ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
EXOTHERMAL HEATER

Изобретение относится к устройствам для нагрева пищевых продуктов, предметов личного пользования, а также предметов домашнего обихода перед их использованием.
Из достигнутого уровня техники известен экзотермический нагреватель, содержащий корпус, разделенный герметичными швами на отсеки и выполненный из гибкого теплопроводящего материала, при этом один отсек заполнен реагентом в жидком состоянии, а остальные отсеки корпуса выполнены одинаковыми и заполнены реагентом в твердом состоянии, причем полость каждого отсека с реагентом в твердом состоянии отделена от отсека с реагентом в жидком состоянии посредством соответствующего затвора, разрушаемого вручную при инициировании экзотермической химической реакции между реагентами в твердом и жидком состояниях (см. патент US - А - №5035230, 1991).
Основной недостаток описанного выше экзотермического нагревателя заключается в том, что он неудобен при использовании. Действительно, наличие в экзотермическом нагревателе нескольких последовательно во времени разрушаемых затворов в виде нитевидных перетяжек с развязывающимися узлами приводит не только к усложнению конструкции экзотермического нагревателя, но и к увеличению времени, затрачиваемого пользователем на приведение экзотермического нагревателя в рабочее состояние. Кроме того, использование разрушаемых вручную затворов, которые характеризуются низкой надежностью, приводит к необходимости применения специальных мер предосторожности при транспортировке и хранении известного экзотермического нагревателя.
Известен также экзотермический нагреватель, взятый в качестве прототипа и содержащий плоский термический модуль, размещенный в полости внешнего кожуха из гибкого, предпочтительно теплоизоляционного материала, при этом корпус плоского термического модуля выполнен из двух одинаковых листов газоводонепроницаемого гибкого теплопроводящего материала, которые по периметру (по замкнутому контуру) соединены между собой герметичным швом (термошвом) с образованием замкнутой полости, разделенной разрушаемым вручную затвором на два отсека соответственно для реагента в жидком состоянии и реагента в твердом состоянии, а внешний кожух выполнен с размерами, обеспечивающими возможность размещения дополнительно в его полости требуемого количества нагреваемого продукта (см. заявку РСТ WO - А2 - №30251, 2002).
Недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает высокой эффективности использования тепла, выделившегося в результате протекания экзотермической химической реакции, поскольку нагрев продукта осуществляется только за счет теплопередачи, которая к тому же является достаточно инерционным процессом. Кроме того, известный экзотермический нагреватель имеет ограниченные эксплуатационные (функциональные) возможности, а именно только для нагрева продукта, помещенного в полость внешнего кожуха.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению повышения эффективности использования тепловой энергии, выделившейся в результата протекания экзотермической химической реакции при одновременном обеспечении многофункциональности экзотермического нагревателя и полного использования оксида кальция. Достигаемый при этом технический результат заключается в том, что с момента разгерметизации корпуса плоского термического модуля возрастает эффективность передачи тепла объекту за счет одновременного протекания двух процессов, а именно теплопередачи и теплоотдачи при интенсивной конденсации водяного пара. Кроме того, предлагаемый экзотермический нагреватель может быть использован в качестве одностороннего или двухстороннего плоского контактного нагревателя, а также в качестве парогенератора.
