MXPA02001560A

MXPA02001560A - Calentador autonomo individual.

Info

Publication number: MXPA02001560A
Application number: MXPA02001560A
Authority: MX
Inventors: Valery Alexandrovich Dyatlov
Original assignee: Procter & Gamble
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2002-07-02
Also published as: EP1211467A4; JP2003507216A; CA2382046A1; WO2001013048A1; NO20020709L; AU1299800A; NO20020709D0; EP1211467A1; AU767061B2

Abstract

La invencion se refiere a un nuevo calentador autonomo individual que incluye entre otras caracteristicas, un material exotermico utilizado como una fuente de calor y una capa de distribucion de calor flexible insertada entre la fuente de calor y el objeto que es calentado, por lo que dicha capa de distribucion de calor consta de un material que tiene conductancia termica anisotropica que permite generar un flujo de calor sustancialmente lateral con una conductancia termica lateral relativa que oscila entre 1.6 y 0.4 Joules (°C*.

Description

CALENTADOR AUTÓNOMO INDIVIDUAL CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un dispositivo de calentamiento autónomo en forma de un paquete individual que comprende, en particular, material exotérmico como una fuente, que está colocado entre dos capas: una externa, haciendo contacto con aire y la fuente de calor, y una capa de distribución de calor flexible que está colocada entre la fuente de calor y el objeto que es calentado. Este dispositivo de calentamiento se puede utilizar por ejemplo, como una almohadilla de calentamiento médica, para calentar productos alimenticios y bebidas, etc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En años recientes, se ha puesto mucha atención en desarrollar y utilizar materiales generadores de calor y artículos a base de los mismos. Por ejemplo, los materiales de cambio de fase, capaces de almacenar y generar calor, han encontrado amplio uso en materiales de construcción, materiales para superficies de carreteras, contenedores para bebidas y productos alimenticios, en almohadillas de calentamiento médicas y en artículos textiles, por ejemplo, en ropa.

