Патент на изобретение №2334664

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ НАГРЕВА НАХОДЯЩЕГОСЯ В КОНТЕЙНЕРЕ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к способам нагрева посредством экзотермической реакции хранимого в контейнере (упаковке) пищевого продукта перед его употреблением. Достигаемый технический результат заключается в том, что при минимальной токсичности используемых компонентов обеспечивается высокая скорость нагрева пищевого продукта до заданной рабочей температуры. В реакционной камере, находящейся в тепловом контакте с контейнером с пищевым продуктом, инициируют экзотермическую реакцию путем взаимодействия с водой смеси, включающей порошок цинка, порошок сернокислой меди пятиводной и порошок магниевого сплава, содержащего магний и алюминий, соответственно, 50,50 и 49,25 мас.%. Количество порошка магниевого сплава выбирают в граммах в соответствии с находящимся в диапазоне от 0,1 л до 1,0 л, объемом – V контейнера с пищевым продуктом на основании зависимости K=4,95+0,5·(V-0,1). Инициируют экзотермическую реакцию при следующем соотношении порошковых компонентов и воды, в мас. частях: магниевый сплав – 1, сернокислая медь пятиводная – 11,0-11,5, цинк – 5,9-6,1, вода – 4,3-4,5. 2 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к способам нагрева посредством экзотермической реакции хранимого в контейнере (упаковке) пищевого продукта перед его употреблением.

Из уровня техники известен способ получения тепловой энергии для нагрева находящегося в контейнере пищевого продукта, при котором в реакционной камере, находящейся в тепловом контакте с контейнером с пищевым продуктом, инициируют экзотермическую реакцию путем взаимодействия с 7,46 мл воды или с 6,0 мл однопроцентного водного раствора этиленгликоля смеси порошков, включающей 1,8 г хлорида кальция и 18,0 г окиси кальция (см. заявку GB – А – №2069970, 1981). Наличие в смеси порошков хлорида кальция в количестве, равном 10 мас.% от массы окиси кальция, позволяет уменьшить до 3-5 мин время нагрева реакционной камера до рабочей температуры +70°С, поскольку при контакте хлорида кальция с водой экзотермическая реакция начинается немедленно.

Однако этот способ получения тепловой энергии для нагрева находящегося в контейнере пищевого продукта имеет и недостатки. Во-первых, получение тепловой энергии с помощью известного способа сопровождается существенным увеличением давления в реакционной камере, а образующаяся в результате экзотермической реакции гидроокись кальция вызывает закупорку газоотводящих отверстий в реакционной камере. Во-вторых, известный способ не обеспечивает (после разогрева контейнера с пищевым продуктом до заданного значения рабочей температуры) получения тепловой энергии в количестве, достаточном для поддержания температуры пищевого продукта приблизительно на том же уровне в течение, по крайней мере 8-10 минут, необходимых для комфортного употребления пищевого продукта, находящегося в нагреваемом за счет теплового контакта с реакционной камерой контейнере.

Известен также способ получения тепловой энергии для нагрева находящегося в контейнере пищевого продукта, взятый в качестве прототипа, при котором в реакционной камере, находящийся в тепловом контакте с контейнером с пищевым продуктом, инициируют экзотермическую реакцию путем взаимодействия с 200 мл воды смеси, включающей порошок водорастворимой соли двухвалентной меди – хлорида меди дигидрата – 25,5 г и порошок сплава магния с железом (Mg – 95 мас.%) – 4 г (см. патент US – A – №5517981, 1996).

Прототип имеет следующие недостатки. Во-первых, для осуществления известного способа требуется такое количество воды – 200 мл, которое сравнимо с объемом нагреваемого контейнера с пищевым продуктом. Иными словами, из-за больших весогабаритных параметров реакционной камеры известный способ не обеспечивает удобств для пользователей. Во-вторых, в известном способе протекание экзотермической реакции сопровождается интенсивным образованием водорода, что создает дополнительные неудобства при осуществлении известного способа.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению при минимальной токсичности используемых компонент и отсутствии газовыделений высокой скорости нагрева пищевого продукта до заданной рабочей температуры с последующим поддержанием его температуры на уровне, приблизительно равном значению рабочей температуры, в течение не менее 25 мин, а также уменьшения расхода воды.

Поставленная задача решена тем, что в способе получения тепловой энергии для нагрева находящегося в контейнере пищевого продукта, при котором в реакционной камере, находящейся в тепловом контакте с контейнером с пищевым продуктом, инициируют экзотермическую реакцию путем взаимодействия с водой смеси, включающей порошок водорастворимой соли двухвалентной меди и порошок магниевого сплава, согласно изобретению в смесь дополнительно вводят порошок цинка (Zn), в качестве водорастворимой соли двухвалентной меди используют сернокислую медь пятиводную (CuSO₄·5(H₂O)), в качестве магниевого сплава используют сплав, содержащий магний и алюминий соответственно 50,50 и 49,25 мас.%, количество К которого в граммах выбирают в соответствии с находящимся в диапазоне от 0,1 л до 1,0 л, объемом – V контейнера с пищевым продуктом на основании зависимости К=4,95+0,5·(V-0,1), а инициируют экзотермическую реакцию при следующем соотношении порошковых компонент и воды, мас.ч.:

Преимущество предложенного способа получения тепловой энергии для нагрева находящегося в контейнере пищевого продукта перед прототипом заключается в том, что за счет, во-первых, использования сернокислой меди пятиводной вместо хлорида меди дигидрата, во-вторых, замены части магния на алюминий, а в третьих, дополнительного введения в состав порошковой смеси цинка, более чем в два раза уменьшилась суммарная масса реагентов, почти на порядок уменьшился объем воды и не происходит образования газообразных продуктов в результате протекания экзотермической реакции. Иными словами, повышается удобство при использовании предложенного способа вследствии существенного уменьшения весогабаритных параметров реакционной камеры. С другой стороны, предложенный способ обеспечивает быстрый нагрев реакционной камеры до рабочей температуры и за 8-10 мин нагрев пищевого продукта до температуры 78-84°С с последующим поддержанием его температуры на уровне не ниже 70°С в течение 30 минут.

