專利名稱：慢煮加熱配方的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及加熱配方，更具體地涉及j曼煮加熱配方。
背景
用于加熱物體如食品和飲料物品以及身體部分的單次用途化學(xué)加
熱器是眾所周知的。 一種加熱器利用金屬氧化物一般是氧化鈣和水的放 熱反應(yīng)產(chǎn)生熱。在本文中被全文引入作為參考的美國專利5035230 ("'230專利，，)公開了利用合適的氧化劑氧化伯醇或仲醇提供放熱 化學(xué)反應(yīng)的加熱器。錳和鉻的化合物是最常用的氧化劑。對于伯醇燃料， 如丙三醇或乙二醇，堿金屬高錳酸鹽用作氧化劑，通常在水溶液反應(yīng)中。 水稀釋燃料組分并通過減少燃料-氧化劑接觸降低化學(xué)反應(yīng)速度。'230
專利公開了在可溶解的粘合劑如硅酸鈉中嵌入固體氧化劑顆粒尤其是 高錳酸鉀顆粒來進(jìn)一步減少燃料-氧化劑接觸以控制反應(yīng)速度。
引入作為參考的2005年11月17日公布的PCT公布WO 2005/108878 ( " '878公布，，)公開了一種方法，即提供可釋放的反應(yīng) 抑制劑組合物，和響應(yīng)產(chǎn)品室處存在的所選溫度，自動釋放抑制劑組合 物到反應(yīng)室內(nèi)，借此抑制》文熱反應(yīng)。
同樣引入作為參考的美國專利6640801 ( " '801專利，，)公開了 可與周圍環(huán)境限定的形狀相符的柔性一次性加熱敷罩置。加熱敷罩置包 括包含燃料的第一區(qū)域、包含氧化劑的第二區(qū)域和能用作膨脹室的折疊 第三區(qū)域。第一易碎隔板布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間，第一易碎隔 板能被人工操作在它們之間提供連通，從而限定包括所述第 一和第二室 中至少一個的反應(yīng)室。提供能對反應(yīng)室內(nèi)放熱化學(xué)反應(yīng)響應(yīng)的第二易石, 隔板。第二易碎隔板用于在反應(yīng)室和第三區(qū)域之間提供蒸氣連通。第一 區(qū)域和第二區(qū)域之間的連通允許混合燃料和氧化劑以啟動能產(chǎn)生蒸氣的放熱化學(xué)反應(yīng)，與放熱化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的環(huán)境參數(shù)操作第二易碎隔板， 允許所述蒸氣流入到所述第三區(qū)域內(nèi)，從而降低反應(yīng)室中的壓力。
發(fā)明概述
本發(fā)明包括加熱配方、包括該加熱配方的便攜式單次用途化學(xué)加熱 器和利用加熱配方改變反應(yīng)速度的加熱方法。
加熱配方提供可用于例如食品、飲料和其它物品的便攜式加熱的長 期持續(xù)加熱。加熱配方包括燃料、氧化劑和絡(luò)合劑。絡(luò)合劑可逆地與燃 料絡(luò)合。當(dāng)未絡(luò)合燃料被反應(yīng)消耗時，絡(luò)合燃料的部分隨著時間的流逝 響應(yīng)未絡(luò)合燃料濃度的下降而被釋放。通過絡(luò)合劑的種類和絡(luò)合劑的數(shù) 量(相對于燃料)實現(xiàn)控制的緩慢釋放?？赏ㄟ^加入多種絡(luò)合劑增加具 體反應(yīng)器的反應(yīng)持續(xù)時間。這種布置可有助于提供更長持續(xù)反應(yīng)的更緩 慢反應(yīng)以加熱低熱導(dǎo)率材料如糊、燉菜或水泥。較長的持續(xù)時間允許更 有效安全地使用加熱器提供的熱能。
本文公開的方法包括加入燃料-絡(luò)合試劑到燃料和氧化劑之間的氧 化/還原放熱反應(yīng)的反應(yīng)混合物中。在一些實施方案中，燃料為醇燃料， 優(yōu)選多元醇如丙三醇或乙二醇。在一些實施方案中，氧化劑為錳或鉻的 化合物，優(yōu)選堿金屬高錳酸鹽，更優(yōu)選固體氧化劑，最優(yōu)選涂有可溶性 粘合劑優(yōu)選硅酸鈉的高錳酸鉀顆粒。
優(yōu)選的加熱器包括氧化劑室和燃料室，氧化劑室優(yōu)選包含固態(tài)的帶 涂層的高錳酸鉀，燃料室優(yōu)選包含液體多元醇如丙三醇水溶液，其中使
用者通過破壞(compromise)室的分隔允許反應(yīng)物接觸從而啟動放熱化 學(xué)反應(yīng)來啟動反應(yīng)。在某些實施方案中，加熱器包括在一個室中的燃料 -絡(luò)合劑。對于多元醇燃料，絡(luò)合劑為聚氧化離子如硼酸鹽、碳酸鹽、硝 酸鹽、硅酸鹽或；危酸鹽，優(yōu)選硼酸或硼酸鹽，最優(yōu)選硼砂 (Na2B207. 10H2O)。優(yōu)選在燃料室中包括燃料-絡(luò)合劑。在某些實施 方案中，加熱器包括用于與氧化劑可逆地絡(luò)合的絡(luò)合劑。氧化劑-絡(luò)合劑 的例子是螯合劑，如乙二胺四乙酸(EDTA)，其通常適合與金屬化合 物絡(luò)合。
