CN100430669C - 具有膨胀能力的热包装件 - Google Patents
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Abstract
一种一次性使用的加热装置(100)，其包括具有第一区域(112)、第二区域(114)和第三区域(116)的容器(101)。燃料包含在第一区域，而氧化剂包含在第二区域。第一易碎的隔离装置(118)设置在第一区域和第二区域之间。该第一易碎的隔离装置是可手动操作的，以提供第一区域和第二区域之间的连通，从而限定反应腔(228)。第二易碎的隔离装置(120)响应于反应腔内的放热化学反应。该第二易碎的隔离装置是可操作的，以提供反应腔和第三区域之间的连通。第一区域和第二区域之间的连通允许燃料和氧化剂的混合，以开始放热化学反应，以及与放热化学反应相关的环境参数操作第二易碎的隔离装置。
Description
技术领域
本发明涉及热包装件，更具体地，涉及通过放热化学反应提供热量的热包装件(或热容器)。
背景技术
通过放热化学反应产生热量的紧凑的自热装置在本领域中是已知的。例如，Patel的美国专利第4397315号公开了一种具有外封套和内封套的装置，外封套包含硫代硫酸钠，内封套包含乙二醇。内封套的壁是可破裂的，允许每个封套的内容物混合。
Steidl等人的美国专利第5035230号公开了一种具有两个由易碎的密封件分开的隔间的热包装件。涂覆有硅酸钠的高锰酸钾氧化剂设置在热包装件的一个区域中，水合乙二醇燃料设置在其它区域中。在装置的工作中，损坏密封件以允许反应物相互接触。
Sabin等人的美国专利第5984953号公开了一种利用放热化学反应的一次性使用的热包装件。通过使用可以用来改变放热化学反应的速度的预先形成的可逆地可变硬的凝胶来缓和反应。
Sabin等人的美国专利第6116231号公开了一种利用放热化学反应来产生热量的流动的热包装件。通过使用凝胶剂来缓和反应，该凝胶剂还可以赋予热包装件的结构刚性。
例如，如果到被加热的对象的传热不够快速，由Steidl等人和Sabin等人公开的热包装件类型可能产生蒸汽，以防止过度的温度增加。因为蒸汽的产生引起膨胀，且可能导致破裂，所以这样的加热器设计和定尺寸为避免过度的温度。然而，这设置了加热器可以工作的条件和应用的范围的限制。
发明内容
本发明的一个方面是一种一次性使用的加热器，其在较广范围的条件下使用的同时也是紧凑的。
本发明的另一个方面是一种具有改进的坚固性的一次性使用的加热器，其为苛求的应用提供需要量的热量和温度上升，而不会“失控”，也就是，当用于相当小的苛求应用或者情况下，产生过度的压力和温度。这样，例如，相同的一次性使用的加热器可以用于要求大致不同量的热量的对象，或者在诸如在热带和在寒冷条件下之类的广泛变化的条件下用于加热。
根据本发明提供了一种柔性的一次性使用的加热装置，其可适合由其环境所限定的形状，包括：容器，其具有包含了燃料的第一区域、包含了氧化剂的第二区域，以及能够用作膨胀腔的第三区域；设置在第一区域和第二区域之间的第一易碎的隔离装置，该第一易碎的隔离装置是可手动操作的，以提供第一区域和第二区域之间的连通，限定了由所述第一区域和第二区域中的至少一个构成的反应腔；响应于反应腔内的放热化学反应的第二易碎的隔离装置，该第二易碎的隔离装置是可操作的，以提供反应腔和第三区域之间的蒸汽连通。其中，第一区域和第二区域之间的连通允许燃料和氧化剂的混合，以促发能够产生蒸汽的放热化学反应；以及，与放热化学反应相关的环境参数操作第二易碎的隔离装置，允许蒸汽流入所述第三区域，从而降低反应腔内的压力。
在一个显著的方面，公开的一次性使用的加热装置包括具有第一区域、第二区域和第三区域的容器。如这里使用的，“区域”意味着至少一个腔或者隔间，且应该被理解为包括多个腔或者隔间。燃料包含在第一区域中，而氧化剂包含在第二区域中。第一易碎的隔离装置设置在第一区域和第二区域之间。该第一易碎的隔离装置是可手动操作的，以提供第一区域和第二区域之间的连通，从而限定反应腔或者区域。第二易碎的隔离装置响应于反应腔内的放热化学反应。该第二易碎的隔离装置是可操作的，以提供反应腔和第三区域之间的连通。第一区域和第二区域之间的连通允许燃料和氧化剂的混合，以开始放热化学反应。与放热化学反应相关的环境参数操作第二易碎的隔离装置。与放热化学反应相关的环境参数例如可以是升高的温度，或者升高的压力，或者它们的组合。该加热器设计成使得在预定使用的大多数条件下不会损坏第二易碎的隔离装置。然而，当热量以相对很低的速度传导出该装置时，将损坏该第二易碎的隔离装置，从而允许蒸汽从反应腔排入到第三区域。这从反应腔去除了水，减缓了至少一种反应物的溶解，且缓和了放热反应。同时产生了另一个热传导区域，以增加传热，从而缓和了温度上升。在一些实施例中，额外的传热可以到达被加热的对象。在其它实施例中，额外的传热可以到达周围环境，正如本领域中的普通技术人员可以容易地设计的一样。对于任何类型的实施例，该加热装置可以包括热连接到第三区域的散热器。一种优选的散热器是相变材料。