DE60106734T2

DE60106734T2 - Tragbare heiz-, kühl- und abgabevorrichtung

Info

Publication number: DE60106734T2
Application number: DE60106734T
Authority: DE
Inventors: M. Cullen Bradenton SABIN; W. Martin SABIN; Yan Xiong
Original assignee: Tempra Technology Inc
Current assignee: Tempra Technology Inc
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2021-03-03
Also published as: CN100483039C; CN1427938A; JP2003525419A; DE60106734D1; ES2230287T3; CA2401831C; EP1269089A4; IL151471A0; BR0108892B1; BR0108892A; CA2401831A1; EP1269089B1; AU4539501A; EP1269089A1; IL151471A; US20010037872A1; ATE280934T1; AU2001245395B2; US6513516B2; WO2001065187A1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft die Erwärmung und die Abgabe oder alternativ das Kühlen und die Abgabe von Nahrungsmitteln, Getränken und anderen Materialien und spezieller in sich abgeschlossene Vorrichtungen zur Erwärmung und Abgabe oder alternativ zur Kühlung und Abgabe von Nahrungsmitteln, Getränken und anderen Materialien.
Hintergrund
Tragbare Heiz- und Kühlvorrichtungen sind bekannt. Kompakte, sich selbst erwärmende Vorrichtungen, die durch exotherme chemische Reaktionen Wärme erzeugen, sind bekannt. Beispielsweise offenbart das U.S. Patent Nr. 4,397,315 eine Vorrichtung mit einer äußeren Umhüllung und einer inneren Umhüllung, wobei die äußere Umhüllung Natriumthiosulfat enthält und die innere Umhüllung Ethylenglycol enthält. Die Wände der inneren Umhüllung sind aufreißbar, was ermöglicht, dass sich die Inhalte jeder Umhüllung mischen. Das U.S. Patent Nr. 5,035,230 offenbart eine Wärmepackung mit zwei Abteilen, die durch ein zerbrechliches Siegel getrennt sind. Kaliumpermanganat-Oxidationsmittel, das mit Natriumsilicat beschichtet ist, ist in einer Zone der Wärmepackung vorgesehen, und wässriges Ethylenglycol-Heizmittel ist in der anderen Zone vorgesehen. Beim Betreiben der Vorrichtung wird ein Siegel zwischen den zwei Zonen zerstört, was ermöglicht, dass die Reaktanten miteinander in Kontakt kommen. Das U.S. Patent Nr. 6,166,231 offenbart eine weitere Wärmepackung mit zwei Abteilen, die durch ein zerbrechliches Siegel getrennt sind, in der Gelierungsmittel verwendet wird, um die Regulierung der Wärmentwicklung in der Wärmepackung zu unterstützen. Das U.S. Patent Nr. 5,984,953 offenbart eine weitere Wärmepackung mit zwei Abteilen, in der ein versteifbares Gel zusammen mit der Verdampfung und reversiblen Entfernung von Lösungsmittel aus dem Gel verwendet wird, um die Regulierung der Wärmeentwicklung in der Wärmepackung zu unterstützen.
Vorrichtungen zur Erzeugung von Wärme oder Kälte durch Verdünnungswärme anstelle von chemischer Reaktion sind ebenfalls bekannt. Das U.S. Patent Nr. 3,804,077 beschreibt eine Wärmepackung, die eine wasserlösliche Chemikalie (z. B. Calciumchlorid) und ein Stärkematerial, das als Gelierungsmittel in einer Zone wirkt, und Wasser in einer anderen Zone enthält.
Vorrichtungen zur Erzeugung von Kälte durch Mischen von Materialien sind ebenfalls bekannt. Das U.S. Patent Nr. 6,099,555 beschreibt z. B. eine Kältepackung mit zwei Abteilen, die durch ein zerbrechliches Siegel getrennt sind, in der Gelierungsmittel verwendet wird, um die Regulierung der Kälteentwicklung in der Kältepackung zu unterstützen.
Jedoch kann die Überführung eines heißen oder kalten Nahrungsmittels oder Getränks aus irgendeiner dieser Erwärmungs- oder Kühlvorrichtungen des Standes der Technik in ein nicht-erwärmtes Gefäß ein rasches Abkühlen (oder Erwärmen) des Nahrungsmittels oder Getränks zum Ergebnis haben. Das Nahrungsmittel oder Getränk könnte innerhalb einer kurzen Zeitspanne unerwünscht kalt (oder warm) sein.
Zusammenfassung
Die Erfindung beinhaltet eine Einweg-Einmalverwendungs-Erwärmungsvorrichtung, die eine Materialmenge auf eine gewünschte Temperatur erwärmen kann. Alternativ betrifft die Erfindung eine Kühlvorrichtung, die eine Materialmenge auf eine gewünschte Temperatur abkühlen kann. Beide Vorrichtungen können auch als Behälter dienen, aus denen der Behälterinhalt abgegeben oder weiter verwendet wird.
In einem Aspekt stellt die Erfindung eine in sich abgeschlossene Vorrichtung zum Erwärmen von Material und Abgeben des erwärmten Materials gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung eine in sich abgeschlossene Vorrichtung zum Kühlen von Material und Abgeben von gekühltem Material gemäß dem unabhängigen Anspruch 8 bereit.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und aus den Ansprüchen ersichtlich.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine ebene Ansicht von oben einer ersten Art von Packung, die in einer Ausführungsform einer Erwärmungs/Abgabe- oder Kühlungs/Abgabe-Vorrichtung eingeschlossen sein kann.
2 ist eine ebene Ansicht von oben einer zweiten Art von Packung, die in einer Ausführungsform der Erwärmungs/Abgabe- oder Kühlungs/Abgabe-Vorrichtung eingeschlossen sein kann.
3 ist eine Schnittansicht einer Packung, die in einer Ausführungsform der Erwärmungs/Abgabeoder Kühlungs/Abgabe-Vorrichtung eingeschlossen sein kann.
