專利名稱：液體加熱件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及自加熱裝置，用來由放熱的化學反應實現(xiàn)加熱。
在技術(shù)上已經(jīng)知道通過放熱的化學反應產(chǎn)生熱量的緊湊的自加熱裝置。美國專利No.4397315公開了一種裝置，它有一個外封層和一個內(nèi)封層，外封層盛裝硫代硫酸鈉，而內(nèi)封層盛裝乙二醇。內(nèi)封層的壁可以刺破，使得每個封層的內(nèi)容物可以混合起來。美國專利No.5035230公開了一種加熱件，它有被一個易破碎的密封件分開的兩個腔室。在該加熱件的一個區(qū)域中設有涂有硅酸鈉的高錳酸鉀氧化劑，在另一個區(qū)域設有含水的乙二醇燃料。在使用該裝置時，使密封件泄漏，使得反應物彼此可以接觸。
也已經(jīng)知道由稀釋的熱量而不是由化學反應產(chǎn)生加熱或冷卻的裝置。美國專利No.3804077公開了一種加熱件，它在一個區(qū)域包含一種可以溶于水的化學物(例如氯化鈣)和用做膠凝劑的漿糊材料，并在另一個區(qū)域包含水。
本發(fā)明的一個方面涉及被分成含液體且不透過液體的區(qū)域的一次性的容器。本發(fā)明的另一方面涉及一種液體包括氧化劑，而另一種液體包括一種燃料，每種液體在分開的區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明的另一方面涉及在至少一個區(qū)域內(nèi)有一種非燃料的膠凝劑。
本發(fā)明的又一方面涉及設在包含氧化劑的區(qū)域與包含燃料的區(qū)域之間的分隔裝置。
本發(fā)明的概述本發(fā)明包括用于加熱的裝置和方法。按照本發(fā)明的裝置包括一次性的加熱裝置，它通過在特定的反應物之間的被減緩的放熱化學反應提供熱量。該加熱件包括一個被分成兩種類型區(qū)域的一次性的容器。第一類型區(qū)域包括一種氧化劑的液體，以及在必須或希望的情況下的一種溶劑。第二類型區(qū)域包括一種燃料的液體，以及在必須或希望的情況下的一種溶劑。在一種或兩種類型的區(qū)域中有一種非燃料的膠凝劑，它還未膠凝，但是可以活化，形成一種非燃料的凝膠。一個分隔裝置在兩種類型的區(qū)域之間?？梢圆僮髟摲指粞b置，或使它破損，以建立兩種類型的區(qū)域之間的連通。
當操作分隔裝置或使它破損時，在區(qū)域之間建立連通，從而使兩種液體并因此使氧化劑和燃料彼此接觸。這引發(fā)一個放熱的化學反應。使膠凝劑活化，以在加熱件內(nèi)快速地但不是瞬時地形成一種凝膠。
一般說來，本發(fā)明的特點是一種一次性的加熱裝置，它由一個一次性的容器構(gòu)成，它有兩種類型的一個或多個不透液體的區(qū)域。兩種類型的區(qū)域之一包含一種液體的氧化劑，而另一類型的區(qū)域包含一種燃料。非燃料的膠凝劑在至少一個區(qū)域中。在不同類型的區(qū)域之間有一個分隔裝置。此分隔裝置可以提供區(qū)域之間的連通，使得液體混合。這在容器中引發(fā)放熱化學反應和膠凝作用。快速地產(chǎn)生凝膠，減緩放熱的化學反應的速率。把所述膠凝劑的數(shù)量選擇成足夠快地產(chǎn)生所述凝膠，其速度快到足以防止所述放熱化學反應使容器的溫度超過一個預定的最高溫度。
在另一方面，放熱的化學反應引發(fā)膠凝作用。在另一方面，液體是含水的液體，造成在含水的環(huán)境中出現(xiàn)的所述化學反應。在另一方面，在含水的環(huán)境中的pH值的改變引發(fā)膠凝作用。
在另一方面，容器由可以經(jīng)受放熱的化學反應的材料制成。容器也可以由一個薄壁的封層制成，它適應于它的周圍環(huán)境的形狀，并且，容器也可以由高聚物材料制成。
在另一方面，氧化劑為堿金屬的高錳酸鹽，并可以與一種溶劑比如水混合。
在另一方面，燃料為一種聚羥基化合物，例如丙三醇，它也可以與一種溶劑比如水混合。
在又一方面，本發(fā)明的加熱裝置包括一種非燃料的膠凝劑，它包括一種無機化合物，并且，可以是堿金屬的硅酸鹽；氧化劑包括堿金屬的高錳酸鹽；燃料包括一種聚羥基化合物。
在本發(fā)明的另一方面，兩種類型中的每一種有幾個區(qū)域。
在本發(fā)明的另一方面，分隔裝置是一次使用的易碎薄膜。
在本發(fā)明的又一方面，放熱的化學反應是還原-氧化反應。
本發(fā)明也一般性地以一種加熱物體的方法為特點，此方法用上面描述的加熱件加熱物體。只需要使分隔裝置破損，使得在兩種類型區(qū)域中的液體可以混合，從而引發(fā)放熱的化學反應和膠凝作用，并加熱要加熱的物體。這些物體可以是食品或飲料，可以是人或動物手術(shù)對象的身體的一部分，或者是衣服或鞋襪物品。
