專利名稱：用于自加熱容器的恒溫控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一次性加熱器和采用該一次性加熱器加熱食物、飲料及用于消費(fèi)的其他產(chǎn)品或使用者啟動(dòng)放熱化學(xué)反應(yīng)時(shí)使用的自加熱產(chǎn)品容器。
背景技術(shù)：
帶有一次性化學(xué)加熱器并采用使用者啟動(dòng)化學(xué)加熱的自加熱產(chǎn)品容器是眾所周知的。例如，美國(guó)專利5,461,867和5,626,022披露了應(yīng)用氧化鈣的發(fā)熱水合作用的一次性加熱器。美國(guó)專利5,035,230披露了應(yīng)用諸如乙二醇的多元醇燃料與諸如高錳酸鉀的氧化劑的反應(yīng)的一次性加熱器。在使用者激活使得反應(yīng)組分混合后，化學(xué)加熱器產(chǎn)生一定量的熱量，從而引起溫度升高，溫度升高取決于反應(yīng)的發(fā)熱率和從加熱器到受熱產(chǎn)品以及或多或少(to one extent or another)到環(huán)境的熱損失率。取決于所采用的化學(xué)反應(yīng)，在加熱器制造中可采用能夠定制放熱反應(yīng)的速率和持續(xù)時(shí)間的方法和材料，以使被加熱的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)所要求大小的溫度升高。
對(duì)于某些用途來(lái)說(shuō)，已知的化學(xué)加熱器具有商業(yè)上的缺陷，有時(shí)存在潛在的安全問(wèn)題。例如，使產(chǎn)品溫度增加一固定量的自加熱容器產(chǎn)生在0℃環(huán)境起動(dòng)的最終產(chǎn)品溫度，比在20℃環(huán)境起動(dòng)所實(shí)現(xiàn)的最終產(chǎn)品溫度低大約20℃。如果用于容器和產(chǎn)品的加熱器的尺寸產(chǎn)生所要求的從20℃環(huán)境起動(dòng)的產(chǎn)品溫度，在環(huán)境溫度降低到0℃的情況下，產(chǎn)品溫度可能會(huì)難以接受地低。相反，如果加熱器的尺寸產(chǎn)生所要求的從0℃環(huán)境起動(dòng)的產(chǎn)品溫度，在環(huán)境溫度增加到20℃的情況下，產(chǎn)品溫度可能會(huì)難以接受地高。難以接受的高產(chǎn)品溫度會(huì)引起燙傷的危險(xiǎn)。難以接受的高產(chǎn)品溫度和容器溫度也可能由部分缺少或完全缺少產(chǎn)品引起，而部分或完全缺少產(chǎn)品由過(guò)早產(chǎn)品去除或涌出引起，對(duì)諸如飲料或湯的液體產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這尤其危險(xiǎn)。在被加熱的產(chǎn)品沒有設(shè)置吸熱層(heat sink)的情況下，加熱器反應(yīng)腔中的溫度可以升高至使反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物降解的程度?？梢酝ㄟ^(guò)在反應(yīng)混合物中加入水來(lái)將這種情形下的溫度水平緩和至一定程度，從而保持溫度在沸點(diǎn)，直到所有的水被蒸發(fā)。盡管如此，極端溫度偏差也會(huì)使容器變成熱得足以讓使用者處于燃燒的危險(xiǎn)中。此外，在反應(yīng)物中加入足夠的水以吸收整個(gè)沸騰時(shí)產(chǎn)生的所有熱量則可能使正常運(yùn)行期間發(fā)熱率減少至難以接受的低水平。
本發(fā)明的方面適用于抑制剛性或半剛性自加熱容器、即保持形狀的加熱器和容器以及包含熱耦合加熱和產(chǎn)品室的柔性囊中的一次性化學(xué)加熱器的放熱反應(yīng)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一方面是一種用于自動(dòng)抑制與自加熱容器的產(chǎn)品室熱接觸的一次性化學(xué)加熱器中的放熱反應(yīng)的方法，通過(guò)響應(yīng)于產(chǎn)品室所達(dá)到的選定溫度，向加熱器的反應(yīng)腔釋放、優(yōu)選注射抑制劑組合物，從而放慢、甚至終止放熱反應(yīng)。
除了向反應(yīng)區(qū)自動(dòng)釋放抑制劑外，本發(fā)明的另一方面是排放極端溫度偏差期間產(chǎn)生的蒸汽。
本發(fā)明的進(jìn)一步的方面是一種自加熱容器，其具有與產(chǎn)品室熱耦合的一次性化學(xué)加熱器，所述自加熱容器還包括自動(dòng)抑制系統(tǒng)，所述自動(dòng)抑制系統(tǒng)包括包含抑制劑組合物的隔離室和響應(yīng)于產(chǎn)品室所達(dá)到的選定溫度條件、用于向加熱器的反應(yīng)區(qū)釋放、優(yōu)選注射抑制劑組合物的裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是一種自加熱容器，其包括在抑制系統(tǒng)中足以限制任何溫度偏差達(dá)到系統(tǒng)的蒸汽沸點(diǎn)的水，其還包括用于從加熱器排放蒸汽、優(yōu)選通過(guò)擴(kuò)散器排放蒸汽的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括用于抑制所激活的一次性化學(xué)加熱器的發(fā)熱率和隨之而來(lái)的溫度升高的方法和系統(tǒng)以及采用這種系統(tǒng)和方法的剛性、半剛性或柔性自加熱容器。依照本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可以用來(lái)提供不同量的抑制，從適度緩和到完全抑制，并且響應(yīng)于選定溫度條件起作用，以便收容特定的加熱器、容器和產(chǎn)品。