4 ist eine ebene Ansicht von oben einer dritten Art von Packung, die in einer Ausführungsform einer Erwärmungs/Abgabe- oder Kühlungs/Abgabe-Vorrichtung eingeschlossen sein kann.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer speziellen Ausführungsform einer Erwärmungs/Abgabe- oder Kühlungs-Abgabe-Vorrichtung.
6 ist eine Seitenansicht einer speziellen Ausführungsform einer Erwämungs/Abgabe- oder Kühlungs/Abgabe-Vorrichtung in aufrechter Position.
7 ist eine Seitenansicht einer speziellen Ausführungsform einer Erwärmungs/Abgabe- oder Kühlungs/Abgabe-Vorrichtung in Rückenlage.
Die 8A, 8B und 8C sind Ansichten einer speziellen Ausführungsform einer Erwärmungs/Abgabe- oder Kühlungs/Abgabe-Vorrichtung, die aus einem einzigen Schlauch gebaut ist und ein Paar Wärme- oder Kältepackungen einschließt.
Detaillierte Beschreibung
Die Erfindung umfasst eine in sich abgeschlossene Erwärmungsvorrichtung mit einer Anzahl von Behältern in thermischem Kontakt miteinander. Mindestens einer der Behälter enthält Materialien, die zusammen umgesetzt werden können, um während des Betriebs der Vorrichtung Wärme zu erzeugen. Mindestens einer anderer Behälter enthält zu erwärmendes Material. Weiter umfasst die Erfindung eine in sich abgeschlossene Kühlvorrichtung mit einer Anzahl von Behältern in thermischem Kontakt miteinander. Mindestens einer der Behälter enthält Materialien, die miteinander umgesetzt werden können, um während des Betriebs der Vorrichtung Kälte zu erzeugen. Mindestens ein weiterer Behälter enthält zu kühlendes Material.
Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung so angepasst, dass sie aufrecht, d. h. in einer solchen Position stehen kann, dass sie als offenes Gefäß verwendet werden kann, aus dem der erwärmte oder gekühlte Inhalt leicht abgegeben oder auf andere Weise verwendet werden kann. Eine aufrechte Position ist eine, in der die Vorrichtung stabil ist und nicht gestattet, dass der Inhalt des Behälters verschüttet wird oder herausleckt. Die Vorrichtung kann auch eine Isolierung umfassen, die beispielsweise die Behälter umgibt.
Wärmeerzeugende Elemente
Die Vorrichtung kann mindestens einen Behälter umfasst, der eine Wärmepackung, die Wärme durch eine gemäßigte exotherme chemische Reaktion zwischen speziellen Reaktanten, chemische Reaktanten enthaltenden physikalisch getrennten Zonen oder Abteilen bereitstellt. Die Wärmepackung umfasst zwei Arten von Zonen. Die erste Art von Zone enthält ein Oxidationsmittel, und, falls erforderlich oder wünschenswert, ein Lösungsmittel. Die zweite Art von Zone enthält Flüssigkeit, die ein Heizmittel, und, falls erforderlich oder wünschenswert, ein Lösungsmittel umfasst. Oxidationsmittel, Heizmittel und Lösungsmittel, die zur Verwendung in in der vorliegenden Vorrichtung zu verwendenden Wärmepackungen geeignet sind, sind im U.S. Patent Nr. 6,116,231 mit dem Titel „Liquid Heat Pack" und im U.S. Patent Nr. 5,984,953 mit dem Titel „Self-Regulating Heat Pack" beschrieben. Beispielsweise können in speziellen Ausführungsformen Wärmepackungen diese einschließende Oxidationsmittel verwenden, welche die Alkalimetallsalze der Oxide von Mangan oder Chrom, wie Kaliumpermanganat, Kaliumchromat und andere, umfassen.
Die Heizmittel zur Verwendung in Wärmepackungen, die bei der beanspruchten Erfindung nützlich sind, müssen zu dem Oxidationsmittel komplementär sein. Das heißt, die Kombination von Oxidationsmittel und Heizmittel muss eine gewünschte Wärmeabgabe bereitstellen, Regierungs-Sicherheitsstandards erfüllen und kompakt sein. In einer der bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Heizmittel organische Alkohole, wie Polyhydroxy-haltige Verbindungen. Diese schließen Glycerin und ähnliche Polyole ein.
Um eine unerwünscht rasche Wärmeentwicklung zu vermeiden, können die Reaktanten in einem Lösungsmittel wie Wasser verdünnt sein, in einigen bevorzugten Ausführungsformen ist das Oxidationsmittel Kaliumpermanganat, ist das Heizmittel Glycerin und ist das Lösungsmittel Wasser.
In einer oder beiden Arten von Zonen kann gegebenenfalls ein Nicht-Heizmittel-Gelierungsmittel eingeschlossen sein. Das Gelierungsmittel bildet vor der Aktivierung der Vorrichtung kein Gel, aber nach Aktivierung der Vorrichtung kann es ein Nicht-Heizmittel-Gel bilden. Zwischen den zwei Arten von Zonen befindet sich ein Trennelement. Das Trennelement kann betrieben oder zerstört werden, so dass die Kommunikation zwischen den zwei Arten von Zonen hergestellt wird. Die Trennelemente und Gelierungsmittel, die in in der vorliegenden Vorrichtung zu verwendenden Wärmepackungen geeignet sind, sind in der U.S. Patent Application Serial No. 09/021,927 mit dem Titel „Liquid Heat Pack", eingereicht am 11. Februar 1989; und im U.S. Patent Nr. 5,984,953 mit dem Titel „Self-Regulating Heat Pack' beschrieben. Beispielsweise kommen in speziellen Ausführungsformen das Heizmittel und das Oxidationsmittel durch Öffnen, selektive Perforierung, Zerbrechen oder auf andere Weise Zerstören des Trennelements zwischen den Zonen miteinander in Kontakt. Es wird bevorzugt, dass das Trennelement ein Material umfasst, welches dessen Zerbrechen, Perforation oder Zerstörung ermöglicht, wenn manueller Druck angewendet wird, wie durch manuelle Verformung. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Trennelement eine spröde oder geschwächte Wand, die sich zwischen den Zonen erstreckt, welche manuell trennbar ist, wodurch das Trennelement zerstört wird.