與現(xiàn)有技術(shù)的加熱件相比，本發(fā)明的加熱件有幾個優(yōu)點。通過提供一種液體加熱件，本發(fā)明使得對溫度變化的控制可以與在溶劑中組份的初始溶解無關(guān)地來實現(xiàn)。那些在組份混合之前需要一種組份保持干燥的加熱件不能實現(xiàn)這樣的對溫度變化的控制。
本發(fā)明的加熱件在使用過程中保持它的形狀，這是因為兩種類型區(qū)域所占據(jù)的體積在使用過程中不改變。與某些其它自加熱的裝置相比，這是一個顯著的優(yōu)點，因為加熱件的形狀不需要連續(xù)地或周期地調(diào)節(jié)。例如，這對于外科應用或治療應用是有用的，在那些應用中例如身體的特定部分要被加熱。也設想在其它應用中這一優(yōu)點是明顯的，比如救援行動，在這種行動中希望溫暖受沖擊的受害者。
本發(fā)明的加熱件的產(chǎn)生熱的內(nèi)容物不會在重力的作用下落到該加熱件的底部。這意謂著在本發(fā)明的加熱件內(nèi)熱量的分布是均勻的，并且，不需要連續(xù)地揉捏此加熱件，來消除不均勻的熱分布。同樣，這一特點是有利的，例如，在外科應用和治療應用中是有利的。
本發(fā)明的加熱件的加熱時間相對較長。某些已知的裝置以下述原理為基礎(chǔ)，一旦化學反應物彼此接觸，反應就快速地發(fā)生。在短時間內(nèi)，反應的整個熱量施加到另外的裝置上。這些已知的裝置純粹作為熱量的發(fā)射體，直到所有熱量傳遞到環(huán)境為止。因為本質(zhì)上熱量會立即沉積，所以，對于給定的所使用的反應物和溶劑的數(shù)量，熱量在可能的最短時間內(nèi)釋放。在另一方面，本發(fā)明的加熱件在相對較長的時間內(nèi)產(chǎn)生熱量，這是因為由膠凝的溶液限制加熱件內(nèi)的反應物的擴散。
在本發(fā)明的加熱件的內(nèi)部的放熱反應完成時，加熱件沒有任何有毒的或環(huán)境不希望的反應物或反應產(chǎn)物。因此，可以安全地把容器丟棄在掩埋坑中，而對環(huán)境沒有任何危險。這與某些其它的自加熱裝置有鮮明的對比，那些裝置包括有毒的或環(huán)境不希望的副產(chǎn)品。
本發(fā)明的加熱件的制作相當簡單和便宜。某些已知的裝置需要復雜的顆粒涂布步驟，例如用硅酸鈉涂布氧化劑晶體以便減緩放熱的化學反應，在本發(fā)明的加熱件的制作中避免了這樣的步驟。
本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將由下面的詳細描述和由權(quán)利要求書看清楚。
附圖的簡要描述

圖1示出了本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施例之一的頂視平面圖，該裝置中每種類型有一個區(qū)域；圖2示出了本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施例之一的頂視平面圖，該裝置中一種給定的類型有多于一個的區(qū)域；圖3示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例之一的剖面圖，該裝置中每種類型有一個區(qū)域。
本發(fā)明的詳細描述按照本發(fā)明的加熱件包括在實體上分開的區(qū)域或腔室，它們包含液體，而液體包括化學反應物。因為這些件在所有區(qū)域中包含液體，所以，與其中一個區(qū)域包含一種粉末的加熱件不同，本發(fā)明的加熱件將被稱為"液體加熱件"。
參見圖1，示出了本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施例之一的頂視平面圖。加熱件1由一個容器構(gòu)成，它有一塊上薄片2和一塊下薄片(未畫出)。用邊緣密封件3、4、5和6把這些薄片在邊緣密封起來。最好把這些邊緣密封件做成使得它們不容易被顧客打開。由該加熱件1的一個邊緣密封件到另一個邊緣密封件設置了一個分隔裝置7，這樣，把加熱件1分成兩個區(qū)域8和9。最好把該分隔裝置做成可以容易地被顧客破損。
也可以設想該裝置的另外的實施例。例如，可以有多于一個的可破損的密封件，形成被分成多于兩個區(qū)域的裝置。在圖2中示出了這樣的裝置，該圖示出了加熱件11，它由一個容器構(gòu)成，此容器有一塊上薄片12和一塊下薄片(未畫出)。用邊緣密封件13、14、15和16把這些薄片在邊緣密封起來。最好把這些邊緣密封件做成使得它們不容易被顧客打開。由該加熱件11的一個邊緣密封件到另一個邊緣密封件設置了一對分隔裝置17和18，這樣，把加熱件11分成三個區(qū)域19、20和21。最好把該分隔裝置做成可以容易地被顧客破損的。
圖3示出了圖1所示實施例的剖面圖，它包括有下薄片10。