Поставленная задача решена тем, что в экзотермическом нагревателе, содержащем плоский термический модуль, размещенный в полости внешнего кожуха, при этом корпус плоского термического модуля выполнен из двух одинаковых листов газоводонепроницаемого гибкого теплопроводящего материала, которые соединены между собой по замкнутому контуру посредством герметичного шва с образованием замкнутой полости, в которой размещены реагент в твердом состоянии и замкнутая камера из эластичного материала с реагентом в жидком состоянии, согласно изобретению замкнутый контур герметичного шва включает два расположенных напротив друг друга боковых участка, верхние и нижние концы которых попарно сопряжены между собой соответственно верхним и нижним участками, при этом по крайней мере один из боковых участков герметичного шва выполнен с выемкой, расположенной с внутренней стороны его средней части, образующей в герметичном шве зону с пониженной механической прочностью в виде перемычки, ширина которой меньше ширины герметичного шва на соответствующем боковом участке, а прилегающая, по крайней мере, к одному из концов каждой перемычки область бокового участка герметичного шва выполнена в направлении к соответствующей перемычке монотонно расширяющейся внутрь упомянутой выше замкнутой полости, в которой, в качестве реагента в твердом состоянии, размещена однородная смесь оксида кальция с безводным силикагелем при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,0-6,0 вес. частей оксида кальция.
Кроме того, поставленная задача решена тем, что:
- однородная смесь оксида кальция с безводным силикагелем размещена в, по крайней мере, одном контейнере из гибкого газоводопроницаемого материала, замкнутая полость выполнена сужающейся кверху, при этом в ее нижней части размещен упомянутый выше контейнер, а в верхней части - замкнутая камера с реагентом в жидком состоянии - водой;
- плоский термический модуль помещен в чехол из фильтрующего материала;
- одна из стенок внешнего кожуха выполнена с окном, закрытым фильтрующим элементом.
Преимущество предложенного экзотермического нагревателя по сравнению с прототипом заключается в том, что благодаря выполнению одного из боковых участков герметичного шва с выемкой, расположенной с внутренней стороны его средней части и образующей в герметичном шве зону с пониженной механической прочностью в виде перемычки, а также выполнению прилегающей по крайней мере к одному из концов каждой перемычки области бокового участка герметичного шва монотонно расширяющейся внутрь замкнутой полости и в направлении к соответствующей перемычке обеспечивается более полное использование тепловой энергии, выделяющейся в результате протекания экзотермической химической реакции между оксидом кальция и водой в присутствии безводного в исходном состоянии силикагеля. Этот результат достигается за счет того, что после достижения температурой в замкнутой полости максимального значения (зависящего от используемого соотношения компонент в однородной смеси) и образования нагретой до этой температуры парогазовой смеси происходит разгерметизация корпуса плоского термического модуля. Следовательно, с этого момента до окончания экзотермической химической реакции передача тепла нагреваемому объекту будет осуществляться не только за счет контактной теплопередачи, но и за счет сопровождающейся интенсивной конденсацией водяного пара теплоотдачи нагретой парогазовой смеси, выходящей через образовавшееся в корпусе плоского термического модуля отверстие в полость внешнего кожуха. В результате объект нагреется до более высокой температуры за то же время или потребуется меньше времени для нагрева объекта до заданной температуры. Использование оксида кальция в смеси с безводным силикагелем обеспечивает протекание экзотермической химической реакции до момента полного использования оксида кальция в условиях интенсивного перехода находящейся в реакционной зоне воды в парообразное состояние и вывода образовавшегося пара из реакционной зоны.
Остальные преимущества предлагаемого нагревателя станут ясными из дальнейшего описания.
На фиг.1 изображен экзотермический нагреватель с размещенной в полости внешнего кожуха упаковкой с пищевым продуктом, вид сбоку, частичный разрез; на фиг.2 - плоский термический модуль, вид спереди, частичный разрез; на фиг.3 и 4 - примеры выполнения зоны с пониженной механической прочностью; на фиг.5 - экзотермический нагреватель с плоским термическим модулем, помещенным в чехол из фильтрующего материала, вид сбоку, частичный разрез; на фиг.6 схематично показано использование экзотермического нагревателя для нагрева одной упаковки; на фиг.7 - то же для нагрева двух упаковок; на фиг.8 - то же для нагрева пачки салфеток; на фиг.9 - выполнение стенки внешнего кожуха при использовании экзотермического нагревателя в качестве парогенератора.