依照本發(fā)明，抑制劑組合物自動(dòng)地被釋放到化學(xué)加熱器的發(fā)熱腔中，從而響應(yīng)于與過(guò)熱有關(guān)的選定溫度條件，緩和或抑制反應(yīng)。
用于本發(fā)明的抑制系統(tǒng)和方法的加熱器是通過(guò)使用者啟動(dòng)時(shí)反應(yīng)組分的混合引起的放熱反應(yīng)產(chǎn)生熱量的一次性加熱器。這樣的一次性加熱器包括反應(yīng)腔，在啟動(dòng)之前，所述反應(yīng)腔可以是、并且通常是其中駐留反應(yīng)物的腔。在使用之前，第二反應(yīng)物駐留在單獨(dú)的密封腔內(nèi)，由此防止過(guò)早反應(yīng)。使用者通過(guò)破壞(compromising)反應(yīng)物的隔離，啟動(dòng)放熱反應(yīng)，然后反應(yīng)物在反應(yīng)區(qū)混合，形成或者為液體或者包括液相的反應(yīng)混合物。本發(fā)明不局限于適用于采用任何特定放熱反應(yīng)的加熱器。例如，本發(fā)明可以適用于氧化鈣加熱器，這種加熱器在反應(yīng)物氧化鈣和水化合成反應(yīng)混合物時(shí)產(chǎn)生熱量。加熱器優(yōu)選利用多元醇燃料、比如乙二醇和氧化劑之間的放熱反應(yīng)。氧化劑優(yōu)選是堿金屬高錳酸鹽，例如高錳酸鉀。
使用者可以通過(guò)任意適當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置啟動(dòng)加熱器，例如打開閥或破壞將第二反應(yīng)物、甚至如果需要將每個(gè)反應(yīng)物與反應(yīng)區(qū)相隔離的易碎密封。啟動(dòng)裝置可以包括按鈕、拉動(dòng)翼片或螺旋作用等等。反應(yīng)區(qū)可以與原始反應(yīng)物容納區(qū)或室分開和隔離，或者反應(yīng)區(qū)可以是一個(gè)或多個(gè)原始反應(yīng)物容納區(qū)。
本發(fā)明適用的自加熱容器包括如上所述的一次性加熱器和至少一個(gè)用于容納飲料、食品或要加熱的其它產(chǎn)品的產(chǎn)品室。為便于明白，本發(fā)明將就單個(gè)產(chǎn)品室來(lái)進(jìn)行描述，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用多個(gè)產(chǎn)品室，而且多個(gè)室中的每個(gè)室都可以由至少一個(gè)化學(xué)加熱器來(lái)提供服務(wù)，或者一個(gè)加熱器可以服務(wù)于多個(gè)產(chǎn)品室。產(chǎn)品室是可以被使用者打開的密閉或可密閉的室。例如，產(chǎn)品室可以是由金屬或食物等級(jí)的塑性或?qū)訅翰牧现圃斓膱A筒形飲料或食物容器。產(chǎn)品室也可以為諸如碗、板或箱的適于特定產(chǎn)品的其它形狀。產(chǎn)品室可以是柔性的，或者是保持形狀的。加熱器可由任何可以安全地容納加熱反應(yīng)的材料構(gòu)成。加熱器的反應(yīng)腔優(yōu)選為形狀保持的，即，具有剛性或半剛性構(gòu)造，但是在某些實(shí)施例中可以是柔性的。諸如彈性材料袋的柔性室可包括在加熱器中，這將在下面描述。加熱器，包括帶有依照本發(fā)明的抑制系統(tǒng)的加熱器，可與產(chǎn)品室分開制造，然后再物理連接在一起，形成自加熱容器。替代地，加熱器和產(chǎn)品室也可以制造成一個(gè)單元，例如整體或部分模制成一個(gè)單元。不論是哪種情況，反應(yīng)腔包括與產(chǎn)品室表面熱接觸的表面、通常為主表面，主表面與產(chǎn)品室熱耦合在一起，由此產(chǎn)生的熱量流向產(chǎn)品室，并流入被加熱的產(chǎn)品。通常，熱耦合通過(guò)抵接加熱器的反應(yīng)腔的導(dǎo)熱壁和產(chǎn)品室或者通過(guò)利用將產(chǎn)品室與反應(yīng)腔分離的單個(gè)導(dǎo)熱壁來(lái)實(shí)現(xiàn)。抑制劑的釋放與產(chǎn)品溫度相關(guān)聯(lián)，而不是與反應(yīng)溫度相關(guān)聯(lián)。加熱反應(yīng)通常可快速達(dá)到高溫，當(dāng)達(dá)到該溫度時(shí)，所釋放的抑制劑將趨向于在同樣的消逝時(shí)間中抑制反應(yīng)，給定與產(chǎn)品溫度無(wú)關(guān)的恒定生熱。在某些實(shí)施例中，其它加熱器可具有絕緣性能，或者設(shè)置有絕緣體、至少有表面暴露于正常的使用者接觸。
依照本發(fā)明的自加熱容器包括用于存儲(chǔ)抑制劑組合物的抑制劑室，響應(yīng)于產(chǎn)品室所達(dá)到的指定溫度，抑制劑組合物可從該抑制劑室自動(dòng)釋放到反應(yīng)混合物中。抑制劑室可以是密閉室或位于加熱器的反應(yīng)腔內(nèi)部的分開的腔。抑制劑室可以是環(huán)繞抑制劑組合物的體積的易熔固體，或者抑制劑組合物可分散在易熔固體中。在后者的情況下，例如，充當(dāng)保持抑制劑的可熔室的易熔固體可作為涂層涂敷到熱耦合于產(chǎn)品室的反應(yīng)腔的內(nèi)部。替代地，抑制劑室也可以位于反應(yīng)腔外面，但與反應(yīng)腔流體連通，由此在釋放時(shí)與反應(yīng)混合物流體連通。在所有情況下，抑制劑室用于在釋放之前將抑制劑組合物與加熱器的反應(yīng)混合物物理分開。