在一個方面中，公開了用于化學(xué)加熱器的加熱配方。配方包括第一 反應(yīng)物、第二反應(yīng)物和絡(luò)合劑。絡(luò)合劑適于可逆地與至少一部分第一反 應(yīng)物絡(luò)合以便當(dāng)未絡(luò)合的第 一反應(yīng)物的濃度在與第二反應(yīng)物的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋放絡(luò)合的第 一反應(yīng)物。在一些實施方案中，第一反應(yīng)物為氧化劑，第二反應(yīng)物為醇燃料。 在這些實施方案中，絡(luò)合劑可逆地與至少一部分燃料絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò) 合燃料的濃度在與氧化劑的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋 放絡(luò)合的燃料。在其它實施方案中，第一反應(yīng)物為醇燃料，第二反應(yīng)物為氧化劑。 在這些實施方案中，絡(luò)合劑可逆地與至少一部分氧化劑絡(luò)合，以便當(dāng)未釋放:合的氧化劑。一 ' 、"、；、 '、'、H ''根據(jù)某些實施方案，燃料為多元醇，例如丙三醇水溶液。絡(luò)合劑可 為硼酸、硼酸鹽或更優(yōu)選硼砂?；蛘?，絡(luò)合劑可為碳酸鹽、硝酸鹽、硅 酸鹽或硫酸鹽。一些實施方案包括用于氧化劑的絡(luò)合劑，其為螯合劑，例如乙二胺四乙酸(EDTA)。在一些實施方案中，絡(luò)合劑對燃料的比在1:20和1:5之間。在一些 實施方案中，絡(luò)合劑對燃料的比在1:100和1:1之間。一些實施方案包括氧化劑堿金屬高錳酸鹽如高錳酸鉀。燃料和絡(luò)合 劑可形成水溶液。燃料濃度可在24wt。/o和84wt。/。之間。燃料濃度可在 34wt。/o和44wto/o之間。在另一個方面中，單次用途化學(xué)加熱器包括具有第一室和第二室的 一次性容器。第一反應(yīng)物被布置在第一室中，第二反應(yīng)物被布置在第二 室中。在第一室和第二室之間布置隔板。隔板可被破壞以在第一室和第 二室之間提供流體連通。流體連通啟動容器內(nèi)第 一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物 之間的放熱化學(xué)反應(yīng)?？赡娴嘏c第 一反應(yīng)物絡(luò)合的絡(luò)合劑被布置在第一 室和第二室的至少一個中。在一些實施方案中，第一反應(yīng)物為氧化劑，第二反應(yīng)物為醇燃料。 在這些實施方案中，絡(luò)合劑可逆地與至少一部分燃料絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò) 合燃料的濃度在與氧化劑的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋 放絡(luò)合的燃料。在一些其它實施方案中，笫一反應(yīng)物為醇燃料，第二反應(yīng)物為氧化 劑。在這些實施方案中，絡(luò)合劑可逆地與至少一部分氧化劑絡(luò)合，以便 當(dāng)未絡(luò)合氧化劑的濃度在與燃料的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋放絡(luò)合的氧化劑。又一方面包括緩和可利用第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物的放熱化學(xué)反 應(yīng)操作的單次用途化學(xué)加熱器的熱產(chǎn)生速度的方法。該方法包括在放熱化學(xué)反應(yīng)中包括可逆地與至少一部分第一反應(yīng)物絡(luò)合的絡(luò)合劑，以便當(dāng) 未絡(luò)合第 一反應(yīng)物的濃度在反應(yīng)過程中降低時隨著時間流逝釋放部分 第一反應(yīng)物以與第二反應(yīng)物反應(yīng)。在一些實施方案中，第一反應(yīng)物為燃料，第二反應(yīng)物為氧化劑。在 這些實施方案中，絡(luò)合劑可逆地與至少一部分燃料絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò)合 燃料的濃度在反應(yīng)過程中降低時隨著時間流逝釋放部分燃料以與氧化 劑反應(yīng)。根據(jù)其它實施方案，第一反應(yīng)物為氧化劑，笫二反應(yīng)物為燃料。