самонагревающаяся упаковка

Формула изобретения

1. Самонагревающаяся упаковка, содержащая корпус с боковой стенкой и дном, герметичный контейнер с хранимым пищевым продуктом, замкнутую камеру, заполненную водой, активатор в виде гибкой ленты, первый крайний участок которой связан с замкнутой камерой, а второй крайний участок гибкой ленты выведен наружу, и теплогенерирующий материал, при этом контейнер частично размещен внутри корпуса с образованием реакционного отсека между дном контейнера и дном корпуса, отличающаяся тем, что контейнер выполнен с выступающим наружу кольцевым буртиком, верхний участок боковой стенки корпуса выполнен плотно охватывающим по всему своему внутреннему периметру упомянутый выше кольцевой буртик, при этом на боковой стенке корпуса ниже упомянутого выше верхнего его участка выполнены складки с обеспечением образования расположенных в чередующейся последовательности по окружности закрытых сверху и сообщающихся снизу с полостью реакционного отсека каналов и участков внутренней поверхности боковой стенки корпуса, имеющих удлиненную форму и плотно прилегающих к расположенным напротив них участкам внешней поверхности боковой стенки контейнера, замкнутая камера выполнена удлиненной формы из эластичного материала и размещена в реакционном отсеке, полость которого, по крайней мере частично, заполнена также теплогенерирующим материалом в виде однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве одной части на 1,3-1,5 вес. ч. окиси кальция, первый крайний участок гибкой ленты выполнен в виде охватывающей поперек замкнутую камеру петли, затягивающейся при приложении пользователем тянущего усилия ко второму крайнему участку, который пропущен сначала через один из упомянутых выше каналов и выведен наружу через отверстие, выполненное в боковой стенке корпуса на участке, расположенном не ниже верхнего закрытого конца соответствующего канала.

2. Упаковка по п.1, отличающаяся тем, что на охватывающем замкнутую камеру первом крайнем участке гибкой ленты выполнена продольная прорезь, а вблизи конца этого же участка гибкой ленты выполнены расположенные напротив друг друга выемки, расстояние между которыми не превышает ширины прорези, при этом конец первого крайнего участка гибкой ленты пропущен через прорезь так, что участок гибкой ленты, расположенный между выемками, размещен с возможностью продольного перемещения в продольной прорези.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к герметичным контейнерам (металлическим или стеклянным консервным банкам), которые снабжены средствами для нагрева перед употреблением находящегося в них пищевого продукта до требуемой температуры в результате протекания экзотермической химической реакции.

Из достигнутого уровня техники известно, что экзотермическая химическая реакция взаимодействия окиси кальция с водой широко используется для получения тепловой энергии, предназначенной для нагрева пищевых продуктов перед их употреблением (см., например, патент US-A - №4867131, 1989 [1]). Однако временная зависимость процесса взаимодействия окиси кальция с водой в недостаточной степени соответствует процессу нагрева пищевых продуктов, который происходит за счет достаточно инерционного процесса теплопередачи. Что касается экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой, то она протекает достаточно медленно только на самой начальной стадии. После достижения определенной температуры реакция между окисью кальция и водой идет, практически, по экспоненциальной зависимости и заканчивается через очень короткое время. Из уровня техники известны различные технические решения, направленные на обеспечение увеличения времени выделения тепловой энергии при протекании экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой.

Так, известна самонагревающаяся упаковка, содержащая корпус с боковой стенкой, дном и кольцевой крышкой, герметичный контейнер (металлическую консервную банку) с хранимым пищевым продуктом, замкнутую камеру из эластичного материала, которая выполнена тороидальной формы и заполнена водой, при этом контейнер размещен внутри корпуса, на его дне, и зафиксирован относительно корпуса с помощью расположенной внизу центрирующей шайбы и расположенной сверху кольцевой крышки корпуса самонагревающейся упаковки (см. патент US-A - №4501259, 1985 [2]). Кроме того, на кольцевой крышке корпуса самонагревающейся упаковки выполнены два участка с пониженной механической прочностью (для активации экзотермической химической реакции), замкнутая камера размещена в верхней части кольцевой полости, расположенной между боковой стенкой корпуса самонагревающейся упаковки и боковой стенкой контейнера и являющейся, по существу, полостью реакционного отсека, нижняя часть которого заполнена теплогенерирующим материалом, в качестве которого использована окись кальция, подвергнутая термообработке при температуре 900-1400°С. Использование окиси кальция, подвергнутого термообработке при высокой температуре, позволило увеличить время выделения тепла при протекании экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой до 10 минут.

Недостаток описанной выше самонагревающейся упаковки заключается в том, что расположение реакционного отсека только со стороны боковой стенки контейнера не только снижает эффективность использования выделившейся тепловой энергии для нагрева содержимого контейнера, но и приводит к существенному увеличению поперечных размеров самонагревающейся упаковки, а следовательно, делает ее неудобной при использовании. Кроме того, использование специально термообработанной окиси кальция приводит не только к увеличению стоимости теплогенерирующего материала, но и к повышению требований при его хранении.

Известна также самонагревающаяся упаковка, взятая в качестве прототипа и содержащая корпус с боковой стенкой и дном, которые выполнены за одно целое из теплоизоляционного материала, герметичный контейнер (стеклянную консервную банку) с хранимым пищевым продуктом и термический модуль с активатором в виде гибкой ленты (см. патент US-A - №4784113, 1988 [3]). Герметичный контейнер частично размещен внутри корпуса самонагревающейся упаковки с образованием реакционного отсека между дном контейнера и дном корпуса самонагревающейся упаковки, а также кольцевого зазора между их боковыми стенками. Контейнер герметично соединен с корпусом самонагревающейся упаковки с помощью пленочной оболочки, плотно охватывающей боковую стенку корпуса самонагревающейся упаковки и выступающую за пределы указанной выше боковой стенки часть контейнера. Термический модуль содержит корпус, в котором размещена замкнутая камера с водой, а также теплогенерирующий материал - смесь, включающая окись кальция. Термический модуль размещен в реакционном отсеке, при этом первый крайний участок гибкой ленты связан с дном замкнутой камеры, а второй крайний участок гибкой ленты выведен наружу через зазор между боковыми стенками корпуса самонагревающейся упаковки и контейнера. В прототипе увеличение до пяти минут длительности выделения тепловой энергии в процессе протекания экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой обеспечивается за счет определенного расположения замкнутой камеры с водой в полностью заполненной окисью кальция полости корпуса термического модуля.

Основной недостаток прототипа заключается в том, что введение в самонагревающуюся упаковку дополнительного блока - термического модуля с определенным расположением в нем замкнутой камеры с водой, не только не обеспечивает существенного (до 10 минут и более) увеличения длительности выделения тепла при протекании экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой, но и приводит: а) к усложнению конструкции самонагревающейся упаковки (а следовательно, к увеличению ее стоимости), б) к увеличению силы трения, действующей на гибкую ленту при приложении к ней пользователем тянущего усилия, поскольку гибкая лента сначала выведена из корпуса термического модуля, а затем из полости корпуса самонагревающейся упаковки выведена наружу. Кроме того, использование внешней пленочной оболочки не обеспечивает ни надежной центровки контейнера в полости корпуса самонагревающейся оболочки, ни надежной герметизации полости корпуса самонагревающейся упаковки от окружающей среды.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению длительности (не менее 10 минут) выделения тепловой энергии при протекании экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой, при одновременном упрощении конструкции самонагревающейся упаковки, обеспечении герметичного соединения контейнера с боковой стенкой корпуса самонагревающейся упаковки и надежной фиксации положения контейнера в полости корпуса самонагревающейся упаковки.

Поставленная задача решена тем, что в самонагревающейся упаковке, содержащей корпус с боковой стенкой и дном, герметичный контейнер с хранимым пищевым продуктом, замкнутую камеру, заполненную водой, активатор в виде гибкой ленты, первый крайний участок которой связан с замкнутой камерой, а второй крайний участок гибкой ленты выведен наружу, и теплогенерирующий материал, при этом контейнер частично размещен внутри корпуса с образованием реакционного отсека между дном контейнера и дном корпуса, согласно изобретению, контейнер выполнен с выступающим наружу кольцевым буртиком, верхний участок боковой стенки корпуса выполнен плотно охватывающим по всему своему внутреннему периметру упомянутый выше кольцевой буртик, при этом на боковой стенке корпуса, ниже упомянутого выше верхнего его участка выполнены складки с обеспечением образования расположенных в чередующейся последовательности по окружности закрытых сверху и сообщающихся снизу с полостью реакционного отсека каналов и участков внутренней поверхности боковой стенки корпуса, имеющих удлиненную форму и плотно прилегающих к расположенным напротив них участкам внешней поверхности боковой стенки контейнера, замкнутая камера выполнена удлиненной формы из эластичного материала и размещена в реакционном отсеке, полость которого, по крайней мере частично, заполнена также теплогенерирующим материалом в виде однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве одной части на 1,3-1,5 вес. ч. окиси кальция, первый крайний участок гибкой ленты выполнен в виде охватывающей поперек замкнутую камеру петли, затягивающейся при приложении пользователем тянущего усилия ко второму крайнему участку, который пропущен сначала через один из упомянутых выше каналов и выведен наружу через отверстие, выполненное в боковой стенке корпуса на участке, расположенном не ниже верхнего закрытого конца соответствующего канала.

Кроме того, поставленная задача решена тем, что на охватывающем замкнутую камеру первом крайнем участке гибкой ленты выполнена продольная прорезь, а вблизи конца этого же участка гибкой ленты выполнены расположенные напротив друг друга выемки, расстояние между которыми не превышает ширины прорези, при этом конец первого крайнего участка гибкой ленты пропущен через прорезь так, что участок гибкой ленты, расположенный между выемками, размещен с возможностью продольного перемещения в продольной прорези.

Преимущество предложенной самонагревающейся упаковки перед прототипом заключается в том, что выполнение замкнутой камеры удлиненной формы из эластичного материала, размещение ее в реакционном отсеке, полость которого, по крайней мере частично, заполнена также теплогенерирующим материалом в виде однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве одной части на 1,3-1,5 вес. ч. окиси кальция, а также выполнение первого крайнего участка гибкой ленты в виде охватывающей поперек замкнутую камеру петли, затягивающейся при приложении пользователем тянущего усилия ко второму крайнему участку, который пропущен сначала через один из каналов между боковыми стенками контейнера и корпуса самонагревающейся упаковки и выведен наружу через отверстие, выполненное в боковой стенке корпуса на участке, расположенном не ниже верхнего закрытого конца упомянутого выше канала, обеспечивает повышение длительности выделения тепловой энергии (по крайней мере до 10 минут) в результате протекания экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой, при одновременном упрощении конструкции устройства (исключении корпуса термического модуля), снижении величины силы трения, действующей на гибкую ленту при ее перемещении, а также хорошую очистку вытягиваемого из корпуса участка гибкой ленты от осевших на него частиц продуктов реакции.

Что касается выполнения контейнера с выступающим наружу кольцевым буртиком, а также выполнения верхнего участка боковой стенки корпуса, плотно охватывающим по всему своему внутреннему периметру кольцевой буртик, и выполнения на боковой стенке корпуса, ниже упомянутого выше верхнего участка, складок с обеспечением образования расположенных по окружности закрытых сверху (глухих) и сообщающихся снизу с полостью реакционного отсека каналов и участков внутренней поверхности боковой стенки корпуса, имеющих удлиненную форму и плотно прилегающих к расположенным напротив них участкам внешней поверхности боковой стенки контейнера, то оно обеспечивает хорошую герметизацию полости корпуса самонагревающейся упаковки от окружающей среды, надежную фиксацию положения контейнера внутри корпуса самонагревающейся упаковки при вытягивании гибкой ленты, а также сохранение возможности доступа водяного пара, образующегося в результате экзотермической химической реакции, к боковой стенке контейнера с хранимым пищевым продуктом. Иными словами, обеспечивается (сохраняется присущая прототипу) высокая эффективность использования выделившейся тепловой энергии при нагреве содержимого контейнера.

Кроме того, предложенное выполнение затягивающейся петли обеспечивает высокую надежность ее работы и одновременно простоту конструкции.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения ожидаемого технического результата указанной выше совокупностью существенных признаков.

На фиг.1 схематично изображена самонагревающаяся упаковка, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг.3 - то же, при другом выполнении складок на боковой стенке корпуса самонагревающейся упаковки; на фиг.4 - охватывающий замкнутую камеру первый крайний участок гибкой ленты.

Самонагревающаяся упаковка (фиг.1) содержит корпус с выполненными, предпочтительно, за одно целое боковой стенкой 1 и дном 2, металлический или стеклянный герметичный контейнер 3 с хранимым пищевым продуктом, например, как показано на фиг.1, в виде стеклянной консервной банки, замкнутую камеру 4 из эластичного материала (тонкой резины, полиэтилена и т.п.), которая заполнена водой 5 и имеет удлиненную форму, а также активатор в виде гибкой ленты 6. Корпус самонагревающейся упаковки выполнен предпочтительно из теплоизоляционного материала, а именно из обычно используемых в пищевой промышленности полимерных или композиционных металло-полимерных материалов, бумаги или картона. В принципе корпус самонагревающейся упаковки может быть выполнен из металла, например пищевого алюминия. Однако в этом случае для обеспечения удобства пользования самонагревающейся упаковкой ее корпус необходимо поместить в теплоизолирующий кожух, аналогично тому, как описано в патенте [1].

Контейнер 3 выполнен с выступающим наружу кольцевым буртиком 7 на боковой стенке (например вблизи, как изображено на фиг.1, плечиков стеклянной консервной банки) и частично размещен внутри корпуса самонагревающейся упаковки с образованием реакционного отсека 8 между дном 9 контейнера 3 и дном 2 корпуса самонагревающейся упаковки.

Верхний участок боковой стенки 1 корпуса самонагревающейся упаковки выполнен плотно охватывающим по всему своему внутреннему периметру кольцевой буртик 7, который, предпочтительно, имеет форму, близкую к форме кольцевого участка тороидальной поверхности и расположен на боковой стенке контейнера 3. В предпочтительном варианте осуществления изобретения верхний участок боковой стенки 1 корпуса самонагревающейся упаковки насажен, например в нагретом состоянии, на кольцевой буртик 7.

На боковой стенке 1 корпуса самонагревающейся упаковки, ниже упомянутого выше верхнего ее участка, выполнены имеющие, предпочтительно, одинаковую длину складки 10 с обеспечением образования расположенных в чередующейся последовательности по окружности закрытых сверху (глухих) и сообщающихся снизу с полостью реакционного отсека 8 каналов 11 и участков 12 внутренней поверхности боковой стенки 1 корпуса, имеющих удлиненную форму и плотно прилегающих к расположенным напротив них участкам внешней поверхности боковой стенки контейнера 3. Иными словами, участки 12 выполняют функцию элементов, надежно центрирующих положение контейнера 3 внутри корпуса самонагревающейся упаковки. Складки 10 могут быть выполнены как обращенными наружу (фиг.2), так и внутрь (фиг.3). В предпочтительном варианте осуществления изобретения складки 10 расположены равномерно по окружности боковой стенки 1 (на одинаковом угловом расстоянии друг от друга) и вдоль образующей поверхности боковой стенки 1 корпуса самонагревающейся упаковки.

Замкнутая камера 4 размещена в реакционном отсеке 8, а остальная часть его полости, по крайней мере частично, заполнена сыпучим теплогенерирующим материалом 13 в виде однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве одной части на 1,3-1,5 вес. ч. окиси кальция. В качестве безводного силикагеля (иными словами, силикагеля, из которого удалена адсорбированная на поверхности его зерен вода, например, путем нагревания до 150-200°С) может быть использован силикагель технический (ГОСТ 3956-76) марки МСКМ с размерами зерен от 1,0 до 3,0 мм, а также марок КСКГ и КСМГ с размерами зерен от 2,8 до 5,0 мм.

Первый крайний участок гибкой ленты 6 выполнен в виде охватывающей поперек замкнутую камеру 4 петли, затягивающейся при приложении пользователем тянущего усилия ко второму крайнему участку гибкой ленты 6, который пропущен сначала через один из каналов 11 и выведен наружу через отверстие 14, выполненное в боковой стенке 1 корпуса самонагревающейся упаковки на участке, который расположен не ниже верхнего глухого конца соответствующего канала 11.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения на охватывающем замкнутую камеру 4 первом крайнем участке гибкой ленты 6 выполнена продольная прорезь 15, а вблизи конца этого же участка гибкой ленты 6 выполнены расположенные напротив друг друга выемки 16, расстояние - между которыми не превышает ширины - продольной прорези 15 (фиг.4). При этом конец первого крайнего участка гибкой ленты 6 пропущен через прорезь 15 так, что участок гибкой ленты 6, расположенный между выемками 16, размещен с возможностью продольного перемещения в продольной прорези 15 (на фиг.4 показано штриховой линией, как и камера 4). В принципе, в описываемой самонагревающейся упаковке возможно использование и других петель, затягивающихся при приложении пользователем ко второму крайнему участку гибкой ленты 6 тянущего усилия, например петли, полученной путем пропускания второго крайнего участка гибкой ленты 6 через ушко, выполненное вблизи конца первого крайнего участка гибкой ленты 6.

Самонагревающаяся упаковка функционирует следующим образом. В исходном состоянии вода 5 находится в замкнутой камере 4 из эластичного материала, которая имеет удлиненную форму. Замкнутая камера 4 вместе с термогенерирующим материалом 13 (однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем) размещена в полости реакционного отсека 8 и механически связана с первым крайним участком гибкой ленты 6, который выполнен в виде петли, охватывающей поперек замкнутую камеру 4 и затягивающейся при приложении пользователем тянущего усилия ко второму крайнему участку гибкой ленты 6, который сначала пропущен через один из каналов 11, а затем выведен наружу через отверстие 14 в боковой стенке 1 корпуса самонагревающейся упаковки. Инициирование экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой в присутствии безводного силикагеля осуществляется следующим образом. Пользователь прикладывает тянущее усилие к выведенному наружу второму крайнему участку гибкой ленты 6. В результате происходит сначала перемещение замкнутой камеры 4 с водой 5 до контакта ее с дном 9 контейнера 3 и с внутренней поверхностью боковой стенки 1 корпуса самонагревающейся упаковки, после чего происходит затягивание петли, охватывающей поперек замкнутую камеру 4. В результате затягивания петли происходит сжатие замкнутой камеры 4, а следовательно, уменьшение ее объема и увеличение давления, действующего на стенки замкнутой камеры 4. Здесь необходимо отметить, что выполнение замкнутой камеры 4 удлиненной формы (в виде цистерны транспортного средства) снижает вероятность соскальзывания с нее петли. При достижении давлением в замкнутой камере 4 значения, соответствующего предельно допустимому значению для замкнутой камеры 4, происходит ее разрушение, а следовательно, подача воды 5 в однородную смесь окиси кальция с безводным силикагелем. Здесь необходимо отметить, что предельно допустимое давление, как правило, определяется механической прочностью швов, неизбежно присутствующих в замкнутых оболочках.

В результате разрушения замкнутой камеры 4 происходит смешение воды с однородной смесью окиси кальция и безводного силикагеля, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 1,3-1,5 вес. ч. окиси кальция. Вследствие однородности смеси окись кальция и безводный силикагель одновременно вступают в контакт с водой. В результате одновременно с экзотермической химической реакцией между окисью кальция и водой происходит интенсивный процесс сорбции воды безводным силикагелем, а следовательно, обеспечивается распределение избыточной (с точки зрения обеспечения на начальной стадии протекания экзотермической химической реакции требуемого количества генерируемого тепла) воды в связанном состоянии по всему объему теплогенерирующего материала 13. Таким образом, использование в качестве теплогенерирующего материала 13 однородной смеси окиси кальция с безводным силикагелем обеспечивает снижение темпа протекания экзотермической химической реакции на ее начальной стадии за счет аккумулирования равномерно распределенным по всему объему теплогенерирующего материала безводным силикагелем избыточного количества воды. Кроме того, связанное с протеканием экзотермической химической реакции увеличение температуры в реакционном отсеке 8 приводит к тому, что начинается обратный процесс - десорбции аккумулированной в силикагеле воды, обеспечивающий дальнейшее протекание экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой. Следствием вышесказанного является увеличение до 10-12 минут длительности выделения тепловой энергии, т.е., по крайней мере, в два раза по сравнению с прототипом.

Количество окиси кальция выбирается, во-первых, исходя из того количества тепла, которое необходимо теоретически для нагрева заданного количества пищевого продукта до требуемой температуры, а во-вторых, с учетом неизбежных тепловых потерь в окружающую среду, величина которых зависит, в частности, от теплоизолирующих параметров корпуса самонагревающейся упаковки.

Что касается содержания безводного силикагеля в смеси, заполняющей полость реакционного отсека 8, то выбор верхнего предела содержания безводного силикагеля (в количестве 1 вес. ч. на 1,3 вес. ч. окиси кальция) обусловлен тем, что увеличение содержания безводного силикагеля в смеси приводит, с одной стороны, к снижению максимально достигаемой температуры реакции, а с другой стороны, к уменьшению длительности выделения тепла в результате протекания экзотермической химической реакции. Нижний предел содержания безводного силикагеля в смеси, заполняющей полость реакционного отсека 8 (в количестве 1 вес. ч. на 1,5 вес. ч. окиси кальция) обусловлен тем, что при дальнейшем уменьшении содержания безводного силикагеля в смеси резко возрастает максимально достигаемая температура реакции (что может привести к разрушению корпуса самонагревающейся упаковки), а также уменьшается длительность выделения тепловой энергии.

В результате смешения воды 5 с теплогенерирующим материалом 13 происходит экзотермическая химическая реакция, сопровождающаяся интенсивным выделением тепла и водяного пара. Водяной пар по каналам 11 достигает поверхности боковой стенки контейнера 3, в результате чего нагрев содержимого контейнера 3 осуществляется не только снизу, но и сбоку, что обеспечивает высокую эффективность использования выделившегося в результате экзотермической химической реакции тепла.

Известно [2], что для обеспечения нормального протекания в течение 10 мин экзотермической химической реакции между окисью кальция и водой необходимо использовать количество воды, которое существенно превышает то количество воды, которое теоретически необходимо для осуществления реакции между находящимся в реакционном отсеке 8 количеством окиси кальция и водой. Как показали эксперименты, оптимальным для предложенной самонагревающейся упаковки соотношением между количеством воды и количеством окиси кальция является: 0,9-1,1 вес. ч. воды на 1 вес. ч. окиси кальция. Для сравнения в [2] на 0,75-3,0 вес. ч. воды необходимо 1 вес. ч. окиси кальция.

Пример. Для нагрева 125 мл детского питания использовалась однородная смесь 14 грамм окиси кальция и 10 грамм безводного силикагеля марки МСКМ. Инициирование экзотермической химической реакции осуществлялось путем подачи 14 мл воды. Длительность выделения тепла составила 11 минут 16 секунд.

Промышленная применимость изобретения подтверждается приведенным выше примером, а также возможностью его реализации при использовании широко известных в пищевой промышленности технологического оборудования и материалов.