KR100576185B1 - 휴대용 열원 - Google Patents

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KR100576185B1
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윌리암 엘. 벨
로버트 제이. 코페랜드
지안한 유
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티디에이 리서치 인코포레이티드
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/16—Materials undergoing chemical reactions when used
    • C09K5/18—Non-reversible chemical reactions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J36/00—Parts, details or accessories of cooking-vessels
    • A47J36/24—Warming devices
    • A47J36/28—Warming devices generating the heat by exothermic reactions, e.g. heat released by the contact of unslaked lime with water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D81/00—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents
    • B65D81/34—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents for packaging foodstuffs or other articles intended to be cooked or heated within the package
    • B65D81/3484—Packages having self-contained heating means, e.g. heating generated by the reaction of two chemicals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V30/00—Apparatus or devices using heat produced by exothermal chemical reactions other than combustion

Abstract

본 발명은 음식물, 음료수 또는 따른 필수품을 따뜻하게 하는데 사용될 수 있는 휴대용 열원에 관한 것이다. 가열기 물질(4)은 장기간 저장될 수 있으며, 물 또는 수성용액(22)의 첨가에 의해 활성화될 수 있는 고체이다. 가열기는 산성 무수물 또는 염과 염기성 무수물 또는 염으로 이루어져서 물을 산성 및 염기성 무수물에 첨가할 때 열 뿐만 아니라 각각 산과 염을 생성한다; 산과 염의 후속반응은 추가의 열 뿐만 아니라 쉽게 처리되는, 안전하고 중성인 생성물을 생산한다. 본 발명은 또한 음식물과 다른 물질이 열을 흡수하는 속도와 조화를 이루는 속도로 열이 생성되도록, 첨가제의 사용에 의해 열 발생 속도를 조절하는 수단과 처리방법으로 이루어진다.

Description

휴대용 열원{PORTABLE HEAT SOURCE}
본 발명은 유 에스 아미(U.S. Army)에 의해 수여된 계약 DAAK60-92-C-0030하에서 정부의 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에서 일정한 권리를 갖는다.
본 발명은 음식, 음료 및 기타 식품을 가열하기 위한 휴대용 가열장치로서 사용될 수 있는 열원에 관한 것이다. 열원은 휴대용 가열장치에서 장기간 저장될 수 있고 수성용액 즉, 물의 첨가에 의해 활성화 되는 열 생성 조성물을 사용한다.
본 발명의 목적은 난로, 불, 외부연료원 또는 전기 또는 기타 전원 없이도 열을 제공하는 열원을 제공하는 것이다. 열원은 저장, 이송 및 작동하기에 안전해야하고; 사용하기에 편리해야 하며; 최소의 중량과 부피를 가져야 하지만 다양한 용도를 위한, 충분한 열을 발생시켜야 하고; 사용 후 쉽고 안전하게 처리될 수 있어야 한다. 다수의 열원, 특히 음식의 가열에 사용하기 위한 열원들이 알려져 있다.
그러한 휴대용 열원에 이미 사용되는 물질과 방법은 많은 단점을 갖는데 잠재적으로 위험하거나 유해물질로서 특수한 처리가 요구될 수 있는 가연성 및/또는 독성 부산물을 형성하는 것을 포함한다. 많은 기존의 공지된 휴대용 열원은 저 효율성의 열생성을 갖는데, 즉 주어진 중량 또는 부피의 가열물질에 있어서 낮은 열 을 발생시킨다.
본 발명은 열 발생을 위한 에너지가 생성열과 반응하도록 이루어진 물질형태로 저장되는, 휴대용 가열장치에 유용한 열원에 관한 것이다. 보다 상세하게는 열이 물을 열 발생 조성물에 첨가하므로서 생성된다. 본 발명의 열 발생 조성물과 이것으로 제조된 가열기는 화학 반응물들의 독특한 조합을 이용하여 소정의 특성을 갖지만 선행기술의 열원의 단점을 피할 수 있는 열원을 제공한다. 본 발명은 열생성에 있어서 선행기술보다 안전성과 효율성에 있어서 많은 개선을 제공한다.
미국특허 제 3,079,911호는 금속의 산화에 의해 열이 발생되고, 액체, 바람직하게는 물의 첨가에 의해 활성화되는 가열 장치를 기술하고 있다. 기술된 발열 조성물은 알루미늄, 코퍼 설페이트, 포타슘 클로레이트 및 칼슘 설페이트의 혼합물이다. 그러나, 이 혼합물의 반응은 개스발생을 야기하는데 이 개스는 가연성 또는 부식성일 수 있다.
미국특허 제4,809,673호는 열을 발생시키기 위하여 칼슘옥사이드(생석회)의 수화를 사용하는 것을 기술하고 있다. 중량(건조물질의)당 열생산은 약 5이 Btu/lb이다. 이러한 형태의 가열기의 단점은 상대적으로 낮은 열 생산량과 칼슘 옥사이드의 분말 밀도가 낮은 것에 기인한 큰 가열기의 사용 요구이다.
미국특허 제 4,753,085호는 화학적 가열기에 사용하기 위한 수개의 반응을 기술하고 있다. 예를들면, 염산과 소듐 하이드록사이드의 반응이 기술되어 있는데 이 반응은 상기한 칼슘 옥사이드의 수화보다 많은 가열기 물질 중량당 열(565Btu/lb)을 생산한다. 그러나, 이 가열기는 위험한 강산인 HCl의 취급을 포 함한다. 기술된 다른 반응은 열을 발생시키기 위한 철 분말의 산화이다. 이 반응은 물에 의해 방해를 받는다. 물은 가열될 음식 또는 다른 목적물에 가열기로 부터의 열을 특히, 증발/응축에 의해 전달하고, 물의 비등점에 도달할 때 증발열을 제거하므로서 가열기의 온도를 제한하도록 제공되기 때문에 물의 존재하에서 잘 작용하는 휴대용 가열기가 보다 바람직하다.
미국특허 제 4,559,921호는 음식용기를 포함하는 자체가열 콘테이너를 기술하고 있다. 용기의 하부에는 칼슘 옥사이드와 물을 유지시키는 밀폐된 콘테이너가 있다. 칼슘 옥사이드와 물은 밀폐된 파우치(pouch)에 의해 분리된 상태로 유지된다. 파우치에 부착된 벗김 엘레먼트는 파우치와 콘테이너를 개방하여 물이 칼슘 옥사이드와 접촉하게 하고 이에 의해 음식을 가열시키기 위한 발열 반응이 시작된다.
미국특허 제 4,949,702호는 콘테이너내에 있는 가열기를 포함하는 자체 가열장치를 기술하고 있다. 이 가열기는 큰 가열 값을 갖는 고에너지 밀도의 발열물질 및 발열물질과 접촉하는 점화제의 두 부분을 포함한다. 발열물질과 점화제 모두는 한 종 이상의 금속산화물과 하나이상의 원소물질의 혼합물 또는 금속과 반금속의 합금이다. 점화제는 성냥과 같은 점화기의 스파크에 의해 활성화된다.
미국특허 제 4,895,135호는 발열 수화 반응에 의해 열을 생성하는 자체 가열 콘테이너를 기술하고 있다. 이 콘테이너는 외부쉘, 발열 반응 물질을 유지시키기 위한 봉투, 물을 함유하는 백 및 음식을 담는 콘테이너 본체를 포함한다. 콘테이너 본체는 금속 호일과 같은 시트부재와 금속호일의 최소한 일면상에 부착된 합성 수지 층으로 이루어진다. 시트 부재는 접혀져서 그 단면이 W자 형상이 되도록 하는데 수직 및 상부 모서리를 따라 가열밀폐된다. 시트부재의 역 V자형 부분은 내부에 봉투를 유지시키기 위한 구획부를 만든다. 이 특허는 열을 발생시키기 위하여 칼슘 옥사이드의 수화를 사용한다.
미국특허 제 5,355,869호는 단체용 음식, 예를들면 군용 음식을 가열시키기 위한 자체가열 어셈블리를 기술하고 있다. 이 어셈블리는 다수의 가열 트레이와 상응하는 수의 가열기 어셈블리를 포함한다. 각 가열기 어셈블리는 다수의 포켓을 형성하도록 단단한 폴리머성 시트 물질로 이루어지고 한 시트의 다공성 부직포 스크림이 포켓을 밀폐시키기 위하여 폴리머성 시트의 하부에 부착된다. 이 가열기에 사용된 발열성 화학물질은 Mg-Fe 합금이다. 물은 어셈블리에 포함되지 않지만 어셈블리를 사용한 준비가 되었을 때 첨가된다.
미국특허 제 5,205,277호(및 대응 유럽특허 제 0564680A1호)는 세개의 가열 팩을 사용하는 자체 가열 콘테이너를 기술하고 있다. 제 1가열 팩은 칼슘 옥사이드를 함유하는데 이것이 열을 생성하기 위한 주성분이다. 제 2(중간)온도 가열 팩은 NaCl , 아세트산 및 물로 이루어진 발열 액체를 함유한다. 제 3(고온) 가열 팩은 비율이 다른 것을 제외하고는 중간 가열 팩과 같은 성분으로 이루어진 발열 액체를 함유한다. 중간 및 고온 가열 팩에 있는 액체는 칼슘 옥사이드와 반응하여 음식을 가열하기 위한 수화열을 방출하는데 사용된다.
미국특허 제 4,751,119호는 고체 반응물에 액체 반응물을 전달하여 발열 또는 흡열 반응을 생성하기 위한 장치를 포함하는, 음료수 또는 식품을 자체 가열 또 는 자체 냉각시키기 위한 콘테이너를 기술하고 있다. 기술된 발열 반응물질은 하기와 같다: 생석회, 소듐 하이드록사이드, 코발트, 크롬, 철, 철 하이드록사이드, 마그네슘, 망간, 몰리브덴, 주석 옥사이드(Ⅱ), 타타늄, 소듐, 칼슘 하이드록사이드, 황산, 질산, 금속성 소듐 등. 이들 중 마그네슘 클로라이드의 분말이 바람직하다. 반응 생성물은 발열 특성을 갖는 환원된 금속 또는 금속성[sic] 화합물 형태의, 실온에서 산소와 반응하여 산화물을 생성하는 것들이다. 둘 이상의 금속 분말을 혼합하는 것이 바람직하다. 이 특허의 바람직한 방법인 물과 마그네슘 클로라이드의 반응은 강산이나 강염기를 사용하지 않는다. 이 반응은 반응물의 중량 당 단지 721Btu/lb의 열생산을 갖는다. 마그네슘 클로라이드의 완전한 수화는 다량의 물을 요구하기 때문에 가열기의 중량을 매우 증가시킨다(물이 가열기와 함께 수반될 경우).
미국특허 제 4,819,612호는 점화되었을 때(예를들면, 성냥에 의해)그 내용물을 가열할 수 있는 콘테이너를 기술하고 있다. 이 콘테이너는 일본 청주, 커피, 국물 또는 다른 식용 물질을 유지시키고 다른 구획부에는 산화제와 가연 물질의 혼합물일 수 있는 자기 연소 발열물질을 함유한다. 기술된 산화제는 포타슘 퍼망가네이트, 망간 디옥사이드, 트리리드 테트라옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 브로메이트 및 클로레이트이다. 기술된 가연성 화합물은 철, 실리콘, 페로실리콘, 알루미늄, 마그네슘 및 구리의 금속 분말이다. 바람직한 발열물질은 포타슘 퍼망가네이트와 하나이상의 금속의 혼합물이다. 알 수 있는 바와같이 반응은 물에 의해 활성화되는 것이 아니라 성냥이나 라이터로 콘테이너에 있는 퓨즈를 점화시키므로서 활성화 된다. 온도는 1000℃를 초과할 수 있어서 콘테이너의 용융을 피하기 위한 예방조치가 필요하다.
미국특허 제 4,522,190호는 음식 및 다른 것을 가열시키기 위한 가열 물질을 기술하고 있다. 이것은 무화염 식량 가열기(FRH)로서 알려져 있다. 가열기는 다공성 초 고분자량(UHMW) 폴리에틸렌 전체에 걸쳐 분포된 초부식성 금속 합금 분말로 이루어진 복합체이다. 초부식성 금속 합금은 전해액 예를들면, 수성 소듐 클로라이드로 적셔졌을 때 열을 발생시키는, 마그네슘과 철의 분말 합금이 바람직하다. 이 반응은 가연성 물질과 잠재적으로 폭발성인 수소가스의 평가에 수반된다. 이 시스템은 하기 반응에 의해 열을 발생시키도록(UHMW) 폴리에틸렌의 매트릭스에 마그네슘/철 합금을 사용한다.
Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2
이 반응의 열 생산은 5643Btu/lb(건조중량)이다. 일반적으로, 마그네슘을 추가의 반응을 방지하는, 표면상에 있는 산화물 코팅물의 존재로 인하여 물과 매우 느리게 반응한다. 철은 물과의 반응속도를 증가시키기 위하여 첨가된다. 이 시스템의 주요 단점은 많은 양의 수소 개스를 생성하는 것이다. FRH는 하나의 음식 또는 유 에스 아미 즉석 음식(MRE)을 가열하기 위해 사용되었을 때 9-10L의 개스(표준 온도 및 압력에서)를 생성한다. 이러한 개스량은 가열기에 의해 생성된 일부의 증기를 따라 환기 시켜야 하기 때문에 사용자에게는 불편하다.