Экзотермический нагреватель (фиг.1) содержит плоский термический модуль 1, который размещен в полости внешнего кожуха 2, выполненного из гибкого материала. Корпус плоского термического модуля 1 (фиг.2) выполнен из двух одинаковых (предпочтительно прямоугольных) листов 3 и 4 гибкого газоводонепроницаемого теплопроводящего материала, например, алюминиевой фольги, ламистера и т.п. Листы 3 и 4 соединены между собой по замкнутому контуру посредством герметичного шва 5 с образованием замкнутой полости 6, в которую уложены вплотную друг к другу или с минимальным зазором друг относительно друга, по меньшей мере, один контейнер 7 (из гибкого газоводопроницаемого материала с реагентом 8 в твердом состоянии) и заполненная реагентом 9 в жидком состоянии замкнутая камера 10, стенка которой выполнена из эластичного материала с обеспечением нарушения ее целостности при приложении к расположенным напротив друг друга участкам ее стенки сжимающей нагрузки (сжимающего усилия) заданной величины. В принципе реагент 9 в жидком состоянии может находиться в нескольких отдельных замкнутых камерах или в одной камере, полость которой разделена на несколько изолированных друг от друга отсеков. Однако это приведет к неудобствам при приведении экзотермического нагревателя в рабочее состояние, поскольку для этого необходимо разрушить стенки обязательно всех замкнутых камер при отсутствии возможности визуального контроля за этим процессом.
Контейнеры 7 размещены в нижней части замкнутой полости 6, а замкнутая камера 10 размещена в верхней части замкнутой полости 6, которая в предпочтительном примере осуществления изобретения выполнена сужающейся кверху (фиг.2), например в форме горлышка с плечиками и крышкой. Каждый контейнер 7 выполнен в форме плоского пакета, мешочка, предпочтительно из гибкого пористого нетканого полимерного материала, например полипропилена. В качестве реагента 8 в твердом состоянии использован известный из уровня техники состав на основе оксида кальция (разработанный для решения другой технической задачи - обеспечения длительности выделения тепловой энергии не менее 10 мин), а именно однородная смесь оксида кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 ч. на 3,0-6,0 вес. частей оксида кальция (см. патент RU - U1 - №74787, 2006). Замкнутая камера 10 выполнена из полиэтилена или тонкой резины, а в качестве реагента в жидком состоянии используется вода или водный раствор перекиси водорода при содержании в нем перекиси водорода от 3,0 до 38,0 вес.%. Здесь необходимо отметить также, что использование нескольких контейнеров 7 с реагентом 8 в твердом состоянии обеспечивает лучшую сохранность формы корпуса плоского термического модуля 1 при хранении и использовании экзотермического нагревателя. Однако тот же результат может быть достигнут при использовании одного контейнера 7, полость которого разделена на несколько отсеков (путем, например, формирования термошвов), при этом реагент 8 в твердом состоянии распределен между отсеками пропорционально их объемам.
В принципе, реагент 8 в твердом состоянии может быть непосредственно помещен в замкнутую полость 6 корпуса плоского термического модуля 1. Однако в этом случае могут возникнуть неудобства при использовании экзотермического нагревателя вследствие неравномерности распределения его в замкнутой полости 6. В предпочтительном случае герметичный шов 5 выполнен в виде термошва. Однако могут быть использованы и другие известные методы создания герметичных соединений, а именно с помощью клея, пайки, сварки.
Замкнутый контур герметичного шва 5 включает два расположенных напротив друг друга боковых участка 11.1 и 11.2, верхние и нижние концы которых попарно сопряжены между собой соответственно верхним (в виде горлышка с плечиками и крышкой) участком 12 и нижним (донным) участком 13. На фиг.2 границы участков 12, 11.1, 13, 11.2 показаны штриховыми линиями 14.
