Brevet FR2495459A1 — publié le 19820611

La présente invention a pour objet un récipient auto- chauffant,monodose,pour boissons et aliments. Plus particu- lièrement l'invention concerne un récipient auto-chauffant pour boissons et produits alimentaires dans lequel l'apport de chaleur est assuré instantanément par des substances chimiques pouvant provoquer une réaction exothermique contrô- lée. Comme on le sait,au niveau actuel de la technique,le problème de la réalisation d'un récipient monodose,auto- chauffant,pour boissons et produits alimentaires, a été sou- vent abordé, sans que les solutions proposées aient donné des résultats satisfaisants permettant de mettre en route une production industrielle avec des garanties d'efficacité et de sécurité. On connait en particulier les études techniques (brevet italien 942.063)pour la réalisation d'un récipient auto- chauffant pour le café et d'autres boissons,qui suggèrent l'utilisation,â l'intérieur d'une partie du récipient,de subs- tances chimiques capables de fournir par réaction exothermique, au moment de l'emploi,les calories nécessaires au chauffage souhaité. Il faut cependant remarquer qu'on ne propose aucune mesure pour le contrôle de la réaction. Celle-ci se produit donc avec dégagement de gaz nocifs,ce qui explique que le récipient présente une série de trous permettant d'évacuer ces gaz à l'extérieur,mais cela complique la technique de fabrication tout en affaiblissant la structure du récipient, sans même parler des risques créés par la sortie des gaz. Dans une autre solution proposée par la technique précé- dente (demande de brevet italienne 40.456A/77),on prévoit l'emploi de chlorure de calcium et d'eau comme moyens pouvant fournir,par réaction,les calories nécessaires. I1 faut remar- quer,cependant,que bien que le problème des gaz nocifs soit ainsi éliminé, la réaction se produit dans un espace hermétiquement fermé (chambre scellée)avec le danger,certaine- ment pas négligeable,d'un éclatement du récipient,puisque, comme on le sait,la vitesse de réaction entre le chlorure de calcium et l'eau est élevée,et c'est très certainement ce problème qui a empêché une véritable production à l'échelle 2495 4-5 9 industrielle. La solution consistant à adopter une chambre de réac- tion non scellée n'a pas non plus conduit à un progrès techni- que,du fait du dégagement excessif de vapeur au moment de l'emploi et du bas rendement qu'entraine la perte de chaleur correspondante. Le but de la présente invention est donc de réaliser un récipient du type mentionné dans lequel d'une part on utilise des réactions sans dégagement de gaz nocifs et une chambre de réaction conçue pour éviter une pression excessive à l'intérieur,et d'autre part on contrôle la vitesse de réaction de manière à éviter un dégagement de vapeur indési- rable. L'invention a également pour but de permettre de dispo- ser d'un récipient dans lequel les produits (boissons ou aliments) et la source de chaleur nécessaire pour les chauf- fer sont placés dans une structure unitaire assurant: -un encombrement et un poids minimals, -une source de chaleur immédiatement utilisable, -un chauffage rapide,mais contrôlé, -la suppression de toute perte de gaz et de vapeur, -l'élimination de risques pour l'utilisateur et un coût acceptable. Si on considère maintenant une boisson ou un aliment ayant un volume de 40 ml quantité raisonnable pour une dose unitaire constituée,par exemple, par de l'eau à chauffer en portant sa température de 200 à 701C,on a besoin,en théorie, de 2000 calories. A ces calories,il faut ajouter celles nécessaires pour chauffer le récipient et compenser les pertes dues à la dispersion,les calories consommées pour chauffer les réactifs et la chaleur résiduelle dégagée une fois extrait le contenu utile. Il faut globalement 5000 à 6000 calories. Il existe,comme on le sait,de nombreuses réactions -35 exothermiques qui sont en mesure de fournir,avec une quantité relativement faible de réactifs,cette quantité de chaleur, mais on doit exclure toutes les réactions pouvant devenir explosives,ainsi que celles qui dégagent des gaz,nocifs ou non. Parmi les réactions possibles,on ne prendra maintenant en considération que les réactions permettant une utilisation pratique par suite du bas coût des réactifs et du faible volume nécessaire,et plus précisément: (1) CaO + H20 = Ca(OH)2 20 g + 6,4 g = 5570 calories (2) CaC12 + 6H20=Cat126H20 25 g + 24,4g = 5225 calories (3) AIC13 + 6H20 = A1C136H20 11 g + 8 g = 5368 calories (4) Na2SO4 + 10H20=Na2S0410H20 40 g+ 50 g = 5480 calories (5) MgO + H20 = Mg(OH)2 25 g + 11,2 g= 5475 calories La simple observation des données ci-dessus permet de constater que