FRH에 의해 생성된 수소량은 소비시장에서 그것의 사용을 단념하게 한다. 예를들면, 작용중인 가열기가 작동 중인 마이크로웨이브 오븐에 위치되었을 경우에는 오븐의 한정된 공간에서 생성된 수소량이 쉽게 공기 중에서 수소의 폭발한계에 도달하기 때문에 위험한 상황이 쉽게 발생한다.
미국특허 제 5,117,809호는 미국특허 제 4,522,190호에 기술된 것과 같은 마그네슘과 철의 합금을 사용하지만 다른 포장 배열을 갖는 가열기 물질을 기술하고 있다. 그럼에도 불구하고, 합금의 사용시에는 수소 개스가 발생한다. 이 특허는 또한 다른 공지의 발열 반응 물질: 칼슘 옥사이드, 무수 칼슘 클로라이드, 마그네슘 옥사이드, 제올라이트 분자 시브 및 실리카겔(이들 모두는 물과 반응하여 열을 제공한다)의 사용을 기술하고 있다.
미국 특허 제 5,220,909호는 음식용 터브(tub)를 포함하는 자체 가열 콘테이너를 기술하고 있다. 다공성 폴리머 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 초-부식성 Mg-Fe 합금으로 이루어진 발열 화학물질 패드를 함유하는 트레이와 화학물질 패드를 활성화 시키기 위한 전해액을 함유하는 파우치는 터브 아래에 용접된다. 파우치에는 당김-탭이 부착되어 파우치에 함유된 전해액이 방출될 수 있도록 하므로서 음식을 가열시키기 위한 발열반응이 개시된다.
본 발명의 열원은 많은 다른 휴대용 가열기 보다 많은, 가열기 중량당 열을 생성하기 위하여 화학물질들의 독특한 조합을 사용하고; 어떤 액체 강산 또는 강염기의 사용을 요구하지 않으며; 어떤 가연성 부산물도 생성하지 않기 때문에 상기한 시스템들과는 다르다. 발열반응의 최종 산물은 pH에 있어서 중성에 가까워서 사용 후 매립지에서의 처리를 포함하는 통상적인 수단으로 처리될 수 있다. 본 발명의 가열기는 기존에 사용되는 많은 시스템들 보다 중량 및 부피에 있어서 적다.
발명의 요약
본 발명은 열 발생 조성물 뿐만 아니라 가열기, 즉 다양한 형태의 열원 및 열 발생 조성물을 사용하는 가열기 장치를 포함한다. 본 발명의 열 발생 조성물은 수화시, 즉 물과 접촉시에 열을 방출하는 최소한 하나의 성분 및 중화시에 추가의 열을 임의적으로 방출하는 거의 중성인 최종 산물을 생산하기 위하여 수화의 생성물과 상호작용하는 최소한 하나의 성분을 함유한다.
본 발명의 바람직한 형태에서, 열 발생 조성물은 수화시에 열을 방출하고 거의 중성인 최종 산물을 생산하도록 상호작용하는 반응 생성물을 생성하는 성분들의 혼합물을 함유한다. 보다 상세하게는, 본 발명의 열 발생 조성물은 산성 무수물 또는 산성 염과 염기성 무수물 또는 염기성 염의 혼합물을 함유한다. 혼합물에 있는 산성 및 염기성 종들의 수화는 열을 발생시키고 수화의 산성 및 염기성 반응 생성물은 거의 중성인 생성물을 형성하도록 반응할 수 잇다. 바람직하게는, 산성 및 염기성 생성물의 중성화 반응도 열을 방출한다. 본 발명의 열 발생 조성물을 생성하기 위해 다양한 산성 및 염기성 종들이 조합될 수 있다. 바람직한 산성 및 염기성 종들은 가연성, 독성 또는 유해한 부산물 또는 최종 산물을 발생 시키지 않고 수화시 가장 높은 열 생산을 이루는 것들이다.
산성 및 염기성 성분들의 바람직한 혼합물은 활성화 후 거의 중성인 최종 산물을 가져오는 것들이다.
본 발명의 열 발생 조성물은 산성 무수물과 염기성 무수물의 혼합물, 산성 무수물과 염기성 염의 혼합물, 산성 염과 염기성 무수물의 혼합물, 산성염과 염기성 염의 혼합물 또는 이 혼합물들의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물은 하나이상의 산성 무수물 및/또는 산성염과 하나이상의 염기성 무수물 및/또는 염기성 염을 포함할 수 있다. 조성물은 최소한 하나의 염기성 무수물 또는 염기성 염과 조합한 최소한 하나의 산성 무수물을 함유해야 한다.
본 발명의 조성물은 먼저 산성 및 염기성 반응물과 어떤 불활성 물질을 조합하고 열생성을 활성화시키기 위하여 이 조합물에 물을 첨가하므로서 제조 및 활성화될 수 있다. 선택적으로, 이 조성물은 산성 염의 수성 용액을 제조하고 염기성 무수물을 활성화 시키기 위해 이 용액을 사용하므로서 제조 및 활성화될 수 있다. 마찬가지로, 산성 무수물에 염기성 염의 수성 용액을 첨가 하므로서 제조 및 활성화 될수 있다.
본 발명의 조성물에서의 산성종(산성 무수물 및/또는 산성염) 대 염기성 종 (염기성 무수물 및/또는 염기성 염)의 중량 비는 약 0.1 대 약 10의 범위이다. 주어진 바람직한 조성물에서의 산성 성분과 염기성 성분의 중량비는 주어진 가열기 용도 및 생성물의 중성화를 위한 소정의 열 생산을 달성하고 비용을 최소화하도록 선택된다. 많은 다른 산성 및 염기성 종에 있어서, 산성 무수물 및/또는 산성 염 대 염기성 무수물 및/또는 염기성 염의 약 1:1 중량비를 갖는 혼합물이 반응시에 거의 중성의 생성물을 생산한다.
본 발명의 바람직한 열 발생 조성물은 포스포러스 펜톡사이드(산성 무수물)과 칼슘 옥사이드(염기성 무수물)의 혼합물을 포함한다. 이 혼합물에 물이 첨가 될 때 포스포러스 펜톡사이드의 인산으로의 수화 및 칼슘 옥사이드의 칼슘 하이드록사이드로의 수화에 의해 열이 발생한다. 이후, 인산과 칼슘 하이드록사이드가 반응하여 중성의 최종 산물을 제공한다. 바람직한 혼합물에서는 열 발생 조성물의 활성화 후 거의 중성인 생성물을 가져오도록 충분한 인산과 칼슘 하이드록사이드가 생성되어야 한다.
본 발명의 열 발생 조성물은 임의적으로 열 발생 속도를 조절하기 위한 불활성 물질을 함유한다. 불활성 물질은 열 발생 반응물과 조합되는 것으로 믿어지는데 예를들면, 그들을 코팅하거나 그들을 포획하여 반응물에 물이 접근하는 것을 막아서 반응 속도를 완화시키기 위하여 미셀(micells) 또는 다른 구조물을 형성하는 것으로 믿어진다. 적당한 불활성 물질로는 표면 활성제(계면 활성제), 오일, 왁스 및 천연 또는 합성 폴리머 또는 이들의 조합을 포함한다. 서로 조합되거나 왁스 또는 폴리머와 조합된 계면 활성제와 오일이 보다 바람직한 불활성 물질이다. 단독 불활성 물질로서 왁스의 사용은 이것이 열발생의 과도한 저지를 야기하기 때문에 일반적으로 덜 바람직하다. 불활성 물질은 열 발생 조성물의 약 1-90 중량%를 포함할 수 있다. 바람직하게는 불활성 물질이 열 발생 조성물의 약 5-25 중량%이고, 보다 바람직하게는 약 10-20 중량%이다.
본 발명의 열 발생 조성물은 예를들면, 분말, 거친 구형 그래뉼, 응집물, 압착패드, 봉, 타블렛 또는 스트립, 압출 펠릿, 봉 또는 다른 형상의 조각과 같은 다양한 형태로 가열기 형태 또는 가열기 장치에 사용될 수 있다. 열 발생 조성물을 불활성 물질의 첨가전 또는 후에 형상화, 압착 또는 압출될 수 있다. 선택적으로 불활성 물질이 형상화, 압착 또는 압출된 조성물 상에 코팅되거나 적층될 수 있다. 예를들면, 불활성 물질의 첨가 후 열 발생 물질이 소정 범위의 입자 크기를 얻도록 이루어질 수 있는 응집물 또는 그래뉼을 생성하도록 혼합될 수 있다. 또한, 열 발생 조성물은 단일 또는 다층의 가열기 패드, 스트립, 타블렛 등의 형태로 형성될 수 있는데 동일한 또는 다른 열 발생 조성물의 층들이 조합되어 임의적으로 직포 물질 또는 플라스틱의 층과 같은 다공성 또는 비다공성 포장물질에 의해 분리될 수 있다. 불활성 물질이 존재 여부에 관계없이 열 발생 물질의 형상화, 응집, 압착, 압출, 펠릿화, 적층 또는 형태의 다른 물리적 조작은 활성화에 이용가능하게 물질의 표면적을 감소시키고, 따라서, 활성화시 열 발생 속도를 완화시킨다.
본 발명의 가열기는 일반적으로 다공성 또는 비다공성 백 또는 스크림과 같은 콘테이너 또는 홀더내에 유지된, 선택된 양의 열 발생 조성물을 포함하는 것들을 포함한다. 열은 물이 홀더내에 유지되어 있는 열 발생 조성물과 접촉했을 때 가열기로 부터 발생된다. 홀더는 물의 접근을 허락하도록 다공성일 수 있지만 물이 유지된 열 발생 물질과 접촉하여 그것을 활성화 시키도록 홀더를 쉽게 개방시킬 수 있는 수단을 갖는 비다공성 물질도 제공된다. 홀더는 바람직하게는 내열성인 것으로서 활성화된 열 발생 물질로 부터 가열된 목표물로 열전달을 용이하게 하는 물질로 이루어진다. 가열기는 열 발생 물질의 응집물, 펠릿, 봉 또는 패드를 함유하는 다공성 또는 비다공성 백을 포함한다. 비다공성 가열기 백은 가열기를 활성화 시키기 위해 물의 도입 및 유지를 허용하도록 재밀봉 가능할 수 있다. 하나의 예시적인 형태로는 가열기가 별개의 구획부로 나뉘어진 다공성 백으로서 각각의 구 획부는 동일하거나 다른 열 발생 조성물을 함유한다. 또다른 가열기 형태로는 가열기가 열 발생 조성물의 압축패드를 함유하는 스크림(즉, 다공성 백 또는 다른 봉함물)을 포함한다. 이 형태에서, 가열기는 스크림에 의해 둘러싸인 개별적인 구획부내에 하나이상의 패드 또는 스트립을 가질 수 있다. 또다른 예시적인 형태에서, 가열기는 열 발생 조성물의 다층 압착패드를 함유하는 스크림을 포함한다. 이 형태에서, 압착패드의 층들은 다른 속도로 열을 생성하는 열 발생 물질을 함유할 수 있다. 예를들면, 느린 반응층은 보다 빠른 반응층과 조합될 수 있다. 층들은 예를들면, 불활성 물질, 스크림 또는 플라스틱 층에 의해 분리될 수 있다. 다른 속도로 반응하는 열 발생 조성물은 반응물의 다른 조합의 사용 또는 다른 양 또는 형태의 불활성 물질의 사용에 의해 생성될 수 있다 또한, 가열기는 카드보드지, 플라스틱 또는 중 스크림과 같은 다공성 또는 비다공성 지지물질의 시트상에 설치되어, 임의적으로 스크림 또는 다른 다공성 포장물질로 밀폐된 다수의 압착패드를 포함할 수 있다.
본 발명의 가열기는 바람직하게는 물과 접촉 후 약 5-30분 범위의 시간동안 열을 발생한다. 본 발명의 열 발생 조성물은 보다 짧은 기간, 즉 1분 동안 열을 방출하도록 이루어질 수 있지만 가열기에 의한 열 발생 속도는 가열될 제품에 대한 열 전달 속도로 조정되어야 한다. 거의 5분이하로 열을 방출하는 열 발생 조성물 또는 가열기는 음식이 얇은 층에 유지되지 않는다면 음식을 가열하는데 사용하기에 바람직하지 않다.