Bei Einwirkung des Oxidationsmittels und des Heizmittels aufeinander besteht eine Weise, die Möglichkeit einer unerwünscht raschen Wärmeentwicklung zu steuern, aus der Aktivierung eines Nicht-Heizmittel-Gelierungsmittels, das ein Gel erzeugen kann. In bevorzugten Ausführungsformen beginnen die exotherme chemische Reaktion und die Gelierung im Wesentlichen gleichzeitig. Es können organische oder anorganische Gelierungsmittel verwendet werden, z. B. Metalloxide oder Alkalimetallsalze von Metalloxiden, wie Zinkoxid, Zinnoxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid und Silicate und Aluminate.
Organische Gelierungsmittel können Stärken, Polyacrylamide, Polyole, wie Pentaerythrit, oder proteinhaltige Materialien einschließen. Unter einigen bevorzugten Ausführungsformen ist Natriumsilicat ein nützliches anorganisches Gelierungsmittel und sind Stärken nützliche organische Gelierungsmittel; insbesondere mit kaltem Wasser hydratisierende Stärken mit Viskositäten von mindestens 300 Brabender-Einheiten bei 95°C.
Beim Betreiben oder Zerstören des Trennelements wird zwischen den Zonen eine Kommunikation errichtet, wobei die zwei Flüssigkeiten (oder eine Flüssigkeit und ein Festkörper) und so das Oxidationsmittel und das Heizmittel miteinander in Kontakt gebracht werden. Dies initiiert eine exotherme chemische Reaktion. Falls ein Gelierungsmittel anwesend ist, bildet das Gelierungsmittel innerhalb der Wärmepackung ein Gel. Die Zonen können so konfiguriert sein, dass eine Zone innerhalb eines Beutels enthalten ist, welcher selbst innerhalb der anderen Zone enthalten ist; dies ist eine sogenannte „Tasche-in-Tasche"-Konfiguration.
Die Wärmepackung kann eine dünnwandige Umhüllung umfassen, die sich an die Form ihrer Umgebung anpasst, und kann auch aus einem Polymermaterial sein. Der Wärmepackungsbehälter kann jedes Material umfassen, das einigermaßen wärmeleitfähig ist, von dem Inhalt, den es halten soll, nicht schädlich beeinflusst wird und gegenüber der zu erzielenden Temperatur beständig ist. Der Behälter kann jeden Grad der Starrheit oder Flexibilität aufweisen. Beispielsweise kann der Behälter aus einem starren Material, wie einem starren Thermoplasten, oder einem Metall, wie Aluminium, sein. Alternativ kann der Behälter aus einem flexiblen Material sein. Derartige Materialien umfassen Polyethylen, Polypropylen, Polyester (wie MYLAR^®-Folie, die von DuPont erhältlich ist), Aluminium, aluminisierte Polymerfolie, einschließlich beispielsweise metallisierten SURLYN^®; und andere herkömmliche Kunststoff- oder andere Verpackungsmaterialien, die zur Aufnahme von erwärmten Flüssigkeiten geeignet sind, wie Gummi, Vinyl, Vinyl-beschichteter Stoff und Polyethylen. Es wurde gefunden, dass bei Verwendung von klarem Vinyl eine Dicke von etwa 0,02 mm bis 0,1 mm zufriedenstellend ist.
Mit Bezug auf 1 ist eine ebene Ansicht von oben einer der bevorzugten Ausführungsformen der Wärmepackung gezeigt, welche in die Vorrichtung gemäß der Erfindung eingeschlossen werden kann. Die Wärmepackung 1 ist aus einem Behälter mit einer oberen Lage 2 und einer unteren Lage (nicht gezeigt) zusammengesetzt. Die Lagen sind an den Rändern durch Randverschweißungen 3, 4, 5 und 6 zusammengeschweißt. Diese Randverschweißungen sind vorzugsweise so hergestellt, dass sei nicht leicht vom Verbraucher geöffnet werden. Ein Trennelement 7 ist von einer Randverschweißung der Wärmepackung 1 zu einer anderen Randverschweißung angeordnet, was so die Wärmepackung 1 in zwei Zonen 8 und 9 aufteilt. Das Trennelement ist bevorzugt so hergestellt, dass es leicht vom Verbraucher zerstört wird.
Alternative Ausführungsformen der Vorrichtung werden ebenfalls in Betracht gezogen. Beispielsweise kann mehr als ein zerbrechliches Siegel vorliegen, was eine Vorrichtung zum Ergebnis hat, die in mehr als zwei Zonen aufgeteilt ist. Dies ist in 2 dargestellt, welche eine Wärmepackung 11 zeigt, die aus einem Behälter mit einer oberen Lage 12 und einer unteren Lage (nicht gezeigt) zusammengesetzt ist. Die Lagen sind an den Rändern durch Randverschweißungen 13, 14, 15 und 16 zusammengeschweißt. Diese Randverschweißungen sind vorzugsweise so hergestellt, dass sie nicht leicht vom Verbraucher geöffnet werden. Ein Paar Trennelemente 17 und 18 ist von einer Randverschweißung der Packung 11 zu einer anderen Randverschweißung angeordnet, was so die Wärmepackung 11 in drei Zonen 19, 20 und 21 aufteilt. Das Trennelement ist vorzugsweise so hergestellt, dass es leicht vom Verbraucher zerstört wird.
3 zeigt eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform mit dem Einschluss der unteren Lage 10. Mit Bezug auf 4 weist eine Ausführungsform der Erfindung ein Paar Zonen von einer Art 19 und 21 und ein Paar Zonen der anderen Art 20 und 22 auf. Das Trennelement 23 ist zwischen diesem letztgenannten Paar Zonen angeordnet.
Die Wärmepackungen können Wärmepackungen sein, die ein festes Oxidationsmittel enthalten, wie diejenigen, die im U.S. Patent Nr. 5,035,230 offenbart sind. Das Oxidationsmittel kann auch eine flüssige Komponente einschließen. Flüssigkeitswärmepackungen, die Gelierungsmittel einschließen, sind in der U.S. Patent Application Serial No. 09/021,927, eingereicht am 11. Februar 1998 mit dem Titel „Liquid Heat Pack" beschrieben.
