CN104780818A - 具有电解质垫的氧活化的便携加热器 - Google Patents

具有电解质垫的氧活化的便携加热器 Download PDF

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Abstract

氧基加热器，其包括加热器基板和用电解质溶液浸渍的垫，所述垫邻近所述加热器基板放置并将电解质转移至所述加热器基板。在含氧环境中制造所述氧基加热器的方法，其中将电解质浸渍到邻近加热器基板的垫上。

Description

具有电解质垫的氧活化的便携加热器
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年10月16日提交的美国临时申请序列号61/714,526的优先权，所述申请全文引入本文。
技术领域
本发明涉及加热器，其使用大气氧作为燃料源用于产生热的反应，且更具体地涉及还包括用电解质溶液浸渍的垫的所述加热器。
背景技术
便携无焰加热器目前用于多种应用中，例如加热可食用的和其它消费产品。
关于加热可食用的物品，美国陆军使用无焰定量加热器(“FRH”)而不是便携炉来加热预包装的即食口粮(“MRE”)八盎司(大约227克)野战口粮。所述FRH由密封在防水袋中的超腐蚀镁/铁混合物组成(总FRH重量为大约22克)。为了操作FRH，将所述袋开封，向其中插入所述MRE，并将大约58克水添加至围绕所述MRE的所述FRH袋的含燃料部分以引发以下反应：
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2
基于燃料的上述反应，所述MRE温度在低于10分钟内上升大约100°F。将体系的最高温度通过蒸发和冷凝水蒸汽安全地调节至约212°F。
目前的FRH在有效用于其预定目的时产生作为副产物的氢气气体，而这引起安全、运输、储存和处置的顾虑，并且使其较不适合用于其中偶然的误操作可能导致火灾或爆炸的消费行业应用。
另外，除了重和占地之外，反应所需要的水通常由饮用水的供应获得，这可能受到限制。此外，添加水的步骤也可能是在使所述FRH起作用的过程中不便利的额外步骤。
自加热食物包装产品也可在消费市场获得。这些产品使用来自混合“生石灰”(氧化钙)和水的水合的热，这不产生氢气(CaO+H2O→Ca(OH)2)。由于存在水，峰值温度类似地限制在212°F。然而，即使忽略包装和水的重量，体系的比能量也低(约1.2kJ/克CaO)。
这些和其它自给的体系还必须提供使分开的反应物混合的一些手段而增加了另外的复杂性和体积。对一些商业上自加热包装食物产品的测量示于表1中。
表1
如前文所述，虽然生石灰基加热器可以比镁基加热器提供更高的安全性，但是生石灰加热器具有明显更低的比能量。此外，加热器重量和尺寸方面的增加(需要补偿低的比能量)导致加热器接近要加热的物体的尺寸和重量。这降低了这种加热器的便携性。
除了上述水基加热器之外，还已知使用氧基加热器。氧基加热器(例如描述于美国专利第5,984,995、5,918,590和4,205,957号中的那些)具有超过水基加热器的某些益处。
首先，氧基加热器不需要添加水来产生热。因此，使用所述氧基加热器不需要用户有任何水。
其次，因为氧基加热器仅在氧气存在下产生热，所以可以通过简单地阻止氧气进入而停止放热反应。因此，单个加热器可以多次重复使用。
此外，因为氧气在大气中是充足的，所以这些加热器不需要混合组分或使体系变复杂以分开活性组分。
本发明的受让人已提供了氧基加热器和用于所述氧基加热器的各种包装。例如参见美国专利申请序列号12/376,927和12/874,338(分别于2009年2月9日和2010年9月2日提交)，二者均通过参考全文引入本文；还参见美国专利申请序列号11/486,400和12/711,963(分别于2006年7月12日和2010年2月24日提交)二者均通过参考全文引入本文。这些所公开的加热器和包装成功地提供氧基加热器和/或用于所述氧基加热器的包装。
然而，由改进这种加热器和包装可以获得益处。这些益处可以提供更有效的加热器、更佳的包装、更简单的制造和更低的制造成本。
本发明涉及为这些类型的加热器提供改进以实现这些以及其它的益处。
