DE7039798U

DE7039798U - Chemisches heizelement

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Publication number: DE7039798U
Application number: DE19707039798U
Authority: DE
Original assignee: BRUWER Srl
Current assignee: BRUWER Srl
Priority date: 1969-10-29
Filing date: 1970-10-28
Publication date: 1971-03-18
Also published as: IL33636A0; CH503960A; NL6919539A; FR2065782A5; BE743862A

Description

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PATENTANWÄLTE

DIPL.-INQ. F. THIELEKE FRICKE DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

BRUWER S.r.l.
Bergamo / Italien, Via E.Novelli, 7c

"Chemisches Heizelement"

Die Neuerung betrifft ein chemisches Heizelement zum Erhitzen von Speisen, Getränken oder dgl., bei dem in einem Gefäß zwei miteinander chemisch exotherm reagierende Stoffe, z.B. Calciumoxyd und Wasser getrennt voneinander aufgenommen sind und durch Einwirkung von außen, etwa durch Zerstörung eines Beutels, der das Wasser aufnimmt, zur Einleitung der exothermen Reaktion miteinander in Berührung überführbar sind.

Es sind schon zahlreiche Ausführungsformen chemischer Heizelemente bekanntgeworden, bei denen die Reaktionswärme exothermer chemischer Reaktionen zur Erwärmung ausgenutzt wird. Eine praktische Bedeutung haben die bekannten Ausführungen solcher Heizelemente jedoch bisher nicht erreichen können, weil ihre Verwendung oder Handhabung mit einer Reihe schwerwiegender Nachteile verbunden war.

Die im allgemeinen übliche Kombination eines festen und eines flüssigen Stoffes zur Bildung chemischer Heizelemente

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befindet, zerstört werden muß, um den HeizVorgang einzuleiten. In der Vergangenheit wurde daher der flüssige Stoff, beispielsweise das Wasser, in leicht zerbrechbaren Glasphiolen eingeschlossen, die durch äußere Krafteinwirkung, wie z.B. Schlag oder Stoß, zerbrochen werden mußten, um den AufheiζVorgang
einzuleiten. Naturgemäß waren solche Heizelemente mechanisch außerordentlich empfindlich und daher praktisch unter rauhen Einsatzbedingungen nicht verwendbar. Außerdem waren die/bekannten Ausführungen solcher Heizelemente nicht universell einsetzbar-, weil sie als Bestandteile von Konservendosen oder dgl. einstückig mit diesen verbunden wurden. Chemische Reaktionen
führen außerdem oft zur Abgabe von Reaktionsprodukten in gasförmigem Aggregatzustand und sie führen oft auch zu einer
Volumenvergrößerung, so daß Maßnahmen getroffen werden müssen, um die Reaktionsprodukte aufzunehmen, wenn das chemische Heizelement nach außen hin dicht abgeschlossen ist. Da viele Heizelementkombinationen bzw. Stoffkombinationen schädliche Reaktionsprodukte erzeugen, war ein derartiger Abschluß des Elementes häufig unerläßlich.

Andere bekannte Heizelemente waren flexibel oder beutelartig ausgebildet und enthielten die flüssige Komponente in einem
flexiblen Beutel. Dieser mußte durch äußeren Druck oder Stoß zum Zerplatzen gebracht werden, damit eine Berührung zwischen flüssiger und fester Komponente eintreten konnte. Naturgemäß

sind auch solche Heizelemente mechanisch empfindlich und können sehr leicht ungewollt zu arbeiten beginnen. Der Nachteil vieler bekannter, insbesondere auch dieser flexiblen chemischen Heizelemente besteht vor allem auch darin, daß die flüssige Komponente am Boden des Beutels, Gefäßes oder dgl. angeordnet ist und infolgedessen nicht mit absoluter Sicherheit die gesamte Menge der trockenen Komponente erreicht. Dadurch ist der Reaktionsprozeß selbst in seinem Ablauf beeinträchtigt.

Andere bekannte chemische Heizelemente sind so ausgebildet, daß in ihnen lediglich die trockene Komponente enthalten ist, wählend die flüssige Komponente, meistens das Wasser, durch Befeuchten oder Eingießen vcn außen zugefügt werden muß. Der Nachteil solcher Heizelemente liegt auf der Hand; denn sie sind, abgesehen von den Unbequemlichkeiten/der Handhabung, nur dann anwendbar, wenn das Wasser zur Benutzung zur Verfügung steht. In Notfällen, bei Katastropheneinsätzen oder dgl. kann aber nicht damit gerechnet werden, daß das Wasser immer bereit steht, um die Heizelement" in Betrieb zu nehmen.

