DE3148758A1

DE3148758A1 - Selbstwaermende behaelter fuer portionsmengen von getraenken und nahrungsmitteln

Info

Publication number: DE3148758A1
Application number: DE19813148758
Authority: DE
Inventors: Bruno Michele Dr. 80127 Napoli Colombo
Original assignee: IRTI INST RICERCHE TEC IND Srl
Current assignee: IRTI INST RICERCHE TEC IND Srl
Priority date: 1980-12-10
Filing date: 1981-12-09
Publication date: 1982-07-01
Also published as: GB2089970B; IT1165571B; FR2495459B1; IT8050339A0; FR2495459A1; GB2089970A

Description

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- 5 Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen selbstwärmenden Behälter für Portionsmengen von Getränken und Nahrungsmitteln, wobei die Wärme jederzeit durch kontrollierte exotherme Reaktion von chemischen Substanzen zur Verfügung gestellt wird.

Es gibt verschiedene Lösungsvorschläge für derartige selbstwärmende Behälter für Portionsmengen von Getränken und Nahrungsmitteln, die jedoch in keinem Fall die zweckmässige und sichere grosstechnische Herstellung von derartigen Behältern ermöglichen. '

Im einzelnen ist aus der IT-PS 942 063 ein selbstwärmender Behälter für Kaffee und andere Getränke bekannt, bei dem im Innern des Behälters chemische Substanzen vorgesehen sind, die zum Zeitpunkt der gewünschten Anwendung aufgrund einer exothermen Reaktion die für die Erwärmung erforderliche Kalorienmenge zur Verfügung stellen. Dabei sind jedoch keine Massnahmen für eine Reaktionskontrolle vorgesehen. Die Reaktion erfolgt unter Entwicklung von Schadgasen. Um eine Ableitung dieser Gase nach aussen zu gewährleisten, sind im' Behälter Löcher vorgesehen. Dies bringt zusätzliche Schwierigkeiten bei der Herstellung sowie eine Schwächung der Behälter struktur mit sich.. Ganz abgesehen davon, bringt der Austritt der Schadgase Gefahren mit sich.

Gemäss der italienischen Patentanmeldung 40 456 A/7.7 wird die erforderliche Kalorienmenge durch die Umsetzung von Calciumchlorid und Wasser bereitgestellt. Dadurch wird zwar das Problem der Schadgase ausgeschaltet, jedoch verläuft die Reaktion in einer vollkommen geschlossenen Umgebung (versiegelte Kammer), was die nicht vernachlässigbare Gefahr eines Aufbrechens des Behälters mit sich bringt, da Calciumchlorid und Wasser bekanntlich sehr rasch reagieren. Dies verhindert zweifelsohne eine effektive grosstechnische Herstellung. ··

Auch die Anwendung einer nicht versiegelten Reaktionskammer hat in dieser Beziehung keinerlei Fortschritt gebracht; da zum Zeitpunkt der Anwendung eine übermässige Dampfentwick-Ί5 lung eintritt und somit aufgrund dieses Wärraeverlusts eine geringe Wärmeausbeute gegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Behälter der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, 'wobei keine Schadgase entwickelnden Reaktionen angewendet werden und eine durchlässige Reaktionskammer vorliegt, so dass ein übermässiger Druckaufbau im Innern vermieden wird. Andererseits soll die Reaktionsgeschwindigkeit so kontrolliert werden, dass eine unerwünschte Dampfentwicklung vermieden werden kann. Ferner sollen im erfindungsgemässen Behälter die zu erwärmenden Bestandteile (Getränke oder Nahrungsmittel) und die erforderliche Wärmequelle innerhalb einer

Struktureinheit vorliegen, die folgende Eigenschaften gewährleistet:

- möglichst geringe Werte von Abmessungen und Gewicht; ·= sofort einsatzbereite Wärmequelle; ~ rasche, aber kontrollierte Erwärmung; .« Abwesenheit von Schadgasen;
-keine Risiken für den Benutzer und geringe Kosten.