依照本發(fā)明的自加熱容器包括用來(lái)響應(yīng)在與加熱器的反應(yīng)腔熱耦合的產(chǎn)品室表面已經(jīng)發(fā)生、正在發(fā)生或可能發(fā)生的過(guò)熱情況、向反應(yīng)腔自動(dòng)釋放存儲(chǔ)的抑制劑組合物的釋放機(jī)構(gòu)。例如，如果加熱器用來(lái)使產(chǎn)品加熱到所要求的最終溫度，比方說(shuō)從0℃環(huán)境溫度開始加熱到60℃，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，必須抑制放熱反應(yīng)。因?yàn)橐种撇皇撬矔r(shí)的，抑制系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)計(jì)成在所標(biāo)記的產(chǎn)品室表面的溫度接近與所要求的最終產(chǎn)品溫度有關(guān)的水平時(shí)釋放抑制劑組合物，以便在釋放抑制劑組合物后所繼續(xù)加熱，實(shí)現(xiàn)所要求的最終產(chǎn)品溫度。所釋放的抑制劑組合物將放慢或停止反應(yīng)，以向下保持最終產(chǎn)品溫度，如果起始溫度較高，比方說(shuō)20℃，從而從完全不同的環(huán)境溫度開始，產(chǎn)生相同或幾乎相同的最終產(chǎn)品溫度。對(duì)于特定容器和產(chǎn)品，可以憑經(jīng)驗(yàn)確定適當(dāng)?shù)目刂茰囟取?br> 在優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)熱響應(yīng)釋放抑制劑。優(yōu)選的自動(dòng)溫度響應(yīng)控制裝置是易熔部件，其與產(chǎn)品室的表面熱耦合在一起，并在選定溫度下熔化。易熔部件可包括全部或部分抑制劑室或限制抑制劑釋放的裝置。易熔部件可以是在選定溫度下熔化的金屬合金。這樣的合金和它們的構(gòu)造從它們?cè)趪姙缁鹌鞯氖褂弥袨榇蠹宜熘？刹捎靡兹劢饘僮鳛榉乐挂种苿┙M合物釋放的易熔連桿(fusib1e 1ink)，雖然其為固體，但在熔化時(shí)引起或允許釋放。例如，與產(chǎn)品室表面熱耦合在一起的易熔連桿可用來(lái)抑制彈簧加載的射針(dart)，或者用來(lái)堵塞抑制劑室的排出管線。在選定溫度下熔化的蠟是易熔部件的另一個(gè)例子，蠟通常用于水加熱器上的安全閥。蠟可用作易熔連桿，或用來(lái)容納抑制劑組合物并在熔化時(shí)釋放抑制劑組合物。也可以使用其它的溫度響應(yīng)控制裝置。例如，可以利用通常用于恒溫器的雙金屬元件的熱膨脹，尤其是圓形、拱頂種類的按扣(snapping)雙金屬元件。替代地，也可以間接響應(yīng)于過(guò)熱狀態(tài)自動(dòng)釋放，也就是說(shuō)，直接響應(yīng)于與過(guò)熱狀態(tài)有關(guān)的另一個(gè)物理參數(shù)自動(dòng)釋放。例如，在有些實(shí)施例中，反應(yīng)腔中的壓力升高可能與產(chǎn)品溫度有關(guān)，在這樣的情況下，可利用壓力響應(yīng)機(jī)構(gòu)來(lái)釋放抑制劑組合物。
優(yōu)選地，不管自加熱容器的方向如何，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)都使釋放抑制劑組合物流入反應(yīng)腔。如果認(rèn)為釋放包括例如抑制劑室底部的口或孔的開口，在容器在倒置位置的情況下，抑制劑組合物將不會(huì)流動(dòng)。我們所述的系統(tǒng)優(yōu)選使抑制劑組合物“注射”進(jìn)入反應(yīng)腔，所述的方法優(yōu)選向該腔“注射”抑制劑組合物，這意味著使所釋放的抑制劑流入該腔，在該腔中，無(wú)論容器的方向如何，抑制劑都至少可以接觸液體反應(yīng)物。優(yōu)選實(shí)施例包括將抑制劑組合物存儲(chǔ)在處于張力下作為反應(yīng)腔內(nèi)部的分開的室的彈性材料袋中；和刺破袋，以釋放組合物，由此袋完全像破裂的氣球一樣受到災(zāi)難性損壞(fai1)，確保組合物離開袋，進(jìn)入反應(yīng)腔。用于注射抑制劑組合物的另一個(gè)裝置在壓力下將抑制劑組合物存儲(chǔ)在具有到反應(yīng)腔的排出管的室中，排出管由起栓塞作用的易熔連桿可釋放地阻塞。在這樣的實(shí)施例中，該室不必是彈性材料的。例如，該室可以是容納彈簧加載的活塞的剛性缸筒，一旦排出堵塞被移除，該活塞就能夠強(qiáng)制噴射抑制劑組合物。另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括將抑制劑組合物存儲(chǔ)在易熔材料、例如蠟中，易熔材料位于反應(yīng)腔內(nèi)部，并與產(chǎn)品室熱耦合在一起，由此自動(dòng)釋放到反應(yīng)腔中。