본 발명의 열 발생 조성물을 사용하는 가열기 장치가 본 발명의 또다른 목적 이다. 이 장치는 열 발생 조성물을 유지시키기 위한 콘테이너와 가열될 고체 또는 액체 음식(물 포함) 또는 다른 물질을 유지시키기 위한 용기를 포함한다. 용기는 열 발생 조성물의 활성화시에 열이 용기와 그 내부에 있는 물질로 전달되도록 콘테이너 및 열 발생 조성물과 관련되어 위치된다. 열 발생 조성물은 분말, 액체, 겔, 크림 또는 불활성 물질상의 코팅물의 형태로 될 수 있다. 바람직하게는 열 발생 조성물이 취급하기 용이한 분말이다. 보다 바람직하게는 콘테이너에 삽입하기 위한 펠릿, 봉, 패드 또는 다른 형태로 압출 및 또는 압착된다. 가열기 장치에는 열 발생 조성물과 접촉하여 이것을 활성화 시키는 물이 도입된다. 바람직하게는, 열 발생 조성물이 물질 또는 반응생성물의 비산을 최소화하여 콘테이너에서 조성물의 일정한 분포를 돕기 위하여 콘테이너 내에서 백, 색 또는 다른 홀더내에 유지된다. 홀더 백은 다공성 또는 비다공성일 수 있다. 백이 비다공성인 경우에는 열 발생 조성물을 활성화 시키기 위한 물 또는 다른 활성화 용액의 첨가를 위해 개봉되고, 임의적으로 재밀봉될 수 있다. 임의적으로, 장치가 물 또는 다른 활성화 용액용 파우치 또는 다른 홀더를 가질 수 있는데 이것은 활성화 용액을 방출하기 위해, 예를들면 탭을 당기므로서 개방될 수 있다. 파우치는 방출된 물이 조성물과 접촉하여 그것을 활성화 시키도록 장치에 위치된다. 장치는 임의적으로 그러나 바람직하게, 용기 및 그 내부에 있는 물질로 효율적인 열 전달을 강화하고 주변으로의 열 손실을 최소화하기 위하여 생성된 열을 유지시키기 위한 수단을 갖는다. 예를들면, 장치가 용기와 콘테이너를 폐쇄 또는 밀봉시키는 외부 커버링, 리드, 박스 또는 다른 홀더를 가질 수 있다.
본 발명은 열 발생 조성물의 열 발생 속도를 조절하는 방법을 포함한다. 또한, 본 발명의 열 발생 조성물을 사용하는 가열 방법도 포함한다.
본 발명의 적용은 본 발명 열 발생 조성물과 다른 제품의 조합을 포함한다. 즉, 본 발명의 가열기는 핸드 워머(hand-warmers)를 제공하기 위한 장갑과 같은 의복제품과 조합될 수 있다. 또는, 예를들면 장기간 동안 내용물의 온기를 유지하는 빵 바구니를 제공하도록 취사도구와 조합될 수 있다.
본 발명의 열 발생 조성물 및 이를 사용하는 가열기와 가열기 장치는 효율적인 열 생성과 전달에 있어서 선행기술의 조성물 및 장치보다 많은 잇점을 갖는다. 본 발명의 가열기 및 가열기 장치는 장기간의 저장에 대해서 안정하고, 사용하기에 안전하며 사용 후 쉽게 처리될 수 있다.
도 1A는 작은 펠릿 형태의 열 발생 조성물을 함유하는 다부품 백의 개략적인 평면도이다. 이 백은 다공성의 스크림으로서 내부 심(seam)(점선으로 표시됨)이 백의 일단에서 또는 측면에서 다른 것으로 펠릿이 이동하는 것을 방지하기 위하여 펠릿을 구획부들로 분리하도록 하는 방법으로 4개의 구획부를 형성하도록 가열 밀폐된다.
도 1B는 도 1A의 가열기 백의 측단면도이다.
도 2A는 열 발생 조성물의 압축된 패드를 함유하는 3 스트립 백의 평면도이다. 패드들 사이에 형성된 통로들은 열 발생 물질과 활성화 용액의 접촉을 증가시킨다. 포스포러스 펜톡사이드와 칼슘 옥사이드의 패드는 8-10온스 음식을 가열하 기 위해 가열기 장치에 사용될 수 있다. 점선은 각 스트립의 전방위 둘레에 있는 스크림의 가열 밀폐부를 나타낸다.
도 2B는 도 2A에 도시된 백의 측면도이다.
도 3A는 압축된 두개층의 열 발생 물질을 갖는 가열기 패드의 측면도이다. 층들 중 하나는 서서히 작용하는 것이고 다른 것은 빠르게 작용하는 것이다. 폴리프로필렌 스크림의 층들은 두개층 가열기 패드의 상부 및 하부에서 그리고 두개층들 사이에서 압착된다. 전체 패드는 임의적으로 폴리머 블렌드 스크림으로 밀봉된다. 두개층의 가열기 패드는 도 2A와 2B의 패드 형태에 사용하기 위한 스트립으로 형성될 수 있다.
도 3B는 본 발명의 또다른 가열기 형태의 평면도이다. 가열기는 백킹물질상에 설치되어 스크림내에 밀봉되는 열 발생 조성물의 다수의 압착 패드를 포함한다. 가열기는 활성화 용액의 접근을 허용하기 위해 패드 사이에 통로를 갖는다.
도 4A는 열 발생 조성물을 함유하는 가열기 백을 유지하는 콘테이너; 식료품을 유지시키기 위한 용기; 및 수성 용액이 열 발생 조성물과 접촉하도록 허용하는 수단을 포함하는 가열기 장치의 측면도이다. 수성 용액을 위한 공간이 콘테이너에 제공되어 수화시 조성물이 팽윤되도록 한다. 콘테이너는 임의적으로 콘테이너를 덮어서 열을 차단시키기 위한 리드를 갖는다.
도 4B는 패드로 압착된 열 발생 조성물을 유지하는 콘테이너; 식료품을 유지하는 용기; 및 수성 용액이 열 발생 조성물과 접촉하도록 하는 수단을 포함하는 가열기 장치의 측면도이다. 수성 용액을 위한 공간이 제공되어 수화시 조성물이 팽 윤되도록 한다. 콘테이너는 임의적으로 콘테이너를 덮어서 열을 차단시키기 위한 리드를 갖는다.
도 5는 도 4A에 도시된 가열기 장치에 대한 가열곡선이다. 음식 용기는 8온스의 물을 함유하고(시뮬레이션 음식), 60g의 압출 조성물에 약 30㎖의 물을 첨가하므로서 가열된다. 열 발생 조성물은 CaO와 P2O2를 동일한 중량비로 혼합하고 13.4%(점선) 또는 15.4%(실선)의 74% 화이트 미네랄 오일과 26% 계면활성제 "ACTRAFOS216TM" 으로 이루어진 액체를 첨가하므로서 제조된다.
도 6A는 열 발생 조성물을 함유하는 다공성 스크림을 유지하는 용기; 식료품을 유지하기 위한 용기; 활성화 용액을 함유하는 파우치; 및 물이 파우치로 부터 나와서 열 발생 조성물과 접촉하도록 하는, 파우치 상에 있는 당김 탭을 포함하는 하나의 예시적인 가열기의 측면도이다. 수화시 조성물을 팽윤시키기 위해 콘테이너에 공간이 제공된다. 콘테이너는 임의적으로 리드를 갖도록 제공된다. 열 발생 조성물은 활성화 용액의 파우치를 개방하므로서 활성화된다.
도 6B는 콘테이너가 열 발생 조성물을 유지하는(백 또는 스크림이 사용되지 않음) 네번째 예시적인 가열기 장치의 측면도이다. 열 발생 조성물은 백에 함유되지 않은 펠릿 또는 그래뉼 형태이다. 활성화 용액 및 용액이 파우치로부터 나와서 열 발생 조성물과 접촉하도록 하기위한, 파우치에 있는 당김 탭을 함유하는 파우치는 도시된 바와 같이 조성물의 측면에 위치된다.
도 7은 "컵내의 컵" 실시예의 또다른 예시적인 가열기 장치의 측면도이다. 외부 컵은 열 발생 조성물을 함유하는데 이 조성물은 외부컵과 내부컵 사이에 맞도록 압착 및 형상화될 수 있다.
도 8은 가열기 패드와 음식 용기가 외부 가용성 콘테이너에 삽입되는 가열기 장치 형태의 측면도이다. 가열기 패드는 가용성 콘테이너를 개방하여 물을 도입하므로서 활성화된다. 그 후 색이 폐쇄(또는 접혀짐)되어 음식으로의 열전달을 용이하게 한다.
도 9는 P2O5 CaO의 1:1 중량비로 이루어진 단일 층 패드로부터 제조되고 시뮬레이션 음식(8온스의 물)을 함유하는 용기로 시험된, 가열기 패드 활성화 후 시간에 따른 온도의 함수 그래프이다. 콘테이너는 플라스틱 박스이다. 하나의 궤적은 가열기에서의 열전대로부터이고, 다른 궤적은 시뮬레이션 음식 용기에서의 열전대로 부터이다.
도 10은 P2O5와 CaO의 1:1 중량비로 이루어진 단일층 패드로부터 제조되고 시뮬레이션 음식(8온스의 물)을 함유하는 용기로 시험된, 가열기 패드 활성화 후 시간에 따른 온도의 함수 그래프이다. 콘테이너는 플라스틱 박스이다. 도시된 것은 가열기와 음식의 초기 온도가 30℉인 경우의 가열기와 음식의 온도 프로파일이다. 음식은 초기에 냉동되었었다.
도 11은 P2O5와 CaO의 1:1 중량비로 이루어진 단일층 패드로부터 제조되고, 시뮬레이션 음식(플라스틱 트레이에 있는 수화된 클레이)을 함유하는 용기로 시험된, 가열기 활성화 후 시간에 따른 온도의 함수 그래프이다. 가열기는 플라스틱 트레이이다. 도시된 것은 가열기와 음식의 초기온도가 40℉인 경우의 가열기와 시뮬레이션 음식의 온도 프로파일이다.
도 12는 P2O5와 CaO의 1:1 중량비로 이루어진 단일층 패드로부터 제조되고, 시뮬레이션 음식(플라스틱 트레이에 있는 수화된 클레이)을 함유하는 용기로 시험된, 가열기 활성화 후 시간에 따른 온도의 함수 그래프이다. 가열기는 플라스틱 트레이이다. 도시된 것은 가열기와 음식의 초기온도가 110℉인 경우의 가열기와 시뮬레이션 음식의 온도 프로파일이다.
본 발명의 열 발생 조성물은 산성 무수물 또는 산성 염과 염기성 무수물 또는 염기성 염의 조합물이다.
열의 발생은 조합된 산성 및 염기성 성분에 활성화 용액을 첨가하므로서 개시될 수 있다. 활성화 용액은 물을 함유하거나 물을 생성할 수 있다.
선택적으로, 산성 염을 함유하는 수성 용액(즉, 산성 용액)은 열 발생 조성물을 형성하여 열 발생을 개시하도록 염기성 무수물 또는 염기성 염에 첨가될 수 있다. 마찬가지로, 염기성 염을 함유하는 수성 용액(즉, 염기성 용액)이 열 발생 조성물을 형성하여 열 발생을 개시하도록 산성 무수물 또는 산성 염에 첨가될 수 있다.
열은 산성 무수물, 산성 염, 염기성 무수물 또는 염기성 염 중 최소한 하나의 수화에 의해 발생된다. 추가의 열이 수화의 산성 또는 염기성 생성물의 중성화 에 의해 발생된다. 바람직하게는, 조합된 열 발생 반응이 거의 중성인 최종 산물을 생산한다. 여기에 사용된 것과 같은 거의 중성인 것은 약 4-10, 바람직하게는 약 6-8의 pH를 의미한다.
산성 무수물이라는 용어는 본 기술분야에서와 공통의 의미로 쓰이고, 따라서 여기에서는 한 분자이상의 물이 제거될 때 산으로 부터 유도되어 물의 존재하에서 산이 되는 물질을 말한다. 산성 무수물이란 용어는 구체적으로 부분적으로 수화된 산성 무수물을 포함한다. 마찬가지로, 염기성 수화물이란 용어도 본 기술분야에서와 공통의 의미로 쓰이고, 따라서 여기에서는 물이 제거되었을 때 염기로부터 유도되어 물의 존재하에서 염기로 되는 물질을 말한다. 염기성 무수물이란 용어는 구체적로 부분적으로 수화된 염기성 무수물을 포함한다.
산성 무수물의 예로는 제한되지는 않지만 포스포러스 펜톡사이드(P2O5); 부분적으로 수화된 산성 무수물, 예를들면 폴리포스포릭산; 다른 비금속 산화물, 예를 들면 B2O3와 BO; 아세틱 안하이드라이드, 아세틱 포르믹 안하이드라이드, 프로피오닉 안하이드라이드, 부티릭 안하이드라이드, 이소부티릭 안하이드라이드, 발레릭 안하이드라이드, 이소발레릭 안하이드라이드, 피발릭 안하이드라이드, 카프로익 안하이드라이드, 카프릴릭 안하이드라이드, 카프릭 안하이드라이드, 라우릭 안하이드라이드, 말로닉 안하이드라이드, 석시닉 안하이드라이드, 글루타릭 안하이드라이드, 아디픽 안하이드라이드, 피멜릭 안하이드라이드, 프탈릭 안하이드라이드 및 말레익 안하이드라이드를 포함하는 카르복실산 무수물을 포함한다. 바람직한 산성 무수물은 포스포러스 펜톡사이드이다.