Nachstehend wird die Situation für ein Getränk oder ein Mahrungsmittel mit einem Volumen von 40 ml, was einen sinnvollen Wert für eine Portionsgrösse darstellt, erläutert. Dabei sei angenommen, dass ausschlieaslich 'Wasser von 20 auf 70⁰C erwärmt werden soll. Hierfür sind theoretisch 2000 Kalorien erforderlich. Hinzu kommt die Kalorienmenge zum Erwärmen des Behälters, zum Ausgleich von Wärmeverlusten', zum Erwärmen der Reaktionsteilnehmer und für die Restwärme, die nach Entnahme des konsumierbareri Inhalts verbleibt« Insgesamt sind 5000 bis 6000 Kalorien erforderlich.

Es sind zahlreiche exotherme Reaktionen bekannt, die bei Einsatz von relativ geringen Mengen an Reaktionsteilnehmern die genannte Wärmemenge liefern. Allerdings kommen alle jene Reaktionen nicht in Betracht, die zu Explosionen führen können und die Schadgase erzeugen.

Unter den möglichen Reaktionen werden nachstehend nur jene näher erwogen, die aufgrund der geringen Kosten und des geringen Raumbedarfs der Reaktionsteilnehmer besonders geeignet erscheinen. Es handelt sich um folgende Reaktionen:

(1) CaO + H₂O = Ca(OH)₂ 20 g + 6,4 g = 5570 Kalorien

(2) CaCl₂ + 6H₂O = CaCL^öHgO 25 g +24,4 g = 5225 "

(3) AlCl₃ + 6H₂O = AlCl₃-OH₂O Hg+ 8 g = 5368 »

(4) Na₂SO₁₁ + 10H₂O = Na₂SO₄-IOH₂=

40 g + 50 g = 5480 " 10

(5) MgO + H₂O = Mg(OH)₂ 25 g + 11,2 g = 5475 "

Berücksichtigt man nur die vorgenannten Daten, so erscheint die Reaktion (3) aufgrund der geringen Mengen- der Reaktionsteilnehmer am geeignetsten. Diese Reaktion ist aber auf- · ·

grund ihres sehr raschen und schwierig zu kontrollierenden Verlaufs nicht frei von Nachteilen.

Von besonderem Interesse ist auch die Reaktion (1). Jedoch ergeben sich hierbei Schwierigkeiten bei der Einleitung '

der* Reaktion, so dass die Hydratisierung nur .schwierig abläuft, Ist eine bestimmte Temperatur (etwa 40⁰C) erreicht, so nimmt die Reaktion einen exponentiellen Verlauf und ist in kürzester Zeit beendet.·- .

Nachstehend wird das erfindungsgemässe Prinzip zur Kontrolle

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dieser Reaktion näher erläutert. Dabei ergibt sich eine sofort einsetzende Wärmeentwicklung und gleichzeitig eine Verlangsamung der Wärmeabgabe, so dass eine Aktivitätsverlängerung auf einige Minuten resultiert .und die gesamte entwickelte Wärme ausgenutzt werden kann.

Um die Reaktion von Calciumoxid einzuleiten, wird eine Calciumchloridmenge von 10 Prozent zugesetzt. Das Calciumchlorid reagiert bei Kontakt mit Wasser sofort, so dass die Umsetzung der beispielsweise in folgenden Mengen verwendeten Grundreaktionsteilnehmer sofort aktiviert wird:

Calciumoxid 18 g 5013 Kalorien

Calciumchlorid 1,8 g 376 " · '

Wasser 7,46 ml

5389 "

Das Calciumchlorid wird in der Calciumoxidmasse dispergiert. Der angegebene Prozentsatz hat sich in der experimentellen Praxis als am günstigsten erwiesen. Auf diese Weise ergibt

sich eine konstante Reaktion, die nicht von der Art, in der das Wasser den Reaktionsteilnehmer erreicht, abhängt. Zur Gewährleistung einer konstanten Reaktion liegt das Calciumoxid vorzugsweise in einer Korngrösse von etwa 20· mesh (lichte Maschenweite 0,841 mm) vor, während das Calcium-

Chlorid Pulverform besitzt.