如果需要，该相变材料可以热连接到被加热的对象，使得延长加热时间。最好该第三区域是可膨胀的区域，当第二易碎的隔离装置被损坏时，该可膨胀的区域膨胀，使得在使用前和在使用的大多数条件下该第三区域占据最小的空间。由该第三区域提供的控制可以结合其它控制来使用。最好，后者在几乎所有的条件下足够防止破坏该第二易碎的密封件。例如，一次性使用的加热装置在至少一个区域中还包括非燃料凝胶剂溶液，其中，凝胶剂和反应腔之间的连通开始凝胶剂的凝胶化，以产生与凝胶剂的溶解无关的缓和反应速度的非燃料的凝胶。可以设置足够量的凝胶剂来足够快地产生凝胶，以防止与放热化学反应相关的温度在预期条件下超过预定的最大值。本发明的一次性使用的加热装置的实施例在第一区域中包括预先形成的可变硬的凝胶和可蒸发的溶剂。氧化剂可以在可溶解的粘合剂中装入和散布遍及第二区域，该粘合剂在放热化学反应期间溶解，以可控制地以预定的速度暴露氧化剂。可蒸发的溶剂可以选择为当与放热化学反应相关的温度到达预定的最大值时蒸发，从而引起凝胶变硬，以缓和放热化学反应。可以包括足够量的预先形成的可变硬的凝胶，使得在大多数情况下防止与放热化学反应相关的温度超过预定的最大值。
如早先所述，一次性使用的加热装置可以包括多个隔间作为第一区域和/或多个隔间作为第二区域。该一次性使用的加热装置可以适合由其环境限定的形状。在优选的实施例中，构成该装置的材料是耐放热化学反应的。例如，该材料可以是聚合材料。放热化学反应可以是氧化还原类型的反应。氧化剂可以是高锰酸钾，燃料可以是可氧化的有机化合物。一次性使用的加热装置可以包括连接到容器且是可操作的，以提供第一区域、第二区域或者第三区域与大气之间的连通的阀。该阀可以响应于温度或者压力中的至少一个。一次性使用的加热装置可以是模块化结构，包括两个或者多个物理连接为单个单元的完全的加热装置模块，其中，每个模块通过设置在它们之间的隔离装置来与邻近的模块隔离。第二易碎的隔离装置可以包括易碎的部分和可靠密封(非易碎)的部分，其可以以交替的模式对准。在使用多个第一易碎的隔离装置的地方，每个可以独立地操作。第一区域和第二区域可以与要加热的诸如食品、饮料之类的产品、手术病人或进行治疗的病人的身体部分，或者衣服或鞋类的物品热接触。
在另一个显著的方面，公开了一种一次性使用的加热装置，其包括柔性的上板、在边缘处接附到上板的柔性下板，从而限定隔间。可手动操作的第一易碎的隔离装置设置在隔间中，以限定包含燃料的第一区域和包含氧化剂的第二区域。响应于放热化学反应的第二易碎的隔离装置设置在隔间中，以提供第一区域或者第二区域中的至少一个与第三区域之间的界面。第一易碎的隔离装置的手动操作允许第一区域和第二区域之间的连通，以产生反应区域，且开始放热化学反应。放热化学反应操作第二易碎的隔离装置，以提供反应区域(第一区域或者第二区域中的至少一个)和第三区域之间的连通。第二易碎的隔离装置的操作可以例如响应于与放热化学反应相关的升高的压力或者升高的温度。上板和下板每个可以适合由它们的环境限定的形状。该上板和下板可以使用耐放热化学反应的材料制造，例如，聚合材料。该第一区域和第二区域可以与要加热的产品热接触。可以包括凝胶剂、预先形成的凝胶，或者散热材料，如上所述。第二易碎的隔离装置包括多个易碎的部分和多个非易碎的部分。易碎的部分和非易碎的部分可以以交替的方式横过第二易碎的隔离装置线性对准。
在还有一个显著的方面，公开了一种一次性使用的加热装置，其包括限定用于开始放热化学反应的初始内部容积的反应腔、邻近该反应腔的膨胀腔，以及设置在反应腔和膨胀腔之间的易碎的密封件，该易碎的密封件响应于放热化学反应可操作。易碎的密封件的操作建立反应腔(在优选的实施例中，反应腔通过第一区域和第二区域的组合来产生)和膨胀腔之间的连通，从而限定增加的内部容积，以包含放热化学反应。易碎的密封件的操作引起与放热化学反应相关的压力的释放。通过加入第三区域增加的内部容积可以是大于初始内部容积101％到近似200％，或者优选的是大约110％到150％，且更加优选的是大于初始内部容积125％到150％。该易碎的密封件可以响应于与放热化学反应相关的升高的温度来操作。该易碎的密封件可以响应于与放热化学反应相关的升高的压力来操作。散热器可以设置在膨胀腔(即，第三区域)内，或者与膨胀腔热接触。阀可以连接到反应腔，该阀响应于压力或者温度中的至少一个，且是可操作的，以提供反应腔和大气之间的连通。
在还有一个显著的方面，公开了一种加热产品的方法，其包括提供与产品热接触的加热装置，以及损坏第一易碎的隔离装置来建立第一区域和第二区域之间的连通，从而开始其中的放热化学反应，且随后加热产品。该加热装置包括具有第一区域、第二区域和第三区域的容器。燃料包含在第一区域中，氧化剂包含在第二区域中。第一易碎的隔离装置可以设置在第一区域和第二区域之间，该第一易碎的隔离装置可手动操作，以提供第一区域和第二区域之间的连通。响应于温度和/或压力的第二易碎的隔离装置是可操作的，以提供第三区域与第一区域、第二区域或者两者之间的连通。第一区域和第二区域之间的连通允许燃料和氧化剂的混合，以产生放热化学反应，在第一区域和第二区域中产生蒸汽。与产生蒸汽相关的压力和温度操作第二易碎的隔离装置，以允许蒸汽进入第三区域。要被加热的产品例如可以是食品、饮料、手术病人的身体的部分、衣服或者鞋类。加热装置还可以包括多个容器，如上所述，该方法还可以包括损坏至少一个额外的第一易碎的隔离装置，以开始第二放热化学反应。