抑制劑組合物可包含與加熱器的發(fā)熱反應(yīng)物不起反應(yīng)的液體，該液體添加到反應(yīng)混合物中，從而稀釋混合物，放慢反應(yīng)，并吸收熱量。抑制劑組合物的稀釋劑組分優(yōu)選為水。在啟動(dòng)放熱反應(yīng)之前或爾后不久移除產(chǎn)品時(shí)發(fā)生極端熱量偏差的情況下，添加的水還提供了一大的吸熱層、即它的汽化潛熱。因而，抑制劑組合物中的水不僅放慢了放熱反應(yīng)，而且提供了用于必要時(shí)失去產(chǎn)品的替代吸熱層。應(yīng)當(dāng)明白，只要它汽化，添加的水對(duì)反應(yīng)腔溫度設(shè)置隨壓力變化的上限。添加的水足夠抑制沸騰，而一部分水剩余，從而限制(capping)溫度偏差的大小。
抑制劑組合物可包括與反應(yīng)物合成的材料。例如，硼酸或硼砂與多羥基化合物、例如在氧化還原反應(yīng)中與高錳酸鹽一起使用的甘油快速形成合成物。一旦反應(yīng)物是合成物的形式，它們將不會(huì)快速地起反應(yīng)。與其構(gòu)成組分相平衡的合成物將慢慢地釋放反應(yīng)物，這樣，全部或一種選定的反應(yīng)物將被安全地耗盡，整個(gè)地停用加熱器，以便廢棄。抑制劑可以是使其中一種反應(yīng)物從反應(yīng)溶液中沉淀析出的沉淀劑。抑制劑可以是催化劑毒，其能夠停止催化反應(yīng)中的催化劑的活性，使反應(yīng)物以非常慢的未催化率起反應(yīng)。抑制劑可以延滯擴(kuò)散，從而防止反應(yīng)物彼此接觸，例如膠凝劑、結(jié)晶劑或除泡劑。抑制劑組合物的選擇是本領(lǐng)域已知的。抑制劑組合物的類型和數(shù)量足以停止反應(yīng)腔中的放熱反應(yīng)。然而，根據(jù)應(yīng)用，抑制劑組合物的類型和數(shù)量足以使放熱反應(yīng)緩和到所要求的程度即可，而不是完全停止反應(yīng)。例如，所希望的是，反應(yīng)大大放慢，甚至幾乎停止，但仍在慢慢繼續(xù)，以致耗盡至少一種反應(yīng)物，同時(shí)以足夠低而不能引起難以接受的高溫的速率產(chǎn)生熱量。
對(duì)于用來(lái)防止導(dǎo)致蒸汽產(chǎn)生的極端溫度偏差的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，依照本發(fā)明的加熱器和自加熱容器包括用于從反應(yīng)腔排放蒸汽的裝置。這樣的裝置可以包括安全閥、栓塞或?qū)毫υ黾用舾械娜趸诿娣e，所述安全閥可以簡(jiǎn)單得像由響應(yīng)反應(yīng)腔的溫度易熔的栓塞阻塞的口。用于自加熱飲料容器的排放裝置可包括排放管，所述排放管從補(bǔ)加有抑制劑組合物的放熱反應(yīng)混合物上面的反應(yīng)腔中的一個(gè)場(chǎng)所延伸，穿過(guò)反應(yīng)腔的壁，優(yōu)選延伸到分配排出蒸汽以放慢其速度的蒸汽擴(kuò)散器內(nèi)，如果需要，穿過(guò)一過(guò)濾器，以去除截留的固體和液體。如果自加熱容器包括外絕緣層，蒸汽可以流入該層。因?yàn)榉序v往往會(huì)形成泡沫，所以，用于自加熱飲料容器的加熱器可包括蒸汽氣室，排放管的進(jìn)給端位于蒸汽氣室內(nèi)，加熱器還包括偏轉(zhuǎn)泡沫遠(yuǎn)離該管的進(jìn)給端的擴(kuò)散器。
可采用各式各樣的機(jī)構(gòu)來(lái)釋放抑制劑組合物，本發(fā)明不局限于任何特定的機(jī)構(gòu)。其中一種適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)是彈簧加載的削尖刀片，例如射針，其能夠刺破包含抑制劑組合物的室或腔，包括、但不限于可伸展的彈性材料袋。這樣的機(jī)構(gòu)優(yōu)選為限制釋放的易熔連桿。另一種機(jī)構(gòu)是用作栓塞的易熔金屬合金連桿，其用來(lái)防止抑制劑組合物的釋放以及在熔體、即溫度控制閥或栓塞上釋放組合物。同樣，可以采用各式各樣的控制裝置引起抑制劑組合物的釋放。其中一個(gè)優(yōu)選機(jī)構(gòu)是與產(chǎn)品室熱耦合的易熔材料。固體連桿可防止釋放機(jī)構(gòu)的操作，直到固體連桿熔化，或者，如上所述，連桿本身是釋放機(jī)構(gòu)?？梢允褂孟灮兹墼?。
在某些優(yōu)選實(shí)施例中，抑制劑室本身可以是釋放機(jī)構(gòu)，這樣，當(dāng)該室本身在設(shè)計(jì)溫度被損壞、例如熔化時(shí)，抑制劑組合物被釋放。抑制劑可與不起反應(yīng)的低熔點(diǎn)材料、例如蠟混合在一起，這樣，當(dāng)材料熔化時(shí)，截留(entrapped)的抑制劑被釋放。這對(duì)固體抑制劑來(lái)說(shuō)尤其有用，蠟抑制劑混合物可直接放置在反應(yīng)腔內(nèi)部，與被加熱的產(chǎn)品熱接觸，其中，蠟抑制劑仍然隔開，因此，直到蠟熔化，蠟抑制劑才起作用。在這種類型的實(shí)施例中，蠟或其它低熔點(diǎn)溫度材料充當(dāng)用于抑制劑的室，還充當(dāng)隨溫度而變的易熔部件和釋放機(jī)構(gòu)。例如通過(guò)將容納抑制劑組合物的蠟室作為涂層涂敷到鄰近產(chǎn)品室的加熱器內(nèi)表面上，可實(shí)現(xiàn)與被加熱產(chǎn)品的熱接觸。因?yàn)檫@樣的室的熔化釋放了反應(yīng)腔中的抑制劑，這是注射方法及設(shè)備的一個(gè)例子。用于所控制的釋放的另一個(gè)可能性是按扣雙金屬元件。所有前述的都是隨溫度而變，并直接響應(yīng)于溫度。然而，在有些情況下，可以利用操作與溫度間接有關(guān)的釋放機(jī)構(gòu)，如壓力操作機(jī)構(gòu)，其中反應(yīng)腔中的壓力與產(chǎn)品溫度有關(guān)。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)情況闡明在下面的附圖和說(shuō)明書中。本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從說(shuō)明書和附圖以及權(quán)利要求書中變得顯而易見。