la réaction la plus avantageuse devrait être la (3),à cause de la quantité minime des réactifs,mais elle présente aussi des inconvénients par suite de son dé- veloppement trop rapide et difficilement contrôlable. La réaction (1) est également intéressante. Cependant, son déclenchement est laborieux et le processus d'hydratation se développe difficilement. Dès qu'une certaine température est atteinte (environ 40 C),la réaction prend un développement exponentiel e.t s'achève dans un temps très bref. Selon la présente invention, le système adopté pour contrôler cette réaction permet d'obtenir un dégagement immédiat de chaleur et, en même temps,un ralentissement de son émission,de façon à en prolonger l'activité pendant quelques minutes afin de pouvoir utiliser toute la chaleur produite. Pour déclencher la réaction,on ajoute à l'oxyde de calcium 10% de chlorure de calcium. Ce dernier,au contact de l'eau,réagit immédiatement et il se déclenche aussitôt la réaction des réactifs fondamentaux employéspar exemple,dans les proportions suivantes: Oxyde de calcium 18g calories 5013 Chlorure de caicium 1,8 g calories 376 Eau 7,46 ml calories 5389 Le chlorure de calcium est dispersé dans la masse de l'oxyde;les proportions indiquées sont les meilleures d'après les expériences effectuées. En effet,on obtient ainsi une constance de réponse qui ne dépend pas de la manière dont l'eau rejoint le réactif. Toujours pour avoir une constance de réponse,les réactifs doivent présenter une granulométrie d'environ 0,83 mm pour l'oxyde de calcium,alors que le chlorure de calcium doit être présent en poudre. D'autres substances chimiques ont été expérimentées pour obtenir l'effet de-déclenchement,mais le chlorure de calcium s'est révélé le plus maniable. Comme on l'a déjà indiqué,le deuxième inconvénient était celui d'un développement trop rapide de la réaction, inconvénient que la présente invention permet d'éviter de la manière décrite ci-après. I1 faut remarquer tout d'abord qu'un moyen permettant d'atteindre ce but pourrait être celui d'augmenter la quantité d'eau soumise à réaction. En effet,en augmentant la masse des réactifs,on prolonge le temps nécessaire pour les chauffer. Cependant,il se produirait,ainsi une perte de chaleur due au fait qu'il faudrait chauffer toute la masse et le volume des réactifs augmenterait considérablement. Ces inconvénients ne sont pas acceptables dans la pratique. Or,dans le cadre de l'invention,on a découvert que l'addition à l'eau de réaction de petites quantités de substances fortement hygroscopiques ou capables de donner avec l'eau des liquides visqueux,ralentit l'absorption d'eau par le réactif,l'oxyde de calcium,et produit ainsi l'effet de retard souhaité. Les substances hygroscopiques efficaces de ce point de vue sont les suivantes: -dérivés de la cellulose (carboxyméthylcellulose, méthylcellulose etc), -dérivés des algues (agar-agar,carraghénine, alginates,etc), -amidon soluble, -glycols et polyglycols. D'autres substances,contre toute attente,se sont révélées inefficaces,comme par exemple le polyvinylpyrroli- done. Le composé optimal s'est révélé être l'éthylène-glycol du fait qu'il est immédiatement soluble,agit à faible concentration (l%)et ne fermente pas. Par conséquent,une formule optimale selon l'invention est la suivante: Oxyde de calcium 18g Chlorure de calcium 1,8 g Solution aqueused'éthylèner-glycol à 1 % 8 ml. Si le récipient o se déroulent les opérations est constitué par un corps à deux chambres,dont une contient une quantité de liquide à chauffer instantanément,égale,par exemple, à 40 ml,alors que l'autre contient le mélange des poudres, il est possible d'obtenir le chauffage en ajoutant à la poudre la solution aqueuse d'éthylène-glycol. L'ensemble doit être calorifugé pour éviter une disper- sion de chaleur. En un espace de temps de 30 à 50 secondes,la réaction est en plein développement et en 4 à 5 minutes est atteinte une température de 70 C si la température de départ était de C. Si la température initiale est beaucoup plus basse,le temps nécessaire pour obtenir une élévation de 50 C est plus long. Si la température initiale est beaucoup plus haute,le temps nécessaire pour obtenir l'élévation de 50 C est plus court. L'objet spécifique de la présente invention est donc un récipient autochauffant,monodose,pour boissons et aliments, dans lequel les calories nécessaires sont fournies par une réaction exothermique,caractérisé par le fait qu'il comprend un premier récipient,en matière synthétique,pour les boissons ou les aliments,fermé en haut par un couvercle à arracher,et un deuxieme récipient en métal pour les réac- tifs,divisé en deux parties par une cloison