DE69733417T2

DE69733417T2 - Tragbare hitzequelle

Info

Publication number: DE69733417T2
Application number: DE69733417T
Authority: DE
Inventors: L. William BELL; J. Robert COPELAND; Jianhan Yu
Original assignee: TDA Research Inc
Current assignee: TDA Research Inc
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2017-08-02
Also published as: KR19990037954A; KR100576185B1; AU3809497A; WO1998005906A1; EP0917637B1; EP0917637A1; DE69733417D1; JP2000515576A; CA2261688A1; CA2261688C; US6248257B1; EP0917637A4; US5935486A; JP4240538B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Wärmequelle, die als tragbare Wärmeeinrichtung zum Erwärmen von Nahrungsmitteln, Getränken oder anderen Vorräten verwendet werden kann. Die Wärmequelle benutzt in einer tragbaren Heizeinrichtung eine wärmeerzeugende Zusammensetzung, die über lange Zeiträume aufbewahrt werden kann und durch Zugabe einer wässrigen Lösung, beispielsweise von Wasser, aktiviert wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Ziel der Erfindung ist eine Wärmequelle, die Wärme liefert, ohne dass ein Ofen, Feuer, eine äußere Brennstoffquelle oder eine elektrische oder andere Antriebsquelle benutzt werden muss. Die Wärmequelle sollte sicher für Aufbewahrung/Speicherung, Transport sowie in der Betätigung sein; sie sollte zweckmäßig in der Verwendung sein; über minimales Gewicht und Volumen verfügen und doch ausreichend Wärme für verschiedene Anwendungsfälle liefern; schließlich soll sie schnell uns sicher nach ihrer Verwendung entsorgt werden können. Eine Anzahl tragbarer Wärmequellen, insbesondere für Anwendungsfälle hinsichtlich des Erwärmens von Nahrung, sind bekannt. Die Materialien und vorher verwendeten Verfahren bei solchen tragbaren Wärmequellen leiden an einer Anzahl von Nachteilen einschließlich der Bildung entflammbarer und/oder toxischer Nebenprodukte, die potentiell gefährlich sind oder die eine spezielle Entsorgung als gefährliche Materialien erfordern können. Viele der vorher genannten tragbaren Wärmequellen haben auch einen geringen Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung, d.h. geringe Wärme, die, bezogen auf ein gegebenes Gewicht oder Volumen an heizendem Material, erzeugt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmequelle, die in tragbaren Heizeinrichtungen brauchbar ist, bei denen die Energie zur Erzeugung der Wärme in Form von Materialien gespeichert wird, die veranlasst werden können, zur Erzeugung von Wärme zu reagieren. Insbesondere wird Wärme durch Zugabe von Wasser zu einer wärmeerzeugenden Zusammensetzung erzeugt. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung nach der Erfindung und hiernach hergestellte Heizeinrichtungen verwenden eine einzigartige Kombination chemischer Reaktionsmittel, um eine Wärmequelle mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen, wodurch jedoch die Nachteile der bekannten Wärmequellen vermieden werden. Die vorliegende Erfindung schafft eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich der Sicherheit und des Wirkungsgrades der Wärmeproduktion verglichen mit dem Stand der Technik.
Das US-Patent 3 079 911 offenbart eine Heizeinrichtung, die Wärme durch Oxidation eines Metalls erzeugt und die durch Zugabe einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, aktiviert wird. Die offenbarte exotherme Zusammensetzung ist ein Gemisch aus Aluminium, Kupfersulfat, Kaliumchlorat und Calciumsulfat. Jedoch führt die Reaktion dieses Gemisches zur Erzeugung von Gasen, die entflammbar oder korrosiv sein können.
Das US-Patent Nr. 4 809 673 offenbart die Verwendung der Hydratation von Calciumoxid (Branntkalk, CaO) zur Erzeugung von Wärme. Die Wärmeabgabe pro Gewicht (des Trockenmaterials) liegt bei etwa 501 Btu/Ib. Die Nachteile dieses Typs von Heizeinrichtung bestehen in der relativ niedrigen Wärmeabgabe und der Forderung, eine große Heizeinrichtung zu verwenden, da die Pulverdichte des Calciumoxids niedrig ist.
Das US-Patent Nr. 4 753 085 offenbart verschiedene Reaktionen zur Verwendung in chemischen Heizeinrichtungen. Beispielsweise ist die Reaktion von Natriumhydroxid mit Chlorwasserstoffsäure offenbart, und diese Reaktion erzeugt mehr Wärme pro Gewicht an Heizermaterial (565 Btu/Ib) als die Hydration bzw. Hydratation des oben diskutierten Calciumoxids. Diese Heizeinrichtung bringt es allerdings mit sich, dass eine starke Säure, HCl, die gefährlich ist, gehandhabt werden muss. Eine andere offenbarte Reaktion ist die Oxidation von Eisenpulver zur Erzeugung von Wärme. Diese Reaktion wird durch Wasser behindert. Tragbare Heizeinrichtungen, die in Anwesenheit von Wasser gut funktionieren sind wünschenswerter, da Wasser sowohl zur Übertragung von Wärme von der Heizeinrichtung an die Nahrung oder den anderen zu erwärmenden Gegenstand, insbesondere durch Verdampfung/ Kondensation, dazu dient, die Temperatur der Heizeinrichtung zu begrenzen, indem Verdampfungswärme entfernt wird, sobald einmal der Siedepunkt des Wassers erreicht ist.
Das US-Patent Nr. 4 559 921 offenbart einen sich selbst erwärmenden Behälter einschließlich eines Gefäßes für Nahrung. Unterhalb des Gefäßes ist ein versiegelter Behälter versiegelt, der Calciumoxid und Wasser hält. Das Calciumoxid und das Wasser werden durch einen versiegelten Beutel getrennt gehalten. Ein am Beutel befestigtes Reißelement öffnet den Beutel und den Behälter und ermöglicht es dem Wasser das Calciumoxid zu kontaktieren und hierdurch die exotherme Reaktion zur Erwärmung der Nahrung zu starten.
Das US-Patent Nr. 4 949 702 offenbart eine selbst heizende Einrichtung einschließlich einer Heizeinrichtung innerhalb eines Behälters. Die Heizeinrichtung umfasst zwei Teile: ein Pyrogen hoher Energiedichte mit einem hohen Heizwert; und ein Zündmittel, das das Pyrogen kontaktiert. Sowohl das Pyrogen wie das Zündmittel sind eine Mischung aus einem oder mehreren Arten von Metalloxiden und einer oder mehrerer elementarer Substanzen oder Legierungen von Metall oder Semi-Metall. Das Zündmittel wird durch einen Funken von einem Zünder ähnlich einem Streichholz aktiviert.
Das US-Patent Nr. 4 895 135 offenbart einen sich selbst erwärmenden Behälter, der Wärme durch eine exotherme Hydratationsreaktion erzeugt. Der Behälter umfasst eine äußere Schale, einen Mantel, der das exotherme Reaktionsmittel hält, einen Wasser enthaltenden Wasserbeutel und einen Behälterkörper für Nahrungsmittel. Der Behälterkörper ist aus einem bahnartigen Material, beispielsweise einer Metallfolie gemacht und eine synthetische Harzschicht ist auf wenigstens einer Seite der Metallfolie aufgebracht. Das bahnartige Element wird gefaltet, so dass sein Querschnitt W-förmig ist und wird längs der vertikalen und oberen Ränder wärmegesiegelt. Ein Teil in Form eines umgekehrten V des Bahnelements bildet eine Kammer, die die Schale innen hält. Das Patent bezieht sich auf die Verwendung der Hydratation von Calciumoxid zur Erzeugung von Wärme.
Das US-Patent Nr. 5 355 869 offenbart eine selbst heizende Anordnung zur Erwärmung von Portionsessen, beispielsweise Mahlzeiten für eine militärische Gruppe. Die Gesamtanordnung umfasst eine Anzahl von heizenden Tabletts und eine bestimmte Anzahl von Heizeranordnungen. Jede Heizeranordnung ist auf einer steifen Polymerbahn eines Materials unter Bildung einer Anzahl von Taschen gemacht und eine Bahn porösen nicht gewebten lockeren Gewebes ist am Boden der Polymerbahn zur Versiegelung der Taschen befestigt. Eine Mg-Fe-Legierung ist die in der Heizvorrichtung verwendete exotherme Chemikalie. Wasser ist in der Anordnung nicht mit umfasst, wird jedoch zugegeben, wenn die Anordnung zur Benutzung ansteht.
Das US-Patent Nr. 5 205 277 (und das entsprechende europäische Patent Nr. 0564680A1) offenbart einen selbst erwärmenden Behälter, der drei Heizstapelungen verwendet. Der erste Heizstapel enthält Calciumoxid und ist die Hauptkomponente zur Erzeugung von Wärme. Der zweite (mittlere) Temperaturheizstab enthält eine exotherme Flüssigkeit, die sich aus NaCl, Essigsäure und Wasser zusammensetzt. Der dritte (hohe) Heizstapel enthält eine exotherme Flüssigkeit, die aus den gleichen Komponenten wie beim mittleren Heizstapel, nur in anderen Verhältnissen, zusammengesetzt ist. Die Flüssigkeiten im mittleren und hohen Heizstapel werden verwendet, um in Reaktion mit dem Calciumoxid zu treten, wodurch die Hydratationswärme zur Erwärmung der Nahrung freigesetzt wird.
Das US-Patent Nr. 4 751 119 offenbart einen Behälter zur Selbsterwärmung oder zum Selbstkühlen von Nahrungsmitteln oder Getränken und umfasst eine Vorrichtung, die ein flüssiges Reaktionsmittel an ein festes Reaktionsmittel leitet, wobei entweder eine exotherme oder ein endotherme Reaktion zum Tragen kommt. Die offenbarten exothermen Reaktionsmittel sind die folgenden: „Brannt- oder Ätzkalk, Natriumhydroxid, Kobalt, Chrom, Eisen, Eisenhydroxid, Magnesium, Mangan, Molybdän, Zinn-(II)-oxid, Titanium, Natrium, Calciumhydroxid, Schwefelsäure, Salpetersäure, metallisches Natrium etc. Unter diesen ist ein Pulver von Magnesiumchlorid zu bevorzugen. Die Reaktionsmittel sind jene, die ein Oxid erzeugen, das mit Sauerstoff bei Zimmertemperatur in Form eines reaktivierten Metalls oder einer metallischen [sic] Verbindung erzeugen und über eine exotherme Charakteristik verfügen. Bevorzugt mischt man zwei oder mehr metallische Pulver". Das nach diesem Patent bevorzugte Verfahren, die Reaktion von Magnesiumchlorid mit Wasser, vermeidet die Verwendung sowohl einer starken Säure wie starken Base. Diese Reaktion verfügt über eine Wärmeabgabe pro Gewicht Reaktionsmittel von nur 721 Btu/Ib. Die komplette Hydratation des Magnesiumchlorids erfordert eine große Menge Wasser, und hierbei wird signifikant das Gewicht der Heizeinrichtung (wenn Wasser bei der Heizeinrichtung mitgeführt wird) vergrößert.
Das US-Patent 4 819 612 offenbart einen Behälter, der in der Lage ist, seinen Inhalt zu erwärmen, wenn eine Zündung (durch ein Streichholz beispielsweise) erfolgt. Der Behälter enthält japanischen Sake, Kaffee, Suppe oder irgend ein anderes essbares Material, und in einer gesonderten Kammer enthält er ein selbst verbrennendes exothermes Material, bei dem es sich um ein Gemisch eines Oxidationsmittels und eines brennbaren Materials handelt. Die offenbarten Oxidantien sind Kaliumpermanganat, Mangandioxid, Tribleitetraoxid, Bariumperoxid sowie Bromate und Chlorate. Die brennbaren offenbarten Verbindungen sind metallische Pulver des Eisens, Siliciums, Ferrosiliciums, Aluminiums, Magnesiums und des Kupfers. Das bevorzugte exotherme Material ist ein Gemisch aus Kaliumpermanganat und einem oder mehrerer anderer Metalle. Man beachte, dass die Reaktion nicht durch Wasser aktiviert wird, dass aber eine Schmelzsicherung im Behälter über ein Zündholz oder ein Feuerzeug gezündet wird. Die Temperatur kann 1000°C überschreiten, wodurch Vorkehrungen, um ein Schmelzen des Behälters zu vermeiden, erforderlich werden.
Das US-Patent 4 522 190 offenbart ein Heizmaterial zur Erwärmung von Nahrungsmitteln und anderen Gegenständen. Es ist als flammenloser Rationsheizer (FRH) bekannt. Der Heizer ist ein Verbund eines superkorrodierenden metallischen Legierungspulvers, das über ein poröses Ultrahoch-Molekulargewicht-Polyethylen (UHMW) verteilt ist. Die superkorrodierende metallische Legierung ist bevorzugt eine pulverförmige Legierung des Magnesiums und Eisens, die, wenn mit einer elektrolytischen Lösung, beispielsweise wässrigem Natriumchlorid, benetzt wird, Wärme erzeugt. Die Reaktion wird begleitet von der Entwicklung von entflammbarem und potentiell explodierendem Wasserstoffgas. Das System verwendet eine Magnesium/Eisenlegierung in einer Matrix von (UHMW) Polyethylen, wodurch Wärme nach folgender Reaktion erzeugt wird: Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂
Die Wärmeabgabe dieser Reaktion liegt bei 5643 Btu/Ib (Trockengewicht). Normalerweise reagiert Magnesium sehr langsam mit Wasser, da das Vorhandensein eines Oxidüberzugs auf der Oberfläche, wodurch jede weitere Reaktion verhindert wird, der Grund hierfür ist. Eisen wird zur Vergrößerung der Reaktionsgeschwindigkeit mit Wasser zugegeben. Der Hauptnachteil dieses Systems besteht in der Erzeugung erheblicher Mengen von Wasserstoffgas. Die FRH erzeugt 9–10 Liter Wasserstoffgas (bei Normtemperatur und Druck), wenn sie verwendet wird, um eine Mahlzeit oder eine US-Army-Mahlzeit zu erwärmen, welche als Fertiggericht vorliegt.
Dieses Gasvolumen, das zusammen mit einem Teil des erzeugten Wasserdampfes durch die Heizeinrichtung abgeblasen werden muss, stellt für den Benutzer einen Nachteil dar.
Die Menge an durch die FRH-Einrichtung erzeugten Wasserstoffs hat deren Einsatz in Verbrauchermärkten beeinträchtigt. Beispielsweise könnte eine gefährliche Situation leicht auftreten, wenn eine funktionierende Heizeinrichtung in einen arbeitenden Mikrowellenofen eingesetzt werden würde, da die Menge an im beengten Raum des Ofens erzeugten Wasserstoffs ohne weiteres in die Explosionsgrenzen von Wasserstoff in Luft fallen könnte.
