутреннее давление в емкости увеличилось с приблизительно -0,8 фунт/кв. дюйм до приблизительно -0,7 фунт/кв. дюйм за первые пять часов после наполнения. Постепенно за ночь внутреннее давление достигло приблизительно -0,05 фунт/кв. дюйм. Емкость не показала заметного коробления после 24 часов и была твердой при захвате.
Заключение
[58] Вышеизложенное описание вариантов выполнения было приведено для иллюстративных и описательных целей. Вышеизложенное описание не является исчерпывающим или ограничивающим варианты выполнения до точной формы, явно описанной или упомянутой здесь. Модификации и изменения возможны с учетом вышеприведенных идей или могут быть получены из практического осуществления различных вариантов выполнения. Варианты выполнения, описанные здесь, были выбраны и описаны, чтобы пояснить принципы и сущность различных вариантов выполнения и их практическое применение, чтобы позволить специалистам в данной области техники осуществить и использовать эти и другие варианты выполнения с различными модификациями, которые подходят для конкретного предполагаемого использования.
Любая и все комбинации признаков из вышеописанных вариантов выполнения находятся в объеме изобретения.
1. Способ, включающий:
по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости нагретым наполняющим материалом;
герметизацию емкости после указанного по меньшей мере частичного наполнения; и
высвобождение газа из по меньшей мере одного адсорбирующего материала во внутренний объем емкости после герметизации, которое включает высвобождение газа с первой скоростью, когда наполняющий материал имеет температуру выше температуры стеклования материала, из которого выполнена емкость, и со второй скоростью, когда температура наполняющего материала становится ниже температуры стеклования, причем вторая скорость превышает первую скорость.
2. Способ по п. 1, в котором указанное по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости включает по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема деформируемой емкости.
3. Способ по п. 1, в котором указанное по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости включает по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости из полиэтилентерефталата.
4. Способ по п. 1, в котором газ высвобождается из указанного по меньшей мере одного адсорбирующего материала при охлаждении нагретого наполняющего материала внутри закрытой емкости.
5. Способ по п. 4, в котором указанное по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости включает по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема деформируемой емкости.
6. Способ по п. 4, в котором указанное по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости включает по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости из полиэтилентерефталата.
7. Способ по п. 6, в котором указанное по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости включает по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости из полиэтилентерефталата напитком для потребления человеком.
8. Способ по п. 1, в котором указанное по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости включает по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости пригодным для потребления человеком напитком, нагретым по меньшей мере до 150°F.
9. Способ по п. 1, в котором герметизация емкости включает установку укупорочного средства на отверстии емкости, при этом указанное укупорочное средство включает адсорбирующий материал.
10. Способ по п. 9, в котором указанное по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости включает по меньшей мере частичное наполнение внутреннего объема емкости пригодным для потребления человеком напитком, нагретым по меньшей мере до 150°F.
11. Способ по п. 10, в котором высвобождение газа из адсорбирующего материала включает высвобождение газа из адсорбирующего материала при охлаждении нагретого наполняющего материала внутри закрытой емкости.
12. Способ по п. 1, в котором высвобождение газа из адсорбирующего материала включает высвобождение множества газов из адсорбирующего материала во внутренний объем емкости после герметизации.
13. Способ по п. 1, в котором высвобождение газа из адсорбирующего материала включает высвобождение газа из вставки с адсорбирующим материалом, содержащим множество типов адсорбирующих материалов.
14. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
хранение множества укупорочных средств в камере, причем каждое из укупорочных средств включает элемент с адсорбирующим материалом, при этом камера наполнена газом при повышенном давлении, достаточным для зарядки газом элементов с адсорбирующим материалом; и
выдачу укупорочного средства из множества из камеры непосредственно перед герметизацией, и в котором герметизация емкости включает установку выданного укупорочного средства на отверстии емкости.
15. Способ по п. 1, дополнительно включающий перед герметизацией емкости дозирование в емкость сжиженного газа.
16. Способ по п. 1, в котором герметизация емкости включает герметизацию емкости укупорочным средством в камере с газом под давлением.
17. Способ по п. 1, в котором указанный по меньшей мере адсорбирующий материал выбирают из группы, состоящей из цеолитов, углерода, углеродных нанотрубок и металлоорганических структур.
18. Устройство, содержащее емкость, включающую вставку с адсорбирующим материалом, расположенную для высвобождения по меньшей мере одного газа во внутренний объем емкости, когда емкость по меньшей мере частично наполнена нагретым наполняющим материалом и герметично закрыта, причем указанная вставка содержит по меньшей мере один адсорбирующий материал, выполненный с возможностью адсорбции и последующего высвобождения по меньшей мере одного газа, причем указанный по меньшей мере один газ по существу нерастворим в воде, при этом указанный адсорбирующий материал выполнен для высвобождения газа с первой скоростью, когда наполняющий материал имеет температуру выше температуры стеклования материала, из которого выполнена емкость, и со второй скоростью, когда температура наполняющего материала становится ниже температуры стеклования, причем вторая скорость превышает первую скорость.
19. Устройство по п. 18, в котором указанный по меньшей мере один газ является по меньшей мере одним из азота, метана или этана.
20. Устройство, содержащее укупорочное средство емкости, причем укупорочное средство включает вставку с адсорбирующим материалом, расположенную для высвобождения по меньшей мере одного газа во внутренний объем емкости, когда емкость по меньшей мере частично наполнена нагретым наполняющим материалом и герметично закрыта укупорочным средством, причем вставка содержит по меньшей мере один адсорбирующий материал, выполненный с возможностью адсорбции и последующего высвобождения указанного по меньшей мере одного газа, причем указанный по меньшей мере один газ является по существу нерастворимым в воде, при этом указанный адсорбирующий материал выполнен для высвобождения газа с первой скоростью, когда наполняющий материал имеет температуру выше температуры стеклования материала, из которого выполнена емкость, и со второй скоростью, когда температура наполняющего материала становится ниже температуры стеклования, причем вторая скорость превышает первую скорость.
21. Устройство по п. 20, в котором указанный по меньшей мере один газ является по меньшей мере одним из азота, метана или этана.