Por ejemplo, se propusieron almohadillas para asiento [patente de E.U.A. 4995126, 1991 , IPC5 A47C 21/04]. Polvos de un metal oxidado y un material que contiene agua, los cuales están dispuestos en forma de una capa interna entre dos revestimientos externos, uno de los cuales asegura el acceso de aire, se utilizan en aquellas almohadillas como material exotérmico desechable, es decir, un material capaz de generar calor. También se conoce un aparato para calentar alimentos en el cual existe un material exotérmico que comprende polvo de una aleación de Mg-Fe fácilmente corroída, el cual es activado por calor, y otros aditivos [patente de E.U.A. 5117809, 1992, IP5 F24J 1/00]. Durante el desarrollo de este aparato, son de importancia los requisitos estipulados con respecto al revestimiento en el cual se dispone el material generador de calor. Con mucha frecuencia, los problemas de dispositivos de calentamiento son el calentamiento no uniforme sobre el plano del dispositivo de calentamiento y la posibilidad de sobrecalentamiento local que se debe a la alta capacidad generadora de calor de la fuente de calor y la baja conductividad de calor del objeto que es calentado, en particular, un cuerpo humano. Por ejemplo, cuando se utiliza una almohadilla de calentamiento médica en la cual la fuente de calor está concentrada en un pequeño volumen, puede ocurrir alto calentamiento, incluso una quemadura, en una porción de la parte del cuerpo que es calentada, mientras que otras porciones que requieren calentamiento permanecen sin calentar. Un diagrama de los flujos de calor en almohadillas de construcciones conocidas se muestra en la figura 1. Un problema adicional puede ser el requisito de que el dispositivo de calentamiento debe ser suficientemente flexible para conseguir un contacto máximo con el objeto que es calentado. En el caso de almohadillas de calentamiento médicas, por ejemplo, es conveniente que tenga contacto máximo con el cuerpo humano. Estos problemas se pueden resolver a través de diferentes métodos. Por ejemplo, un método puede ser la distribución de la fuente de calor sobre una superficie más amplia del dispositivo de calentamiento. Sin embargo, dicho método no siempre puede ser utilizado, por ejemplo, en el caso en donde no sea posible distribuir o colocar la fuente de calor sobre una superficie grande o cuando dicha colocación dé como resultado una pérdida sustancial en la flexibilidad de un dispositivo de calentamiento para el cual es obligatoria la flexibilidad. Por lo tanto, el desarrollo de un dispositivo de calentamiento, el cual tenga la capacidad de generar calor de manera uniforme sobre toda la superficie de calentamiento y el cual sea suficientemente flexible, es un problema oportuno. De esta forma, el objetivo de la presente invención es desarrollar dicho dispositivo de calentamiento, la superficie de calentamiento del cual tendría buena conductividad de calor lateral y que sea suficientemente flexible.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De esta forma, la presente invención se refiere a un dispositivo de calentamiento autónomo nuevo, individual que comprende en particular, material exotérmico como la fuente de calor y una capa distribuidora de calor flexible que está colocada entre la fuente de calor y el objeto que es calentado. No existen requisitos especiales con respecto a la capa aislante externa, y por lo tanto, se puede utilizar cualquier material que sea adecuado para uso con una fuente concreta de calor, como el material para esa capa. Por ejemplo, en el caso de una fuente generadora de calor a base de un material de cambio de fase, el material de la capa aislante externa debe ser impermeable al aire, mientras que en el caso de polvo oxidado de metales o aleaciones, el material debe asegurar acceso ajustable de aire hacia la fuente de calor. Se puede utilizar una composición generadora de calor, por ejemplo, a base de un material de cambio de fase, como el material exotérmico [patente de USSR 1833404 A3, fecha de prioridad, 6 de febrero de 1990, IPC5 C 09 K /06]. Los autores, como resultado de investigación intensiva, han establecido que el efecto positivo deseado se puede conseguir cuando se utiliza un material con conductividad térmica anisotrópica que crea un flujo de calor principalmente lateral. El diagrama de flujos de calor en el caso de uso de capas distribuidoras de calor se muestra en la figura 2. Se prefiere que la conductividad térmica del material antes mencionado esté dentro de la escala de i .6 a 0.4 J/(°C cm seg). Los materiales que son adecuados para los objetivos arriba indicados, pueden ser por ejemplo metales, materiales tejidos y no tejidos y combinaciones de los mismos. Una lámina de aluminio que tenga un espesor de 0.04 mm, por ejemplo, puede ser indicada como un metal para la capa distribuidora de calor flexible. Con el fin de proveer intercambio de gas de humedad de la capa distribuidora de calor, la lámina antes mencionada puede estar perforada. También se puede utilizar una rejilla de latón de alambre de 0.2 mm. El material para la capa distribuidora de calor también puede ser material de polímero tejido, con partículas de carbono finamente dispersas incluidas en la composición de la misma. Un ejemplo de material tejido también es un material tejido como Viskun, textil de carbono tejido, material tejido RVTU. Las partículas finamente dispersas de metales se pueden incluir en el material tejido para la capa distribuidora de calor. Dicho metal es por ejemplo níquel. A continuación se presentan ejemplos de dicho material: - Material de poliéster tejido, en el cual existen partículas finamente dispersas de níquel con una resistencia específica de 1.5 ohms incluidas en fibras orientadas: - Arimida de material tejido, en el cual existen partículas finamente dispersas de níquel con una resistencia específica de 0.8 ohm incluidas en fibras orientadas; - Phenylon de material tejido, en el cual existen partículas finamente dispersas de níquel con una resistencia específica de 0.7 ohm incluidas en fibras orientadas. Un ejemplo de un material a base de aluminio es por ejemplo, material de polímero tejido, en el cual existen partículas finamente dispersas de aluminio (50% en peso) incluidas en fibras orientadas. El material para la capa distribuidora de calor puede ser un material de polímero no tejido con fibras aleatoriamente orientadas en el cual se incluyen partículas finamente dispersas (5-20 µm) de carbono (50% en peso), para mejor conductividad térmica. Dicho carbono puede ser por ejemplo, carbono BAU, carbono AG-3, carbono SKT-125, carbono SKT-250. Ejemplos de materiales no tejidos que comprenden carbono son por ejemplo, material de polímero no tejido en el cual se incluyen partículas finamente dispersas (5-20 µm) de carbono BAU; material de polímero no tejido en el cual se incluyen partículas finamente dispersas (5-20 µm) de carbono AG-3; material de polímero no tejido en el cual se incluyen partículas finamente dispersas (5-20 µm) de carbono SKT-125 (densidad de superficie 125 g/m2); material de polímero no tejido en los cuales se incluyen partículas finamente dispersas (5-20 µm) de carbono SKT-250 (densidad de superficie 250 g/m2). La capa distribuidora de calor también se puede modificar al dividirla en dos capas: una capa que conduce calor y que está en contacto directo con la fuente de calor y una capa que conduce calor moderadamente y está en contacto con el objeto que es calentado. De esta manera, se hace posible distribuir calor de manera más uniforme sobre una gran superficie. Una lámina de aluminio que tiene un espesor de 0.04 mm se puede utilizar como la capa que conduce calor, y material de tela de carbono tejida con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 0.1/0.1 como la capa que conduce moderadamente calor. Además, con el fin de obtener máximo uso eficiente de calor generado por una fuente de calor a base de material de cambio de fase, se puede proponer utilizar una capa aislante de calor como la capa aislante externa. El uso de dicha capa aislante de calor externa hace posible minimizar los componentes de radiación y confección de intercambio térmico, esto asegurando distribución de calor más uniforme. Se puede utilizar material no tejido hecho de poliacrilonitrilo como la capa aislante de calor, y el material para la capa conductora de calor puede ser por ejemplo, lámina de aluminio (0.015 mm); material textil de carbono TU; Viskun; material textil de carbono RVTU; material de poliéster tejido, en las fibras orientadas en donde se incluyen partículas finamente dispersas de níquel; no tejidas con relleno de nitruro de boro finamente dispersas. El uso del dispositivo de calentamiento propuesto por ejemplo como una almohadilla de calentamiento médica, hace posible evitar completamente la posibilidad de una quemadura cuando se utiliza un material de cambio de fase como la fuente de calor. La almohadilla de calentamiento mantiene la flexibilidad necesaria para contacto máximo con un cuerpo humano, y además no difiere prácticamente en peso de una almohadilla de calentamiento sin la capa propuesta. Los ejemplos presentados más adelante ilustran la invención propuesta, pero de ninguna manera limitan la invención.