根据选择的实施例，可以实现一个或者多个下面的优点。在所有情况下，要避免热包装件的破裂，且通过缓和放热化学反应和增加热量传导到装置外来控制体积膨胀。在用于将热量传导到要被加热的物体的面积被限制的情况下，通过提供将热量排放到环境但是不包含反应物的第三区域来改进加热效率。需要较少的反应物。热包装件可以设计成在最大预定载荷下产生热量较快，而在很低的载荷下没有破裂的危险。通过提供在压缩状态下的第三区域，热包装件可以制造的更小。在一些实现中，第三区域可以热连接到要被加热的产品。在其它实现中，该第三区域可以与要被加热的产品热隔离。
本发明与例如在Steidl等人的美国专利第5035230、Sabin等人的美国专利第5984953，以及Sabin等人的美国专利第6116231中描述和要求的发明的领域类似，这些专利通过参考整个在此引用。
如这里使用的，下面的定义应该以这样的方式理解，使得不限制本申请的范围。热包装件使用的术语“膨胀”应该理解为包括热包装件的膨胀和增加与热包装件的具体隔间相关的内部容积。术语“失控”用来描述任何不受控制的事情，或者任何可能导致意外或者不期望的结果的事情。术语“环境参数”应该理解为包括温度、压力、温度和压力的组合或者体积膨胀。措词“静态”用来描述没有启动的热包装件(即，它的第一易碎的隔离装置没有被破坏)。
所有这里提到的出版物、专利申请、专利和其它参考都通过参考整个在此应用。在冲突的情况下，本说明书将控制。此外，这里描述的设备、方法和技术只是示例性的，不是意在限制性的。本发明的一个或者多个实施例细节在下面的附图和描述中阐明。从描述和附图中将明白本发明的其它特征、目的和优点。
附图说明
图1示出了热包装件的一个具体的实施例的俯视平面图；
图2A到2C示出了热包装件的一个具体的实施例在不同的工作阶段中的平面图；
图3示出了图2A的热包装件的截面图；
图4A和4B示出了作为选择的热包装件装置的透视图；以及
图5A到5C示出了使用本发明的热包装件可以制造的食品纸盒的具体的实施例的截面图。
在各个附图中的同样的附图标记表示同样的元件。
具体实施方式
根据本发明的一次性使用的热包装件根据当一个化学个体接触另一个时产生的反应的热量进展来操作。在本发明中使用的优选的实施例中，氧化剂与相容的还原剂(燃料)之间的接触导致放热化学反应。该放热化学反应例如可以是氧化/还原反应。热包装件包括具有初始体积的反应腔，放热化学反应可以在该反应腔中开始。根据本发明的热包装件还包括邻近反应腔的膨胀腔，且通过设置在它们之间的易碎的隔离器从反应腔隔离。易碎的隔离器操作为响应于放热化学反应提供反应腔和膨胀腔之间的液压连通，从而建立增加的内部容积，用于包含放热化学反应。利用氧化/还原反应的热包装件例如在Steidl等人的美国专利5035230中公开。
参考图1，显示了一次性使用的热包装件100的一个具体的实施例的俯视平面图。热包装件100包括具有上板102和下板(未示出)的容器101。这些板通过边缘密封件104、106、108和110在边缘处密封在一起。这些边缘密封件制造为使得它们不容易被用户打开或者另外损坏。
容器101内部被分成第一区域112、第二区域114和第三区域116。在静态条件下，第一区域112包含燃料，第二区域114包含氧化剂。第一易碎的隔离器118设置在第一区域112和第二区域114之间。第一易碎的隔离器118优选地制造为使得用户可以手动地损坏它。
第三区域116邻近第一区域112和第二区域114定位。第三区域116通过第二易碎的隔离器120与第一区域112和第二区域114隔离。第二易碎的隔离器120响应于当第一易碎的隔离器118被破坏以允许燃料接触氧化剂时开始的放热化学反应。第二易碎的隔离器120例如可以通过由于放热化学反应来增加热包装件100中的温度、压力或者两者而被破坏。当第二易碎的隔离器120被破坏时，在热包装件100中增加内部容积，用于包含放热化学反应。
几种氧化剂在与相应的燃料反应时能够产生合适量的热量。典型的氧化剂例如包括锰和铬的碱金属盐。这些包括诸如高锰酸钾和铬酸钾之类的化合物。其它合适的氧化剂为二铬酸吡啶(pyridnium dichromate)、四氧化钌和铬酸，以及许多本领域中的普通技术人员已知的其它氧化剂。
合适的燃料例如包括有机化合物。特别合适的有机化合物是酒精。这里描述的氧化剂可以容易地氧化酒精为包含羰基的化合物。优选的酒精包括伯醇，和包含至少两个羟基基团的多羟基化合物。多羟基化合物可以容易地氧化到醛和羧酸。多羟基化合物的氧化通常伴随产生相当大量的热。甘油是本领域中的普通技术人员已知的其它合适的燃料。
在具体的热包装件中使用的燃料和氧化剂应该是互补的。合适的选择可以包括能够提供如这里列出的需要的特性的任何组合，满足政府安全标准，以及是紧凑的。对于大多数的应用，在偶然的或者另外情况下出现任何排放到环境中的情况下，氧化剂和燃料应该符合可应用的政府标准。在优选的实施例之一中，氧化剂包括高锰酸钾，燃料包括甘油。
