CN113576268A

CN113576268A - 自加热组件及制备方法

Info

Publication number: CN113576268A
Application number: CN202010366155.2A
Authority: CN
Inventors: 周光远; 姜敏; 刘佳; 王瑞; 李璐
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2040-04-30
Also published as: CN113576268B

Abstract

本申请属于自加热设备技术领域，涉及一种自加热组件及其制备方法，以克服相关技术中自加热设备的封装结构复杂，制造工艺成本高，加热效率低，使用风险大等问题。所述自加热组件包括壳体、位于壳体内的引火机构、燃料材料部；壳体顶部设有进水孔；引火机构位于进水孔的正下方；燃料材料部，位于壳体底部，与引火机构通过可燃保护层隔开，其中，引火机构能与水发生放热反应。本申请的自加热组件，在引火机构遇水发生反应后，产生的热量引燃可燃保护层，进而点燃燃料材料部以向外传导热量，从而实现水中的自加热作业，成本低，热量传导稳定，携带及使用便捷，可应用于各种热量需求的加热场景。

Description

自加热组件及制备方法

技术领域

本申请涉及自加热设备技术领域，尤其涉及一种自加热组件、一种自加热组件的制备方法。

背景技术

随着时代进步和生活水平的提高，人们越来越追求便携、高效、安全卫生的生活方式。例如，为了满足户外旅游、家庭野餐、部队野外作业的烹饪需求，自加热容器或自加热速食品应运而生。

相关技术中，按照放热过程，自加热容器包括物理加热和化学加热两种，其中，物理加热没有新物质生成，但释放的热量很有限，不能满足实际加热需求；而化学加热中，例如利用酸碱酐中和反应发热，虽然发热量有了明显提升，但酸碱酐的强烈腐蚀性不仅对包装保护提出更高要求，也存在风险；又如，很多情况下的化学加热需要在氧气充裕的情况下反应，均限制了化学加热的应用范围；再如，相关技术中的化学加热的反应过程存在明火，危险性高。

因此，有必要提供一种便捷、安全、成本低，可在水中无氧条件下进行自加热的设备。

发明内容

本申请目的在于提供自加热组件及其制备方法，用于解决相关技术中的自加热设备放热量低、安全性低、制备成本高，以及氧依赖性大等问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供一种自加热组件，包括壳体、位于所述壳体内的引火机构、燃料材料部；

所述壳体顶部设有进水孔；

所述引火机构位于所述进水孔的正下方；

燃料材料部，位于所述壳体底部，与所述引火机构通过可燃保护层隔开；

其中，所述引火机构能与水发生放热反应。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料材料部设有开口朝向所述进水孔的凹槽，所述引火机构位于所述凹槽内；

其中，凹槽壁设有可燃保护层。

在本申请的一种示例性实施例中，所述自加热组件还包括与所述进水孔扣合的孔盖。

在本申请的一种示例性实施例中，所述引火机构包括透水性包裹部，以及位于所述透水性包裹部中的引火混合物；

其中，所述引火混合物能与水发生放热反应。

在本申请的一种示例性实施例中，所述透水性包裹部选自透水性纤维布、水溶性聚乙烯醇薄膜和水溶性糯米纸中的任一种；

所述引火混合物为红磷粉、铝粉、锌粉、镁粉中的至少一种反应粉与碘粉的混合，所述反应粉与碘粉之间的摩尔比为1：0.1～1.4；

所述反应粉与碘粉之间的摩尔比独立选自：1:0.1、1:0.21、1:0.51、1:1.5、1:1.4。

或者，所述引火混合物为铝粉与重铬酸钾的混合，所述铝粉与重铬酸钾的摩尔比为1:0.1～0.4；

铝粉与重铬酸钾的摩尔比独立选自：1:0.1、1:0.18、1:0.25、1:0.35、1:0.4。

在本申请的一种示例性实施例中，所述可燃保护层的材料选自塑料或油毡纸。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料材料部为在无氧条件下燃烧的固体燃料。