Andere Wärmepackungen, die weitere Verfahren der Mäßigung der Wärmeproduktion einschließen, sind im U.S. Patent Nr. 5,984,953 mit dem Titel „Self-Regulating Heat Pack" beschrieben. Beispielsweise weist die Wärmepackung in einigen Ausführungsformen einen Dampfraum und eine Behälter-Innenoberfläche auf, in welchen oder auf welcher das Lösungsmittel verdampfen oder kondensieren kann, so dass ein gebildetes Gel steifer werden kann, wodurch die effektive Viskosität der Reaktion erhöht und die exotherme Reaktion verlangsamt wird. Dieses Verfahren wird von Wärme angetrieben, so dass die Reaktion als wirksame Bremse der Reaktion dient, was ein Durchgehen der Wärmeentwicklung verhindert.
Die Wärmepackungen können auch andere Bestandteile, wie Phasenänderungsmaterialien, enthalten, wie in der U.S. Patent Application Serial No. 09/021,927 mit dem Titel „Liquid Heat Pack", eingereicht am 11. Februar 1998; und im U.S. Patent Nr. 5,984,953 mit dem Titel „Self-Regulating Heat Pack" beschrieben. Phasenänderungsmaterialien sind so ausgelegt, dass sie die latente Wärmeabsorption verwenden, die mit einem reversiblen Phasenänderungsübergang, wie einem Feststoff-Flüssigkeits-Übergang, verbunden ist. Eine Vorgehensweise, die Erfolg gefunden hat, ist die Verkapselung der Phasenänderungsmaterialien innerhalb einer dünnen Membran oder Schale. Derartige Kapseln sind als Mikrokapseln mit Größen von etwa 1,0 bis etwa 1000 Mikrometer bekannt. Bei den Phasenänderungsmaterialien kann es sich um Kohlenwasserstoffe handeln, einschließlich paraffinischer Materialien, Kunststoffkristallen oder anorganischer Hydrate.
In bevorzugten Ausführungsformen verwenden die Wärmeerzeugungselemente feste Teilchen von Oxidationsmitteln und flüssige Heizmittel. Die festen Teilchen können mit einem teilchenförmigen Gelierungsmittel überzogen sein oder in einer Zone der Wärmepackung mit einem teilchenförmigen Gelierungsmittel anwesend sein. In einigen dieser speziellen Ausführungsformen ist eine Evakuierung der Zone, die derartiges festes und teilchenförmiges Material enthält, wünschenswert. Die Konstruktion von evakuierten Wärmepackungen kann durch Herstellungsverfahren erleichtert werden, die in der U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60/186,466, eingereicht am 2. März 2000 mit dem Titel „Vacuum Packaging Aid" beschrieben sind. Beispielsweise verwenden diese Herstellungsverfahren schmelzbare Materialien, die einen Teil der Randverschweißungen bilden können, nachdem Vakuum an eine ein Oxidationsmittel oder Heizmittel enthaltende Zone angelegt worden ist.
Kälteerzeugende Elemente
Die Vorrichtung kann mindestens einen Behälter einschließen, der eine Kältepackung umfasst, welche Kälte durch eine Wechselwirkung zwischen teilchenförmigen Reaktanten bereitstellt, die in physikalisch getrennten Zonen oder Reaktanten enthaltenden Abteilen angeordnet sind. Die Kältepackung schließt zwei Arten von Zonen ein. Kältepackungen, die nützlich in der vorliegenden Vorrichtung verwendet werden können, sind im U.S. Patent Nr. 6,099,555 mit dem Titel „Gelling Cold Pack" beschrieben. Beispielsweise können in speziellen Ausführungsformen Kältepackungen Reaktanten, die Kälte durch endotherme Reaktionen erzeugen, oder solche verwenden, die eine negative Reaktionswärme zeigen. Beispielsweise erzeugt das Auflösen von anorganischen Salzen wie Ammoniumnitrat, Kaliumnitrat, Ammoniumsulfat und Ammoniumchlorid in Wasser Kälte. Weitere nützliche Kälte erzeugende Materialien sind organische Materialien, wie Harnstoff, und andere anorganische Salze, wie Ammoniumbromid, Ammoniumiodid, Kaliumchlorid, Zinnchlorid-Dihydrat, Diammincobalt, Dichlorocobaltat-Hexahydrat und Nickelnitrat-Hexahydrat.
Das Material, mit dem das Kälte erzeugende Material wechselwirkt, ist eine Flüssigkeit. Die Flüssigkeit kann wässrig sein, d. h. Wasser oder Wasser, das anderen Komponenten wie hydroxylische und polyhydroxylische Spezies, wie Alkohole, Glycerin, Ethylenglycol, Propylenglycol und ähnliche Verbindungen, enthält. Zusätzliche Komponenten der gelierenden Kältepackungen der Erfindung können beispielsweise Phasenänderungsmaterialien sein.
Gelierungsmittel können ebenfalls in Kältepackungen verwendet werden und sind entweder organisch oder anorganisch. Organische Verbindungen wie Metalloxide, Metallalkoholate oder Alkalimetallsalze von Metalloxiden können verwendet werden. Diese schließen Zinkoxid, Zinnoxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid und Silicate und Aluminate in Kombination mit Lösungsmitteln wie Wasser und Alkoholen ein. Nützliche organische Gelierungsmittel umfassen organische Verbindungen, wie Kohlehydrate, einschließlich Stärke; Polyacrylamid; Polyole, wie Pentaerythrit, oder proteinhaltige Materialien, wie getrocknete Gelatine. Diese Mittel könne in Kombination mit Lösungsmitteln wie Wasser, Aceton, Alkoholen, Dimethoxytetraglycol Gele bilden. Viele weitere Beispiele für Gelsysteme auf organischer und anorganischer Basis sind dem Fachmann bekannt.
Die Kältepackungen können gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile enthalten. Unter diesen befinden sich Phasenänderungsmaterialien. Phasenänderungsmaterialien speichern latente Wärme bei einer Phasenänderung aus einer festen Phase in eine flüssige Phase, aus einer festen Phase in eine andere feste Phase oder umgekehrt oder setzen diese frei.
