JP4373325B2 - 自己加熱または自己冷却容器 - Google Patents

Description

本発明は、内部に保持された生成物を加熱または冷却するためにそれぞれ発熱性または吸熱性の化学反応を用いる自己加熱および自己冷却の容器に関する。特に、本発明は、化学反応によって引き起こされた加熱または冷却の度合いを容器の周囲温度に応答して調節する装置を提案する。

周囲温度が高くなったとき、自己加熱缶は、缶内の生成物の温度を所望の温度まで上昇させるためには、発生する熱を少なくすることが要求される。発熱反応が調節されないと、容器の取扱いが不快または危険なものになることがある。

逆に、周囲温度が高くなったとき、自己冷却缶は、より高い冷却作用を発揮する必要がある。したがって、吸熱性反応は、より多くの熱を吸収することが必要である。

自己加熱パックによって発生した熱を周囲温度に応答して調節する様々な方法が従来技術において提案されている。たとえば、米国特許第５９８４９５３号は、発熱化学反応速度を変化させるために、「加熱パック」が使用される周囲温度条件に応じてゲルの硬さを調整する蒸発可能な溶剤と一緒に、「硬化可能ゲル」を用いることを記載している。

本発明では、化学反応は、少なくとも１つの流体成分を試薬または溶剤として含む必要がある。容器の周囲温度によって駆動される温度調節装置は、化学反応に加えられるこの流体成分の体積を調節する働きをする。流体成分はゲルなどの物質を、それらが十分な移動度を有し、流れることができるのであれば、含んでいてよい。

したがって、本発明は、生成物を保持するボディと、一次燃料を保持する反応チャンバと、流体成分を保持するリザーバと、リザーバから反応チャンバ内への流体流路を形成する作動手段とを有する、発熱性または吸熱性の反応を用いて加熱または冷却を行う自己加熱または自己冷却容器において、この容器は、反応チャンバに入る流体成分の体積を容器の周囲温度に応答して調節する温度調節手段をさらに有することを特徴とする自己加熱または自己冷却容器を提案する。

自己加熱または自己冷却容器は、容器の使用者によって容積を減らすことができる（流体成分を保持する）リザーバを含むことが好ましい。リザーバの容積が少なくなるにつれて、流体成分は反応チャンバに強制的に送り込まれ、化学反応を開始させる。

容器は、互いに対して移動するようになっている少なくとも２つの部分を有することが好ましい。容器の第１の部分はリザーバの壁に連結されており、リザーバの容積の減少は、容器のこの第１の部分が他方の（第２の）部分に対して移動することによって実現される。この移動は、使用者が容器の第１の部分を押すだけでも行うことができる。しかし、容器の第１部分と第２の部分は、協働するねじ構造によって連結されていることが好ましい。容器の使用者は、リザーバの壁を軸方向に移動させるために、容器の第１の部分を他方の部分に対して回転させるだけでよく、この結果、リザーバの容積が減る。このような構造は、リザーバの容積変化率、したがって流体成分の付加率が、ねじのピッチによっていくらか調節されるため、反応チャンバへの流体成分の制御された付加を可能にする。

リザーバと反応チャンバとの間の流体接続は、常時閉じ弁を内部に有する導管によって行うのが有利である。流体成分が、特に容器を保存または輸送する間、反応チャンバに進入するのが該弁によって通常妨げられる。しかし、使用者が反応を活性化させると、該弁が開き、流体成分が反応チャンバに進入することが可能になり、それによって化学反応を開始させる。

リザーバ内の流体成分は、使用者によって容器が作動させられると加圧され、圧力の増大によって該弁が開き、それによってリザーバと反応チャンバとの間の導管が通ずるのが有利である。その後、弁は、リザーバ内の圧力を逃がすとそれ自身で閉じるようになっていることが好ましい。したがって、このために自己閉じ弁（当業者に良く知られている）を導管に組み込んでもよい。

あるいは、導管は、流体成分が反応チャンバに進入できるようになる前に穴が明く必要のある膜または（弱くした部分によって導管に連結された）「ブレイクアウト」（break out）によって常時遮断するようにしてもよい。