可选地，所述燃料材料部为含有固化剂、氧化剂、金属粉末和消焰剂的原料制备得到的固体燃料；

所述固体燃料中，固化剂、氧化剂、金属粉末和消焰剂的含量分别为所述固体燃料总质量的5％～50％、10％～55％、10％～80％和2％～7％；

可选地，所述固化剂选自聚氨酯胶或环氧树脂胶；所述氧化剂选自过氧化钙或过碳酸钠；所述金属粉末选自铝粉、铁粉、锌粉、镁粉中的任一种；所述消焰剂选自山梨酸钾、草酸钾、邻苯二甲酸钾、硬脂酸钾中的任一种；

可选地，所述固体燃料中还可以含有其他燃烧放热物质，如植物油甲酯等。

可选地，燃料材料部制备过程是在常温下将各原料混合搅拌的，本申请所指常温为10℃～40℃。

根据本申请的一个方面，提供一种自加热组件的制备方法，所述制备方法包括：

在壳体底部形成燃料材料部；

在所述燃料材料部上依次形成可燃保护层和引火机构，所述燃料材料部与所述引火机构通过所述可燃保护层隔开；

封装所述壳体的顶部，并在所述壳体的顶部开设进水孔，所述引火机构位于所述进水孔的正下方。

在本申请的一种示例性实施例中，所述燃料材料部设有开口朝向壳体顶部的凹槽；

所述在所述燃料材料部上依次形成可燃保护层和引火机构，所述燃料材料部与所述引火机构通过所述可燃保护层隔开，包括：

在所述凹槽的凹槽壁上形成可燃保护层；

在包裹了所述可燃保护层的凹槽内形成所述引火机构；

其中，所述进水孔的孔截面对应于所述凹槽的槽口截面。

在本申请的一种示例性实施例中，所述在包裹了所述可燃保护层的凹槽内形成所述引火机构包括：

配制能与水发生放热反应的引火混合物；

将所述引火混合物装入透水性包裹部，将所述透水性包裹部封口；

将所述透水性包裹部放入所述凹槽内。

本申请的有益效果：

本申请的自加热组件，在引火机构遇水发生反应后，产生的热量引燃可燃保护层，进而点燃燃料材料部向外传导热量，从而实现水中的自加热作业，可实现无氧条件下的自加热工作，组件制备成本低，携带及使用方便，燃料材料部向外传导热量时的热传导稳定性高，可应用各种热量需求的加热场景；

进一步的，燃料材料部可以设有开口朝向进水孔的凹槽，引火机构位于凹槽内，二者通过可燃保护层隔开，基于此结构，在引火机构与水发生反应后，产生的热量能够以凹槽为中心点向四周传播，提高热量的传导速度及传导范围，从而提高燃料材料部被引燃的速度，进而提高自加热组件的加热速率。

本申请的自加热组件的制备方法，在壳体底部形成燃料材料部，并在燃料材料部上依次形成可燃保护层和引火机构，将燃料材料部与引火机构通过可燃保护层隔开；最后封装壳体的顶部，并在壳体的顶部开设进水孔，使进水孔的孔截面对应于引火机构的上表面，制备工艺简单，封装过程便捷，同时还可以根据实际加热需求，灵活调整壳体及燃料材料部的组成，从而得到满足不同热量场合需求的自加热组件。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种示例性实施方式的自加热组件的外部壳体示意图；

图2为本申请图1的自加热组件沿A-A的剖面图；

图3为本申请图1的自加热组件沿A-A的剖面图；

图4为本申请图1的自加热组件沿A-A的剖面图；

图5为本申请示例性实施方式的自加热组件制备方法的流程图。

附图标记

1壳体； 2引火机构；

3燃料材料部； 110进水孔；

4可燃保护层； 120凹槽。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、单元、模块、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本申请的各方面变得模糊。