Das US-Patent 5 117 809 offenbart ein Heizermaterial, das die gleiche Legierung des Magnesiums und Eisens, wie in dem US-Patent 4 522 190 beschrieben, jedoch mit einer unterschiedlichen Verpackungsanordnung verwendet. Wasserstoffgas wird trotzdem bei der Verwendung der Legierung erzeugt. Das Patent beschreibt auch die Verwendung anderer bekannter exothermer Reaktionsmaterialien: Calciumoxid, wasserfreies Calciumchlorid, Magnesiumoxid, Zeolithmolekularsiebe und Silicagel -die alle mit Wasser unter Abgabe von Wärme reagieren.
Das US-Patent Nr. 5 220 909 offenbart einen selbst heizenden Behälter, der einen Kübel für Nahrungsmittel enthält. Ein ein exotherm-chemisches Kissen enthaltendes Tablett, zusammengesetzt aus einer super-korrodierenden Mg-Fe-Legierung, die durch und durch durch eine poröse Polymermatrix dispergiert ist, sowie ein eine elektrolytische Lösung enthaltender Beutel, wodurch das chemische Kissen aktiviert wird, ist unterhalb des Kübels angeschweißt. Eine Zuglasche ist am Beutel befestigt, so dass die im Beutel enthaltene elektrolytische Lösung freigesetzt werden kann, um die exotherme Reaktion unter Erwärmung der Nahrung auszulösen.
Die JP-56-076482, US-A-3766079, US-A-3550578, JP-56-135585, US-A-5248486 und US-A-3535246 offenbaren wärmeerzeugende Zusammensetzungen, die ein saures Anhydrid oder ein saures Salz und ein basisches Anhydrid oder ein basisches Salz umfassen.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung umfasst wärmeerzeugende Zusammensetzungen sowie Heizer, d.h. verschiedene Konfigurationen von Wärmequellen und Heizeinrichtungen, die die wärmeerzeugende Zusammensetzung nutzen. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung nach der Erfindung enthält wenigstens eine Komponente, welche bei Hydratation Wärme freisetzt, d.h. bei Kontakt mit Wasser, sowie wenigstens eine Komponente, die in Wechselwirkung mit den Hydratationsprodukten tritt, um ein im Wesentlichen neutrales Endprodukt zu erzeugen und gewünschtenfalls zusätzliche Wärme bei der Neutralisation freizusetzen.
Insbesondere enthält die wärmeerzeugende Zusammensetzung dieser Erfindung ein Gemisch aus einem Säureanhydrid oder einem sauren Salz mit einem basischen Anhydrid oder einem basischen Salz, wie in Anspruch 1 definiert. Die Zusammensetzung umfasst auch ein Inertmaterial, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Öl, Wachs, oberflächenaktiven Mittel oder einem Gemisch hiervon besteht. Die Hydratation der sauren oder acidischen und basischen Spezies im Gemisch erzeugt Wärme, die acidischen und basischen Reaktionsprodukte der Hydratation können reagieren, um ein im Wesentlichen neutrales Produkt zu bilden. Bevorzugt setzt die Neutralisationsreaktion der basischen und acidischen oder sauren Produkte Wärme frei. Eine Vielzahl saurer und basischer Spezies können kombiniert werden, um die wärmeerzeugenden Zusammensetzungen dieser Erfindung zu erzeugen. Bevorzugt saure und basische Spezies sind die, welche die größte Wärmeabgabe bei Hydratation ohne Erzeugung entflammbarer, toxischer oder gefährlicher Nebenprodukte oder Endprodukte hervorrufen. Bevorzugte Gemische saurer und basischer Komponenten sind jene, die sich nach Aktivieren zu einem im Wesentlichen neutralen Endprodukt ergeben.
Wärmeerzeugende Zusammensetzungen dieser Erfindung können ein Gemisch eines Säureanhydrids mit einem basischen Anhydrid, ein Gemisch eines Säureanhydrids und einem basischen Salz, ein Gemisch eines sauren Salzes mit einem basischen Anhydrid, ein Gemisch eines sauren Salzes mit einem basischen Salz oder Kombinationen dieser Gemische umfassen. Die Zusammensetzungen dieser Erfindung können ein oder mehrere Säureanhydride und/oder saure Salze und ein oder mehrere basische Anhydride und/oder basische Salze umfassen. Die Zusammensetzungen müssen wenigstens ein Säureanhydrid oder saures Salz in Kombination mit wenigstens einem basischen Anhydrid oder basischen Salz enthalten.
Die Zusammensetzung nach dieser Erfindung kann hergestellt und aktiviert werden, indem man zunächst saure und basische Reaktionsteilnehmer und beliebige Inertmaterialien kombiniert und dann Wasser der Kombination zur Aktivierung der Wärmeerzeugung zusetzt. Alternativ lässt sich die Zusammensetzung herstellen und aktivieren, indem eine wässrige Lösung eines sauren Salzes hergestellt wird und diese Lösung zur Aktivierung eines basischen Anhydrids verwendet wird. Analog lässt sich die Zusammensetzung dieser Erfindung herstellen und aktivieren, indem eine wässrige Lösung eines basischen Salzes einem sauren Anhydrid oder Säureanhydrid zugesetzt wird.
Das Gewichtsverhältnis saurer Spezies (saures Anhydrid und/oder saures Salz) zur basischen Spezies (basisches Anhydrid und/oder basisches Salz) in brauchbaren Zusammensetzungen dieser Erfindung können zwischen etwa 0,1 und etwa 10 liegen. Das Gewichtsverhältnis der sauren und basischen Komponenten in einer gegebenen bevorzugten Zusammensetzung wird so gewählt, dass die gewünschte Wärmeabgabe für eine besondere Heizeranwendung und Neutralisation des Produktes erreicht wird und Kosten minimiert werden. Für eine Anzahl unterschiedlicher saurer und basischer Spezies führt ein Gemisch mit etwa 1:1 Gewichtsverhältnis sauren Anhydrids und/oder sauren Salzes zu basischem Anhydrid und/oder basischem Salz zu einem im Wesentlichen neutralen Produkt bei Reaktion.
Bevorzugte wärmeerzeugende Zusammensetzungen dieser Erfindung umfassen ein Gemisch von Phosphorpentoxid (einem Säureanhydrid) und Calciumoxid (einem basischen Anhydrid). Wird Wasser diesem Gemisch zugesetzt, so wird Wärme durch Hydratation des Phosphorpentoxids zu Phosphorsäure und durch Hydratation von Calciumoxid zu Calciumhydroxid hervorgerufen. Phosphorsäure und Calciumhydroxid können dann reagieren und ergeben ein neutrales Endprodukt. In bevorzugten Gemischen werden ausreichend Phosphorsäure und Calciumhydroxid produziert, derart, dass sich ein im Wesentlichen neutrales Endprodukt nach Aktivierung der wärmeerzeugenden Zusammensetzung ergibt.
Die wärmeerzeugenden Zusammensetzungen dieser Erfindung enthalten inerte Materialien zum Einstellen der Rate der Wärmeerzeugung. Von Inertmaterialien glaubt man, dass sie sich den wärmeerzeugenden Reaktionsteilnehmern anlagern, oder sich mit diesen assoziieren, wodurch diese überzogen werden oder Micellen oder andere Strukturen, um sie einzufangen, geformt werden und der Zusatz von Wasser zu den Reaktionsteilnehmern verzögert wird und die Reaktionsgeschwindigkeit gemäßigt wird. Geeignete Inertmaterialien umfassen oberflächenaktive Mittel (Surfactants), Öle, Wachse sowie natürliche oder synthetische Polymere oder Kombinationen hiervon. Oberflächenaktive Mittel und Öle, in Kombination miteinander oder in Kombination mit Wachsen oder Polymeren werden als Inertmaterialien eher bevorzugt. Die Verwendung eines Wachses als einziges Inertmaterial wird im Allgemeinen weniger bevorzugt, da dies zu einer übermäßigen Verzögerung der Wärmeerzeugung führen kann. Inertmaterialien können zwischen etwa 1% und etwa 90 Gew.-% der wärmeerzeugenden Zusammensetzung umfassen. Bevorzugt stellt das Inertmaterial zwischen etwa 5% und 25 Gew.-% und bevorzugt zwischen etwa 10% bis etwa 20 Gew.-% der wärmeerzeugenden Zusammensetzung dar.
Die wärmeerzeugenden Zusammensetzungen dieser Erfindung können in Heizerkonfigurationen oder Heizereinrichtungen in verschiedenster Form, beispielsweise als Pulver, als grob pulverförmige Granulate, Aggregate, gepresste kleine Polster, Stäbchen, Tabletten oder Streifen, als extrudierte Pellets, Stangen oder andere geformte Artikel Verwendung finden. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung kann geformt, gestaltet, gepresst oder extrudiert werden, und zwar vor oder nach Zugabe irgend eines Inertmaterials. Alternativ lässt sich das Inertmaterial mit einem Überzug versehen oder kann in anderer Weise geschichtet oder geformt, gepresst oder als extrudierte Zusammensetzung Verwendung finden. Beispielsweise kann nach Zugabe des Inertmaterials die wärmeerzeugende Zusammensetzung gemischt werden, um Aggregate oder Granulate zu erzeugen, die dann gesiebt werden können, um einen gewünschten Bereich von Partikelgrößen zu erhalten. Weiterhin lassen sich die wärmeerzeugenden Zusammensetzungen in einzel- oder mehrlagige Heizerkissen, Streifen, Tabletts oder ähnliche Gestalten formen, in welchen Lagen der gleichen oder unterschiedlichen wärmeerzeugenden Zusammensetzungen kombiniert und nach Wunsch durch poröse oder nicht poröse Distanz- oder Verpackungsmaterialien getrennt werden können, beispielsweise Lagen gewebter Materialien oder Kunststoffe. Das Formen, Aggregieren, Pressen, Extrudieren, Pelletisieren, Schichten oder andere physikalische Manipulationen der Form des wärmeerzeugenden Materials mit oder ohne das Vorhandensein von Inertmaterialien können die Oberflächenbereiche des Materials vermindern, der für die Aktivierung verfügbar ist und so die Rate der Wärmeerzeugung bei Aktivieren mäßigen.
Heizeinrichtungen nach dieser Erfindung umfassen solche, die eine ausgewählte Menge Wärme erzeugender Zusammensetzung umfassen, die typischerweise innerhalb eines Behälters oder eines Haltegefäßes zurück gehalten werden, beispielsweise eines porösen oder nicht porösen Beutels oder Gewebes. Durch die Heizeinrichtung wird Wärme erzeugt, wenn Wasser in Kontakt mit der wärmeerzeugenden innerhalb des Halters erhaltenen Zusammensetzung gebracht wird. Der Halter kann porös, um den Zugang von Wasser zu ermöglichen, sein, ist er jedoch nicht porös, so ist er mit gewissen Mitteln versehen, um schnell den Halter zu öffnen und es dem Wasser zu ermöglichen, das zurück gehaltene wärmeerzeugende Material zu kontaktieren und aktivieren. Der Halter oder das Haltegefäß ist bevorzugt inert, wärmebeständig und aus einem Material gemacht, das den Wärmeübergang von dem aktivierten wärmeerzeugenden Material zu einem Gegenstand oder Artikel, der zu erwärmen ist, erleichtert. Heizeinrichtungen umfassen u.a. poröse oder nicht poröse Beutel, welche Aggregate, Pellets, Stangen oder Kissen von wärmeerzeugenden Materialien enthalten. Nicht poröse Heizerbeutel lassen sich wieder verschließen, um das Einführen und Zurückhalten von Wasser zur Aktivierung der Heizeinrichtung zu ermöglichen. Nach einer beispielsweisen Konfiguration ist der Heizer ein poröser Beutel, der in getrennte Kammern unterteilt ist, von denen eine jede die gleichen oder unterschiedlichen wärmeerzeugenden Zusammensetzungen enthält. In einer anderen beispielsweisen Konfiguration umfasst die Heizeinrichtung ein Gewebe (d.h. einen porösen Beutel oder eine andere geschlossene Umhüllung), die ein gepresstes Kissen aus wärmeerzeugendem Material enthält. In dieser Konfiguration kann die Heizvorrichtung ein oder mehrere Kissen oder Streifen innerhalb getrennter durch ein Gewebe umschlossener Kammern haben. In einer anderen beispielsweisen Konfiguration umfasst die Heizvorrichtung ein Gewebe, das ein mehrschichtiges gepresstes Kissen aus Wärme erzeugender Zusammensetzung enthält. Bei dieser Konfiguration können Schichten des gepressten Kissens wärmeerzeugendes Material enthalten, das Wärme bei unterschiedlichen Raten oder Geschwindigkeiten erzeugt. Beispielsweise kann eine langsam reagierende Schicht kombiniert werden mit einer schneller reagierenden Schicht. Die Schichten lassen sich durch Schichten aus Inertmaterial, Gewebe oder Plastik beispielsweise trennen. Wärmeerzeugende Zusammensetzungen, die bei unterschiedlichen Raten reagieren, können erzeugt werden durch die Verwendung unterschiedlicher Kombinationen von Reaktionsmitteln oder durch die Verwendung unterschiedlicher Mengen oder Typen von Inertmaterial. Heizer können auch mehrfach gepresste Kissen umfassen, die auf einer Bahn porösen oder nicht porösen Trägermaterials aufgebracht sind, beispielsweise Pappe, Kunststoff oder schweres Gewebe und gewünschtenfalls mit Gewebe oder anderem porösen Verpackungsmaterial versiegelt sind.
Eine Heizvorrichtung der vorliegenden Erfindung erzeugt bevorzugt Wärme über einen Zeitraum zwischen etwa 5 bis etwa 30 Minuten nach dem Kontakt mit Wasser. Obwohl wärmeerzeugende Materialien dieser Erfindung veranlasst werden können, deren Wärme über einen kürzeren Zeitraum, etwa eine Minute, abzugeben, sollte die Wärmeproduktionsrate der Heizvorrichtung eingestellt werden auf die Rate des Wärmeübergangs auf den zu erwärmenden Artikel. Eine wärmeerzeugende Zusammensetzung oder Heizvorrichtung, die ihre Wärme in im Wesentlichen weniger als 5 Minuten abgibt, ist nicht zu bevorzugen, wenn Nahrungsmittel erwärmt werden sollen, es sei denn, die Nahrungsmittel werden in einer dünnen Schicht benachbart der Schicht gehalten.