圖1是依照本發(fā)明的自加熱容器的垂直橫截面簡(jiǎn)圖。
圖2a和2b分別是依照本發(fā)明的用于抑制劑的釋放機(jī)構(gòu)激活之前和激活之后的剖面?zhèn)纫晥D。
圖3是在例子中使用的自加熱容器的垂直橫截面簡(jiǎn)圖。
圖4是在例1-12中隨著加熱產(chǎn)品的時(shí)間變化的溫度讀數(shù)曲線圖。
圖5是在釋放或不釋放抑制劑組合物這兩種情況下的模擬氧化鈣加熱器隨時(shí)間變化的溫度曲線圖。
同樣的參考標(biāo)記在不同的附圖中指示同樣的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了包括依照本發(fā)明的抑制劑系統(tǒng)的自加熱容器的簡(jiǎn)圖。容器包括外壁1和帶有用于開口3的裝置的頂部2。壁4位于容器內(nèi)部。壁4密封外壁1，以提供密閉飲料腔5，所述密閉飲料腔5包含飲料6和形成密閉反應(yīng)腔7的壁4。第一反應(yīng)物8放置在密閉腔7內(nèi)部。第二反應(yīng)物9放置在密封囊10內(nèi)部。
設(shè)置尖端11來(lái)刺穿囊10。通過(guò)壓緊容器底部上的外拱頂12激活尖端11。這又壓緊內(nèi)拱頂13，內(nèi)拱頂13包括反應(yīng)腔7的底部。當(dāng)拱頂13被向上壓緊時(shí)，尖端11刺破囊10。框架14被彈簧15向下壓，這導(dǎo)致第二反應(yīng)物9從囊10排出，引起兩個(gè)反應(yīng)物8和9相互接觸，并發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)尖端11升高時(shí)，支座16防止囊10抬高，從而避免刺破囊10。
當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)物8和9發(fā)生反應(yīng)時(shí)，它們產(chǎn)生熱量，熱量通過(guò)壁4傳遞，加熱腔5內(nèi)部的飲料6。
隨著反應(yīng)腔7的內(nèi)容物加熱，氣體壓力積聚。這通過(guò)排放管17排放。過(guò)濾器18防止液體和固體進(jìn)入和阻塞排放管17。在排放管17的端部是兩個(gè)拱頂12和13之間的氣室19，排放的氣體分布到其中。然后氣體流過(guò)第二過(guò)濾器20，最后通過(guò)多個(gè)排放通道21釋放到大氣中。過(guò)濾器20也可以防止外來(lái)污染物進(jìn)入氣室19、排放管17或反應(yīng)腔7。
易熔化合物和抑制劑的固體混合物22設(shè)置在與反應(yīng)器壁4的內(nèi)表面相接觸的反應(yīng)腔7中。當(dāng)反應(yīng)開始時(shí)，混合物22在反應(yīng)物8和9上面，不與反應(yīng)物8和9相接觸。當(dāng)飲料6變熱時(shí)，熱量通過(guò)壁4傳遞返回到反應(yīng)腔7中的不發(fā)生反應(yīng)的部分。熱量加熱混合物22，直到易熔組分達(dá)到其熔點(diǎn)。然后混合物22從壁4上脫離，抑制劑接觸反應(yīng)物，抑制反應(yīng)。
圖2a和2b顯示了用于抑制劑的釋放機(jī)構(gòu)圖2a顯示激活之前的釋放機(jī)構(gòu)，圖2b顯示了激活之后的釋放機(jī)構(gòu)。在圖2a中，抑制劑31位于由拱頂33和箔密封34形成的腔32內(nèi)部。拱頂33屬于形成反應(yīng)腔36的壁35的一部分。拱頂33和壁35與被加熱的材料相接觸，同樣還與圖1所示的壁4相接觸。在激活之前，兩個(gè)腔32和36之間不連通。尖端37附著于彈簧38。彈簧38由易熔裝置或易熔連桿39保持在壓縮形態(tài)，易熔裝置或易熔連桿39與拱頂33相接觸。
在圖2b中，當(dāng)拱頂33變熱時(shí)，易熔裝置39熔化，釋放彈簧38。彈簧38迫使尖端37穿過(guò)箔密封34。尖端37的平底40將抑制劑31擠出到反應(yīng)腔36內(nèi)。易熔裝置39保持在腔32中。
圖3顯示了在如下所述的例子中使用的自加熱容器試驗(yàn)設(shè)備。它由帶有底部51的銅缸筒組成。缸筒51內(nèi)部是附著于缸筒51底部以形成水密密封的第二缸筒52。缸筒52的壁上開有凹槽，以增加傳熱表面面積。設(shè)有排放豎管53，其相連于缸筒52頂部以形成水密密封。所示的固體反應(yīng)物54在缸筒52內(nèi)部。抑制劑的固體混合物55(例如硼酸-蠟糊劑或硼砂-蠟糊劑)被壓靠在頂部的缸筒52內(nèi)壁上，這樣，固體混合物55不會(huì)接觸固體54。要被加熱的產(chǎn)品56、例如飲料(或諸如水的模擬產(chǎn)品)放置在兩個(gè)缸筒51和52之間的空間50內(nèi)，空間50形成產(chǎn)品室。