如无特别说明，实施例中的原料通过商业购买，不经处理直接使用；所用的仪器设备，采用厂家推荐使用参数。

本申请的示例实施方式中首先提供一种自加热组件，所述自加热组件包括壳体1、位于壳体1内的引火机构2、燃料材料部3；

具体地，壳体1顶部设有进水孔110，用于在加热过程中流入水；引火机构2位于进水孔110的正下方，通过进水孔110流入的水直接与引火机构2的上表面接触，从而使水与引火机构2发生放热反应；燃料材料部3位于壳体1底部，与引火机构2通过可燃保护层4隔开，基于此，在水与引火机构2发生放热反应放出的热量作用下，燃掉可燃保护层4，进而点燃燃料材料部3，燃料材料部3持续稳定燃烧可对外传导热量，实现在水中的自加热过程。

可选地，如图1示出了本申请一种示例性实施方式的自加热组件的外部壳体示意图，从图1可知，壳体1顶部设有两个进水孔110，用于向壳体1内部输入水；在一些可能的实施方式中，进水孔110的数量还可以为1个、3个、4个，等等，可以根据自加热组件实际的加热需求量的需求，调整进水孔110的数量，在确保引火机构2(图1未示出)位于进水孔110的出水侧，且进水孔110的孔截面对应于引火机构2的上表面的情况下，即引火机构2位于进水孔110的正下方，本申请对进水孔的数量不做特殊限定。

可选地，本申请的自加热组件还可以包括与进水孔110扣合的孔盖，用于在不使用自加热组件时防止水误入而导致自加热组件被误使用的问题。

在一些可能的实施方式中，如图2所示的为图1的自加热组件沿A-A的剖面图，由图2可知，燃料材料部3可以设有开口朝向进水孔110的凹槽120，引火机构2位于凹槽120内，并且凹槽壁设有可燃保护层4；

基于此，通过进水孔110流入的水与引火机构2发生放热反应后，产生的热量引燃可燃保护层4，待可燃保护层4燃掉后，点燃周边的燃料材料部3，产生的热量能够以凹槽为中心点向四周传播，提高热量的传导速度及传导范围，从而提高燃料材料部被引燃的速度，进而提高自加热组件的加热速率；同时，产生的气体由进水孔110排出，从而阻止外部水倒灌入壳体1内。

在一些可能的实施方式中，如图3示出了本申请图1的自加热组件沿A-A的剖面图，由图3可知，可燃保护层4、引火机构2可以依次位于燃料材料部3上，且引火机构2完全覆盖可燃保护层4，在此种情况下，经过进水孔110流入的水，直接与引火机构2接触并反应，并燃掉可燃保护层4后，进而点燃燃料材料部3，从而产生稳定的热扩散，实现水中自加热过程。

需要说明的是，在如图3所示的引火机构2、可燃保护层4、燃料材料部3的形状及安装方式中，为了确保水中的氧量能够完全支撑可燃保护层4燃烧足够的量，从而触发点燃位于可燃保护层4下方的燃料材料部3，应尽量减少可燃保护层4的量和厚度，因此凡确保可燃保护层4能够顺利点燃燃料材料部3，本申请可根据实际加热需求调整可燃保护层4的厚度，对此不做特殊限定。

在一些可能的实施方式中，如图4示出了本申请图1的自加热组件沿A-A的剖面图，由图4可知，可燃保护层4、引火机构2可以依次位于燃料材料部3上，且引火机构2部分覆盖可燃保护层4，引火机构2的上表面直接对应于进水孔110；在此种情况下，经过进水孔110流入的水，也可以直接与引火机构2接触并反应，并燃掉可燃保护层4后，进而点燃燃料材料部3，从而产生稳定的热扩散，实现水中自加热过程。同时，为了确保水中的氧量能够完全支撑可燃保护层4燃烧足够的量，从而触发点燃位于可燃保护层4下方的燃料材料部3，应尽量减少可燃保护层4的量和厚度，因此凡确保可燃保护层4能够顺利点燃燃料材料部3，本申请可根据实际加热需求调整可燃保护层4的厚度，对此不做特殊限定。