염기성 무수물의 예로는 제한되지는 않지만 부분적으로 수화된 염기성 산화물, 즉 상업적 등급의 칼슘 옥사이드(CaO)를 포함하는데 이것은 약간의 칼슘 하이드록사이드를 함유하는 것으로 본 기술분야에서 잘 알려져 있다. 다른 염기성 무수물의 예로는 제한되지는 않지만 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐, 세슘, 마그네슘, 스트론튬 및 바륨으로 부터 선택된 금속의 산화물을 포함한다. 따라서, 이들 산화물로는 Li2O, Na2O, Ka2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO 및 BaO를 포함한다. 바람직한 염기성 무수물은 칼슘 옥사이드(CaO)이다.
여기에 사용된 산성염은 물에 용해시 수성 용액의 pH가 7이하로 되게하는 염을 말한다. 여기에 사용된 염기성 염은 물에 용해시 수성 용액의 pH가 7이상으로 되게 하는 염을 말한다.
산성 염의 예로는 제한되지는 않지만 알루미늄 클로라이드(AlCl3), 아연 클로라이드(ZnCl2), 티타늄 테트라클로라이드(TiCl4), 페로우스 클로라이드(FeCl2), 페릭 클로라이드(FeCl3) 및 페릭 니트레이트(Fe(NO3)3)를 포함한다. 높은 열 생산 때문에 알루미늄 클로라이드가 바람직한 산성 염이다.
염기성 염의 예로는 소듐 아세테이트, 소듐 벤조에이트 및 포타슘 아스코르베이트를 포함한다. 소듐 아세테이트가 바람직한 염기성 염이다.
본 발명의 열 발생 조성물에 사용하기 위한 바람직한 물질은 하기의 바람직한 특성 중 하나 이상을 갖는다: 1) 수화시 중량 당 상대적으로 높은 열 생산; 2) 중성화시 높은 열 생산; 3) 저비용; 4) 비독성; 5) 비가연성 생성물의 생산; 6) 거의 중성인 생성물의 생산; 7) 불용성 생성물의 형성.
본 발명의 유용한 조성물은 바람직한 특성과 바람직하지 않은 특성의 균형을 반영한다. 예를들면, 어떤 산성 염의 수화는 바람직하지 않은 산성개스의 형성을 야기하는데, 예를들면 TiCl4 또는 AlCl3의 수화는 HCl가스의 형성을 야기한다. 그러나 AlCl3는 상대적으로 높은 열 생산 때문에 본 발명의 바람직한 산성 염이다.
포스포러스 펜톡사이드는 저비용; 수화시 중량당 높은 열 생산; 중화시 높은 열 생산(H3PO4가 강산이기 때문에); 비독성 생성물의 생산; 칼슘과 함께 불용성 염의 형성 때문에 바람직한 산성 무수물이다.
칼슘 옥사이드는 저비용; 수화시 중량당 높은 열 생산; 중화시 높은 열 생산; 비독성 생성물의 생산; H3PO4와 함께 불용성 염의 형성 때문에 바람직한 염기성 염이다.
포스포러스 펜톡사이드와 칼슘 옥사이드의 조합은 그들의 수화 및 중화 반응의 높은 총 열생산 때문에 특히 바람직하다.
알루미늄 클로라이드는 몇가지 이유때문에 바람직한 산성 염으로서 그 이유는 P2O2와 CaO에 대해 상기한 것과 동일하다. 이들은 저비용; 수화시 상대적으로 높은 중량당 열 생산; 중화시 높은 열 생산; 및 CaO와 불용성 생성물의 형성을 포함한다.
CaO와 AlCl3의 조합은 수화 및 중화반응의 높은 총 열 생산 때문에 바람직하다.
소듐 아세테이트는 상기한 것과 동일한 몇가지 이유때문에 바람직한 염기성 염이다. 이들로는 저비용; 중화시 높은 열생산; 비독성 생성물의 생산을 포함한다. 소듐 아세테이트와 포스포러스 펜톡사이드 또는 알루미늄 클로라이드의 조합이 바람직하다.
취급의 용이성을 위해, 무수물과 염인 본 발명의 열 발생 조성물은 실온에서 고체 또는 액체인 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 고체이다.
본 발명의 열 발생 조성물에 있는 산성 무수물 또는 산성 염 대 염기성 무수물 또는 염기성 염의 비율은 매우 다양하다. 본 발명의 조성물은 일반적으로 산성 무수물 또는 산성 염이 염기성 무수물 또는 염기성 염의 약 0.1-10중량부 사이로 존재하는 것들이다. 성분들의 중량비는 일반적으로 열발생을 최대화하고 거의 중성인 생성물을 생성하도록 선택된다. 성분들 중 하나 또는 다른 것의 초과 중량은 중화를 이루는데 요구될 수 있다. 특정의 가열기에 적용하기 위해서 염기성 또는 산성 생성물을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 그런 경우에, 성분들의 중량비는 생성물의 소정의 pH를 이루도록 적절히 조정될 수 있다. 당업자에게 잘 이해되는 바와 같이 성분들의 중량비는 발생하는 전체 반응(수화 및 중화)의 화학양론, 소정의 생성물 pH 및 성분들의 분자량에 좌우된다. 일반적으로 약 1:1의 산성 및 염기성 성분의 중량비가 바람직하다. 산성 및 염기성 성분의 상대적인 중량과 관련한 동 일한 고려가 산성과 염기성 염의 용액이 다른 성분들에 첨가되었을 때 적용된다.
또한, 특정 열 발생 반응물의 선택은 특정의 적용에 요구되는 열 발생에 좌우된다. 특정의 용도에 대해 보다 많거나 적은 열이 요구될 수 있다. 선택적으로 어떤 주어진 용도에 사용된 열 발생 조성물의 양은 소정의 열 생산을 얻도록 조정될 수 있다.
열 발생 조성물은 수성 용액인 활성화 용액과 접촉시키므로서 활성화된다. 즉, 열 발생 조성물은 산성 무수물 또는 산성 염을 염기성 무수물 또는 염기성 염과 혼합하고 그 시제의 혼합물에 수성 용액을 첨가하므로서 제조된다.
선택적으로, 산성 염을 사용하는 실시예에서는 염이 물에 첨가되어 수성 용액을 형성하고 이것이 염기성 무수물 또는 염기성 염에 첨가되어 열 발생 조성물을 형성하도록 할 수 있다. 예를들면, 페릭 니트레이트의 포화용액이 염기성 무수물 또는 염기성 염에 첨가되어 열 발생 조성물을 형성하고 열 발생이 개시되도록 한다. 마찬가지로, 염기성 염을 사용하는 실시예에서는 염을 물에 첨가하여 수성 용액을 형성하고 이것을 산성 무수물 또는 산성 염에 첨가하여 열 발생 조성물을 형성한다. 예를 들면, 소듐 아세테이트(염기성 염)의 수용액을 포스포러스 펜톡사이드(산성 무수물)에 첨가하여 열 발생 조성물을 생산하고 열발생을 개시하도록 한다.
염이 물 또는 수성 용액에 첨가되는 실시예는 비 동결 특성을 갖는 수성용액을 제공하는데 이것이 바람직할 수 있다. 그러나, 염이 물 또는 수성 용액에 첨가되고 사용되기 전에 저장되는 경우에는 염의 수화열이 손실되어 용액을 무수물에 첨가할 때 발생되는 총 열에 기여하지 못한다. 따라서, 염의 수화열을 완전히 손실하지 않도록 하기 위하여 용액을 다른 성분에 첨가하기 바로 직전에 염을 수성용액에 첨가하는 것이 바람직하다. 수성용액이 무수물에 즉시 첨가될 수 없다면 수화열이 큰 염인 경우의 실시예에서는 염을 수성용액에 첨가하는 것이 덜 바람지하다.
본 발명의 어떤 염도 함유하지 않는 수성용액으로는 제한되지는 않지만 사용자에게 편리할 수 있는 것들, 예를들면 레모네이드, 커피, 청량음료, 보드카(50% 에틸알콜의), 오렌지 쥬스 등을 포함한다. 마요네즈와 케찹과 같은 물을 함유하는 물질도 열 발생 물질을 활성화 시키는데 사용될 수 있는데 다른 물을 구하는 것이 편리하지 않을 때 사용될 수 있다. 물이 바람직하다. 또한, 칼슘 클로라이드 또는 프로필렌 글리콜과 같은 비동결 물질이 동결을 방지하기 위해 물 또는 수성용액에 첨가될 수 있다. 활성화 용액은 거의 완전한 반응(수화)을 보장하고 흡열원인 수화된 최종 산물을 형성하도록 하기 위해서 충분한 양의 물을 제공해야만 한다. 가열기의 온도가 바람직하지 않은 고온에 도달하기 시작하면 초과 열은 수화된 최종 산물에서의 물의 증발로 손실될 수 있다.
당업자에게 명백한 바와같이, 본 발명 가열기의 의도된 용도에 부적합한 물질이 활성화 용액에 포함되어서는 안된다.
활성화 용액을 제공하기 위해 물 생성수단도 사용될 수 있다. 물 생성수단은 물을 방출하기 위해 수화물을 가열하거나 오일-물 또는 물-오일 에멀젼을 파괴하므로서 물을 방출하는 것을 포함한다.
열 생성의 속도를 조절, 일반적으로 완화시키기 위하여 불활성 물질이 열 발생 조성물에 첨가될 수 있다. 이 조성물이 패드로 압착되고; 필렛 또는 봉으로 압출되거나; 응집물 또는 그래뉼로 혼합될 수 있다.
물질의 이러한 물리적 조작 모두는 분말(너무 빠르게 반응하는 경향이 있는)을 보다 낮은 표면 대 부피비를 가지며, 보다 조절된 방법으로 반응하는 반면에 분말화를 방지하는 보다 큰 입자로 변화시킨다.
큰 입자(패드, 필렛 등)로의 물질의 이러한 물질적 조작은 불활성 물질이 첨가/혼합된 후에 열 발생 조성물에 대해 수행되는 것이 바람직하다. 즉, P2O5 와 CaO 의 혼합물이 필렛으로 압착될 수 있지만 조성물에 불활성 물질이 없으면 필렛이 보다 적은 기계적 강도를 갖는다. P2O2 및 CaO와 첨가된 불활성 물질의 혼합물이 펠릿으로 압출될 수 있다. 일반적으로 본 발명의 열 발생 조성물에 불활성 물질의 첨가는 다이를 통하여 물질을 밀어내는데 도움을 준다. 다른 조성물, 예를들면 AlCl3와 CaO의 혼합물이 분말화 또는 부서지는 것을 피하기 위하여 충분한 기계적 강도를 갖는 필렛으로 제조될 수 있다. 따라서, 불활성 물질은 어떤 경우에 열 발생 속도를 조절하기 위해 제공될 뿐만 아니라 기계적 강도 및 넓은 범위의 출발온도에 걸친 우수한 제품성능을 제공한다.
적절한 불활성 물질로는 계면 활성제(표면-활성제), 오일, 왁스 및 천연 또는 합성 폴리머성 고형물을 포함한다. 여기에 사용된 계면 활성제는 약 극성의 그룹 및 용해성 경향을 함유하고; 상 정지기에서 단일층을 형성하며; 미셀을 형성하 고; 또는 세정, 습윤, 유화 및 분산 특성을 갖는 계면 활성제 또는 물질을 말한다. 바람직한 계면 활성제로는 스테아린산 및 디세틸 포스페이트를 함유한다. 가장 바람직한 계면 활성제는 유기 포스페이트 에스테르인 "ACTRAFOS 216"(Climax Performance Materials Corporation)이다. 여기에 사용된 용어인 오일은 당업자에게 알려진 의미를 가지는 것으로서 지방족 탄화수소 또는 식물유와 같이 물에 용해성인, 천연 발생 또는 합성 액체이다. 바람직한 오일은 미네랄 오일과 식물유이다. 여기에 사용된 용어인 왁스는 당업자에게 알려진 의미를 갖는 것으로서 파라핀, 경랍 및 식물성 왁스를 포함하는 다양한 물질, 특히 모노하이드릭 지방성 알콜을 갖는 지방산 에스테르인 물질이다. 바람직한 왁스는 파라핀이다. 여기에 사용된 용어인 천연 또는 합성폴리머는 당업자에게 알려진 의미를 갖는 것으로서 반복된 구조로 이루어진 큰분자를 의미하고 ; 기본적으로 수소와 탄소로 이루어지며; 실온에서 고체 또는 액체이고; 폴리에틸렌과 폴리스티렌을 포함한다. 유용한 폴리머는 열 발생 조성물의 반응물을 코팅하여 반응물에 물이 접근하는 것을 조절하는 것이다. 계면활성제와 오일의 혼합물을 이루어진 불활성 물질이 바람직하다.
불활성 물질은 비드 또는 응집물의 형태일 수 있다. 예로는, 제한되지는 않지만 폴리에틸렌 비드와 폴리메틸메타크릴레이트 비드를 포함한다. 이 물질들은 열 발생 조성물을 함께 유지하는데 사용될 수 있다.
불활성 물질에 있는 계면활성제, 오일 및/또는 왁스의 상대적인 양은 매우 다양한데 주어진 물질로 소정의 열발생 속도를 달성하도록 선택된다.
보다 일반적으로, 불활성 물질은 열 발생 조성물의 약 1-90 중량 % 를 포함 할 수 있다. 주어진 조성물에 포함된 불활성 물질의 양은 소정의 열발생속도 및 특히 사용된 열 발생성분에 좌우된다. 바람직하게는, 불활성 물질이 열 발생 조성물의 약 5-50중량%, 보다 바람직하게는, 약 10-20중량% 를 포함한다.