发明内容
在本发明的一个方面，本发明涉及氧基加热器，所述氧基加热器包括已用电解质溶液浸渍的垫。
在本发明的另一个方面，本发明涉及加热器的制造方法，所述加热器包括具有电解质溶液的垫。
关于本文中所公开的这些加热器的制造方法的益处，本发明提供了用于生产这种加热器的许多益处。例如，据信使用所述垫可以减少生产所需的时间量，因为据信与施加至所述加热器基板相比，将电解质溶液施加至所述垫更容易和更快。此外，利用所述垫将允许在含氧气氛中生产所述加热器，因为所述垫起到在组装期间使到达加热器的氧气量最小的作用。另外，利用这种垫将为所述加热器提供更相容和均匀的电解质转移——生产更有效的加热器。
关于对加热器的益处，据信在所述垫上提供电解质对于这种加热器而言具有许多益处。例如，所述垫可以起到储存容器的作用以储存一些电解质直至需要它的时候。另外，在将所述电解质溶液从所述垫转移至所述加热器之后，所述垫可以起氧气扩散器的作用。此外，所述垫可以为所述加热器提供结构完整性。
应理解的是上述本发明的方面和实施方案可以是可组合的，并且在阅读附图的以下描述及其详述时本发明的其它优点和方面对于本领域普通技术人员而言将变得明显。
附图说明
本发明将由以下结合附图的描述和所附的权利要求书而变得更明显。应理解所述附图仅描述了典型的实施方案，因此不应被认为是对本公开内容范围的限制，所述实施方案将参考以下提供的附图具体和详细地描述和解释。
图1是具有密封的包装中氧基加热器在打开位置的升高的正面视图。
图2是图1的氧基加热器沿A线的分解剖视图，其中所述包装的可移除密封处于封闭位置。
图3是在另一包装中另一氧基加热器的分解的升高的透视图。
图4是显示本发明的两个不同加热器的随时间变化的温度的对比图。
图5是本发明实施方案的加热器的侧视图。
具体实施方式
虽然本发明可以接受许多不同形式的实施方案，如附图中所示，并且将在此详细描述一个或多个实施方案，但是应当理解的是，本公开应被认为是本发明原则的举例说明，而不用于将本发明限制为所述的实施方案。
整个说明书中提及特征、优点、目标或类似说法不表示本发明可以实现的所有特征和优点应当存在于本发明的任意单个实施方案中。相反地，提及所述特征和优点的说法应当理解为指的是结合一个实施方案所述的特定的特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，整个该说明书中有关特征和优点的任何讨论以及类似说法可以但不必指同一实施方案。
参考图1-3，加热器10通常包括加热器基板12、垫14和包装16。
加热器基板12在氧气(优选大气氧)存在下产生热。典型的加热器基板12包括还原剂如铝或锌和粘合剂如聚四氟乙烯或聚烯烃。本领域普通技术人员会意识到可以使用或包含其它化学品以制造加热器基板12。术语“基板”是指加热器基板12是固体物品并且不仅仅是一堆粉末状化学品。
为了在氧气存在下产生持续的放热反应，这些类型的加热器10需要电解质。在本发明的实施方案中，将电解质溶液浸渍在垫14上。垫14在制造过程中吸收电解质并均匀地将所述电解质转移至加热器基板12。优选的电解质包括氢氧化钾、溴化钾和氯化钾。也考虑其它电解质。
可预期的是，垫14为非织造材料如聚丙烯纤维、纤维素纤维与聚酯的混合物或其它合适的非织造聚合物型材料。例如，可以将PPAS-14隔膜纸(由丙烯酸系纤维制得的合成纤维)用作垫材料，然而它可能是昂贵的。另一合适的材料为纤维素(55％)与聚酯(45％)的混合物，如商业上以已知的材料。再一合适的材料为纤维素与棉的混合物，如商业上以Bro-已知的材料。
垫14的材料的类型取决于所使用的电解质的类型和/或所利用的制造步骤/方法。例如，虽然PPAS-14隔膜纸将起到碱性电解质溶液(如KOH)的作用，但是包含纤维素的材料的混合物不会采用这种电解质溶液操作。此外，如果加热器(具有垫)经受加工/加热，则据信纤维素和棉的混合物不会变形并且因此会比纤维素与聚酯的混合物(其可能在加工温度下变形)更可取。据信本领域普通技术人员将会意识到可以使用许多材料，只要所述材料能够吸收并将电解质溶液(主动地或被动地)转移至加热器基板12。