По крайней мере один из боковых участков 11.1 (11.2) герметичного шва 5 выполнен с выемкой 15.1 (15.2), расположенной с внутренней стороны его средней части и образующей в герметичном шве зону с пониженной механической прочностью в виде перемычки 16.1 (16.2), ширина которой меньше ширины герметичного шва 5 на соответствующем боковом участке 11.1 (11.2).
С точки зрения технологии изготовления нагревателя предпочтительным является вариант выполнения перемычек 16.1 и 16.2 в форме полоски (ленты), при этом для обеспечения при массовом производстве высокой воспроизводимости ширины перемычек 16.1 и 16.2 каждая из них сформирована путем выполнения напротив каждой выемки 15.1 и 15.2 соответственно дополнительных выемок 17.1 и 17.2 с внешней стороны соответствующего бокового участка 11.1 и 11.2 герметичного шва 5 (фиг.2 и 4).
Поскольку, в большинстве практически важных случаях, ширина герметичного шва 5 невелика (4-8 мм), поэтому для увеличения степени деформации (вспучивания) листов 3 и 4 в зонах с пониженной механической прочностью прилегающие к одному из концов (фиг.2 и 3) перемычек 16.1 и 16.2 или к обоим их концам (фиг.4) области 18.1, 18.2 боковых участков 11.1 и 11.2 герметичного шва 5 выполнены в направлении к перемычкам 16.1 и 16.2 монотонно расширяющимися внутрь замкнутой полости 6 на величину Н по линейной или криволинейной зависимости, предпочтительно в соответствии с кривой второго порядка - окружности (по радиусу), параболе и т.п.
Плоский термический модуль 1 может быть помещен в чехол 19 из фильтрующего материала (фиг.5), например из нетканного материала с включениями из активированного угля (см. патент RU - C1 - №2336797, 2008).
В зависимости от вида нагреваемого продукта, предмета внешний кожух 2 имеет форму или плоского пакета, или мешка, или прямоугольного параллелепипеда, выполненного из газоводонепроницаемого материала. В частности, при нагреве размещаемых в полости внешнего кожуха 2 с обеспечением теплового контакта с корпусом плоского термического модуля 1 упакованных или неупакованных (как в прототипе) пищевых продуктов внешний кожух 2 может быть выполнен в виде двух листов 20 и 21 (фиг.1, 5), герметично соединенных между собой, например, по всему периметру с помощью герметичного шва, предпочтительно термошва 22. В этом случае внешний кожух 2 выполнен с размерами, обеспечивающими размещение в его полости не только плоского термического модуля 1, но и упаковки 23 с пищевым продуктом или самого нагреваемого пищевого продукта 24 (как в прототипе). Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду листы 20 и 21 выполняются из теплоизолирующего материала или используются листы 20 и 21 из теплопроводящего материала с нанесенным на обращенную внутрь поверхность теплоизолирующим покрытием (аналогично тому, как в прототипе).
На фиг.6, 7 и 8 представлены примеры использования предложенного экзотермического нагревателя в качестве одностороннего или двухстороннего плоского контактного нагревателя. В первом случае (фиг.6) упаковка 23 с пищевым продуктом находится в тепловом контакте с одной из теплоотдающих поверхностей внешнего кожуха 2, который выполнен из теплопроводящего материала. Во втором случае (фиг.7) экзотермический нагреватель с внешним кожухом 2, также выполненным из теплопроводящего материала, расположен между двух упаковок 23.1 и 23.2 с пищевым продуктом. В третьем случае (фиг.8) тот же экзотермический нагреватель расположен внутри нагреваемого предмета, например пачки 25 салфеток. В случае использования предложенного экзотермического нагревателя в качестве парогенератора (фиг.9) по крайней мере одна из стенок внешнего кожуха 2 выполнена с окном 26, закрытым фильтрующим элементом 27 - нетканым фильтрующим материалом.