Vom Standpunkte der Wärmeentwicklung her gesehen bildet die Kombination Calciumoxyd-Wasser eine besonders vorteilhafte Kombination, weil große Wärmemengen erzeugt werden und weil die Reaktionsprodukte, die in dem gasförmigen Aggregatzustand entweichen, absolut unschädlich und hygienisch einwandfrei sind, weites sich nämlich um Wasserdampf handelt. Bisher war es jedoch

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nicht möglich, ein solches Eel··: ■ lem^nt in einer wirtschaftlich vertretbaren Weise herzustellen un^ in einer praktisch zuverlässig verwendbaren Form auszugestalten, ohne daß Nachteile eintraten, die vorstehend auch in Verbindung mit anderen chemischen Heizelementen bereits erwähnt wurden. Bei der Kombination Calciumoxyd-Wasser entsteht als Reaktionsprodukt außer Wasserdampf auch noch CaIciumhydroxyd, und es muß dafür gesorgt werden, ι daß dieses Reaktionsprodukt unter allen Umständen sicher in dem Heizelement zurückgehalten wird.

Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, das einleitend genannte chemische Heizelement unter Vermeidung der erläuterten Nachteile bekannter Heizelemente so auszugestalten, daß es im Aufbau einfach und preisgünstig herstellbar, in der Punktion zuverlässig, insbesondere auch ungefährlich und gegenüber mechanischen äußeren Einflüssen robust ist.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich das einleitend bezeichnete chemische Heizelement neuerungsgemäß dadurch, daß das Gefäß als Kunststoffbehälter ausgebildet ist, in dem der Beutel mit Wasser im oberen Bereich angeordnet und mittels eines spitzen Gegenstandes zerstörbar ist, der durch einen dicht mit dem Behälter verbundenen Deckel hindurch in den Beutel einstechbar ist, und daß der Deckel aus wenigstens zwei Kunststoffschichten mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung besteht, bei dem die eingestochenen Löcher während des Hoch-

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wölbens des Deckels beim Aufheizen in den einzelnen Schichten eine fluchtende Lage beibehalten, sich beim AbkühlDn jedoch relativ zueinander verschieben und zur Vermeidung ^es Austretens von Reaktionsprodukten schließen.

Die Verwendung eines Kunststoffbehälters als Gefäß, in welchem sich das Heizelement befindet bzw. welches das Heizelement umschließt, wird die Voraussetzung für eine einfache wirtschaftliche Herstellung geschaffen, und es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, diesem Gefäß eine gewisse Elastizität und Widerstandsfähigkeit zu verleihen, durch die das Heizelement mechanischen Beanspruchungen gegenüber sehr widerstandsfähig wird. Der mit Wasser gefüllte Beutel kann, da er durch Einstechen eines spitzen Gegenstandes allein zerstörbar sein soll, trotz flexibler Ausgestaltung sehr fest und widerstandsfähig ausgebildet werden, so daß ungewollte Zerstörungen durch mechanische äußere Einflüsse mit Sicherheit ausgeschieden werden. Der Beutel mit dem Wasser befindet sich im oberen Bereich des Behälters und insofern oberhalb der trockenen Substanz, d.h. des Calciumoxyds, so daß nach Durchstechen des Beutels mit dem spitzen Gegenstand der Schwerkrafteinfluß dafür sorgt, daß die trockene Substanz von oben her gleichmäßig mit dem Wasser durchsetzt wird. Damit ist die Voraussetzung für eine einwandfreie und zuverlässige Funktion gegeben. Darüber hinaus kann der Reaktionsablauf willkürlich beeinflußt werden, indem für verzögerten Reaktionsablauf nur wenige Löcher, für einen spontanen Reaktionsablauf viele Löcher eingestochen werden.

Ein i_ ή- vichtiger und wesentlicher Gesichtspunkt des neuerungsgemfe-. isgebildeten chemischen Heizelementes stellt die Ausgestaltung des Beckeis dar, der aus wenigstens zwei Schichten mit unterschiedlicher Dehnung hergestellt ist. Während des • Hochwölbens des Deckels beim Aufheizen sorgt die Auswahl der