在 這些實施方案中，絡(luò)合劑可逆地與至少一部分氧化劑絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò) 合氧化劑的濃度在反應(yīng)過程中降低時隨著時間流逝釋放部分氧化劑以 與燃料反應(yīng)。在一些實施方案中，可以存在一種或多種以下優(yōu)點?？商峁┠芎芎?地適合加熱具有各種粘度的產(chǎn)品的便攜式加熱器。加熱器可尤其很好地 適合加熱較高粘度流體如某些沙司、和水泥等。加熱器能在長的時期內(nèi) 提供加熱。另外，可降低這種加熱器中危險熱點可能出現(xiàn)的可能性。從說明書、附圖和權(quán)利要求書中將明顯看到其它特征和優(yōu)點。附圖簡述

圖1為加熱器的平面圖。圖2為用于進(jìn)行試驗1 、 2和3的碗。 圖3為顯示與實施例1、 2和3有關(guān)的溫度分布的圖。 圖4為用于進(jìn)行試-瞼4和5的碗。"i羊纟田4笛iit本發(fā)明涉及慢煮加熱配方，更尤其是適合用在化學(xué)加熱器中的那 種。術(shù)語"慢煮，，指熱產(chǎn)生速度被放慢的放熱反應(yīng)，在這種情況下，是 利用釋放機(jī)制(release mechanism),其中已經(jīng)釋放到反應(yīng)機(jī)制(reaction mechanism)內(nèi)的 一種反應(yīng)物(例如燃料)抑制更多燃料釋放到反應(yīng)內(nèi)。在一種實施方案中，慢煮加熱配方包括燃料和適合與燃料進(jìn)行放熱反應(yīng)的氧化劑。慢煮加熱配方還包括燃料-絡(luò)合劑。在一些實施方案中， 絡(luò)合劑適于影響放熱反應(yīng)的持續(xù)時間。更特別地，絡(luò)合劑可用于延長反 應(yīng)持續(xù)時間和調(diào)節(jié)其強(qiáng)度。不受具體理論約束，提供對這種現(xiàn)象的如下解釋。相信通過向燃料 -氧化劑配方中加入可逆地與燃料絡(luò)合的絡(luò)合劑，有效減少在任意給定時 間時可用于反應(yīng)的燃料數(shù)量。這是因為絡(luò)合劑可逆地與燃料絡(luò)合以便"凍結(jié)(tiedup)"部分燃料并借此防止它反應(yīng)。絡(luò)合劑自身不與氧化劑反 應(yīng)。在反應(yīng)過程中的任何特定時刻，認(rèn)為只有未絡(luò)合的燃料部分與氧化 劑反應(yīng)。由于絡(luò)合物形成是可逆的，因此隨著未絡(luò)合燃料與氧化劑反應(yīng)， 絡(luò)合劑釋放"凍結(jié)的，，燃料部分，從而補(bǔ)充可用于反應(yīng)的未絡(luò)合燃料供 應(yīng)。將認(rèn)識到，可逆絡(luò)合物形成提供了使單次用途化學(xué)加熱器針對正被 加熱物體吸收熱的能力進(jìn)行定制或相適應(yīng)的手段，以便避免過高溫度， 從而根據(jù)需要放慢熱產(chǎn)生和提供更慢和更長的持續(xù)加熱。認(rèn)為在整個反 應(yīng)過程中在絡(luò)合的和未絡(luò)合的燃料之間保持近似平衡。因此，通過在加 熱配方中包括絡(luò)合劑，可緩和反應(yīng)產(chǎn)生的熱強(qiáng)度并可延長反應(yīng)持續(xù)的時 間長度。優(yōu)選的絡(luò)合劑，即硼砂與多元醇燃料以1:1摩爾比絡(luò)合。但是，已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)配方中絡(luò)合劑對燃料的小得多的比例足以緩和和延長反應(yīng)。在優(yōu) 選實施方案中，絡(luò)合劑對燃料比在1:100和1:1之間。在另一優(yōu)選實施 方案中，絡(luò)合劑對燃料比在1:20和1:5之間。絡(luò)合劑一般為硼酸或硼酸 鹽，并優(yōu)選硼砂(Na2B407 10H2O)。在一些實施方案中，氧化劑為錳或鉻的化合物。更優(yōu)選地，氧化劑 為堿金屬高錳酸鹽。最優(yōu)選地，氧化劑為高錳酸鉀。在典型實施方案中， 氧化劑包括分散在整個可溶性粘合劑優(yōu)選硅酸鈉中的固體高錳酸鉀顆 粒。燃料一般為醇燃料。更優(yōu)選地，燃料為多元醇如液態(tài)，優(yōu)選水溶液 的丙三醇或乙二醇。最優(yōu)選的燃料為丙三醇水溶液。水溶液中的燃料濃 度可在24wt。/。和84wt。/。之間，但優(yōu)選在34wt。/。和44wt。/。之間。在一些實 施方案中，燃料和絡(luò)合劑適于合并并形成水溶液。注意，其它氧化劑和 燃料可適用于本文公開的技術(shù)。在一些實施方案中，在根據(jù)化學(xué)個體互補(bǔ)對之間反應(yīng)放熱原理來工 作的這類一次性單次用途化學(xué)加熱器中使用緩和("慢煮")加熱配方。