CN107529918B - 热调节自我加热容器 - Google Patents

热调节自我加热容器 Download PDF

Info

Publication number
CN107529918B
CN107529918B CN201680022931.9A CN201680022931A CN107529918B CN 107529918 B CN107529918 B CN 107529918B CN 201680022931 A CN201680022931 A CN 201680022931A CN 107529918 B CN107529918 B CN 107529918B
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermal control
control material
passive thermal
container
heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680022931.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107529918A (zh
Inventor
布伦丹·科菲
克日什托夫·C·克维亚特科夫斯基
布伦特·C·福特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HeatGenie Inc
Original Assignee
HeatGenie Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HeatGenie Inc filed Critical HeatGenie Inc
Publication of CN107529918A publication Critical patent/CN107529918A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107529918B publication Critical patent/CN107529918B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V30/00—Apparatus or devices using heat produced by exothermal chemical reactions other than combustion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J36/00—Parts, details or accessories of cooking-vessels
    • A47J36/24—Warming devices
    • A47J36/28—Warming devices generating the heat by exothermic reactions, e.g. heat released by the contact of unslaked lime with water
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J31/00—Apparatus for making beverages
    • A47J31/44—Parts or details or accessories of beverage-making apparatus
    • A47J31/58—Safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D17/00—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions
    • B65D17/28—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions at lines or points of weakness
    • B65D17/401—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions at lines or points of weakness characterised by having the line of weakness provided in an end wall
    • B65D17/4012—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions at lines or points of weakness characterised by having the line of weakness provided in an end wall for opening partially by means of a tearing tab
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D17/00—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions
    • B65D17/28—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions at lines or points of weakness
    • B65D17/401—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions at lines or points of weakness characterised by having the line of weakness provided in an end wall
    • B65D17/4012—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions at lines or points of weakness characterised by having the line of weakness provided in an end wall for opening partially by means of a tearing tab
    • B65D17/4014—Rigid or semi-rigid containers specially constructed to be opened by cutting or piercing, or by tearing of frangible members or portions at lines or points of weakness characterised by having the line of weakness provided in an end wall for opening partially by means of a tearing tab and provided with attached means for reclosing or resealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D51/00—Closures not otherwise provided for
    • B65D51/16—Closures not otherwise provided for with means for venting air or gas
    • B65D51/1672—Closures not otherwise provided for with means for venting air or gas whereby venting occurs by manual actuation of the closure or other element
    • B65D51/1688—Venting occurring during initial closing or opening of the container, by means of a passage for the escape of gas between the closure and the lip of the container mouth, e.g. interrupted threads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D81/00—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents
    • B65D81/34—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents for packaging foodstuffs or other articles intended to be cooked or heated within the package
    • B65D81/3484—Packages having self-contained heating means, e.g. heating generated by the reaction of two chemicals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D2517/00—Containers specially constructed to be opened by cutting, piercing or tearing of wall portions, e.g. preserving cans or tins
    • B65D2517/0001—Details
    • B65D2517/001—Action for opening container
    • B65D2517/002—Unusual opening actions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D2517/00—Containers specially constructed to be opened by cutting, piercing or tearing of wall portions, e.g. preserving cans or tins
    • B65D2517/0001—Details
    • B65D2517/0022—Means for preventing insects from entering container
    • B65D2517/0025—Means for preventing insects from entering container connected to the rivet and rotated into position, but formed separately from the tab
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D2517/00—Containers specially constructed to be opened by cutting, piercing or tearing of wall portions, e.g. preserving cans or tins
    • B65D2517/0001—Details
    • B65D2517/0031—Reclosable openings
    • B65D2517/0032—Reclosable openings the tab reclosing the opening
    • B65D2517/0034—Reclosable openings the tab reclosing the opening by means of the hand grip alone, e.g. rotating hand grip into opening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D2517/00—Containers specially constructed to be opened by cutting, piercing or tearing of wall portions, e.g. preserving cans or tins
    • B65D2517/0001—Details
    • B65D2517/0031—Reclosable openings
    • B65D2517/004—Reclosable openings by means of an additional element
    • B65D2517/0043—Reclosable openings by means of an additional element in the form of a plug

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Cookers (AREA)
  • Containers Opened By Tearing Frangible Portions (AREA)
  • Packages (AREA)
  • Closures For Containers (AREA)
  • Package Specialized In Special Use (AREA)
  • Apparatus For Making Beverages (AREA)

Abstract

提出了一种模块加热系统及方法，若无法在无过度温度增加下吸收热能，其可从加热器或加热包装件自动散热。一种加热器，其包含结合时可产热的反应物，其被放置为与被动式热控制材料热接触，该被动式热控制材料系与配置为容置要加热物质的容器热接触。该被动式热控制材料允许该加热器与该容器之间的热传导，只要穿过该被动式热控制材料的热能的温度未超过该材料的活化温度。若穿过该被动式热控制材料的热温度超过该材料的分解温度，该被动式热控制材料分解并从而消散热。