Abschnitt der Vorrichtung, der zu erwärmendes oder zu kühlendes Material enthält
Mindestens ein Abschnitt oder Behälter der Vorrichtung kann zu erwärmendes oder alternativ zu kühlendes Material enthalten. Dieser Abschnitt der Vorrichtung ist nicht besonders verschieden, wenn das Material zu erwärmen oder zu kühlen ist. In beiden Ausführungsformen kann eine Isolierung verwendet werden, um die Wärme oder Kälte innerhalb des Behälters aufrechtzuerhalten und auch die Temperatur auf der Außenseite bei einer Temperatur aufrechtruerhalten, welche eine bequeme Handhabung durch Benutzer gestattet.
In einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem Material um irgendeines handeln, das nützlich ist, wenn es erwärmt wird, und insbesondere, wenn das Material an einem Ort zu verwenden ist, der typisch von feststehenden Heizquellen entfernt liegt. Beispielsweise könnte die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Erwärmung von Nahrungsmitteln oder Getränken im Freien ohne äußere Wärmequelle verwendet werden. In einem weiteren Beispiel könnte die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden, um Klebstoffe, Füllstoffmaterial oder anderes Baumaterial zu erwärmen, das am besten in einem erwärmten Zustand verwendet wird und das typisch an einer Baustelle oder einem anderen Ort verwendet wird, wo ein eigenständiges Erwärmen nützlich ist. Geeignete Beispiele für ein Material, das in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann, die zum Erwärmen nützlich ist, umfassen Wasser, Nahrungsmittel, einschließlich Nahrungsmitteln, die mit Wasser hergestellt werden; Klebstoffe, Schönheitsprodukte, wie Kosmetika und Haarpflegeprodukte.
In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem Material um irgendeines handeln, das nützlich ist, wenn es gekühlt ist, und insbesondere, wenn das Material an einem Ort zu verwenden ist, der typisch entfernt von feststehenden Kühlquellen liegt. Beispielsweise könnte die erfindungsgemäße Vorrichtung für das Kühlen von Nahrungsmitteln oder Getränken im Freien ohne äußere Kältequelle verwendet werden. In einem weiteren Beispiel könnte die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden, um Material zu kühlen, das am besten in einem gekühlten Zustand verwendet wird und das typisch an einem Ort verwendet wird, an dem eine eigenständige Kühlung nützlich ist. Geeignete Beispiele für ein Material, das in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann, die zum Kühlen nützlich ist, umfassen Wasser; Nahrungsmittel, einschließlich Nahrungsmitteln, die mit Wasser hergestellt sind.
Der Abschnitt der Vorrichtung, der so angepasst ist, dass er zu erwärmendes oder zu kühlendes Material enthält, muss mit dem Wärme erzeugenden Element in thermischem Kontakt stehen. Dieser Abschnitt muss von dem Wärme oder Kälte erzeugenden Element so getrennt sein, dass es keine Fluidkommunikation zwischen diesen beiden Komponenten der Vorrichtung gibt. Im Allgemeinen kann der Abschnitt zur Aufnahme von zu erwärmendem oder zu kühlendem Material die Form eines Materialbehälters oder eines Beutels annehmen. Der Behälter sollte zu öffnen, vorzugsweise wieder zu öffnen oder wiederholt zu öffnen sein, und wenn er geschlossen ist, sollte er im Wesentlichen Fluid-undurchlässig oder mindestens im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässig sein. Etwas Gaspermeabilität kann in einigen Ausführungsformen wünschenswert sein.
Mit Bezug auf 5 ist ein Behälter 30 gezeigt. Der Behälter 30 umfasst Streifen 32 und 34, die an ihren Rändern durch Randverschlüsse 36, 38 und 40 zusammengebunden sind. Diese Randverschlüsse sind vorzugsweise so hergestellt, dass sie nicht leicht vom Benutzer geöffnet werden. Ein weiterer Randverschluss 42 ist vorzugsweise so hergestellt, dass er leicht vom Benutzer zerstört wird, und ist vorzugsweise ein wiederholt zu öffnender Randverschschluss 42. Alternative Ausführungsformen der Vorrichtung werden ebenfalls in Betracht gezogen. Beispielsweise kann mehr als eine zu öffnende Randverschluss 42 vorliegen, was einen Behälter zum Ergebnis hat, der in mehr als zwei Zonen aufgeteilt ist, wobei jede Zone durch ein Siegel innerhalb der Umfänge der Streifen 32 und 34 getrennt ist. Beispielsweise kann der Behälter 32 durch ein Siegel, das vertikal in der Mitte zwischen Randverschlüssen 36 und 40 hergestellt ist, in zwei Hälften aufgeteilt sein. Der Behälter 30 kann auch zu erwärmendes Material 44 enthalten, wie oben beschrieben.
Der Streifen 32 weist eine Außenoberfläche 46 auf, die eine Kontaktfläche zwischen dem Behälter 30 und einer Wärmepackung bilden kann. Beispielsweise kann eine Wärmepackung mit einer äußeren Oberfläche in innigen physikalischen Kontakt gebracht werden, indem ihre äußere Oberfläche im Wesentlichen an der Außenoberfläche 46 des Streifens 32 anliegt. Gegebenenfalls und wünschenswerterweise kann die Außenoberfläche 48 des Streifens 34 gleichermaßen in innigen physikalischen Kontakt mit der äußeren Oberfläche entweder derselben oder einer anderen Wärmepackung als derjenigen, die mit der Außenoberfläche 46 in Kontakt steht, gebracht werden. 5 zeigt auch Zwickel 50, welche die Stützung des Behälters 30 ermöglichen, wenn der sich in aufrechter Position befindet.