示例性化學(xué)加熱器包括第一室和第二室，第一室包含氧化劑，優(yōu)選固體 的帶涂層的高錳酸鉀，第二室包含燃料，優(yōu)選液體多元醇如丙三醇水溶 液。通?；瘜W(xué)加熱器經(jīng)構(gòu)造使得使用者可通過破壞室的分隔例如，打開 閥門或破壞易石f隔板，來啟動反應(yīng)，從而允許燃料和氧化劑彼此接觸， 啟動放熱化學(xué)反應(yīng)。絡(luò)合劑開始時提供在至少一個室中。對于多元醇燃料，優(yōu)選的絡(luò)合劑為硼酸或硼酸鹽，最優(yōu)選硼砂(Na2B407. 10H2O)。 優(yōu)選絡(luò)合劑開始時提供在燃料室中。絡(luò)合劑為液體或溶解在燃料或燃料 水溶液混合物中。圖1中顯示了這類加熱器的例子。這個例子通常被稱為"熱敷罩(heat pack)"。熱敷罩一般包括兩個塑料片。圖示的加熱器具有由上部片2和 下部片(未示出)形成的容器l。片在邊緣處用邊緣密封3、 4、 5和6 密封到一起。熱或粘合劑形成邊緣密封，所述邊緣密封優(yōu)選制成使得它 們不容易被使用者打開。從加熱器的一個邊緣密封3到另一個邊緣密封 5布置隔板7，這樣將加熱器1分成第一室8和第二室9。隔板7,在這 個實施方案中為易碎密封，適合被使用者破壞以破壞部件的分隔并在第 一室8和第二室9之間建立流體連通。設(shè)計加熱器的容器以包括當(dāng)使用 熱敷罩時在反應(yīng)物上方的蒸氣空間。在一些實施方案中，第一室8包含燃料和絡(luò)合劑的水溶液，第二室 9包含氧化劑。第一室8中的燃料與絡(luò)合劑絡(luò)合使得第一室中只有部分 燃料未絡(luò)合。當(dāng)使用者破壞隔板7時，包含燃料和絡(luò)合劑的水溶液被允 許流入到第二室9內(nèi)并與氧化劑混合。燃料的未絡(luò)合部分與氧化劑反應(yīng)。 隨著燃料的未絡(luò)合部分發(fā)生反應(yīng)，絡(luò)合燃料實質(zhì)上被釋放以補(bǔ)充與氧化 劑反應(yīng)的燃料供應(yīng)?？捎孟率奖硎救剂系目赡娼j(luò)合絡(luò)合物=燃料+絡(luò)合劑。應(yīng)認(rèn)識到，當(dāng)式右側(cè)上的自由燃料由于反應(yīng)減少時，從絡(luò)合物釋放燃料以使反應(yīng)向平tr移動。本文公開了大量實施方案?？赏ㄟ^簡單反復(fù)試驗進(jìn)行調(diào)整以使具體 的容器/系統(tǒng)適合要被加熱的產(chǎn)品。大量的改變是可能的。例如，加熱器 可設(shè)有多個第 一和第二室，用閥門或易碎隔板將每個室與相鄰的室隔 開。再例如，可在第一和第二室中的任何一個或兩個中提供絡(luò)合劑。另 外，使用其它燃料、氧化劑、粘合劑和/或絡(luò)合劑是可行的。另外，絡(luò)合劑可以適于可逆地與氧化劑絡(luò)合。這種絡(luò)合劑的例子為螯合劑，如乙二胺四乙酸(EDTA)。另外，本文公開的技術(shù)可與用于受控單次用途化學(xué)加熱器的技術(shù)和 設(shè)備的任意組合結(jié)合實施。例如，在優(yōu)選實施方案中，加熱器配方可包利》03523口0中所公開。';30專二中公開的熱敷罩具;兩類獨立區(qū)域。 一個區(qū)域類型包含干反應(yīng)物，即包含在硅酸鈉粘合劑內(nèi)的高錳酸鉀晶體 的短圓筒。另一區(qū)域類型包含丙三醇/水溶液，其用作燃料混合物。在某 些實施方案中，燃料用作溶劑，消除了對單獨溶劑的需要。兩類區(qū)域被 隔開，例如，通過打算用于單次用途的易碎密封。當(dāng)兩個區(qū)域之間的易 碎密封裂開時，燃料溶液流到氧化劑顆粒上并發(fā)生反應(yīng)。通過粘合劑的 溶解速度緩和反應(yīng)速度和相應(yīng)的熱產(chǎn)生速度，因為需要溶解來暴露氧化 劑給燃料。本文公開的配方和方法可容易地結(jié)合到'230專利的熱敷罩 內(nèi)。在一些實施方案中，加熱器可包括如美國專利5984953中所公開的 預(yù)成型可硬化凝膠。'953專利中公開的熱敷罩還利用放熱氧化/還原化 學(xué)反應(yīng)。在這些熱敷罩中，使用可溶性粘合劑。另外，提供預(yù)成型可硬 化凝膠以影響反應(yīng)速度。通過調(diào)整這兩個速度控制特征，本領(lǐng)域技術(shù)人 員會能夠選擇和實現(xiàn)熱敷罩中的升溫速度和工作溫度。通過實施可硬化;生本發(fā)明的熱敷罩中所需;的自調(diào)節(jié)效應(yīng):調(diào)^有助于防止放熱化學(xué)反應(yīng)升高熱敷罩的工作溫度超過預(yù)定最大溫度。