CN1703603A - 用于自加热罐的插入式热模块 - Google Patents

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Abstract

一种自加热容器(3)，包括具有内部饮料部分的容器主体和热空腔(6)。在热空腔(6)的第一部分(15)中容纳液体反应剂(46)，并且在热空腔(6)的第二部分(10)中容纳固体反应剂(45)。固体反应剂(45)具有重量百分比至少为70％的CaO以及重量百分比至少为5％的碳酸盐，所述碳酸盐选自包括MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3和RaCO3的组。

Description

用于自加热罐的插入式热模块
本申请要求于2002年9月17日提交的系列号为10/245,650的美国专利申请以及于2001年10月25日提交的系列号为10/003,877的美国专利申请的优先权，二者均结合于此以供参考。
技术领域
本发明涉及自加热的罐或者其它容器，用于容纳宜于在消费或者使用之前进行加热的饮料、食物、药物、环氧树脂以及其它物质。本发明尤其涉及一种用于此类自加热容器的插入式热模块。
背景技术
容器可以具有集成的或者独立的插入式模块以用于加热该容器中的物质，例如日本米酒、咖啡或者汤液。在授予Scudder等人的美国专利5,461,867和5,626,022中公开了一种具有集成热模块的自加热容器的实例，而在授予Searle等人的美国专利6,134,894中则公开了一种独立的插入式模块的实例。这种容器通常包括有用于将食物或者饮料密封在其中的外壳或者主体，以及从底端延伸进入该容器主体的细长的空腔或者腔室。所述腔室的尺寸能够容纳热模块。该热模块通常含有两种化学反应剂，该两种化学反应剂当相互分离时处于稳态，但是当响应于使用者启动热模块而混合时，则产生放热反应(或者，替代的，吸热反应)并且由此加热(或者冷却)容器中的物品。该细长的空腔同时用作将反应剂容纳在其中的腔室、以及用于在其与容器主体中的周围物质之间传热的热交换器。该热模块通常具有两个腔室，其每一个用于容纳一种化学反应剂，并且由脆性的阻挡片例如金属薄片所分隔。通常，其中一种反应剂是液体，并且另一种呈粉末或者颗粒状的固体形态。氧化钙(生石灰)和水是已知的两种反应剂的实例，用于产生放热反应以加热容器中的物品。其它反应剂的组合(例如硝酸铵和水)可产生吸热反应以冷却容器中的物品。该热模块空腔通常由端帽密封。端帽的外侧用作启动器按钮，使用者可以按压该按钮以启动加热或者冷却反应。该端帽通常具有推杆或者类似的插杆式部件，其从启动器按钮延伸至阻挡片附近。按压该启动器按钮迫使插杆插入阻挡片中，将其刺穿并且由此使得反应剂相混合。由随之产生的放热反应(或者，替代的，所产生的吸热反应)所产生的热量在热模块的反应腔室和容器主体中的物品之间通过传导作用进行传输。该空腔的内壁可以形成凹槽或者打褶以促进该热传导作用。放热反应还通常产生气体和/或蒸汽，其允许通过位于容器端部的通气孔而逸出。使用者将容器翻转并且当容器中的物品已经达到理想的温度时对该物品进行消费。与空腔相对的容器主体的端部具有密封件或者封闭件，例如传统的饮料容器拉片或者易拉片(pop-top)，其能够被打开并且通过其使用者可以消费已被加热或者冷却的物品。
与将化学反应剂直接放入空腔(即，集成热模块)的现有技术中的自加热容器相关的其中一个缺点在于，在将该容器填充食物或者饮料并且经受标准的消毒处理之前，通常不能将反应剂可靠的置入该空腔中。这是由于消毒处理的热量可以破坏该反应剂。一般并不期望在同一位置处将热模块填入容器中并且进行消毒和包装。这是由于存在化学反应剂产生污染的风险，并且还由于在将食物或者饮料填充并且密封在容器中所需的相同的无菌环境下操作模块包装步骤所需的花费。当利用集成热模块时，目前的做法是在一个位置为容器填充食物或饮料并且对该容器进行消毒，并且继而将该容器输送至第二个位置处以结合容器与集成热模块。在某些情况中，甚至还需要使得容器返回至初始位置处以进行标识、分配或者仓库存储。
为了满足商业可行性的需要，自加热容器应该能够将产品升高足够高的温度并且还要发生在足够短的时间内。业内很多企业所接受的加热式容器的一个非正式的最低标准是：该热模块应该能够在少于180秒的时间内将容器中物品的温度至少升高40℃。
虽然例如授予Searle等的美国专利6,134,894已经公开了插入容器的空腔中的独立形成的模块，这些现有技术中的模块仍然具有很多缺点。例如，理想的是空腔的壁和热模块的壁形成接触以使得热传导程度最大化。然而，将热模块制造为具有精确的公差以使得该模块能够容易的滑入到空腔中并且同时完美的适配空腔的内壁经常是比较困难的。并且虽然例如铝等金属具有优良的热传导性能，在模块侧壁与空腔的内壁之间不可避免的形成空气间隙，该空气间隙成为绝热阻挡层。例如在Searle的专利中讨论的现有技术中的装置建议使用凝胶填充该空气间隙，但是由于凝胶易于干燥而具有有限的使用期限。
用比金属更为便宜的材料例如塑料来制造所述模块将是非常理想的。然而，通常在业内已形成共识，即塑料的低热传导率使其完全不适于使得塑料热模块在少于180秒的时间内将容器中的物品加热至40℃的期望温度。难以置信现有技术中的独立形成的热模块能够可靠的达到此温度/时间要求，尤其是对于标准尺寸的软饮料罐而言。因此，在本技术领域，能够实现此温度/时间标准的独立形成的模块将是重大的并且有意义的改进。
现有技术中的装置存在的另一个缺点在于制造具有热模块的容器的过程。该过程包括三个步骤：1)形成圆柱形的罐体(例如通过将金属片滚轧并且接拢)；2)形成罐的单独的底部，其具有热空腔并且然后将该底部与圆柱形罐体相连接；3)将盖子皱缩压制在该圆柱形罐体的顶部。如果该过程能够被缩减至仅有两个步骤，则将是本领域的一个重大的改进。
发明内容
本发明包括用于自加热容器的热模块。该容器具有带空腔的底端，所述空腔具有形成在其中的内壁以用于容纳热模块。该热模块将由具有塑料壁并且容纳第一化学反应剂的第一杯体构成。该热模块还具有用于容纳第二化学反应剂的第二杯体以及设置在该第一和第二杯体之间从而使得第一和第二化学反应剂不能混合的隔离壁。在该第二杯体的下面将设置端帽并且该端帽将第二化学反应剂保持在第二杯体内。用于刺穿该隔离壁的启动器设置在端帽和隔离壁之间。最后，该第一杯体的壁由足够薄的塑料形成并且具有足够低的维卡氏软化点(Vicat Softening Point)，从而在混合第一和第二化学反应剂时，该塑料壁将膨胀至与容器空腔的内壁形成接触。
本发明的另一个实施例具有与容器结合使用的压力致动通气孔，从而通过混合第一和第二化学反应剂而在该模块中形成的压力在该通气孔被致动之前应该超出约2psi。
再一个实施例包括的自加热容器具有容器主体，该容器主体带有加热模块空腔以及与该空腔相接合的加热模块。所述加热模块结合有通气孔，该通气孔设计为在启动加热模块之前抵抗高于2psi的内部压力，而在启动之后则抵抗不高于2psi的该加热模块的内部压力。
本发明的再一个实施例包括的自加热容器具有容器主体和形成在所述容器主体中的内部的饮料容纳部分，该容器主体具有约为355ml的总体积，而该饮料容纳部分则在其中容纳有约为210ml的饮料。加热空腔形成在该容器主体的底部中并且具有当混合时能够将210ml饮料的温度升高至少约50℃的第一和第二反应剂。可选的，总体积可以是约为475ml，而饮料容纳部分具有约为305ml的饮料，并且该热模块将305ml的饮料至少加热至约50℃。
本发明还有一个实施例，包括一种制造具有热模块空腔的容器的方法。该方法包括以下步骤：(a)提供一张单独的初始金属片；(b)通过拉制工艺将该初始片拉伸至大于容器最终长度的长度尺寸，该容器具有封闭的底端和开口的顶端；(c)通过拉制工艺，在该底端上进行压窝成形以在底端内形成热模块空腔；以及(d)围绕该开口顶端形成盖缘。