Parte experimental Los materiales propuestos fueron estudiados en una instalación con una celda de medición mostrada en la figura 3. Las condiciones de intercambio térmico en esta construcción a un grado máximo corresponden a un dispositivo real de almohadilla de calentamiento médica individual, autónomo. Se utiliza un calentador eléctrico como la celda de calentamiento (HC). La energía del calentador corresponde a la energía de una fuente de calor a base de material de cambio de fase. Durante la primera etapa, se colocan diferentes termopares debajo del calentador para determinar su perfil de temperatura. Como un modelo de una almohadilla de calentamiento médica, se utilizó un calentador producido actualmente por la compañía P&G, en el cual la fuente de generación de calor se reemplazó por una celda de calentamiento. Un estudio del perfil de temperatura durante operación con esta almohadilla de calentamiento mostró que el calentamiento ocurre localmente bajo la celda de calentamiento (figura 4). La diferencia entre la temperatura, que está debajo de la celda de calentamiento, y aquella entre las celdas de calentamiento alcanza 5°C. Cuando se utiliza una capa distribuidora de calor, existe una uniformidad sustancial del perfil de temperatura (figura 5), la cual está caracterizada por una reducción de la temperatura bajo la celda de calentamiento y un incremento de la temperatura entre las celdas de calentamiento. Dicha característica como conductividad térmica lateral relativa sin dimensión se utiliza como una característica de las propiedades distribuidoras de calor. Esta característica es la relación de la diferencia de temperatura debajo de la capa distribuidora de calor entre puntos debajo del calentador y a una distancia de 1 cm desde el borde de la celda de calentamiento a la diferencia de temperatura entre ia temperatura del calentador y en un punto debajo de la capa distribuidora de calor debajo de la celda de calentamiento. Los termopares 10 están colocados en estos puntos, véase figura 3.

La figura 6 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de 2.4/0.1 de lámina de aluminio que tiene un espesor de 0.04 cm. La figura 7 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de 2/0.3 de rejilla de latón hecha de alambre de 0.2 mm. La figura 8 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa dentro de la escala de 3J/2.0 de fibra Viskun. La figura 9 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa dentro de la escala de 4.5/0.9 de fibra TU tejida (textil de carbono). La figura 10 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa dentro de la escala de 3.6/1.6 de material RVTU tejido. La figura 11 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 5.4/1.8 de material de poliéster tejido en el cual se incluyen partículas de níquel finamente dispersas con una resistencia específica de 1.5 ohms en fibras orientadas. La figura 12 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 5.3/1.2 de material de arimida tejida en el cual se ¡ncluyen partículas de níquel finamente dispersas con una resistencia específica de 0.8 ohm en fibras orientadas. La figura 13 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 4.6/2.8 de material textil de Phenylon en el cual se incluyen partículas de níquel finamente dispersas con una resistencia específica de 0.7 ohm en fibras orientadas. La figura 14 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 3.8/4.2 de material de polímero tejido en el cual se incluyen partículas de aluminio finamente dispersas (50% en peso) e? fibras orientadas. La figura 15 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 3.3/9.1 de material de polímero no tejido en el cual se ¡ncluyen partículas de carbono BAU finamente dispersas (5-20 µm). La figura 16 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 2.5/8.0 de material de polímero no tejido en el cual se incluyen partículas de carbono AG-3 finamente dispersas (5-20 µm). La figura 17 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 3.4/4 J-9.1 de material de polímero no tejido en el cual se incluyen partículas de carbono SKT-125 finamente dispersas (densidad de superficie 125 g/m2).