調(diào)節(jié)還用于在容器溫度 下降到足以逆轉(zhuǎn)反應(yīng)介質(zhì)的物理變化時增加正進(jìn)行的放熱反應(yīng)的速度。 本文公開的配方和方法可容易地結(jié)合到'953專利的熱敷罩內(nèi)。在一些實施方案中，加熱器可包括預(yù)防高溫放熱的可釋放性反應(yīng)抑 制劑，如'878公布中所公開。'878公布中公開的方法包括提供具有 可釋放性反應(yīng)抑制劑組合物的容器，并響應(yīng)產(chǎn)物室處出現(xiàn)的所選溫度， 自動釋放抑制劑組合物到反應(yīng)室內(nèi)，從而抑制放熱反應(yīng)。在一些實施方 案中，抑制劑組合物包括水。本文公開的配方和方法可容易地用于'878 公布的公開內(nèi)容。在一些實施方案中，加熱器可包括膨脹室，如'801專利中所公開。 '801專利公開了與由其周圍環(huán)境限定的形狀相符合的柔性一次性加熱敷罩置。加熱敷罩置包括包含燃料的笫一區(qū)域、包含氧化劑的第二區(qū)域 和能用作膨脹室的折疊第三區(qū)域。第一易碎隔板布置在第一區(qū)域和第二 區(qū)域之間，第一易碎隔板可人工操作以在其間提供連通，限定出包括所 述第 一和第二室中至少 一個的反應(yīng)室。提供能對反應(yīng)室內(nèi)放熱化學(xué)反應(yīng) 作出響應(yīng)的第二易碎隔板。第二易碎隔板可經(jīng)操作以提供反應(yīng)室和第三 區(qū)域之間的蒸氣連通。第 一 區(qū)域和第二區(qū)域之間的連通允許燃料和氧化 劑混合以啟動能產(chǎn)生蒸氣的放熱化學(xué)反應(yīng)，與該放熱化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的環(huán) 境參數(shù)操作第二易碎隔板，從而允許所述蒸氣流入到所述第三區(qū)域內(nèi)，從而降低反應(yīng)室中的壓力。本文公開的配方和方法可容易地結(jié)合到'801專利的加熱敷罩置內(nèi)。實施例實施例1圖2圖示了用于進(jìn)行這個實施例中報道的試驗工作的原型加熱器組裝。圖示組裝包括一對嵌套圓形碗，14cm直徑x5cm深的內(nèi)(或頂) 塑料碗21嵌套在14cm直徑x 7cm深的外(或底)塑料碗22中，在頂 碗21和底石宛22之間留出大約2cm環(huán)形間隙24。提供幾個通風(fēng)口 11以 允許蒸氣/水汽從間隙區(qū)域逸出。將45克帶涂層的高錳酸鉀晶體23放在外碗22的底部，停留在間 隙中。高錳酸鉀晶體涂有水溶性阻擋涂層，因而高錳酸鉀晶體直到涂層 溶解才會反應(yīng)?？扇苄宰钃跬繉訛楣杷徕c。帶涂層的高錳酸鉀23為具有各種厚度涂層的晶體的混合物。特別 地，25%的高錳酸鉀4分末具有14wt。/。的涂層，30%的高錳酸鉀并分末具有 17wt。/。的涂層，45%的高錳酸鉀粉末具有20wt。/。的涂層。在內(nèi)碗21中放 入三百毫升水24用作要^皮加熱的產(chǎn)品。將熱電偶方文在頂石宛21中的水中 和底碗22中的高錳酸鉀粉末23中。為了在功能上獲得如果通過打破密封或打開閥門從分開的室中釋 放液體燃料將會發(fā)生的結(jié)果，經(jīng)由通風(fēng)口 11向底碗22中加入大約70ml 的38.2wt。/。丙三醇的水溶液，具體地加到包含氧化劑23的間隙中。丙三 醇與高錳酸鉀粉末23發(fā)生放熱反應(yīng)，并產(chǎn)生蒸氣，其加熱在頂碗21中 的水24。圖3顯示了在加入丙三醇到底碗23后數(shù)分鐘的水(用曲線"D"指 示)和反應(yīng)物(用曲線"A"指示)的溫度分布。曲線"D"指示水的 溫度在大約6分鐘內(nèi)從約2rC增加到約64°C。曲線"A"指示反應(yīng)物的 溫度在約6分鐘后開始降低。實施例2使用根據(jù)本發(fā)明的絡(luò)合燃料重復(fù)實施例1的試驗。在本實施例中使 用圖2的加熱器組裝。將45克與實施例1中所用相同的帶涂層高錳酸鉀粉末23放在底碗 22中。在頂碗21中放300毫升水24。在水24中和在底石宛22中的帶涂 層高錳酸鉀23中放置熱電偶。向底石宛22中加入70毫升37.9wt。/o丙三 醇和0.9wt。/。硼砂(Na2B407 . 10H2O)的水溶液。丙三醇與高錳酸鉀反 應(yīng)并產(chǎn)生蒸氣。圖3顯示了在加入丙三醇到底碗22后數(shù)分鐘的水24 (用曲線"E" 指示)和反應(yīng)物(用曲線"B"指示)的溫度分布。曲線"E"指示水的 溫度在大約6分鐘內(nèi)從約21。C增加到約64°C。曲線"B"指示反應(yīng)物2 的溫度在約7分鐘后開始降低，表明在最大溫度下延長加熱約1分鐘或 約17%。