本发明的再一个实施例包括的自加热容器具有容器主体，该容器主体具有内部的饮料部分以及热空腔。液体反应剂放置在该热空腔的第一部分中并且固体反应剂放置在该热空腔的第二部分中。该固体反应剂包括重量百分比至少为70％的CaO，以及选自包括MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3、和RaCO3的组的重量百分比至少为5％的碳酸盐。
本发明的再一个实施例包括能够指示温度的食物或者饮料容器，其包括有主体，该主体具有以可操作方式与之接触的热敏墨水(thermographic ink)。该热敏墨水当容器达到第一温度时提供第一指示，并且当容器达到第二温度时提供第二指示。
本发明的又一个实施例包括的自加热容器具有容器主体，该容器主体结合有加热模块以及设置到容器上的标签。该标签包括由热缩材料形成的第一层以及粘附到该热缩材料层上的由聚合物泡沫材料形成的第二绝热层。
附图简要说明
图1A是本发明的自加热容器和插入式热模块的局部截面图。
图1B是自加热容器和插入式热模块的结合截面图。
图2是本发明的热模块的分解视图。
图3A是热模块的端帽的顶部立体图。
图3B是热模块的端帽的底部立体图。
图3C是热模块的端帽的顶部平面视图。
图4是与端帽相连接的启动器的视图。
图5A是容纳有化学反应剂的热模块的横截面示意图。
图5B是容器壁的详细视图，示出通过形成在端帽中的容器主体通气孔截取的截面。
图5C与图5B类似，但是其示意形成在端帽中的压力通气孔密封件发生的变形。
图5D为沿着形成在端帽中的扣夹截取的另一个截面图。
图6示意热模块的可选实施例。
图7示意热模块的另一个可选实施例。
图8示意热模块的第三个实施例。
图9为示出通常覆盖容器的绝热套筒的立体图。
图10A是端帽的可选实施例的立体图。
图10B为在启动器的可选实施例中的刺穿尖端的放大视图。
图11为形成在下部水杯体中的脆性阻挡片的可选实施例的立体图。
图12A-12C示意可选的热模块的构件。
图13为在水杯体的下侧形成通气孔的脊部的断面的底部立体图。
图14为示出置位的密封片的侧截面图。
图15为示出密封片被抽出的侧截面图。
图16为可选的热空腔和模块的侧截面图。
图17示出本发明的新颖的罐成形过程中的几个步骤。
图18示出罐的热缩标签的可选实施例。
图19示出热敏墨水指示器的可选实施例。
图20为示意本发明的特定实施例中蒸汽逸出状况的图表。
具体实施方式
图1A示出由外部侧壁4、顶部5、以及内壁7形成的自加热容器3。虽然没有示出，但是可以理解，顶部5可以具有例如在一般的汽水罐中可以看到的传统的拉片或者易拉片开口。可以看出内壁7通常是圆柱形的并且形成腔室或者空腔6。虽然没有明确的示出，但是空腔6的内壁可以形成凹槽以便提供更多的表面面积，从而促进从热模块1向容器3中的物品的热传导。热模块1的尺寸使得其能够插入空腔6中，如图1B所示。该热模块1的主要构件、上部杯体10、下部杯体15以及端帽22由图1B和2清楚的示出。第一或者上部杯体10由基本为圆柱形的侧壁11以及一体的顶部13形成。上部杯体10还具有围绕侧壁11的基底延伸的杯缘12。在图1B中可以看出上部杯体10的内部是中空的。图2还示出第二或者下部杯体15，其具有压配环16、圆柱形侧壁17以及底环18。下部杯体15的顶部将由脆性阻挡片19形成，其将在下面详细描述。
在图1A和2中示出的端帽22在图3A-3C中更为清楚的示出。图3A示出端帽22的顶侧25具有启动器23、压力通气孔密封件28、罐连接压力夹30以及容器主体通气孔31。图3C最好的示意出端帽22的两个附加元件：下部杯体通气孔32和容器扣夹29。图3B中的端帽22的底侧26示意出该端帽22由中间部分27形成，在该中间部分的中心位置设置有启动器按钮24。该中间部分27由足够柔性的材料形成，其使得启动器按钮24在其上施加有压力时能够容易的向内移动。可以理解底侧26上的启动器按钮24与位于顶侧25上的启动器23正对。启动器23从端帽22的顶侧25向上延伸并且还具有图4所示的元件。启动器23包括有在其顶部形成有尖锐的刺穿尖端35的中心柱体38。在图4所示的实施例中，从中心柱体38延伸出四个翼片39，但是当然本发明包括具有更少或者更多个翼片39的设计形式。其中的两个翼片39在其顶部形成有尖锐的切削36。另外两个翼片39在其顶部则具有更为圆化的加宽刃(spreading edge)37。在一个优选实施例中，启动器23形成在使得其近乎接触脆性阻挡片19的一定高度处，例如启动器23的顶部距离脆性阻挡片19约为2mm+/-1mm。然而，这只是一个优选的高度并且启动器23的其它的高度亦落入本发明的范围内。在图10B中示出中心柱体38上的刺穿尖端的一个优选实施例。该图示意出形成在其上的倾斜刀刃85。中心柱体38的该实施例将呈现出优秀的刺穿脆性阻挡片19的能力，但是仍然包括从中心柱体38延伸出的具有切削刃和加宽刃的翼片。
图1A示出容器3和热模块1处于组装的状态下，其中热模块1已被插入空腔6中。通过将下部杯体15插入上部杯体10的底部从而使得上部杯缘12滑移到下部杯体15的压配环16的顶部上方可以将热模块1自身进行组装。然后端帽22接合容器侧壁4的下边缘和下部杯体15的底环18并且如下所述紧固于此。图9示出容器3还可以具有由绝热材料70例如波纹纸板形成的套筒、包含容器标签和其它印刷件的塑料热缩罩71、以及用于避免过热的金属接触吸食者嘴唇的塑料顶环72。
参考图5A的横截面视图可以理解热模块1的操作方式。该图示意出其中插有热模块1的容器3。在本发明的一个优选实施例中，上部杯体10的内部填充有第一化学反应剂45，其为固体材料。下部杯体15示为填充有第二化学反应剂46，在该实施例中，其为液体材料。上部杯缘12和压配环16之间的连结部被气密性密封以防止无意中将反应剂45和46混合。一般使用者在启动热模块1之前将会翻转容器。为了启动热模块1，在启动器按钮24上施加压力以使得启动器23接合并且刺穿脆性阻挡片19。当启动器按钮24上的压力解除时，其将弹回到初始位置并且允许反应剂45和46通过阻挡片19上的刺孔而混合。反应剂45和46的混合会产生最终将容器3中的物品加热至理想温度的放热反应。在一个实施例中，端帽22由透明的或半透明的塑料形成。液体反应剂可以进行染色以便允许使用者能够容易的观察到是否所有的液体反应剂已经流入上部杯体内。虽然现有技术中的装置已经采用墨水来对液体反应剂进行染色，本发明则采用食用色素，如果不经意间被饮用者例如幼小儿童吸食，其是完全无害的。
本发明的一个方面涉及反应剂45和46的类型以及用量。虽然在本领域已知反应剂45包括氧化钙(或者“生石灰”)并且反应剂46包括水，但是已经发现水与生石灰之间的特定比例将更有效率的产生用于传导至容器3中的物品的热量。对于必须容纳210ml饮料的标准尺寸的汽水罐而言这一点尤为重要，由此剩余大约115ml的体积用于形成空腔6并且容纳插入模块1。为了实现所期望的在少于180秒的时间内将210ml的液体加热40℃，水对生石灰的一个优选比率是27g的水对74g的生石灰，其给出的水的总重量与生石灰的总重量之间的比率约为0.36。然而，更为宽泛的比率范围例如在约0.30和0.40之间或者甚至在约0.2和0.50之间可能在理想时间内产生理想的加热，如果如下面进一步描述的，在热模块中形成压力和/或使用最佳的材料制造该热模块。通常，用于加热210ml液体的生石灰的最低重量应该约为55-60g。
生石灰的一种优选形式包括总量最少为91.0％的CaO、最多2.0％的MgO、最多2.0％的CO2、最多0.5％的SiO2、最多0.2％的Fe2O3、最多0.2％的Al2O3、以及最多5.0％的CaCO3。该生石灰具有约为2.5至3.0的莫氏硬度值以及3.0-3.3的比重。生石灰颗粒的平均直径在约0.5mm至6mm的范围内，或者更优选的在1mm至5mm的范围内，或者最优选的大部分颗粒的直径约为2-3mm。符合上述规格的生石灰可从位于Perak，Malaysia的MCB Industries得到。这种类型的生石灰通常并非可获得的具有最快反应速度的生石灰，但是的确具有在反应期间趋于使得温度稳定提高的有利特性。而且，虽然纯净水和生石灰在很多情况下均是合适的反应剂，在水和/或生石灰中添加不同的化学试剂以改变该反应过程的各种参数是众所周知的。对于水和/或生石灰的所有这些改变均意欲包含在本发明的范围内。