Deckelwerkstoffe der einzelnen Schichten dafür, daß die einge-

t stochenen Löcher im Deckel in den unterschiedlichen Schichten

ί ihre fluchtende Lage zueinander beibehalten. Das sich im Ver-

ΐ laufe der chemischen exothermen Reaktion während der Umwandlung

Bi von Calciumoxyd bildende Calciumhydroxyd vergrößert das Volumen,

so daß der Deckel hochgewölbt wird. Der dabei entstehende Wasserdampf kann durch die fluchtend zueinander verbleibenden Löcher im Deckel entweichen. Der entweichende Wasserdampf spielt eine wesentliche Rolle als Wärmeträger; denn er kann dazu benutzt werden, in einer kappenartigen Haube oder dgl. den aufzuwärmenden Gegenstand allseitig zu umspülen. Der entweichende Wasserdampf spielt daher die Rolle eines Wärmeträgers, und es ist auf diese Weise möglich, eine große Berührungsfläche zwischen dem zu erwärmenden Gegenstand und dem Wärmeträger Dampf zu schaffen. Sobald nach beendeter chemischer Reaktion die Abkühlung einsetzt, wird die unterschiedliche Wärmedehnung der beiden oder mehreren vorhandenen Schichten des Deckels wirksamijUnd die Löcher im Deckel verschieben sich in den einaänen Schichten relativ zueinander so weit, daß sie nicht mehr miteinander fluchten, sondern verschlossen werden. Dieser Vorgang

ist für das neuerungsgemäß ausgebildete chemische Heizelement von außerordentlicher Bedeutung; denn dadurch wird verhindert, daß das entstandene Ca]ciumhydroxyd aus dem Kunststoffbehälter entweicht und mit Kleidungsstücken, dem Körper oder mit Nahrungsmitteln oder dgl. in Berührung kommt.

Es ist zu beachten, daß es bisher noch keinerlei chemische Heizelemente gab, die in der Lage gewesen sind, ein im gasförmigen oder dampfförmigen Aggregatzustand befindliches Reaktionsprodukt als Wärmeträger oder Transportmedium für die Wärme entweichen zu lassen, jedoch das entstehende teigig flüssige oder fesbe Reaktionsprodukt durcl. Wiederverschließen von Austrittsöffnungen für das Entweichen des anderen Produktes zurückzuhalten.

Diese Eigenschaft des neuerungsgemäß ausgebildeten Heizelementes ist die Voraussetzung dafür, daß es erstmals möglich ist, ein chemisches Heizelement sicher zu handhaben und u»iter allen in Frage kommenden Einsatzbedingungen gefahrlos und bequem zu verwenden.

Die Beeinflussung des Reaktionsablaufes ist, wie schon erwähnt, durch die Aiwahl den Anzahl von Löchern, die eingestochen werden, möglich. Andere Maßnahmen bestehen z.B. darin, Zucker oder eine kolloide Substanz zuzusetzen. Das Wasser kann besonders enthärtet sein. Eine besonders große Berührungsfläche zwischen Wasser und

Trockensubstanz ergibt sich, wenn Calciumoxyd in granuliertem Zustande verwendet wird. Die Einsatzbedingungen des neuerungsgemäß ausgebildeten chemischen Heizelementes vergrößern sich vor allem dadurch, wenn dem Wasser gefrierpunktsenkende Substanzen zugesetzt sind, so daß ein Einfrieren in klimatisch kalten Zonen oder in kalten Jahreszeiten verhindert wird.

Es ist an dieser Stelle zu erwähnen, daß die Kombination Calciumoxyd-Wasser, auf die in der vorliegenden Neuerung bevorzugt hingewiesen wird, auch durch andere Kombinationen ersetzt werden kann, sofern bei der chemischen Reaktion ein gasförmiges oder dampfförmiges Reaktionsprodukt entsteht, das gefahrlos als Transportmedium für die entwickelte Wärme benutzt werden kann.

Vorteilhaft ist es, wenn der Kunststoffbehälter, der das chemische Heizelement umschließt, innen-und/oder außenseitig mit einem elastischem Schaumstoff ausgekleidet oder beschichtet ist, weil dann eine Wärmeisolierung erzielt wird und die Reaktionswärme zurückgehalten wird. Vorteilhaft wird der Kunststoffbehälter zylindrisch ausgestaltet und/oder auf dem Deckel außenseitig mit einer Metallfolie ausgerüstet, die Einsteckmarkierungen aufweist.

Eine hohe Wärmeisolation und Widerstandsfähigkeit des KunststoffhphSitfirp. wird erreicht, wenn dieser als Wickelkörper aus wenigstens zwei übereinander gewickelten und an den Rändern durch Klebung oder SChweißung verbundenen Tagen besteht.

Ein Ausführungsbeispiel des neuerungsgemäß ausgebildeten chemischen Heizelementes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansieht durch ein Ausführungsbeispiel des neuerungsgemäß ausgebildeten chemischen Heizelementes.

Fig. 2 zeigt eine teils geschnittene Seitenansicht des Heizelementes gemäß Fig. 1 beim Einstechen eines Domes.

Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht des neuerungsgemäß ausgebildeten Heizelementes im Zustand während der Wärmeabgabe .

Fig. 4 zeigt eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht nach beendeter Wärmeabgabe.

Fig. 5 zeigt eine teils geschnittene Seitenansicht einer mit dem Heizelement gemäß Fig. 1 bis ¹J beheizbaren Vorrichtung zum Erwärmen von Flaschen.

In den Fig. 1 bis ¹I ist ein chemisches Heizelement 1 gezeigt, bei dem in einem Kunststoffbehälter 2 granuliertes Calciumoxyd 3 und Wasser 4 getrennt voneinander aufgenommen sind. Das Wasser H befindet sich im oberen Bereich im Inneren des Kunststoffbehälters 2 und ist in einem flexiblen Kunststoff-

- 10 beutel 5 aufgenommen, der mechanisch stabil ausgebildet ist.

Der Kunststoffbehälter 2 mit dem in seinem unteren Bereich befindlichen granulierten Calciumoxyd 3 und dem im oberen Bereich angeordneten flexiblen Kunststoffbeutel 5, der das Waoser 4 umschließt, ist mit einem aufgesiegelten oder dicht aufgeschweißten Deckel 6 verschlossen. Dieser Deckel ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dreilagig ausgebildet. Er besteht aus zwei Kunststoffschichten 7 und 8 und einer oberen Metallfolie 9. Die Kunststoffschichten 7 und 8 besitzen unterschiedliche Dehnungs- oder Wärmeausdehnungseigenschaften. Für die eine Kunststoffschicht kann beispielsweise Polyäthylen und für die andere Polyvinylchlorid als Werkstoff verwendet werden. Die Metallfolie 9, welche den Deckel 6 nach oben hin abschließt, ist mit nicht gezeigten Einstechmarkierungen ausgerüstet. Diese Einstechmarkierungen dienen dazu, in der in Fig. 2 gezeigten Weise einen spitzen Gegenstand 10, beispielsweise eine Nadel, einen Einstechdorn oder dgl., durch den Deckel 6 hindurch in den Beutel 5 und durch diesen hindurch zu stoßen. Dadurch wird der Kunststoffbeutel 5 zerstört,und es fließt wasser 4 in das granulierte Calciumoxyd 3 hinein, wobei die thermische Reaktion einsetzt. Je nach Anwendungsfall können mehrere Löcher in gewählter Anzahl eingestochen werden. Dadurch, daß sich der Kunststoffbeutel 5 im oberen Bereich des Behälters 2 befindet, läuft das Wasser 4 unter Schwerkrafteinfluß in das granulierte Calciumoxyd 3 hinein und durchsetzt dieses gleichmäßig, so daß das gesamte Calciumoxyd mit Sicherheit

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an der chemischen Reaktion teilnimmt.

Die Aufgabe bzw. der Zweck der mehrlagigen Ausbildung des Deckels 6 ist aus der Fig. 3 und 4 erkennbar. Durch das Einstechen des spitzen Gegenstandes 10 entsteht im Deckel 6 oin Loch 11,das während des Aufheizvorganges, den die Fig. 3 darstellt, in der Metallfolie 9 und den beiden Kunststoffschichten 8 und 7 auch dann seine fluchtende Lage beibehält, wenn sich der Deckel β unter dem Einfluß der Volumenvergrößerung im Inneren des Kunststoffbehälters 2 in der gezeigten Weise nach oben auswölbt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der bei der Reaktion entstehende Wasserdampf 12_; der als Transportmedi':m für die entstehende Wärme benutzt wird, ungehindert aus dem Inneren des Kunststoffbehälters 2 entweichen kann.

Die Fig. *J zeigt den Zustand nach beendeter exothermer Reaktion. Durch die Abkühlung wirkt sich die unterschiedliche Wärmeausdehnung bzw. Dehnungsfähigkeit der Kunststoffschichten 7 und des Deckels 6 sowie auch der Metallschicht oder Metallfolie 9 aus. Die Löcher 11 in den einzelnen Schichten 7,8,9 verschieben sich nämlich bei der Abkühlung relativ zueinander so weit, daß (s.Pfeile zur Position 11 in Fig.U) das in Fig. 3 für den Austritt des Dampfes 12 offene Loch 11 verschlossen ist, weil die LöQher in den Schichten so weit zueinander versetat sind. Das im Inneren des Behälters 2 entstandene Reaktionsprodukt 13. nämlich Calciumhydroxyd, kann daher durch die eingestochenen

Löcher nicht mehr entweichen und *v_::^jd sicher im Bf.hälterinneren zurückgehalten.