作为一个选择，散热器122可以热连接到第三区域116。散热器122可以定位在第三区域116内部或者在第三区域116外部但是在第三区域附近，使得存在足够的热连接。散热器122例如可以是相变材料，或者更普通的，可以是具有高吸热能力的材料。
用于具体的散热器应用的合适的相变材料可以包括，例如，石蜡、萘、硫磺、水合氯化钙、溴樟脑、十六烷醇、氨基氢、芥酸(eleudic acid)、月桂酸、水合硅酸钠、五水合硫代硫酸钠、磷酸二钠、水合碳酸钠、水合硝酸钙、硫酸钠、醋酸钾、醋酸钠、醋酸镁以及蜡。
相变材料可以吸收一些导致散热器122温度增加的敏感的热。然而，相变材料通常在相变(例如，从固相变化到液相，或者从液相变化到气相，或者在诸如固态之类的状态内的相变)期间吸收更多量的热。尽管相变材料可以吸收大量的热，但是相变材料的温度在贯穿相变的过程中通常保持相对恒定。
一个优选的实施例包括一种相变材料，其选择为根据具体的应用使得它在有用的温度范围中从固态变化到液态。然而，也可以使用从液态变化到气态的相变材料。通过在第三区域中将液体包含在包中，液体可以不与第三区域116直接接触，但是热连接到第三区域。相变材料的蒸汽如果产生可以排出，使得它从第三区域116和散热器带走热量。具有特殊熔点的相变材料可以用来将热包装件工作温度限制到需要的最大值，而不产生蒸汽。
相变材料应该选择为使得它在高于要被加热的产品的最高预期环境温度，但是低于在装置的操作期间热包装件预期到达的可预测的最大温度的温度处变相。如果热包装件由于任何理由超过正常操作温度，那么散热器可以在相变中吸收大量的热，且缓和进一步的“失控”行为。
散热器还可以是具有高吸热能力的材料，而不需要变相。典型的材料包括氨基氢、乙醇、乙醚、乙二醇、异戊醇、异丁醇、氢化锂、甲醇、乙酸钠、水、乙二醇、石蜡和其它本领域中的普通技术人员已知的吸热材料。
如果散热材料可以在液相或者气相下存在，那么有必需包装散热材料来防止于热包装件中的内容物直接接触。例如，当散热材料不能直接接触第三区域的内部时，小的单包装的散热材料可以分散在遍及热包装件的第三区域。或者，散热材料可以放置在具有相对大的表面积的单包装中，其热连接到热包装件。
容器101的第三区域最好是收缩的可膨胀的结构。如所描述的，整个容器101由薄的、柔性的、导热聚合材料构成，以形成密封的大致平的封套。在一个优选的实施例中，该材料是金属箔，诸如大致由铝或者铜构成，或者用金属处理的塑料膜，诸如用铝处理的聚酯，例如
容器的形状通常可以符合如由其具体的环境所要求的各种形状。额外的容器构造和形状在Sabin等人的美国专利第5984953中公开。
氧化剂或者燃料/凝胶剂或者任何选择为热包装件中的内含物的溶剂不应该有害地影响制成容器的材料。该材料还应该能够耐高温，至少达到在工作期间容器预期到达的最高温度。这样的材料包括聚乙烯、聚丙烯、诸如
之类的聚酯、铝、用铝处理的聚合体膜以及其它传统的塑料或者其它适于包含加热的液体的包装件，诸如橡胶、乙烯树脂、乙烯树脂涂覆的织物和聚乙烯。材料厚度通常从大约0.02mm到大约0.1mm的范围，尽管其它材料厚度可能适于某些应用。
在具体的实施例中，第三区域116包括出口124，以提供从第三区域116到大气的连通。出口124例如可以响应于温度、压力或者温度和压力的组合的上升。如果容器101内的温度和/或压力到达预定的域值，将出口124打开可控制地从热包装件100释放一部分蒸汽到周围大气。在从容器101释放需要量的蒸汽以后，出口被关闭。出口124应该设计成从热包装件释放足够量的压力，以防止例如不期望的容器和/或边缘密封件破裂。
替换装置可以包括连接到第一区域或者第二区域的出口。此外，多个出口可以设置在容器101的各个区域中。
边缘密封件104、106、108和110可以通过使用本领域中的普通技术人员已知的任何合适的技术来接合到一起。合适的技术包括焊接、热封、超声焊接、折叠密封以及通过使用粘合剂。
在热包装件100的制造期间，容器101最好在区域112、114、116的每一个处包括开口端或者开口侧，用于根据需要引入燃料、还原剂、散热材料、其它溶剂等。其它侧或者边缘可以在引入这些物品以前密封。在引入这些物品以后，可以密封开口侧，以使得容器101流体密封和气密。容器101的尺寸和形状，以及区域在容器内的并置和形状将根据意在使用热包装件的具体应用来改变。因此，可以要求替换的组装程序来适当地组装用于不同应用的热包装件。本发明的范围不限于在容器内的区域的结构。
在组装以后且在使用前，热包装件100处于静态条件，其中，第一区域包含还原剂(即，燃料)，第二区域包含氧化剂。第三区域可以是空的。或者，该第三区域可以包括散热器。
第一和第二区域之间的连通允许氧化剂接触燃料，从而开始放热化学反应。放热化学反应引起热包装件的温度上升。热量可以通过传导和对流来通过热包装件传导到装置的外表面，根据热包装件使用的具体应用，热量可以进一步传导到其它主体。热包装件的特有性能是在其表面上测量操作温度来获得操作温度。典型的热包装件操作温度可以从周围温度之上大约20°F到周围温度之上大约120°F变化。