第１の実施態様では、温度調節手段は、位置が周囲温度によって決定され、それによって、反応チャンバに強制的に送り込むことのできる流体成分の体積を調節する「ストッパ」の形態をとる。「ストッパ」は、容器がさらに作動するのに抵抗するように構成された物理的なストッパ部材を有する。物理的なストッパ部材の位置は温度の影響を受ける材料によって調節される。有利なことに、温度の影響を受ける材料は、その周囲の周囲温度に応じてその体積を変化させる。したがって、この材料が、たとえば一定の断面積を有するチューブ内に閉じ込められると、物理的なストッパ部材をこの材料によって支持し、リザーバ内のストッパ部材の軸方向位置を調節してもよい。温度の影響を受ける材料は、周囲の周囲温度の変化に応答して著しく膨張または収縮するように選択してもよい。適切な材料には、温度の上昇に応答して膨張するある種のろうまたはグリース、あるいは温度の低下に応答して膨張するヒドロゲルなどの材料が含まれる。ヒドロゲルは、その体積が温度に対して線形に変化するので特に好ましい。

自己加熱缶を例にとると、周囲温度が上昇したときは、発熱性反応の発生する熱を少なくする必要がある。したがって、すべての試薬が使い尽くされる前に発熱性反応を停止する必要がある。本発明によれば、これは、流体リザーバの全容積が無くなるのを妨げ、それによって、反応チャンバへ流体試薬が加えられるのを停止することによって行われる。したがって、ストッパは、周囲温度が高くなったときに、物理的なストッパ部材が、使用者が缶をさらに作動させるのを妨げるように構成されている必要がある。

温度の上昇に応答して膨張するろうまたはグリースを温度の影響を受ける材料として選択した場合、物理的なストッパ部材は、壁の移動を、より低い温度で行うことができる場合よりも早く停止させるために、リザーバの可動壁に連結する必要がある。温度の低下に応答して膨張するヒドロゲルを温度の影響を受ける材料として選択した場合、温度が最低のときにリザーバの可動壁の移動度を最大にし、温度が上昇したときに移動量が最低になるようにするために、物理的なストッパ部材をリザーバの停止部分に連結する必要がある。

「ストッパ」は、周囲温度の変化によって生じる、選択された材料（たとえば、金属）の膨張を増幅するように構成された機械的構造の形態をとってよい。「ストッパ」は、周囲温度（すなわち、０⁰〜４０⁰Ｃ）の予想された通常の変化に応答してそれ自体が著しい膨張または収縮を受ける材料から作られていることが好ましい。このような材料は当業者に周知である。「ストッパ」は、著しく膨張／収縮すると共に、有効なストッパとして働かなければならず、すなわち、缶が使用者によってさらに作動させられるのにも抵抗できなければならない。

本発明の第２の実施態様では、自己加熱または自己冷却容器は、反応において必要とされない任意の流体成分が送られる補助リザーバも有する。自己加熱缶の場合、この補助リザーバに１つまたは複数の導管が設けられる。この補助導管または各補助導管は、周囲温度の上昇に応答して融解するプラグによって遮断されるようにしてもよい。各々が、異なる温度で融解するプラグによって遮断される複数の導管を設けることが好ましい。プラグ用の適切な化学物質は、異なった融点を有するパラフィンろうの族から得られる。たとえば、ヘキサデカン［融点１８⁰Ｃ］、パルミテート（たとえば、プロピルパルミテート［融点２０⁰Ｃ］）、およびミリステート（たとえば、ベンジルミリステート［融点２１⁰Ｃ］）が挙げられる。したがって、周囲温度が高くなると、１つまたは複数のプラグが融解し、対応する補助導管が開かれる。使用者によって容器が作動させられると、ある割合の流体成分が反応チャンバに送り込まれるが、補助リザーバにもある割合の流体成分が送り込まれ、補助リザーバ内では流体成分は化学反応に関与しない。

この実施態様では、容器の周囲温度の上昇に応答して徐々に開く弁が内部に有する１つまたは複数の導管を、リザーバと補助リザーバとの間に配置してもよい。しかし、各導管が、それぞれの異なる所定の温度で融解するプラグによって遮断される複数の導管を補助リザーバに設けることが好ましい。周囲温度が高くなると、融解するプラグの数が増え、補助リザーバのより多くの導管が開き、それによって反応チャンバから流される流体の体積が増大する。