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Auch andere chemische Substanzen eignen sich zur Einleitung der Reaktion. Calciumchlorid hat sich aber in der Praxis als am besten handhabbar erwiesen.

Wie vorstehend ausgeführt, kann ein zweiter Nachteil bei derartigen Reaktionen in einem zu raschen Reaktionsverlauf liegen. Dieser Nachteil wird erfindungsgemäss auf die nachstehend beschriebene Weise vermieden.

Zunächst ist festzustellen, dass ein für diesen Zweck geeignetes System so beschaffen sein könnte, dass die zur Umsetzung gebrachte Wassermenge erhöht wird. Tatsächlich wird durch eine Erhöhung der Menge der Reaktionsteilnehmer die für ihre Erwärmung erforderliche Zeit verlängert. Andererseits ergibt sich aber hieraus ein Wärmeverlust,um die gesamte Menge der Reaktionsteilnehmer zu erwärmen. Auch das Volumen der Reaktibnsteilnehmer wird dadurch beträchtlich erhöht. Derartige Nachteile können aber in der Praxis nicht hingenommen werden.

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Erfindungsgemäss erfolgt die Wasserzugabe zur Reaktion in Form von organischen Substanzen, die stark hygroskopisch sind oder zusammen mit Wasser viskose Flüssigkeiten ergeben. Dadurch wird die Absorption des Wassers durch den Reaktionsteilnehmer, nämlich Calciumoxid, verlangsamt und die gewünschte Verzögerungswirkung erzielt.

Es stehen verschiedene geeignete hygroskopische Substanzen zur Verfügung:

- Cellulosederivate, wie Carboxymethylcellulose, Methylcellulose und dergl.;

- Algenprodukte (Agar agar, Carrageenin, Alginate und dergl.);

- lösliche Stärke;

- Glykole und Polyglykole.

Wider Erwarten haben sich andere Substanzen als unwirksam erwiesen, beispielsweise Polyvinylpyrrolidon.

Optimale Ergebnisse erzielt man mit Äthylenglykol, da dieses sofort löslich ist, in geringer Konzentration (1 Prozent) wirksam ist und nicht gärt.
■ Somit besteht ein besonders bevorzugtes erfindungsgemässes Reaktionsgemisch aus:

Calciumoxid 18 g

Calciumchlorid 1,8 g

1-prozentige Lösung von

Äthylenglykol in Wasser 8 ml

Besteht der Behälter, in dem sich die geschilderten Vorgänge abspielen, aus einem Körper mit 2 Kammern, von denen eine Kammer eine zu einem beliebigen Zeitpunkt zu erwärmende Flüssigkeitsmenge von beispielsweise 40 ml und die andere.

Kammer das genannte Pulvergemisch enthält, so lässt sich die Erwärmung der Flüssigkeit erreichen, indem man das Pulver mit der wässrigen Äthylenglykollösung versetzt. Dabei ist eine Wärmeisolierung für die gesamte Vorrichtung vorzusehen, um Wkrmeverluste zu vermeiden. Im Verlauf von 30 bis 50 Sekunden kommt die Reaktion voll in Gang und innerhalb von k bis 5 Minuten erreicht man eine Temperatur von 7O⁰C, wenn die Ausgangstemperatur 20⁰C betragen hat. Ist die Ausgangstemperatur wesentlich niedriger, so dauert es länger,um eine Temperaturerhöhung von 50°C zu .erreichen. Liegt andererseits eine wesentlich höhere Ausgangstemperatur vor, so ist für die Temperaturerhöhung von 50⁰C nur eine kürzere Zeitspanne erforderlich.