在一方面，本發(fā)明提供了自加熱的一次性液體加熱件，它對于多種醫(yī)學上的應用和治療的應用有用，并對加熱物品有用，例如加熱食物或飲料的容器。在另一方面，本發(fā)明提供了一種用一個自加熱的一次性液體加熱件來加熱物品(例如食物或飲料、衣服、鞋襪)方法。在另一方面，本發(fā)明提供了一種裝置，它對于溫暖人或動物的手術(shù)對象有用。本發(fā)明的加熱件也適用于人體或動物體的治療應用。在另一方面，本發(fā)明提供了一種裝置，它對于人體或動物體由低溫的恢復有用。
本發(fā)明的一次性液體加熱件的運行原理是在一對化學實體之間反應的熱量的釋放。在優(yōu)選實施例中，放熱化學反應是在氧化劑與還原劑彼此接觸時導致的一種氧化/還原反應。需要兩個相適應的化學實體，它們其中一個用做氧化劑，而另一個用做燃料(還原劑)。在美國專利No.50350230(下面簡稱為"’230專利")中公開了采用氧化/還原反應的加熱件，在這里把該專利整個地結(jié)合進來作為參考?！?30專利的裝置有兩個分開的區(qū)域。一個區(qū)域包含一種干的反應物，短的圓柱包括在硅酸鈉粘接劑內(nèi)的高錳酸鉀晶體。另一個區(qū)域包含乙二醇/水溶液。例如用一個可破損的密封件把兩個區(qū)域分開。當把兩個區(qū)域之間的密封件刺破時，燃料溶液流到氧化劑小丸上，并出現(xiàn)反應。粘接劑使得反應的速率減緩，從而使熱的產(chǎn)生速率減緩，這是由于隨著粘接劑的溶解，它使氧化劑選擇性地暴露給燃料。
許多氧化劑可以在與一種相應的燃料反應時產(chǎn)生適用的能量。典型的氧化劑包括錳和鉻的氧化物的堿金屬鹽。這包括像高錳酸鉀和鉻酸鉀的化合物。其它適用的氧化劑是雙鉻酸砒啶、四氧化釕和鉻酸，以及熟悉本技術(shù)的人士知道的許多其它的氧化劑。最好，用于本發(fā)明的加熱件的氧化劑包括堿金屬的高錳酸鹽。
有機化合物是相應的燃料，發(fā)現(xiàn)它們適用于在本發(fā)明的裝置和方法中采用的放熱的化學反應。特別好地適用的有機化合物是酒精。這里描述的氧化劑容易把酒精氧化成包含羥基的化合物。用于本發(fā)明的酒精最好主要是乙醇，并最好是多元醇，它們包含至少兩個羥基團。這樣的多元醇也容易被氧化成醛和羧酸。多元醇的氧化和氧化劑的同時還原伴隨著大量熱能的釋放。用于本發(fā)明的加熱件的優(yōu)選實施例之一的優(yōu)選的燃料是丙三醇。
在本發(fā)明的加熱件中使用的燃料和氧化劑必須是互補的。對于這些組份的適當?shù)倪x擇可以是能夠提供如在這里指出的本發(fā)明的所希望的特點的任何組合，它們也滿足政府的安全標準，并且是緊湊的。對于大多數(shù)應用來說，在由于偶然或其它原因出現(xiàn)任何排放物進入環(huán)境的情況下，氧化劑和燃料應該符合現(xiàn)用的政府標準。在優(yōu)選實施例之一中，氧化劑包括高錳酸鉀，而燃料包括丙三醇。
使用化學反應用于產(chǎn)生熱出現(xiàn)嚴重的困難。氧化劑本身可能有高的活性，并且，如果沒有足夠的防護，可能引起燃燒。對于典型的應用能夠產(chǎn)生所需要數(shù)量的熱量的加熱件的放熱反應如果不減緩，會導致熱量非?？斓漠a(chǎn)生，引起溫度過分的提高，這可能是一個難以避免的缺點。熱量的快速產(chǎn)生對于許多應用來說不是最希望的加熱方式，并且，可能是有害的。
由于這些困難，減緩在加熱件中熱量的產(chǎn)生是重要的。相信未被減緩的反應的速率僅只由混合的液體中的反應物彼此擴散的速率限制，使得反應物的濃度直接與反應速率有關(guān)。我們通過控制氧化劑與燃料的接觸減緩熱量的產(chǎn)生。這可用兩種方式實現(xiàn)。
在本發(fā)明的裝置中調(diào)節(jié)熱量產(chǎn)生的速率的一種方式是在溶劑中稀釋反應物，從而限制氧化劑與燃料的接觸。氧化劑或燃料在溶劑中的稀釋都會降低整個反應的速率，并降低最高溫度。稀釋也增加了產(chǎn)生熱量的時間長度，這是由于溶劑被加熱的原故。
對于本發(fā)明的裝置，溶劑可以是任何同時可以溶解氧化劑和燃料的物質(zhì)。對于無機的氧化劑，例如堿金屬的高錳酸鉀鹽，和對于如在這里所描述的聚羥基燃料，優(yōu)選的溶劑是水。在本發(fā)明中水也作為一種極好的傳熱介質(zhì)。在本發(fā)明使用的水可以是自來水，但是，最好使用質(zhì)量可控的水，比如蒸餾水或去離子水。用于本發(fā)明的最優(yōu)選的類型的水是去離子水。