回到加热器10和图1-3，加热器基板12和垫14通常彼此邻近和接触地置于包装16中。如图2和3中所示，一种这种优选的包装16包括两个片材20a、20b，其围绕加热器基板12和垫14被密封。同样优选的是，包装16包括在包装16的至少一个侧面20a、20b上提供的可移除的密封18。在图1中，可移除的密封18已剥离并且处于打开位置。在图2中，可移除的密封18以封闭位置显示。在图3中，可移除的密封18已完全从包装16除去并且没有示出。
因为反应由氧气的存在而驱动，可以预期的是可移除的密封18能够重新粘附至包装16以切断氧气进入并阻止热的产生。如前文所述，所述反应(和热的产生)可以通过仅再次除去密封18而允许氧气进入包装16并与加热器基板12中的还原剂反应来再次启动。
此外，如图4中所示，已发现将垫14置于邻近可移除密封18的加热器基板12的侧面上将提供加热器，当与其中垫14在与可移除密封相对的加热器的侧面上的加热器相比时，所述加热器实现更高的最大温度。
回到图3，可移除密封18覆盖优选包括氧气扩散器22的区域(参见图3)，所述氧气扩散器控制氧气进入加热器10(以及随后与加热器基板12的化学品反应)时的速率。可以预期的是，垫14可以用作氧气扩散器22并且可以用于控制氧气进入加热器10。参见图1。此外，这样使用垫14可以有助于通过允许使氧气扩散的多个路径而分散氧气。氧气扩散器22可以固定至包装16或其可以不固定至包装16，且优选布置于垫14和密封18之间。
除了可能用作氧气扩散器之外，垫14还可以用于为加热器基板12(和包装16)提供另外的结构完整性。这会允许更薄的包装，导致更低的成本和更低的热损失。
不同于其中在不同阶段中生产或在惰性(即无氧)环境中生产加热器的一些方法，已经确定的是使用垫14允许在大气氧存在下生产完整的加热器的方法。当用电解质浸渍并与加热器接触放置时，垫14将会充当大气中的氧气到达所述加热器(其中存在还原剂和电解质)的表面的屏障。据信本发明的制造方法允许可以暴露至氧气多达60秒(或者可能更长，取决于内部标准)而不产生过多的热的加热器。
生产本发明的加热器的一种方法包括以下步骤：提供垫；将电解质溶液施加至所述垫；使所述垫吸收所述电解质溶液；将加热器靠近所述垫放置；和将所述加热器和垫密封在包装中。
生产加热器的另一方法包括以下步骤(优选以以下顺序)：提供加热器基板；将垫材料置于所述加热器基板的至少第一侧面上；将电解质施加至所述垫；和将所述加热器密封在包装中，其中所述方法的所述步骤在含氧气氛中发生。如前文所述，使用所述垫吸收并将所述电解质转移至所述加热器基板，所述垫起到氧气屏障的作用以使在组装期间到达所述加热器基板的氧气量最小——允许在富氧环境中进行所述制造。
优选的是将所述电解质施加至所述垫的步骤采用歧管进行，所述歧管可以被连接至计量容积泵。这可以允许施加预定和恒定量的电解质。另外，这可以允许将电解质仅添加至所述垫的预定和具体的点——而所述垫通常将所述电解质均匀地转移至所述加热器基板而不积存或形成液滴。
还优选的是垫具有与加热器基板相同的尺寸大小(长度和宽度)。因此，可能需要切割垫以匹配加热器的尺寸。然而，可以预期的是垫与加热器的尺寸不同。
可以预期的是，首先将所述加热器基板置于第一片材上，所述第一片材被用作制造方法中的载体并且还将是所述加热器的包装的层。此外，可以将加热器热粘接至第一片材。
所述方法还可以包括提供靠近所述加热器的空气扩散器的步骤。
此外，可以提供可移除的密封，并且例如密封至所述包装。尤其是可以将所述可移除的密封的一部分热密封至包装，允许其打开和然后封闭，而不完全将其从包装除去。
在一些实施方案中，在生产期间将加热器置于载体上从而便于运输，并且载体可以是包装的层。这将允许简单生产在已添加电解质之后在加热器(和垫)顶部具有第二层的包装。优选的是，载体更大(宽度和长度)，从而载体和第二(或外层)可以直接接触和密封(例如热粘接)以允许产生所述包装。
在替代实施方案中，在生产和加工加热器基板12期间，将加热器基板12的材料置于作为垫14的载体上。因为所述材料是糊剂样基材，可以将所述材料倾倒至垫上。在使所述材料在垫14的顶表面上方铺展之后，垫和材料进入炉中以加工所述材料和除去水。如上文所讨论，在这种类型的制造方法中(在约400°F的温度)，已发现纤维素与棉的混合物不变形，因此比纤维素和聚酯的混合物更可取。然而，将意识到的是，如果使用较低的温度，则所述纤维素与聚酯的混合物对于用于这种类型的制造方法而言可能是可接受的。