Gegenstand der Erfindung ist somit insbesondere ein selbstwärmender Behälter für Portionsmengen von Getränken und Nahrungsmitteln, bei dem die notwendige Kalorienmenge durch eine exotherme Reaktion geliefert wird, der gekennzeichnet ist durch einen ersten, auf der Oberseite mit einer Aufreissfolie verschlossenen -Behälter aus synthetischem Material für .das Getränk oder Nahrungsmittel und einen zweiten Behälter aus Metall für die Reaktionsteilnehmer, der durch eine zerbrechliche Trennwand in zwei Zonen unterteilt ist, nämlich eine untere Zone, die die Reaktionskammer darstellt' und in der die festen Reaktionsteilnehmer und ein Mittel zur Einleitung der Reaktion enthalten sind,

und eine obere Zone, in der die flüssigen, mit einer stark hygroskopischen Substanz versetzten Reaktionsteilnehmer enthalten sind, wobei die hygroskopische Substanz zur Regulierung der Reaktionsgeschwindigkeit der exothermen Reaktion, die dann eintritt, wenn aufgrund eines Bruchs der zerbrechlichen Trennwand die Reaktionsteilnehmer in der Reaktionskammer in direkten Kontakt miteinander kommen, in der Lage ist.

Bevorzugte Reaktionsteilnehmer, Mittel zur Einleitung der Reaktion und Mittel zur Kontrolle der Reaktionsgeschwindigkeit sind bereits vorstehend erwähnt worden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt eines gebrauchsfertigen erfindungsgemässen Behälters mit 2 Kammern; · '

Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt des Behälters gemäss Fig. 1 in der Stellung, in· der die exotherme Reaktion erfolgt; . , · '

Fig. 3 einen schematischen senkrechten Querschnitt, der die wesentlichen Teile des Behälters zeigt; ■*

Fig. 4 eine Teilansicht der Verbindung zwischen dem Hauptbe-

- 11; -

hälter für Nahrungsmittel oder Getränke und dem sekundären Behälter für die Reaktionsteilnehmer im senkrechten Querschnitt; -

Fig. 5 einen Querschnitt der Aufbrechvorrichtung zum Zerreissen der zerbrechlichen Trennwand zwischen der Reaktionskammer und der Kammer für die flüssigen Reaktionsteilnehmer;

Fig. 6 eine Draufsicht der Aufbrechvorrichtung'von Fig. 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht" des Deckels des Behälters für die Reaktionsteilnehmer; und .

Fig. 8 einen senkrechten Querschnitt der äusseren becherförmigen Hülle zur Wärmeisolierung des Behälters von Fig.

Der in Fig. 1 gezeigte Gesamtbehälter besteht aus einem Hauptbehälter 1 aus Kunststoffmaterial zur Aufnahme von Lebensmitteln oder Getränken und einem sekundären Behälter 2 aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, zur Aufnahme der reaktiven Substanzen. Die beiden Behälter sind miteinander an ihrer Kontaktfläche 3 durch Prägen oder dergleichen verbunden. Der Behälter 2 für die Reaktionsteilnehmer weist oben eine Kammer 4 zur Aufnahme der flüssigen Reaktionsteilnehmer (Wasser und ein Mittel zur Kontrolle der Reak-

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tion) auf, der an der Unterseite durch die zerbrechliche Trennwand 5 verschlossen ist. Die Trennwand 5 wird durch eine Aufbrechvorrichtung 6 zerrissen, wenn diese durch Ausübung eines leichten Drucks von aussen nach oben geschoben wird. Der Behälter 2 enthält in seinem unteren Teil die feste reaktive Substanz (CaO) und die Substanz zur Einleitung der Reaktion (CaCIp)· Er ist an seiner Unterseite durch den Kunststoffdeckel 7 verschlossen, auf den zum Zeitpunkt der Benutzung ein Druck ausgeübt wird. Der gesamte Doppelbehälter ist in einer becherförmigen Hülle 8 aus wärmeisolierendem Kunststoff eingeschlossen, die an die untere Aussen· s.eite des Deckels 7 angeslegelt ist. Der Behälter 1 ist an der Oberseite mit dem Aufreisstreifen 9 verschlossen.