本发明的另一个方面涉及在热模块1中形成压力密封件以在水和生石灰反应期间提高温度。在计示压力为零时，水在100℃时改变状态，并且热模块中的中心温度并不会超过该温度而显著升高。然而，通过密封该热模块并且使得其内部压力升高，则热模块中的温度可以增加。例如，已经发现5.5到6psi的计示压力能够使得模块中的温度升高至108到110℃。然而，虽然使得计示压力超过约7至8psi通常是不现实的，即使2psi的压力也会有助于进一步的加热。图5B详细示出端帽22的压力通气孔密封件28将处于压靠下部杯体15的底环18的位置。图5C中的虚线示出通气孔密封件28处于松弛状态并且尚未被压靠在底环18上。在如图5D所示将端帽22放置在容器3的底部并且扣夹29牢牢地夹持环18的底部边缘之后，实线示意了通气孔密封件28发生轻微变形并且紧紧压靠在底环18上。通气孔密封件28还趋于将下部杯体10的侧壁17压入空腔壁7中，由此防止蒸汽从下部杯体10和空腔壁7之间逸出。开始时，随着在热模块1中压力的增加，通气孔密封件28保持原位并且能够抵制该渐增的压力。然而，随着该压力升至5至7psi，通气孔密封件28设计为破裂并且向后折叠。如图5D所示，虽然没有足够的空间使得逸出的气体移动经过底环18和扣夹29之间的连接部，由化学杯体通气孔32和主体容器通气孔31(见图5C)所提供的空间将使得气体在通气孔密封件28一旦发生弯曲时在底环18下方逸出。流入化学杯体通气孔32中的气体将能够横向的流动以到达最近的主体容器通气孔31。当蒸汽进入主体容器通气孔31时，其将被引导到端帽22的侧面之上以及波纹状绝热套筒70(图9)与容器3的侧壁4之间。这有助于在蒸汽(被高度冷却的)最终在容器顶部附近从绝热套筒70的顶部慢慢的消散之前将更多的逸出热量传送给容器中的物品。这也避免了过热的蒸汽直接从端帽22逸出并且可能灼伤容器的使用者。由于本发明在模块1中提高压力，因此允许水对生石灰的比率具有较为宽泛的变化并且仍然能够在理想时间期限内实现理想的加热程度。
虽然水反应剂的大部分或者与生石灰结合或者转变为蒸汽，在特定情形下，随着压力开始降低在端帽22中可以保留少量的水。当使用图3所示的端帽22时，该端帽可能具有使得逸出的蒸汽驱使该少量的水流出端帽22的不利效果，从而使得罐的基底溅出少量的热水。这是在商业中所不期望的效果。为了避免这种现象的发生，在图10A中示出了端帽22的另一个可选实施例。在压力通气孔密封件28的内周边上设置有脊环75。脊环75沿其周边形成有多个间隙76。虽然在图中没有示出，可以理解当组装热模块时，脊环75将适配到下部杯体10的内壁上。如果脊环75的外直径约等于下部杯体10的内直径，则间隙76将允许脊环75稍微的向内弯曲并且由此确保牢固的安装在下部杯体10上。已经发现，当在操作期间从热模块卸压时，脊环75成功的避免了任何残留在端帽22中的水从罐的底部溅出。
本发明的另一个发明内容在于构成热模块1的材料。如上所述，现有技术中的热插件的严重局限在于确保空腔的内壁和热模块的壁之间形成接触的难题。而且，现有技术通常认为使用塑料制造热模块是不现实的，因为塑料具有不良的热传导特性。然而，本发明已经克服了这些局限并且提供一种由塑料制成的有效的热插件。
再次参考图2，上部杯体10、下部杯体15以及端帽22在本发明的一个优选实施例中将全部由塑料制成。重要的是，上部杯体10是塑料类型的并且具有呈现多个特性的厚度。首先，在标准温度和压力下，上部杯体10应该具有足够的强度并且具有充分的凹凸程度，使得热模块1可以在一个位置容易的制造并且然后运送至另一个位置以便在组装完整的自加热容器时插入容器3中。当然，上部杯体10还应该能够经受由组装完整的自加热容器的工人进行的严格操作。而且，上部杯体10应该是不透水和水蒸气的。同时，当热模块受热并且内部压力升高时，上部杯体10的塑料应该是充分薄的并且充分延展从而其均匀膨胀以事实上接触空腔6的全部内壁
为了实现这些特性，本申请人已经发现形成上部杯体10的塑料应该具有可由维卡氏软化点(VSP)限定的塑性质量并且模块的各种元件的壁应该具有特定的厚度范围。虽然本发明并不局限于具体的塑性化合物，上部杯体10的一个优选实施例由聚氯乙烯(PVC)或者聚苯乙烯(PS)构成，优选的通过真空成形工艺制成。然而其它的塑料，包括但是并不局限于低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯或者甚至橡胶处理塑料或者乳胶塑料，在特定的情况下对于模块1的各种元件也是合适的。而且，上部杯体10的壁，同模块1的其它元件的壁一样，根据所使用的塑料的类型，可以在约0.001mm至0.65mm之间变化。更为优选的，这些壁厚从约0.05mm至0.3mm变化。对于上部杯体10而言，一个优选实施例将具有小于约0.2mm的壁厚。
维卡氏软化点(VSP)或者维卡氏软化温度是用于确定塑料达到一种特定塑性程度所需温度的标准测试(见ASTM D 1525，ISO 306)。更具体的，维卡氏软化温度是使得在特定荷载下平顶针能够刺入试件中1mm深度的温度。该测试过程通常需要将试件放置在测试装置中从而刺针在其表面上停靠在距离边缘至少1mm的位置处。将10N或者50N的荷载施加在该试件上。然后将该试件降至23度C的油槽中。以每小时50℃或者120℃的速率提高油槽的温度直至所述针刺穿1mm的深度。在产生1mm刺穿时的温度反应了当一种材料使用在高温应用环境中时可以预计的软化点。热模块1的元件可由具有在约20℃和140℃之间的VSP的塑料制成，但是更优选使用具有在约60℃和120℃之间的VSP的塑料。在一个优选实施例中，上部杯体10的具有小于0.2mm的厚度的壁的VSP将具有小于90℃的VSP值。可以理解VSP和壁厚可以根据不同的实施例而变化并且可接受的VSP范围和壁厚是相关的。例如，对于具有较高VSP的塑料而言，杯体的壁需要更薄以确保被相混合的反应剂加热时该壁能够适度的膨胀。相反，具有较低VSP的塑料允许使用更厚的壁，而同时仍然能够获得在加热时的理想膨胀程度。重点考虑的是这些特性的组合应该提供具有上面所列特征的上部杯体10。在处于标准温度和压力时该杯体应该具有充分的刚性以经受通常的操作，但是当经受通过启动热模块1而使得水与生石灰发生反应从而产生的热量和内部压力时，该杯体应该表现为塑性并且朝向空腔的内壁进行膨胀。
下部杯体15构造为具有与上部杯体10不同的特性。并不期望下部杯体15由于生石灰发生化学反应并形成的热量和压力而变形，并且下部杯体15也应该是不透水和水蒸气的。因此，下部杯体15的一个优选实施例由高密度聚乙烯(HDPE)通过注射模制工艺形成。然而，下部杯体15可由其它的塑料例如PP或者ABS形成，只要这些其它的塑料表现为这里所述的功能性特征。例如，其它合适的共聚物由位于新加坡的TPC公司生产，并且以商标“COSMOPLENE”和制造号AX164 AED314 A04069进行销售。优选下部杯体15的材料具有至少120℃的VSP，并且侧壁17、压配环16以及底环18至少具有约0.3mm的厚度。在另一方面，脆性阻挡片19基本具有约0.2mm的厚度。虽然脆性阻挡片19应该具有足够薄的厚度以便易于被启动器23刺穿并且使得下部杯体15中的水进入上部杯体10中，阻挡片19(即使被刺穿时)应该保持足够的刚性以便当反应发生时将生石灰基本保持在上部杯体10中。