열 발생의 완화정도는 열 발생 조성물의 내용, 불활성 물질 및 이들의 혼합물의 양에 따라 다양하다.
불활성 물질과 혼합된 후 본 발명의 열 발생 조성물은 다수의 물리적 구조 및 점도를 가질 수 있는데 즉, 고체, 겔, 에멀젼, 크림 또는 불활성 물질상의 코팅물일 수 있다.
사람, 특히 어린이가 본 발명의 조성물을 먹는 것을 방지하기 위하여 본 발명의 열 발생 조성물을 사용하는 소비재에 무엇인가를 첨가하는 것이 바람직하다는 것은 당업자에게 명백하다. 예를들면, "BITREXTM" 이 우연히 이것을 먹는 것을 방지하기 위해 첨가될 수 있는 제품이다.
본 발명 반응물의 열발생 조합 및 그들의 열방출의 몇몇 실시예가 하기 표 1에 제시되었다. 모든 경우에서 파운드 당 열방출을 반응물의 건조중량을 말하는 것으로서 첨가된 불활성 물질과 물의 중량은 제외된 것이다.
열 발생 조성물의 예*
산 염기 생성물 열방출 Btu/lb
AlCl3 MgO Al(OH)3+MgCl2(aq) 1,010
FeCl3 MgO Fe(OH)3+MgCl2(aq) 630
P2O5 MgO Mg3(PO4)2(s) 846
AlCl3 Na2O Al(OH)3+NaCl(aq) 1,678
AlCl3·6H2O Na2O Al(OH)3+NaCl(aq) 617
NaHCO3 Na2O Na2CO3(aq) 538
FeCO3 Na2O Na2CO3(aq)+FeO 647
FeCl3·6H2O Na2O Fe(OH)3+NaCl(aq)+H2O 1,004
HC2H3O2 Na2O NaC2H3O2(aq)+H2O 1,125
B2O3 Na2O NaBO2(aq) 1,165
B2O3 Na2O Na3B4O7(s) 876
P2O5 Na2O Na3PO4(aq) 1,683
P2O5 Na2O Na3HPO4(aq) 1,554
(CH3CO)2O Na2O NaC2H3O2(aq) 1,080
P2O5 CaO Ca3(PO4)2(s) 1,035
FeCl3 CaO Fe(OH)3+CaCl2(aq) 625
AlCl3 CaO Al(OH)3+CaCl2(aq) 1,016
C4H4O3 CaO CaC4H2O3 759
H2C2O4 CaO CaC2H2O4(aq)+H2O 629
(CH3CO)2O CaO Ca(C2H3O2)2(aq) 696
*물과 불활성 물질의 중량은 포함되지 않았다. 이 값들은 레인지(Lange's)의 핸드북에 있는 데이타로부터 계산된 것이다.
하기 식들은 가열기 조성물이 P2O5와 CaO를 포함하는, 바람직한 실시예에서 발생하는 반응을 기술한 것이다. 각 반응에 있어서 관련된 열 생성(반응의 엔탈피, ΔH)도 주어졌다(여기 및 하기에서, (s), (l) 및 (aq)는 각각 고체, 액체 및 수성 용액을 나타낸다).
산성 무수물의 수화, P2O5(S):
P2O5(S) + 3H2O(l) = 2H3PO4(aq) ΔH=-55.7 kcal/mole P2O5(aq) (1)
염기성 무수물의 수화, CaO(s):
CaO(s) + H2O(l) = Ca(OH)2(s) ΔH=-15.6 kcal/mole CaO(s) (2)
하기의 중화반응이 가능하다:
2H3PO4(aq) + 3Ca(OH)2(s) = Ca3(PO4)2(s) + 6H2O(l) (3)
ΔH=-77.1 kcal/mole Ca3(PO4)2(s)
H3PO4(aq) + Ca(OH)2(s) = CaHPO4·2H2O(s) (4)
ΔH=-32.8 kcal/mole CaHPO4·2H 2O(s)
따라서, 하기의 전체 반응이 발생할 수 있다:
P2O5(S) + 3CaO(s) = Ca3(PO4)2(s) ΔH = -179.6kcal/mole Ca3(PO4)(s) (5)
P2O5(s) + 2CaO(s) + 5H2O(l) = 2CaHPO 4·2H2O(s) (6)
ΔH= -152.4 kcal/2 moles CaHPO4·2H2O(s)
공정이 반응(5)로 도시된 과정을 따른다면, 개별 반응의 기여는 하기와 같다.
반응(5)에 있어서의 열 생성
반응 ΔH, kcal/mole 총 %
(1)2몰 H3PO4(aq)형성됨 55.7 31.0
(2)3몰 Ca(OH)2(s)형성됨 46.8 26.0
(3)1몰 Ca3(PO4)2(s)형성됨 77.1 43.0
(5)전체반응 179.6 100.0
화학양론적 반응의 열 생성: 1043 btu/lb
공정이 반응(6)에 도시된 과정을 따른다면, 개별적인 반응의 기여는 다음과 같다:
반응(6)에 있어서의 열 생성
반응 ΔH, kcal/mole 총 %
(1)2몰 H3PO4(aq)형성됨 55.7 36.5
(2)3몰 Ca(OH)2(s)형성됨 31.2 20.5
(4)1몰 CaHPO4·2H2O(s)형성됨 65.6 43.0
(6)전체반응 152.5 100.0
화학양론적 반응의 열 생성 1080btu/lb
상기 표 2와 3에서 명백한 바와 같이 성분의 세반응 모두(산성 무수물의 수화, 염기성 무수물의 수화 및 중화) 전체 열 생성에 실질적인 기여를 한다. 중화반응(즉, 반응(5),(6), 관련 반응들 또는 이들의 어떤 조합)의 정확한 특성은 반응물 중량의 작용 만큼 전체 열 생성에 많은 영향을 미치지 않는다. CaHPO4·2H2O와 같은 수화물의 형성은 활성화를 위해 사용된 물이 가열기 조성물에 의해 취해져서 액체라기보다는 고체인 최종산물을 제공한다는 잇점을 갖는다. 고체 생성물은 보다 청결하고 처리하기 더 편리하며 최소의 환경 손상을 갖는다. 수화물의 형태로 가열기에 존재하는 물의 추가적인 잇점은 가열기가 초과온도에 도달했을 때 수화의 물이 들어가서 냉각효과를 생성한다.
예를들면, 다른 방법에 의해 제조된 휴대용 가열기 장치가 적절한 흡열원 없 이 활성화될 경우에는 단열온도가 너무 쉽게 화재위험 존재하거나 가열기 또는 포장재로 부터 바람직하지 않은 개스를 야기할 정도로 높게 된다. 수화의 물의 손실이 그렇게 높은 온도로 되는 것을 제한한다.
P2O5 대 CaO 의 중량비는 1 : 1 이 바람직한데, 이것은 CaO 가 화학양론적으로 과량이 되게 하기 때문으로서 이는 몇가지 이유 때문에 바람직하다. 첫째, 가열기의 표면이 사용중에 산성으로 되는 경향이 있는데 CaO(과량)이 가열기의 pH를 상승시킨다. 둘째, CaO 가 약 10의 요인으로 P2O5 보다 저렴하다.
본 발명의 열 발생 조성물의 또다른 실시예는 AlCl3(산성염)와 CaO(염기성 무수물)을 사용한다.
하기 반응은 AlCl3 와 CaO 를 사용하는 가열기에서 발생할 수 있다:
산성염의 수화 :
AlCl3(s) = AlCl3(aq) ΔH=-78.35 kcal/mole AlCl 3(aq) (7)
염기성 무수물의 수화
CaO(s) + H2O(l) = Ca(OH)2(s) ΔH=-15.6 kcal/mole CaO(s) (2)
중화:
2AlCl3(aq) + 3Ca(OH)2(s) = 3CaCl2(aq) + 2Al(OH)3(s) (8)
ΔH=-42.4 kcal/3 mole CaCl2(aq)
전체 반응은 다음과 같다:
2AlCl3(aq) + 3CaO(s) + 3H2O(l) = 3CaCl2(aq) + 2Al(OH)3(s) (9)
ΔH=-245.8 kcal/3 mole CaCl2(aq)
개별적인 반응의 기여는 다음과 같다:
반응(9)에 있어서의 열 생성
반응 ΔH, kcal/mole 총 %
(7)2몰 AlCl3(aq)형성됨 156.6 63.7
(2)3몰 CaO 형성됨 46.8 19.0
(8)3몰 CaCl2(aq)형성됨 42.4 17.3
(9)전체반응 245.9 100.0
화학양론적 반응의 열 생성 1017Btu/lb
이 실시예(AlCl3와 CaO)는 추가의 반응 역시 어느 정도까지 발생할 수 있기 때문에 P2O5/CaO 보다 덜 바람직하다:
AlCl3(s) + 3H2O(l) = Al(OH)3(s) + 3HCl(g)
HCl 개스의 발생은 바람직하지 않다.
기본적으로 산성 염인 알루미늄 클로라이드와 혼합된 CaO는 분말 또는 응집물로서 함게 혼합되었을 때 열 발생 조성물을 생산한다. 열 발생 속도는 잘 조절되고(불활성 물질의 첨가 및 압축 또는 압출에 의해), 높은 열 생산을 제공한다.
하기에 도시된 성분들을 사용하여 가열기(AlCl3와 CaO)를 제조했다:
AlCl3및 CaO와 H2O에 의한 반응의 열 생성
샘플 조건 이론상 열 생산, %
AlCl3, g CaO,g PARANOX 100, * % 압력, psi
1 3.178 2.005 5 24000 69
2 5.292 3.344 5 12000 66
3 3.668 2.310 2.5 6000 68
*"PARANOX 100" (엑손 코포레이션)은 하기 구조를 갖는 오일 용해성 계면 활성제이다.
본 발명의 바람직한 가열기는 P2O5/CaO 조성물을 포함한다. 선행기술은 본 발명의 바람직한(P2O5/CaO) 열 발생 조성물을 제시하지 않는다. 실제로, 포스포러스 펜톡사이드와 칼슘 옥사이드의 조합은 확실히 단념되었고 P2O5와 CaO가 심하게 반응하기 때문에 위험 물질에 관한 핸드북에 반하는 것으로 권유되었다.
여기에 사용된 용어인 가열기는 열 발생 조성물/물질을 포함하는 형상화된 물품(즉, 상기한 물리적 조작에 의해 형성화된) 또는 포장된 제품을 말한다. 보다 단순하게, 이 용어는 콘테이너 또는 홀더내에 함유된 선택된 양의 열 발생 조성물을 말한다. 도 1-3은 본 발명의 가열기를 도시한 것이다.
여기에 사용된 용어인 가열기 장치는 가장 일반적으로 콘테이너 내부에 있는 여기에 정의된 가열기를 말한다. 도 4A, 4B, 6A, 6B 및 7은 본 발명의 가열기 장치를 도시한 것이다. 이 도면의 부품들은 규모대로 도시된 것은 아니다.
도 1A는 다공성 스크림(1) 내부에 열 발생 조성물을 포함하는 가열기의 평면도이다. 스크림의 일부분이 펠릿 (2) 형태의 열 발생 조성물을 도시하기 위해 절 개되었다. 스크림은 밀폐부 또는 심(3)에 의해 4개의 개별적인 구획부(6)로 분할되었다. 밀폐부는 펠릿이 백의 일단부 또는 측면으로 이동하는 것을 방지한다. 다수 구획부 가열기의 사용은 가열기에 있는 열 발생 조성물의 보다 고른 분포 및 보다 고른 가열을 용이하게 한다. 도 1B는 도 1A에 도시된 가열기의 단면이다. 열 발생 조성물은 다공성 스크림을 물과 접촉시키므로서 활성화 된다.
도 2A는 압축된 열 발생 조성물의 스트립을 수용하기 위해 세개의 구획부를 갖는, 본 발명의 또다른 실시예의 측부 단면도이다. 가열기는 구획부를 분리하는 심(3)으로 스크림(1)에 싸여 있다. 각 구획부는 압축된 조성물의 스트립을 함유한다. 도 2B는 구획부에 있는 단일 층 스트립을 도시한, 도 2A에 도시된 가열기의 단면도 이다. 열 발생 조성물은 다공성 스크림을 물과 접촉시키므로서 활성화 된다.
도 3A는 열 발생 조성물이 다층 패드로 형성되는, 본 발명의 또다른 가열기 형태의 단면도이다. 제 1 압착층(10)은 폴리프로필렌 스크림 층(12)에 의해 제 2압착층(11)과 분리된다. 폴리프로필렌 스크림의 추가적인 층(13, 14)이 제 1층의 상부에서 그리고 제 2층의 하부에서 각각 압착된다. 다층 패드는 외부 폴리머 블렌드 스크림(1)내에 가열 밀폐된다. 도 3 형태의 바람직한 실시예에서, 제 1층은 서서히 작용하는 물질을 포함하고 제 2층은 빠르게 작용하는 물질을 포함한다. 두 층은 열 발생 조성물에 첨가된 불활성 물질의 양이 다르다. 서서히 작용하는 층은 보다 빠르게 작용하는 층보다 많은 불활성 물질을 함유한다. 열 발생 조성물은 다공성 스크림을 물과 접촉시키므로서 활성화된다. 다층 패드는 도 2A와 2B에 도시 된 가열기에 사용하기 위해 스트립으로 형성될 수도 있다.