Description

热调节自我加热容器
此非临时申请基于2015年4月20日提交的、名字为Brendan Coffey和KrzysztofKwiatkowski、题为“热调节自我加热容器(Thermally Regulated Self-HeatingContainer)”的在先美国临时专利申请而要求优先权，其公开内容通过引用全部并入本文，就像在本文中被完全阐述一样。
背景技术
图1A及1B示出了一种设于容器(例如饮料罐)基座上的模块加热器(modularheater)的一形式。该加热器在激活(activate)前呈静止状态。该加热器被激活，是通过按压其可挠性盖101，其接着压缩气泡102使破裂排出启动液(starting fluid)的微滴至启动粒(starting pellet)上。如图1B所示，该启动液与该启动粒之间的自发性放热反应105产生热，其启动该主要的加热反应，接着传导通过该固态燃料混合物。该加热器所产生的热能传导通过该加热器的接触表面110及该饮料罐壁以加热该包装内容物。
不同的固态反应化学物质可用于本发明的该模块加热器以提供一小型、轻量、强力的热源。经由调整该内部燃料混合物的量或组成，可配置应用于不同成分类型或尺寸的能量容量及加热速率。
为了加热容置其中的食物或饮料内容物以提供温度，而装设于容器基座的模块加热器是本领域公知的。例如，与本发明技术领域相关，描述一种插入食物罐或其他容器的基座的小型模块加热组件的美国专利申请案：美国专利申请号12/419,917，题为“固态铝热剂组成物为基础的加热装置”、美国专利申请号12/570,822，题为“包装加热装置及化学组成物”、美国专利申请号12/715,330，题为“包装加热装置”、美国专利申请号13/177,502，题为“包装加热装置及应用于其中的化学组成物”以及美国专利申请号14/073,639，题为“具有自动关闭的加热装置及方法”。
这些加热器组件在所含固态化学反应物中有效地储存化学能量，并可通过按压其表面按钮或其他装置而轻易激活，以迅速释放热能。该热能传导通过紧邻容器的壁以均匀加热内部的内容物。以本案发明人的名义所提交的先前申请案，其中所描述的加热器的特征及功能被并入本申请。
本质安全(intrinsic safety)为大众消费市场所必须，且在消费性包装食品及饮品产品中，良好的通用设计指南为：该容器内容物通常应不超过约60-70℃(约140-160°F)的较佳适口温度，且为了使用者的舒适及安全，在可合理预期消费者使用或误用情况下，该包装上暴露的消费者接触的表面不应有超过约54℃(130°F)之处。
在一般操作中，通过设计，该加热器的能量被安全地传导至该容器中的食物或饮料部分。然而，若该食物部分并未呈现出起到热沉(heat sink)作用(例如，该包装内容物在启动该加热器前洒出)，则在没有一些覆盖机制的情况下，该空包装将达到不可接受的高温度。类似地，从该包装移除的加热器在没有热沉的情况下，会达到极限温度。
因此，在某些情况下提供一反应装置是期望的，该反应装置能调节加热过程以防止该包装组装或该食品或饮料产品过热，并保护使用者免于烫伤。因此，对于有效果且有效能的被动式热控制系统，以用于停止被启动的加热装置以免于超出其预期限制的加热，具有需求。
发明内容
本发明的实施例将被动式热冷却系统及方法合并至模块加热器中，以提供更优异的安全性，即若该加热器在未直接接触适当的热沉(例如装满的容器)下被激活，其可自该系统将过多的能量安全地消散。更具体地，包含当结合时产热的反应物的加热器，被设置为与被动式热控制材料(passive thermal control material)热接触，其转而被设置为与容器(被配置为容置欲加热的物品)热接触。该被动式热控制材料允许该加热器与该容器之间的热传导，只要穿过该被动式热控制材料的热的温度未超过该材料的活化温度(activation temperature)。若穿过该被动式热控制材料的热的温度超过该材料的分解温度，则该被动式热控制材料分解并从而散热。
实际中，容器中的物品将用作同热沉，且热将流过该被动式热控制材料至该物品，不会使该被动式热控制材料升温至其分解温度以上。然而，若该容器是空的，没有热沉吸收加热器所产生的热，则该被动式热控制材料的温度将超过其热分解温度，并将过多热能散失掉，从而调节该加热器与该容器的温度。
本发明在加热器装置内提供PTC功能(PTC functionality)。仅当“感应”到热沉不存在时，即当所产热量无法有效转移而导致该加热器中的内部温度过度累积时，该PTC功能才起作用。因此，该PTC为“智能型”或“智慧型”包装的形式，即其含有感应或测定产品属性并触发活性(active)包装功能的能力。