为了开始放热化学反应，燃料和氧化剂必须相互接触。这通过打开、选择性地穿透、破裂或者另外损坏燃料和氧化剂包含区域之间的第一易碎的隔离器来实现，使得氧化/反应伴侣可以相互接触。在优选的实施例中，氧化剂转移到第一区域中，以接触燃料。然而，也可以考虑，燃料可以转移到第二区域中，以接触氧化剂。任一区域可以包含凝胶剂，用于缓和放热化学反应。
压力可以相对或者沿着第一易碎的隔离器来施加，以选择性地破裂、穿透或者另外损坏第一易碎的隔离器，同时保持容器的外表面、边缘密封件和第二易碎的隔离器完整。第一易碎的隔离器可以利用许多功能形状中的任何一种来构成。在一个优选的实施例中，第一易碎的隔离器包括脆弱的或者弱化的壁，诸如一部分隔离器118，其手动可可分离。在另一个实施例中，第一易碎的隔离器118可以通过使用拉环(未示出)来损坏。当被拉动时，拉环损坏第一易碎的隔离器，以建立第一区域和第二区域之间的连通。在另一个实施例中，第一易碎的隔离器包括具有塞子的孔，当压力施加到塞子时，该塞子可以移动。在还有一个实施例中，第一易碎的隔离器包括具有多个穿孔的壁，其可以在施加的压力下破裂。或者，第一易碎的隔离器可以包括可移动的盘或者帽，穿孔的或者其它方式的，或者阀，诸如易碎的阀。或者，第一易碎的隔离器可以成形为当该第一易碎的隔离器经历外部施加的压力时形成一个或者多个裂缝。这些裂缝可以从第一易碎的隔离器的边缘或者周界向内延伸，或者它们可以位于第一易碎的隔离器的边缘或者周界的中间。更具体的，第一易碎的隔离器包括具有弱化或者薄的区域的壁，其当施加压力时破裂。可以使用任何适当的装置来损坏第一易碎的隔离器。第二易碎的隔离器可以使用本行业中已知的技术来制造，诸如，热封或者使用粘合剂。本领域中的普通技术人员认可各种其它的可能性。
当第一易碎的隔离器被损坏时，内部反应腔被限定，放热化学反应在该内部腔中开始。当燃料和氧化剂在反应腔中相互接触时，放热化学反应开始。该放热化学反应可以导致反应腔内的温度增加和蒸汽的产生。蒸汽的产生可以导致反应腔内的压力的升高。
第二易碎的隔离器可以响应于放热化学反应来打开。例如，第二易碎的隔离器可以响应于由于放热化学反应产生的温度的增加或者内部压力的增加，或者温度和内部压力的增加组合来打开。第二易碎的隔离器例如可以响应于反应腔的膨胀来打开。第二易碎的隔离器可以选择性地包括手动操作。
使用化学反应产生热量，如果不缓和，会导致很快速地产生热，以及相应的快速温度上升。快速的温度上升不是每个应用的必须需要的加热曲线。而且，它可能是危险的。因此，可能需要缓和热包装件中的热量产生。处理这些问题的热包装件在Steidl等人的美国专利No.5035230号和Sabin等人的美国专利No.6116231号中公开。
在一个具体的实施例中，热包装件在第一区域中可以包括预先形成的可变硬的凝胶和可蒸发的溶剂，且氧化剂可以在可溶解的粘合剂中装入和散布遍及第二区域。该可溶解的粘合剂在放热化学反应期间溶解，以可控制地以预定的速度暴露氧化剂。可蒸发的溶剂可以在与放热化学反应相关的温度到达预定的最大值时蒸发，从而引起凝胶变硬，以缓和化学反应。通常提供足够量的预先形成的可变硬的凝胶，以防止与放热化学反应相关的温度超过预定的最大值。
在另一个实施例中，非燃料凝胶剂溶液设置在第一区域、第二区域或者第三区域中的至少一个中。凝胶剂和放热化学反应的接触可以开始凝胶剂的凝胶化，以产生与凝胶剂的溶解无关的缓和反应速度的非燃料的凝胶。通常提供足够量的凝胶剂来足够快地产生凝胶，以防止与放热化学反应相关的温度超过预定的最大值。
热包装件的一个作为选择的实施例在图2A中显示。热包装件200包括上板202、下板(未示出)和四个边缘密封件204、206、208和210。热包装件200内部分为第一区域212、第二区域214和第三区域216。在该实施例中，不但第三区域216，而且整个装置是柔性的且处于收缩的状态。在静态条件下，第一区域212包含燃料，第二区域214包含氧化剂。第一易碎的隔离器218设置为从边缘密封件204到边缘密封件208。
第二易碎的隔离器220设置为大致平行于第一易碎的隔离器218，也从边缘密封件204到边缘密封件208。第二易碎的隔离器220包括线性设置的多个部分222A、222B...222D。每个部分222A、222B...222D包括易碎的部分224和非易碎的部分226。每个易碎的部分224可以实现为弱化的密封件，例如使用可融化的粘合剂或者弱粘合剂来产生的密封件。或者，易碎的部分224可以包括暂时过盈型密封件，其容易打开。非易碎的部分226比易碎的部分224更加可靠地密封。
参考图2B，显示紧接着第一易碎的隔离器218被损坏以后的热包装件200。第一区域212和第二区域214相互连通，且限定反应腔228。反应腔由第二易碎的隔离器220从第三区域216隔离。燃料在反应腔228中接触氧化剂，以开始放热化学反应。