Экзотермический нагреватель используется следующим образом. Для приведения экзотермического нагревателя в рабочее состояние (иными словами, для осуществления инициирования экзотермической химической реакции между находящимися в замкнутой полости 6 плоского термического модуля 1 реагентом 8 в твердом состоянии и реагентом 9 в жидком состоянии) необходимо произвести разрушение стенки замкнутой камеры 10 путем приложения пользователем к расположенным напротив друг друга участкам стенки замкнутой камеры 10 сжимающей нагрузки. Причем, в случае наличия доступа к плоскому термическому модулю 1, например, через отверстие во внешнем кожухе 2, сжимающая нагрузка прикладывается к верхним участкам листов 3 и 4, между которыми расположена замкнутая камера 10 с реагентом 9 в жидком состоянии. Выполнение замкнутой полости 6 плоского термического модуля 1 сужающейся кверху позволяет уменьшить вероятность смещения замкнутой камеры 10 при транспортировке экзотермического нагревателя, а следовательно, обеспечивает достаточно надежную фиксацию положения замкнутой камеры 10 в верхней части замкнутой полости 6 плоского термического модуля 1.
В случае, когда нагреваемый предмет и плоский термический модуль 1 находятся в замкнутой полости внешнего кожуха 2, сжимающая нагрузка прикладывается к участку (участкам) внешней поверхности внешнего кожуха 2, который выполнен с элементом, указывающим на рекомендуемое место приложения нагрузки. При приложении к выполненной из эластичного материала замкнутой камере 10 сжимающей нагрузки увеличивается давление находящегося в ней реагента 9 в жидком состоянии на ее стенку. При достижении давления в замкнутой камере 10 предельно допустимого происходит разрушение ее стенки, а следовательно, происходит подача реагента 9 в жидком состоянии в замкнутую полость 6. Здесь необходимо отметить, что предельно допустимое давление реагента 9 в жидком состоянии (далее вода), как правило, определяется механической прочностью швов, неизбежно присутствующих в замкнутых оболочках.
Вода, поступающая в замкнутую полость 6, пройдя через поры в стенках контейнеров 7, вступает в контакт с находящимся в полости каждого контейнера 7 реагентом 8 в твердом состоянии, а именно однородной смесью оксида кальция с безводным силикагелем, при содержании безводного силикагеля в количестве 1 части на 3,5-6,0 вес. частей оксида кальция. Вследствие однородности смеси оксид кальция и безводный силикагель одновременно вступают в контакт с водой. В результате (см. патент RU - U1 - №74787, 2008) одновременно с экзотермической химической реакцией между оксидом 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 производимого тепла) воды в связанном состоянии по всему объему контейнеров 7.
Тепло, выделяющееся в процессе протекания экзотермической химической реакции, через образованные листами 3 и 4 теплопроводящие стенки корпуса плоского термического модуля 1 передается нагреваемому объекту, который размещен в полости внешнего кожуха 2 и в тепловом контакте с одной (фиг.1) или с двумя (фиг.5) стенками корпуса плоского термического модуля 1 соответственно - упаковке 23 с пищевым продуктом или непосредственно нагреваемому пищевому продукту 24. В процессе протекания экзотермической химической реакции образуется также нагретая парогазовая смесь, что влечет за собой увеличение давления в замкнутой полости 6. В результате роста давления парогазовой смеси происходит деформация стенок корпуса плоского термического модуля 1, аналогично тому, как при надувке полых оболочек. Однако, поскольку по крайней мере один из боковых участков 11.1 (11.2) герметичного шва 5 выполнен с расположенной в его средней части (иными словами, на участке, соответствующем наибольшей при надувке деформации стенок корпуса плоского термического модуля 1) зоной с пониженной механической прочностью, поэтому рост давления в замкнутой полости 6 ограничен моментом достижения давлением парогазовой смеси значения, при котором происходит разрыв герметичного шва 5 в зоне с пониженной механической прочностью.