我們調(diào)節(jié)本發(fā)明的裝置所產(chǎn)生的熱量的速率的另一種重要的方式是提供一種提高有效粘度的環(huán)境，從而使氧化劑和燃料朝向彼此擴散發(fā)生得比在粘度較低的溶液中可能的更慢。我們發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的裝置可以設有一種非燃料的膠凝劑，只在出現(xiàn)兩個區(qū)域之間的連通時，它才會活化，產(chǎn)生一種非燃料的凝膠。這實現(xiàn)了減緩反應物朝向彼此擴散的速率的目的，同時不妨礙它們總體的混合，因此，提供了一種裝置，使放熱反應以選擇性的適當?shù)販p緩了的速率傳播，而不會產(chǎn)生加熱區(qū)域和未加熱區(qū)域。同樣也獲得了其它一些好處。特別是，在凝膠產(chǎn)生之前，初始的反應速率很高。這使得在凝膠減緩反應速率之前，在初始階段，溫度快速地升高?？梢园涯z凝劑或者放在包括氧化劑的第一類區(qū)域中，或者放在包括燃料的第二類區(qū)域中。在優(yōu)選實施例之一中，在裝有燃料的容器的區(qū)域中包括膠凝劑。在使用之后，或在兩種類型的區(qū)域之間的分隔裝置破損，并且，接著建立了它們之間的連通之后，氧化劑可以與燃料和膠凝劑接觸。
優(yōu)選的膠凝劑是那些只在裝置活化的條件下才會形成凝膠的物質(zhì)。加熱件容器的內(nèi)容物過早的膠凝作用將限制容器適應被加熱物體的形狀的能力。過早的膠凝作用也會過分地限制反應的進行，使得某些燃料實際上不能用來與氧化劑反應。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，放熱的化學反應和膠凝作用基本上同時開始。
用于本發(fā)明的膠凝劑是非燃料。它們可以是無機的膠凝劑。有機的膠凝劑傾向于用做對于氧化劑的燃料，從而被破壞，消除了在本發(fā)明中希望的膠凝作用。因此，對用于本發(fā)明的加熱件中的膠凝劑的一個一般要求是，它們不是對于化學反應的燃料。適用的無機膠凝劑是金屬氧化物，或者是金屬氧化物的堿金屬的鹽。這包括氧化鋅、氧化錫、氧化鈦、氧化鋯以及硅酸鹽和鋁酸鹽。我們發(fā)現(xiàn)包括硅酸鹽的無機膠凝劑給出適當?shù)慕Y(jié)果。優(yōu)選的無機膠凝劑是那些可以溶解在一種溶劑一般為一種無機溶劑比如水中的物質(zhì)。希望的是，硅酸鹽可以在可能被選擇用于容器的任何區(qū)域的溶劑中溶解。當溶劑是水時，一個優(yōu)選實施例使用硅酸鈉，比如硅酸鈉溶液(Na2SiO3)，比如可以由J.T.Baker(貨號No.3877-01)或Aldrich化學有限公司(貨號No.33844-3)獲得。
在本發(fā)明中，在包含氧化劑的區(qū)域與包含燃料的區(qū)域之間實現(xiàn)連通使加熱件的內(nèi)容物的膠凝作用開始。放熱化學反應本身可以引發(fā)膠凝劑的膠凝作用。盡管不希望受任何特定的理論束縛，我們相信在聚羥基燃料被無機氧化劑氧化的條件下，水環(huán)境的pH值降到酸性值范圍。我們相信該pH值的這一降低觸發(fā)了無機膠凝劑比如硅酸鈉轉(zhuǎn)變成一種凝膠，從而在本發(fā)明的加熱件中產(chǎn)生所希望的膠凝作用。關(guān)于膠凝技術(shù)的詳細資料可以在例如科學刊物比如Livage,J.等人，Prog.Solid St.Chem.,18:259(1988)中找到，在這里把該文整體地結(jié)合進來作為參考。
如上面所描述的那樣，包含氧化劑的區(qū)域與包含燃料的區(qū)域之間的連通將引發(fā)放熱的化學反應。該放熱的化學反應使加熱件的內(nèi)部的溫度升高。穿過加熱件中的液體介質(zhì)的對流把熱量傳導到該裝置的外表面，在那里，熱量被進一步傳導到其它物體，按照具體的應用，加熱件可以用于這些物體。加熱件的一個特點是，達到在該加熱件的表面測量的一個運行溫度。該運行溫度與氧化劑和燃料的濃度直接有關(guān)，并且，可以被凝膠的形成減緩，如在這里描述過的那樣。這樣，通過改變氧化劑、燃料和膠凝劑的濃度，可以把加熱件的運行溫度調(diào)節(jié)到一個所希望的溫度。為了對一種特定的應用選擇適用的濃度，只需要作例行試驗。適用的運行溫度可以由高于周圍溫度大約20華氏度到高于周圍溫度大約120華氏度。
為了產(chǎn)生在本發(fā)明的加熱件所希望的減緩效果，要求膠凝作用有某種功能特點。膠凝作用必須在足以防止放熱化學反應使加熱件的運行溫度升高到一個預定的最高溫度(Tmax)以上的一段時間內(nèi)出現(xiàn)。該Tmax將在加熱件的運行溫度以上。對于設想的應用中使用，對于本發(fā)明的加熱件的Tmax在該加熱件的所希望的運行溫度以上大約1華氏度到大約50華氏度。此預定的最高溫度將取決于使用加熱件的特定應用?？梢钥紤]到使用者的舒服和安全、容器的整體性或者對于熟悉本技術(shù)的人士是顯然的關(guān)于加熱食品或飲料的其它因素。要把膠凝劑的最小濃度選擇成使得在加熱件中發(fā)生足夠的膠凝作用，因為是通過形成凝膠實現(xiàn)放熱的化學反應的減緩。