前述已经相当广泛地概述了本发明的某些方面，以便后面的本发明的具体实施方式可更容易理解。此后将描述本发明的附加特征和优点，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应理解，可轻易地将揭露的概念及特定实施例用作修改或设计其他结构或制程以实施本发明的相同目的的基础。本领域技术人员还应认识到，这种等价的结构并不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
参照附图描述了具体实施方式。在附图中，附图标记的最左边的数字标识了附图标记首次出现的附图。不同的附图中，相同的附图标记表示类似或相同的项目。
为了更加完全理解本发明及其优点，下面结合附图参考下面的描述，其中：
图1A是位于装满饮料的容器基座中的模块加热器的剖面图，此为该加热器启动之前；
图1B是位于装满饮料的容器基座中的模块加热器的剖面图，此为该加热器启动之后；
图2A是模块加热器的剖面图，显示被激活的加热器的热能传导至该填满的容器内容物(热沉)；
图2B是模块加热器的剖面图，显示未填满的容器(无热沉)中的被激活的加热器内的热能蓄积；
图3是固态模块加热器的示意性剖面图，其不具有被动式热控制功能的内部组件；
图4是固态模块加热器的示意性剖面图，其具有被动式热控制功能的内部组件；
图5是图4的模块加热器的平面图，其盖子被移除以显示内部组件；
图6是填满的自我加热容器的示意性剖面图，其具有被激活的模块加热器，其整合有被动式热控制；
图7是空的自我加热容器的示意性剖面图，其具有被激活的模块加热器，其整合有被动式热控制；
图8是固态模块加热器的剖面图，其用于被动式热控制的实际演示；
图9用表格列出了所采用的实验参数及所获得的编号的示例性实施例结果。
图10是示出对被激活的加热器(空的容器中具有及不具有被动式热控制)的时间/温度反应的图；
图11是示出对被激活的加热器(填满的容器中具有及不具有被动式热控制)的时间/温度反应的图；以及
图12示出安装在容器中的本发明的加热器的一个实施例的分解图。
具体实施方式
本发明关于一种对加热装置提供被动式热控制能力的装置及方法。以下将详细论述本发明较佳实施例的配置及使用。然而，应理解，本发明提供许多可实施的发明构思，其可体现于用于加热食品或饮品的装置以外的广泛不同场合。据此，本发明所论述的特定实施例仅为例示性描述制作与使用本发明的特定方式，并不限制本发明的范畴。另外，下面的术语当用在本文中时具有相关意义：
“容器”意指及包含任何可承接或携带材料的贮藏器具(receptacle)，包括但非限制，罐、盒、碗、瓶或其他贮藏器具。
“加热器”意指及包含任何反应物于其中反应以产生热的装置。
如对本领域技术人员将显而易见的是，本文描绘了许多加热装置，并未将完整功能性所需的个别及所有组件描述出，例如，一装置未显示挠性启动盖或气泡配件。在每种情况下，该描述意图示出加热器的各功能性方面以更好地理解本发明，并且应不必被理解为包含完整操作装置的所有组件。
应注意到，在说明书和附图中，相似或实质近似的组件会以相同的附图标记进行标记。然而，有时候这些组件可以不同数字标记，例如在这种标记辅助更为清楚描述的情况下。另外，本文所阐述的附图不一定按比例绘制，且在一些实例中比例可已经放大以便更为清楚地描述某些特征。这种标记和绘制实践方法不一定暗示基础的实质目的。本说明书意图被作为整体对待并且依据如本文所教导的以及本领域普通技术人员所理解的本发明的原理进行理解。
现在参照图2A及2B，其中该加热器被激活，从而能够传导热能通过其内部而在外部通过该加热器壁。如图2A所示，若传导至该包装的热量被持续地传导至周围的液态冷却剂，接着可建立该加热器的设计内部温度轮廓。如图2B所示，若不存在该冷却剂，该能量无法持续传导，则该加热器的内部温度会到达更高程度。因此，活性加热器的内部温度可有效提供一种“感应”相邻热源存在或不存在的方法，该热源可能造成不利的有害状况。
若不存在足够的热沉，则该加热器内部将积累高于正常的温度，本文所呈现的方法及系统将激活被动式热控制(PTC)机制，以散失过多热能，从而调节加热器及包装的温度。
了解正常存在的热沉(该包装的液态内容物)的热特征有助于定义所欲应用的PTC机制的冷却要求。举例而言，有效能的固态加热器，其可将240mL的饮料于2分钟内升温40℃，以约650瓦(Watts)的平均输出功率传送约40kJ的能量至该液体。相较于其他许多物质，水的高热容(4.18J/g-℃)将此强大的能量流转化为该液体内容物的相对低的感觉温度的升高。