實施例3再次重復(fù)實施例1的試驗，這次使用根據(jù)本發(fā)明的更顯著絡(luò)合的燃 料。在這個實施例中使用圖2的組裝。將45克與實施例1和2中所用相同的帶涂層高錳酸鉀粉末放在底 碗22中。在頂碗21中放300毫升水。在水中和在帶涂層高錳酸鉀粉末 23中》文置熱電偶。向底^￡22中加入70毫升37.4wt。/o丙三醇和2.2wt% 硼^^、的水溶液。丙三醇與該高4^酸鹽反應(yīng)并產(chǎn)生蒸氣。圖3顯示了水(用曲線"F"指示)和反應(yīng)物(用曲線"C"指示)的溫度分布。曲線"f"指示水的溫度在大約8分鐘內(nèi)從約2rc增加到約64。C,比實施例1慢大約2分鐘或三分之一。曲線"C，，指示反應(yīng)物 的溫度在約8分鐘后開始降低?？紤]上述實施例，可認(rèn)識到，通過逐漸加入更多數(shù)量的絡(luò)合劑，在 該實施方案中是通過逐漸增加加熱配方中硼砂的濃度，可減緩放熱反應(yīng)的速度和可以逐漸延長反應(yīng)的持續(xù)時間。在實施例1 (沒有硼砂)中，
反應(yīng)物的溫度在約6分鐘后開始降低。在實施例2 (0.9%硼砂)中，反 應(yīng)物的溫度在約7分鐘后開始降低。最后，在實施例3 (2.2%硼砂)中， 反應(yīng)物的溫度只在約8分鐘后開始降低。
還注意到，實施例1、 2和3說明，實施例1、 2和3中水的加熱速 度(分別是曲線4、 5和6 )根據(jù)加入到加熱配方中的硼砂絡(luò)合劑的數(shù)量 變化。例如，在實施例l和2 (分別沒有硼砂和有0.9°/。硼砂)中，將水 從約2rC加熱到約64。C需要的時間為約6分鐘。但是，在實施例3(2.2% 硼砂)中，將水從約2rC加熱到約64。C需要的時間為約8分鐘。
上述實施例說明了可通過加入硼石少到反應(yīng)物中改變與放熱化學(xué)反 應(yīng)和由這些反應(yīng)加熱的產(chǎn)物有關(guān)的溫度分布的某些方式。
在一些實施方案中，可能需要或多或少地加入硼砂到加熱配方中， 具體取決于要被加熱的產(chǎn)品的特點。例如，對于較高粘度產(chǎn)品(例如燉 肉或麥片)，可能需要加入較多硼砂到加熱配方中。這是因為較高粘度 產(chǎn)品不能象較低粘度產(chǎn)品 一樣享有與對流加熱流有關(guān)的相同益處。由于 較少對流在高粘度產(chǎn)品中流動，因此可能需要延長反應(yīng)持續(xù)時間。通過 延長反應(yīng)持續(xù)時間，可以更充分地加熱高粘性產(chǎn)品。
另一方面，對于較低粘度產(chǎn)品(例如咖啡或茶)，可能需要加入較 少硼砂到加熱配方中。這是因為對流有助于在整個較低粘度產(chǎn)品中分布 熱。因此，較短的反應(yīng)持續(xù)時間可以適合于加熱這類產(chǎn)品。
圖4圖示了用于進(jìn)行實施例4和5中記載的試驗的加熱器組裝。
圖示組裝包括一對矩形盤或碟，29cm x 23cm x 5cm塑料頂或內(nèi)碟 41嵌套在29cm x 23cm塑料底或外石萊42中，在頂?shù)?1和底石萊42之間 留出大約3cm間隙45。間隙45橫跨碟底延伸并上行到它們的垂直側(cè)。 還在外碟42中設(shè)置通風(fēng)口 43以對頂?shù)偷椎g的空間45排氣。
實施例4
在底碟42中放500克帶涂層的高錳酸鉀粉末。在頂?shù)?1中放2700 毫升水作為要被加熱的產(chǎn)品。在頂?shù)?1的水中和底碟42中的高錳酸鉀 粉末中放熱電偶。
向底碟42中加入包括29.2%丙三醇和0.2% Dow Corning H-10硅酮 防沫乳液的700毫升水溶液。水溶液不包括絡(luò)合劑。丙三醇與高錳酸鉀反應(yīng)并產(chǎn)生蒸氣。在整個反應(yīng)持續(xù)期間使蒸氣通過通風(fēng)口 43排出。反 應(yīng)物達(dá)到119。C的最大溫度。蒸氣在大約21分鐘內(nèi)將頂?shù)?1中的水從 約21。C的初始溫度加熱到約66。C的最終溫度。因此，平均加熱速度為 (66。C-21。C ) /21min=2.1。C/min。實施例5在底碟42中放500克帶涂層的高錳酸鉀粉末(類似于結(jié)合實施例 1描述的帶涂層的高錳酸鉀粉末44)。在頂?shù)?1中放2700毫升水作為 要被加熱的產(chǎn)品。在頂?shù)?1的水中和底碟42中的高錳酸鉀粉末中放熱 電偶。向底碟42中加入包括33.5%丙三醇、3.2%硼砂和0.2Q/o Dow Corning H-10硅酮防沫乳液的600毫升水溶液。丙三醇與高錳酸鉀反應(yīng)并產(chǎn)生蒸 氣。在整個反應(yīng)持續(xù)期間使蒸氣通過通風(fēng)口 43逸出。反應(yīng)物達(dá)到約107 。