通常，較高濃度的膠凝劑可能更快地產(chǎn)生凝膠。在本發(fā)明的加熱件的兩個區(qū)域之間建立連通之后需要形成凝膠的時間長度被稱為膠凝時間。凝膠形成得越快，它防止加熱件的內(nèi)部的溫度超過所容許的Tmax的效能越大。
對本技術(shù)熟悉的人士將可以容易地確定將在足夠快的時間造成足夠的膠凝作用防止該裝置的溫度超過對于一個給定的應用適當?shù)腡max的膠凝劑的濃度。
在一個優(yōu)選實施例中，在反應混合物中將有過量的燃料，以確保燃料能夠連續(xù)地暴露給氧化劑。這也確保在氧化劑的反應完成的條件下，在容器中沒有可溶解的有毒的殘余物。這一特點使得可以把容器丟棄在一個掩埋坑中。
為了引發(fā)放熱的化學反應，必須使燃料與氧化劑彼此接觸。在本發(fā)明中，這最好通過打開、選擇性地穿孔、刺破或其它方式破損包含氧化劑與包含燃料/膠凝劑的區(qū)域之間的分隔裝置實現(xiàn)，從而使氧化反應的兩部分彼此接觸。在一個優(yōu)選實施例中，把氧化劑輸送進包含燃料的區(qū)域內(nèi)，使得與燃料接觸。然而，也可以設想把燃料輸送進包含氧化劑的區(qū)域中。任何一個區(qū)域可以包含膠凝劑。最好，分隔裝置包括的材料當用手使容器變形時會把它刺破、穿孔或破損。在包括多于一對容器區(qū)域的實施例中，設想本發(fā)明的加熱件包括數(shù)量適當增加的分隔裝置，從而使得在每種類型區(qū)域之間可以建立連通，足以提供所要求的熱量。在僅只采用一對區(qū)域的實施例中，也可以采用多個分隔裝置。本發(fā)明不受加熱件中區(qū)域的并列或構(gòu)形限制。
在分隔裝置上的壓力或沿著分隔裝置的壓力選擇性地刺破分隔裝置、使分隔裝置穿孔或用其它方式使它破損，同時留下容器的外表面，以及包圍容器和氧化劑和燃料/膠凝劑區(qū)域的表面不動。分隔裝置可以由許多功能構(gòu)形中任何一個構(gòu)成。在一個優(yōu)選實施例中，分隔裝置包括在包含氧化劑的區(qū)域與包含燃料的區(qū)域之間伸展的一個易碎的或變?nèi)醯谋?，它可以用手分開的，從而使該分隔裝置破損。在另一優(yōu)選實施例中，可以通過使用拉片使分隔裝置破損。當拉動時，該拉片使分隔裝置破損，在氧化劑區(qū)域與燃料/膠凝劑區(qū)域之間實現(xiàn)連通。在一個不太優(yōu)選的實施例中，分隔裝置包括帶有一個止動件的孔，當對該止動件施加壓力時，它可以移動。通過該分隔裝置再次出現(xiàn)連通。我們最優(yōu)選的是分隔裝置包括有變?nèi)趸蜃儽〉膮^(qū)域的壁，當對這些區(qū)域施加壓力時，它們會刺破。在另一實施例中，分隔裝置可以包括有多個穿孔的壁，這些穿孔在施加的壓力作用下會刺破，并使燃料/膠凝劑暴露給氧化劑。分隔裝置同樣可以由可移動的盤或帽蓋構(gòu)成，可以刺破或用其它方式破損，或者是一個閥門，比如一個易碎的閥門。
另外，可以把分隔裝置的構(gòu)形做成當該分隔裝置經(jīng)受外部壓力時，它形成一個或最好多個裂縫或狹縫。這些裂縫可以由該分隔裝置的邊緣或周邊向里伸展，或者，它們可以位于分隔裝置的邊緣或周邊的中間。然而，在本發(fā)明中可以使用任何適當?shù)难b置使分隔裝置破損。對本技術(shù)熟悉的人士將會承認其它可能的改型。
容器最好包括一種可變形的材料，它不會受到氧化劑或燃料/膠凝劑，或者被選擇用于個別區(qū)域的任何溶劑有害的影響，并且，它可以經(jīng)受所達到的溫度。這樣的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯(比如MYLAR，可以由杜邦公司得到的薄膜)、鋁、鍍鋁的高聚物薄膜，以及其它傳統(tǒng)的塑料或其它適用于盛裝加熱的液體的包裝材料，比如橡膠、乙烯樹脂、涂有乙烯樹脂的織物和聚乙烯。已發(fā)現(xiàn)使用清潔的乙烯樹脂，大約0.02毫米到大約0.1毫米的厚度是令人滿意的。
可以由薄的可變形的傳熱材料做成容器，此材料包括一個上層和一個下層，在邊緣把它們粘接在一起，以形成氣密封的基本上平面的封層。在一個優(yōu)選實施例中，此導熱材料為一種金屬薄膜，比如基本上由鋁或銅構(gòu)成的，或者鍍有金屬的塑料薄膜，比如鍍鋁的聚酯，例如MYLAR。可以用任何適當?shù)难b置把材料的邊緣連接在一起，例如錫焊、熱密封、超聲焊接、溶劑焊接、折疊焊接或使用粘接劑。
在制作該加熱件的過程中，容器最好在每個區(qū)域包括一個打開端或打開側(cè)面，用來分別引進燃料/膠凝劑和氧化劑?？梢栽谝M這些物質(zhì)之前，把其它側(cè)面或邊緣密封起來。在把燃料/膠凝劑和氧化劑添加到容器中之后，把打開的側(cè)面密封起來，使得容器對流體和空氣是密封的。容器的尺寸和形狀，以及在容器內(nèi)區(qū)域的并列和構(gòu)形將按照使用它的應用而改變。因此，為了適當?shù)亟M裝加熱件，可能需要另外的組裝步驟。例如，一種類型的區(qū)域可能必須在裝載另一種類型的區(qū)域之前進行密封，例如在區(qū)域的環(huán)形設置中。也可以采用區(qū)域的重疊設置。本發(fā)明不受在容器內(nèi)區(qū)域的設置限制。