この構造の利点は構造が簡単であることである。プラグは単に、定められた温度で融解する材料からなる小さなスラグであってよい。

プラグ材料、および（プラグが内部に配置される）補助導管を形成するのに用いられる材料は、プラグが導管に「付着」し、融解によってのみ取り外すことができるように、互いに対して高い表面張力を有している。流体成分に加えられる圧力によって、プラグが、それに対応する導管から押し出されるのを防止する段部を補助導管の壁に形成してもよい。この場合も、導管およびプラグは、プラグが、融解によってのみ対応する導管から取り外せるように構成されている。

最後に、流体成分はゲルの形態で与えてもよく、リザーバ構造は、流体成分自体が１つまたは複数の補助導管をほぼ遮断するように構成されていてもよい。周囲温度が上昇すると、ゲルの移動度が高くなり、ゲルの大部分が補助導管を通って、反応チャンバではなく補助リザーバまで送られる。この構造では、この補助導管または各補助導管の直径および長さが、反応チャンバに入る流体成分に比べて、補助リザーバに入る流体成分の体積を決定するうえで重要である。

次に、本発明を、添付の図面を参照して例によってのみ説明する。

図１および２を参照すると、本発明による自己加熱容器は、ボディ２、ベース３、およびインサート４を有する缶１を有している。インサート４は、一次燃料用の反応チャンバ５および流体成分用のリザーバ６を形成している。リザーバ６は、使用者によって缶１が作動させられると、容積の減少に対応するようになっている。

図１を参照すると、リザーバ６のフロア６１は、使用者によって缶１が作動させられると、軸方向に移動し、それによってリザーバ６の容積を減らすように構成されている。インサート４は、缶１のボディ２に対して固定されており、リザーバのフロア６１はベース３にしっかりと連結されている。リザーバのフロア６１と、インサート４は、フロア６１をインサート４に対して軸方向に移動させる、協働するねじ構造４５、６５を有している。フロア６１の周縁６２はベース３に固定されている。フロア６１の軸方向への移動に対応する可とう性のダイアフラム６３が周縁６２に隣接して設けられているが、缶１の全長は一定のままである。

使用時に、缶１の使用者はベース３をボディ２に対してねじり、フロアねじ６５とインサートねじ４５が相互に作用して、リザーバねじ６５がインサートねじ４５に沿って進むことによってリザーバのフロア６１を軸方向に動かす。この軸方向の移動は、フロア６１が移動するにつれて広がる可とう性のダイアフラム６３によって行われる。フロア６１が移動すると、リザーバ６の容積が小さくなり、リザーバ６内に保持されている流体成分（図示せず）が、流路（図示せず）に沿ってリザーバからリザーバねじ６５とインサートねじ４５を通って反応チャンバまで送られる。

常時閉じている圧力作動弁７が、リザーバと反応チャンバ５との間の流路内に設けられている。この弁は、缶が偶発的に作動するのを防止する。しかし、使用者が一旦缶１のベース３を回転させると、上述したようにリザーバ６の容積が減り、リザーバ６内に保持されている流体成分が加圧され、流路内に送られる。弁７は、圧力の上昇に応答して開き、流体成分が反応チャンバ５に入るのを可能にする。

本発明の第１の実施形態（図１に示されている）では、温度調節手段は、缶１の温度に応答して膨張する「ストッパ」８を有している。ストッパ８は、「通常の」状態では、まったく膨張しないかまたは限られた膨張しか示さないように構成されており、協働するねじ４５、６５は、リザーバ６の容積がほぼ０になるまで（すなわち、リザーバのフロア６１がリザーバ６の反対側の境界６６に接触すると）互いに対して前進する。この状態では、リザーバ６内に保持されている流体成分の全体積が反応チャンバ５に送られる。

しかし、周囲温度が高くなると、「ストッパ」は膨張してねじ４５と６５が互いに対して前進するのを制限する。これによってフロア６１の軸方向の移動が停止し、それによってリザーバ６の容積の減少が停止する。したがって、この状態では、ある体積の流体成分がリザーバ６内に保持され、残りの部分のみが反応チャンバ５に送られる。そのため、反応は、一旦「ストッパ」が、ベース３がボディ２に対して回転するのを制限するように働くと、停止する。

「ストッパ」は、ピストンシリンダ内に保持されたろうまたはグリースによって与えられるのが好ましい。周囲の周囲温度が上昇するにつれて、ろうまたはグリースは膨張し、ピストンをシリンダの外側に押しやる。ピストンは、リザーバのフロア６１がさらに移動するのを防止する機械的ストッパとして働く。