Die Wandung des Behälters 2 kann durch besondere Maßnahmen mechanisch widerstandsfähig und wärmeisolierend ausgebildet werden* Diese Wärmeisolierung kann.jbeispielsweise durch innenseitige oder außenseitige Anordnung einer nicht gezeigten Schicht aus elastischem Schaumstoff, erreicht werden. Auch eine Ausbildung des Behälters 2 als Wickelkörper führt zu einem ähnlichen Ergebnis, wenn wenigstens zwei Lagen aufeinandergewickelt werden, um die Wandungen des Behälters 2 zu bilden und die Lagen dann an den Rändern miteinander verklebt oder verschweißt werden.

Die Nutzanwendung des chemischen Heizelementes 1 ist in der Fig. 5 gezeigt. Das Heizelement 1 ist in einer Heizvorrichtung 14 angeordnet, in welcher eine Flasche 15 aufgeheizt werden soll. In einem unteren Becher 16 befindet sich das chemische Heizelement 1. Ein erster Aufsatzteil 17 mit einem durchlochten Boden 18 dient mit diesem durchlochten Boden 18 als Standfläche für die Flasche 15· Umgeben wird diese Flasche vordem Aufsatzteil 17, der zusätzlich noch eine abnehmbare Kappe 19 besitzt. Das Heizelement 1 wird nach dem Einstechen der Löcher 11 in den unteren Teil 16 eingesetzt, und alsdann wird die Flasche mit dem Oberteil 17 aufgesetzt. Der aus dem Heizelement 1 entweichende Dampf 12 steigt in den oberen Raum hinein und

umspült die Flasche 15 allseitig. Es ergibt s^-h eine sshr große Berührungsfläche zwischen dem hocherhitzten Dampf und der Flasche 15, so daß eine gute Ausnutzung der durch den exothermen Reaktionsprozeß erzeugten Wärme gewährleistet ist und auch eine schnelle gefahrlose Aufheizung empfindlicher Güter erfolgt. Wenn die Heizvorrichtung I¹I aus einem Material, beispielsweise Kunststoff mit hohem Wärmeisolationsvermögen besteht, dann wird die Wärmeausnutzung noch wesentlich verbessert.

Claims

- 14 Schutzansprüche

-VIy Chemisches Heizelement zum Erhitzen von Speisen, Getränken ode· dgl.j bei dem in einem Gefäß zwei miteinander chemisch exotherm reagierende Stoffe, z.B. Calciumoxyd und Wasser, getrennt voneinander aufgenommen und durch Einwirkung von außen, etwa durch Zerstörung eines Beutels, der das Wasser aufnimmt, zur Einleitung der exothermen Reaktion miteinander ir Berührung überführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß als Kunststoffbehälter (2) ausgebildet ist, in dem der Beutel (5) mit Wasser (4) im oberen Bereich angeordnet und mittels eines spitzen Gegenstandes (10) zerstörbar ist,'der durch einen dicht mit dem I Behälter verbundenen Deckel (6) hindurch in den Beutel einstechbar ist, und daß der Deckel aus wenigstens zwei Kunststoff schichten (7₃8) mit unterschiedlicher Wärmedehnung besteht, bei dem die eingestochenen Löcher (11) während des Hochwölbens des Deckels beim Aufheizen in den einzelnen Schichten eine fluchtende Lage beibehalten, sich beim Abkühlen jedoch relativ zueinander verschieben und zur Vermeidung des Austretens von Reaktionsprodukten (13) schließen.
2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der festen Reaktionskomponente,z.B. dem Calciumoxyd (3), Zucker oder eine kolloide Substanz oder ein anderer Zusatz zur Beeinflussung der Reaktionszeit zugesetzt ist.
3. Heizelement nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Beutel (5) enthärtetes Wasser (4) enthält.
4. Heizelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dein im
Beutel (5) befindlichen Wasser (4) gefrierpunktsenkende
Substanzen zugesetzt sind.
5. Heizelement nach einem oder mehreren ?-ϊγ Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kunststoffbehälter (2) innen- und/oder außenseitig mit einem elastischen Schaumstoff ausgekleidet oder beschichtet ist.
6. Heizelement nach einem oder mehreren der Anspräche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der
Kunststoffbehälter (2) zylindrisch rusgebildet ist und/oder auf dem mehrschichtigen Deckel (6) außenseitig eine Metallfolie (9) mit Einstechmarkierungen aufweist.
7. Heizelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kunststoffbehälter (2) als Wickelkörper aus wenigstens zwei übereinander gewickelten und an den Rändern durch Klebung
oder Schweißung verbundenen Lagen besteht.
8. Heizelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumoxyd granuliert ist.