6 ist eine Seitenansicht einer Erwärmungs/Abgabe- oder Kühlungs-/Abgabe-Vorrichtung 60 in aufrechter Position, die einen Behälter 30 einschließt. Ein zu öffnender Randverschluss 42 ist ebenfalls gezeigt, hier als wiederverschließbare Öffnung vom Nut-und-Zungen-Typ. Diese Ansicht zeigt Wärmepackungen (oder Kältepackungen) 52 und 54 in innigem physikalischem Kontakt mit Streifen 34 bzw. 32. Ein Zwickel 50 ist ebenfalls in einer geöffneten Position gezeigt, was ermöglicht, dass die Vorrichtung steht.
7 zeigt eine Erwärmungs/Abgabe- oder Kühlungs/Abgabe-Vorrichtung 60 in Rückenlage auf einer horizontalen Oberfläche 62. Wie in allen Figuren zeigen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente in den Figuren an. Wie ersichtlich, tendiert das Material 44 dazu, eine flache Lage zu bilden, was dessen gleichmäßige und gesteuerte Erwärmung oder Kühlung wahrscheinlicher macht.
Der Behälter kann jedes Material umfassen, das einigermaßen wärmeleitfähig ist, nicht schädlich durch den Inhalt, den es fassen soll, beeinflusst wird und gegenüber der zu erzielenden Temperatur beständig ist. Der Behälter kann jeden Grad an Starrheit oder Flexibilität aufweisen. Beispielsweise kann der Behälter aus einem flexiblen Material sein. Derartige Materialien umfassen Polyethylen, Polypropylen, Polyester (wie MYLAR^®-Folie, erhältlich von DuPont), Aluminium, aluminisierten Polymerfilm und andere herkömmliche Kunststoff- oder andere Verpackungsmaterialien, die für die Aufnahme von erwärmten Flüssigkeiten geeignet sind, wie Gummi, Vinyl, Vinyl-beschichteter Stoff und Polyethylen. Es wurde gefunden, dass unter Verwendung von klarem Vinyl eine Dicke von etwa 0,02 mm bis etwa 0,1 mm zufriedenstellend ist.
In einigen Ausführungsformen kann der Behälter aus dünnem, flexiblem, wärmeleitfähigem Material konstruiert sein, das eine obere Schicht und eine untere Schicht umfasst, die entlang einem großen Teil des Umfangs der Schichten zusammengebunden sind. Diese Verbindung soll vom Benutzer nicht zerstört werden. Mindestens ein Teil des Umfangs ist so angepasst, dass er auf zu öffnende und zu schließende Weise oder bevorzugt wiederholt zu öffnende und zu schließende Weise von einem Benutzer zerstört werden kann und, wenn geschlossen, einen im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen Behälter, z. B. eine im Wesentlichen ebene Umhüllung bildet. Dieser Abschnitt des Umfangs kann eine Öffnung sein, die z. B. durch herkömmliche Mittel verschlossen ist, welche ermöglichen, dass sie wiederholt geöffnet und geschlossen wird. Beispielsweise kann die Öffnung mit einem wiederholt zu öffnenden, dehnbaren Verschluss vom Nut-und-Zungen-Typ, wie einem Zip-Loc^®-Verschluss, ausgestattet sein.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist das wärmeleitfähige Material eine Metallfolie, wie eine, die im Wesentlichen aus Aluminium oder Kupfer zusammengesetzt ist, oder eine metallisierte Kunststofffolie, wie aluminisierter Polyester, z. B. MYLAR^®, oder die beispielsweise metallisiertes SURLYN^® einschließt. Die Ränder des Materials können durch irgendein geeignetes Mittel miteinander verbunden sein, wie beispielsweise Löten, Wärmeverschweißen, Ultraschallschweißen, Lösungsmittelschweißen, Faltungsverschließen oder die Verwendung von Klebstoffen.
Gemäß der Erfindung soll die Vorrichtung zumindest zu einer speziellen Zeit während der Verwendung der Vorrichtung aufrecht stehen. Eine aufrechte Vorrichtung kann die Öffnung des Behälters ermöglichen, der zu erwärmendes oder zu kühlendes Material enthält, kann das Mischen von anderen Komponenten ermöglichen, die diesem Material zuzusetzen sind, kann die Abgabe des zu erwärmenden oder zu kühlenden Materials ermöglichen, unabhängig davon, ob der Behälter gefüllt, teilweise gefüllt oder leer ist. Beispielsweise können andere Komponenten, die diesem Material zuzusetzen sind, in fester Form, Pulverform, flüssiger Form oder anderen zweckmäßig zugesetzten Formen zugesetzt werden. Beispielsweise könnten die diesem Material zuzusetzenden Komponenten in einer Zusatzpackung vorgesehen sein, die an dem Behälter angebracht ist, wie beispielsweise eine pulverförmige Trinkmischung, Instant-Kaffee, eine Dessertmischung, Geschmacksmittel oder ähnliche Komponenten für Nahrungsmittel oder Getränke. Bei den Komponenten könnte es sich auch um Nicht-Nahrungsmittel-Komponenten handeln, wie Komponenten, die für Kosmetika oder Baumaterialien nützlich sind.
Alternativ könnte die Vorrichtung einen Behälter mit Wänden umfassen, die aus den äußeren Oberflächen von Wärme- oder Kältepackungen gebildet sind. Die äußeren Oberflächen mindestens einer Wärme- oder Kältepackung könnten so angepasst sein, dass sie einen Beutel bilden, innerhalb dessen Material erwärmt oder gekühlt werden könnte. Wenn beispielsweise zwei rechteckige Wärme- oder Kältepackungen an drei ihrer Ränder mit Randverschlüssen verbunden wären, könnte der vierte Rand als Öffnung dienen, die mit einer wiederverschließbaren Öffnung auszustatten wäre. Ein einziger Schlauch, der eine Wärme- oder Kältepackung umfasst, könnte auf sich selbst zurückgefaltet werden, um einen Raum innerhalb des gefalteten Bereichs zu schaffen, der ein zu erwärmendes oder zu kühlendes Material aufnehmen kann. Eine derartige Konfiguration ist in 8 gezeigt. In 8A ist ein Schlauch 20 mit einer Falte 24 gezeigt, die zwei getrennte Wärme- oder Kältepackungen 26 und 28 trennen kann. Die getrennten Packungen 26 und 28 sind jeweils weiter in Zonen aufgeteilt, die Reaktanten enthalten, um Wärme oder Kälte herzustellen. Zerbrechliche Trennelemente 27 und 29 sind in 8 gezeigt. 8B zeigt die gefaltete Konfiguration, in der die Packungen 26 und 28 zwei gegenüberliegende Flächen bilden, und 8C zeigt einen vollständig gebildeten Behälter 30, bei dem die Seiten 32 und 34 (nicht direkt gezeigt) verschlossen sind und die Seite 36 unverschlossen oder in bevorzugten Ausführungsformen mit einem reversiblen Verschluss ausgestattet ist, wie hierin beschrieben.