用于本發(fā)明的系統(tǒng)及方法的抑制劑組合物包括水、水基溶液和水基懸浮液。用于本發(fā)明的抑制劑組合物還包括干組合物，比如顆粒和粉末。組合物優(yōu)選包括與多羥基燃料組分之比在約0.1到2.0之間的硼酸，優(yōu)選在0.5和1.0之間；或與多羥基燃料組分之比在約0.1到2.0之間的硼砂，優(yōu)選在0.5和1.0之間。我們建議，在組成和量中，抑制劑組合物停止放熱反應(yīng)混合物的沸騰，大大地放慢、但不完全停止反應(yīng)，以便隨著時(shí)間的變化，所選定的至少一個(gè)反應(yīng)物能全部被耗盡。優(yōu)選地，設(shè)計(jì)產(chǎn)生的熱量足以使產(chǎn)品的溫度從所預(yù)期的最低的環(huán)境溫度或其它選擇的設(shè)計(jì)參數(shù)開始上升到所要求的水平。如果希望最終產(chǎn)品溫度是從較高的環(huán)境溫度開始，當(dāng)產(chǎn)品達(dá)到稍微比最終設(shè)計(jì)溫度低的溫度時(shí)，必須釋放抑制劑組合物，因?yàn)榉磻?yīng)停止不是即時(shí)的。溫度不會(huì)立即停止爬升。需要進(jìn)行一些試驗(yàn)和調(diào)整來(lái)使用于特定產(chǎn)品的抑制系統(tǒng)和自加熱容器組合達(dá)到最佳。
例子依照本發(fā)明的恒溫控制，利用圓柱形罐體、向上插入罐體中的加熱器模塊和由罐體和加熱器模塊的外部形成的產(chǎn)品室中的作為產(chǎn)品的水來(lái)進(jìn)行演示。如下面的例子所示，固體抑制劑組合物和液體抑制劑組合物兩者都可以在選定溫度下釋放到放熱化學(xué)反應(yīng)中，以緩和由起始溫度的變化引起的對(duì)最終產(chǎn)品溫度的影響。
例子1向依照?qǐng)D3的測(cè)試罐的加熱器模塊52添加34g固體高錳酸鉀(KMnO4)54。將210ml的水56放入罐50的飲料室內(nèi)部。不包括抑制劑55。罐和其內(nèi)容物在冷藏庫(kù)中冷卻到7℃。32ml的30％甘油水放入注射器中，并將該注射器放入冷藏庫(kù)中冷卻。罐和注射器從冷藏庫(kù)拿出，兩個(gè)熱電偶放入水56中。將注射器的內(nèi)容物通過(guò)排放管53注入加熱器模塊中，弄濕高錳酸鹽。甘油與高錳酸鹽起反應(yīng)，加熱罐和水。當(dāng)水56達(dá)到43℃時(shí)，將5g的硼砂(Na2B4O7·10H2O)通過(guò)排放管53添加到反應(yīng)腔中。8分鐘后水溫為64℃。
例子2和例子1一樣裝滿第二罐和注射器，但不將它們放入冷藏庫(kù)中。它們擱置在23℃的外界溫度下。當(dāng)注射液體燃料溶液時(shí)，甘油與高錳酸鹽起反應(yīng)，加熱罐和水。當(dāng)水達(dá)到43℃時(shí)，將5g的硼砂(Na2B4O7·10H2O)通過(guò)排放管添加到反應(yīng)腔中。水從23℃被加熱到66℃。
例子3和例子1一樣裝滿第三罐，除了水56被加熱之外。水放入罐中之后，使罐站立，這樣，罐和高錳酸鹽可以與水均衡達(dá)到同一溫度38℃。注射室溫的液體燃料溶液，甘油與高錳酸鹽起反應(yīng)，加熱罐和水。當(dāng)水56達(dá)到43℃時(shí)，將5g的硼砂(Na2B4O7·10H2O)通過(guò)排放管添加到反應(yīng)腔中。水從38℃被加熱到66℃。
在例子1、2和3的加熱過(guò)程中監(jiān)測(cè)水中兩個(gè)熱電偶的溫度。圖4顯示了在例子1、2和3的加熱過(guò)程中水中的兩個(gè)熱電偶的溫度。在例子1中的溫度為61和62；在例子2中的溫度為63和64；在例子3中的溫度為65和66。雖然三個(gè)罐開始相差約31℃，但是它們結(jié)果只相差約2℃。
例子4向依照?qǐng)D3的罐的加熱器模塊裝入40g高錳酸鉀(KMnO4)54。5g硼砂(Na2B4O7·10H2O)和5g熔點(diǎn)為53℃的石蠟混合到糊劑中。糊劑作為涂層55涂敷到加熱器模塊內(nèi)部的頂部(top half)，在頂部，涂層熱接觸飲料56。將210ml的水56放入罐的飲料室內(nèi)部。罐和其內(nèi)容物在冷藏庫(kù)中冷卻到7℃。32ml的30％甘油水和2ml的有機(jī)硅除泡劑放入注射器中，并將該注射器放入冷藏庫(kù)中并冷卻。罐和注射器從冷藏庫(kù)拿出，兩個(gè)熱電偶放入水56中。將注射器的內(nèi)容物通過(guò)排放管53注入加熱器模塊中，弄濕高錳酸鹽。甘油與高錳酸鹽起反應(yīng)，加熱罐和水。10分鐘后水溫為68℃。
例子5和例子4一樣裝滿第二罐和注射器，但不將它們放入冷藏庫(kù)中。當(dāng)注射液體燃料溶液時(shí)，水從21℃的環(huán)境溫度被加熱到68℃。
例子6和例子4一樣裝滿第三罐，除了水被加熱之外。水放入罐中之后，使罐站立，這樣，罐和高錳酸鹽可以與水均衡達(dá)到同一溫度38℃。注射室溫的液體溶液，水從38℃被加熱到73℃。
在例子4、5和6的加熱過(guò)程中監(jiān)測(cè)水中兩個(gè)熱電偶的溫度。雖然三個(gè)罐開始相差約31℃，但是它們結(jié)果只相差約5℃。
例子7向依照?qǐng)D3的罐的加熱器模塊裝入36g高錳酸鉀(KMnO4)54。7.5g硼酸(H3BO3)和7.5g熔點(diǎn)為46℃的石蠟混合到糊劑中。糊劑作為涂層55涂敷到加熱器模塊內(nèi)部的頂部，在頂部，涂層熱接觸飲料56。將210ml的水56放入罐的飲料室內(nèi)部。罐和其內(nèi)容物在冷藏庫(kù)中冷卻到7℃。32ml的33％甘油水放入注射器中，并將該注射器放入冷藏庫(kù)中冷卻。罐和注射器從冷藏庫(kù)拿出，兩個(gè)熱電偶放入水56中。將注射器的內(nèi)容物通過(guò)排放管53注入加熱器模塊中，弄濕高錳酸鹽。甘油與高錳酸鹽起反應(yīng)，加熱罐和水。8分鐘后水溫為64℃。
例子8和例子7一樣裝滿第二罐和注射器，但不將它們放入冷藏庫(kù)中。當(dāng)注射室溫的液體溶液時(shí)，水從22℃的環(huán)境溫度被加熱到68℃。