Eine Heizvorrichtung, die eine wärmeerzeugende Zusammensetzung dieser Erfindung benutzt, bedeutet einen anderen Aspekt dieser Erfindung. Die Heizvorrichtung umfasst einen Behälter, der die wärmeerzeugende Zusammensetzung festhält und ein Gefäß, um Nahrungsmittel in fester oder flüssiger Form (einschließlich Wasser) oder andere zu erwärmende Materialien zu halten. Das Gefäß ist bezüglich des Behälters und der wärmeerzeugenden Zusammensetzung darin so positioniert, dass bei Aktivieren der wärmeerzeugenden Zusammensetzung Wärme auf das Gefäß und die darin befindlichen Materialien übertragen wird. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung kann in Form von Pulver, Flüssigkeit, Gel, Creme oder Überzug auf Zwischenmaterial oder Inertmaterial vorliegen. Bevorzugt ist die wärmeerzeugende Zusammensetzung ein Pulver und ist somit leicht zu handhaben. Bevorzugt wird es extrudiert und/oder in Pellets, Stäbchen, Kissen oder andere Gestalt zum Einführen in den Behälter gepresst. Die Heizvorrichtung ermöglicht es, dass beim Einführen Wasser die wärmeerzeugende Zusammensetzung kontaktiert und aktiviert. Bevorzugt wird die wärmeerzeugende Zusammensetzung innerhalb eines Beutels, Sacks oder anderer Haltevorrichtungen innerhalb des Behälters zurück gehalten, um ein Zerstreuen des Materials oder der Reaktionsprodukte zu minimieren und zu einer gleichförmigen Verteilung der Zusammensetzung im Behälter beizutragen. Der Haltebeutel kann porös oder nicht porös sein. Ist der Beutel nicht porös, so lässt er sich öffnen und kann nach Wunsch wieder verschlossen werden, um Wasser oder andere aktivierende Lösung zur Aktivierung der wärmeerzeugenden Zusammensetzung wieder zuzugeben. Gewünschtenfalls kann die Vorrichtung auch einen Beutel oder einen anderen Halter für Wasser oder eine andere aktivierende Lösung haben, lässt sich öffnen, beispielsweise indem an einer Lasche zur Freigabe der aktivierenden Lösung gezogen wird. Der Beutel ist in der Heizeinrichtung derart positioniert, dass das freigesetzte Wasser die Zusammensetzung kontaktieren und aktivieren kann. Die Heizeinrichtung hat gewünschtenfalls, jedoch bevorzugt, gewisse Elemente, die die erzeugte Wärme zurückhalten, um einen wirksamen Wärmeübergang auf das Gefäß und das darin befindliche Material zu steigern und den Wärmeverlust an die Umgebung zu minimieren. Die Vorrichtung kann beispielsweise eine äußere Abdeckung, Deckel, Box oder anderen Halter umfassen, der das Gefäß und den Behälter gehäuseartig umschließt.
Diese Erfindung umfasst ein Verfahren des Steuerns der Rate der Wärmeerzeugung der wärmeerzeugenden Zusammensetzung. Sie umfasst auch Verfahren des Erwärmens und der Verwendung der wärmeerzeugenden Zusammensetzung dieser Erfindung.
Anwendungen dieser Erfindung umfassen Kombinationen der vorliegenden wärmeerzeugenden Zusammensetzung mit anderen Artikeln. Beispielsweise können die vorliegenden Heizeinrichtungen kombiniert werden mit Gegenständen der Bekleidung wie Handschuhe, um Handwärmer zu schaffen. Oder sie können beispielsweise kombiniert werden mit Gegenständen aus der Küche zur Herstellung von Brotkörben, die den Inhalt über längere Perioden warm halten.
Die wärmeerzeugenden Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung und Heizer und Heizeinrichtungen, die jene ausnutzen, zeitigen viele Vorteile gegenüber den Zusammensetzungen und Einrichtungen des Standes der Technik für eine wirksame Wärmeerzeugung und Wärmeübertragung. Die Heizer und Heizeinrichtungen der Erfindung sind stabil zur Speicherung und Lagerung über längere Zeiträume, sind sicher in der Benutzung und können nach der Benutzung ohne weiteres entsorgt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Draufsicht auf einen Mehrkomponentenbeutel, der die wärmeerzeugende Zusammensetzung in Form kleiner Pellets enthält. Der Beutel ist aus einem porösen Gewebe, welches wärmeversiegelt ist, um vier Kammern derart zu bilden, dass die Innensäume (angegeben durch gestrichelte Linien) die Pellets in Abteilungen unterteilen, um ein Verschieben der Pellets von einem Ende oder einer Seite des Beutels zur anderen zu verhindern.
1B ist ein Querschnitt durch den Heizerbeutel der 1A.
2A eine Draufsicht auf einen Drei-Streifen-Beutel, der gepresste Kissen der wärmeerzeugenden Zusammensetzung enthält. Zwischen den Kissen gebildete Kanäle ermöglichen gesteigerten Kontakt des wärmeerzeugenden Materials mit der aktivierenden Lösung. Ein Kissen aus Phosphorpentoxid und Calciumoxid kann in einer Heizeinrichtung verwendet werden, um ein Menü von 8–10 englischen Unzen zu erwärmen. Die gestrichelten Linien geben die Wärmeversiegelung eines Gewebes allseitig um jeden Streifen herum an.
2B ist eine Seitenansicht des Beutels der 2A.
3A ist eine Seitenansicht eines Heizerkissens mit zwei gepressten Lagen aus wärmeerzeugendem Material. Eine der Lagen arbeitet langsam, die andere arbeitet schnell. Lagen bzw. Schichten aus Polypropylengewebe werden auf den Boden und den Kopf des zweischichtigen Heizerkissens zwischen die beiden Schichten gepresst. Das gesamte Kissen wird nach Wunsch in einem Polymergemischgewebe versiegelt. Das zweilagige Heizkissen in Form von Streifen zur Verwendung in der Kissenkonfiguration der 2A und 2B geformt werden.
3B ist eine Draufsicht auf eine andere Heizerkonfiguration dieser Erfindung. Der Heizer umfasst multiple gepresste Kissen aus wärmeerzeugender Zusammensetzung, die auf einem Rückenmaterial aufgebracht und von einem Gewebe gehäuseartig umschlossen sind. Der Heizer verfügt über Kanäle zwischen den Kissen, um den Zugang aktivierender Lösung zu ermöglichen.
4A ist eine Seitenansicht einer Heizeinrichtung mit einem Behälter, der einen Heizerbeutel, eine wärmeerzeugende Zusammensetzung enthaltend, hält und zeigt ein Gefäß zum Aufnehmen von Esswaren; und ein Mittel, das es einer wässrigen Lösung erlaubt, die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren. Raum ist im Behälter für die wässrige Lösung vorgesehen und ermöglicht das Quellen oder Anschwellen der Zusammensetzung bei Hydratation. Der Behälter hat gewünschtenfalls einen Deckel, um den Behälter abzudecken und für Wärmeisolierung zu sorgen.
4B ist eine Seitenansicht einer Heizereinrichtung, umfassend einen Behälter: der die in ein Kissen gepresste wärmeerzeugende Zusammensetzung hält; ein Gefäß zur Aufnahme von Nahrungsmitteln; und ein Mittel, das es der wässrigen Lösung erlaubt, die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren. Raum ist im Behälter für die wässrige Lösung, damit die Zusammensetzung bei Hydratation aufquellen kann. Der Behälter verfügt gewünschtenfalls über einen Deckel zum Bedecken des Behälters und zur Wärmeisolierung.
5 zeigt die Heizkurven für eine Heizeinrichtung der 4A. Das Nahrungsmittelgefäß enthält 227 g (8 Unzen) Wasser (simulierte Nahrung) und wird durch Zugabe von 03 ml Wasser zu 60 g einer extrudierten Zusammensetzung erwärmt. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung wurde hergestellt, indem CaO und P₂O₅ in gleichen Gewichtsanteilen gemischt wurden und 13,4% (gestrichelte Linie) oder 15,4% (ausgezogene Linie) einer Flüssigkeit zugesetzt wurden, die aus 75% weißen Mineralöls und 26% oberflächenaktives Mittel „ACTRAFOS 216^TM" bestand.
6A ist eine Seitenansicht einer beispielsweisen Heizeinrichtung, umfassend einen Behälter: der ein poröses Gewebe aufnimmt, welches die wärmeerzeugende Zusammensetzung enthält; ein Gefäß zur Aufnahme von Nahrungsmitteln; ein eine aktivierende Lösung enthaltender Beutel, und eine Ziehlasche auf dem Beutel, damit es möglich wird, dass das Wasser den Beutel verlässt und die wärmeerzeugende Zusammensetzung kontaktiert. Raum ist im Behälter zum Aufquellen der Zusammensetzung bei Hydratation belassen. Der Behälter ist gewünschtenfalls mit einem Deckel versehen. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung wird aktiviert, indem der Beutel der aktivierenden Lösung geöffnet wird.
6B ist eine Seitenansicht einer vierten beispielsweisen Heizeinrichtung, bei der der Behälter wärmeerzeugende Zusammensetzung (kein Beutel oder lockeres Gewebe wird verwendet) aufnimmt. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung liegt in Form von Pellets oder Granulaten vor, die nicht in einem Beutel enthalten sind. Ein eine aktivierende Lösung enthaltender Beutel und eine Ziehlasche auf dem Beutel, damit die Lösung den Beutel verlassen und die wärmeerzeugende Zusammensetzung kontaktieren kann, ist, wie gezeigt, seitlich bezüglich der Zusammensetzung positioniert.
7 ist eine Seitenansicht einer weiteren beispielsweisen Heizeinrichtung in einer Ausführungsform „Schale innerhalb einer Schale". Die äußere Schale enthält die wärmeerzeugende Zusammensetzung, die gepresst und geformt sein kann, damit sie zwischen äußere Schale und innere Schale passt.
8 ist eine Seitenansicht einer Heizeinrichtungskonfiguration, bei der ein Heizerkissen und Nahrungsmittelgefäß in einen äußeren flexiblen Behälter eingeführt werden. Das Heizerkissen wird aktiviert, indem der flexible Behälter geöffnet und Wasser eingeführt wird. Der Sack wird dann geschlossen (oder umgefaltet), um den Wärmeübergang an die Nahrungsmittel zu erleichtern.
9 ist ein Diagramm der Temperatur als Funktion der Zeit nach Aktivierung des Heizerkissens, hergestellt aus einem einlagigen Kissen mit einem 1:1 Gewichtsverhältnis von P₂O₅ und CaO, getestet mit einem simulierten Nahrung enthaltenden Gefäß (8 Unzen Wasser). Der Behälter ist eine Plastikbox. Eine Spur ist von einem Thermoelement in der Heizeinrichtung, die andere Spur von einem Thermoelement in dem simulierten Nahrungsmittelgefäß.
10 ist ein Diagramm der Temperatur als Funktion der Zeit nach Aktivierung des Heizerkissens, das aus einem einlagigen Kissen hergestellt ist, das aus P₂O₅ und CaO bei einem Gewichtsverhältnis von 1:1 produziert wurde, getestet mit einem Gefäß, das simulierte Nahrung (227 g (8 Unzen) Wasser) enthält. Der Behälter ist eine Plastikbox. Gezeigt ist ein Temperaturprofil des Heizers und der Nahrung, wo die Anfangstemperatur von Heizer und Nahrung –1,11°C (30°F) betrug. Die Nahrung war zunächst gefroren.
11 ist ein Diagramm der Temperatur als Funktion der Zeit nach Aktivierung des Heizerkissens, das aus einem einlagigen Kissen aus P₂O₅ und CaO bei einem Gewichtsverhältnis von 1:1 produziert wurde, getestet mit einem Gefäß, das simulierte Nahrung (hydriertes Kleie, in einem Plastiktablett) enthält. Der Heizer ist in einem Plastiktablett. Gezeigt ist ein Temperaturprofil des Heizers und der simulierten Nahrung, wobei die Anfangstemperatur von Heizer und Nahrung 4,44°C (40°F) betrug.
12 ist ein Diagramm der Temperatur als Funktion der Zeit nach Aktivierung des Heizerkissens, das aus einem einlagigen Kissen von P₂O₅ und CaO bei einem Gewichtsverhältnis von 1:1 hergestellt war, getestet mit einem Gefäß, das simulierte Nahrung (hydratisierte Kleie in einem Plastiktablett) enthielt. Der Heizer befindet sich in einem Plastiktablett. Gezeigt ist ein Temperaturprofil des Heizers und der simulierten Nahrung, wo die Anfangstemperatur des Heizers und der Nahrung bei 43,33°C (110°F) betrug.
BESCHREIBUNG BESONDERER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die wärmeerzeugende Zusammensetzung der Erfindung ist eine Kombination aus einem Säureanhydrid oder sauren Salz mit einem basischen Anhydrid oder basischen Salz, zusammen mit einem inerten Material, bei dem es sich um ein Öl, Wachs, oberflächenaktives Mittel oder einem Gemisch hiervon handelt.
Die Erzeugung von Wärme kann initiiert werden durch Zugabe einer aktivierenden Lösung an die kombinierten sauren und basischen Komponenten. Die aktivierende Lösung enthält Wasser oder kann Wasser erzeugen.
Alternativ kann eine ein saures Salz enthaltende wässrige Lösung (d.h. eine wässrige Lösung) entweder zum basischen Anhydrid oder basischen Salz zugegeben werden, um eine wärmeerzeugende Zusammensetzung zu formen und die Wärmeerzeugung zu initiieren. In ähnlicher Weise lässt sich eine wässrige ein basisches Salz enthaltende Lösung (d.h. eine basische Lösung) entweder zu einem Säureanhydrid oder einem sauren Salz geben, um eine wärmeerzeugende Zusammensetzung zu formen und die Wärmeerzeugung zu initiieren.
Wärme wird erzeugt durch Hydratation wenigstens eines Vertreters eines Säureanhydrids, eines sauren Salzes, eines basischen Anhydrids oder eines basischen Satzes. Zusätzliche Wärme wird erzeugt durch Neutralisierung der sauren oder basischen Produkte der Hydratation. Bevorzugt ergeben die kombinierten wärmeerzeugenden Reaktionen ein Endprodukt, das im Wesentlichen neutral ist. Im Wesentlichen neutral, wie hier benutzt, bezieht sich auf einen pH-Wert zwischen etwa 4 und etwa 10, und bevorzugt zwischen etwa 6 und etwa 8.
Der Ausdruck saures Anhydrid steht für die gemeine Bedeutung auf dem Fachgebiet und bezieht sich somit, wenn es hier verwendet wird, auf eine Substanz, die sich von einer Säure herleitet, wenn eines oder mehrere Moleküle Wasser entfernt werden oder die zu einer Säure in Anwesenheit von Wasser werden. Der Ausdruck Säureanhydrid umfasst spezifisch teilweise hydratisierte saure Anhydride. In ähnlicher Weise hat ein basisches Anhydrid die gemeine Bedeutung, dass, wie hier verwendet, wird, eine Substanz gemeint ist, die aus einer Base abgeleitet wird, wenn Wasser entfernt wird oder die zu einer Base in Anwesenheit von Wasser wird. Der Ausdruck basisches Anhydrid umfasst spezifisch teilweise hydratisierte basische Anhydride.
Beispiele saurer Anhydride umfassen, ohne hierauf begrenzt zu sein, Phosphorpentoxid (P₂O₅); teilweise hydratisierte saure Anhydride, wie z.B. Polyphosphorsäure; andere nicht-metallische Oxide, beispielsweise B₂O₃ und BO; Carboxylsäure-anhydride einschließlich Essigsäureanhydrid, Essigsäureformiatanhydrid, Propionsäureanhydrid, Butansäureanhydrid, Isobutansäureanhydrid, Valeriansäureanhydrid, Isovaleriansäureanhydrid, Pivalinsäureanhydrid, Hexansäureanhydrid, n-Kapryl-säureanhydrid, Kaprinsäureanhydrid, Laurinsäureanhydrid, Malonsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Adipinsäureanhydrid, Pimelinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid und Maleinsäureanhydrid. Phosphorpentoxid ist das bevorzugte saure Anhydrid.