C的最大溫度。蒸氣在大約23分鐘內(nèi)將頂?shù)?1中的水從約2rC的初始 溫度加熱到約69。C的最終溫度。因此，水的平均加熱速度為 (69°C-21°C ) /23min=2.rC/min。盡管實施例4的加熱速度和最終水溫度類似于實施例5,但反應(yīng)器 溫度更熱，表明在實施例4中比在實施例5中通過通風(fēng)口 43失去更大 量的蒸氣。當(dāng)然，排出的蒸氣代表浪費(fèi)的熱，其在實施例5中減少。其它實施方案在下面權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于化學(xué)加熱器的加熱配方，配方包括第一反應(yīng)物；第二反應(yīng)物；和絡(luò)合劑，該絡(luò)合劑可逆地與至少一部分第一反應(yīng)物絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò)合的第一反應(yīng)物的濃度在與第二反應(yīng)物的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋放絡(luò)合的第一反應(yīng)物。
2. 權(quán)利要求l的加熱配方，其中 第一反應(yīng)物為氧化劑； 第二反應(yīng)物為醇燃料；和所述絡(luò)合劑可逆地與至少一部分燃料絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò)合燃料的濃 度在與氧化劑的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋放絡(luò)合的燃 料。
3. 權(quán)利要求l的加熱配方，其中 第一反應(yīng)物為醇燃料； 第二反應(yīng)物為氧化劑；和所述絡(luò)合劑可逆地與至少一部分氧化劑絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò)合氧化劑 的濃度在與燃料的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋放絡(luò)合的 氧化劑。
4. 權(quán)利要求2或3中任何一項的加熱配方，其中所述燃料包括多
5. 權(quán)利要求4的加熱配方，其中所述燃料包括丙三醇水溶液。
6. 權(quán)利要求2的加熱配方，其中所述絡(luò)合劑包括硼酸或硼酸鹽。
7. 權(quán)利要求6的加熱配方，其中所述絡(luò)合劑包括硼砂。
8. 權(quán)利要求2的加熱配方，其中所述絡(luò)合劑選自碳酸鹽、硝酸鹽、 石圭酸鹽和;危酸鹽。
9. 權(quán)利要求3的加熱配方，其中所述絡(luò)合劑包括螯合劑。
10. 權(quán)利要求12的加熱配方，其中所述絡(luò)合劑包括乙二胺四乙酸 (EDTA)。
11. 權(quán)利要求2的加熱配方，其中絡(luò)合劑對燃料的比在1:20和1:5 之間。
12. 權(quán)利要求2的加熱配方，其中絡(luò)合劑對燃料的比在1:100和1:1之間。
13. 權(quán)利要求2或3中任何一項的加熱配方，其中所述氧化劑包括 堿金屬高錳酸鹽。
14. 權(quán)利要求13的加熱配方，其中所述氧化劑包括高錳酸鉀。
15. 權(quán)利要求2或3中任何一項的加熱配方，其中所述燃料和所述 絡(luò)合劑構(gòu)成水溶液。
16. 權(quán)利要求2的加熱配方，其中燃料濃度在24wt。/o和84wt。/o之間。
17. 權(quán)利要求2的加熱配方，其中燃料濃度在34wt。/。和44wt。/。之間。
18. 單次用途化學(xué)加熱器，包括 包括第一室和第二室的一次性容器； 布置在第一室中的第一反應(yīng)物； 布置在第二室中的第二反應(yīng)物；布置在第 一室和第二室之間的隔板，其中所述隔板可被破壞以在第 一室和第二室之間提供流體連通，其中所述流體連通啟動容器內(nèi)第 一反 應(yīng)物和第二反應(yīng)物之間的放熱化學(xué)反應(yīng)；和布置在第一室和第二室的至少一個中的可逆地與第一反應(yīng)物絡(luò)合 的絡(luò)合劑。
19. 權(quán)利要求18的加熱器，其中 第一反應(yīng)物為氧化劑； 第二反應(yīng)物為醇燃料；和絡(luò)合劑可逆地與至少一部分燃料絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò)合燃料的濃度在 與氧化劑的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋放絡(luò)合的燃料。