例子9和例子7一樣裝滿第三罐，除了水56被加熱之外。水放入罐中之后，使罐站立，這樣，罐和高錳酸鹽可以與水均衡達(dá)到同一溫度38℃。注射室溫的液體溶液，水從38℃被加熱到78℃。
在例子7、8和9的加熱過(guò)程中監(jiān)測(cè)水中兩個(gè)熱電偶的溫度。雖然三個(gè)罐開始相差約31℃，但是它們結(jié)果只相差約14℃。
例子10向依照?qǐng)D3的罐的加熱器模塊裝入36g高錳酸鉀(KMnO4)。將210ml的水放入罐的飲料室內(nèi)部。罐和其內(nèi)容物在冷藏庫(kù)中冷卻到8℃。32ml的33％甘油水放入注射器中，并將該注射器放入冷藏庫(kù)中冷卻。罐和注射器從冷藏庫(kù)拿出，兩個(gè)熱電偶放入水中。將注射器的內(nèi)容物通過(guò)排放管53注入加熱器模塊中，弄濕高錳酸鹽。甘油與高錳酸鹽起反應(yīng)，加熱罐和水。當(dāng)水達(dá)到43℃時(shí)，將20ml的水通過(guò)排放管53添加到反應(yīng)腔中。8分鐘后水溫為69℃。
例子11和例子10一樣裝滿第二罐和注射器，但不將它們放入冷藏庫(kù)中。當(dāng)注射液體燃料溶液時(shí)，甘油與高錳酸鹽起反應(yīng)，加熱罐和水。當(dāng)水達(dá)到43℃時(shí)，將20ml的水通過(guò)排放管添加到反應(yīng)腔中。水從22℃的環(huán)境溫度被加熱到71℃。
例子12和例子10一樣裝滿第三罐，除了水56被加熱之外。水放入罐中之后，使罐站立，這樣，罐和高錳酸鹽可以與水均衡達(dá)到同一溫度38℃。注射室溫的液體燃料溶液，甘油與高錳酸鹽起反應(yīng)，加熱罐和水。當(dāng)水達(dá)到43℃時(shí)，將20ml的水通過(guò)排放管添加到反應(yīng)腔中。水從38℃被加熱到83℃。
在例子10、11和12的加熱過(guò)程中監(jiān)測(cè)水中兩個(gè)熱電偶的溫度。雖然三個(gè)罐開始相差30℃，但是它們結(jié)果只相差約14℃。
例子13通過(guò)烘箱分解6-10mm天然巖石顆粒形式的碳酸鈣來(lái)制備氧化鈣。將用于測(cè)試的水電離。用來(lái)抑制氧化鈣與水之間的水合反應(yīng)的材料是41波美度(degrees Baumé)的飽和硅酸鈉溶液。
反應(yīng)在10cc玻璃燒杯中進(jìn)行，玻璃燒杯放在布?jí)|上，以減少到試驗(yàn)架的熱量損失。頂部用鋁箔覆蓋，鋁箔被刺穿用于插入熱電偶。其它方面反應(yīng)容器沒有被絕熱。
進(jìn)行兩次操作。在兩次操作中，大約20克的氧化鈣與20cc的水起反應(yīng)。該比率的成分產(chǎn)生潮濕、油灰狀的產(chǎn)品，但是該產(chǎn)品沒有位于其中的自由水。在第二次操作中，當(dāng)反應(yīng)器達(dá)到大約38℃時(shí)，添加5cc的飽和硅酸鈉溶液。
這些測(cè)試的結(jié)果顯示在圖5中。線71顯示了第一次操作期間在反應(yīng)器中的熱電偶隨時(shí)間變化的溫度讀數(shù)。線72顯示了第二次操作期間的熱電偶隨時(shí)間變化的溫度讀數(shù)?？梢钥吹?，在第一次操作中，溫度到38℃之后，反應(yīng)繼續(xù)產(chǎn)生熱量，最終溫度達(dá)到64℃?？梢钥吹剑c之對(duì)比，在第二次操作中，添加硅酸鈉溶液的反應(yīng)在短時(shí)間段之后停止，如圖所示在52℃溫度趨于平衡。在第二次操作的末尾，未定量的液態(tài)水仍然在反應(yīng)容器中。
該例子的實(shí)驗(yàn)報(bào)告表明抑制了氧化鈣加熱器的反應(yīng)。響應(yīng)于產(chǎn)品溫度，可以通過(guò)本發(fā)明的裝置和方法釋放抑制劑組合物。盡管不希望受到任何理論的束縛，但是我們認(rèn)為，硅酸鈉溶液停止反應(yīng)的機(jī)理大概如下。在室溫下很粘稠的飽和硅酸鈉溶液容易在熱水中稀釋。當(dāng)溶液添加到反應(yīng)器中時(shí)，溶液快速混合，混合物進(jìn)入一區(qū)域，氧化鈣從該區(qū)域吸收溶液的水。于是反應(yīng)從硅溶液吸取水。溶液脫水，在氧化鈣羥顆粒的表面上留下硅酸鈉涂層。加熱反應(yīng)由于失去了繼續(xù)反應(yīng)所必需的水而停止。圖5的線72表明，添加溶液后，反應(yīng)持續(xù)一段短的時(shí)間。這歸因于一層起作用的水繼續(xù)對(duì)反應(yīng)有效，直到形成硅化層。
本發(fā)明已經(jīng)描述了很多實(shí)施例。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解，可以在沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出各種修改。因此，其它實(shí)施例也在下面的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于抑制自加熱容器內(nèi)的放熱反應(yīng)的方法，所述自加熱容器包括一次性化學(xué)加熱器，其中反應(yīng)物在熱耦合于產(chǎn)品室的反應(yīng)腔中產(chǎn)生熱量，所述方法包括(a)向容器提供可釋放的反應(yīng)抑制劑組合物；以及(b)響應(yīng)于在產(chǎn)品室中出現(xiàn)選定溫度，自動(dòng)釋放抑制劑組合物至反應(yīng)腔內(nèi)，從而抑制放熱反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，抑制劑組合物包括水。