도 3B는 본 발명의 또다른 가열기 형태의 평면도이다. 가열기는 백킹 물질(15)상에 설치되어 스크림내에 싸인 열 방생 조성물의 다수의 압착 패드(5)를 포함한다. 가열기는 활성용액의 접근을 허용하도록, 패드(5)들 사이에 통로(16)를 갖는다. 패드는 다양한 형태, 예를들면 사각형 또는 장방형으로 될 수 있다. 다공성 스크림(1)층은 패드를 둘러싸서 가열기의 상부를 커버한다. 이 실시예에서 가열기의 성능은 사각형들 사이의 통로공간 뿐만 아니라 사각형의 수에도 밀접한 관련이 있다. 일반적으로 패드수의 증가 그리고 이에 따른 통로수의 증가는 보다 효율적인 열 발생을 유도하는 것으로 발견되었다. 이것은 활성화 용액이 가열기 패드로 침투하는 것을 증가시킨다. 9개의 패드를 갖는 가열기가 바람직하다. 20개의 사각형을 갖는 가열기가 보다 바람직하다. 약 0.75"-1.5"의 길이와 폭을 갖는 가열기 패드(Brij30 계면 활성제 오일 및 왁스와 1:1 중량비의 CaO/P2O5)가 약 0.2"-약 0.25"의 폭을 갖는 통로 및 패드 중량의 약 50%인 물의 양과 조합하여 사용되었을 때 잘 수행된다. 적은 물의 양을 사용했을 때는 보다 작은 사각형이 잇점이 있다. 보다 작은 사각형에서는 가열기 패드의 모든 부분이 반응물로 영구적으로 수화되기 전에 물에 고르게 노출될 수 있다.
도 1-3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가열기는 몇개의 실시예 또는 형태를 가질 수 있는데 이것은 본 발명의 어떤 열 발생 조성물도 사용할 수 있다.
단일 열 발생 조성물을 사용하는 가열기는 본 발명의 한 실시예이다. 열 발 생 조성물은 불활성 물질과 혼합되어 단일 층 패드로 압착될 수 있다. 바람직하게는, 패드가 10,000psi로 압착될 수 있다. 바람직하게는, 단일 층 패드가 도 2A와 2B와 같은 스트립을 포함한다.
본 발명 가열기의 또다른 실시예는 스크림에 위치되는 페릿으로 압출되는, 단일 열 발생 조성물을 포함한다(도 1A 및 1B). 이것은 주로 그것의 단순성 때문에 가열기의 바람직한 형태이다(단 하나의 열 발생 조성물을 제조하고 사용하는 것은 두개 이상의 조성물을 제조하고 혼합하는 것보다 단순하다). 물질을 펠릿으로 압출하는 것은 많은 경우에서 가열기의 바람직한 실시예이다; 펠릿은 패드와 봉인 것 보다 운반하는 동안 덜 부서진다. 이 실시예의 예가 하기 실시예 1에 제시되었다.
본 발명 가열기의 또다른 실시예는 열 발생 시제에 첨가된 불활성 물질의 상대적인 농도에 따라 다른 비율의 열을 발생하는, 둘이상 조성물의 혼합물을 포함하는 단일 층 제품이다. 이 조성물은 개별적으로 제조되어 분말 또는 응집물로서 조합될 수 있다. 이 혼합물은 패드로 압착되거나(도 2A, 2B 및 3) 펠릿으로 압출되고 스크림에서 밀폐될 수 있다(도 1). 이 실시예의 예가 하기 실시예 2에 제시되었다.
본 발명 가열기의 또다른 실시예는 층들이 동일한 열 발생 조성물을 함유하지만 첨가된 불활성 물질의 상대적인 농도가 다른 다층 열 발생 제품(도 3)이다. 보다 많은 양의 불활성 물질을 함유하는 층은 보다 적은 양의 불활성 물질을 함유하는 층보다 느린 속도로 열을 발생시킨다. 층들은 제한되지는 않지만 스크림에서 압착 패드 또는 펠릿을 포함하는 다수의 물리적 형태로 될 수 있다. 이 실시예는 열의 빠른 생성(보다 빠른 작용의 층에 의해) 및 열 생성의 유지(보다 느리게 작용하는 층)가 가능하다. 이 실시예에서 가열될 물체에 가깝게 보다 느리게 작용하는 층을 놓는 것이 바람직하다. 이 실시는 하기 실시예 3에 도시되었다.
본 발명의 가열기는 염기성 무수물로 스크림을 코팅하므로서 개선될 수 있다. 예를들면, 칼슘 옥사이드가 휘발성 용매에 현탁되어 가열기 패드를 둘러싸고 있는 외부 스크림의 내표면상의 스프레이 코팅될 수 있다. 용매는 CaO 분말의 캐리어로 작용하지만 가열기 표면을 증발시켜 CaO의 얇고 연속적인 코팅물을 남긴다. CaO는 가열기 표면으로의 습기 증발물의 전달을 저지하는 배리어를 형성한다. 얇은 고체층은 수증기가 가열기에 도달하기 전에 수증기를 흡수하는 건조제로서 작용하므로서 가열기 표면에 습기가 접촉하는 것을 막는다. 활성화시 코팅물은 물 또는 수성 용액에 의해 빠르게 용해되어 열 발생속도 또는 열 생산을 감소시키지 않느다. CaO로 스크림을 코팅하는 이러한 공정은 열 발생 조성물의 저장 안정성을 개선시키고 패드의 저장 수명을 효과적으로 증가시킨다.
본 발명의 가열기는 물을 포함하는 액체식품 또는 고체식품을 휴대용 가열기 장치에 특히 유용하다는 것을 알아야 한다. 본 발명의 가열기는 다양한 가열기 장치 형태에 사용될 수 있다. 예를들면, 본 발명의 열 발생 조성물과 가열기는 상기한 바와 같은(배경기술) 선행기술의 가열기 장치에 사용될 수 있다. 몇개의 가열기 장치 형태가 도면에 예시화 되었다.
본 발명의 가열기 장치는 산성 무수물 또는 산성 염 및 염기성 무수물 또는 염기성 염을 포함하는 열 발생 조성물; 열 발생 조성물을 유지시키기 위한 콘테이너; 음식 또는 다른 식료품을 위한 용기; 및 열 발생을 위해 열 발생 조성물과 접촉하여 그것을 활성화 시키는 활성화 용액을 도입하기 위한 수단을 포함한다. 콘테이너와 용기는 서로 활성화된 열 발생 조성물로 부터 용기 및 그 내용물로 열 전달이 되도록 위치된다. 열 발생 조성물은 여기에 기술된 바와 같은 가열기 형태일 수 있다. 가열기 장치에 있는 열 발생 조성물은 봉, 펠릿, 패드 또는 그래뉼 형태일 수 있는데 이들은 백에 밀봉되거나 되지 않을 수 있다. 백은 다공성(스크림)이거나 비다공성일 수 있다. 비다공성일 경우 활성화 용액이 열 발생 조성물과 접촉할 수 있도록 백을 개방시키기 위한 수단이 반드시 제공되어야만 한다. 임의적으로 가열기 장치는 열 발생 조성물과 접촉할 활성화 용액을 도입하도록 개방될 수 있는 활성화 용액원을 함유한다. 가열기 장치는 임의적으로 열 밀폐를 제공할 수 있는 외부 색 또는 홀더내에 밀봉될 수 있다. 선택적으로, 열 밀폐는 리드 또는 다른 봉함물을 사용하므로서 특정 실시예에 제공될 수 있다.
도 4A는 도 1A와 도 1B의 가열기(4)를 유지하는 콘테이너(20)를 갖는, 본 발명 가열기 장치의 개략도이다. 음식용기(21)는 폴리에틸렌 백이다. 활성화 용액(22)은 가열기를 활성화 시키기 위해 개구(24)를 거쳐 콘테이너로 부어질 수 있다. 가열기 장치는 임의적으로 리드(23)를 갖는데, 이것은 콘테이너의 상부위로 덮여질 수 있는 플랩일 수 있다. 콘테이너에는 활성화 용액을 수용하고 가열기의 팽윤을 수용할 수 있는 공간이 제공된다.
도 4는 도 2A와 도 2B의 가열기(4)를 유지하는 콘테이너(20)를 갖는, 본 발 명 가열기 장치의 개략도이다. 음식용기(21)는 폴리에틸렌 백이다. 활성화 용액(22)은 가열기를 활성화시키기 위해 개구(24)를 거쳐 콘테이너로 부어질 수 있다. 가열기 장치는 임의적으로 리드(23)를 갖는데, 이것은 콘테이너의 상부위로 덮여질 수 있는 플랩일 수 있다.
도 5는 도 4A에 도시된 가열기 장치의 가열곡선을 도시한 것이다. 음식용기는 8온스의 물(시뮬레이션 음식)을 함유하는데 60g의 압출 조성물에 약 30㎖의 물을 첨가하므로서 가열된다. 열 발생 조성물은 CaO와 P2O5를 동일한 중량비로 혼합하고 1.34%(점선) 또는 15.4%(실선)의 불활성 물질, 74%의 화이트 미네랄 오일과 26%의 계면활성제 "ACTRAFOS 216"으로 이루어진 액체를 첨가하므로서 제조되었다.
도 6A는 펠릿(2)을 함유하는 다수의 구획부 가열기(4)를 유지하는 콘테이너(20)를 갖는, 본 발명의 또 다른 가열기 장치이다. 콘테이너는 음식용기(21)와 활성화 용액의 파우치(30)를 유지한다. 파우치는 활성화 용액이 열 발생 조성물과 접촉하여 그것을 활성화시키기 위하여 방충되도록 하는 수단을 갖는다. 파우치(30)는 당김-탭(31)으로 도시되었다(미국특허 제4,771,761호 및 미국특허 제4,559,921호는 당김탭과 찢는 장치를 기술하고 있다).
도 6B는 포장안된 그래뉼(32)형태의 열 발생 조성물을 유지하는 콘테이너를 갖는, 본 발명의 또 다른 가열기 장치이다. 패드는 백없이 도시되었다. 콘테이너는 또한 음식용기(21)와 활성화 용액의 파우치(30)를 유지한다. 파우치는 활성화 용액이 열 발생 조성물과 접촉하여 그것을 활성화시키기 위하여 방출되도록 하는 수단을 갖는다. 파우치(30)는 당김-탭으로 도시되었다.
포장안된 그래뉼은 열 발생 조성물의 두성분, 즉 본 발명의 산성 및 염기성 반응물을 함유할 수 있다. 이러한 본 발명에서, 활성화 용액은 수성용액이다. 선택적으로, 포장안된 그래뉼이 무수물만을 함유할 수 있다. 그 경우에 활성화 용액은 그래뉼에 있는 무수물과 반응하는 염을 함유한다. 바람직하게는, 용액이 농축염용액이다. 예를들면, 이 실시예에서 그래뉼에 있는 무수물이 산성이라면 활성화 용액은 염기성 염을 함유해야만 한다. 당업자라면 염기성 염을 물에 첨가할 때 염기성 용액을 생성한다는 것을 인정한다. 염기성 용액은 산성 무수물의 수화에 의해 가열기에 형성된 산을 중화시키는 작용을 한다. 마찬가지로, 수성용액에 산성염을 첨가하므로서 형성된 산성용액은 염기성 무수물의 수화에 의해 가열기에 형성된 염기를 중화시키는 작용을 한다.
도 7은 "컵내부에 있는 컵"의 형태인, 본 발명의 또다른 가열기 장치의 측단면도이다. 외부컵(34)은 열 발생 조성물을 포함하는 가열기(4)를 유지하고 내부보다 작은(35)은 가열기(4)와 접촉하는 보다 큰 컵에 삽입된다. 활성화 용액은 외부컵에 부어져서 열 발생 조성물과 접촉하고 그것을 활성화시킨다. 선택적으로, 활성화 용액을 함유하는 당김-탭(31)을 갖는 파우치(30)가 외부컵내에 제공될 수 있다. 가열기 장치에는 임의적으로 리드(36)가 제공된다.
선택적으로, 열 발생 조성물은 바람직하게는 스크림에 함유된 펠릿의 형태일 수 있다. 내부컵은 외부컵내부에 장착된다. 내부컵은 열 발생 조성물에 의해 거의 둘러싸여 있다. 가열될 고체 또는 액체음식 또는 다른 물질이 내부컵에 있다. 내부컵은 이 실시예에 가열기장치에서는 음식용기이다. 활성화 용액, 예를들면 물은 외부컵에 부어져서 열 발생반응을 활성화시킨다. 임의적으로, 리드가 장치에 포함될 수 있다. 당김 탭 또는 수성용액을 가열기와 접촉시키기 위한 다른 수단을 갖는 파우치(수성용액을 함유하는)는 내부컵과 외부컵 사이에 있는 공간에 포함될 수 있다.