Предлагаемое выполнение зоны с пониженной механической прочностью в виде перемычки 16.1 (16.2), образуемой по меньшей мере выемкой 15.1 (15.2), расположенной с внутренней стороны средней части бокового участка 11.1 (11.2) герметичного шва 5, а также выполнение прилегающей по крайней мере к одному из концов перемычки 16.1 (16.2) области 18.1 (18.2) бокового участка 11.1 (11.2) герметичного шва 5 монотонно в направлении к перемычке 16.1 (16.2) расширяющейся внутрь замкнутой полости 6 обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в том, что при возрастании давления парогазовой смеси в замкнутой полости 6 ее разгерметизация происходит только в результате разрушения одной из зон с пониженной механической прочностью, расположенных на боковых участках 11.1 или 11.2 герметичного шва 5. Дело в том, что наличие областей 18.1 и 18.2 на боковых участках 11.1 и 11.2 герметичного шва 5 приводит при росте давления в замкнутой полости 6 к возникновению местного вспучивания на прилегающем к каждой из этих областей участке корпуса плоского термического модуля 1. Иными словами, к возникновению мест с достаточно резким изменением радиуса кривизны, а следовательно, к концентрации изгибных напряжений только в местах, прилегающих к зонам с пониженной механической прочностью.
Длительность интервала времени между моментом подачи воды в замкнутую полость 6 и моментом достижения давлением парогазовой смеси значения, при котором происходит разрушение одной из зон с пониженной механической прочностью герметичного шва 5, должна быть больше как времени, необходимого для достижения температурой в замкнутой полости 6 максимального значения, так и времени, необходимого для аккумулирования равномерно распределенным по объему безводным силикагелем количества воды, которое будет достаточным для завершения экзотермической химической реакции между оставшимся (на момент разрушения одной из зон с пониженной механической прочностью) в контейнерах 7 количеством оксида кальция и водой.
Таким образом, основные геометрические параметры как зон с пониженной механической прочностью (длина и ширина перемычек 16.1, 16.2, глубина выемок 15.1 и 15.2), так и размеры областей 18.1 и 18.2 определяются экспериментально для каждого конкретного случая в зависимости, в том числе, от используемых материалов, размеров плоского термического модуля, количества реагентов, требуемого максимального значения температуры в замкнутой полости 6.
В случае, представленном на фиг.1, нагретая парогазовая смесь через отверстие, образовавшееся в результате разрушения одной из зон с пониженной механической прочностью, поступает в полость внешнего кожуха 2. В результате обеспечивается воздействие образующейся в результате протекания экзотермической химической реакции и вытекающей через образовавшееся в стенке корпуса термического модуля 1 отверстие нагретой парогазовой смеси на другую, не находящуюся в тепловом контакте с корпусом плоского термического модуля 1, стенку упаковки 23 с пищевым продуктом. При контакте нагретой парогазовой смеси с имеющей более низкую температуру стенкой упаковки 23 происходит процесс теплоотдачи, сопровождающийся интенсивной конденсацией водяного пара. Таким образом, обеспечивается одновременный подвод тепла к обеим расположенным напротив друг друга стенкам упаковки 23 с пищевым продуктом. Иными словами, обеспечивается более полное использование тепловой энергии, выделившейся в результате протекания экзотермической химической реакции, а следствием чего является либо нагрев за то же время до более высокой температуры, либо уменьшение времени, необходимого для нагрева находящегося в упаковке 23 пищевого продукта, и уменьшение неравномерности распределения температуры в нем по сравнению с односторонним нагревом.
Что касается функционирования плоского термического модуля 1 после образования отверстия в его корпусе, то за счет высокой температуры в зоне протекания экзотермической химической реакции начинается обратный процесс - десорбции аккумулированной в силикагеле воды. Это обеспечивает дальнейшее протекание экзотермической химической реакции между оставшимся количеством оксида кальция и водой одновременно во всем объеме контейнеров 7, а следовательно, полное использование исходного количества оксида кальция. Здесь необходимо отметить, что отсутствие силикагеля привело бы к срыву реакционного процесса после образования отверстия в корпусе плоского термического модуля 1.