在已加工材料之后，所产生的加热器100，如在图5中所示，加热器基板102和垫104将会变得相互啮合，意味着垫104不能从加热器基板移除而不破坏垫104和加热器基板102。因为垫104是多孔的且加热器基板102的材料在被布置到垫104上的时候是可流动的，材料将会流入垫104中的一些孔洞中。
因此，如所示那样，加热器100具有三个区域：基板区110、组合区域112和垫区域114。如可看出的，基板区域110基本上只包括加热器基板102，类似地，垫区域114基本上只包括垫104。相互啮合的区域114包括基板102和垫104的组合，其中基板102和垫104相互啮合。
随后，所述加热器基板12和垫14组合可以快速翻转，可以置于也是包装的层的载体上，并且所述组合可以继续完成上文所讨论的制造步骤。
除了已经讨论的益处，据信包括将电解质施加至所述垫的制造方法可以比将电解质施加至所述加热器更快地完成。这又会允许更快的生产时间和因此更低的生产成本。
应理解的是，本文所描述的本发明另外的实施方案可以被本领域普通技术人员所预期，并且本发明的范围不限于所公开的实施方案。尽管已经阐释和描述了本发明的具体实施方案，但是在不显著背离本发明精神的情况下，可以做出多种调整，并且保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (20)

1.加热器，包括：
基板，其包括在氧气存在下产生热的还原剂和粘合剂；
垫，其邻近所述基板和与所述基板接触布置且包括电解质溶液，其中所述垫能够将所述电解质溶液转移至所述基板；和
包装，其围绕所述基板和所述垫。
2.权利要求1的加热器，其中所述包装包括可移除的密封，且所述密封能够在移除后重新粘附。
3.权利要求1或2的加热器，其中所述垫包括纤维素与棉的混合物。
4.权利要求1至3中任一项的加热器，其中所述垫包括纤维素与聚酯的混合物。
5.权利要求1至4中任一项的加热器，其中所述垫包括合成的非织造材料。
6.权利要求1至5中任一项的加热器，其中所述基板和所述垫相互啮合。
7.权利要求1至6中任一项的加热器，所述加热器还包括：
基板区域，其基本上只包括基板；
垫区域，其基本上只包括垫；和
组合区域，其包括垫和基板的组合。
8.制造加热器的方法，包括以下步骤：
提供基板，所述基板包括在氧气存在下产生热的还原剂和粘合剂；
将垫置于所述基板的至少第一侧面上并与其接触；
将电解质溶液施加至所述垫；和
将所述基板和垫密封在包装中，其中至少将所述电解质溶液施加至所述垫的步骤在含氧环境中发生。
9.权利要求8的方法，其中采用歧管将所述电解质溶液施加至所述垫。
10.权利要求9的方法，其中所述歧管连接至至少一个容积泵。
11.权利要求8至10中任一项所述的方法，其中在施加所述电解质与将所述基板和垫密封在包装中的步骤之间的时间不超过60秒。
12.权利要求8至11中任一项的方法，其中制造多个加热器，并将基本上相同量的电解质施加至每个加热器。
13.权利要求12的方法，其中所述电解质在基本上相同的位置施加至每个加热器。
14.权利要求8至13中任一项的方法，其中在载体顶部提供所述基板，且所述载体为包装的第一侧面。
15.权利要求14的方法，其中将所述基板和垫密封在包装中的步骤包括以下步骤：
在所述垫和所述加热器的顶部施加外层，使得外层的一部分直接接触载体层的一部分；
将载体层密封至外层。
16.权利要求8至15中任一项的方法，其中外层包括可移除的密封。
17.权利要求8至16中任一项的方法，其中将氧气扩散器放置于所述外层和所述垫之间。
18.权利要求8至17中任一项的方法，其中将所述氧气扩散器固定至所述外层。
19.权利要求8至18中任一项的方法，其中不将所述氧气扩散器固定至所述外层。
20.制造加热器的方法，包括以下步骤：
将在氧气存在下产生热的还原剂与粘合剂混合以产生混合物；
将所述混合物倾倒至垫的第一侧面上；
在炉中加热在所述垫的第一侧面上的所述混合物；和
在所述加热步骤之后，将电解质溶液施加至所述垫。
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