若通过引入新成分至该加热器，以高效(mass efficient)方式而实现PTC功能，接着该添加的成分必须具有与一般存在的热沉相比较高的总比热吸收能力。在其高比热容之外，水的另一个独特性质在于其高汽化潜热(2260J/g)。亦显示，在密闭绝热条件下，综合水所需潜热与显热，上述示例性的40kJ加热器仅能将低于16克(g)的水转化为蒸汽，致使该完整系统的最终温度仅约100℃。在开放系统中，此示例的蒸汽(在环境条件下占据少于20公升)可在其自身压力下散逸，并带走其高能量内容物。此示例阐释了相对小量的材料是如何通过吸收热量并自该系统离开而具备强冷却效果。
具有关联于在固态加热器中直接并入并隔离液态水的重大实际困难。即使加热器内部的水蒸汽分压，也会造成与该燃料/氧化剂反应混合物的成分的副反应。在液态形式中，水会内部渗漏至该加热器或渗漏至加热器外部。因此，在该固态加热器内部不具有液态形式的自由水为较佳。某些干燥固态形式的无机化合物及盐类包含显著含量的键结水，其可在加热至超过特征阈值分解温度以上时，以蒸汽释放，并产生大量吸热性能量吸收。这些材料的一些示例如表1所示。
Figure BDA0001439023190000061
表1：一些含水无机化合物的性质
这些材料包含化学键结的水，而非被吸收的水或自由水，故可提供具有较高总比热吸收能力的引入材料的“干式”方法用于被动式热控制。选择对于分解具有较佳阈值温度的材料，可有助于控制PTC被激活的条件。
具有其他吸热分解的化学物质，这些是可在不同激活温度下经由热分解而释出气体并吸收能量的材料，且在某些实施例中这些也可作为化学加热器的被动式热控制的热反应材料使用。吸热分解在广范围的常见低成本材料中为固有性质。这些材料包括：镁及铝的氢氧化物，以及不同的水合物及碳酸盐类。当受热分解时，这些化合物中有许多会释出二氧化碳和/或水作为气态副产物。
我们之前已经描述了，当被加热至特定阈值温度时，吸热分解化合物是如何快速分解以释出大量气体，气体的能力工作以起到加热器装置的机械性自动关闭的作用。简单地允许这些气体由该加热器释出也将产生冷却效果。
如下述实例所示，可通过引入表1所述材料或相似材料成分至该加热器装置结构的某些区域，而实现被动式热控制功能。将被动式热控制机制操作基于材料的物理特性对温度的反应而非启动机械组件，可改善系统可靠性，且可简单并以低成本达成目的。将热力学定义的反应与可导能液体耦合，是一种固有的传达被动式反应的高可靠性方法。
图3示出现有技术的不具有被动式热控制功能的加热器构造的示意图。在此配置中，预混合的燃料-氧化剂反应混合物301被置于柱状加热杯302的基座中。该反应物混合物301在其中心附近以本领域已知的各种方式点燃，例如以启动粒303。产生化学反应的能量向内部前进至加热器，如同固相火焰锋面。如图3所示，反应途径304自该启动粒303通常向外迅速地扩散，继续传播而遍及内部，直至该反应物混合物301整体已反应而产生该加热器的全部能量含量。
图4和图5示出本发明的一实施例，其中，将被动式热控制功能合并至被修改的加热器设计中。在此实施例中，被动式热控制调控变成该加热器的内置性质(onboardproperty)，无论该加热器是暴露或装设于空的容器中都可调用。在图4和图5中，保留图3的基本固态加热器设计现在作为装置的核心结构，周围环绕“活性的”被动式热控制层307，其被包装于该加热器装置的加热杯壁302及外壁311之间。此处，术语“活性的”意指该材料的物理(加热和相变)和/或化学(热分解)反应性，包括该活性被动式热控制层307。注意到，该图并不表示所示特征的相对比例，且在实际实现方式中，额外的周围热控制层307及外壁311可依设计而选择呈薄层且以具有良好导热性的材料所构成，以将它们对热流的组合式热阻最小化。该启动的容器盖271横跨并封闭该燃料基质301及热传导PTC层307两区域，且具有通气孔502以如当启动PTC时所需的释放蒸汽。
图6为填满的自我加热容器的较低部分的垂直剖面图，展示了在一般操作(填满的饮料罐)期间该PTC机制的动作，其中被激活的模块加热器合并了安装在其基座中被动式热控制，。
因该罐为填满的，该液体作用如同热沉，将热带离该界面。对热能流动至该饮料具有良好热转移系数，该加热器的热能被传送通过该PTC层，在此区域将能量累积及温度积累最小化。该PTC层材料块维持在低于分解温度，在该温度水被驱使自该基质。虽然也许有小部分程度的分解，但整体而言并无显著产生气体或蒸汽并自该系统散逸热量的吸热活动发生。
图7为空的自我加热容器下部的垂直剖面图，展示了在超出范围的条件(空的饮料罐)期间，该被动式热控制机制的动作，其中被激活的模块加热器合并了安装在基座中的被动式热控制。在这些条件下，该空罐作用为热屏障且该加热器释出的能量累积于该PTC层及该加热器核心中。该PTC层的活性材料的主要部分的热分解发生，而水蒸汽(气体)自该加热器通气孔排出并离开该包装。