Beispiele für basische Anhydride umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, insbesondere hydratisierte basische Oxide, beispielsweise handelsübliches Calciumoxid (CaO), das im Fachgebiet wohl dafür bekannt ist, dass es einen Anteil Calciumhydroxid enthält. Andere Beispiele basischer Anhydride umfassen, sind aber hierauf nicht begrenzt, Oxide von Metallen, die gewählt sind aus: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Zäsium, Magnesium, Strontium und Barium. Somit umfassen diese Oxide Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O, Cs₂O, MgO, CaO, SrO und BaO. Calciumoxid (CaO) ist das bevorzugte basische Anhydrid.
Ein saures Salz, so wie hier verwendet, bezieht sich auf ein Salz, das nach Auflösen in Wasser dafür sorgt, dass der pH-Wert der wässrigen Lösung unter pH 7 bleibt. Ein basisches Salz, so wie es hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Salz, das nach Auflösen in Wasser veranlasst, dass der pH-Wert der wässrigen Lösung auf über pH 7 steigt.
Beispiele saurer Salze umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, Aluminiumchlorid (AlCl₃), Zinkchlorid (ZnCl₂), Titaniumtetrachlorid (TiCl₄), Ferrochlorid (FeCl₂), Ferrichlorid (FeCl₃) und Ferrinitrat (Fe(NO₃)₃). Aluminiumchlorid ist das bevorzugte saure Salz wegen seiner hohen Wärmeabgabe.
Als basische Salze verwendet werden können Natriumacetat, Natriumbenzoat und Kaliumscorbat. Natriumacetat ist das bevorzugte basische Salz.
Bevorzugte Materialien zur Verwendung in der wärmeerzeugenden Zusammensetzung dieser Erfindung haben eine oder mehrere der folgenden wünschenswerten Eigenschaften: 1) eine relativ hohe Wärmeabgabe bezogen auf das Gewicht bei Hydratation; 2) hohe Wärmeabgabe bei Neutralisation; 3) niedrige Kosten; 4) Erzeugung nicht-toxischer Produkte; 4) Erzeugung nicht-entflammbarer Produkte; 5) Erzeugung im Wesentlichen neutraler Produkte und 6) Bildung unlöslicher Produkte.
Die brauchbaren Zusammensetzungen nach dieser Erfindung können ein Gleichgewicht wünschenswerter und nicht wünschenswerter Eigenschaften reflektieren. Beispielsweise kann die Hydratation gewisser saurer Salze zur unerwünschten Bildung sauren Gases führen; beispielsweise führt die Hydratation von TiCl₄ oder AlCl₃ zur Bildung von HCl-Gas. Jedoch ist AlCl₃ das bevorzugte saure Salz der Erfindung wegen seiner relativ hohen Wärmeabgabe.
Phosphorpentoxid ist das bevorzugte saure Anhydrid aufgrund seiner geringen Kosten; seiner hohen Wärmeabgabe pro Gewicht bei Hydratation; seiner hohen Wärmeabgabe bei Neutralisation (da H₃PO₄ eine starke Säure ist); der Produktion von nicht-toxischen Produkten; und seiner Bildung eines unlöslichen Salzes mit Calciumoxid.
Calciumoxid ist das bevorzugte basische Anhydrid wegen seiner geringen Kosten; seiner relativ hohen Wärmeabgabe pro Gewicht bei Hydratation; seiner hohen Wärmeabgabe bei Neutralisation; der Erzeugung nicht-toxischer Produkte und seiner Bildung eines unlöslichen Salzes mit H₃PP₄.
Die Kombination von Phosphorpentoxid und Calciumoxid wird teilweise bevorzugt wegen der hohen kombinierten Wärmeabgabe ihrer Hydratations- und Neutralisationsreaktionen.
Aluminiumchlorid ist ein bevorzugtes saures Salz aus mehreren Gründen, analog zu denen oben bezüglich P₂O₅ und CaO angegebenen. Diese umfassen geringe Kosten; relativ hohe Wärmeabgabe pro Gewicht bei Hydratation; hohe Wärmeabgabe bei Neutralisation; und seiner Bildung eines unlöslichen Produkts mit CaO.
Die Kombination von CaO und AlCl₃ wird wegen des hohen kombinierten Wärmeaustrages ihrer Hydratation- und Neutralisationsreaktionen bevorzugt.
Natriumacetat ist das bevorzugte basische Salz aus mehreren Gründen, analog zu den oben angegebenen. Diese umfassen geringe Kosten; hohe Wärmeabgabe bei Neutralisation; und Erzeugung nicht-toxischer Produkte. Die Kombinationen von Natriumacetat mit Phosphorpentoxid oder Aluminiumchlorid sind bevorzugt.
Wegen der leichten Handhabung sollten wärmeerzeugende Reaktionsteilnehmer nach dieser Erfindung, das sind die Anhydride und Salze, bevorzugt fest oder flüssig bei Raumtemperatur und bevorzugt fest sein.
Das Verhältnis von Säureanhydrid oder saurem Salz zu basischem Anhydrid oder basischem Salz bei nützlichen wärmeerzeugenden Zusammensetzungen dieser Erfindung kann erheblich variieren. Zusammensetzungen dieser Erfindung umfassen im Allgemeinen solche, bei denen Säureanhydrid oder saures Salz in einem Verhältnis zwischen etwa 0,1 und etwa 10 Gewichtsteilen des basischen Anhydrids und basischen Salzes stehen. Das Gewichtsverhältnis der Komponenten wird im Allgemeinen so gewählt, dass die Wärmeabgabe maximiert und ein im Wesentlichen neutrales Produkt erzeugt wird. Der Gewichtsüberschuss von einer oder der anderen der Komponenten kann zur Erreichung der Neutralisation erforderlich sein. Für gewisse Heizanwendungen kann es wünschenswert sein, über ein basisches oder saures Produkt zu verfügen. In gewissen Anwendungsfällen wird das Gewichtsverhältnis der Komponenten geeignet eingestellt, um den gewünschten pH-Wert des Produktes zu erreichen. Wie den Fachleuten klar, wird das Gewichtsverhältnis der Komponenten abhängen von der Stoechiometrie der Gesamtreaktionen, die auftreten (Hydratation und Neutralisationen), dem gewünschten Produkt pH und den Molekulargewichten der Komponenten. Im Allgemeinen wird ein Gewichtsverhältnis der sauren und basischen Komponenten von etwa 1:1 bevorzugt. Die gleichen Überlegungen bezüglich der Gewichte der basischen und sauren Komponenten gelten, wenn Lösungen saurer oder basischer Salze zu den anderen Komponenten zugegeben werden.
Die Wahl besonderer Wärme erzeugender Reaktionsmittel hängt zusätzlich von der für eine besondere Anwendung gewünschten Wärmeabgabe ab. Mehr oder weniger Wärme kann für einen besonderen Anwendungsfall wünschenswert sein. Alternativ lässt sich die Menge an Wärme erzeugender Zusammensetzung, die eingesetzt wird, bei jeder Angabe einstellen, um den gewünschten Wärmeaustrag zu erhalten.
Die wärmeerzeugende Zusammensetzung wird aktiviert, indem sie mit einer aktivierenden Lösung, bei der es sich um eine wässrige Lösung handelt, kontaktiert wird. Das heißt, die wärmeerzeugende Zusammensetzung kann hergestellt werden, indem ein saures Anhydrid oder saures Salz mit einem basischen Anhydrid und einem basischen Salz gemischt wird und dann eine wässrige Lösung zu dem Gemisch der Reaktionsteilnehmer zugesetzt wird.
Nach einer alternativen Ausführungsform, bei der ein saures Salz verwendet wird, kann das Salz alternativ zu Wasser zugesetzt werden, um eine wässrige Lösung zu erhalten, die dann dem basischen Anhydrid oder basischen Salz zugegeben wird, um eine wärmeerzeugende Zusammensetzung zu schaffen. Beispielsweise kann eine gesättigte Lösung von Ferrinitrat dem basischen Anhydrid oder basischen Salz zugesetzt werden, wodurch eine wärmeerzeugende Zusammensetzung gebildet und die Wärmeerzeugung initiiert wird. In ähnlicher Weise kann bei einer Ausführungsform, die ein basisches Salz verwendet, das Salz dem Wasser zur Bildung einer wässrigen Lösung zugegeben werden, die dann einem sauren Anhydrid oder sauren Salz zugesetzt wird, um eine wärmeerzeugende Zusammensetzung zu formen. Beispielsweise lässt sich eine Lösung von Natriumacetat (ein basisches Salz) in Wasser zu Phosphorpentoxid (einem sauren Anhydrid) zugeben, wodurch sich eine wärmeerzeugende Zusammensetzung ergibt und die Wärmeerzeugung initiiert wird.
Bei dieser Ausführungsform, bei der ein Salz Wasser oder einer wässrigen Lösung zugegeben wird, kann die wässrige Lösung mit Frostschutzeigenschaften versehen werden, was wünschenswert sein kann. In Fällen jedoch, wo das Salz dem Wasser oder der wässrigen Lösung zugesetzt und dann vor der Verwendung gelagert wird, geht die Hydratationswärme des Salzes verloren und wird nicht zur erzeugten Gesamtwärme bei Zugabe der Lösung zu einem Anhydrid beitragen. Somit ist es vorteilhaft, das Salz der wässrigen Lösung unmittelbar zuzugeben, bevor die Lösung der anderen Komponente zugesetzt wird, so dass die Hydratationswärme des Salzes nicht vollständig verloren geht. Es ist weniger günstig, ein Salz der wässrigen Lösung bei dieser Ausführungsform zuzugeben, wenn es sich beim Salz um eines handelt, dessen Hydratationswärme groß ist, es sei denn, die wässrige Lösung kann unmittelbar dem Anhydrid zugesetzt werden.
Wässrige Lösungen, die nicht irgend ein Salz gemäß der Erfindung enthalten, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, solche, die für den Benutzer zweckmäßig sein können, beispielsweise Limonade, Kaffee, Softdrinks, Wodka (bei dem es sich etwa um 50% Ethylalkohol handelt), Orangensaft etc. Substanzen, die Wasser enthalten, wie Mayonnaise oder Ketchup, können verwendet werden, um die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu aktivieren und können eingesetzt werden, wenn andere Quellen für Wasser weniger zweckmäßig sind. Wasser ist zu bevorzugen. Weiterhin kann eine Frostschutzsubstanz, beispielsweise Calciumchlorid oder Propylenglycol dem Wasser oder der wässrigen Lösung, um ein Frieren zu verhindern, zugesetzt werden. Die aktivierende Lösung sollte vorzugsweise eine ausreichenden Menge Wasser liefern, um im Wesentlichen die komplette Reaktion (Hydratationen) sicherzustellen und die Bildung hydratisierter Endprodukte, bei denen es sich um eine Wärmesenke handelt, zu ermöglichen. Wenn die Temperatur der Heizeinrichtung eine unerwünscht hohe Temperatur zu erreichen beginnt, kann Überschusswärme für die Verdampfung des Wassers in den hydratisierten Endprodukten verloren gehen.
Dem Fachmann ist wohl bekannt, dass Substanzen, die mit der beabsichtigten Anwendung der Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung inkompatibel sind, in die aktivierende Lösung nicht gegeben werden sollten.
Ein Mittel zur Erzeugung von Wasser kann auch verwendet werden, um die aktivierende Lösung zu schaffen. Mittel zur Erzeugung von Wasser schließen u.a. das Erwärmen eines Hydrats zur Abgabe von Wasser oder die Freigabe von Wasser ein, indem eine Wasser-in-Öl- oder eine Öl-in-Wasser-Emulsion gebrochen wird.
Das inerte Material ist in die wärmeerzeugende Zusammensetzung eingeschlossen, um die Wärmeproduktionsrate einzustellen, typischerweise zu verzögern. Die resultierende Zusammensetzung kann in ein Kissen gepresst werden; in Pellets oder Stangen extrudiert werden oder in Aggregate oder Granulate vermischt werden. Alle diese physikalischen Manipulationen des Materials formen Pulver (die dazu neigen, zu schnell zu reagieren) in größere Partikel um, die über ein geringeres Oberflächen zu Volumenverhältnis verfügen und dazu neigen, in kontrollierterer Weise zu reagieren, während sie beständig gegen Zerpulverung sind.
Diese physikalischen Manipulationen des Materials in größere Partikel (Kissen, Pellets etc.) werden bevorzugt an der wärmeerzeugenden Zusammensetzung vorgenommen, nachdem inerte Materialien ihr zugegeben oder in sie vermischt wurden. Beispielsweise kann ein Gemisch aus P₂O₅ und CaO in Pellets gepresst werden; ohne inerte Materialien in der Zusammensetzung verfügen die Pellets aber über geringere mechanische Festigkeit. Ein Gemisch aus P₂O₅ und CaO mit der Zugabe inerter Materialien kann in Pellets verpresst werden. Im Allgemeinen ist die Zugabe inerter Materialien zu der wärmeerzeugenden Zusammensetzung der Erfindung hilfreich, um das Material durch die Form zu schieben. Andere Zusammensetzungen, beispielsweise ein Gemisch aus AlCl₃ und CaO können zu Pellets verarbeitet werden, und dies bei ausreichender mechanischer Festigkeit, um ein Zerpulvern oder Zerkrümeln zu vermeiden. So sorgen die inerten Materialien in gewissen Fällen nicht nur für das Einstellen der Wärmeproduktionsrate, liefern vielmehr auch mechanische Festigkeit und ein günstiges Produktverhalten über einen breiten Bereich von Ausgangstemperaturen.
Geeignete inerte Materialien sind oberflächenaktive Mittel, sog. Surfactants, Öle, Wachse und Gemische hiervon. Unter Surfactants, wie hier verwendet, versteht man oberflächenaktive Mittel oder Substanzen, die Gruppen entgegengesetzter Polarität und Solubilisierungstendenzen enthalten; weiter formorientierte einschichtige Materialien bei Phasen-Interphasen; Bildung von Mizellen; oder sie haben Detergenz-, Benetzungs-, Emulgierungs- und Dispergierungseigenschaften. Bevorzugte oberflächenaktive Mittel umfassen Stearinsäure und Dicetylphosphat. Das bevorzugte Surfactant oder oberflächenaktive Mittel ist „ACTRAFOS 216" (Climax Performance Materials Corporation), bei dem es sich um einen organischen Phosphatester handelt. Unter dem hier benutzten Ausdruck Öl ist der Begriff des Fachmanns zu verstehen und bezieht sich auf irgend eine natürlich auftretende oder synthetische Flüssigkeit, die in Wasser löslich ist, wie aliphatische Kohlenwasserstoffe oder pflanzliche Öle. Bevorzugte Öle sind Mineralöl und Pflanzenöle. Wachs hat die dem Fachmann geläufige Bedeutung und bezieht sich auf jegliche breite Vielfalt von Substanzen einschließlich Paraffin, Spermazeti und pflanzliches Wachs, insbesondere Substanzen, die Fettsäureestern mit monohydrierten Fettalkoholen sind. Ein bevorzugtes Wachs ist Paraffin. Inertes Material, bestehend aus einem Gemisch aus oberflächenaktivem Mittel und Öl wird bevorzugt.