参考图2C，显示紧接着第二易碎的隔离器220的易碎的部分224被放热化学反应损坏以后的热包装件200。易碎的部分224的打开例如可以是响应于与放热化学反应相关的温度或者压力。非易碎的部分226仍然完整。它们不响应于放热化学反应操作。该结构允许蒸汽从反应腔228移动到第三区域216，同时防止固态燃料或者固态氧化剂不期望地移动到第三区域216。
每个易碎的部分224应该足够的宽，以在预期的热包装件200的操作条件下确保它适当的打开。如果易碎的部分224太窄，可能使它们的打开困难。
通常，热包装件包括大约两个和十个部分222A、222B...222D之间。更具体的，热包装件包括大约三个和七个部分222A、222B...222D之间。
热包装件200在第三区域中包括散热器230。如果热包装件没有固定在合适的地方，那么第二易碎的隔离器220的易碎的部分224应该足够的窄，以在易碎的部分被损坏时防止散热器不希望地通过进入反应腔。
在放热化学反应在热包装件中产生危险的高压的情况下，出口232提供第三区域和大气之间的连通。出口232可以设计成快速释放或者缓慢地释放过度的压力。
热包装件的作为选择的结构可以包括只设置在第一区域112和第三区域116之间的第二易碎的隔离器120。
图3示出了图2A的具体实施例的截面图，包含下板302。还显示的是连接到第一易碎的隔离器218的拉环304和306的可选择的部件。当被拉动时，拉环损坏第一易碎的隔离器，以提供第一区域212和第二区域214之间的流体连通，从而开始放热化学反应。该放热化学反应然后可以引起第二易碎的隔离器220打开。
现在参考图4A，热包装件400的具体的实施例包括在边缘密封件404、406、408、410处接附到下板(未示出)处的上板402，以限定容器。容器内部分为第一区域412、第二区域414和第三区域416。
在静态条件下，第一区域412包含燃料，第二区域414包含氧化剂。第一区域和第二区域由设置在这些区域之间的第一易碎的隔离器418隔离。第一区域412是包含燃料的密封的包装(或者可破裂的泡)。施加压力到第一区域可以破裂密封的包装。第一区域412和第二区域414通过第二易碎的隔离器420来从第三区域416隔离。
第二易碎的隔离器包括线性设置且以交替的方式定位的易碎的部分422和非易碎的部分424。
散热器426与第三区域416热接触，出口429也连接到第三区域416。
参考图4B，热包装件400A的一个具体的实施例包括两个并排设置且由设置在它们之间的非易碎的密封件430相互隔离的完整的加热装置428A、428B。每个加热装置可独立操作，以提供与热包装件相关的热产生的增加控制。某些实现可以包括相互邻近设置的额外的加热装置428，每个加热装置通过相关的非易碎的密封件与邻近的加热装置隔离。
图5A示出了食品自加热容器550的一个具体的实施例的截面剖视图。一次性使用的纸盒552包含食品的包装554。两个热包装件500设置在纸盒中，且至少部分地热连接到包装554。每个热包装件包括包含燃料的第一区域512、包含氧化剂的第二区域514以及第三区域516。每个热包装件的第一区域和第二区域分别定位在食品的包装554之上和之下。第三区域516至少部分地定位在纸盒的外部，且作为用于与放热化学反应相关的蒸汽的膨胀的膨胀腔。第三区域516通过响应于放热化学反应的第二易碎的隔离器518与第一和第二区域隔离。
热包装件550和纸盒552设计成使得当易碎的隔离器518被损坏时，第三区域516向外膨胀，且将热量清除到环境中。热包装件550可以设计成使得第三区域516初始至少部分地位于纸盒552外部，如所述的。或者，热包装件550可以设计成使得第三区域516初始整个在纸盒552内，但是膨胀到至少部分地位于外部。膨胀可以包括展开。该实施例的某些实现包括从纸盒的扩展部556，用于包含热包装件的第三区域。在图5A中显示的实施例中，第三区域516意在与要加热的产品热隔离。如图所示，通过将第三区域516定位在扩展部556中来实现与食品的包装的隔离，扩展部556最好朝着环境开发。
通过纸盒施加压力到第一区域可以破裂第一易碎的隔离器580。这允许燃料接触氧化剂，从而开始放热化学反应。
图5B示出了在第一易碎的隔离器580破裂以后的食品的自加热容器。从而第一区域和第二区域组合，以限定每个热包装件中的反应腔。每个反应腔具有具有用于包含各反应的内部容积。随着反应的进行，在反应腔中产生热量，反应腔随着反应腔内部的相关的压力增加而膨胀。在某些实现中，一些膨胀是期望的，以有利于建立热包装件和食品的包装之间的良好的热接触。然而，由于热包装件可能破裂，所以过度膨胀是不期望的。
当热包装件加热和膨胀时，最终可能到达预定的启动点，且第二易碎的隔离器518打开，如图5C所示。第二易碎的隔离器的打开增加了包含每个放热化学反应的内部容积的量，且导致每个热包装件中的内部压力的减小，从而最小化热包装件破裂的可能性。热量传导到环境中，且水从反应中去除。