与缺乏被动式热控制的系统的温度相较，因此，允许所生成的蒸汽自该加热器及该加热包装排出，自该系统移除了大量能量，且可产生极大冷却效果，该系统的整体温度大量降低。虽然排出蒸汽的小体积区域中存在蒸汽程度的温度，其与可能发生于别处的极端温度幅度相比，危险明显很小。
图8示出了固态模块加热器的一实施例的剖面图，所述固态模块加热器用于实际演示后述示例中的被动式热控制。在下面的示例1至7中，11克(g)的被动式热控制混合物244被压实于25mm金属加热杯245与外金属杯246之间的环状空间，盖住该加热器。在示例8和9中，所用被动式热控制混合物的量为9g。所用PTC混合物的配方如下以及在图9中给出。在示例10中，不包含该被动式热控制混合物244及内加热杯245，以便提供比较基准。
在下面的示例1至7的各示例中，21g的产热燃料/氧化剂配方243系被压实于内加热杯245中。在示例8和9中，所用被动式热控制混合物的量为24g。在示例10中，21g的产热燃料/氧化剂配方243被压实于外加热杯246中。虽然可使用其他配方，但在这些示例中所用的产热配方243为混合物，其包含15-25％铝，其颗粒尺寸为2-30微米(micron)、20-30％二氧化硅、25-45％氧化铝和添加剂与反应辅剂，如氯酸钾、氟化钙和过氧化钡。
启动粒242被中心压至该燃料/氧化剂混合物243的表面，且加热器激活机制250被置于该启动粒242上方并以绝缘体248及启动按钮249覆盖。金属盖241被压接至该外杯246上。组装好的加热器模块被安装至饮料罐的基座中用于测试。记录罐子底部、中央及顶端的温度的温度时间图谱。注意到蒸汽流的排出(若有的话)。每个示例性的加热器配置均以含有288mL水的饮料罐以及空的饮料罐进行测试。图9用表格列出了所用实验参数及所获得的下面编号的示例性实施例的结果。
示例1：氢氧化钙/钾明矾(50:50)混合物用于PTC层配方。
示例2：氢氧化钙混合物用于PTC层配方。
示例3：氢氧化钙:氧化铝(50:50)混合物用于PTC层配方。
示例4：氢氧化钙:无水硫酸钙(50:50)混合物用于PTC层配方。
示例5：氢氧化钙:硫酸钙半水合物(50:50)混合物用于PTC层配方。
示例6：氧化钙:钾明矾(50:50)混合物用于PTC层配方。
示例7：无水硫酸钙:钾明矾(50:50)混合物用于PTC层配方。
示例8：本示例是示例1的修改，使用直径34mm的加热杯245、9g的氢氧化钙/钾明矾(50:50)混合物作为PTC层配方244和24g燃料/氧化剂混合物243。
示例9：本示例是实施例1的修改，使用直径34mm的加热杯245、9g的氧化钙/钾明矾(50:50)混合物作为PTC层配方244和24g燃料/氧化剂混合物243。
示例10：在此控制配置中，不存在内加热杯245及PTC层244。
图10是示出在空容器中对示例1(具有被动式热控制)和示例10(不具有被动式热控制)的被激活的加热器的时间/温度反应的图。图10所示温度为金属罐中间点的表面温度。图10显示，示例10的加热器(无PTC)的表面温度在2分钟内增加至接近500°F的峰值温度，而合并PTC的示例1的加热器的表面温度则以较低速率增加，且增加至更加有界限的最高温约220°F。
图11是示出在填满的容器中，对示例1(具有被动式热控制)及示例10(不具有被动式热控制)的被激活的加热器的时间/温度反应的图。图11所示温度为金属罐中间点的表面温度。示例1及示例10两者的加热器达成相同的140°F的终点产物目标温度，而示例1加热器的加热速率略低。
比较示例1的加热器在未填满和填满罐的条件下来自图10及图11的温度反应，显示该PTC冷却实施例在填满包装加热的一般操作下不会造成不期望的冷却，但在空包装下则会选择性启激活以产生高效冷却作用。
为了依所述原则而实际实现被动式热控制，一些系统建构及最优化为必须。通过设计PTC被并入正常功能为加热的装置，PTC不能干扰该功能。但在需要该反应的情况下，它也必须可靠地以安全方式执行高效冷却。PTC不应使加热器的量或复杂性过度增加。
可用于实现适当的加热器装置的PTC功能，有两个因素：PTC层的材料选择及加热器设计。将PTC层置于该产热源核心及紧邻该加热器最外侧壁之间可建立热能平衡，其使能感测及启动PTC机制。热转移速率依赖于该系统的物理参数，并可经此进行调整，该参数例如：组件部分的几何形状、混合物的颗粒尺寸及密度、材料热性质及热转移系数。该内加热杯壁可由薄箔纸形成，以提供具有最小热阻的化学屏障。