在一个优选实施例中，脆性阻挡片19将由两个部分构成。第一部分形成在脆性阻挡片19的中间并且基本为圆形区域，其直径约为20mm并且厚度约为0.05mm至0.25mm。可选的，第一部分可以具有破裂线或者其它一些在塑料中特意形成的缺陷。第二部分(具有20mm直径的中央外侧)优选具有至少约0.3mm至0.4mm的厚度但是也可以是0.2mm至0.6mm的厚度。除了与使用过多的塑料而造成的成本或者需要过长的冷却时间有关以外，厚度的上限并不重要。优选也在第二部分中形成破裂线以确保其如下所述可以为膨胀的生石灰提供空间。该优选实施例的一个变型示于图11中。图11示出较薄的中央部分80，其在该中央部分中不需要破裂线。围绕中央部分80形成一系列较厚的周边部分81。不同于中央部分80，该周边部分81由具有降低的厚度(类似于中央部分80的厚度)的破裂线82所分隔。如果没有较厚的周边部分81，则有可能当启动器的刺穿尖端刺压该中央部分80时，中央部分80向上弯曲而仅仅被移位，却未被刺穿。然而，周边部分81使得脆性阻挡片具有足够的刚性从而中央部分80不能通过发生弯曲以离开刺穿尖端从而避免被刺穿。在操作中，中央部分80已被刺穿并且石灰与水发生混合之后，石灰通常会开始膨胀。优选使得全部脆性阻挡片提供空间并且使得石灰膨胀进入下部杯体15中。破裂线82有助于确保现在已被刺穿的脆性阻挡片更容易的裂开并且使得石灰膨胀进入下部杯体15中。显然图11中的脆性阻挡片的设计形式可以用于本发明的其它实施例中，例如图6所示的脆性阻挡片55的替代形式。
端帽22在生石灰反应温度下也不应该发生变形，并且使得处于液态和汽态的水均不可透过。然而，端帽22应该具有充分的柔性以使得当按压启动器按钮24时启动器23可以向前移动并且端帽22的结构完整性不受损害。在一个可选的优选实施例中，端帽22由聚丙烯(PP)无规共聚物制成。通常，优选该共聚物具有约为20的熔体流动指数、小于900MPa的挠曲模量、并且该材料具有较高的透明度。端帽22可以通过各种适当的工艺例如注射模制工艺或者真空模制工艺而形成。一种合适的共聚物由泰国的SCT公司所生产并且以商标“EL-PRO”和制造号W03/Y44#3进行销售。另一种合适的共聚物由德国的BASF公司生产并且以商标“Novolen”和制造号3340NC进行销售。图中所示的端帽22的优选实施例应该具有大于约0.3mm的壁厚并且应该具有最低约120℃的VSP。自然启动器23可以形成为具有稍厚的厚度以确保其具有足够的用于刺穿脆性阻挡片19的刚性。
本发明的再一个实施例示于图6-8中。图6示意的实施例中，一体的杯体50由上部杯体侧壁51、下部杯体侧壁52和底缘53构成。具有密封环56和脆性阻挡片55的分隔壁插件54将安装到一体的杯体50中并且停靠在侧壁51和52的结合处。底缘53将如上所述的接合端帽22。容易理解第一反应剂腔室或者杯体形成在脆性阻挡片55上方的空间中，并且第二反应剂腔室或者杯体形成在脆性阻挡片55和端帽22之间的空间中。在所有其它方面，图6所示的热模块1将以与前述热模块相同的方式进行操作。
图7示意出可选的分隔壁插件60。脆性阻挡片61具有穿孔的支撑框架，其用于支撑不透水的片材例如金属薄片。通常仅由片材制成的脆性阻挡片过于薄弱并且容易发生意外的破裂。然而，附加的支撑框架使得片材制成的脆性阻挡片更为可靠。上述具有切削刃和加宽刃的启动器23将确保刺穿该脆性阻挡片。
图8示意出在分隔壁插件54、下部杯体侧壁68、以及端帽22方面与图6所示类似的热模块1的实施例。然而，上部杯体部分69则具有进行重大变化的设计形式。该上部杯体部分69由框架结构66形成，其形成有一系列的窗体67以代替在前述实施例中可见的实心上部杯体壁。不同于前述的实心塑料侧壁，上部杯体部分69具有位于该窗体67中的片材73例如金属薄片。虽然为了简化起见仅有一个窗体67示为具有片材73，可以理解所有的窗体67均由片材73所覆盖。片材73通过传统的方式例如高温粘结剂、热冲压、喷胶、热胶或者任何其它适当的传统方法连接至框架结构66。片材73可以固定在窗体67中从而其具有一定量的额外材料或者“松弛量”。以此方式，当启动热模块并且在上部部分69中的内部压力升高时，片材将从窗体67稍稍向外凸出并且由此确保在容器的空腔的内壁和片材73之间形成大的接触面积(以使得热传导程度最大化)。
虽然上述实施例克服了很多存在于现有技术中的装置的缺点，但是仍然具有可以改进的方面。例如，虽然上述实施例能够在三分钟内将210ml的液体加热40℃，在某些情况下期望实现更高水平的加热程度。例如，如果被加热的饮料的周边温度为25℃，大多数消费者通常认为使得饮料温度增加至65℃的40℃的增加量是足够高的。然而，如果饮料的周边温度仅为10℃或者15℃，则饮料温度的40℃的增加量是通常不会认为是足够的。而且，上述实施例有时可能易于产生显著量的蒸汽或者产生听得到的起泡声、穿孔声或者响亮的爆裂噪音。有时还会发生所使用的特定反应剂产生一种化学气味并可由逸出的蒸汽传递给消费者。很多消费者通常认为这些特征是不理想的。而且，蒸汽的产生会严重抑制将最大的热能传导给饮料。例如，将水转化为蒸汽则每克的水蒸气消耗543卡路里热量并且大量的该热能从燃料混合物如蒸汽损耗，并且使得较少的热量被传导至饮料中。
克服了这些缺点的本发明的一个可选实施例热模块101示于图12-18中。参考图12，热模块101具有多个与前述的热模块相似的特征，例如第一杯体或者石灰杯体110、第二杯体或者水杯体115以及端帽122。然而，热模块101的尺寸与前述热模块的不同并且将在下面更为详细的描述。水杯体115具有由薄的或者薄弱的中央区域120形成的脆性阻挡片116、嵌板119以及形成在嵌板119之间的薄弱区域117，这一点与前述的实施例类似。水杯体115还具有过渡为下缘118的肩部121。然而，如图12C中水杯体115的仰视图所示，水杯体115与前述实施例不同之处在于肩部121的内表面具有一系列沿其圆周形成的脊部135。脊部135仅需具有1或2mm的高度，该距离足以使得气体从脊部135之间经过。端帽122与前述实施例不同之处在于具有更长的启动器，并且具有密封片推动环124，其功能将在下面进行描述。
与前述实施例的另一个不同之处在于密封片130，其位于水杯体115与端帽122之间。如图12B所示，密封片130具有主体部分133、中心孔132以及密封缘131。密封缘131通过两个切134a在较大程度上与主体部分133相分离，从而仅使得连接片134b将密封缘131连接至主体部分133。图13示出底部立体图，其中端帽122和密封片130的一部分被切除从而更为清楚的示意脊部135相对于热模块101其它构件的定位情况。
图14为截面视图，最清楚的示出密封片130在热模块101中的操作方式。同前述实施例一样，端帽122将利用连接压力夹126夹紧罐103的底缘，而利用水杯体扣夹129夹紧水杯体115的下缘118。然而，密封片130现在则位于水杯体115与端帽122之间。可以看出启动器123经由密封片130的中心孔132延伸，而推动环124则围绕中心孔132的周边接合密封片130。非常明显的，密封片130的密封缘131向外延伸并且接合水杯体115的下缘118的内表面以在该两个表面之间形成密封。同时，通气孔密封件128向上延伸以接合密封缘131的底部并且在该两个表面之间形成密封。这样，水杯体115中的水(或者可能会有所存在的气体)可以在水杯体115上的脊部135之间经过，但是不可从下缘118的内表面与密封缘131之间流出。在密封片130的底部与通气孔密封件128之间也不会有水流流出。
图12A也示出形成在水杯体115上的环密封件114。在某些情况下，自加热饮料的特定供应商并不希望采用石灰杯体10，而是希望将生石灰直接加入到空腔中。在这种情况下，需要该水杯体将生石灰保持在空腔中。依然重要的是，该水杯体在生石灰和外界环境之间形成不透水汽的密封。否则，环境中的水汽将最终污染生石灰并且降低其活性。环密封件114的尺寸能够使其紧紧的接合热空腔的内部侧壁并且阻止任何水汽从环密封件114下方进入到容纳生石灰的区域中。以如此方式，可以保持生石灰的干燥性，并且由此保持其活性。