Fig. 2 zeigt den Behälter von Fig. 1 in einsatzfertigem Zustand in der Position, die nach Ausübung des Drucks von aussen erreicht wird. Die zerbrechliche.Trennwand 5 ist zerrissen und die Aufbrechvorrichtung 6 ist bis zur oberen Wand der Kammer 4 eingedrungen. Die Folie 9 ist abgetrennt.

In Fig. 3 sind die wichtigsten Bauteile der beiden Behälter dargestellt. Fig. 4 zeigt im Detail die Verbindung am in Fig·. 9 mit A bezeichneten Rand. Die Verbindung wird durch Formgebung mittels Prägen oder dergl. zwischen dem Kunst-

stoff des Behälters 1 und der Aluminiumfolie des Behälters längs ihrer gemeinsamen Kontaktfläche 3 erreicht.

Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Aufbrechvorrichtung 6. Diese ist kegelstumpfförmig ausgebildet und weist am oberen Ende ein Schneideelement 10 auf. Fig. 6 zeigt dieses Schneideelement von unten aus gesehen, wobei die kreisförmige Kronenform der Basisfläche 11 erkennbar ist.

Fig. 7 zeigt den Deckel 7 des Behälters 2 für die Reaktionsteilnehmer. Dabei sind horizontale Rippen 12 und 13 erkennbar, die ein Einrasten in den beiden in den Figuren 1 und 2 angedeuteten Stellungen gewährleisten.

Fig. 8 stellt die gesamte becherförmige Hülle aus expandiertem Polystyrol mit wärmeisolierender Wirkung dar.

Die Herstellung und die Verwendung des erfindungsgemässen Behälters sind sehr einfach. In den Hauptbehälter 1 aus Kunststoff wird das zu einem beliebigen Zeitpunkt zu erwärmende Getränk oder Nahrungsmittel gegeben. Anschliessend wird mit der Folie 9 dicht verschlossen. In den Behälter 2 wird sodann die reaktive Flüssigkeit (Wasser und Äthylenglykol) eingebracht. Nach Verschliessen mit der zerbrechlichen Trennwand 5 werden zunächst die Aufbrechvorrichtung 6 und sodann die festen Reaktionsteilnehmer (OaO + CaCIp) eingebracht. Sodann wird mit dem Deckel 7 verschlossen, der nur teilweise eingeführt wird. Die gesamte Vorrichtung wird mit der becherförmigen Hülle 8 wärmeisolierend verschlossen.

Vorzugsweise besteht diese Hülle 8 aus expandiertem Polystyrol.

Nunmehr befindet sich der Behälter in dem in Fig. 1 gezeigten gebrauchsfertigen Zustand. Es genügt, auf das gesamte System einen leichten Druck auszuüben, so dass der Deckel 7 in den zweiten Behälter 2 aus Aluminium eindringt. Dadurch wirkt die Aufbrechvorrichtung 6 auf die perforierbare Trennwand ein und dringt bis zur oberen Wand der Kammer 4 vor, wodurch die reaktive Flüssigkeit auf den reaktiven Feststoff fällt und somit die exotherme Reaktion auslöst (Fig. 2). Die erzeugte Wärme wird leicht durch die Aluminiumwand abgegeben und erwärmt den zum Verzehr vorgesehenen Inhalt.

Claims

-' -" -:--: -■ -:- 3U8758 Maxton - Langmaack Patentanwälte geflr. MM PatentanwSKs Maxton & Ungm»tck · Pf«rdm«ngtiitr. 50 · 6000KoInSI Diplom-Ingenieure Alfred Maxton ar. <ιβ43-ιβ7β> I.R.T.I. Istituto Ricerche A"r*d J*'xton . Tecniche Industriali S.r.l. JOrganLangmaad. No. 265, Via Roma 1-8013-2. Napoli (Italien) 5000 Köln si Untere Zeichen Datum 126 pg 811 Bezeichnung: Selbstwärmender Behälter .für Portionsmengen von Getränken und Nahrungsmitteln 5 Ansprüche:

1. Selbstwärmender Behälter für Portionsmengen· von Getränken und Nahrungsmitteln, bei dem die notwendige Kalorienmenge durch eine exotherme Reaktion geliefert wird, gekennzeichnet durch einen ersten, auf der Oberseite mit einer Aufreissfolie (9) verschlossenen Behälter (1). aus synthetischem Material für das Getränk oder Nahrungsmittel und einen zweiten Behälter (2) für die Reaktionsteilnehmer, der durch eine zerbrechliche Trennwand (5) in zwei Zonen unterteilt ist, nämlich eine untere Zone, die die Reaktionskammer darstellt und in der die festen Reaktionsteilnehmer und ein Mittel zur Einleitung der Reaktion enthalten sind,und eine obere Zone (4) in der die flüssigen, mit einer stark hygro-

Telefon: (0221) 380238 · Telegramm: Inventator Köln . Telex: 8883555 max d f 12 Postscheckkonto KOIn (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 152251-500 · Deutsche Bank AG Köln (BLZ 37070060) Kto.-Nr. 1236181

skopischen Substanz versetzten Reaktionsteilnehmer enthalten sind, wobei die hygroskopische Substanz zur Kontrolle der Reaktionsgeschwindigkeit der exothermen -Reaktion* die dann eintritt, wenn aufgrund eines Bruchs der zerbrechlichen Trennwand (5) die Reaktionsteilnehmer in der Reäktlonskamraer in direkten Kontakt miteinander kommen, in der Lage ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Behälter in einer inneren Vertiefung des ersten Behälters befindet und mit diesem auf der gesamten gemeinsamen Kontaktfläche fest mittels Prägung oder dergleichen verbunden ist. .

3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Innern der Reaktionskammer eine Aufbrechvorrichtung (6) befindet, die das untere, von einem Deckel .(7) aus Kunststoff verschlossene Ende des zweiten Behälters darstellt, wobei auf der äussere'n Oberfläche des Deckels zwei umlaufende· Rippen (12, 13') vorgesehen sind, die eine Fixierung in einer ursprünglichen, der Prqduktion' entsprechenden Stellung und in einer nach manueller Betätigung von aussen erreichten Schlusstellung bewirken, wobei diese Betätigung eine Verschiebung der Aufbrechvorrichtung (6) nach oben bis zur oberen inneren Oberfläche des zweiten Behälters (2) und damit den Bruch der zerbrechlichen Trennwand (5) bewirkt.

14. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbrechvorrichtung (6) die Form eines Kegelstumpfs aufweist, dessen grössere kreisförmige Basisfläche unten im Innern der Reaktionskammer liegt, während die kleinere Basisfläche mit Schneidespitze sich oben befindet.

5ο Behälter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das gesamte starre Element mit den beiden Kammern in einer becherartigen Hülle (8) aus wärmeisolierendem Material befindet, die an der äusseren Unterseite des Deckels (7) des Metallbehälters der Reaktionsteilnehmer angesiegelt ist. · ·

6ο Behälter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Metallbehälter (2) aus Aluminium besteht.

7. Behälter nach Anspruch Ί bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die becherartige Aussenhülle (8) aus expandiertem Polystyrol besteht.

8. Behälter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Reaktionsteilnehraer aus CaO, das Mittel zur Einleitung der Reaktion aus CaCIp in einer Menge bis zu 10 Prozent und der flüssige Reaktionsteilnehmer aus einem mit Wasser vermischten Glykol oder Polyglykol besteht.

9. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Glykol um Äthylenglykol handelt.

10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Äthylenglykol in einer Menge von 1 Prozent, bezogen auf die Wassermenge, vorhanden ist.

11. Behälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für 40 ml eines zu erwärmenden Nahrungsmittels oder Getränks 18 g CaO, 1,8 g CaCl₂ und 8 ml einer 1-prozentigen wässrigen Äthylenglykollösung enthalten sind, die insgesamt 5389 Kalorien liefern.

12. Behälter nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse des Calciumoxids 20 inesh (lichte Maschenweite 0,841 mm) beträgt und das Calciumchlorid in Pulverform vorliegt. . ■