Как и в прототипе, нагреваемый продукт 24 может быть размещен непосредственно в полости внешнего кожуха 2, при этом для исключения попадания в нагреваемый продукт 24 дисперсных (жидких и твердых) продуктов экзотермической химической реакции плоский термический модуль 1 помещен в кожух 19 из фильтрующего материала (фиг.5). В этом случае функционирование плоского термического модуля 1 ничем не отличается от описанного выше случая. Однако увеличение температуры нагрева или уменьшение времени, необходимого для нагрева продукта 24 до заданной температуры, обеспечивается в этом случае за счет того, что выходящая из образовавшегося в корпусе плоского термического модуля 1 отверстия нагретая парогазовая смесь, пройдя через кожух 19 и очистившись от дисперсных частиц и вредных продуктов экзотермической химической реакции, проникает вглубь продукта 24. В результате нагрев продукта 24 осуществляется не только за счет его теплопроводности, но и за счет передачи тепла от нагретой до высокой температуры парогазовой смеси слою продукта 24, соответствующего глубине ее проникновения в этот продукт (теплоотдачи).
При выполнении экзотермического нагревателя с плоским термическим модулем 1, размеры которого меньше, например в 2-3 раза, размеров выполненного из теплопроводящего материала внешнего кожуха 2, он может быть использован в качестве одностороннего (фиг.6) или двухстороннего (фиг.7) плоского контактного нагревателя с увеличенной (по сравнению с размерами плоского термического модуля 1) одной или двумя теплоотдающими поверхностями. Действительно, до образования отверстия в корпусе плоского термического модуля 1, нагрев каждой упаковки 23.1 и 23.2 с пищевым продуктом будет осуществляться за счет передачи тепла через участок поверхности внешнего кожуха 2, размер которого практически равен размеру плоского термического модуля 1. После образования отверстия в корпусе плоского термического модуля 1 нагретая до высокой температуры парогазовая смесь заполнит всю свободную от плоского термического модуля 1 полость внешнего кожуха 2. В результате передача тепла станет осуществляться через всю поверхность внешнего кожуха 2, которая больше корпуса плоского термического модуля 1.
Экзотермический нагреватель может быть использован для нагрева различных предметов, например пачки 25 салфеток (фиг.8), постельных принадлежностей, сидений в транспортных средствах и т.п.
Выполнение одной из стенок внешнего кожуха 2 с окном 26, закрытым фильтрующим элементом 27, позволяет использовать предлагаемый экзотермический нагреватель в качестве парогенератора, например, для отогревания замков, в том числе в транспортных средствах.
Были проведены испытания шести групп по 42 шт. в каждой экзотермических нагревателей, при этом во всех шести группах использовался плоский термический модуль, корпус которого выполнен из двух одинаковых прямоугольных листов (120×260 мм) ламистера толщиной 0.1 мм. Листы были герметично соединены между собой с помощью термошва с образованием замкнутой и сужающейся кверху (в виде горловины с плечиками) полости, при этом ширина термошва, за исключением двух зон с ослабленной механической прочностью, равна 5 мм. В нижней части упомянутой выше замкнутой полости размещены два одинаковых контейнера из нетканного полипропилена с 40 г однородной смеси оксида кальция с безводным силикагелем при соотношении компонент, равном 5:1 вес. частей. В верхней (суженной) части замкнутой полости размещалась замкнутая камера из полиэтиленовой пленки с 40 мл воды. Кроме того, в средней части каждого бокового участка термошва выполнена зона с пониженной механической прочностью, а именно перемычка в виде полоски шириной 1,5 мм и длиной 20 мм.