热包装件可以适用于医学应用，诸如人或者兽的手术。在手术期间，核心体温可能降到不期望的水平。热包装件可以用来使病人温暖。对于这些和其它应用，热包装件可以设置在具有可调节的或者固定的形状的导热包装中。典型的包装可以具有多种可能的形状和尺寸，且可以包括例如纸盒、套筒、包裹和箱子。这样的热包装件最好包括固定装置，其允许热包装件例如初始定位在肢部上。装置的随后启动可以在不进一步调节位置的情况下进行。合适的固定装置包括皮带、粘合剂或者可重复使用的带子，诸如
带子。某些手术应用可以包括设计成套筒的热包装件，其定尺寸为围绕肢部放置，诸如被执行手术的人、马、狗、猫或者任何其它动物的腿。或者，平的热包装件可以插入织物套筒或者包裹中。理想地，套管直径可以调节，允许在不同的病人上使用相同的套管。或者，热包装件可以设计成衬垫，允许诸如病人或者动物的后背或者胸部之类的宽身体表面被加热。
热包装件可以适用于治疗应用。某些损伤可以通过施加热来治疗。这些包括肌肉和韧带老损和扭伤，以及诸如风湿和关节炎之类的痛苦。这样的应用要求热包装件制造为套筒或者衬垫，且包括固定装置，如上所述。
热包装件还可以用于偏僻的荒野区域，用于修养目的，或者在任何需要紧凑的、自加热装置的区域中用于救援操作。例如，热包装件可以用来使休克受害者温暖，或者用来治疗或者防止冻伤。热包装件还可以设计成加热食品，或者例如用于鞋类。在这样的应用中，热包装件可以为其使用设计成采取适当的形状。
本发明还有特征在于用自加热、一次性使用的热包装件来加热产品的方法。该方法包括提供与要加热的产品热接触的热包装件，如上所述，以及损坏第一易碎的隔离器。在其它实施例中，热包装件可以设置为与用于要被加热的物质的容器成一整体，诸如用于食品或者饮料的容器。在其它实施例中，热包装件可以加入要被加热的对象中，或者适于装配到要被加热的对象上。
已经描述了本发明的许多实施例。然而，应该理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改进。例如，其它化学品可以用来开始和支持放热化学反应，可以使用其它容器材料，可以使用其它散热材料，以及可以认可其它热包装件的应用。因此，其它的实施例在后附的权利要求书的范围内。
Claims (35)
1.一种柔性的一次性使用的加热装置，其能够适合由其环境所限定的形状，包括：
容器，其具有包含了燃料的第一区域、包含了氧化剂的第二区域，以及能够用作膨胀腔的第三区域；
设置在第一区域和第二区域之间的第一易碎的隔离装置，该第一易碎的隔离装置能被手动操作以提供第一区域和第二区域之间的连通，并限定由所述第一区域和第二区域中的至少一个构成的反应腔；
响应于反应腔内的放热化学反应的第二易碎的隔离装置，该第二易碎的隔离装置能被操作以提供反应腔和第三区域之间的蒸汽连通；
其中，第一区域和第二区域之间的连通允许燃料和氧化剂的混合，以促发能够产生蒸汽的放热化学反应；以及
与放热化学反应相关的环境参数操作该第二易碎的隔离装置，允许所述蒸汽流入所述第三区域，从而降低所述反应腔内的压力。
2.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：与放热化学反应相关的环境参数包括升高的温度。
3.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：与放热化学反应相关的环境参数包括升高的压力。
4.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：其还包括热连接到第三区域的相变材料。
5.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：其还包括在所述第一区域和所述第二区域中的至少一个区域中的非燃料凝胶剂溶液；
其中，凝胶剂和反应腔之间的连通促发凝胶剂的凝胶化，以产生与凝胶剂的溶解无关的缓和反应速度的非燃料凝胶；以及
存在足够量的凝胶剂来足够快地产生凝胶，以防止与放热化学反应相关的温度超过预定的最大值。
6.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：其还包括：
在第一区域中的预先形成的可变硬的凝胶和可蒸发的溶剂；
其中，氧化剂在可溶解的粘合剂中装入和散布遍及第二区域；
该可溶解的粘合剂在放热化学反应期间溶解，以便可控制地以预定的速度暴露氧化剂；
当与放热化学反应相关的温度到达预定的最大值时，可蒸发的溶剂蒸发，从而引起凝胶变硬；以及
存在足够量的预先形成的可变硬的凝胶，以防止与放热化学反应相关的温度超过预定的最大值。
7.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：其还包括多于一个第一区域、多于一个第二区域，或者多于一个第一区域和多于一个第二区域。
8.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该蒸汽是水蒸气。
9.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该容器还包括有助于容器适合由其环境限定的形状的柔性材料。
10.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该氧化剂是高锰酸钾。