이 장치의 용기는 고체 또는 액체 음식 또는 다른 식료품을 함유하기에 적합한데 플라스틱, 금속 세라믹 또는 방수 또는 내수성 종이제품으로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 용기가 방수성이어서 장치의 다른 부품에 의해 오염되지 않게 음식물을 유지하도록 한다. 또한, 가열기에 의해 얻어진 온도에 거의 영향을 받지 않는것이 바람직하다.
가열기 장치는 가열기 성분을 유지하는 콘테이너 및 임의적으로 열이 열 발생 조성물로부터 음식용기로 전달되도록 하는 활성화 용액원을 포함한다. 콘테이너는 장치의 성분(가열기에 첨가되는 활성화 용액을 포함하는)를 함유하기 위한 충분한 강도를 가지며, 가열될 물질로 전달되는 열발생량을 증가시키고 주변으로 열이 손실되는 것을 최소화시키는데 충분한 절연특성을 갖는, 플라스틱, 왁스칠한 카드보드, 금속, 세라믹 또는 어떤 다른 물질로 이루어질 수 있다. 콘테이너는 가요성 물질, 예를들면 플라스틱 색으로 제조되거나 단단한 물질, 예를들면 왁스칠한 카드보드 박스로 제조될 수 있다. 콘테이너는 사용자가 화상을 입지 않도록 절연특성을 갖는 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 콘테이너는 방수가 필요하지는 않지만 가열기가 활성화 용액을 흡수하도록 약 1-2분동안 대부분의 활성화 용액을 유 지하는 물질 또는 코팅된 물질로 제조될 수 있다.
가열기 장치는 활성화 물질이 열 발생 조성물과 접촉하도록 하는 수단을 포함한다. 그렇게 하기 위한 수단은 가열기 백과 물 파우치의 한쪽 또는 양쪽에 있는 당김-탭 및 찢음장치를 포함한다. 활성화 용액을 열 발생 조성물과 접촉시키기 위한 또 다른 수단은 이쑤시개 또는 포크로 쉽게 뚫려질 수 있는, 물 파우치에 있는 천공구멍이다. 또 다른 수단은 가열기로 포장되어 가열기를 흔들때 파손되는, 쉽게 파손되는 콘테이너에 수납된 수성용액의 콘테이너이다.
본 발명의 열 발생 조성물을 함유하는 백은 플라스틱, 티백물질, 면 또는 나일론 같은 폴리머로 이루어진 다공성 스크림이 바람직하다. 다공성은 활성화 용액이 백의 내용물, 즉 열 발생 조성물과 접촉하게 한다. 도 4는 활성화 용액을 포함하지 않는 가열기 장치의 실시예이다. 장치의 사용자는 활성화용액을 콘테이너에 공급하는데, 이 콘테이너에는 상기 활성화 용액의 첨가를 위한 앰플공간 및 활성화 용액의 첨가시 열 발생 조성물의 팽윤을 위한 공간이 제공된다. 다공성 스크림 백은 펠릿의 형태로 열 발생 조성물을 함유한다. 백은 활성화 용액과 가열기가 더 우수하게 접촉하게 하는 밀폐부/심을 갖는다. 리드는 임의적이다.
그러나, 백은 통공을 갖지 않는다. 백에는 백을 개방하여 활성화 용액이 백으로 들어가도록하는 당김-탭 또는 찢김 부품이 장치될 수 있다.
임의적인 외부홀더는 콘테이너 내부에 가열기, 음식용기 및 활성화 용액을 유지시키기 위한 폴리에틸렌 색일수 있다. 이러한 형태의 색은 가열기가 활성화 용액을 흡수하는 약 1-2분동안 대부분의 활성화 용액(가열기에 첨가시)을 유지할 수 없는 물질로 콘테이너가 제조되는 경우에만 필요하다.
가열될 물질과 관련한 가열기의 상대적인 위치가 과도한 실험없이도 단순한 선택에 의해 결정될 수 있다는 것은 당업자에 의해 인정된다. 여기에 기술된 예들은 가열될 물질에 대한, 몇가지의 가능한 배열만을 도시한 것이다.
도 8은 콘테이너(20)가 가열기 패드(4) 및 음식용기(21)를 함유하는, 개방단부가 알루미늄화된 마일라(Mylar) 색인 가열기 장치를 도시한 것이다. 알루미늄화된 마일라 색은 가열기가 사용될 때까지 건조함을 유지하도록 습기가 가열기와 떨어져 있도록 유지된다. 이 색은 개방된 후 재밀봉될 수 있다(위를 접거나 및/또는 클립으로 색을 집거나 집 잠금(Zip-locking 메카니즘에 의해). 도 8에서 색은 위를 접어서 폐쇄된 상태가 도시되어 있다.
도 9-12는 "음식"용기와 가열기에 대한 온도 프로파일을 도시한 것으로서 가열기가 약 12분에 약 75-130℉까지 "음식" 용기의 온도를 상승시킬 수 있다는 것을 입증한다.
도 9는 가열기 활성화 후의 시간의 함수로서 음식(-■-)(중심부에서 측정)과 가열기(-)의 온도 변화를 도시한 그래프이다. 사용된 가열기 패드는 1:1 중량비의 P2O5와 CaO로 이루어진 단일 층 패드이다. 음식의 초기 온도는 동결되는 것의 바로 위로서, 즉 약 32-33℉이다. 콘테이너는 플라스틱 박스이다. 가열기 활성화 후 약 15분에서 음식(중심)의 온도는 약 165℉이다.
도 10은 가열기 활성화 후의 시간의 함수로서 음식(-■-)(중심에서 측정됨) 및 가열기(-)의 온도변화를 도시한 그래프이다. 가열기는 1:1 중량비의 P2O5와 CaO로 이루어진 단일 층 패드이다. 음식물의 초기 온도는 동결아래로서 약 30℉이다. 따라서, 음식물은 가열기가 활성화될 때에 동결되어 있다. 콘테이너는 플라스틱 박스이다. 가열기 활성화 후 약 20분에 음식(중심부)의 온도는 약 150℉이다. 이것은 음식물이 초기에 동결되어 있음에도 불구하고 본 발명의 가열기가 음식물을 효과적으로 가열할 수 있다는 것을 설명한다.
도 11은 가열기 패드 활성화 후 시간의 함수로서의 온도 그래프이다. 가열기 패드는 1:1 중량비의 P2O5와 CaO로 이루어진 단일 층 패드였다. 음식용기는 플라스틱 트레이로서 시뮬레이션 음식물, 수화된 클레이를 수납한다. 가열기(-)와 "음식물"의 다양한 부분의 온도 프로파일이 도시되엇다. 음식물의 다양한 부분의 온도는 하기와 같이 나타냈다: 음식물 하부(-×-); 음식물 중심(-■-); 음식물 상부(-○-); 및 음식물 모서리(-●-). 가열기와 음식물의 초기 온도는 약 40℉였다. 활성화 20분후에 음식물 중심의 온도는 약 165℉였다.
도 12는 가열기 패드 활성화 후 시간의 함수로서의 온도 그래프이다. 가열기 패드는 1:1 중량비의 P2O5와 CaO로 제조된 단일 층 패드였다. 음식용기는 플라스틱 트레이로서 시뮬레이션 음식, 수화 클레이를 수납한다. 가열기(-)와 "음식물"(-■-)(중심부에서 측정)의 온도 프로파일이 도시되었다. 음식물의 초기 온도는 약 110℉였고 이 그래프는 그 출발온도가 매우 높더라도 본 발명의 가열기가 음식물 또는 다른 물질을 실질적으로 가열시킬 수 있다는 것을 설명한다(온도의 증가 는 약 85℉였다).
가열기와 열 발생 조성물은 다른 용도로 사용될 수 있다. 예를들면, 추가적인 발열 또는 흡열 반응을 개시하는데 사용될 수 있다. 예를들면 그들은 불꽃놀이 장치(발열 반응에 의존하는)를 점화 시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 가열기는 상변화를 유도하는데, 예를들면 얼음을 물로(흡열반응)하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 가열기는 MICROCORETM 찜질 치료물(HEARTWARMERS
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고통완화랩, 또는 휴대용 Back Warmer); MICROCORETM 부엌취사도구(수시간동안 음료수를 따뜻하게 유지하는 머그, 또는 수시간 동안 빵을 따뜻하게 유지하는 LAVA BASKETTM)과 같은 열 발생을 유지하는데 요구되는 초기열(일반적으로 마이크로웨이브 오븐에서 가열하므로서 제공된)을 제공할 수 있다. 본 발명의 열 발생 조성물은 열경화 접착 물질로 혼합(분말로서)될 수도 있다. 본 발명 가열기의 유사한 용도로는 전이온도에 도달된 후 열을 생성하는 다른 상변화 물질과 조합하여 사용하는 것이다. 이러한 형태의 용도는 상변화 물질, 예를 들면 Mg(NO3)2·6H2O를 유지하는 콘테이너(색 또는 베개 또는 특정의 용도를 위해 적절한 특성을 갖는 콘테이너)에 본 발명의 가열기를 위치시키는 것이다. Mg(NO3)2·6H2O는 89℃의 전이 온도를 갖는다. 본 발명의 가열기는 수성 용액의 첨가에 의해 활성화되어 Mg(NO3)2·6H2O의 상변화를 개시하는데 요구되는 열을 제공한다.
본 발명 가열기의 다른 용도로는 따뜻하게 유지될 음식물 옆에 밀폐된 색에 있는 활성화된 가열기 패드를 위치시키므로서 소풍시에 음식물을 따뜻하게 유지시키기 위한 열원으로서 사용하는 것을 포함한다. 색에 밀폐된, 활성화된 가열기 패드는 핸드워머를 제공하도록 장갑내부에 위치될 수 있다. 본 발명의 가열기 패드는 경화제가 그 기능을 수행하는데 열이 요구될 때 경화제에 적용될 수 있다. 예를들면, 가열기 패드는 열 경화 접착제 또는 밀폐제에 적용되어 그것을 보다 빠르게 경화시키거나 그 성능을 증가시킨다.
본 발명의 열 발생 조성물에 의해 얻어지는 온도는 소정의 용도에 따라 좌우되고 과도한 실험 없이도 물질들의 단순한 선택에 의해 결정될 수 있다.
본 명세서에 인용된 모든 참고자료들은 그 전체가 여기에 참고로 도입되었다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위해서 제공되는 것으로서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되어서는 안된다.
실시예 1 : 펠릿으로 압출된 P 2 O 5 /CaO 조성물을 사용한 가열기
P2O5/CaO(1:1중량) 조성물을 펠릿형태로 압출했다. 이 가열기(도 1A와 도 1B)는 선택된 시간에 걸쳐 소정의 속도로 열을 발생한다. 가열기는 고체 분말들(P2O5와 CaO)을 혼합하고, 열 발생속도를 조절하고 처리를 용이하게 하기위하여 불활성 물질을 첨가하며, 램 압출기, 스크류 압출기, 펠릿 및 등을 사용하여 조성물을 압출하므로서 형성된다. 조성물은 CaO와 P2O5를 동일 중량비로 혼합하고, 74%의 화이트 미네랄 오일과 26%의 계면 활성제 Actrafos 216으로 이루어진 13.4% 또는 15.4%의 액체를 첨가하므로서 제조된다. 펠릿 밀 상에서 1/8인치 다이를 통하여 압출하고, 그 압출물을 1/8-1/2인치의 길이로 절단한 후 펠릿을 0.5-1.0 시간동안 약 100℃로 가열했다. 펠릿을 가열하는 것은 펠릿의 성능을 개선시킨다. 펠릿을 가열시키지 않으면 몇주 후 원래 백색인 펠릿이 갈색으로 변색되기 시작한다는 것을 알았다. 본 발명자들은 어떤 반응이 발생하더라도 가열 후 즉시 색 변화가 발생하여 보다 안정한 생성물로 만들기 때문에 펠릿을 가열하는 것은 성능을 개선시키는 것을 믿는다. 가열 후 펠릿은 ASTM 8 메쉬 스크린 위에서 흔들어서 미세 입자를 제거한다. 가열기 펠릿은 취급의 편의를 위하여 폴리머 스크림에 수납된다.
도 5는 도 4A에 도시된 것과 같은 가열장치에 있는, 60g의 압출 조성물로 가열된, 8온스의 물(시뮬레이션 음식물)을 함유하는 용기에 대한 가열곡선(음식용기의 온도 대 분으로의 시간)을 도시한 것이다. 배치 #1에서, 첨가된 불활성 물질의 양은 CaO와 P2O5의 총중량의 15.4%이다. 배치 #2에서는 첨가된 불활성 물질의 양이 CaO와 P2O5 총 중량의 13.4%이다.