热模块101的操作方式与前述实施例稍有不同。当水与固体反应剂混合时，将产生反应物气体和蒸汽(如果温度超出水的沸点)。产生过多的蒸汽通常认为是不理想的，因为这有可能烫伤操作该罐的人员。也认为，当产生过量的蒸汽时，由于状态改变，每克蒸发的水要损耗大量的卡路里，在发生反应的生石灰中可用的热能并未高效的传导至罐内物品中。为了避免产生过量的蒸汽，需要避免过快的加热反应剂。用于减缓加热速率的一种方式是避免反应期间在热模块中压力逐渐升高。当需要启动热模块101时，将罐翻转，按压启动器按钮125，并且如同前述实施例中一样端帽122的底部将朝向脆性阻挡片116弯曲。然而，现在端帽122的移动将带动推动杆124。当推动杆124朝向脆性阻挡片116移动时，其带动密封片130。密封片130的移动将最终拉动连接至并且邻近连接片134b(见图12B)的密封缘131的部分与水杯体下缘118脱离接合，如图15所示。随着密封缘131与下缘118脱离接合，在脊部135之间并且沿着下缘118的内表面向下形成用于气体的通道140(虚线)。气体可以在杯体扣夹129之间流动并且通过罐压力夹26中的裂口127(见图12A)流出该罐。在一个优选实施例中，设想通道140将使得气体实质上在大气压力下从热模块101的内部流出。可选的，如果沿着通道140的紧密配合的部件使得压力在热模块101中具有一定程度的提高，则优选在气体沿着通道140流出之前该压力不可超出约2psi。一旦密封片130朝向脆性阻挡片140向上延伸，其将执行二级功能。由于脆性阻挡片116上形成有裂口并且还由于特意的使用薄膜材料设计其，在现有技术的装置中，热的生石灰有时可能会通过破裂的阻挡片落下或者甚至熔化该阻挡片并且与端帽122形成接触。如果生石灰中还残留有足够的热能，则其可能通过端帽122熔化并且造成严重的烫伤危险。然而，在本发明中当密封片130随着122向前移动时，密封片将直接位于破裂的阻挡片116下方。由此，密封片130提供了一个附加的材料层，在生石灰接触端帽122之前，热的生石灰必须经过或者熔化该层。在大多数情况下，这将在很大程度上降低热的生石灰脱离模块的可能性。典型的，密封片130将由如下塑料制成，该塑料具有足够厚度，以至少在5分钟内抵抗(即沿其厚度不会完全熔化)200℃的温度并且至少在10分钟内抵抗150℃的温度。在一个实施例中，密封片130将由聚丙烯制成并且厚度在约1mm和2mm之间。
再次参考图14，可以理解，设置密封片130时，压力通气孔128同上述参考图5D相同的方式进行操作。即使在具有密封片130和通气通道140的实施例中，也可能存在特定的情形，使得期望具有压力通气孔128。例如，当罐处于存储期间，如果在水杯体115中产生漏洞而使得水和固体反应剂相混合，由于尚未使用按钮125启动热模块，因此压力不能沿着通气通道140释放。如果随着加热成分的反应而使得压力继续增加，则可能使得罐发生破裂，或者至少端帽122可能突然脱离罐的底部并且同时反应剂扩散到周围区域中。然而，压力通气孔128将在这些情况发生之前启动并且使得压力消散到罐的外部而由此保持罐的组装形态。
如上所述，在一些情况下，能够将210ml的液体加热约40℃的自加热罐是可以接受的，但是更有利的是将液体的温度提高约50至60℃。然而，在现有技术中，在标准的汽水罐大小的容器中未能实现该特征。典型的，这种容器的高度可以是不超过127mm以适应传统的售货机，并且直径不超过68.2mm以适应传统的制罐生产线。现有技术的汽水罐类型通常具有约为325至350ml的总体积(并且在现有技术的自加热汽水罐类型中具有210ml的饮料容积)。已经发现为了使得产生的蒸汽量最小化并且实现约50℃的温度变化，期望增加所使用的反应剂的体积而同时控制反应的剧烈程度。传统的汽水罐尺寸的自加热罐具有的热模块可以容纳约75ml(或者66克)的固体反应剂和约28ml的液体反应剂。然而，现有技术中的装置通常不能将210ml的饮料加热至远高于40℃，特别是在不产生大量蒸汽的情况下。已经发现容纳具有更多体积的反应剂的汽水罐尺寸的罐有助于使得罐在产生最小量的蒸汽的情况下将210ml的液体至少加热50℃。图16示意出符合这些标准的罐。罐103具有67mm的直径D以及116mm的高度H以提供约384ml的最大可用容积。热空腔具有约66mm的高度H和约62mm的直径D，但是期望使得空腔的壁向上稍稍变细(例如D在空腔底部为62mm，而在其顶部则为61.4mm)。
此更大容积的空腔使得能够应用更大体积的反应剂，从而有助于实现所期望的加热效果，即使得产生的蒸汽量最小化的情况下将罐中的物品至少加热50℃。而且，使用活性更强的石灰可以实现更高的温度。生石灰的活性可由例如在ASTM C-110中规定的标准潮解率测试(slaking rate test)进行测定。一般来说，该标准包括将约150g的生石灰混入600ml的水中并且观察温度变化。该标准还定义了术语“总温度升高值(Total Temperature Rise)”，其定义为初始温度与当连续三个温度读数的变化不超过0.5℃时所观察到的温度之间的差。在一个优选实施例中，用作固体反应剂的生石灰具有至少60℃的总温度升高值。这种生石灰的一个实例可从Natsteel Chemicals(M)SdnBhd，Lot 38046，Mukim Sg Raia，Batu 5，Jalan Gopeng，31300KgKepayang Perak，Malaysia得到，并且其成分为：活性CaO-86％-90％；全部氧化钙(CaO)-88％-92％；二氧化碳(CO2)-2％max；氧化镁(MgO)-2.5％max；氧化硅(SiO2)-0.3％max；以及氧化铁&氧化铝(Fe2O3和Al2O3)-1％max。其反应性表示为：
Tsec℃               6-12分钟
Tmax℃               66℃min
70℃max
(其中是Tsec是达到最高温度的时间，而Tmax是最高温度，即在测试中达到的总温度升高值)
然而，约50℃的总温度升高值并且甚至约45℃均认为落在本发明的范围内。业已认为控制总温度升高值的主要因素在于生石灰中活性CaO的百分比。“活性CaO”代表可以用来与水发生反应的全部的Ca，这不同于存在于其它形式例如CaO2中的Ca。现有技术中的基于CaO的固体反应剂通常仅具有约为68％的活性CaO百分比。业已认为当使用百分比超过70％的活性CaO时可以获得显著改进的效果，该百分比更优选的超过约75％，并且仍然更优选约为85％-90％或者更高。本领域普通技术人员将会意识到使得生石灰暴露于其中的大气湿度的量值将会影响活性CaO的百分比。因此在将生石灰与液体反应剂相混合之前，通常优选的采用使得生石灰最低程度的暴露于潮湿大气中的操作。而且，生石灰中的某些特定杂质易于降低其发热能力。例如，具有较高百分比含量的难溶氧化硅例如SiO2将对生石灰的性能产生不利的影响。据本发明人所知，现有技术中的生石灰通常含有含量超过3％的难溶氧化硅。本发明使用的生石灰具有的难溶氧化硅的含量低于约3％，并且优选低于1％，例如SiO2含量最高为0.3％的上述Natsteel生石灰。
而且，使用反应抑制剂或者缓和剂将显著降低产生蒸汽的倾向。虽然现有技术已经在液体反应剂中使用含有氢氧化钾的材料做为缓和剂，这种化合物具有重大的缺点。通常认为如果被摄取，则氢氧化钾构成毒性物质，并且如果接触皮肤或者被吸入体内则构成刺激物。因此，如果氢氧化钾通过蒸汽或者从热模块中意外渗漏而释放出来，均可构成健康危害，尤其是对于幼小的儿童。然而，本发明在固体反应剂中使用的缓和剂具有显著的优点，即非毒性、非刺激性并且不产生难闻气味。在一个优选实施例中，该缓和剂为从MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3、或者RaCO3构成的组中所选择的碳酸盐化合物。更优选的，缓和剂是这样一种混合物，其含有约18％的MgCO3，并且剩余部分为CaCO3，该混合物通常称为“白云石”。然而，MgCO3/CaCO3混合物的其它变型也可认为是白云石，只要其含有至少2.5％的MgCO3。在本发明中，所使用的一种优选的白云石是未经焙烧的(即未在烧窑中加热)，其莫氏硬度在3和5之间并且比重为1.7。