Gemäß der Erfindung ist der Behälter mit Zwickeln ausgestattet, so dass der Bodenbereich des Behälters, insbesondere der Abschnitt, der direkt auf einer horizontalen Fläche ruhen würde, einen größeren Kontaktbereich aufweist, als er ohne eine derartige Stütze erhalten würde.
Der Behälter sollte mit den Wärme oder Kälte erzeugenden Elementen in thermischem Kontakt stehen, und dies wird beispielsweise durch den direkten Kontakt der Wände der Wärme- oder Kältepackung ermöglicht. In einigen bevorzugten Ausführungsformen sind die Wände der Wärme oder Kälte erzeugenden Elemente im Wesentlichen in physikalischem Kontakt mit den Wänden des Behälters. Beispielsweise kann in 5 die Vorrichtung einen Behälter in Form eines Briefumschlag-geformten Beutels in physikalischem Kontakt mit einer im Wesentlichen ähnlich geformten Wärme- oder Kältepackung auf jeder Oberfläche einschließen. Alternativ kann die Vorrichtung einen Behälter in der Briefumschlag-Form mit nur einer von derartigen Wärme- oder Kältepackungen in physikalischen Kontakt mit nur einer einzigen Oberfläche des Behälters einschließen. Alternativ kann sich eine einzelne Wärme- oder Kältepackung um den Briefumschlag-geformten Behälter „herumwickeln". Im Allgemeinen bilden der Behälter und mindestens eine Wärmepackung eine Behälter/Wärmepackungs- oder Behälter/Kältepackungs-Anordnung, indem diese Komponenten im allgemeinen innig durch einen beträchtlichen physikalischen Kontakt verbunden sind, was die Wärmeübertragung von oder zu der Wärme- oder Kältepackungs-Komponente zu dem Behälter erleichtert. Materialien, die einen derartigen physikalischen Kontakt fördern, können zwischen der Wärme- oder Kältepackung und dem Behälter vorliegen, z. B. Klebstoffmaterialien. Falls irgendwelche derartigen Materialien im Wärmeweg vorliegen, sind sie wünschenswerterweise hoch wärmeleitfähig und können ihren Zusammenhalt bei einer Wärmeübertragung aufrechterhalten.
Gegebenenfalls und in einigen Ausführungsformen wünschenswerterweise kann die Vorrichtung weiter Merkmale wie eine Isolierung einschließen, welche die Behälter/Wärmepackungs- oder Behälter/Kältepackungs-Anordnung vollständig oder im Wesentlichen umgibt. Eine derartige Isolierung kann von jeder Art sein, die einer Erwärmung oder einer Kühlung ohne Verlust ihrer Isolierungseigenschaft standhalten kann. Eine derartige Isolierung kann etwas Starrheit besitzen, falls diese Eigenschaft gewünscht ist, um zu der Fähigkeit der Vorrichtung aufrecht zu stehen beizutragen.
Verfahren zum Erwärmen oder alternativ Kühlen von Material in einer Vorrichtung, wie in den Ansprüchen beschrieben, werden nun erläutert. Das Verfahren schließt die Bereitstellung einer Vorrichtung ein, die Wärme oder Kälte erzeugende Elemente, einen Bereich, der so angepasst ist, dass er zu wärmendes oder zu kühlendes Material aufnimmt, und alle fakultativen Komponenten, wie eine Isolierung, einschließt. Im ersten Schritt werden die Wärme oder Kälte erzeugenden Elemente aktiviert, so dass Wärme oder Kälte erzeugt wird. Dieser Schritt kann irgendeine Manipulation der Wärme oder Kälte erzeugenden Elemente auf solche Weise einschließen, dass die Bestandteile, welche Wärme oder Kälte erzeugen, ausreichend gleichmäßig verteilt werden, so dass die Wärme- oder Kälteproduktion ausgeglichen verläuft. Bald danach, wie zweckmäßig, kann das zu erwärmende oder zu kühlende Material in den Bereich eingeführt werden, der so angepasst ist, dass er ein derartiges Material aufnimmt. Im Allgemeinen besitzen die Wärme oder Kälte erzeugenden Elemente ein ausreichende Leistung, damit diese Vorgehensweise am zweckmäßigsten innerhalb etwa einer Minute durchgeführt wird, obwohl verschiedene Ausführungsformen so ausgelegt sein können, dass sie diese Zeit verlängern oder verkürzen würden. Das zu erwärmende oder zu kühlende Material kann den Behälterbereich vollständig oder teilweise füllen. Nach dem Einfüllen kann der Behälterbereich verschlossen werden. Dies kann wünschenswert sein, um einen Wärme- oder Kälteverlust an die Umgebung zu minimieren, wodurch die Erwärmungs- oder Kühlwirkung der Wärme oder Kälte erzeugenden Elemente maximiert wird. Wenn der Behälterbereich verschlossen ist, kann die Vorrichtung auf ihre Seite gelegt werden. Dies kann wünschenswert sein, um eine Schicht aus zu erwärmendem Material zu erzeugen, die so flach ist, wie es ein flexibler Behälter ermöglicht. Wenn das zu erwärmende oder zu kühlende Material fluid und relativ frei fließend ist und der Behälter und die Wärme oder Kälte erzeugenden Elemente relativ flexibel sind, weist das Legen der Vorrichtung auf ihre Seite die Tendenz auf, die gleichmäßige Temperaturverteilung des Inhalts zu maximieren. Zu diesem Zweck wird es als wünschenswert angesehen, dass das zu erwärmende oder zu kühlende Material eine dünne, flache Lage bildet, so dass das Legen der Vorrichtung auf ihre Seite erleichtern kann, dass das Material eine solche Lage bildet.