perforable: une partie inférieure constituant la chambre de réaction o se trouvent les réactifs solides et un agent de déclenche- ment de la réaction,et une partie supérieure contenant les réactifs liquides avec addition d'une substance fortement hygroscopique capable de régler la vitesse de la réaction exothermique qui se produit lorsque,par rupture de ladite cloison perforable,lesdits réactifs entrent en contact direct dans ladite chambre de réaction. Les solutions préférées proposées,dans le cadre de la présente invention,pour les réactifs,les agents de déclenche- ment de la réaction et les agents de contrôle de la vitesse de réaction ont déjà été indiquées plus haut. L'invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: Fig.l est une vue-en coupe verticale du récipient à deux chambres selon l'invention,prêt pour l'emploi; Fig.2 est une vue en coupe verticale du récipient de la figure 1 dans la position o se produit la réaction exo- thermique; Fig.3 est une vue en coupe verticale,schématique, montrant les parties essentielles du récipient; Fig.4 est une vue en coupe verticale d'un détail de l'assemblage entre le récipient principal des aliments ou des boissons et le récipient secondaire des réactifs. Fig.5 est une vue en coupe de l'élément perforateur pour la rupture de la cloison perforable séparant la chambre de réaction de la chambre contenant les réactifs liquides; Fig.6 est une vue d'en bas de l'élément perforateur de la figure 5; Fig.7 est une vue latérale du bouchon de fermeture du récipient des réactifs; Fig.8 est une vue en coupe verticale de l'enveloppe extérieure en forme de verre pour l'isolation thermique du récipient selon la figure 1. En se référant aux dessins,la figure 1 représente le récipient à structure unitaire objet de l'invention,qui se compose d'un récipient principal (l),en matière plastique, pour les aliments ou les boissonset d'un récipient secon- daire (2),en métal,de préférence en aluminium,pour les substances réactives,assemblés par sertissage sur leur surfa- ce de contact (3). La partie supérieure dudit récipient (2) des réactifs constitue une chambre (4)pour les réactifs liquides (eau et agent de contrôle de la réaction),fermée en bas par la cloison perforable (5)sur laquelle s'exerce l'action de rupture d'un élément perforateur (6)1orsque celui-ci est poussé vers le haut sous l'effet d'une légère pression extérieure. Dans sa partie inférieure,le récipient (2)contient le réactif solide (CaO)et la substance de déclenchement de la réaction (CaC12).Il est fermé en bas par un bouchon (7),en plastique,sur lequel est exercée,au moment de l'emploi,la pression extérieure. L'en- semble de la structure à double récipient est enfermée dans une enveloppe en forme de verre (8),en plastique, thermo-isolante,soudée à la paroi inférieure externe du bou- chon (7). Le récipient (1) est fermé en haut par m couver- cle à arracher (9). La figure 2 représente le même récipient de la figure l,prêt pour l'emploi,dans la positionatteinte après la compression extérieure,la rupture de la cloison perforable (5)et la pénétration de l'élément perforateur (6)jusqu'à la paroi supérieure de la chambre (4),le couvercle (9)ayant été arraché. La figure 3 représente les éléments principaux de la structure des deux récipients,alors que dans le détail de la figure 4 est mis en évidence,en rapport avec le point du bord A,l'assemblage réalisé par sertissage du plastique du récipient (l)et de l'aluminium du récipient (2)le long de leur surface de contact (3). La figure 5 montre les détails de construction de l'élément perforateur (6),de forme tronconique,avec une partie supérieure (10)coupante,dont la figure 6 offre une vue d'en bas permettant de voir la forme en couronne circulaire de la base (11). La figure 7 représente le bouchon de fermeture (7)du récipient (2)des réactifs,sur lequel sont visibles les nervures horizontales (12) et (13) qui en assurent le blocage dans les deux positions opérationnelles indiquées dans les figures 1 et 2. Enfin,la figure 8 représente l'enveloppe en forme de verre (8),toute entière,en polystyrène expansé, qui a une action thermo-isolante. La production et l'utilisation du récipient selon l'invention sont très simples. La boisson ou l'aliment à chauffer instantanément sont introduits dans le récipient principal en plastique (1). On ferme ensuite,hermétiquement,ce récipient avec le couver- cle (9). Le réactif liquide (eau plus éthylène-glycol) est introduit dans la partie inférieure du récipient secon- daire (2),qu'on ferme avec la cloison perforable (5). On place ensuite,toujours dans le récipient (2),l'élément perfo- rateur (6),puis le réactif solide (CaO + CaC12).On