Inerte Materialien können in Form von Perlen oder Aggregaten vorliegen. Diese Materialien können verwendet werden, um dazu beizutragen, die wärmeerzeugende Zusammensetzung zusammenzuhalten.
Die relativen Mengen von oberflächenaktivem Mittel, Öl und/oder Wachs im inerten Material können erheblich variieren und werden so ausgewählt, dass sie die gewünschte Rate oder Geschwindigkeit der Wärmeproduktion in einem gegebenen Material erreichen.
Im Allgemeinen kann das inerte Material zwischen etwa 1% und etwa 90 Gew.-% der wärmeerzeugenden Zusammensetzung umfassen. Die Menge an in einer gegebenen Zusammensetzung eingeschlossenem Material wird abhängen von der gewünschten Rate der Wärmeproduktion und den besonderen verwendeten wärmeerzeugenden Komponenten. Bevorzugt umfasst das inerte Material zwischen etwa 5% und etwa 50 Gew.-% der wärmeerzeugenden Zusammensetzung, bevorzugt zwischen etwa 10% und etwa 20 Gew.-% der wärmeerzeugenden Zusammensetzung.
Der Verzögerungsgrad der Wärmeproduktion variiert mit der Identität und der Menge der inerten Materialien oder deren Gemischen in der wärmeerzeugenden Zusammensetzung.
Die wärmeerzeugende Zusammensetzung dieser Erfindung, nachdem sie mit inerten Materialien vermischt wurde, kann beliebige der zahlreichen physikalischen Texturen und Grade von Viskosität haben, beispielsweise kann es sich um einen Feststoff, ein Gel, eine Emulsion, eine Creme oder einen Überzug auf inerten Materialien handeln.
Für den Fachmann ist klar, dass es wünschenswert sein kann, etwas dem Verbraucherprodukt, wenn die wärmeerzeugende Zusammensetzung dieser Erfindung verwendet wird, zuzusetzen, das Leute, insbesondere Kinder davon abhält, die Zusammensetzung zu essen. Beispielsweise ist „BITREX^TM" ein Produkt, das zugesetzt werden kann, um unbeabsichtigte Zusichnahme zu verhindern.
Ein paar Beispiele wärmeerzeugender Kombinationen der Reaktionsteilnehmer der Erfindung zusammen mit deren jeweiliger Wärmefreisetzung, sind in Tafel 1 gegeben. In sämtlichen Fällen bezieht sich die Wärmefreigabe pro englisches Pfund auf das Trockengewicht der Reaktionsteilnehmer, d.h. das Gewicht der Inertmaterialien und zugesetztes Wasser sind ausgeschlossen. Tafel 1: Beispiele für wärmeerzeugende Zusammensetzungen*

*Das Gewicht des Wassers und der Inertmaterialien sind nicht eingeschlossen. Diese Werte werden aus den Daten in Lange's Handbuch berechnet.

Die folgenden Gleichungen beschreiben Reaktionen, die bei einer bevorzugten Ausführungsform auftreten, wo die Heizerzusammensetzung P₂O₅ und CaO umfasst. Die zugehörige Wärmeerzeugung (Reaktionsenthalpie ΔH) ist für jede Reaktion auch gegeben. (Hier und im Folgenden beschreiben die Indices (s), (l) und (aq) die feste, flüssige und wässrige Lösung jeweils):
Hydratation des sauren Anhydrids P₂O_5(s): P₂O_5(s) + 3H₂O_(l) = 2H₃PO_4(aq) ΔH = –233 kJ/mol (–55,7 kcal/mol)P₂O_5(aq) (1)
Hydratation des basischen Anhydrids CaO_(s): CaO_(s) + H₂O_(l) = Ca(OH)_2(s) ΔH = –65,2 kJ/mol (–15,6 kcal/mol)CaO_(s) (2)
Die folgenden Neutralisierungsreaktionen sind möglich: 2H₃PO_4(aq) + 3Ca(OH)_2(s) = Ca₃(PO₄)_2(s) + 6H₂O_(l) ΔH = –322 kJ/mol (–77,1 kcal/mol)Ca₃(PO₄)_2(s) (3) H₃PO_4(aq) + Ca(OH)_2(s) = CaHPO₄·2H₂O_(s) ΔH = –137 kJ/mol (–32,8 kcal/mol)CaHPO₄·2H₂O_(s) (4)
Daher können folgende Gesamtreaktionen auftreten: P₂O_5(s) + 3CaO_(s) = Ca₃(PO₄)_2(s) ΔH = –751 kJ/mol (–179,6 kcal/mol)Ca₃(PO₄)_(s) (5) P₂O_5(s) + 2CaO_(s) + 5H₂O_(l) = 2CaHPO₄·2H₂O_(s) ΔH = –637 kJ/2mole (–152,4 kcal/2mole)CaHPO₄·2H₂O_(s) (6)
Wenn der Prozess dem durch Gleichung (5) angegebenen Verlauf folgt, sind die individuellen Reaktionsbeiträge die folgenden:
Tafel 2: Wärmeerzeugung für Reaktion (5)
Folgt der Prozess dem durch die Reaktion (6) angegebenen Verlauf, so sind die individuellen Reaktionsbeiträge die folgenden:
Tafel 3: Wärmeerzeugung für Reaktion (6)
Wie die Daten in Tafeln 2 und 3 klarmachen, können sämtliche der drei Komponentenreaktionen (Hydratation des sauren Anhydrids, Hydratation des basischen Anhydrids und Neutralisation) erhebliche Beiträge zur gesamten Wärmeproduktion leisten. Die exakte Natur der Neutralisationsreaktion (d.h. der Reaktion (5), (6), verwandten Reaktionen oder irgend eine Kombination hiervon) werden die Gesamtwärmeproduktion als Funktion des Gewichts der Reaktionsteilnehmer nicht großartig beeinflussen. Die Bildung eines Hydrats wie beispielsweise CaHPO₄·2H₂O hat Vorteile, da hierdurch das für die Aktivierung verwendete Wasser von der Heizerzusammensetzung aufgenommen wird und führt zu einem Endprodukt, das eher fest als flüssig ist. Ein festes Produkt ist sauberer und zweckmäßiger zur Entsorgung und hat minimalen Einfluss auf die Umgebung. Ein weiterer Vorteil des im Heizer in Form eines Hydrats vorhandenen Wassers besteht darin, dass im Falle, dass der Heizer eine übermäßige Temperatur erreicht, das Hydratationswasser ausgetrieben wird, was einen Kühleffekt hervorruft.
Wird beispielsweise eine nach anderen Verfahren hergestellte tragbare Heizeinrichtung bei Fehlen einer geeigneten Wärmesenke aktiviert, dann kann die adiabatische Temperatur leicht hoch genug werden, um eine Feuergefahr darzustellen oder kann zu unerwünschtem Rauch oder Dämpfen bzw. Gerüchen aus der Heizeinrichtung oder dem Verpackungsmaterial führen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Verlust des Hydratationswassers solche Auswanderungen auf hohe Temperatur begrenzen kann.
Das Gewichtsverhältnis von P₂O₅ zu CaO liegt bevorzugt bei 1:1, da dies einen stoechiometrischen Überschuss von CaO möglich macht, was aus gewissen Gründen wünschenswert ist. Zunächst besteht eine Tendenz, dass die Oberfläche der Heizeinrichtung während der Verwendung sauer wird und das CaO (Überschuss) den pH-Wert der Heizeinrichtung erhöht. Weiterhin ist CaO billiger als P₂O₅, und zwar um einen Faktor von ungefähr 10.
Eine andere Ausführungsform der wärmeerzeugenden Zusammensetzung der Erfindung vennrendet AlCl₃ (ein saures Salz) mit CaO (einem basischen Anhydrid).
Die folgenden Reaktionen können in einer Heizeinrichtung, die AlCl₃ und CaO verwendet, auftreten:
Hydratation des sauren Salzes: AlCl_3(s) = AlCl_3(aq) ΔH = –327,5 kJ/mol (–78,35 kcal/mol)AlCl_3(aq) (7)
Hydratation des basischen Anhydrids: CaO_(s) + H₂O_(l) = Ca(OH)_2(s) ΔH = –65,2 kJ/mol (–15,6 kcal/mol)CaO_(s) (2)
Neutralisation: 2AlCl_3(aq) + 3Ca(OH)_2(s) = 3CaCl_2(aq) + 2Al(OH)_3(s) ΔH = –177 kJ/3 mole (–42,4 kcal/3 mole)CaCl_2(aq) (8)
Die Gesamtreaktion läuft wie folgt ab: 2AlCl_3(s) + 3CaO_(s) + 3H₂O_l = 3CaCl_2(aq) + 2Al(OH)_3(s) ΔH = –1027 kJ/3 mole (–245,8 kcal/3 mole)CaCl_2(aq) (9)
Die Beiträge der Einzelreaktionen sind wie folgt:
Tafel 5: Wärmeproduktion für Reaktion (9)
Diese Ausführungsform (AlCl₃ mit CaO) ist weniger bevorzugt als das P₂O₅/CaO-Gemisch, da eine zusätzliche Reaktion möglicherweise in gewissem Grad eintreten kann: AlCl_3(s) + 3H₂O_(l) = Al(OH)_3(s) + 3HCl_(g)
Die Produktion von HCl-Gas ist nicht wünschenswert.
CaO, primär gemischt mit einem sauren Salz, Aluminiumchlorid, führt zu einer wärmeerzeugenden Zusammensetzung, wenn als Pulver oder als Aggregat zusammen vermischt. Die Wärmeerzeugungsrate ist gut geregelt (durch Zugabe von inerten Materialien mit Pressen oder durch Extrusion) und ergibt eine hohe Wärmefreisetzung.
Heizeinrichtungen (AlCl₃ mit CaO) wurden unter Verwendung der unten stehenden Bestandteile hergestellt: Tafel 6: Wärmeerzeugung durch Reaktion von AlCl₃ und CaO mit H₂O

*"PARANOX 100" (Exxon Corporation) ist ein öllösliches oberflächenaktives Mittel mit der folgenden Struktur

Der bevorzugte Heizer nach der Erfindung umfasst eine P₂O₅/CaO-Zusammensetzung. Im Stand der Technik wird die bevorzugte (P₂O₅/CaO) wärmeerzeugende Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht vorgeschlagen. Tatsächlich wird von einer Kombination von Phosphorpentoxid und Calciumoxid explizit abgeraten und es wird der Ratschlag in Handbüchern bezüglich gefährlicher Materialien gegeben, da P₂O₅ und CaO heftig reagieren können.
Der Ausdruck Heizer, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen geformten Artikel, geformt durch physikalische Manipulationen, wie beispielsweise oben beschrieben oder einen in einem Beutel verpackten Artikel, der die wärmeerzeugende Zusammensetzung/das entsprechende Material umfasst. Und einfacher: der Ausdruck Heizer bezieht sich auf eine ausgewählte Menge Wärme erzeugender Zusammensetzung, die in einem Behälter oder Halter begrenzt ist. Die 1–3 erläutern Heizer nach dieser Erfindung.
Der Ausdruck Heizeinrichtung, wie er hier verwendet wird, bezieht sich ganz allgemein auf einen Heizer, wie er hier verwendet wird, innerhalb eines Behälters. Die 4A und B, 6A und B und 7 illustrieren Heizeinrichtungen nach dieser Erfindung. Die Elemente dieser Figuren sind nicht notwendigerweise im Maßstab dargestellt.
1A zeigt in der Draufsicht einen Heizer, der eine wärmeerzeugende Zusammensetzung innerhalb eines porösen lockeren Gewebes (1) umfasst. Ein Teil dieses Gewebes ist fortgeschnitten und zeigt die wärmeerzeugende Zusammensetzung in der Form von Pellets (2). Das Gewebe ist in vier getrennte Abteilungen (6) durch Siegelungen oder Nähte (3) im Gewebe unterteilt. Die Absiegelungen verhindern, dass die Pellets sich auf ein Ende oder eine Seite des Beutels verschieben. Die Verwendung von Heizern mit mehreren Abteilungen erleichtert eine gleichmäßigere Verteilung der wärmeerzeugenden Zusammensetzung im Heizer und eine gleichmäßigere Erwärmung. 1B ist ein Querschnitt durch den Heizer der 1A. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung wird aktiviert, indem das poröse Gewebe mit Wasser kontaktiert wird.
2A ist ein seitlicher Schnitt durch einen anderen Heizer dieser Erfindung mit drei Abteilungen zur Aufnahme der Streifen gepresster Wärme erzeugender Zusammensetzung. Der Heizer ist in einem Gewebe (1) mit jeweiligen Säumen (3), die die Abteilungen trennen, umschlossen. Jede Abteilung enthält einen Streifen (5) gepresster Zusammensetzung. 2B ist ein Querschnitt durch den Heizer der 2A und zeigt einzellagige Streifen in der Abteilungen. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung wird aktiviert, indem das poröse Gewebe mit Wasser kontaktiert wird.
3A ist ein Querschnitt durch eine andere Heizerkonfiguration dieser Erfindung, wobei die wärmeerzeugende Zusammensetzung in ein mehrlagiges Kissen geformt wurde. Eine erste gepresste Schicht (10) ist von einer zweiten gepressten Schicht (11) durch eine Polypropylengewebeschicht (12) getrennt. Zusätzliche Lagen (13 und 14) von Polypropylengewebe werden oben auf die erste Schicht und auf den Boden der zweiten Schicht jeweils gepresst. Das mehrlagige Kissen wird innerhalb eines äußeren Polymergemischgewebes (1) heiß gesiegelt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Konfiguration der 3 umfasst die erste Lage ein langsam wirkenderes Material und die zweite Lage umfasst ein schneller wirkendes Material. Die beiden Lagen unterscheiden sich hinsichtlich der Menge inerter Materialien, die der wärmeerzeugenden Zusammensetzung zugesetzt sind. Die langsamer wirkende Lage enthält mehr Inertmaterial als die schneller wirkende Lage. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung wird aktiviert, indem das poröse Gewebe mit Wasser kontaktiert wird. Das mehrlagige Kissen kann auch in Form von Streifen zur Verwendung im Heizer der 2A und 2B geformt sein.