20. 權(quán)利要求18的加熱器，其中 第一反應(yīng)物為醇燃料； 第二反應(yīng)物為氧化劑；和絡(luò)合劑可逆地與至少 一部分氧化劑絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò)合氧化劑的濃 度在與燃料的放熱反應(yīng)過程中降低時隨時間流逝逐漸釋放絡(luò)合的氧化劑。
21. 權(quán)利要求19的加熱器，其中第一室包含多元醇燃料水溶液， 燃料的一部分與硼砂燃料-絡(luò)合劑絡(luò)合。
22. 權(quán)利要求21的加熱器，其中多元醇燃料水溶液包括丙三醇。
23. 權(quán)利要求19的加熱器，其中絡(luò)合劑對燃料的比在1:20和1:5之間。
24. 權(quán)利要求19的加熱器，其中絡(luò)合劑對燃料的比在1:100和1:1 之間。
25. 權(quán)利要求19的加熱器，其中燃料濃度在34wt。/。和44wt。/o之間。
26. 權(quán)利要求19的加熱器，其中燃料濃度在24wt。/o和84wt。/。之間。
27. 權(quán)利要求19的加熱器，其中所述燃料-絡(luò)合劑包括硼酸或硼酸JBL 。
28. 權(quán)利要求27的加熱器，其中所述燃料-絡(luò)合劑包括硼砂。
29. 權(quán)利要求22的加熱器，其中所述燃料-絡(luò)合劑選自碳酸鹽、硝 酸鹽、硅酸鹽和;危酸鹽。
30. 權(quán)利要求20的加熱器，其中所述絡(luò)合劑包括螯合劑。
31. 權(quán)利要求20的加熱器，其中所述絡(luò)合劑包括乙二胺四乙酸 (EDTA)。
32. 權(quán)利要求19的加熱器，其中所述氧化劑包括涂有硅酸鈉的高 錳酸鉀。
33. 緩和可以通過第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物的放熱化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行工 作的單次用途化學(xué)加熱器的熱產(chǎn)生速度的方法，該方法包括在所述放熱化學(xué)反應(yīng)中包括可逆地與至少一部分第一反應(yīng)物絡(luò)合 的絡(luò)合劑，以便當(dāng)未絡(luò)合的第 一反應(yīng)物的濃度在所述反應(yīng)過程中降低時 隨著時間流逝釋放部分第 一反應(yīng)物以與第二反應(yīng)物反應(yīng)。
34. 權(quán)利要求33的方法，其中笫一反應(yīng)物為燃料，第二反應(yīng)物為 氧化劑，其中所述絡(luò)合劑可逆地與至少一部分燃料絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò)合 燃料的濃度在反應(yīng)過程中降低時隨著時間流逝釋放部分所述燃料以與 所述氧化劑反應(yīng)。
35. 權(quán)利要求33的方法，其中第一反應(yīng)物為氧化劑，第二反應(yīng)物 為燃料，其中所述絡(luò)合劑可逆地與至少一部分氧化劑絡(luò)合，以便當(dāng)未絡(luò) 合氧化劑的濃度在反應(yīng)過程中降低時隨著時間流逝釋放部分所述氧化 劑以與所述燃料反應(yīng)。
36. 權(quán)利要求34的方法，其中絡(luò)合劑包括硼酸或硼酸鹽。
37. 權(quán)利要求34的方法，其中燃料為多元醇化合物，絡(luò)合劑為硼砂。
38. 權(quán)利要求34的方法，其中絡(luò)合劑選自碳酸鹽、硝酸鹽、硅酸鹽和;危酸鹽。
39. 權(quán)利要求34的方法，其中燃料為丙三醇水溶液。
40. 權(quán)利要求34的方法，其中燃料濃度在34wt。/。和44wt。/。之間。
41. 權(quán)利要求34的方法，其中燃料濃度在24wt。/。和84wt。/。之間。
42. 權(quán)利要求34的方法，其中絡(luò)合劑對燃料的比在1:20和1:5之間。
43. 權(quán)利要求34的方法，其中氧化劑為高錳酸鉀。
全文摘要
使用第一反應(yīng)物、第二反應(yīng)物和絡(luò)合劑的化學(xué)加熱，所述絡(luò)合劑用于可逆地與第一反應(yīng)物絡(luò)合，借此緩和第一和第二反應(yīng)物之間的反應(yīng)。加熱配方尤其很好地適合用來加熱具有較高粘度的物質(zhì)的加熱器。
文檔編號F24J3/00GK101233372SQ200680027362
公開日2008年7月30日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者K·J·皮茨, M·S·博爾默 申請人:坦普拉技術(shù)公司