该PTC层的活性成分为具有高化学键结水成分的材料，当加热至某些特征阈值温度时会分解释出分子水，进一步加热会转换为蒸汽。通过热分解与水汽化的相变所吸收的能量，允许以相对小的质量吸收大量能量，并显著降低该系统温度。
虽然可使用许多其他化合物，但表1中提供了一些适合的活性材料的示例。每个都具有自己的特征热反应。例如，氢氧化铝每分子包含1.5个水合水，所有水分子可在单一分解步骤中迅速释出；然而钾明矾每分子包含12个水合水，其在多重步骤的分解反应过程中逐渐释出。钾明矾还具有对于每一额外水分子热分解会增加初始温度的键结，此种特性组合会产生具有低稳流蒸汽的时间-释放反应。
如示例1至9所示，该PTC配方可由单一化学成分组成，或还可为若干不同材料的混合物，其中一些可具有PTC特征，其与在该点上为惰性的其他材料组合。低成本、对环境友善及兼顾消费者安全的材料为较佳。
惰性材料量的一些量可以在PTC层中以缓冲温度及调节热分解速率。惰性添加物也可有利地增加PTC层的热传导性，以增强其热能传输，但PTC层也可设计为提供热流的一些降低。该包装的PTC层的颗粒尺寸与密度的变化，可用以调节来自该层的加热蒸汽的时间与体积。
该PTC层本身必须具有选择性、可调整且可控制的反应。示例1至10中，不同PTC层组成物的PTC反应特征描述于图9的表中。图9第2至6栏显示了，随着不同组成物，在正常加热模式下的加热时间、该被加热液体的最高温度、蒸汽释出的时间与量、有用的能量含量是如何变化。通常以越短的加热时间，伴随最大的热转移效率、最小的热分解作用及蒸汽释出为较佳。
图9第7至10栏显示了，在空罐中，随着不同化合物，该金属容器不同点(底部、中间、顶部)的表面温度及释出蒸汽的量是如何变化。通常以较低的表面温度及中等的蒸汽流为较佳。
图9第11至13栏显示了，在一裸露的加热器中，随着不同的组成物，其表面上不同点(底部、中间、顶部)的温度如何变化。在此条件下，仍以较低的表面温度为较佳。
本发明的PTC并未实质减损或否认本发明及先前发明的自我加热技术的已有优点，故该加热器装置结构仍维持相对小型、简单、坚固、易制造及低经济成本。本发明的实施例还提供可控制的输出，其使得能够例如在经定义的可接受的最高温度内进行设计，其在加热器或其中可能包含该加热器的包装的表面上实现。
不同实施例的加热器被设计为当被动式热控制被激活时，允许安全且温和地释出过多压力。例如，在加热杯及盖子之间压接的密封垫可被设计为轻微泄压，以经由该密封垫泄放压力。该加热器配置可提供经由多孔性绝缘体过滤任何排出的气态蒸汽，而不会有意外的蒸汽及颗粒。
本文所描述的完整的自我加热包装，除了该模块固态加热器以外，还包括其他组件。图12示出了完整包装组装的一个实施例。在这些示例中，该自我加热包装为三件额定12盎司(oz.)的饮料容器。然而，本发明的实施例可替代地可用两件组饮料容器或其他包装形式实现。
参照图12，在至少一个实施例中，该罐体1603及顶端部1602包括易拉罐(处于便利)，其为常规罐装组件。非易开(NEO)端部1605则特别设计成该包装与加热器的机械与热的交界面。绝缘性塑料制唇护套1601及纸制或塑料制热感标签1604则提供热安全性。一旦该加热器装设于NEO中，在该罐的加热器端部处会有额外组件；这些组件可包含：外部绝缘件1607，其可为非织聚合物或纤维玻璃垫及塑料基底盖1608。该外部绝缘件还可并入例如活性碳或小苏打等材料，以吸收由该激活的加热器所发出的任何微量异味。为了有效的实施被动式热控制，这些组件必须实现为例如多孔性或具有通气孔的，以便允许受热气体及蒸汽可持续并安全地由该包装散逸并带走热能。
虽然根据本发明的较佳实施例已公开了本装置，但本领域技术人员可理解，还有其他可行的实施例。即使前述讨论聚焦于特定实施例，但应理解，可考虑其他配置。尤其是，即使在本文中使用“在一实施例中”或“在另一实施例中”的表达，这些用语也意指一般参考实施例的可能性，并且不意图限制本发明为那些特定实施例配置。这些术语可指相同或不同的实施例，且除非特别指示，否则其可组合成复合实施例。除非明确指定，否则术语“一”、“一个”及“该”意指“一个或多个”。
当本文仅描述单一实施例时，可轻易理解能有多于一个实施例用于替代该单一实施例。类似地，当本文描述多于一个实施例时，可轻易理解单一实施例可替代该一个设备。
有鉴于广泛的可能的加热方法与系统可用，上述具体实施方式意图仅为例示性的并且不应被认为是限制本发明的范畴。而是，本发明所要求保护的是所有这样的修改，因为其可落入下面的权利要求及其等价物的精神和范围内。
本说明书的描述不应被解读为暗示任何特定组件、步骤或功能为所请求保护范围必须包含的必要组件。申请专利的主题的范畴仅由核准的权利要求及其等价物所定义。除非有特别说明，本说明书中描述的本发明的其他方面并不限制权利要求的范畴。