需要说明的是，凡确保由进水孔110流入的水首先与引火机构2接触并反应，使产生的热量足以点燃可燃保护层4，并使可燃保护层4足以触发并点燃燃料材料部3，本申请包括但不限于上述的引火机构2、可燃保护层4、燃料材料部3的形状及安装方式。

可选地，引火机构2包括透水性包裹部，以及位于透水性包裹部中的引火混合物，其中引火混合物能与水发生放热反应。

可选地，透水性包裹部选自透水性纤维布、水溶性聚乙烯醇薄膜和水溶性糯米纸中的任一种，例如单层无纺布；

在一些可能的实施方式中，引火混合物为红磷粉、铝粉、锌粉、镁粉中的至少一种反应粉与碘粉的混合，反应粉与碘粉之间的摩尔比为1：0.1～1.4；

在一些可能的实施方式中，引火混合物还可以为铝粉与重铬酸钾的混合，铝粉与重铬酸钾的摩尔比为1:0.1～0.4。

可选地，可燃保护层4的材料选自塑料或油毡纸，例如塑料薄膜，等等。

所述燃料材料部为含有固化剂、氧化剂、金属粉末、消焰剂的原料制备得到的固体燃料；其中，所述固体燃料中，所述固化剂、氧化剂、金属粉末、消焰剂的含量分别为所述固体燃料总质量的5％～50％、10％～55％、10％～80％和2％～7％；

可选地，所述固化剂选自聚氨酯胶或环氧树脂胶；所述氧化剂选自过氧化钙或过碳酸钠；所述金属粉末选自铝粉、铁粉、锌粉、镁粉中的任一种；所述消焰剂选自山梨酸钾、草酸钾、邻苯二甲酸钾、硬脂酸钾中的任一种。

基于此方式制备得到的固体燃料，燃烧时无明显火焰、无黑烟、无异味，且生成的无害其他从进水孔排出，也能够阻止外部水倒灌进壳体内，是一种安全、环境友好型的固体燃料，进而提高加热组件在食品等领域的安全应用。

本申请的自加热组件，在引火机构遇水发生反应后，产生的热量引燃可燃保护层，进而点燃燃料材料部向外传导热量，从而实现水中的自加热作业，可实现无氧条件下的自加热工作，组件制备成本低，携带及使用方便，燃料材料部向外传导热量时的热传导稳定性高，可应用各种热量需求的加热场景。

根据本申请的一个方面，提供一种自加热组件的制备方法，如图5示出了本申请示例性实施方式的自加热组件制备方法的流程图，如图5可知，制备过程包括如下步骤：

步骤S510中，在壳体底部形成燃料材料部；

在本实施方式中，可以首先形成燃料材料部，再将燃料材料部放入壳体内；其中，燃料材料部可以通过将燃材料部的成型前材料倒入预先定制的模具内，固化成型，本申请对此不作具体限定。其中，燃料材料部可以设有开口朝上的凹槽，凹槽的数量例如可以为1个、2个、4个，等等，本申请对此不作特殊限定。

步骤S520中，在燃料材料部上依次形成可燃保护层和引火机构，燃料材料部与引火机构通过可燃保护层隔开；

在本实施方式中，可以在燃料材料部上依次形成可燃保护层和引火机构，且燃料材料部与引火机构通过可燃保护层隔开；

在一些可能的实施方式中，在燃料材料部设有开口朝上的凹槽时，首先，在凹槽的凹槽壁上形成可燃保护层；其次，在包裹了可燃保护层的凹槽内形成引火机构；其中，进水孔的孔截面对应于凹槽的槽口截面。在此种情况下，凹槽的尺寸、可燃保护层和引火机构的尺寸是相匹配的，即根据凹槽的尺寸，制备与凹槽的尺寸相匹配的可燃保护层，随后根据凹槽的尺寸，制备引火机构，使引火机构能方便加入至包裹了可燃保护层的凹槽中，可参见图2所示；