3B ist eine Draufsicht auf eine andere Heizerkonfiguration dieser Erfindung. Der Heizer umfasst mehrfach gepresste Kissen (5) Wärme erzeugender Zusammensetzung, die auf einem Rückenmaterial (15) angebracht und innerhalb des Gewebes eingeschlossen sind. Der Heizer verfügt über Kanäle (16) zwischen den Kissen (5) für den Zugang aktivierender Lösung. Die Kissen können von verschiedener Gestalt sein, beispielsweise als Quadrate oder Rechtecke. Eine Lage porösen Gewebes (1) umschließt die Kissen und deckt die Oberseite des Heizers ab. Die Heizerleistung nach dieser Ausführungsform steht in enger Beziehung mit dem Kanalabstand zwischen den Quadraten sowie der Anzahl der Quadrate. Im Allgemeinen wurde gefunden, dass mit Vergrößerung der Anzahl der Kissen und damit der Anzahl der Kanäle sich eine wirksamere Wärmeproduktion ergab. Dies ermöglicht eine gesteigerte Penetration der aktivierenden Lösung in die Heizerkissen. Bevorzugt wird ein Heizer mit neun Kissen. Ein Heizer mit 20 Quadraten wird noch mehr bevorzugt. Heizerkissen (CaO/P₂O₅ im Gewichtsverhältnis 1:1 mit Brij 30 oberflächenaktivem Mittel Öl und Wachs) in etwa 1,9 bis 3,8 cm (0,75'' bis 1,5'') lang und breit ergeben eine gute Leistung, wenn sie zusammen mit Kanälen von etwa 0,5 bis etwa 0,635 cm (0,2'' bis etwa 0,25'') in der Breite, sowie Wassermengen, die etwa 50% des Kissengewichts betragen, verwendet werden. Kleinere Quadrate können günstig sein, wenn geringe Wasserniveaus verwendet werden. Bei kleineren Quadraten können alle Teile des Heizerkissens gleichförmig dem Wasser ausgesetzt werden, bevor es permanent in die Reaktionsteilnehmer hydratisiert ist.
Wie in den 1–3 dargestellt, verfügt der Heizer dieser Erfindung über mehrere Ausführungsformen oder Konfigurationen, die mit irgend einer wärmeerzeugenden Zusammensetzung dieser Erfindung angewendet werden können.
Ein Heizer, der eine einzige wärmeerzeugende Zusammensetzung verwendet, ist eine Ausführungsform der Erfindung. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung kann mit Inertmaterialien gemischt und in ein einlagiges Kissen verpresst werden. Bevorzugt wird das Kissen bei etwa 68,9 MPa (10 000 psi) verpresst. Bevorzugt umfasst das einlagige Kissen Streifen wie in den 2A und 2B.
Eine andere Ausführungsform des Heizers dieser Erfindung involviert eine einzige wärmeerzeugende Zusammensetzung, die in Pellets extrudiert ist, die dann in das Gewebe gesetzt werden (1A und 1B). Dies ist die bevorzugte Ausführung für den Heizer, hauptsächlich wegen seiner Einfachheit (Herstellen und Verwenden gerade einer einzigen wärmeerzeugenden Zusammensetzung ist einfacher als Herstellen und Vermischen von zwei oder mehr Zusammensetzungen). Das Extrudieren des Materials in Pellets ist in vielen Fällen die bevorzugte Ausführungsform für den Heizer. Die Pellets krümeln während des Versandes weniger als Kissen oder Stäbe. Ein Beispiel dieser Ausführungsform ist im unten stehenden Beispiel 1 gegeben.
Eine andere Ausführungsform des Heizers der vorliegenden Erfindung ist ein einlagiger Artikel, der ein Gemisch aus zwei oder mehr Zusammensetzungen umfasst, die Wärme bei verschiedenen Raten, basierend auf relativen Konzentrationen inerter Materialien erzeugen, die den wärmeerzeugenden Reagenzien zugesetzt werden. Diese Zusammensetzungen können getrennt bereitet und dann als Pulver oder Aggregate kombiniert werden. Dieses Gemisch kann in ein Kissen (2A und 2B und 3) gepresst oder in Pellets extrudiert werden und in ein Gewebe (1) versiegelt werden. Ein Beispiel dieser Ausführungsform ist im unten stehenden Beispiel 2 beschrieben.
Noch eine andere Ausführungsform des Heizers der vorliegenden Erfindung ist ein mehrlagiger wärmeerzeugender Artikel (wie in 3), bei dem die Lagen die gleiche wärmeerzeugende Zusammensetzung enthalten, die Lagen sich jedoch in der relativen Konzentration der zugegebenen Inertmaterialien unterscheiden. Die Lagen, die höhere Mengen an Inertmaterialien enthalten, erzeugen Wärme bei geringerer Rate oder Geschwindigkeit als die Lagen, die geringere Mengen an Inertmaterial enthalten. Die Lagen können gemäß einer beliebigen Anzahl physikalischer Formen vorliegen, sie können, ohne drauf beschränkt zu sein, in Kissen oder Pellets in einem Gewebe verpresst sein. Diese Ausführungsform ermöglicht eine schnelle Erzeugung der Wärme (durch die schneller wirkende Schicht) und eine unterstützte Produktion von Wärme (durch die langsamer wirkende Schicht). Bei dieser Ausführungsform bevorzugt man, die langsamer wirkenden Lagen enger an dem zu erwärmenden Objekt anzuordnen. Diese Ausführungsform ist im unten stehenden Beispiel 3 erläutert.
Die Heizer der vorliegenden Erfindung können verbessert werden, indem das Gewebe mit einem basischen Anhydrid überzogen wird. Beispielsweise kann Calciumoxid in einem flüchtigen Lösungsmittel suspendiert werden und als Sprühüberzug auf die Innenfläche des äußeren das Heizerkissen umkapselnden Gewebes aufgesprüht werden. Das Lösungsmittel dient als ein Träger für das CaO-Pulver, verdampft von der Heizeroberfläche jedoch und hinterlässt einen dünnen kontinuierlichen Überzug aus CaO. Das CaO bildet eine Schranke, die den Übergang von Dampf auf die Heizeroberfläche verzögert. Die dünne Feststoffschicht hält die Feuchtigkeit von der Heizeroberfläche ab, indem sie als Trocknungsmittel wirkt, um Wasser zu absorbieren, bevor es den Heizer nach Aktivierung erreicht, der Überzug wird schnell durch das Wasser oder eine wässrige Lösung gelöst und vergrößert nicht die Wärmeerzeugungsrate oder die Wärmeabgabe. Der Prozess des Überziehens des Gewebes mit CaO verbessert die Stabilität bei der Lagerung der wärmeerzeugenden Zusammensetzung und erhöht die wirksame Lagerdauer des Kissens.
Es sei darauf hinzuweisen, dass Heizer der vorliegenden Erfindung besonders nützlich bei tragbaren Heizereinrichtungen zur Erwärmung fester oder flüssiger Nahrungsmittel einschließlich Wasser sind. Die Heizer der vorliegenden Erfindung können in einer Vielfalt von Heizeinrichtungskonfigurationen Einsatz finden. Beispielsweise lassen sich die wärmeerzeugende Zusammensetzungen und Heizer der Erfindung anwenden in bekannten Heizervorrichtungen, wie denen, die oben unter „Hintergrund der Erfindung" beschrieben sind. Unterschiedliche Heizereinrichtungs-Konfigurationen sind in den Figuren beispielsweise gezeigt.
Eine Heizereinrichtung der Erfindung umfasst eine wärmeerzeugende Zusammensetzung, die ein saures Anhydrid oder saures Salz und ein basisches Anhydrid oder basisches Salz umfasst; einen Behälter zur Aufnahme der wärmeerzeugenden Zusammensetzung; ein Gefäß für Nahrungsmittel oder andere essbare Artikel; sowie ein Mittel zum Einführen einer aktivierenden Lösung, um diese wärmeerzeugende Zusammensetzung zur Erzeugung von Wärme zu kontaktieren und aktivieren. Der Behälter und das Gefäß sind bezüglich einander so positioniert, dass sie Wärmeübertragung von der aktivierten wärmeerzeugenden Zusammensetzung an das Gefäß und dessen Inhalt erlauben. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung kann in Form eines Heizers, wie hier beschrieben, sein. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung der Heizereinrichtung kann in Form von Stäben, Pellets, Kissen oder Granulaten vorliegen, die gegebenenfalls in einem Beutel eingeschlossen sind. Der Beutel kann porös (Gewebe) oder nicht-porös sein. Wenn nicht-porös, muss ein Mittel zum Öffnen des Beutels, wodurch das Aktivieren der Lösung möglich wird, um die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren, vorgesehen sein. Gewünschtenfalls enthält die Heizereinrichtung eine Quelle zum Aktivieren der Lösung, die geöffnet werden kann, um aktivierende Lösung einzuführen und die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren. Die Heizereinrichtung wird gewünschtenfalls in einen äußeren Sack oder Halter eingeschlossen, der für Wärmeisolierung sorgen kann. Alternativ kann Wärmeisolierung in gewissen Ausführungsformen unter Verwendung eines Deckels oder eines anderen Verschlusselements vorgesehen sein.
4A ist eine schematische Zeichnung einer Heizereinrichtung der Erfindung mit Behälter (20), der den Heizer (4) der 1A und 1B hält bzw. aufnimmt. Das Gefäß (21) für Nahrungsmittel ist ein Polyethylenbeutel. Die aktivierende Lösung (22) kann in den Behälter über eine Öffnung (24) zum Aktivieren des Heizers gegossen werden. Die Heizereinrichtung verfügt gewünschtenfalls über einen Deckel (23), bei dem es sich um eine Klappe handeln kann, die über den Kopf des Behälters geschlossen werden kann. Raum ist im Behälter vorgesehen, um die aktivierende Lösung unterzubringen und das Quellen des Heizers zu ermöglichen.
4B ist eine schematische Darstellung einer Heizereinrichtung der Erfindung mit Behälter (20), der den Heizer (4) der 2A und 2B aufnimmt. Das Nahrungsmittelgefäß (21) ist ein Polyethylenbeutel. Die aktivierende Lösung (22) kann in den Behälter über eine Öffnung (24) eingefüllt werden, um den Heizer zu aktivieren. Der Heizer hat bevorzugt einen Deckel (23), bei dem es sich um eine Klappe handeln kann, die über den Kopf des Behälters geschlossen werden kann.
5 zeigt Heizkurven für eine Heizereinrichtung der 4A. Das Nahrungsmittelgefäß enthält 227 g (8 Unzen) Wasser (simulierte Nahrung) und wird durch den Zusatz von etwa 30 ml Wasser zu 60 g einer extrudierten Zusammensetzung erwärmt. Die wärmeerzeugende Zusammensetzung (CPM) wurde hergestellt, indem CaO und P₂O₅ in gleichen Gewichtsanteilen gemischt wurden, unter Zugabe von 13,4% (gestrichelte Linie) oder 15,4% (ausgezogene Linie) Inertmaterial, einer Flüssigkeit, die aus 74% weißen Mineralöls und 26% oberflächenaktiven Mittels „ACTRAFOS 216" bestand.
6A ist eine andere Heizereinrichtung nach der Erfindung mit Behälter (20), der einen Mehrkammerheizer (4), der Pellets (2) enthält, aufnimmt. Der Behälter nimmt auch ein Nahrungsmittelgefäß (21) und einen Beutel (30) mit aktivierender Lösung auf. Der Beutel verfügt über ein Mittel, das es ermöglicht, die aktivierende Lösung (22) freizugeben und die wärmeerzeugende Lösung zu kontaktieren und aktivieren. Der Beutel (30) ist dargestellt mit einer Ziehlasche (31) (US-Patent Nr. 4 771 761 und US-Patent Nr. 4 559 921, die Ziehlaschen und Reißeinrichtungen zeigen.)
6B ist eine weitere Heizereinrichtung der Erfindung mit Behälter (20), der die wärmeerzeugende Zusammensetzung in Form loser Granulate (32) aufnimmt. Das Kissen ist ohne einen Beutel dargestellt. Der Behälter nimmt auch ein Nahrungsmittelgefäß (21) sowie einen Beutel (30) mit aktivierender Lösung auf. Der Beutel verfügt über ein Mittel, das es erlaubt, die aktivierende Lösung freizugeben und damit die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren und aktivieren. Der Beutel (30) ist mit einer Ziehlasche (31) dargestellt.
Die losen Granulate können beide Komponenten der wärmeerzeugenden Zusammensetzung enthalten, d.h. beides, ein saures und ein basisches Reaktionsmittel nach der Erfindung. Nach einem Aspekt der Erfindung ist die aktivierende Lösung eine wässrige Lösung. Alternativ können die losen Granulate nur ein Anhydrid enthalten. In diesem Fall dann enthält die aktivierende Lösung ein Salz, welches mit dem Anhydrid in Granulaten reagiert. Bevorzugt ist die Lösung eine konzentrierte Salzlösung. In dieser Ausführungsform beispielsweise muss, wenn das Anhydrid in den Granulaten sauer ist, die aktivierende Lösung ein basisches Salz enthalten. Jemand mit normalem fachlichen Wissen erkennt, dass die Zugabe eines basischen Salzes an Wasser eine basische Lösung erzeugt. Die basische Lösung funktioniert auch dahingehend, dass sie die Säure neutralisiert, die in dem Heizer durch Hydratation des sauren Anhydrids gebildet wird. In ähnlicher Weise wirkt die saure durch Zugabe eines sauren Salzes gebildete Lösung dahingehend, dass eine wässrige Lösung die Base neutralisiert, die in der Heizereinrichtung durch Hydratation des basischen Anhydrids gebildet wird.
7 eine seitliche Schnittdarstellung einer anderen Heizereinrichtung der Erfindung, eine „Schale-in-Schale"-Konfiguration. Eine äußere Schale (34) hält den Heizer (4), der eine wärmeerzeugende Zusammensetzung umfasst, eine innere (schmalere) Schale (35) wird in die äußere Schale in Kontakt mit dem Heizer eingeführt. Aktivierende Lösung kann in die äußere Schale gegossen werden, um die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren und aktivieren. Alternativ kann ein Beutel (30) mit Ziehlasche, der eine aktivierende Lösung enthält, innerhalb der äußeren Schale vorgesehen sein. Die Heizereinrichtung kann gewünschtenfalls mit einem Deckel (36) ausgestattet sein.
Alternativ kann die wärmeerzeugende Zusammensetzung in Form von Pellets, vorzugsweise in einem Gewebe enthalten, vorliegen. Eine innere Schale passt in die äußere Schale. Die innere Schale ist im Wesentlichen von der wärmeerzeugenden Zusammensetzung umgeben. Feste oder flüssige Nahrung oder anderes zu erwärmendes Material befindet sich in der inneren Schale. Die innere Schale ist das Gefäß für Nahrungsmittel in dieser Ausführungsform der Heizereinrichtung. Aktivierende Lösung, z.B. Wasser, wird in die äußere Schale gegossen, um die wärmeerzeugenden Reaktionen zu aktivieren. Gewünschtenfalls kann ein Deckel bei der Einrichtung vorgesehen sein. Gewünschtenfalls kann ein (eine wässrige Lösung enthaltender) Beutel mit Ziehlasche oder ein anderes Mittel, das es ermöglicht, dass die wässrige Lösung den Heizer kontaktiert, im Raum zwischen den inneren und äußeren Schalen vorgesehen sein.
Das Gefäß dieser Einrichtungen ist so ausgelegt, dass es feste oder flüssige Nahrung oder andere essbare Artikel enthält und kann aus Kunststoff, Metall, Keramik oder wasserbeständigen oder wasserdichten Papierprodukten gemacht sein. Bevorzugt ist das Gefäß wasserdicht, so dass der Nahrungsmittelinhalt durch die anderen Elemente der Einrichtung unkontaminiert verbleibt. Auch wird es bevorzugt im Wesentlichen nicht durch die vom Heizer erreichten Temperaturen wesentlich beeinflusst.