ferme avec le bouchon (7),qui n'est enfoncé que partiellement. L'ensemble est placé dans une enveloppe en forme de verre (8) pour l'isoler thermiquement. Cette enveloppe est,de préfé- rence,en polystyrène expansé. A ce moment là,le récipient se trouve uans la position indiquée à la figure 1 et est prêt pour l'emploi. Il suffit alors d'exercer une légère pression sur l'ensemble du systè- me pour que le bouchon de fermeture (7) pénètre dans le récipient secondaire en aluminium(2),l'élément perforateur (6)agisse sur la cloison perforable (5) et, pénétrant jusqu'à la paroi supérieure de la chambre (4) ,provoque la descente du réactif liquide sur le réactif solide, déclenchant ainsi la réaction exothermique (figure 2). La chaleur produite passe facilement à travers la paroi d'aluminium et chauffe le contenu utile. La présente invention a été décrite en se référant tout particulièrement à des formes de réalisation spécifiquesmais il est entendu qu'elle peut admettre des modifications et des variations,sans pour cela sortir du cadre défini par le présent brevet. REVENDICATIONS 1. Récipient auto-chauffant,monodose,pour boissons et aliments,dans lequel les calories nécessaires sont fournies par une réaction exothermique,caractérisé par le fait qu'il comprend un premier récipient (1) en matière synthétique pour les boissons ou les aliments,fermé en haut par un couvercle à arracher (9),et un deuxième récipient (2) en métal pour les réactifs,divisé en deux parties par une cloison perforable (5):une partie inférieure constituant la chambre de réaction, o se trouvent les réactifs solides et un agent de déclenche- ment de la réactionet une partie supérieure contenant les réactifs liquides avec addition d'une substance fortement hygroscopique capable de régler la vitesse de la réaction exothermique qui se produit lorsque,par rupture de ladite cloison perforable,lesdits réactifs entrent en contact direct dans ladite chambre de réaction. 2. Récipient selon la revendication l,caractérisé par le fait que ledit deuxième récipient (2)est logé dans une cavité interne du premier récipient et rigidement assemblé avec celui-ci sur toute la surface de contact entre les deux par sertissage. 3.Récipient selon les revendications 1 ou 2,caractérisé par le fait qu'à l'intérieur de la chambre de réaction est logé un élément perforateur (6),1'extrémité inférieure du deuxième récipient étant fermée par un bouchon (7) 'en plasti- que dont la surface extérieure est munie de deux nervures circulaires (12, 13)qui déterminent sa position dans la phase initiale lors de la production industrielle et dans la phase finale après la pression manuelle extérieure qui provoque, par déplacement vers le haut dudit élément perforateur jusqu'à la surface supérieure interne dudit deuxième récipient, la rupture de la cloison perforable. 4. Récipient selon la revendication 3,caractérisé par le fait que ledit &ément perforateur a une forme tronconique, avec une grande base circulaire placée dans la chambre de réaction,au niveau inférieur,et une petite base,à pointe cou- pante,placée au niveau supérieur. 2495459 5. Récipient selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'ensemble de la structure rigide à double chambre est logée dans une enveloppe (8) en forme de verre,en matière thermo-isolante,soudée à la surface supé- rieure externe du bouchon (7)de fermeture dudit récipient métallique des réactifs. 6.Récipient selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que ledit deuxième récipient métalli- que (2) est en aluminium. 7.Récipient selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ladite enveloppe extérieure (8) en forme de verre est en polystyrène expanse. S. Récipient selon l'une des revendications 1 à 7,ca- ractérisé par le fait que le réactif solide est constitué par CaO,l'agent de déclenchement par CaCl2 en une proportion jusqu'à 10% et le réactif liquide par de l'eau mélangée avec un glycol ou un polyglycol. 9.Récipient selon la revendication 8,caractérisé par le fait que ledit glycol est de l'éthylène-glycol. l0.Récipient selon la revendication 9,caractérisé par le fait que ledit éthylène-glycol est présent dans une pro- portion de l'ordre de 1% par rapport au contenu d'eau. ll.Récipient selon la revendication 10,caractérisé par le fait que pour une quantité de 40 ml d'aliment ou de Z5 boisson à chaufferon utilise 18g de CaO, 1,8 g de CaCl2 et 8 ml d'une solution aqueuse d'éthylène-glycol à 1% pour un total de 5389 calories. 12. Récipient selon l'une des revendications 8 à Il caractérisé par le fait que la granulométrie de l'oxyde de calcium est de 0,83 mm et le chlorure de calcium est présent sous forme de poudre.