在組裝之后和在使用它之前，加熱件處于靜止狀態(tài)，在一次使用之后，最好可以丟棄該加熱件。在本發(fā)明的另一實施例中，為用于本發(fā)明的加熱件設想了多個氧化劑區(qū)域和/或燃料/膠凝劑區(qū)域。如前面所提到過的那樣，在這些實施例中，同樣在只有一對區(qū)域的實施例中，可以使用多于一個分隔裝置。
本發(fā)明的加熱件可以適宜于在手術(shù)應用中使用，比如在人或動物的外科手術(shù)中使用。在手術(shù)過程中，核心本體的溫度常常降低到不希望的溫度?？梢匀菀椎厥褂帽景l(fā)明的加熱件使病人變溫暖。對于這些和其它應用，加熱件最好包括一個緊固裝置，它使得可以把該加熱件初始定位，例如定位在肢體上。接著，可以啟動該裝置，而不用進一步的位置調(diào)整。適當?shù)木o固裝置包括窄帶、粘接膠帶或可再用的窄帶，比如VELCRO窄帶。如果把加熱件設計成一個套筒，把它的尺寸做成可以圍繞著一個肢體比如人、馬、狗或任何其它要進行手術(shù)的動物的腿，可能是這些外科應用希望實現(xiàn)的?；蛘?，可能要把平的加熱件插進一個織物套筒或纏繞物內(nèi)。希望的是，該套筒的直徑是可調(diào)節(jié)的，使得可以在不同的病人上使用相同的套筒。另外，把加熱件設計成一塊板，使得可以加熱范圍廣泛的身體表面，比如人體或動物的后背或胸部。
本發(fā)明的加熱件可能適宜于在治療應用中使用，并適宜于在治療應用中使用。許多類型的傷痛最希望通過施加熱量進行處理。這包括肌肉和韌帶的拉傷和扭傷，以及像風濕病、關(guān)節(jié)炎和類似病的折磨。加熱件的這些應用也可能需要把該加熱件的式樣做成套筒或一塊板，并且，包括緊固裝置，比如上面描述過的那些緊固裝置。
本發(fā)明的加熱件也可以在遠距離的荒野區(qū)域為了郊游的目的找到用途，或在任何區(qū)域的救援行動中找到應用，在那些情況下，需要緊湊的自加熱的裝置。加熱件可以用于溫暖受沖擊的受害者，或處理或防止凍傷。例如，也可以把該加熱件設計成加熱食品或者鞋襪。在這些應用中，可以把加熱件設計成有用于這些應用的適當形狀。
本發(fā)明的特點也包括用一種自加熱的一次性液體加熱件加熱物體的一種方法。此方法包括提供一種加熱件，比如上面描述的加熱件，通過使分隔裝置破損激活該加熱件，以及隨后產(chǎn)生放熱的反應和膠凝作用，從而在加熱物體方面產(chǎn)生實際的應用。在某些實施例中，加熱件可以與被加熱的物質(zhì)的容器成為一體，比如食品或飲料的容器。在另一實施例中，可簡單地把加熱件添加到被加熱物體上，或者適宜于裝配到被加熱的物體上。
在下面的示例中將進一步描述本發(fā)明，這些示例不限制在權(quán)利要求書中描述的本發(fā)明的范圍。
示例下面的示例是本發(fā)明的某些特別實施例的說明，并對本發(fā)明的性能特點是說明性的。
示例1與手術(shù)恢復再加熱裝置一起使用加熱件與手術(shù)恢復再加熱裝置一起使用加熱件包括下列組成部分25克精細地分開的USP級高錳酸鉀、15毫升硅酸鈉溶液(41度Baume’)、60毫升丙三醇以及806毫升去離子水。制備一個乙烯樹脂容器，大約12英寸乘13英寸，當填充和密封時該容器的厚度比它的其它尺寸要明顯地薄。該容器有一個用于氧化劑(高錳酸鉀)的區(qū)域、兩個燃料(丙三醇)區(qū)域以及在氧化劑區(qū)域與每個燃料區(qū)域之間的易碎的密封件。在氧化劑區(qū)域中包括膠凝劑(硅酸鈉溶液)。通過幾次試驗確定水在區(qū)域之間的適當分布，下述分配可以很好地工作。單一的氧化劑/膠凝劑區(qū)域包含746毫升水和所有的氧化劑和膠凝劑，兩個燃料區(qū)域中的每個包含30毫升水和30毫升丙三醇。把容器密封起來，然后，已經(jīng)可以使用。
在通過使易碎的密封件破損激活加熱件時，加熱件達到高于周圍溫度38華氏度的運行溫度。此運行溫度將保持大約30分鐘，此后，在60分鐘的時間內(nèi)，該裝置冷卻回到周圍溫度。
我們已經(jīng)成功地試驗了本發(fā)明的加熱件用于其它應用的其它實施例。對于人體治療，設計和生產(chǎn)了一種較小的加熱件(大約6.5英寸乘8英寸)。對于這一加熱件，組成部分是11克高錳酸鉀、11毫升硅酸鈉溶液(41度Baume’)、32毫升丙三醇以及175毫升去離子水。在此實施例中，容器有一個單一的氧化劑區(qū)域和一個單一的燃料區(qū)域。在此實施例中，膠凝劑包括在燃料區(qū)域中。在此包括Surlyn的具體的加熱件中，薄膜材料可以由杜邦公司獲得，且相信該材料是一種離子交換聚合物，作為易碎的密封材料，發(fā)現(xiàn)與氧化劑一起包括膠凝劑的替代方案會使此特定的密封材料降解。當然，其它密封材料和設置是可能的。在使用時，此加熱件獲得高于周圍溫度70華氏度的運行溫度。
設計和生產(chǎn)了加熱件的另一實施例，用于獸醫(yī)的應用。此容器也是大約6.5英寸乘8英寸，對于氧化劑和燃料都有單一的區(qū)域。此加熱件的組成部分是16克高錳酸鉀、12毫升硅酸鈉溶液、36毫升丙三醇以及177毫升去離子水。
此加熱件獲得高于周圍溫度90華氏度的運行溫度。當比較有相同重量的水的此加熱件的性能時，我們發(fā)現(xiàn)，在30分鐘期間內(nèi)，此加熱件由周圍溫度以上88華氏度降低到周圍溫度以上63華氏度，溫度降低了25華氏度。水的溫度由周圍溫度以上88華氏度降低到周圍溫度以上47華氏度，溫度降低了4l華氏度。因此，本發(fā)明的加熱件提供了持續(xù)長時間加熱性能，與有相等重量水的加熱件相比，它是優(yōu)良的。
示例2被激活的加熱件溶液對胖頭魚(Fathead Minnow)(Pimephales Promelas)的劇烈毒性按照美國試驗和材料學會("ASTM")的標準步驟，按照環(huán)境保護署("EPA")的規(guī)定，進行了先前被激活的加熱件的內(nèi)容物的劇烈毒性的研究。在ASTM代號E729-88a(對于用魚，大型無脊椎動物(Macroinvertebrates)和兩棲動物(Amphibians)進行劇烈毒性試驗的標準指南，1988)中詳細敘述了這些檢驗。通常，檢驗在19升玻璃廣口瓶中進行，瓶中包含15升檢驗溶液和10條胖頭魚。把三種先前被激活的加熱件內(nèi)容物的稀釋液和一種控制溶液倒進玻璃廣口瓶。稀釋對應于每升試驗溶液有1,100和1000毫克先前被激活的加熱件內(nèi)容物。在試驗96小時之后，在任何玻璃廣口瓶中沒有任何死亡。這一檢驗證明用過的加熱件的非毒性，以及它們適宜于丟棄在掩埋設施中。
其它實施例應該理解到，盡管結(jié)合它的詳細的描述已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是，上面的描述企圖說明本發(fā)明的范圍，而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書的范圍確定。其它方面、優(yōu)點和改進包括在下面的權(quán)利要求書的范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種一次性的加熱裝置，它包括一個一次性的容器，它有第一類型的至少一個不透液體的區(qū)域和第二類型的至少一個不透液體的區(qū)域；第一種液體包括在第一類型的至少一個區(qū)域中的氧化劑；第二種液體包括在第二類型的至少一個區(qū)域中的燃料；在至少一個區(qū)域中的非燃料的膠凝劑；以及設在第一類型的至少一個區(qū)域與第二類型的至少一個區(qū)域之間的一個分隔裝置，該分隔裝置可以提供區(qū)域之間的連通操作；其中，區(qū)域之間的連通使得其中的液體混合，并引發(fā)放熱化學反應，在所述容器中產(chǎn)生熱；其中，區(qū)域之間的連通引發(fā)在所述容器中的所述膠凝劑的膠凝作用，以在所述容器中產(chǎn)生一種非燃料的凝膠，它減緩所述化學反應的速率；以及其中，所述膠凝劑的數(shù)量足以產(chǎn)生所述凝膠，其速度快到足以防止所述放熱化學反應使容器內(nèi)的溫度超過一個預定的最高溫度。
2．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其特征在于，放熱的化學反應引發(fā)膠凝作用。
3．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其特征在于，第一和第二種液體中至少一種是含水的液體，造成在含水的環(huán)境中出現(xiàn)的所述化學反應。
4．按照權(quán)利要求3中所述的加熱裝置，其特征在于，在含水的環(huán)境中pH值的改變引發(fā)膠凝作用。
5．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其特征在于，容器包括可以經(jīng)受放熱的化學反應的材料。
6．按照權(quán)利要求5中所述的加熱裝置，其特征在于，容器包括一個薄壁的封層，它適應于它的周圍環(huán)境的形狀。
7．按照權(quán)利要求6中所述的加熱裝置，其特征在于，容器包括高聚物材料。
8．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其特征在于，氧化劑包括堿金屬的高錳酸鹽。
9．按照權(quán)利要求8中所述的加熱裝置，其特征在于，堿金屬的高錳酸鹽與一種溶劑混合。
10．按照權(quán)利要求9中所述的加熱裝置，其特征在于，溶劑是水。
11．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其特征在于，燃料為一種聚羥基化合物。
12．按照權(quán)利要求11中所述的加熱裝置，其特征在于，聚羥基化合物包括丙三醇。
13．按照權(quán)利要求12中所述的加熱裝置，其特征在于，丙三醇與一種溶劑混合。
14．按照權(quán)利要求13中所述的加熱裝置，其特征在于，溶劑是水。
15．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其特征在于，非燃料的膠凝劑是無機化合物。
16．按照權(quán)利要求15中所述的加熱裝置，其特征在于，無機化合物是堿金屬的硅酸鹽。
17．按照權(quán)利要求16中所述的加熱裝置，其特征在于，氧化劑包括堿金屬的高錳酸鹽。
18．按照權(quán)利要求17中所述的加熱裝置，其特征在于，燃料包括一種聚羥基化合物。
19．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其還包括第一類型的多個區(qū)域和第二類型的多個區(qū)域。
20．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其特征在于，分隔裝置是一次使用的易碎薄膜。
21．按照權(quán)利要求1中所述的加熱裝置，其特征在于，放熱的化學反應是還原-氧化反應。
22．一種一次性的加熱裝置，它包括一個一次性的容器，它有第一類型的至少一個不透液體的區(qū)域和第二類型的至少一個不透液體的區(qū)域；在第一類型的至少一個區(qū)域中的包括高錳酸鉀的一種液體；在第二類型的至少一個區(qū)域中的包括丙三醇的一種液體；在至少一個區(qū)域中的硅酸鈉溶液；以及設在第一類型的至少一個區(qū)域與第二類型的至少一個區(qū)域之間的一個分隔裝置，該分隔裝置可以提供區(qū)域之間的連通操作；其中，區(qū)域之間的連通使得其中的液體混合，并引發(fā)放熱化學反應，在所述容器中產(chǎn)生熱，其中，區(qū)域之間的連通引發(fā)在所述容器中的所述膠凝劑的膠凝作用，在所述容器中產(chǎn)生一種非燃料的凝膠，它減緩所述化學反應的速率；以及其中，所述膠凝劑的數(shù)量足以產(chǎn)生所述凝膠，其速度快到足以防止所述放熱化學反應使容器內(nèi)的溫度超過一個預定的最高溫度。
23．按照權(quán)利要求22中所述的加熱裝置，其特征在于，分隔裝置是一次使用的易碎薄膜。
24．一種加熱物體的方法，它包括下列步驟a)提供與要加熱的物體接觸的一個加熱裝置，所述加熱裝置包括1)一個容器，它有第一類型的至少一個不透液體的區(qū)域和第二類型的至少一個不透液體的區(qū)域；2)在第一類型的至少一個區(qū)域中包括氧化劑的一種液體；3)在第二類型的至少一個區(qū)域中包括燃料的一種液體；4)在至少一個區(qū)域中的一種非燃料的膠凝劑；以及5)設在第一類型的至少一個區(qū)域與第二類型的至少一個區(qū)域之間的一個分隔裝置，該分隔裝置可以提供區(qū)域之間的連通操作；其中，區(qū)域之間的連通使得其中的液體混合，并引發(fā)放熱化學反應，以在所述容器中產(chǎn)生熱，其中，區(qū)域之間的連通引發(fā)在所述容器中的所述膠凝劑的膠凝作用，以在所述容器中產(chǎn)生一種非燃料的凝膠，它減緩所述化學反應的速率；其中，所述膠凝劑的數(shù)量足以產(chǎn)生所述凝膠，其速度快到足以防止所述放熱化學反應使容器內(nèi)的溫度超過一個預定的最高溫度；以及b)使分隔裝置破損，使得區(qū)域之間可以接觸，從而引發(fā)放熱的化學反應和膠凝作用。
25．按照權(quán)利要求24中所述的方法，其特征在于，被加熱的物體是食品或飲料。
26．按照權(quán)利要求24中所述的方法，其特征在于，被加熱的物體是人或動物手術(shù)對象的身體的一部分。
27．按照權(quán)利要求24中所述的方法，其特征在于，被加熱的物體是衣服或鞋襪物品。
全文摘要
一種自加熱的一次性液體加熱件(1、11),它利用放熱的化學反應。通過使用一種膠凝劑使反應減緩,膠凝劑也使得加熱件有結(jié)構(gòu)上的剛硬度。
文檔編號A47J36/28GK1299458SQ9980492
公開日2001年6月13日 申請日期1999年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月11日
發(fā)明者M·W·薩賓, C·M·薩賓, B·J·古爾里諾 申請人:坦普拉技術(shù)公司