在一些可能的实施方式中，可以在燃料材料部上依次形成可燃保护层和引火机构，并使燃料材料部与引火机构通过可燃保护层隔开，可参见图3和图4所示。

可选地，在包裹了可燃保护层的凹槽内形成引火机构的过程可以包括如下步骤：首先，配制能与水发生放热反应的引火混合物；其次，将引火混合物装入透水性包裹部，将透水性包裹部封口；最后，将透水性包裹部放入凹槽内。

在步骤S530中，封装壳体的顶部，并在壳体的顶部开设进水孔，引火机构位于进水孔的正下方。

在本实施方式中，可以封装壳体的顶部，并在壳体的顶部开设进水孔，使进水孔的孔截面对应于引火机构的上表面，以确保其在正常运输及人为使用条件下，不会发生偏差转动。

需要说明的是，自加热组件的制备方中所涉及的各部件、组成部在上述自加热组件的实施方式中已介绍，在此不再赘述。

本申请的自加热组件的制备方法，在壳体底部形成燃料材料部，并在燃料材料部上依次形成可燃保护层和引火机构，将燃料材料部与引火机构通过可燃保护层隔开；最后封装壳体的顶部，并在壳体的顶部开设进水孔，使进水孔的孔截面对应于引火机构的上表面，即引火机构位于进水孔的正下方，制备工艺简单，封装过程便捷，同时还可以根据实际加热需求，灵活调整壳体及燃料材料部的组成，从而得到满足不同热量场合需求的自加热组件。

实施例1

(1)常温条件下(20℃)，取10g植物油甲酯、30g镁粉，25g过氧化钙、5g山梨酸钾和10g聚氨酯胶(本实施例采用型号为PU-201的可室温固化的聚氨酯胶)，加入至500ml具有搅拌和抽真空功能的三口圆底烧瓶，搅拌5min；

(2)抽真空，将三口圆底烧瓶中的气泡去除，关闭搅拌装置，通过空气将瓶内压力补至常压(0.1MPa)；

(3)将瓶中物料导入预先定制的模具内，室温放置30min，实现固化成型，得到设有两个开口朝上凹槽120的燃料材料部3(参见图2所示)；

(4)根据凹槽120的尺寸，制备可燃保护层4；

(5)根据凹槽120的尺寸，制备两个引火部件2；其中，取0.5g铝粉和1g碘粉混合后，放入单层无纺布袋中，得到两个引火部件2，随后放置于凹槽120中；

(6)依次将燃料材料部3、可燃保护层4及引火部件2按照如图2所示的组合方式，放置于壳体1中，并在壳体1顶部加封盖，进行一体成型，成型过程中，在与引火部件2上表面对应的封盖上开设进水孔110，使引火部件2位于进水孔110的正下方；

(7)制备与进水孔110扣合的孔盖。

实施例2

自加热组件的制备方法

(1)常温条件下(20℃)，取10g甲酯、20g铝粉、30g过氧化钙、2g氯化钠、3g山梨酸钾和35g聚氨酯胶(本实施例采用型号为PU-201的可室温固化的聚氨酯胶)，加入至500ml具有搅拌和抽真空功能的三口圆底烧瓶，搅拌5min；

步骤(2)～(4)与实施例1相同；

(5)根据凹槽120的尺寸，制备两个引火部件2；其中，取0.5g铝粉和1g重铬酸钾混合后，放入单层无纺布袋中，得到两个引火部件2，随后放置于凹槽120中；

步骤(6)～(7)与实施例1相同。

实施例3

自加热组件的制备方法

(1)常温条件下(20℃)，取35g无烟煤粉、10g铝粉、20g过氧化钙、1g氯化钠、10g无水乙醇、3g山梨酸钾和21g聚氨酯胶(本实施例采用型号为PU-201的可室温固化的聚氨酯胶)，加入至500ml具有搅拌和抽真空功能的三口圆底烧瓶，搅拌5min；