在一个优选实施例中，固体反应剂包括约12.5％的白云石和如上所述的87.5％的生石灰化合物(此处称为12.5％白云石/生石灰混合物)。然而，白云石的其它百分比含量也可充分的缓和生石灰的反应程度，例如从约5％到约25％白云石/生石灰混合物中的任何一种。固体与液体反应剂之间的一个优选比率是80gm的12.5％白云石/生石灰混合物和32.5gm的水。业已发现该反应剂比率能够可靠的在3分钟的时间内将如图16所示的罐中的210ml的饮料至少加热50℃。然而，具有至少约75gm的12.5％白云石/生石灰混合物的固体反应剂用量和30.5gm的水足以产生50℃的温度变化，并且约72gm的12.5％白云石/生石灰混合物和29.2gm的水足以产生50℃的温度变化。已经发现，使用至少约70gm的12.5％白云石/生石灰混合物和28.4gm的水能够实现约45℃的温度变化。生石灰/缓和剂的其它混合物可以包括任何组合形式，其具有重量百分比至少为70％的CaO和重量百分比至少为5％的碳酸盐，所述碳酸盐选自由MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3和RaCO3构成的组。而且，固体对液体的其它比率可以包括：约65-85克的固体反应剂对约27-33克的液体反应剂；或者约60-90克的固体反应剂对约20-40克的液体反应剂。所有这些比率均应该认为落在本发明的范围内。
生石灰(CaO)和白云石(MgCO3+CaCO3)与水的混合物被认为可以产生如下的系列反应：
A)
从CaO转化为CA(OH)2并且最终转化为CaCO3产生热量，这是产生热量的放热反应。然而，加热MgCO3则产生吸热反应，例如
B)
C)
之后，新形成的MgO(以及如在反应A中的CaO)与水重新结合以释放更多的热量：
D)
在这些系列反应中，反应的整体速率被放慢并且热能的一部分在新产生的MgO和CaO发生反应并且释放热量之前临时存储在这些化合物中。而且，在上述反应中的多个反应中做为副产品产生的水提供了额外的无需在水杯体中占据空间的液体反应剂。
存在几个因素，其能够有助于使得最近的上述实施例提供比现有技术更好的效果和安全性，并且甚至在某种程度上优于更早一些进行描述的实施例。成人饮用的热饮应该至少加热到60℃以上，但是通常并不高于80℃(认为该温度过高易于造成烫伤)。因此，如果起初饮料置于室温环境下(约20℃至23℃)，则50℃的增加量将使得该饮料达到温度比较适度的70℃至73℃。而且，这可通过产生最少量的蒸汽并且最终消除逸出的蒸汽烫伤使用者的危险而得以完成。当然，其它因素可以影响产生蒸汽的程度。最为明显的，如果在启动热模块之前液体的初始温度远高于室温，则模块中的液体反应剂发生沸腾的可能性将大大增加并且存在更大的可能性使得产生显著量的蒸汽。当饮料液体的初始温度约为10-15℃时，现有技术装置产生过多蒸汽的问题尤为严重。然而，使用例如上述的固体反应剂缓和剂化合物大大的减轻了产生蒸汽的问题。例如，本发明已经利用初始温度高达36℃的饮料进行了测试，并未观察到任何显著量的蒸汽产生。一般的还已经注意到，对于较低的初始温度，可以实现更高的温度变化。例如，对于罐装的饮料而言，初始温度为9℃的情况与初始温度为36℃的情况相比，前者的最大温度增加量可以超出后者5℃。
图20示意出一个对比试验的结果，该试验对具有两种不同的固体反应剂的热模块进行对比，其一种固体反应剂只含有70gm的生石灰，而另一种则含有与70gm的生石灰相混合的10gm的白云石。图表的纵轴表示罐中液体的温度变化而横轴则表示饮料的初始温度。可以看出其热模块具有生石灰/白云石混合物的罐基本不产生蒸汽(在最高饮料初始温度时仅有少量的蒸汽，并且其易于被标签所抑制)，而仅具有生石灰的模块则均产生位于中间量蒸汽与过度量蒸汽之间的蒸汽量，其不能为标签所抑制并且可以严重烫伤操作该罐容器的人员。
本发明还包括形成具有用于热模块的空腔的罐容器的新方法。图17示意出用于形成深拉延的侧面无接缝的罐的过程中的几个步骤，该罐具有用于容纳热模块的空腔。可以理解在所示的那些步骤中存在一些中间步骤，但是根据所示的基本步骤，本领域普通技术人员可以容易的理解那些中间步骤。在本领域中业已知道，使用金属坯或者初始片材例如铝片并且对该坯体采用深拉延工艺(见美国专利5,072,605，其结合在此以做参考)。通常，该金属片经由拉拔模和冲压机通过七个阶段系列进行成形加工，在所述阶段中，该拉拔模和冲压机使得金属片逐渐成形为最终罐容器的形状。较先的阶段将金属坯成形为短的大直径前体罐杯体150，如图17A所示。后续的阶段继而将杯体150的侧部拉长并且缩小其直径以获得如图17B所示的最终的杯体主体形状151。该罐体将具有盖缘153，以提供用于将罐盖咬边连接于此处的所需材料。虽然在图17A和17B中所示的步骤在本领域中是公知的，图17C和17D则提供了另外的新颖的拉拔步骤用于生产本发明的含有空腔的罐。虽然该创造性方法包括一个类似图17B的步骤，罐将被拉拔至一个超过罐的最终理想高度的高度。这样就提供了所需的空间和材料以将罐的一部分内翻从而形成热模块空腔。在一系列的冲压步骤中，罐的底部将被内翻并且推入罐的未被内翻的部分中。图17C示意出该操作形成前体空腔凹口152。在随后的步骤中，该前体空腔凹口152被拉长并且加宽成图17D所示的最终的热模块空腔106。在该方法的最后阶段中，将底部罐缘155压接到罐的底缘内以提供可以使得端帽122如上所揭示的那样搭扣配合在其上的凸缘。通常，热模块空腔将具有至少为100ml的容积并且更优选的约为150ml。与现有技术的用于制造具有热空腔的罐的三步骤方法相比，可以看出本发明提供了一种更高效的两步骤方法：1)将罐拉拔为单件式的具有热模块空腔的罐体，并且形成用于热模块夹紧的脊部；和2)将盖咬边连接到罐体上。
本发明的另一个方面在于绝热标签156，如图8所示其包围自加热罐。如细节Detail A所示意的，标签156在绝热方面将包括例如可从Malaysia的TOSIN PACKAGING of Selangor得到的厚度约0.5mm的聚乙烯泡沫片156B。该泡沫片156B将粘附到厚度约为50um并且收缩率约为58％的聚氯乙烯收缩薄膜156A上。这种薄膜可从制造商例如Malaysia的KOMAK General Labels of Balakong得到。优选的，在将薄膜施加到容器上之前将泡沫绝热层层压到PVC薄膜上。通常，PVC薄膜156A在其背面印制有溶剂型墨水(solvent based ink)。然后使用对PVC薄膜上的墨水不会产生不良影响的水溶性粘结剂将泡沫片层压到PVC薄膜上。如果将多个标签形成在一张单独的泡沫绝热/PVC薄膜标签片上，则将各标签从所述片上切下并且卷成管状。可以使用在其上施加有溶剂型粘结剂的薄(例如0.5cm)的透明的PVC收缩薄膜带将该管的重叠边缘粘结在一起。通常，标签管的长度要比将该标签施加在其上的罐容器多几个厘米。这样，当将该标签热缩到罐上时，该额外长度的热缩PVC材料将围绕端帽122成形并且有助于将端帽122牢牢的保持到位。当然，端帽122的中央区域未被该热缩材料所覆盖以便使用者能够按压启动按钮。
在一个优选实施例中，吸收材料157的薄带围绕着罐底并且在罐与收缩标签156之间设置。在该实施例中，吸收材料157为140克重的吸墨纸，例如由ARJO WIGGINS FINE PAPERS LTD Fine PaperHouse Lime Tree Way，Chineham Basingstoke RG248BA，UnitedKingdom以商标名称“Fordsold”进行销售的吸墨纸。在图18中，将吸墨纸折叠多次以形成约一英寸高的带，所述带包围罐底。吸收材料157可以阻止任何从端帽122意外散出的潮气散发到标签156的外侧。这样可以避免潮气损坏标签156上的印刷图文并且可以防止潮气形成任何无美感的图案，否则将会使得消费者误解为这是由于罐中的任何缺陷所造成的渗漏。