Die Heizereinrichtung umfasst einen Behälter, der Heizerelemente aufnimmt und evtl. Quellen aktivierender Lösung, derart, dass Wärme von dem wärmeerzeugenden Material auf das Nahrungsmittelgefäß überfragen wird. Der Behälter kann aus Kunststoff, gewachster Pappe, Metall, Keramik oder irgend einem anderen Material ausreichender Festigkeit gemacht sein, so dass er die Elemente der Einrichtung (einschließlich der aktivierenden Lösung, wenn dem Heizer zugesetzt) enthält und ausreichende isolierende Eigenschaften aufweist, um die Menge an erzeugter Wärme zu vergrößern, die auf das zu erwärmende Material übertragen wird, und um die Menge an Wärme zu minimieren, die an die Umgebung verloren geht. Der Behälter kann aus flexiblem Material gemacht sein, kann beispielsweise aus einem Plastiksack bestehen oder kann aus steifem Material, beispielsweise gewachster Pappe, bestehen. Der Behälter wird vorzugsweise aus einem Material gemacht, das über isolierende Eigenschaften verfügt, so dass der Benützer nicht verbrannt wird. Der Behälter muss nicht wasserdicht sein, ist jedoch bevorzugt aus einem Material oder überzogenen Material gemacht, das den überwiegenden Anteil der aktivierenden Lösung 1–2 Minuten lang aufnimmt und es dem Heizer gestattet, diese Lösung zu absorbieren.
Die Heizereinrichtung umfasst ein Mittel, das es einer aktivierenden Lösung ermöglicht, die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren. Das Mittel, um dies zu tun, kann Ziehlaschen und Reißeinrichtungen entweder auf dem Heizerbeutel und der Wassertasche oder auf beidem einschließen. Ein anderes Mittel, das es einer aktivierenden Lösung ermöglicht, die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren, besteht in einem perforierten Loch in der Wassertasche, die sich leicht durchstoßen lässt, beispielsweise mit einem Zahnstocher oder einer Gabelklinke. Ein anderes Mittel, das es der aktivierenden Lösung erlaubt, die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren, ist ein Behälter wässriger Lösung, der in einem leicht zerbrechlichen Behälter enthalten ist, der mit dem Heizer verpackt ist und beim Schütteln des Heizers bricht.
Der die wärmeerzeugende Zusammensetzung der Erfindung enthaltende Beutel besteht vorzugsweise aus porösem Gewebe aus Plastik, Teebeutelmaterial, Baumwolle oder Polymeren wie Nylon. Die Porosität ermöglicht es, der aktivierenden Lösung, den Inhalt des Beutels zu kontaktieren, d.h. die wärmeerzeugende Zusammensetzung. 4 zeigt eine Ausführungsform der Heizereinrichtung, die eine aktivierende Lösung nicht einschließt. Der Benützer dieser Einrichtung liefert die aktivierende Lösung und gießt sie in den Behälter, der hierfür ausreichenden Raum hat, um diese aktivierende Lösung hinzuzufügen und auch für das Aufquellen der wärmeerzeugenden Zusammensetzung bei Zugabe dieser aktivierenden Lösung zu sorgen. Ein poröser Gewebebeutel enthält die wärmeerzeugende Zusammensetzung in Form von Pellets. Der Beutel hat Siegelungen/Nähte, um besseren Kontakt der aktivierenden Lösung mit dem Heizer zu ermöglichen. Ein Deckel ist optional.
Der Beutel muss aber nicht porös sein. Der Beutel kann mit einer Ziehlasche oder einem anderen Reißelement ausgestattet sein, die den Beutel öffnet und es der aktivierenden Lösung ermöglicht, in den Beutel einzutreten.
Der bevorzugt vorgesehene äußere Halter (Aufnahmeeinrichtung) kann ein Polyethylensack sein, der Heizer, Nahrungsmittelgefäß und aktivierende Lösung innerhalb des Behälters hält. Ein Sack dieses Typs ist nur dann notwendig, wenn der Behälter aus einem Material gemacht ist, das nicht den größten Teil der aktivierenden Lösung (bei Zugabe zum Heizer) über etwa 1 bis 2 Minuten aufnehmen kann, während der Heizer diese Lösung absorbiert.
Fachleute erkennen, dass die relative Positionierung des Heizers bezüglich des zu erwärmenden Materials durch Routineauswahl ohne übermäßige Experimentierung bestimmt werden kann. Die nachstehenden Beispiele zeigen nur einige wenige Anordnungen des Heizers bezüglich des zu erwärmenden Materials.
8 zeigt eine Heizereinrichtung, bei der der Behälter (20) ein offenendiger aluminisierter Mylarsack ist, der Heizerkissen (4) und Nahrungsmittelgefäß (21) aufnimmt. Der aluminisierte Mylarsack hält die Feuchtigkeit vom Heizer fern, so dass der Heizer trocken bleibt, bis seine Verwendung gewünscht wird. Der Sack kann geöffnet und wieder versiegelt werden (entweder durch Umfalten und/oder durch Zuclippen des Sackes mit einem Clip oder einem reißverschlussartigen Mechanismus). In 8 wird der Sack durch Umfalten geschlossen.
Die 9–12 zeigen Temperaturprofile für das „Nahrungs"-Gefäß und für den Heizer und demonstrieren, dass der Heizer die Temperatur des „Nahrungs"-Gefäßes um etwa 75–130 Grad (F) in etwa 12 Minuten erhöhen kann.
9 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Temperaturveränderung der Nahrung (-∎-) (gemessen in der Mitte) des Heizers (-), als eine Funktion der Zeit nach Aktivieren des Heizers. Das verwendete Heizerkissen ist ein Einlagenkissen mit einem 1:1 Gewichtsverhältnis von P₂O₅ und CaO. Die Ausgangstemperatur der Nahrung liegt kurz oberhalb des Gefrierpunktes, d.h. bei etwa 32–33°F. Der Behälter ist eine Plastikbox. Etwa 15 Minuten nach der Heizeraktivierung liegt die Temperatur der Nahrung (Mitte) bei etwa 165°F (X°C = (9/5X + 32)°F.
10 ist ein Diagramm und zeigt die Temperaturveränderung der Nahrung (-∎-) (gemessen in der Mitte) und des Heizers (-), als Funktion der Zeit nach Heizeraktivierung. Der Heizer ist ein einlagiges Kissen aus P₂O₅ und CaO im Gewichtsverhältnis von 1:1. Die Ausgangstemperatur der Nahrung liegt unterhalb dem Gefrierpunkt, d.h. bei etwa 30°F. Daher ist die Nahrung also zum Zeitpunkt, wo der Heizer aktiviert wird, gefroren. Der Behälter ist eine Plastikbox. Etwa 20 Minuten nach Heizeraktivierung liegt die Temperatur der Nahrung (Mitte) bei etwa 150°F. Dies illustriert, dass der Heizer der vorliegenden Erfindung wirksam Nahrung erwärmen kann, selbst wenn die Nahrung anfangs gefroren ist.
11 ist ein Diagramm der Temperatur als Funktion der Zeit nach Aktivieren des Heizerkissens. Das Heizerkissen war ein einlagiges Kissen aus P₂O₅ und CaO in einem Gewichtsverhältnis von 1:1. Das Nahrungsmittelgefäß war ein Plastiktablett und enthielt simulierte Nahrung, hydratisierte Kleie. Temperaturprofile des Heizers (-) und verschiedene Teile der „Nahrung" sind gezeigt. Die Temperaturen der verschiedenen Teile der Nahrung sind wie folgt angegeben: Nahrung unten (-X-); Nahrung in der Mitte (-∎-); Nahrung oben (-o-); und Nahrung am Rand (-⦁-). Die Anfangstemperatur des Heizers und der Nahrung lag bei etwa 40°F. Etwa 20 Minuten nach Aktivierung lag die Temperatur in der Mitte der Nahrung bei etwa 165°F.
12 zeigt ein Diagramm der Temperatur als Funktion der Zeit nach Aktivieren des Heizerkissens. Das Heizerkissen war ein einlagiges Kissen aus P₂O₅ und CaO im Gewichtsverhältnis 1:1. Das Nahrungsmittelgefäß war ein Plastiktablett und enthielt simulierte Nahrung, hydratisierte Kleie. Die Temperaturprofile des Heizers (-) und der „Nahrung" (-∎-) (gemessen in der Mitte) sind gezeigt. Die Anfangstemperatur der Nahrung lag bei etwa 110°F und dieses Diagramm erläutert, dass der Heizer nach dieser Erfindung im Wesentlichen Nahrung oder andere Materialien erwärmen kann, selbst wenn deren Ausgangstemperaturen sehr hoch sind. (Der Temperaturanstieg lag bei 85°F.)
Die Heizer und die wärmeerzeugende Zusammensetzung können in anderen Anwendungen benützt werden. Beispielsweise können sie benützt werden, um exotherme oder endotherme Reaktionen zu initiieren. Beispielsweise können sie benutzt werden, um pyrotechnische Einrichtungen (die auf exothermen Reaktionen beruhen) zu zünden. Der Heizer der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet werden, um eine Phasenänderung zu induzieren, beispielsweise das Schmelzen von Eis zu flüssigem Wasser (eine endotherme Reaktion).
Zusätzlich kann der Heizer dieser Erfindung die ursprünglich erforderliche Wärme liefern (typischerweise durch Aufheizen in einem Mikrowellenofen) in stabil heizenden Produkten wie MICROCORE^TM-Komforttherapieprodukte (HEARTWARMERS' Entlastungswickel oder der tragbare Back Warmer); oder MICROCORE^TM Kühlmittelchenprodukte (Kanne, die Getränke für Stunden warm hält oder der LAVA BASKET^TM, der Brot stundenlang warm hält). Die wärmeerzeugende Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung kann auch vermischt werden (als Pulver) mit einem thermisch gehärteten Bindematerial. Ähnliche Anwendungen des Heizers dieser Erfindung bestehen darin, ihn in Kombination mit anderen Phasenänderungsstoffen zu verwenden, die Wärme erzeugen, nachdem sie auf ihre Übergangstemperaturen gebracht sind. Eine Anwendung dieser Art besteht darin, den Heizer dieser Erfindung in einen Behälter (einen Sack oder ein Kopfkissen oder irgend einen Behälter mit Eigenschaften, geeignet für die präzise Anwendung) zu bringen, wobei auch eine Phasenänderung des Materials stattfindet. Beispielsweise Mg(NO₃)₂·6H₂O. Mg(NO₃)₂·6H₂O hat eine Übergangstemperatur von 89°C. Der Heizer der vorliegenden Erfindung kann aktiviert werden durch Zugabe wässriger Lösung und kann die Wärme liefern, die notwendig ist, um die Phasenänderung von Mg(NO₃)₂·6H₂O zu initiieren.
Andere Anwendungen des Heizers dieser Erfindung schließen seine Verwendung als Wärmequelle ein, um Nahrung bei Picknicks warm zu halten, wobei das aktivierte Heizerkissen in einen versiegelten Sack bzw. Beutel nächst der warm zu haltenden Nahrung gebracht wird. Ein aktiviertes Heizerkissen, versiegelt in einem Sack oder Beutel, kann auch in Handschuhe, um als Handwärmer zu dienen, gebracht werden. Das Heizerkissen nach der Erfindung kann auch bei einem Härtungsmittel Anwendung finden, wenn Wärme für solch ein Agens erforderlich ist, damit dieses seine Funktion ausübt. Beispielsweise kann das Heizerkissen Anwendung bei einem thermisch gehärteten Klebstoff oder Dichtungsmittel finden, um für schnellere Aushärtung oder Steigung seiner Leistungsfähigkeit zu sorgen.
Die durch die wärmeerzeugende Zusammensetzung der Erfindung erreichte Temperatur basiert auf der gewünschten Anwendung und kann durch Routineauswahl von Materialien ohne übermäßiges Experimentieren bestimmt werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu begrenzen.
BEISPIELE
BEISPIEL 1: P₂O₅/CaO verwendender Heizer mit in Pellets extrudierter Zusammensetzung.
Die P₂O₅/CaO-(1:1 Gewichtsanteile)-Zusammensetzung wurde in Form von Pellets extrudiert. Dieser Heizer (1A und 1B) erzeugt Wärme bei einer gewünschten Rate bzw. Geschwindigkeit über einen gewählten Zeitraum. Der Heizer wird gebildet, indem die Feststoffpulver (P₂O₅ und CaO) vermischt werden, inerte Flüssigkeiten zur Regelung der Rate der Wärmeerzeugung und zur Erleichterung der Verarbeitung zugesetzt werden, und die Zusammensetzung unter Verwendung einer Kolbenstrangpresse, eines Schneckenextruders, einer Pelletmühle oder dergleichen extrudiert wird. Die Zusammensetzung wurde hergestellt, indem CaO und P₂O₅ in gleichen Gewichtsanteilen vermischt werden, dann 13,4% oder 15,4% einer Flüssigkeit zugesetzt wird, die aus 74% weißem Mineralöl und 26 oberflächenaktivem Mittel Actrafos 216 bestand. Nach der Extrusion durch eine 3,2 mm (1/8 engl. Zoll) Düse auf einer Pelletmühle und Schneiden der Extrudate auf eine Länge von 3,2 bis 12,7 mm (1/8 bis 1/2 engl. Zoll) wurden die Pellets auf etwa 100°C 0,5 bis 1,0 Stunden lang erwärmt. Das Erwärmen der Pellets führt zu einer verbesserten Leistung der Pellets. Es ist festzustellen, das ohne Erwärmen der Pellets nach einigen Wochen die ursprünglich weißen Pellets braun zu werden beginnen. Wir glauben, dass das Erwärmen der Pellets zu einer gesteigerten Leistung führt, da, was auch immer für eine Reaktion auftritt, klar werdend durch die Farbänderung unmittelbar nach der Erwärmung, was zu einem stabileren Produkt führt. Nach der Erwärmung wurden die Pellets über ein Maschensieb ASTM 8 geschüttelt, um Feinpartikel zu entfernen. Die Heizerpellets waren in einem Polymergewebebeutel, um sie zweckmäßiger handhaben zu können, untergebracht.
5 zeigt die Heizkurven (Temperatur des Nahrungsmittelgefäßes über die Zeit, ausgedrückt in Minuten) für ein Gefäß, das 227 g (8 Unzen) Wasser (simulierendes Nahrungsmittel) enthielt und wurde durch 60 g einer extrudierten Zusammensetzung in einer Heizereinrichtung, wie der in 4A gezeigt, erwärmt. In dem Einsatz #1 lag der Anteil an zugegebenem Inertmaterial bei 15,4 Gew.-% von CaO und P₂O₅ zusammen. In dem Einsatz #2 war die Menge an zugegebenem Inertmaterial 13,4 Gew.-% an CaO und P₂O₅ zusammen.