Claims (19)

1.一种热调节容器，包括：
容器，配置为容置要加热的物质；
反应腔，所述反应腔包含被结合时产生热的反应物；
被动式热控制材料，置于所述反应腔及所述容器之间，其中所述反应腔与所述被动式热控制材料热接触，且所述被动式热控制材料与所述容器热接触；
其中，在到达所述被动式热控制材料的分解温度前，所述被动式热控制材料允许热从其中通过；以及若加热器超过所述被动式热控制材料的分解温度，所述被动式热控制材料分解，从而使热消散；
其中所述反应腔的至少一部分位于所述容器内部，且所述被动式热控制材料置于所述容器及位于所述容器内部的所述至少一部分的反应腔之间。
2.根据权利要求1所述的容器，其中相较于所述要加热的物质，所述被动式热控制材料具有更高的总比热吸收能力。
3.根据权利要求1所述的容器，其中所述被动式热控制材料为钾明矾。
4.根据权利要求1所述的容器，其中所述被动式热控制材料包括钾明矾和氢氧化钙。
5.根据权利要求1所述的容器，其中所述反应物为固态反应物。
6.根据权利要求1所述的容器，其中所述要加热的物质为食品。
7.根据权利要求1所述的容器，其中所述分解的副产物为水，且热是通过形成蒸汽而消散。
8.一种在容器中控制热的方法，包括：
将加热器定位为与被动式热控制材料热接触；
将所述被动式热控制材料放置为与容器热接触，所述容器配置为容置要加热的物质；其中所述被动式热控制材料允许自所述加热器至所述容器的热传导，直到所述被动式热控制材料达到其分解温度时，并且若所述被动式热控制材料超过其分解温度，所述被动式热控制材料分解从而消散热。
9.根据权利要求8所述的方法，其中相较于所述要加热的物质，所述被动式热控制材料具有更高的总比热吸收能力。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述被动式热控制材料为钾明矾。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述被动式热控制材料包括钾明矾和氢氧化钙。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述要加热的物质为食品。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述分解的副产物为水，且热是通过形成蒸汽而消散。
14.一种容器，包括：
容器，配置为容置要加热的物质；
加热器，与被动式热控制材料热接触，所述被动式热控制材料与所述容器热接触；
其中，所述被动式热控制材料允许自所述加热器至所述容器的热传导，直到所述被动式热控制材料达到其分解温度时，并且若所述被动式热控制材料超过其分解温度，所述被动式热控制材料分解从而消散热；
其中所述加热器的反应腔的至少一部分位于所述容器内部，且所述被动式热控制材料置于所述容器及位于所述容器内部的所述至少一部分的反应腔之间。
15.根据权利要求14所述的容器，其中相较于所述要加热的物质，所述被动式热控制材料具有较高的总比热吸收能力。
16.根据权利要求14所述的容器，其中所述被动式热控制材料为钾明矾。
17.根据权利要求14所述的容器，其中所述被动式热控制材料包括钾明矾及氢氧化钙。
18.根据权利要求14所述的容器，其中所述要加热的物质为食品。
19.根据权利要求14所述的容器，其中所述分解的副产物为水，且热是通过形成蒸汽而消散。
CN201680022931.9A 2015-04-20 2016-04-20 热调节自我加热容器 Active CN107529918B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562149825P 2015-04-20 2015-04-20
US62/149,825 2015-04-20
PCT/US2016/028329 WO2016172131A1 (en) 2015-04-20 2016-04-20 Thermally regulated self-heating containers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107529918A CN107529918A (zh) 2018-01-02
CN107529918B true CN107529918B (zh) 2020-06-19