Для первой группы экзотермических нагревателей были изготовлены плоские термические модули, у которых с внешней стороны средней части каждого бокового участка термошва была выполнена выемка шириной 3,5 мм. Для второй группы экзотермических нагревателей были изготовлены плоские термические модули, у которых с внутренней стороны средней части каждого бокового участка термошва была выполнена выемка шириной 3,5 мм. Для третьей группы экзотермических нагревателей были изготовлены плоские термические модули, у которых выемки были выполнены как с внутренней, так и с внешней стороны средней части каждого бокового участка термошва, при этом выемки попарно расположены напротив друг друга, а их ширина дискретно с шагом 0,5 мм изменялась соответственно от 0,5 до 3,0 мм и от 3,0 до 0,5 мм, образуя шесть подгрупп из семи одинаковых экзотермических нагревателей в каждой. Для четвертой группы экзотермических нагревателей были изготовлены плоские термические модули с зоной с ослабленной механической прочностью, выполненной, как показано на фиг.3. Для пятой группы экзотермических нагревателей были изготовлены плоские термические модули с зоной с ослабленной механической прочностью, показанной на фиг.2. Для шестой группы экзотермических нагревателей были изготовлены плоские термические модули с зоной с ослабленной механической прочностью, показанной на фиг.4. При этом четвертая, пятая и шестая группы были разбиты на шесть подгрупп каждая, соответственно с Н=1, 2, 3, 4, 5 и 6 мм. Во всех случаях плоский термический модуль помещался во внешний кожух, выполненный из двух листов алюминиевой фольги, соединенных между собой по всему периметру термошвом.
Испытания экзотермических нагревателей (далее образцов) всех шести групп показали, что у всех образцов разгерметизация корпуса плоского термического модуля имела место во время протекания экзотермической химической реакции, но после достижения в полости корпуса плоского термического модуля максимальной температуры (148-155°С). Химический анализ продуктов реакции показал наличие непрореагировавшего оксида кальция в количестве 0,7-0,9% от исходного значения. Иными словами, имело место практически полное использование оксида кальция.
Испытание образцов первой группы показало, что разгерметизация в результате образования отверстия в области выемки, выполненной с внешней стороны средней части бокового участка термошва, имеет место только у 9 образцов, при этом разгерметизация происходила с большим разбросом по времени - 103 сек.
Испытание образцов второй группы показало, что разгерметизация в результате образования отверстия в области выемки, выполненной с внутренней стороны средней части бокового участка термошва, имеет место у 41 образца, однако разгерметизация происходила с существенно меньшим разбросом по времени - 33 сек.
Испытание образцов третьей группы показало, что разгерметизация в результате образования отверстия в области расположенных напротив друг друга выемок в средней части бокового участка термошва имела место у всех образцов. При этом разгерметизация происходила с разбросом по времени, который увеличивался с 31 сек до 47 сек с уменьшением ширины выемки с внутренней стороны термошва.
Испытание образцов четвертой группы показало, что разгерметизация в результате образования отверстия в области выемки, выполненной с внутренней стороны средней части бокового участка термошва, имеет место у всех образцов. При этом для образцов с Н=1 разгерметизация происходила с разбросом по времени не более 14 сек, а для образцов с Н≥2 мм - с разбросом по времени, не превышающим 4 сек. Кроме того, с увеличением Н уменьшался интервал Δt времени между моментом подачи воды в замкнутую полость корпуса плоского термического модуля и моментом его разгерметизации.
Испытание образцов пятой и шестой групп показало, что наличие дополнительной выемки с внешней стороны средней части бокового участка термошва, а также наличие двух областей 18 (фиг.4) практически не оказывают влияния на величину упомянутого выше разброса. Однако наличие двух областей 18 позволяет увеличить диапазон изменения Δt.
Таким образом, полученные результаты подтверждают возможность достижения высокой воспроизводимости эксплуатационных параметров предлагаемого экзотермического нагревателя за счет предложенного выполнения зон с пониженной механической прочностью.
Промышленная применимость изобретения подтверждается также возможностью его реализации при использовании широко известных в промышленности технологического оборудования и материалов.