步骤(2)～(4)与实施例1相同；

(5)根据凹槽120的尺寸，制备两个引火部件2；其中，取0.5g锌粉和1g碘粉混合后，放入单层无纺布袋中，得到两个引火部件2，随后放置于凹槽120中；

步骤(6)～(7)与实施例1相同。

实施例4自加热组件加热性能测试

将实施例1～3得到的自加热组件放置于装有500ml水的容器中，分别记录点火时间(水进入壳体1到点燃燃料材料部3的总时长)、加热速率(水温由20℃升到95℃的时间)及保温时长(敞口放置下，水温大于90℃的总时长)，具体参见下表1：

表1

自加热组件	点火时间(秒)	加热速率(秒)	保温时长(分钟)
				实施例1	12	167	12
实施例2	8	158	11
				实施例3	13	171	12

由表1可知，通过本申请的自加热组件制备方法得到的自加热组件，点火时间快，加热速率快，保温时间长的特点，在食品等快速、自加热领域具有广泛的应用前景。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims

1.一种自加热组件，其特征在于，包括壳体、位于所述壳体内的引火机构、燃料材料部；

所述壳体顶部设有进水孔；

所述引火机构位于所述进水孔的正下方；

其中，所述引火机构能与水发生放热反应。

2.根据权利要求1所述的自加热组件，其特征在于，所述燃料材料部设有开口朝向所述进水孔的凹槽，所述引火机构位于所述凹槽内；

其中，凹槽壁设有可燃保护层。

3.根据权利要求1所述的自加热组件，其特征在于，所述自加热组件还包括与所述进水孔扣合的孔盖。

4.根据权利要求1～3任一项所述的自加热组件，其特征在于，所述引火机构包括透水性包裹部，以及位于所述透水性包裹部中的引火混合物；

其中，所述引火混合物能与水发生放热反应。

5.根据权利要求4所述的自加热组件，其特征在于，所述透水性包裹部选自透水性纤维布、水溶性聚乙烯醇薄膜和水溶性糯米纸中的任一种；

所述引火混合物为红磷粉、铝粉、锌粉、镁粉中的至少一种反应粉与碘粉的混合，所述反应粉与碘粉之间的摩尔比为1:0.1～1.4；

或者，所述引火混合物为铝粉与重铬酸钾的混合，所述铝粉与重铬酸钾的摩尔比为1:0.1～0.4。

6.根据权利要求1～3任一项所述的自加热组件，其特征在于，所述燃料材料部为在无氧条件下燃烧的固体燃料。

7.根据权利要求6所述的自加热组件，其特征在于，所述燃料材料部为含有固化剂、氧化剂、金属粉末、消焰剂的原料制备得到的固体燃料，所述固体燃料中，固化剂、氧化剂、金属粉末和消焰剂的含量分别为所述固体燃料总质量的5％～50％、10％～55％、10％～80％和2％～7％；

其中，所述固化剂选自聚氨酯胶或环氧树脂胶；所述氧化剂选自过氧化钙或过碳酸钠；所述金属粉末选自铝粉、铁粉、锌粉、镁粉中的任一种；所述消焰剂选自山梨酸钾、草酸钾、邻苯二甲酸钾、硬脂酸钾中的任一种。

8.根据权利要求1～3任一项所述的自加热组件，其特征在于，所述可燃保护层的材料选自塑料或油毡纸。

9.一种自加热组件的制备方法，其特征在于，包括：

在壳体底部形成燃料材料部；

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述燃料材料部设有开口朝向壳体顶部的凹槽；

在所述凹槽的凹槽壁上形成可燃保护层；

在包裹了所述可燃保护层的凹槽内形成所述引火机构；

其中，所述进水孔的孔截面对应于所述凹槽的槽口截面。