BEISPIEL 2: P₂O₅/CaO verwendende Heizer in einem einlagigen Heizer
Zwei oder mehr P₂O₅/CaO-Zusammensetzungen, die Wärme bei unterschiedlichen Raten bzw. Geschwindigkeiten (basierend auf den relativen Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer P₂O₅ und CaO gegenüber den Inertmaterialien) wurden getrennt hergestellt und dann als Pulver oder Aggregate in ein einlagiges Kissen kombiniert, um die gewünschte Wärmeübergangsrate über einen vorgewählten Zeitraum zu liefern, um einen Nahrungsmittelbeutel von 8 Unzen zu erwärmen. Das einlagige Kissen (2A und 2B) wurde in einem Gewebe aus Polymergemisch versiegelt, um das Material daran zu hindern, die Nahrungsmittelbeuteloberfläche zu kontaktieren. Das einlagige Kissen wurde hergestellt, indem die Bestandteile vermischt werden und bei etwa 68,9 MPa (10 000 psi) zwischen zwei Lagen porösen Gewebes gepresst wurden. Die Zusammensetzung enthielt 15% Inertmaterialien, die aus dem oberflächenaktiven Mittel Brij 30, Mineralöl und Paraffinwachs in einem Gewichtsanteil von 20%, 30% bzw. 50% bestanden. Das einlagige Kissen wurde innerhalb eines Plastiksacks aus Polyethylen hoher Dichte aktiviert. Der Heizer wurde dann unter das Nahrungsmittelgefäß innerhalb eines Plastiksacks eingebracht und durch Zugabe von 45 ml Wasser aktiviert. Der Sack mit dem Heizer, dem Nahrungsmittelgefäß und der aktivierenden Lösung wurde in einen Behälter (in diesem Fall eine Pappbox) während der Reaktionsperiode eingesetzt. Nach etwa fünfzehn Minuten konnte das 227 g (8 Unzen) Nahrungsmittelgefäß zum Verzehr entfernt werden. Das einlagige Kissen ist in der Lage, das Gericht um mehr als 55,5°C (100°F) innerhalb von 12 Minuten zu erwärmen.
BEISPIEL 3: P₂O₅/CaO verwendender Heizer in einem zweilagigen Kissen
Eine Variation der P₂O₅/CaO-Ausführungsform ist ein zweilagiges Kissen, das aus einer langsam wirkenden Schicht auf einer schnell wirkenden Schicht bestand. Beide Lagen enthalten CaO und P₂O₅ in einem Gewichtsverhältnis von 1:1, die Lagen oder Schichten unterscheiden sich jedoch in den Reaktionsraten aufgrund des Anteils an in jeder vorhandenen Additiven. Die obere langsam wirkende Schicht hat eine untere Konzentration der P₂O₅/CaO-Zusammensetzung und eine höhere Konzentration an Inertmaterialien, die langsam wirken, um die Wärmeerzeugungsreaktion zu verlangsamen. Die untere schnell wirkende Schicht hat eine höhere Konzentration an der P₂O₅/CaO-Zusammensetzung und eine niedrigere Konzentration an Inertmaterialien, die dahingehend wirken, die Wärmeerzeugungsreaktion zu verlangsamen. Die beiden Schichten sind in der Rezeptur so gewählt, dass sie bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bzw. Raten reagieren, um eine schnelle Temperaturerhöhung (über die untere schnell wirkende Schicht) herbeizuführen, die über einen vorgewählten Zeitraum (durch die obere langsam wirkende Schicht) bei einer gewünschten Rate aufrecht zu erhalten ist.
Die Rate der Wärmeerzeugung in jeder Schicht wird geregelt durch die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels und durch die Zugabe von Öl und/oder Wachs. Die Zusammensetzung der beiden Schichten ist in der unten stehenden Tafel 4 dargestellt. Der Heizer wird gebildet, indem die Reaktionsteilnehmer (P₂O₅ und CaO) sowie inerte Materialien vermischt werden. Eine Lage porösen Gewebes, das aus Plastik, Teebeutelmaterial, Baumwolle, Polymeren wie Nylon oder irgend einem geeigneten Material gemacht sein kann, wird in eine Form der gewünschten Gestalt eingesetzt. Als Nächstes wird die schnell wirkende Zusammensetzung, dann eine zweite Schicht aus Gewebe zur Trennung der beiden Zusammensetzungen, dann die langsam wirkende Zusammensetzung und zum Schluss eine Oberschicht aus Gewebe in die Form gegeben. Der Heizer wird dann bei einem Druck von etwa 68,9 MPa (10 000 psi) gepresst. Die Kissenzusammensetzungen verhalten sich gut, haben aber eine Tendenz bei der Benutzung zu krümeln, und die gepulverten Materialien neigen dazu, zu schnell zu reagieren. Siehe 3.
Tafel 4 zeigt die Reaktionsteilnehmer und Inertmaterialien und deren Mengen eines in dieser Ausführungsform gemachten Heizers.
Tafel 4: Komponenten einer P₂O₅/CaO in einem zweilagigen Heizer verwendenden Ausführungsform
Die Bodenschicht des Kissens enthält 40,97 g einer wärmeerzeugenden Zusammensetzung, die schnell reagiert. Die Oberschicht enthält 50,08 g einer wärmeerzeugenden Zusammensetzung, die langsamer reagiert, um die erhöhte geforderte Temperatur aufrecht zu erhalten, um nachhaltig eine Standardessration zu erwärmen. Der Heizer wurde durch 40 ml Wasser aktiviert, wodurch Wärme für eine 227 g oder 283 g (8 oder 10 Unzen) Mahlzeit geliefert wird, indem die Temperatur um mehr als 55,5°C (100°F) innerhalb 10–15 Minuten erhöht wurde.
In diesem Beispiel wird der zweilagige Heizer in drei Streifen mit Abmessungen von 2,4 bis 12,7 cm (0,94 Zoll mal 5 Zoll) geschnitten. Diese Anordnung wird vennrendet, um Nahrung in einem Behälter zu erwärmen, bei dem es sich um ein in der Wärme behandeltes Kunststofftablett von 4 × 15,2 cm (4,5 × 6 englische Zoll und 1,9 cm (0,75 englische Zoll) Tiefe handelt. Durch Erzeugung von Kanälen von etwa 3,2 bis etwa 6,4 mm (1/8 bis etwa 1/4 englische Zoll) quer im Kissen wird mehr des reaktiven Materials verfügbar, um den Kontakt mit der aktivierenden Lösung herzustellen. In diesem Beispiel wird der Heizer unter die Essenskammer gebracht und im Behälter mit etwa 60 ml Wasser aktiviert. Diese drei Streifen- bzw. zwei Lagenkonfiguration erwärmte 283 g (10 Unzen) „Essen", um mehr als 55,5°C (100°F) innerhalb der ersten 12 Minuten nach Aktivierung. Nach Aktivieren des Heizers mit Wasser hatte das Endmaterial eine pH-Wert von etwa 6 bis 7.
BEISPIEL 4: Mehrkammerheizer mit Kissen und Kanälen
Ein Heizer, der aus einem einzigen festen Teil wärmeerzeugender Zusammensetzung besteht, kann nicht sämtliche der zur Verfügung stehenden Wärme erzeugen, da Wasser alle Teile des Kissens nicht erreicht, wobei einige Teile des Heizers ohne Reaktion bleiben. Dies ist ein Problem, insbesondere wenn ein Heizer in direktem Kontakt mit einem Nahrungsmitteltablett steht, wobei Wasser in den Heizer nur über seine Ränder eintreten kann. Dieses Problem wird gelöst, indem viele solcher Kissen auf eine Stützunterlage mit Kanälen zwischen den Kissen aufgebracht werden. Jedes Kissen ist fest montiert, so dass es sich nicht während des Versands oder der Handhabung verschieben wird. Der Heizer kann als eine Bahn von Kissen hergestellt werden, wobei die gesamte Bahn innerhalb des Polyethylengewebes umschlossen ist. Die Kissen können integral auf einer Gewebebahn während des Pressens aufgebracht sein. Dieser Typ von Auslegung ist ziemlich flexibel und kann leicht an mehrere Heizereinrichtungskonfigurationen angepasst werden.
Die Breite der Kanäle und die Größe der Kissen beeinflusst den Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung. Breitere Kanäle werden im Allgemeinen bevorzugt, um den Wasserzugang zur wärmeerzeugenden Zusammensetzung zu steigern. Die Menge an produzierter erforderlicher Wärme für eine gegebene Heizeranwendung und Beschränkungen der Heizereinrichtung hinsichtlich seiner Größe können die Breite solcher Kanäle begrenzen.
Der Mehrkammerheizer kann mit Mehrlagenkissen arbeiten. Beispielsweise können die Kissen aus zwei Lagen konstruiert sein: einer (unteren) schnellen Schicht und einer (langsamen) oberen Schicht (3A). Ein beispielsweises Kissen kann eine schnelle Schicht und eine langsame Schicht enthalten. Die beispielsweise schnelle Schicht (45 Gew.-% eines Kissens) enthält CaO (43,75%; P₂O₅ (43,75%); Brij 30 oberflächenaktives Mittel (1,67%); Mineralöl (8,33%); und Polymethylmethacrylat-Kügelchen (200 μ) (2,50%). Die beispielsweise genannte langsame Schicht (55% des Gewichts eines Kissen) enthält CaO (43,75%); P₂O₅ (43,75%); Brij 30 oberflächenaktives Mittel (6,25%); Mineralöl (4,37%) und Paraffinwachs (1,88%).
Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass Zusammensetzungen, Artikel, Verfahren und Einrichtungen außer den hier spezifisch offenbarten erfindungsgemäß zur Anwendung kommen können. Alle solche Varianten fallen in den Schutzbereich dieser Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Wärmeerzeugende Zusammensetzung (2), die wärmeerzeugende Reaktionsmittel sowie ein inertes Material umfasst, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Öl, einem Wachs, einem oberflächenaktiven Mittel oder einer Mischung hiervon besteht, wobei die wärmeerzeugenden Reaktionsmittel ein (i) Säureanhydrid oder ein saures Salz und (ii) ein basisches Anhydrid oder ein basisches Salz sind, dadurch gekennzeichnet, dass das basische Salz aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Natriumacetat, Natriumbenzoat und Kaliumascorbat besteht.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das inerte Material 5 bis 25 Gew.-% der wärmeerzeugenden Zusammensetzung ausmacht.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Gewichtsverhältnis des Säureanhydrids oder sauren Salzes zum basischen Anhydrid oder basischen Salz 0,1 bis 10 beträgt.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Gewichtsverhältnis der sauren Spezies zur basischen Spezies der wärmeerzeugenden Reaktionsmittel gleich 1 ist.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Verhältnis des Säureanhydrids oder sauren Salzes zum basischen Anhydrid oder basischen Salz so gewählt ist, dass der pH-Wert des Produktes, nachdem die wärmeerzeugende Zusammensetzung aktiviert wurde, im Wesentlichen neutral ist.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Säureanhydrid ein nichtmetallisches Oxid ist.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei das Säureanhydrid Phosphorpentoxid ist.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das saure Salz ein Metallhalogenid oder eine Mischung von Metallhalogeniden ist.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das saure Salz AlCl₃ ist.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das basische Anhydrid ein Oxid eines Metalls, gewählt aus der Gruppe, die Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba oder eine Mischung hiervon umfasst.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach Anspruch 10, wobei das basische Anhydrid Calciumoxid ist.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Säureanhydrid Phosphorpentoxid und das basische Anhydrid Calciumoxid ist.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Zusammensetzung in Form von Granulaten, Aggregaten, Presskissen, Stäben, Tabletten oder Streifen, extrudierten Pellets oder extrudierten Stäben oder anderen geformten Artikeln vorliegt.
Wärmeerzeugende Zusammensetzung nach Anspruch 13, wobei die extrudierten Pellets von einem Durchmesser von 3,2 mm (1/8 englische Zoll) und einer Länge von 3,2 bis 12,7 mm (1/8 bis ½ englische Zoll) sind.
Heizeinrichtung, die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfassend, die in einer Haltevorrichtung (1) enthalten ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 15, wobei der Halter (1) porös ist.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei der Halter (1) Vielfachkammern (6) hat, welche die wärmeerzeugende Zusammensetzung (2) enthalten.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Halter ein Beutel ist.
Heizvorrichtung umfassend: eine wärmeerzeugende Zusammensetzung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, Mittel, die es einer Aktivierungslösung (22) erlauben, die wärmeerzeugende Zusammensetzung zu kontaktieren, um die wärmeerzeugende Zusammensetzung zur Erzeugung von Wärme zu aktivieren, und einen die wärmeerzeugende Zusammensetzung umschließenden Behälter.
Heizvorrichtung nach Anspruch 19, weiter ein zu erwärmendes, erwärmtes oder in thermischem Kontakt mit der wärmeerzeugenden Zusammensetzung gehaltenes Material (21) umfassend.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die aktivierende Lösung (22) Wasser ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die aktivierende Lösung (22) in einem Halter enthalten ist, der sich öffnen lässt, um den Kontakt der aktivierenden Lösung und der wärmeerzeugenden Zusammensetzung zu ermöglichen.
Heizvorrichtung eine Heizeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18 in thermischem Kontakt mit einem zu erwärmenden, erwärmten oder warm gehaltenen Material (21) umfassend.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei das zu erwärmende, erwärmte oder warm gehaltene Material (21) in einem Gefäß gehalten ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das zu erwärmende, erwärmte oder warm gehaltene Material (21) ein Feststoff oder ein flüssiges Nahrungsmittel ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das zu erwärmende, erwärmte oder warm gehaltene Material (21) ein Kleidungsstück ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das zu erwärmende Material (21) ein in der Wärme gehärteter Klebstoff oder ein Dichtungsmittel ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, wobei der die Wärme erzeugende Zusammensetzung umschließende Behälter ein Plastiksack oder ein gewachster Pappkarton ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, weiterhin einen äußeren Halter (20) umfassend, bei dem es sich um einen Polyethylensack handelt.
Verfahren zum Erwärmen, Erhitzen oder Warmhalten eines Materials, das umfasst: die Stufen des Aktivierens einer wärmeerzeugenden Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 mit aktivierender Lösung, derart, dass erzeugte Wärme freigesetzt wird, um ein Material zu erwärmen, zu erhitzen oder warm zu halten, und zwar in thermischem Kontakt mit der wärmeerzeugenden Zusammensetzung nach ihrer Aktivierung.
Verfahren zum Erwärmen, Erhitzen oder Warmhalten eines Materials, das die Stufe der Aktivierung einer Heizeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18 umfasst, indem die wärmeerzeugende Zusammensetzung der Heizeinrichtung mit einer aktivierenden Lösung kontaktiert wird und die aktivierte Heizeinrichtung in Kontakt mit dem Material gebracht wird.
Verfahren zum Erwärmen, Erhitzen oder Warmhalten eines Materials, das umfasst die Stufen des in thermischen Kontaktbringens des Materials mit der wärmeerzeugenden Zusammensetzung der Heizvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21 und des Aktivierens der wärmeerzeugenden Zusammensetzung.