실시예 2 : 단일층의 가열기에 P 2 O 5 /CaO를 사용한 가열기
다른 속도(P2O5와 CaO의 반응물 대 불활성 물질의 상대적인 농도에 따라)로 열을 발생하는 둘 이상의 P2O5/CaO 조성물을 개별적으로 제조하고 분말 또는 응집물 로서 단일층 패드로 조합하여 선택된 기간에 걸쳐 소정의 열전달 속도를 제공하므로서 8온스의 음식물 백을 가열했다. 단일 층 패드(도 2A와 도 2B)를 폴리머 블렌드 스크림에 밀봉되어 물질이 음식물 백 표면에 접촉하는 것을 방지한다. 단일 층 패드는 성분들을 혼합하고 다공성 스크림의 두 층들 사이에서 약 10,000psi를 압착하므로서 제조된다. 조성물은 각각 20%, 30% 및 50%의 비율로 계면 활성제 Brij30, 미네랄 오일 및 파라핀 왁스로 이루어진 불활성 물질 15%를 함유했다. 단일 층 패드는 고밀도 폴리에틸렌 플라스틱 색 내부에서 활성화 되었다. 가열기를 플라스틱 색 내부의 음식용기 아래에 위치시키고 약 45㎖의 물을 첨가하여 활성화시켰다. 가열기, 음식물 용기 및 활성화 용액을 갖는 색을 반응기간 동안 콘테이너(이 경우에 카드보드 박스) 내부에 위치시켰다. 약 15분 후 8온스 음식용기를 소비를 위해 제거했다. 단일 층 패드는 12분 내에 100℉이상까지 음식물을 가열할 수 있다.
실시예 3 : 두개층의 패드로 P 2 O 5 /CaO를 사용하는 가열기
P2O5/CaO 실시예의 하나의 변형을 빠르게 작용하는 층의 상부에 서서히 작용하는 층으로 이루어진 두개 층 패드이다. 두 층은 1:1 중량비로 CaO와 P2O5를 함유하지만 각각에 존재하는 첨가제의 양에 따라 반응속도가 다르다. 상부의, 서서히 작용하는 층은 보다 낮은 농도의 P2O5/CaO 조성물과 열 발생 조성물을 서서히 작용하도록하는, 보다 높은 농도의 불활성 물질을 갖는다. 하부의, 빠르게 작용하는 층은 보다 높은 농도의 P2O5/CaO 조성물과 열 발생 조성물을 서서히 작용하도록 하는, 보다 높은 농도의 불활성 물질을 갖는다. 두 층은 소정의 속도로 선택된 기간에 걸쳐(상부의, 서서히 작용하는 층에 의해) 유지되는 빠른 온도 상승(하부의, 빠르게 작용하는 층에 의해)을 이루도록 다른 속도로 반응하도록 제형화된다.
계면 활성제의 첨가에 의해 그리고 오일 및/또는 왁스의 첨가에 의해 각 층의 열 발생 속도가 조절된다. 두 층의 조성물은 하기 표 4에 도시되었다. 가열기는 반응물(P2O5와 CaO)과 불활성 물질을 혼합하므로서 형성된다. 플라스틱, 태그-백 물질, 면, 나일론 같은 폴리머 또는 다른 적절한 물질로 이루어질 수 있는 다공성 스크림 층은 소정 형상의 몰드에 위치된다. 다음에, 빠르게 작용하는 조성물, 두 조성물을 분리하기 위한 스크림으로 이루어진 제 2층, 서서히 작용하는 조성물 및 스크림으로 이루어진 마지막 상부층이 차례로 몰드에 첨가된다. 이후, 가열기는 약 10,000psi의 압력으로 압착된다. 패드 조성물은 잘 수행되지만 사용시에 부스러지는 경향을 가지며, 분말화된 물질은 너무 빠르게 반응하는 경향이 있다. 도 3 참조.
표 4는 이 실시예에서 이루어진 가열기의 반응물과 불활성 물질 및 이들의 양을 도시한 것이다.
두개층 가열기에 P2O5/CaO를 사용하는 실시예의 성분
성분 서서히 작용하는 조성물, 상부층 빠르게 작용하는 조성물, 하부층
P2O5 43.8g 35.83g
Brij30(계면 활성제) 3.14g 0.7g
미네랄 오일 2.2g 3.41g
파라핀 왁스 0.94g 폴리에틸렌 비드 1.03g
패드의 하부층은 빠르게 반응하는 열 발생 조성물을 40.97g 함유한다. 상부 층은 표준 음식물을 전체적으로 가열하는데 필요한, 상승된 온도를 유지하도록 보다 서서히 반응하는 열 발생 조성물을 50.08g 함유한다. 가열기는 40㎖의 물에 의해 활성화되어 12-15분 이내에 100℉이상까지 온도가 상승하므로서 8 또는 10온스의 음식물을 위한 열을 제공한다.
이 실시예에서, 두개층 가열기는 0.94인치×5인치의 치수를 갖는 세개의 스트립으로 절단된다. 이러한 배치는 4.5×6인치와 0.75인치의 깊이의 변형 플라스틱 트레이인 콘테이너에 있는 음식물을 가열하는데 사용된다. 패드에 약 1/8인치-1/4인치 넓이의 통로를 생성하므로서 보다 많은 반응물질이 활성화 용액과 접촉할 수 있다. 이 실시예에서, 가열기는 음식물 구획부 아래에 위치되어 약 60㎖의 물로 콘테이너에서 활성화된다. 이러한 세개의 스트립과 두개의 층을 갖는 형태는 활성화 후 처음 12분내에 100℉이상까지 10온스의 "음식물"을 가열시켰다. 물로 가열기를 활성화시킨 후 최종 물질은 약 6-7의 pH를 가졌다.
실시예 4 : 패드와 통로를 갖는 다수 구획부 히터
열 발생 조성물의 단일 고체편으로 이루어진 히터는 물이 패드의 모든 부분에 도달하지 않고 일부의 반응하지 않은 가열기 부분을 남기기 때문에 이용가능한 열 모두를 발생시키지 못할 수 있다. 이것은 물이 그 모서리를 통해서만 가열기로 들어갈 수 있는 음식물 트레이와 가열기가 직접 접촉할 때 특히 문제가 된다. 이 문제는 백킹상에 많은 패드와 패드들 사이에 통로를 설치하므로서 해결된다. 각 패드는 이송 및 취급 중에 이동하지 않도록 단단하게 설치된다. 가열기는 전체 시트가 폴리에틸렌 스크림내에 수납되는 패드 시트로서 제조된다. 패드는 압착시 스크린 시트 상에 일체로 설치될 수 있다. 이러한 형태의 설계는 매우 가요성으로서 다양한 가열기장치 형태에 쉽게 채택될 수 있다.
통로의 폭과 패드의 크기는 열 생성의 효율성에 영향을 미친다. 열 발생 조성물로 물이 접근하는 것을 증가시키기 위해서는 보다 넓은 통로가 바람직하다. 그러나, 가열기 장치상에서의 주어진 가열기 용도와 크기 제한에 대하여 요구되는 열 생성량이 그러한 통로의 폭을 제한 할 수 있다.
이러한 다수 구획부 가열기는 다수층의 패드를 사용할 수 있다. 예를들면, 패드는 두층 : (하부의) 빠르게 작용하는 층과 (서서히 작용하는) 상부층으로 구성될 수 있다(도3). 예시적으로는 패드가 빠르게 작용하는 층과 서서히 작용하는 층을 함유할 수 있다. 예시적인, 빠르게 작용하는 층(패드의 45중량%)은 CaO(43.75%); P2O2(43.75%); Brij 30 계면활성제(1.67%); 미네랄 오일(8.33%); 폴리메틸메타크릴레이트 비드(200μ) (2.50%)를 포함한다. 예시적인, 서서히 작용하는 층(패드의 55중량%)는 CaO(43.75%); P2O5(43.75%); Brij 30 계면활성제(6.25%); 미네랄 오일(4.37%); 파라핀 왁스(1.88%)를 함유한다.
여기에 상세하게 기술된것 이외의 조성물, 물품, 방법 및 장치도 본 발명에 사용될 수 있다는 것을 당 업자라면 인정할 것이다. 모든 그러한 변형도 본 발명의 정신 및 범위내에 포함된다.

Claims (39)

  1. 열 발생 반응물; 및 오일, 왁스, 계면활성제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 불활성 물질;을 포함하는 열 발생 조성물에 있어서,
    상기 열 발생 반응물이,
    (i) 산성 무수물 또는 산성염; 및
    (ii) 염기성 무수물 또는 소듐 아세테이트, 소듐 벤조에이트 및 포타슘 아스코르베이트로 이루어진 그룹에서 선택된 염기성염;
    인 것을 특징으로 하는 열 발생 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산성 무수물 또는 산성염이 염기성 무수물 또는 염기성염의 0.1 내지 10 중량부의 비율로 존재하는 열 발생 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 염기성 무수물이 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba 및 이들의 혼합물을 포함하는 그룹에서 선택된 금속의 산화물인 열 발생 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 염기성 무수물이 칼슘 옥사이드인 열 발생 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산성 무수물이 포스포러스 펜톡사이드인 열 발생 조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산성 무수물이 비금속 산화물인 열 발생 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산성염이 AlCl3인 열 발생 조성물.
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산성염이 금속 할라이드 또는 이들의 혼합물인 열 발생 조성물.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 염기성 무수물 또는 염기성염에 대한 산성 무수물 또는 산성염의 비율이 가열기가 사용된 후 생성물의 pH가 실질적으로 중성이도록 선택되는 열 발생 조성물.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열 발생 조성물의 산성부 대 염기성부의 중량비가 1인 열 발생 조성물.
  12. 삭제
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불활성 물질이 계면활성제 또는 계면활성제들의 혼합물인 열 발생 조성물.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불활성 물질이 유기 포스페이트 에스테르 또는 유기 포스페이트 에스테르들의 혼합물인, 계면활성제 또는 계면활성제들의 혼합물인 열 발생 조성물.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불활성 물질이 계면활성제와 오일의 혼합물인 열 발생 조성물.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 계면활성제가 오일 용해성 계면활성제인 열 발생 조성물.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불활성 물질이 열 발생 조성물의 10 내지 20 중량%인 열 발생 조성물.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불활성 물질이 열 발생 조성물의 5 내지 25 중량%인 열 발생 조성물.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 그래뉼, 응집물, 압착패드, 봉, 타블렛 또는 스트립, 압출된 펠릿 또는 봉, 또는 다른 형상의 조각의 형태인 열 발생 조성물.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 불활성 물질이 상기 산성 무수물 또는 산성염과 상기 염기성 무수물 또는 염기성염의 조합물 상의 코팅인 열 발생 조성물
  21. 제1항 또는 제2항에 따른 열 발생 조성물을 홀더에 포함하는 가열기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 홀더가 다공성인 가열기.
  23. 제21항에 있어서, 상기 홀더가 열 발생 조성물을 수용하는 다중 구획부를 가지는 가열기.
  24. 제21항에 있어서, 상기 홀더가 백(bag)인 가열기.
  25. 제1항 또는 제2항에 따른 열 발생 조성물;
    열 발생 조성물을 활성화시켜 열을 발생시키도록, 활성화 용액이 열 발생 조성물과 접촉하도록 하는 수단; 및
    열 발생 조성물을 수용하는 컨테이너;
    를 포함하는 가열기 장치.
  26. 제25항에 있어서, 열 발생 조성물과 열 접촉으로 가열되거나 데워지거나 보온되는 물질을 더 포함하는 가열기 장치.
  27. 제25항에 있어서, 활성화 용액과 열 발생 조성물을 접촉시키도록 개방될 수 있는 홀더를 더 포함하는 가열기 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 홀더가 활성화 용액을 함유하는 가열기 장치.
  29. 제25항에 있어서, 상기 가열기 장치는 가열기 및 가열되거나 데워지거나 보온되는 물질을 더 포함하며, 여기서 가열기는 열 발생 조성물을 포함하는 홀더이고, 가열기는 가열되거나 데워지거나 보온되는 물질과 열 접촉하는 가열기 장치.
  30. 제29항에 있어서, 가열되거나 데워지거나 보온되는 물질이 수용되는 용기를 더 포함하는 유지되는 가열기 장치.
  31. 제25항에 있어서, 가열되거나 데워지거나 보온되는 물질이 고형체 식품 또는 액체 식품인 가열기 장치.
  32. 제25항에 있어서, 가열되거나 데워지거나 보온되는 물질이 의류제품인 가열기 장치.
  33. 제25항에 있어서, 가열되거나 데워지거나 보온되는 물질이 가열되는 열경화성 접착제 또는 밀폐제인 가열기 장치.
  34. 제25항에 있어서, 열 발생 조성물을 수용하는 컨테이너가 플라스틱 색 또는 왁스칠된 카드보드 박스인 가열기 장치.
  35. 제25항에 있어서, 폴리에틸렌 색인 외부 홀더를 더 포함하는 가열기 장치.
  36. 제1항 또는 제2항에 따른 열 발생 조성물을 활성화 용액으로 활성화시켜, 활성화 후, 발생한 열이 열 발생 조성물과 열 접촉하는 음식 또는 다른 물질을 데우거나 가열하거나 보온하도록 방출되는 단계를 포함하는, 음식 또는 다른 물질을 데우거나 가열하거나 보온하는 방법.
  37. 제1항 또는 제2항에 따른 열 발생 조성물을 포함하는 가열기를, 가열기의 열 발생 조성물을 활성화 용액과 접촉시키고 활성화된 가열기를 물질과 접촉하게 위치시킴으로써 활성화시키는 단계를 포함하는, 물질을 데우거나 가열하거나 보온하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 가열되거나 데워지거나 보온되는 물질이 의류제품인 방법.
  39. 삭제
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