Nachdem das Erwärmen oder Kühlen gemäß den Anforderungen der speziellen Verwendung, für die die Vorrichtung vorgesehen ist, durchgeführt worden ist, kann die Vorrichtung aufrecht stehen und die Behälterregion geöffnet und das Material verwendet werden, wie gewünscht. Die Handlung des Stellens der Vorrichtung in eine aufrechte Lage trägt auch zu einem weiteren nützlichen Erwärmen oder Kühlen des Materials darin bei. Beispielsweise können Wärme oder Kälte erzeugende Bestandteile, die weiterhin Wärme oder Kälte erzeugen können (falls sie noch nicht erschöpft sind) in einigen Ausführungsformen sich auf dem Boden der Wärme oder Kälte erzeugenden Elemente absetzen und könne weiterhin das Material erwärmen oder kühlen, wenn dieses aus dem Behälterbereich abgegeben wird, beispielsweise wenn es allmählich abgegeben wird.
Wenn das erwärmte oder gekühlte Material Wasser ist, können heiße oder kalte Instant-Getränke der Arten, die beispielsweise Kaffee, Tee, Kakao oder Säfte einschließen, durch Zugabe von geeigneten Zusätzen, wie Pulvern oder Sirupen, hergestellt werden. Instant-Nahrungsmittel, wie Nudeln, Hafergrütze, Reis, Pasta oder Suppen, können durch Zugabe von geeigneten trockenen oder nicht-trockenen Bestandteilen hergestellt werden.
Alternativ kann die Vorrichtung Material enthalten, das keinen wesentlichen Zusatz erfordert, wie Fertigsuppen, Eintopfgerichte, Puddings und dergleichen. In solchen Fällen kann der Behälterbereich zusammen mit den Wärme oder Kälte erzeugenden Elementen, falls erforderlich, so ausgelegt sein, dass er Autoklavierungsverfahren überlebt.
Weitere Ausführungsformen
Es versteht sich, dass, obwohl die Erfindung in Verbindung mit der detaillierten Beschreibung derselben beschrieben worden ist, die vorangehende Beschreibung die Erfindung erläutern und nicht deren Bereich einschränken soll, welcher durch den Bereich der beigefügten Ansprüche definiert ist. Andere Aspekte, Vorteile und Abwandlungen liegen innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche.

Claims

In sich abgeschlossene Vorrichtung (60) zum Erwärmen von Material und Abgeben von erwärmtem Material, die während der Verwendung aufrecht stehen kann, wobei die Vorrichtung umfasst: a) einen mit einem Zwickel versehenen Behälter (30) aus einem am Rand verbindbaren, flexiblen Folienmaterial, umfassend einen ersten Seitenstreifen (32) mit einem ersten oberen Rand, einen zweiten Seitenstreifen (34) gegenüber dem ersten Seitenstreifen und mit einem zweiten oberen Rand, dauerhafte Randverschlüsse, welche die Streifen (32, 34) verbinden, um einen Behälter mit einem mit einem Zwickel versehenen Boden zu bilden, der entlang einem oberen Ende, welches den ersten und zweiten oberen Rand umfasst, offen ist; b) einen Verschluss (42), der sich öffnen lässt, zum Befestigen des zweiten oberen Rands am ersten oberen Rand und Verschließen des Behälters (30) am oberen Ende; und c) mindestens eine aktivierbare Wärmepackung in Wärmekontakt mit einem von dem ersten und zweiten Seitenstreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der eine der Seitenstreifen eine Wand der mindestens einen Wärmepackung bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die zwei Wärmepackungen umfasst, wobei jeder der Seitenstreifen eine Wand von einer der Wärmepackungen bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Verschluss, der sich öffnen lässt, ein Verschluss ist, der sich wiederholt öffnen lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Wärmepackung weiter ein Geliermittel umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Geliermittel bei Aktivierung der Wärmepackung ein Gel bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Behälter ein Material umfasst, das aus Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Metallfolie, metallisierter Kunststofffolie, Kautschuk, Vinyl und Vinyl-beschichtetem Stoff ausgewählt ist.
In sich abgeschlossene Vorrichtung (60) zum Kühlen von Material und Abgeben von gekühltem Material, die während der Verwendung aufrecht stehen kann, wobei die Vorrichtung umfasst: a) einen mit einem Zwickel versehenen Behälter (30) aus einem am Rand verbindbaren, flexiblen Folienmaterial, umfassend einen ersten Seitenstreifen (32) mit einem ersten oberen Rand, einen zweiten Seitenstreifen (34) gegenüber dem ersten Seitenstreifen und mit einem zweiten oberen Rand, dauerhafte Randverschlüsse, welche die Streifen (32, 34) verbinden, um einen Behälter mit einem mit einem Zwickel versehenen Boden zu bilden, der entlang einem oberen Ende, welches den ersten und zweiten oberen Rand umfasst, offen ist; b) einen Verschluss (42), der sich öffnen lässt, zum Befestigen des zweiten oberen Rands am ersten oberen Rand und Verschließen des Behälters (30) am oberen Ende; und c) mindestens eine aktivierbare Kältepackung in Wärmekontakt mit einem von dem ersten und zweiten Seitenstreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der eine der Seitenstreifen eine Wand der mindestens einen Kältepackung bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die zwei Kältepackungen umfasst, wobei jeder der Seitenstreifen eine Wand von einer der Kältepackungen bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Kältepackung weiter ein Geliermittel umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Geliermittel bei Aktivierung der Kältepackung ein Gel bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Verschluss, der sich öffnen lässt, ein Verschluss ist, der sich wiederholt öffnen lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei Verschluss ist der die Kältepackung eine Umhüllung umfasst, die aus einem Material besteht, das aus Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Metallfolie, metallisierter Kunststofffolie, Kautschuk, Vinyl und Vinyl-beschichtetem Stoff ausgewählt ist.