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，抑制劑組合物包括選自由催化劑毒、絡(luò)合劑、結(jié)晶劑、除泡劑、膠凝劑和沉淀劑構(gòu)成的組中的至少一種成分。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，自動(dòng)釋放抑制劑組合物的步驟包括向反應(yīng)腔內(nèi)注射抑制劑組合物。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，自動(dòng)釋放抑制劑組合物的步驟是熱響應(yīng)的。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，自動(dòng)釋放抑制劑組合物的步驟包括熔化熱耦合于產(chǎn)品室的易熔部件。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，抑制劑組合物分散在涂敷到反應(yīng)腔內(nèi)部的易熔部件中。
8.如權(quán)利要求5-6任一所述的方法，其特征在于，抑制劑組合物被設(shè)置在處于張力下的彈性材料袋中，并且自動(dòng)釋放抑制劑組合物的步驟包括刺破所述袋。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，放熱反應(yīng)不因釋放的抑制劑組合物而完全終止。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，放熱反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽，所述方法還包括從反應(yīng)腔排放蒸汽的附加步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，排放蒸汽的同時(shí)使蒸汽擴(kuò)散。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，排放蒸汽的同時(shí)過(guò)濾蒸汽。
13.一種自加熱容器，其包括與一次性化學(xué)加熱器的反應(yīng)腔物理分離、但熱接觸的產(chǎn)品室，其中所述容器還包括反應(yīng)抑制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)在與反應(yīng)腔流體連通的可釋放地密閉的室內(nèi)的抑制劑組合物；和(b)響應(yīng)于產(chǎn)品室達(dá)到選定溫度、用于自動(dòng)釋放抑制劑組合物至反應(yīng)腔內(nèi)的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的容器，其特征在于，抑制劑組合物包括水。
15.如權(quán)利要求13或14所述的容器，其特征在于，抑制劑組合物包括選自由催化劑毒、絡(luò)合劑、結(jié)晶劑、除泡劑、膠凝劑和沉淀劑構(gòu)成的組中的至少一種成分。
16.如權(quán)利要求13-15任一所述的容器，其特征在于，用于釋放抑制劑組合物的裝置包括熱耦合于產(chǎn)品室的易熔部件。
17.如權(quán)利要求16所述的容器，其特征在于，可釋放地密閉的室和用于釋放的裝置包括包含分散在反應(yīng)腔內(nèi)部的抑制劑組合物的易熔部件。
18.如權(quán)利要求13-16任一所述的容器，其特征在于，還包括用于不管容器的方向如何而向反應(yīng)腔內(nèi)注射釋放的抑制劑組合物的裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的容器，其特征在于，用于注射的裝置包括在反應(yīng)腔內(nèi)處于張力下的彈性材料抑制劑組合物室和用于在釋放時(shí)使所述袋破裂的可釋放機(jī)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求14-19任一所述的容器，其特征在于，還包括用于從反應(yīng)腔排放蒸汽的裝置。
21.如權(quán)利要求14所述的容器，其特征在于，用于排放蒸汽的裝置包括突出到反應(yīng)腔中的排放管和用于防止泡沫進(jìn)入所述排放管的折流板。
22.如權(quán)利要求20或21所述的容器，其特征在于，所述用于排放蒸汽的裝置包括蒸汽擴(kuò)散器。
23.如權(quán)利要求13-22任一所述的容器，其特征在于，化學(xué)加熱器和反應(yīng)抑制系統(tǒng)包括能夠可密封地插入產(chǎn)品容器中的單體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于保護(hù)自加熱容器的系統(tǒng)和方法，所述自加熱容器包括在過(guò)熱場(chǎng)合期間的一次性化學(xué)加熱器，所述系統(tǒng)和方法包括響應(yīng)達(dá)到的設(shè)計(jì)溫度，將抑制劑組合物自動(dòng)釋放到加熱器中。為預(yù)防極端溫度偏差，所述系統(tǒng)和方法包括產(chǎn)生蒸汽以吸收熱量和排放該蒸汽。
文檔編號(hào)A47J36/28GK1985132SQ200580021986
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者M·S·博爾默, Y·熊, K·J·皮茨, Z·R·保羅, M·W·薩賓, C·M·薩賓 申請(qǐng)人:坦普拉技術(shù)公司