在由Detail B所示意的一个可选实施例中，将吸收材料157粘附到泡沫绝热层156B的背面以做为标签整体的一个部分，因此覆盖罐的全部表面。在该实施例中，吸收材料157可以是上述的吸墨纸或者还可以是0.5mm的棉绒材料。当然，在本发明中可以使用任何数量的吸收材料。但是，例如上述的相对刚性的吸墨纸具有的缺点在于，其并非足够柔软以便标签收缩时能够容易的变形。这易于对将收缩标签光滑的、牢固的施加到罐上造成妨碍。形成为三层标签的一个部分的吸收材料157的一个更为优选的实施例是传统的纸巾材料，例如由Nibong Tebal Paper Mill，Sdn.Bhd.of Nibong Tebal，Penang，Malaysia以商标“Cutie Compact Household Towel.”进行销售的纸巾。在一个优选实施例中，吸收材料层157将包括两层40克重(或者一层80克重的)纸巾材料，其被层压到绝热层156B上，如在图18的Detail B中所示意的。纸张的克重通常定义为每平方米材料的克数。而且，所公开的纸巾材料通常能够吸收约为纸张干重的六倍的液体量。如果使用40克重纸的两个20cm×25cm大小的片形成吸收层157，则该层能够吸收约24克的水。虽然吸收材料层157可是随着热缩层156的全部区域一起延展，在一个优选实施例中，使得吸收材料层157的边缘距离标签156的底端(即围绕热模块端帽包装的端部)约20mm。由于纸巾材料的柔韧性，其易于适应热缩标签156的收缩。而且，当纸巾材料的尺寸由于标签156的收缩而减小时，将倾向于在纸巾材料中产生皱褶或者小的沟道(约0.2-0.9mm宽并且约0.5-1.0mm深)。这些沟道趋于使得从热模块中散发出来的任何潮气沿着吸收层157的长度方向向上流经并且被更加高效的吸收。
在一个优选实施例中，可以使用热敏墨水书写某些印刷图文并且将其施加到罐的特定区域例如罐盖上。热敏墨水当达到预定的温度时能够改变颜色。以此方式，当罐中的物品已经达到认为足够高的温度时，罐的特定区域可以改变颜色。例如，图18示出两个热敏墨水部分160A和160B。当罐的温度低于适于饮用的温度时，可将该热敏墨水形成为使得两个部分160A和160B均具有相同的颜色(例如，蓝色，或者下方具有某种标识或者颜色的透明色)。随着罐接近适于饮用的合适温度范围时，部分160B变成第二种颜色(例如绿色)，以表示罐中的物品已经达到适于消费的适当温度。如果罐中物品变得过热，则部分160A变为一种不同的颜色(例如红色)，由此警告消费者饮料温度过高。当然，热敏墨水可以采用任何图案形式并且可以设计为在任何一个给定的温度范围内改变颜色。例如，不同于成人饮料在约为65℃时改变颜色，对于婴儿模式，该墨水可以在约为40℃时改变颜色以表示饮料此时适于饮用。更为优选的，对于婴儿饮料，可在约为37℃时产生第一颜色指示以表示达到适于饮用的温度，并且在约为43℃时产生第二颜色指示以表示饮料过热而不适于婴儿饮用。对于成人，可在约为60℃时产生第一颜色指示以表示达到适于饮用的温度，并且在约为80℃时产生第二颜色指示以表示饮料过热而不适于饮用。当然，这些温度范围的变化落入本发明的范围内。而且，本发明不仅包括具有真正的“颜色”例如红色与绿色的第一和第二指示器，还包括形式为一种单独颜色的不同深浅程度的指示器，其包括具有不同深浅度的灰色甚至从不透明状态向透明状态或者某种具体颜色转化的墨水。如在这里所使用的“术语”意在包括所有这些可替代形式。例如，在图19示出的实施例中，第一热敏墨水指示器180a在某一特定温度下是不透明的(例如80℃)。部分180b概念性的表示出由热敏墨水隐藏或者覆盖而不可视的符号。当达到该温度时，热敏墨水将变得透明并且显示或者揭示位于墨水之下的警告符号180c“过热不宜饮用”。同样，第二指示器181a具有位于热敏墨水下面的“宜于饮用”的符号181c，该热敏墨水在适于饮用的温度(例如60℃)将变得透明。
而且，这种使用热敏墨水的概念可以应用于无需自加热的食物或者饮料容器。例如，上述热敏墨水印刷方式可以用在一次性的咖啡杯上或者微波食品上。同样，该热敏墨水不仅可以直接用在容器上，而且还可以施加到粘性标签或者“粘接片(sticker)”上，然后将后者应用到容器盖上。用于实现此实施例的热敏墨水是众所周知的并且可从位于Painesville，Ohio的供应商Eckart America得到，其由位于UnitedKingdom的Thermographic Measurements Co.Ltd制造并且商品名为“Chromazone”。
虽然上面的描述示意出几种可选的实施例，本发明并不局限于这些具体的构造。例如，虽然在所有附图(除图8)中示出的实施例示意出由塑料形成的热模块的元件，本发明的范围包括由不同的材料形成的热模块的元件。例如，上部杯体可由厚度为0.05mm至0.1mm的铝制成。虽然在现有技术中铝表现出一些缺点，但是使用上面披露的生石灰对水的比率以及正压力模块可以使得铝制插件成为一种可行的替代形式。而且，本发明显然包括一种使用新颖的热模块的方法。例如，用于组装自加热容器的方法可以包括以下步骤。第一，由制造商提供一种容器，其具有用于食物或者饮料的封闭空间、位于该封闭空间之上的适于销售的顶端、以及具有热模块空腔的底端。该热模块空腔具有朝向容器顶端延伸的内壁。第二，制造商在封闭空间中填充食物或者饮料并且将其顶端密封。第三，制造商将密封后的容器和/或其中的物品进行消毒。最后，在将容器消毒之后，制造商将热模块固定到空腔中。术语“消毒”其定义意在不仅包括将所有微生物完全杀灭，而且还包括在食品业中通常采用的低程度处理例如超高温(UHT)处理、巴斯德杀菌处理、辐射处理或者任何其它用于减少微生物或提高产品储藏期限的处理过程。除了上述用于组装自加热容器的四个步骤之外，还可以包括涉及所述标签的第五步骤。现有技术需要通过两个步骤实现标签应用：第一，用纸板绝热材料包绕罐体；以及第二，施加热缩标签。然而，使用上述的具有施加到热缩薄膜上的泡沫绝热层的两层标签(或者包括吸收纸巾/泡沫绝热/热缩薄膜组合的三层标签)，则无需现有技术中的纸板定位步骤。本发明的标签应用步骤仅包括将两层或者三层的标签施加到容器上。这种改进的标签应用过程将显著提高成品罐生产的整体产率。而且，虽然上述实施例通常结合标准的汽水罐类型的容器进行描述(即约350ml的总容积以及约210ml的饮料体积)，其它的容器尺寸也基本包括在本发明的范围内。例如“tall boy”类型的罐，其具有与汽水罐大致相同的直径但是却具有远大于其的高度，其通常具有约为475ml的总容积。如果结合有热模块，这种容器将通常能够容纳体积至少约为305ml的饮料。而且，在本说明书以及权利要求述及“饮料”处，应该理解，该术语包括可以容纳在自加热罐中的任何类型的食物。所述实施例的这些以及所有其它明显的变化形式均意欲包括在随后的权利要求的范围内。

Claims (46)

1.一种自加热容器，包括：
a.具有加热模块空腔的容器主体；
b.与所述空腔相接合的加热模块；
c.与所述加热模块相结合的通气孔，在启动所述加热模块之前，所述通气孔抵抗超过2psi的内部压力，并且在启动所述加热模块之后，抵抗不超过2psi的内部压力。
2.如权利要求1所述的自加热容器，其中
d.所述加热模块具有用于将第一和第二化学反应剂相分离的隔离壁以及端帽，该端帽具有用于将所述隔离壁刺穿的启动器；以及
e.所述通气孔位于所述端帽与所述隔离壁之间并且具有设置为封闭所述通气孔的通气孔密封件，所述通气孔密封件构造为在启动所述模块时将所述通气孔打开。
3.如权利要求2所述的自加热容器，其中所述热模块具有位于其中的水杯体，并且所述通气孔由一系列脊部形成，所述脊部形成在所述水杯体的底部周边表面上。
4.如权利要求3所述的自加热容器，其中所述通气孔密封件是形成在所述一系列的脊部与所述端帽之间的密封片，所述密封片进一步具有使得所述启动器延伸通过其中的中心孔。
5.一种自加热容器，包括：
f.总容积小于约475ml的容器主体；
g.加热模块，其至少具有重量在约60和90克之间的固体反应剂以及重量在约20和40克之间的液体反应剂，并且所述固体反应剂包括含有氧化钙的混合物，该混合物具有至少为50℃的总温度升高值。
6.如权利要求5所述的自加热容器，其中所述固体反应剂包括含有氧化钙的混合物，该混合物具有至少为60℃的总温度升高值