本発明の第２の実施形態（図２に示されている）では、缶１は補助リザーバ９も含んでいる。補助リザーバ９は、複数のバイパス流路９１によって流体リザーバ６に連結されている。各流路９１内に融解可能なろうプラグ（図示せず）が設けられている。

「通常の」状態では、リザーバ６の容積の減少は上述したように起こる。すべての流体成分は、融解可能なプラグが固体のままであり、バイパス流路９１を遮断するので反応チャンバに送られる。周囲温度が高くなるにつれて、いくつかまたはすべてのプラグが融解し、対応するバイパス流路９１が開き、補助リザーバ９と流体接続される。この状態では、流体成分の一部のみがリザーバ６から反応チャンバ５に送られる。残りの部分は補助リザーバ９に迂回され、補助リザーバ９では流体成分は化学反応に関与しない。

図２に示されているように、リザーバ６と反応チャンバ５との間の１つまたは複数の流路は通常、使用者によって缶が作動させられる前に「ブレイクアウト」７’によって遮断されている。図１に示されている弁７を、図２に示されているブレイクアウトと同様な「ブレイクアウト」と交換し、またその逆でもよいことが理解されよう。

この第２の実施形態では、缶のベース３は、ベース３と一緒に回転するベースねじ３５を備えている。可動ディバイダ６１’が反応チャンバ５をリザーバ６から分離し、かつ可動ディバイダ６１’は、ベースねじ３５と協働するように構成されたねじ構造６５を備えている。ディバイダ６１’は、位置決めロッド１０によって、ベース３と一緒に回転するのが防止されている。

使用時には、缶１の使用者はベース３を回転させ、それによってねじ３５を回転させる。ディバイダは、位置決めロッド１０によって、ベース３と一緒に回転するのが防止されている。ディバイダ６１が回転できないため、ベース３の回転によってディバイダ６１が軸方向に移動させられる。ベースねじ３５と位置決めロッド１０は「ブレイクアウト」７’の脆弱な連結部を壊し、リザーバ６と反応チャンバ５との間の流体接続を開く。さらに、ディバイダ６１が軸方向に移動するにつれて、リザーバ５の容積が減り、流体成分がリザーバ５から送り出される。「通常」の構成状態では、すべての流体成分が反応チャンバ５に送られる。周囲温度が上昇して「通常」の構成状態を超えると、補助流路９１内のプラグが徐々に融解し、ある割合の流体成分が補助リザーバ９に送られ、この流体成分は化学反応に関与しない。このようにして、化学反応によって発生する熱が少なくなり、缶１内の生成物の過熱が防止される。

図２に示されている缶１は、制限された回転運動に対応するように構成されたプレート１５、１６の構造も有している。プレート１５、１６は、プラグの挿入時に使用されると共に、缶がその使用時の温度条件とは異なる温度条件にさらされることがある缶の輸送時にも使用される。

プラグは、後で流路９１内で凝固することができる融解した材料で補助流路９１を満たすことによって形成されることが好ましい。プレート１５、１６の一方が回転させられて補助流路９１の一方の端部を遮断し、次に、融解した材料が、流路９１の他方の開いた端部に注入される。材料が満たされると、他方のプレート１５、１６が回転させられて補助流路９１の他方の端部を覆う。したがって、缶１が輸送時に高温にさらされた場合、プラグは融解するが、流路９１内に閉じ込められ、温度が下がった場合には再凝固する。使用者によって缶が初めて作動させられると、ベース３の最初の回転によって、プレート１５、１６が、補助流路９１から離れる方向に移動させられ、容器の周囲温度に応じて、１つまたは複数のプラグが融解し、流体成分によって補助リザーバ内に送り込まれる。

図２に示されている缶の特徴のいくつかを図１に示されている缶に適用してもよく、その逆でもよいことが明らかになろう。さらに、反応チャンバとリザーバとの間の流体接続部を密封する他の多くの方法が当業者に明らかであろう。たとえば、使用者によって缶が最初に作動させられると穴が明けられ、流体成分が反応チャンバ内の一次燃料に接触するのを可能にする、流体成分用の可とう性のリザーバ（可とう性のパウチなど）を設けることは本発明の範囲内である。

適切な発熱性および吸熱性化学反応も当業者に明らかであろう。試薬の１つは流体であってよく、あるいは試薬を不活性の固体の形態で与えてもよく、流体成分は、試薬の１つまたは複数を溶解状態に保持することによって化学反応を開始させる溶剤の形態をとっていてもよい。