11.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该燃料是可氧化的有机化合物。
12.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：其还包括连接到容器且能被操作以提供第一区域、第二区域或者第三区域与大气之间的连通的阀，该阀响应于温度或者压力中的至少一个。
13.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：其还包括多个容器，每个容器通过设置在它们之间的隔离装置来与邻近的容器隔离。
14.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：第二易碎的隔离装置包括以交替模式设置的易碎的部分和密封的部分。
15.如权利要求13所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：每个容器均包括能独立操作的第一易碎的隔离装置。
16.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：第一区域和第二区域与要加热的产品热接触。
17.如权利要求16所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该要被加热的产品是食品。
18.如权利要求16所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该要被加热的产品是饮料。
19.如权利要求16所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该要被加热的产品是手术病人的身体部分。
20.如权利要求16所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该要被加热的产品是进行治疗的病人的身体部分。
21.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：所述容器包括：
柔性的聚合物上板；和
柔性的聚合物下板。
22.如权利要求21所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：其还包括：
在第一区域中的预先形成的可变硬的凝胶和可蒸发的溶剂；
其中，当与放热化学反应相关的温度到达预定的最大值时，可蒸发的溶剂蒸发，从而引起凝胶变硬以缓和放热化学反应。
23.如权利要求21所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该第二易碎的隔离装置包括多个易碎的部分和多个非易碎的部分。
24.如权利要求23所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：该易碎的部分和非易碎的部分以交替的方式横过第二易碎的隔离装置线性地对准。
25.如权利要求1所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：所述第二易碎的隔离装置能被损坏而提供增加的内部容积，该增加的内部容积大约大于所述第一和第二区域的初始内部容积的101％到200％。
26.如权利要求21所述的一次性使用的加热装置，其特征在于：所述第二易碎的隔离装置能被损坏而提供增加的内部容积，该增加的内部容积大约大于所述第一和第二区域的初始内部容积的110％到150％。
27.一种加热产品的方法，该方法包括：
提供与产品热接触的如权利要求1所述的加热装置；以及
损坏第一易碎的隔离装置来建立第一区域和第二区域之间的连通，从而促发其中的放热化学反应，以及加热产品。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于：该要被加热的产品包括食品。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于：该要被加热的产品包括饮料。
30.如权利要求27所述的方法，其特征在于：该要被加热的产品包括手术病人的身体部分。
31.如权利要求27所述的方法，其特征在于：该加热装置还包括多个容器，每个容器分别包括能被手动操作的第一易碎的隔离装置，该方法还包括损坏另一个第一易碎的隔离装置，以促发第二放热化学反应。
32.一种用于加热物体的系统，该系统包括：
导热的包装，其包括设置在包装中的如权利要求1所述的加热装置。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于：该包装是套筒。
34.如权利要求32所述的系统，其特征在于：该第三区域热连接到要被加热的产品。
35.如权利要求32所述的系统，其特征在于：该第三区域与要被加热的产品热隔离。
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