7.如权利要求5所述的自加热容器，其中所述固体反应剂包括有用于缓和反应的化合物。
8.如权利要求5所述的自加热容器，其中所述固体反应剂包括有约80％至90％的氧化钙以及约10％至20％的缓和化合物。
9.如权利要求7所述的自加热容器，其中所述缓和化合物是白云石。
10.如权利要求5所述的自加热容器，其中具有约75克的固体反应剂。
11.如权利要求7所述的自加热容器，其中该缓和化合物具有至少5％的碳酸盐，所述碳酸盐选自包括MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3和RaCO3的组。
12.一种自加热容器，包括：
a)总容积小于约475ml的容器主体；
b)加热模块，其至少具有重量在约60和90克之间的固体反应剂以及重量在约20和40克之间的液体反应剂，并且所述固体反应剂包括有75％的活性CaO。
13.如权利要求12所述的自加热容器，其中该固体反应剂具有少于3％的不可溶的硅石化合物。
14.如权利要求12所述的自加热容器，其中所述固体反应剂含有用于缓和反应的化合物。
15.一种自加热容器，包括：
a)总容积约为355ml的容器主体；
b)形成在所述容器主体中的内部饮料容纳部分，所述饮料容纳部分在其中容纳有约210ml的饮料；
c)形成在所述容器主体的底部中的加热空腔，所述加热空腔具有第一和第二反应剂，当所述反应剂混合时能够将210ml的所述饮料至少升高约50℃。
16.一种自加热容器，包括：
d)总容积约为475ml的容器主体；
e)形成在所述容器主体中的内部饮料容纳部分，所述饮料容纳部分在其中容纳有约305ml的饮料；
f)形成在所述容器主体的底部中的加热空腔，所述加热空腔具有第一和第二反应剂，当所述反应剂混合时能够将305ml的所述饮料至少升高约50℃。
17.用于自加热容器的热模块，其中所述容器具有底端，该底端具有在其中形成有内壁的空腔以用于容纳所述热模块，所述热模块还包括：
a.具有塑料壁并且容纳第一化学反应剂的第一杯体；
b.容纳第二化学反应剂的第二杯体；
c.位于所述第一和第二杯体之间的隔离壁，从而使得所述第一和第二化学反应剂不能混合；
d.位于所述第二杯体下面并且将所述第二化学反应剂保持在所述第二杯体中的端帽；
e.位于所述端帽和所述隔离壁之间的用于刺穿所述隔离壁的启动器；
f.位于所述端帽和所述隔离壁之间的第一通气孔；以及
g.设置为封闭所述第一通气孔的通气孔密封件，所述通气孔密封件构造为在启动所述模块时打开所述第一通气孔。
18.如权利要求17所述的热模块，其中所述第一通气孔包括有一系列的脊部，所述脊部形成在所述第二杯体的底部周边表面上。
19.如权利要求18所述的热模块，其中所述通气孔密封件是位于所述一系列的脊部与所述端帽之间的密封片，所述密封片进一步具有使得所述启动器延伸通过其中的中心孔。
20.如权利要求19所述的热模块，其中所述密封片由具有一定厚度的材料构成以便能够至少在10分钟的时间内经受约高达150℃的温度。
21.如权利要求19所述的热模块，其中所述启动器的向上移动能够移动所述密封片从而使其脱离与所述一系列脊部的接合。
22.如权利要求17所述的热模块，还包括有第二压力启动通气孔，其中在所述第二通气孔启动之前，混合反应剂所产生的压力应该至少超出约2psi。
23.一种自加热容器，其中所述容器具有底端，该底端具有在其中形成有内壁的空腔以用于容纳所述热模块，所述容器还包括：
h.位于所述空腔中的第一化学反应剂；
i.位于所述第一化学反应剂下面的杯体，所述杯体含有第二化学反应剂并且具有围绕所述杯体的外直径形成的密封环以接合所述空腔的所述内壁并且形成不透潮气的密封；
j.位于所述杯体下面并且将所述第二化学反应剂保持在所述杯体中的端帽；
k.用于刺穿所述杯体的顶部启动器；
l.位于所述端帽和所述杯体的所述顶部之间的通气孔；以及
m.设置为封闭所述通气孔的通气孔密封件，所述通气孔密封件构造为在启动所述模块时打开所述通气孔。
24.一种制造具有热模块空腔的容器的方法，所述方法包括以下步骤：
n.提供一张单独的金属初始片材；
o.通过拉延工艺将所述初始片材拉延至大于所述容器的最终长度的一个长度尺寸，该容器包括封闭的底端和开口的顶端；
p.通过拉延工艺，将所述底端形成凹口以形成在所述底端中形成热模块空腔；以及
q.围绕所述开口的顶端形成盖缘。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述热空腔具有至少100ml的容积。
26.如权利要求24所述的方法，还包括将所述底端卷边以形成热模块端帽能够搭扣配合在其上的凸缘。
27.如权利要求24所述的方法，其中所述容器形成为具有约350ml的总容积以及约210ml的饮料体积。
28.如权利要求24所述的方法，其中所述容器形成为具有约475ml的总容积以及约305ml的饮料体积。
29.一种自加热容器，包括：
r.具有内部饮料部分和热空腔的容器主体；
s.位于所述热空腔的第一部分中的液体反应剂和位于所述热空腔的第二部分中的固体反应剂，所述固体反应剂具有重量百分比至少为70％的CaO以及重量百分比至少为5％的碳酸盐，所述碳酸盐选自包括MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3和RaCO3的组。
30.如权利要求29所述的自加热容器，其中所述碳酸盐在所述固体反应剂中的重量百分比在约5％和25％之间。
31.如权利要求30所述的自加热容器，其中所述碳酸盐在所述固体反应剂中的重量百分比约为12.5％。
32.能够指示温度的食物或者饮料容器，包括：
t.主体，该主体上面具有与其形成可操作接触的热敏墨水；
u.当所述容器达到第一温度时所述热敏墨水提供第一指示，并且当所述容器达到第二温度时提供第二指示。
33.如权利要求32所述的温度指示容器，其中所述第一温度是优选的消费温度并且所述第二温度是被认为过热而不宜于消费的温度。
34.权利要求33所述的温度指示容器，其中所述第一温度由具有第一颜色的所述热敏墨水予以指示，并且所述第二温度由具有第二颜色的所述热敏墨水予以指示。
35.权利要求33所述的温度指示容器，其中所述第一温度约为37℃，并且所述第二温度约为43℃。
36.权利要求33所述的温度指示容器，其中所述第一温度约为60℃，并且所述第二温度约为80℃。
37.权利要求33所述的温度指示容器，其中第一和第二指示器包括从不透明状态向基本透明的状态转化并且由此揭示覆盖在所述热敏墨水下面的指示器的所述热敏墨水。
38.权利要求33所述的温度指示容器，其中所述热敏墨水直接设置在所述容器主体上。
39.权利要求33所述的温度指示容器，其中所述热敏墨水设置在位于所述容器主体上的标签上。
40.一种自加热容器，包括：
a.具有低于约475ml的总容积并且在其中容纳饮料的容器主体；
b.加热模块，具有重量至少在约60和90克之间的固体反应剂和重量在约20和40克之间的液体反应剂；以及
c.在所述固体反应剂中的足量的缓和剂化合物，用于在混合所述反应剂时降低产生的蒸汽量由此使得充分的热量被传导至所述饮料以至少将所述饮料提高45℃。
41.如权利要求1所述的自加热容器，其中所述通气孔将内部压力基本降至大气压力。
42.一种自加热容器，包括：
a.结合有热模块的容器主体；
b.设置在所述容器上的标签，所述标签包括由热缩材料形成的第一层以及粘附到所述热缩材料层上的由聚合物泡沫材料形成的第二绝热层。
43.如权利要求42所述的自加热容器，其中所述第一和第二层具有大致相等的收缩程度。
44.如权利要求42所述的自加热容器，其中在施加所述标签之前，将吸收材料带围绕所述容器的底部设置。
45.如权利要求42所述的自加热容器，其中将第三吸收材料层粘附到所述第二绝热材料层上。
46.如权利要求45所述的自加热容器，其中所述吸收材料是柔软的高吸收性纸张。
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