Family

ID=57129742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680022931.9A Active CN107529918B (zh) 2015-04-20 2016-04-20 热调节自我加热容器

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9500389B2 (zh)
EP (1) EP3286104B1 (zh)
JP (2) JP6513829B2 (zh)
KR (1) KR101965096B1 (zh)
CN (1) CN107529918B (zh)
AU (1) AU2016252401B2 (zh)
BR (1) BR112017022624A2 (zh)
CA (1) CA2979755C (zh)
ES (1) ES2877524T3 (zh)
HK (1) HK1251209A1 (zh)
MX (1) MX2017013415A (zh)
WO (1) WO2016172131A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10058209B2 (en) 2016-10-27 2018-08-28 Heatgenie, Inc. High efficiency self-heating containers
BR112021002254A2 (pt) * 2018-08-06 2021-05-04 Snstech, Llc sistema de fechamento por descolagem
WO2020072812A1 (en) 2018-10-03 2020-04-09 Heatgenie, Inc. Improved self-heating package systems
EP3670373B1 (de) 2018-12-17 2021-05-12 RE-LID Engineering AG Verschlusssystem für getränkedosen

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3067594A (en) 1959-05-11 1962-12-11 Catacycle Company Cooling with endothermic chemical reactions
US3261504A (en) * 1965-04-13 1966-07-19 Sabaka George Dispensing closure
EP0244837A1 (en) * 1986-05-08 1987-11-11 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Self-heating container
US4793323A (en) * 1986-07-16 1988-12-27 Blusei S.P.A. Single-use self-heating container for liquids and/or solids
US4784113A (en) * 1986-12-22 1988-11-15 Kita Sangyo Co., Ltd. Handy heating container
JPH0725346Y2 (ja) * 1988-09-21 1995-06-07 アース製薬株式会社 加水発熱型の容器
JPH0510767Y2 (zh) * 1988-12-08 1993-03-16
JPH03179080A (ja) * 1989-12-08 1991-08-05 Paudaatec Kk 発熱組成物
JPH03218715A (ja) 1990-01-23 1991-09-26 Kita Sangyo Kk 加熱機能付容器
JPH0889409A (ja) 1994-09-27 1996-04-09 Daishinku Co 加熱機能付き容器、及びその発熱制御方法
US6235216B1 (en) * 1995-09-07 2001-05-22 Claude Q. C. Hayes Heat absorbing temperature control devices and method
BR9714822A (pt) * 1997-09-04 2000-08-22 Claude Q C Hayes Artigo de fabricação para o controle de temperatura e calor apartir de um dispositivo gerador de calor
KR20020043608A (ko) * 1999-10-06 2002-06-10 추후제출 자체-가열 또는 자체-냉각 콘테이너
US6267110B1 (en) * 2000-02-25 2001-07-31 Convenience Heating Technologies Ltd. Disposable heating unit for food containers
DE20004152U1 (de) * 2000-03-08 2001-07-19 Ackermann Bruno Dose mit Drehverschluss
US6626314B1 (en) * 2001-03-13 2003-09-30 Rexam Beverage Can Company Resealable closure for beverage container
US6962149B2 (en) * 2001-05-02 2005-11-08 Expressasia.Com Snd. Bhd. Insertable thermotic module for self-heating can
IL144939A0 (en) * 2001-08-16 2002-06-30 Convenience Heating Technologi Disposable self-heating container
UA79011C2 (uk) * 2002-09-05 2007-05-10 Гвіда Енд К. С.П.А. Одноразовий самонагрівний або самоохолоджуваний контейнер, переважно для напоїв, та спосіб його виготовлення
CA2565957C (en) * 2004-05-06 2015-03-17 Tempra Technology, Inc. Thermostatic temperature control for self-heating containers
US7874447B2 (en) * 2004-10-08 2011-01-25 Dixie Consumer Products Llc Reclosable cup lid with sliding member and scalloped track
JP4109309B1 (ja) * 2007-02-05 2008-07-02 三浦 愛 プルトップを備えたプルタブ付容器
US20090078711A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Heat Wave Technologies, Llc Self-heating apparatuses using solid chemical reactants
JP5564757B2 (ja) * 2008-03-18 2014-08-06 株式会社アドヴィックス 摩擦材
HUE044479T2 (hu) * 2008-05-15 2019-10-28 Wyeth Llc Hordozható rendszer nedves hõ leadására
CA2804221C (en) * 2010-07-06 2018-01-30 Heatgenie, Inc. Package heating device and chemical compositions for use therewith
US20130180985A1 (en) * 2012-01-17 2013-07-18 Nutek Disposables, Inc. Conformable wipes container with enhanced moisture retention
JP6074757B2 (ja) * 2012-03-15 2017-02-08 セヴィム ニッキー 調理済み食品用の加熱機能付き容器
US8727164B1 (en) * 2012-08-07 2014-05-20 Marjan Majcen Gas release resealable tab mechanism for a beverage container
EP2918146A1 (en) 2012-11-06 2015-09-16 Heatgenie, Inc. Heating devices and methods with auto-shutdown

Also Published As

Publication number Publication date
HK1251209A1 (zh) 2019-01-25
CA2979755A1 (en) 2016-10-27
JP6389334B2 (ja) 2018-09-12
US9500389B2 (en) 2016-11-22
AU2016252401B2 (en) 2018-10-18
JP2018510814A (ja) 2018-04-19
AU2016252401A1 (en) 2017-11-02
EP3286104A4 (en) 2018-12-19
JP6513829B2 (ja) 2019-05-15
MX2017013415A (es) 2018-01-30
JP2018505106A (ja) 2018-02-22
CN107529918A (zh) 2018-01-02
WO2016172131A1 (en) 2016-10-27
CA2979755C (en) 2020-01-21
BR112017022624A2 (pt) 2018-07-10
ES2877524T3 (es) 2021-11-17
US20160305690A1 (en) 2016-10-20
KR20170138529A (ko) 2017-12-15
EP3286104B1 (en) 2021-07-14
EP3286104A1 (en) 2018-02-28
KR101965096B1 (ko) 2019-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107529918B (zh) 热调节自我加热容器
CA2804221C (en) Package heating device and chemical compositions for use therewith
US9920954B2 (en) Heating tool
CA2565957C (en) Thermostatic temperature control for self-heating containers
US20060039685A1 (en) Air treatment apparatus and refill pack
JP2015528358A (ja) 可搬性食品加熱装置及び可搬性発熱体
WO2010053467A1 (en) Heater device
AU2013100313A4 (en) Self Heating Disposable Baby Bottle
US20140109889A1 (en) Oxygen Activated Heater With Thermal Regulator
EP2911950B1 (en) Temperature changing container
CA2751675A1 (en) Sustained modulation of temperature of self heating chemical system
WO2014074624A1 (en) Heating devices and methods with auto-shutdown
JPS6318105B2 (zh)
KR20020075029A (ko) 발열제와 발열체 및 이들을 이용한 가열용기
JPH0460646B2 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant