Неорганическая композиция для использования в беспламенных нагревателях пищи Российский патент 2023 года по МПК C09K5/18 

Изобретение относится к области химических источников тепла и может быть применено в автономных нагревательных устройствах для беспламенного разогревания пищи (БНП) или устройств индивидуального пользования (грелок).

Беспламенный нагреватель пищи (БНП) - это портативный компактный прибор для разогрева готовых продуктов (консервов, пайков).

Известен состав для протекания экзотермических окислительно-восстановительных реакций между металлами, оксидами металлов, активированным углем, графитом, неорганической солью и водой. Особенностью данного изобретения является тепловыделяющий элемент, выполненный в виде трехслойной гибкой емкости, содержащий композицию на основе металлов из группы железа, магния, алюминия и цинка. В качестве второго компонента дополнительно содержит оксид металла переменной валентности из группы марганца, свинца и никеля. Емкость имеет внутреннюю тканевую гидрофобную оболочку, промежуточную воздухонепроницаемую полимерную оболочку и наружную оболочку из декоративной ткани. Внутри емкости имеется легко разрушающаяся перегородка (RU 2019160, МПК A61F 7/00, МПК C09K 5/00, опуб. 15.09.1994).

Однако к недостаткам известной композиции можно отнести неравномерное выделение тепла, интенсивное только в начальной стадии окислительно-восстановительных процессов, невозможность смешения компонентов до начала реакции, а также сложную конструкцию устройств индивидуального пользования.

Известен экзотермический состав для беспламенного нагревателя пищи на основе порошка сплава магния с металлическим катализатором и регулятором скорости реакции смеси. Особенностью данного изобретения является использование в качестве металлического катализатора железа и/или кремния, в качестве порошка сплава магния с металлическим катализатором с размерами 200 - 500 мкм, а в качестве регулятора скорости реакции смесь порошка сплава магния с металлическим катализатором с размерами частиц 501 - 800 мкм. При контакте с водным раствором электролита происходит окисление порошка сплава магния с выделением тепла. В присутствии электролита происходит очищение поверхности сплава магния от образовавшейся оксидной плёнки, что обеспечивает дальнейшее её окисление, при этом электролит также устраняет возможное слипание частиц раствора. (RU 2330868, МПК C09K 5/16, опуб. 10.08.2008).

К недостаткам данного изобретения можно отнести трудность получения компонентов с заданными техническими и массовыми характеристиками и дороговизну использования предложенных решений.

Известен экзотермический состав для нагревателей пищи, который содержит порошки сплава магния и железа, соль, поверхностно-активное вещество и пищевой ангидрид кислоты или свободную кислоту. Ангидрид или кислоту используют в качестве регулятора pH, находящегося в приделах от 4 до 7. Пористая внешняя упаковка может быть также пропитана кислотой. Нахождение в заданных значениях pH необходимо для оптимального протекания реакции взаимодействия магния с водой. При более низких значениях pH реакция начинает протекать с большой скоростью, что не желательно для состава. При более высоких значениях pH наблюдается противоположная ситуация, скорость реакции сильно замедляется, что также отражается на экзотермическом процессе нагрева пищи (US 5117809, МПК A47J36/28, опуб. 02.06.1992).

К недостаткам известного изобретения относятся наличие в составе необходимых количеств поверхностно-активных веществ (ПАВ), ангидридов кислот или свободных кислот, что снижает содержание основного компонента сплава магния, что пагубно отражается на основном процессе тепловыделения.

Ещё одним известным составом является порошковая смесь, которая при взаимодействии с водой вступает в экзотермическую реакцию. Состав помещен в конструкцию, состоящую из двух нетканых листов полиэстера, имеющих множество карманов, куда помещается смесь, состоящая из, масс. %: сплава магния и железа (5% масс.) 80-85%; хлорида натрия 5-7%; химического пеногасителя 3-4%; инертного наполнителя 7-9% (US 5611329, МПК A47J36/28, опуб. 18.03.1997).

Недостатками существующего изобретения является наличие 15-20% дополнительных компонентов, что сокращает массовый вклад основного компонента - смеси порошка магния и железа, что уменьшает общее количество выделенного тепла.

Технический результат заключается в разработке неорганической композиции для эффективного тепловыделения, обеспечивающее стабильное нагревание продуктов питания, за счет использования доступных компонентов, не требующих долгосрочной и трудноисполнимой технической подготовки, и безопасность для пользователя и окружающей среды.

Сущность изобретения заключается в том, что предложена неорганическая композиция для использования в беспламенных нагревателях пищи, включающая хлористый натрий, хлорид меди, алюминий, а также воду при следующем соотношении компонентов, масс. %: хлористый натрий 7,0 - 15,4 %; хлорид меди 8,9 - 18,9 %; алюминий 2,8 - 6,0 %; вода 59,8 - 81,0 %.

В табл. 1 приведены составы неорганических композиций для использования в беспламенных нагревателях пищи.

Неорганическая композиция для использования в беспламенных нагревателях пищи включает хлористый натрий, хлорид меди, алюминий, а также воду. Соотношение компонентов, масс. %: хлористый натрий 7,0 - 15,4 %; хлорид меди 8,9 - 18,9 %; алюминий 2,8 - 6,0 %; вода 59,8 - 81,0 %.

Неорганическая композиция для использования в беспламенных нагревателях пищи работает следующим образом: компоненты смеси помещаются в специальный карман (нагревательный элемент), изготовленный из пористого нетканого материала, для удержания продуктов реакции и удобства при эксплуатации. Нагревательный элемент помещается во внешний прочный пакет, состоящий из PE/PA. При добавлении воды к системе начинается окислительно-восстановительный процесс окисления алюминия, который сопровождается выделением тепла, достаточного для разогрева пищевых продуктов весом 250-350 г до 53-60 градусов. За счёт образования в системе металлов наблюдается увеличение длительности разогревающего действия нагревательного элемента, и как следствие поддержание температуры в системе.

Преимущества предлагаемой композиции для осуществления эффективной экзотермической реакции заключаются в следующем: использование доступных компонентов, не требующих долгосрочной и трудноисполнимой технической подготовки; безопасность для пользователя и окружающей среды; стабильная работа в интервале температур 53-97 градусов в течении 10-14 минут.

Заявленное техническое решение иллюстрируется примерами экспериментов с применением предлагаемого способа.

Пример 1.

Для испытания состава было изготовлено устройство для беспламенного нагревателя пищи. Для этого неорганическая композиция помещается в нагревательный элемент, представляющий собой нетканый материал, выполненный в виде кармана размерами 8*20 мм. Далее нагревательный элемент помещается в прочный внешний пакет, изготовленный из PE/PA.

Неорганическую композицию готовят следующим образом (состав 1 табл. 1): смешивают хлористый натрий 11,24 масс. %, хлорид меди 11,24 масс. %, алюминий 4,49 масс. %. В систему добавляют воду 73,03 масс. %. Разогрев системы происходит в течение 2-3 сек.

Наблюдается следующие значения температур в заданной системе:

Время протекания реакции, мин Температура разогрева системы (раствор), °C 4 79 8 65 14 59

Пример 2.

Устройство БНП изготавливают аналогично примеру 1.

Неорганическую композицию готовят следующим образом (состав 3 табл. 1): смешивают хлористый натрий 12,17 масс. %, хлорид меди 14,81 масс. %, алюминий 4,23 масс. %. В систему добавляют воду 68,78 масс. %. Разогрев системы происходит в течение 2-3 сек.

Наблюдается следующие значения температур в заданной системе:

Время протекания реакции, мин Температура разогрева системы (раствор), °C 4 79 8 70 14 60

Пример 3.

Устройство БНП изготавливают аналогично примеру 1.

Неорганическую композицию готовят следующим образом (состав 5 табл. 1): смешивают хлористый натрий 10,11 масс. %, хлорид меди 12,36 масс. %, алюминий 4,49 масс. %. В систему добавляют воду 73,03 масс. %. Разогрев системы происходит в течение 2-3 сек.

Наблюдается следующие значения температур в заданной системе:

Время протекания реакции, мин Температура разогрева системы (раствор), °C 4 82 8 72 14 58

Пример 4.

Устройство БНП изготавливают аналогично примеру 1.

Неорганическую композицию готовят следующим образом (состав 6 табл. 1): смешивают хлористый натрий 8,62 масс. %, хлорид меди 12,64 масс. %, алюминий 4,02 масс. %. В систему добавляют воду 74,71 масс. %. Разогрев системы происходит в течение 2-3 сек.

Наблюдается следующие значения температур в заданной системе:

Время протекания реакции, мин Температура разогрева системы (раствор), °C 4 87 8 76 14 65

Пример 5.

Устройство БНП изготавливают аналогично примеру 1.

Неорганическую композицию готовят следующим образом (состав 2 табл. 1): смешивают хлористый натрий 9,14 масс. %, хлорид меди 11,17 масс. %, алюминий 3,55 масс. %. В систему добавляют воду 76,14 масс. %. Разогрев системы происходит в течение 2-3 сек.

Наблюдается следующие значения температур в заданной системе:

Время протекания реакции, мин Температура разогрева системы (раствор), °C 4 77 8 67 14 57

Пример 6.

Устройство БНП изготавливают аналогично примеру 1.

Неорганическую композицию готовят следующим образом (состав 4 табл. 1): смешивают хлористый натрий 7,29 масс. %, хлорид меди 8,91 масс. %, алюминий 2,83 масс. %. В систему добавляют воду 80,97 масс. %. Разогрев системы происходит в течение 2-3 сек.

Наблюдается следующие значения температур в заданной системе:

Время протекания реакции, мин Температура разогрева системы (раствор), °C 4 78 8 71 14 66

Пример 7.

Устройство БНП изготавливают аналогично примеру 1.

Неорганическую композицию готовят следующим образом (состав 7 табл. 1): смешивают хлористый натрий 15,38 масс. %, хлорид меди 18,8 масс. %, алюминий 5,98 масс. %. В систему добавляют воду 59,83 масс. %. Разогрев системы происходит в течение 2-3 сек.

Наблюдается следующие значения температур в заданной системе:

Время протекания реакции, мин Температура разогрева системы (раствор), °C 4 90 8 79 14 58

Пример 8.

Устройство БНП изготавливают аналогично примеру 1.

Неорганическую композицию готовят следующим образом (состав 8 табл. 1): смешивают хлористый натрий 10,17 масс. %, хлорид меди 12,43 масс. %, алюминий 3,95 масс. %. В систему добавляют воду 73,45 масс. %. Разогрев системы происходит в течение 2-3 сек.

Наблюдается следующие значения температур в заданной системе:

Время протекания реакции, мин Температура разогрева системы (раствор), °C 4 до 93 8 84 14 75

Пример 9.

Неорганическую композицию и устройство БНП готовят согласно примеру 8, дополнительно во внешний пакет помещают подогреваемый продукт, весом 340 г, располагая его на поверхности нагревательного элемента. Через 13 минут после активации состава, продукт извлекается из пакета и измеряется температура его нагрева, которая составляет 56°C.

Из таблицы 1 составы 2,5,8,9 исследованы при одинаковом количестве реагентов I, II, III, но разном количестве добавляемого реагента IV. Эксперименты показали, что наибольшей эффективностью обладает состав при добавлении 73,45 масс. % воды.

Таким образом, исследованные образцы (примеры 1-8) показали, что оптимальным соотношением компонентов будет являться состав 8 из табл. 1. Температура нагрева системы спустя 8 минут работы находится в диапазоне 84 градусов. Эксперименты проводились без нахождения во внешнем пакете продуктов питания, полученные результаты справедливы исключительно для чистого активированного состава.

По сравнению с известным решением, разработанная неорганическая композиция для эффективного тепловыделения, обеспечивает стабильное нагревание продуктов питания за счет использования доступных компонентов, не требующих долгосрочной и трудноисполнимой технической подготовки, и безопасность для пользователя и окружающей среды.

Таблица 1 № Компоненты Масса, г Масса, % Температура реакции спустя 8 мин 1 I 20 11,24 65 II 20 11,24 III 8 4,49 IV 130 73,03 2 I 18 9,14 67 II 22 11,17 III 7 3,55 IV 150 76,14 3 I 23 12,17 70 II 28 14,82 III 8 4,23 IV 130 68,78 4 I 18 7,29 71 II 22 8,91 III 7 2,83 IV 200 80,97 5 I 18 10,11 72 II 22 12,36 III 8 4,5 IV 130 73,03 6 I 15 8,62 76 II 22 12,64 III 7 4,02 IV 130 74,72 7 I 18 15,4 79 II 22 18,79 III 7 5,98 IV 70 59,83 8 I 18 10,17 84 II 22 12,43 III 7 3,95 IV 130 73,45

Соединения: I - Хлористый натрий; II - Хлорид меди; III - Алюминий; IV - Вода

Изобретение относится к области химических источников тепла и может быть использовано в автономных нагревательных устройствах для беспламенного разогревания пищи или устройств индивидуального пользования. Неорганическая композиция для использования в беспламенных нагревателях пищи включает хлористый натрий, хлорид меди, алюминий, а также воду при следующем соотношении компонентов, масс. %: хлористый натрий 7,0–15,4; хлорид меди 8,9–18,9; алюминий 2,8–6,0; вода 59,8–81,0. Изобретение позволяет обеспечить стабильное нагревание продуктов питания за счет использования доступных компонентов, не требующих долгосрочной и трудноисполнимой технической подготовки, увеличить длительность разогревающего действия нагревательного элемента. 1 табл., 9 пр.

Неорганическая композиция для использования в беспламенных нагревателях пищи, включающая хлористый натрий, хлорид меди, алюминий, а также воду при следующем соотношении компонентов, масс. %: хлористый натрий 7,0–15,4; хлорид меди 8,9–18,9; алюминий 2,8–6,0; вода 59,8–81,0.