本発明の第１の実施形態による自己加熱缶の側面断面図である。この実施形態では、（位置が周囲温度によって決まる）「ストッパ」が、リザーバの容積の減少を制限し、それによって反応チャンバに送り込まれる流体成分の体積を調節するように構成されている。 本発明の第２の実施形態による自己加熱缶の側面断面図である。この実施形態では、周囲温度に応じて、ある体積の流体成分が分流される補助リザーバが設けられている。

Claims (10)

1. 生成物を保持するボディ（２）と、
   一次燃料を保持する反応チャンバ（５）と、
   流体成分を保持するリザーバ（６）と、
   前記リザーバから前記反応チャンバ内への流体流路を形成する作動手段（７、７’）とを有する、発熱性または吸熱性の化学反応を用いて加熱または冷却を行う自己加熱または自己冷却容器（１）において、
   前記容器（１）は、前記反応チャンバ（５）に入る前記流体成分の体積を前記容器の周囲温度に応答して調節する温度調節手段（８、９１）をさらに有し、
   前記リザーバ（６）はその容積が減少可能に構成されており、該容積の減少によって、前記流体成分を加圧し、それによって前記反応チャンバ（５）への前記流体流路を形成するようにされており、
   前記温度調節手段は、位置が前記容器の前記周囲温度に応答して自動的に調整され、前記リザーバの容積がさらに減少するのを防止し、それによって、前記流体成分が前記反応チャンバ（５）へさらに加えられるのを防止するように構成されているストッパ（８）を有することを特徴とする自己加熱または自己冷却容器。
2. 前記リザーバ（６）は、２つの部分、すなわちハウジング部分とプランジャ部分（６１）を有し、前記プランジャ部分（６１）は、前記ハウジング内を移動して前記リザーバの容積を少なくするようになっている、請求項１に記載の自己加熱または自己冷却容器。
3. 前記プランジャ部分（６１）は、ハウジング部分（４５、３５）の上にある相補的なねじ構造と協働して前記プランジャ部分（６１）を前記ハウジング部分内で移動させるねじ構造（６５）を備えている、請求項２に記載の自己加熱または自己冷却容器。
4. 前記プランジャ部分（６１）は前記容器（１）に固定されており、前記プランジャ部分（６１）の移動は可とう性のダイアフラム（６３）によって対応される、請求項２または３に記載の自己加熱または自己冷却容器。
5. 前記リザーバと前記反応チャンバとの間に流路を有し、前記流体流路内に弁（７）が設けられており、前記弁は、前記リザーバ内の圧力上昇に応答して開くようになっている、請求項１から４のいずれか１項に記載の自己加熱または自己冷却容器。
6. 前記温度調節手段は、前記容器の前記周囲温度の上昇に応答して著しく膨張する材料を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の自己加熱容器。
7. 前記材料はろうまたはオイルである、請求項６に記載の自己加熱容器。
8. 前記温度調節手段は、周囲の周囲温度の上昇に応答して著しく膨張する機械的構造を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の自己加熱または自己冷却容器。
9. 生成物を保持するボディ（２）と、
   一次燃料を保持する反応チャンバ（５）と、
   流体成分を保持するリザーバ（６）と、
   前記リザーバから前記反応チャンバ内への流体流路を形成する作動手段（７、７’）とを有する、発熱性または吸熱性の化学反応を用いて加熱または冷却を行う自己加熱または自己冷却容器（１）において、
   前記容器（１）は、前記反応チャンバ（５）に入る前記流体成分の体積を前記容器の周囲温度に応答して調節する温度調節手段（８、９１）をさらに有し、
   前記リザーバ（６）はその容積が減少可能に構成されており、該容積の減少によって、前記流体成分を加圧し、それによって前記反応チャンバ（５）への前記流体流路を形成するようにされており、
   １つまたは複数の流路（９１）によって前記リザーバ（６）に接続された補助リザーバ（９）をさらに有し、
   前記温度調節手段は、前記周囲の前記周囲温度が予め定められた温度に達したときに開くようになっている前記流路または各流路（９１）に付属したプラグを備えている、自己加熱容器。
10. 前記プラグまたは各プラグは、前記容器の前記周囲温度の上昇に応答して融解する材料で作られている、請求項９に記載の自己加熱容器。

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