La figura 18 muestra datos para una capa distribuidora de calor con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 3J/5.5 de material de polímero no tejido en el cual se incluyen partículas de carbono SKT-250 finamente dispersa (densidad de superficie 250 g/m2). La figura 19 muestra datos para una capa distribuidora de calor de doble capa con una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 0.1/0.1, en donde se utiliza lámina de aluminio la cual tiene 0.04 mm de espesor como la capa que es un buen conductor térmico, y se utiliza material textil TU como el material que conduce moderadamente calor. La figura 20 muestra un diagrama de flujos de calor, y la figura 21 muestra un perfil de temperatura para el caso en donde además de la capa distribuidora de calor de doble capa antes descrita, se utiliza una capa aislante de calor como capa aislante externa. La figura 22 muestra datos para el caso en donde se utiliza material no tejido de poliacrilonitrilo como capa aislante de calor; en la figura 23, se utiliza lámina de aluminio (0.015 mm) que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 1.3/1.1 como el material para capa conductora de calor; en la figura 24 se utiliza material textil TU que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 3.5/2.5 como el material para la capa conductora de calor; en la figura 25, se utiliza material textil Viskun que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 3.5/3.1 como el material para la capa conductora de calor; en la figura 26 se utiliza material textil RVTU que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 4.2/1.7 como el material para la capa conductora de calor; en la figura 27 se utiliza material de poliéster tejido, con partículas de níquel finamente dispersas que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 3.5/5.1 incluidas en fibras orientadas, como el material para la capa conductora de calor; en la figura 28, se utiliza material no tejido con un relleno de nitruro de boro finamente disperso que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 3.9/1.6 como el material para la capa conductora de calor. Los datos obtenidos se resumen en el cuadro 1 , presentado a continuación.

CUADRO 1 PAN- poliacrilonitrilo de material no tejido

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un dispositivo de calentamiento individual con una fuente de calor a base de un material generador de calor, caracterizado porque comprende una capa distribuidora de calor flexible la cual está colocada en un lado de la fuente de calor y está en contacto con el objeto que es calentado. 2.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se utiliza lámina de aluminio que tiene un espesor de 0.44 mm como la capa distribuidora de calor. 3.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la lámina de aluminio está perforada. 4.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se utiliza una rejilla de latón de alambre de 0.2 mm como la capa distribuidora de calor. 5.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se utiliza un material de polímero tejido como la capa distribuidora de calor, la composición de dicho material de polímero tejido incluye partículas de carbono finamente dispersas. 6.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque se utiliza fibra Viskun como el material de polímero tejido. 7.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque se utiliza material textil TU tejido como el material de polímero tejido. 8.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque se utiliza RVTU de material tejido como el material de polímero tejido. 9.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se utiliza un material de polímero tejido como la capa distribuidora de calor, la composición de dicho material de polímero tejido incluye partículas de metal finamente dispersas. 10.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque se utiliza un material de poliéster tejido como el material de polímero tejido, y el metal es níquel. 11.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque se utiliza Phenylon de material tejido como el material de polímero tejido, y el metal es níquel. 12.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el metal es aluminio. 13.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se utiliza un material de polímero no tejido como la capa distribuidora de calor, la composición del material de polímero no tejido incluye partículas de carbono (50% en peso) finamente dispersas (5-20 µm). 14.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque las partículas de carbono son partículas de carbono BAU. 15.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque las partículas de carbono son partículas de carbono AG-3. 16.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque las partículas de carbono son partículas de carbono SKT-125 que tienen una densidad de superficie de 125 g/m2. 17.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque las partículas de carbono son partículas de carbono SKT-250 que tienen una densidad de superficie de 250 g/m2. 18.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la capa distribuidora de calor es una capa doble, en donde la capa en contacto con la fuente de calor es conductora de calor, y la capa en contacto con el objeto que es calentado es moderadamente conductora de calor. 19.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque la capa de alta conducción de calor es lámina de aluminio que tiene un espesor de 0.04 mm, mientras que el material conductor de calor moderado es material textil TU tejido que tiene una conductividad térmica lateral relativa de aproximadamente 0.1/0.1. 20.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque comprende una capa aislante de calor superior de material no tejido de poliacrilonitrilo y la fuente de calor es un material de cambio de fase. 21.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la capa conductora de calor es lámina de aluminio (0.015 mm) que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 1.3/1.1. 22.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la capa conductora de calor es material textil TU tejido que tiene una conductancia térmica lateral relativa de 3.5/

2.5. 23.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la capa conductora de calor es material Viskun tejido que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 3.5/3.1. 24.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la capa conductora de calor es material RVTU tejido que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 4.2/11. 25.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la capa conductora de calor es material de poliéster tejido, en donde se incluyen partículas de níquel finamente dispersas que tienen una conductividad térmica lateral relativa de

3.5/5.1 en fibras orientadas. 26.- El dispositivo de calentamiento de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la capa conductora de calor es material no tejido con un relleno de nitruro de boro finamente disperso que tiene una conductividad térmica lateral relativa de 3.9/1.6.