Для осуществления предложенного способа получения тепловой энергии для нагрева находящегося в контейнере пищевого продукта могут быть использованы как устройства с реакционной камерой, расположенной частично внутри контейнера с пищевым продуктом (фиг.1), так и устройства с реакционной камерой, расположенной частично, снаружи контейнера с пищевым продуктом (фиг.2).

На чертежах используются следующие обозначения: 1 – теплоизолирующий кожух, 2 – контейнер с пищевым продуктом 3, 4 – реакционная камера, выполненная в варианте, представленном на фиг.1 из материала с высокой теплопроводностью, 5 – разрушаемая перегородка, 6 – смесь порошковых компонент, 7 – вода, 8 – активатор – стержень, например, с заостренным концом. Разрушаемая перегородка 5 предназначена, во-первых, для изолированного хранения в реакционной камере 4 воды 7 и смеси порошковых компонент 6, а именно сернокислой меди пятиводной, цинка и магниевого сплава, в качестве которого предпочтительно используют порошок марки ПАМ-2 (ГОСТ 5593-76) следующего состава, мас.%: магний – 50,50, алюминий – 49,25, железо – 0,16, кремний – 0,06, хлор – 0,03, а во-вторых, для быстрого перемешивания реагентов в твердом состоянии с водой при ее разрушении с помощью активатора 8.

Здесь необходимо отметить, что предложенный способ может быть осуществлен не только с помощью описанных выше устройств, но также и с помощью устройств, в которых жидкий реагент – вода размещен в замкнутой оболочке, выполненной из гибкого полимерного материала, которую помещают в реакционную камеру, заполненную порошковыми, компонентами (см., например, патент US – А – №4741324, 1988).

Способ получения тепловой энергии для нагрева находящегося в контейнере пищевого продукта осуществляется следующим образом. Перед употреблением герметично хранимого в контейнере 2 пищевого продукта 3 (напитка или еды, например, каши, супа и т.п.) осуществляют его нагрев до требуемой температуры путем инициирования в находящейся в тепловом контакте с контейнером 2 внутренней (фиг.1) или внешней (фиг.2) реакционной камере 4 экзотермической реакции. В исходном состоянии реакционная камера разделена достаточно легкоразрушаемой перегородкой 5 на два отсека, в одном из которых находятся реагенты в твердом состоянии – смесь порошковых компонент 6, а в другом отсеке находится реагент в жидком состоянии – вода 7. Необходимую для нагрева находящегося в контейнере 2 пищевого продукта 3 тепловую энергию получают в результате инициирования экзотермической реакции путем обеспечения при приложении к активатору 8 (выполненному в виде, например, стержня с обращенным к перегородке 5 заостренным концом) силового воздействия Р разрушения перегородки 5, а следовательно, взаимодействия с водой смеси, включающей порошок водоростворимой соли двухвалентной меди – сернокислой меди пятиводной, порошка цинка и порошка магниевого сплава, например ПАМ-2. При этом количество К порошка магниевого сплава, содержащего магний и алюминий соответственно 50,50 и 49,25 мас.%, выбирают в соответствии с тем, какой объем V в литрах имеет контейнер 2 в каждом конкретном случае осуществления предложенного способа. В большинстве практически важных случаев объем контейнера 2 лежит в диапазоне от 0,1 до 1,0 л. Для этого диапазона значений объема V контейнера 6 количество К в граммах порошка магниевого сплава определяют из зависимости: K=4,95+0,5·(V-0,1) [г]. При количестве порошка магниевого сплава, меньшем 4,95 г, время нагрева пищевого продукта 3 в контейнере 2 с объемом 0,1 л превышает 10 мин, а при количестве порошка магниевого сплава, большем 5,4 г, на начальной стадии экзотермической реакции возникает парообразование в результате нагрева еще не прореагировавшей части воды до температуры ее парообразования. Кроме того, увеличение содержания магния в смеси приводит к необходимости существенного увеличения объема воды, а следовательно, объема реакционной камеры. Предложенное использование трех различных активных металлов (магния, алюминия и цинка) для осуществления экзотермической реакции, основанной на вытеснении активными металлами менее активного металла – меди из ее водорастворимой сернокислой соли, обеспечивает с одной стороны высокую скорость нагрева реакционной камеры до рабочей температуры без парогазообразования (не более 3,5 мин), а с другой стороны, обеспечивает получение тепловой энергии в количестве, достаточном для поддержания температуры нагретого за 8-10 мин до температуры 78-84°С пищевого продукта 6 на уровне не ниже 70°C в течение, по крайней мере 30 мин, поскольку на начальной стадии экзотермическая реакция протекает при доминирующей роли быстрореагирующего магния, а на заключительной стадии – только за счет более медленно протекающей реакции с цинком. В соответствии с этим были выбраны верхние значения мас. частей сернокислой меди пятиводной – 11,5, цинка – 6,1 и воды 4,5, по отношению к содержанию магниевого сплава, взятого в качестве базового значения. При значениях мас. частей сернокислой меди пятиводной, цинка и воды меньших соответственно 11,0, 5,9 и 4,3 температурный пик в интервале от 8 до 15 мин становится более выраженным из-за увеличения темпа охлаждения пищевого продукта, обусловленного снижением количества получаемой в результате экзотермической реакции тепловой энергии.

В дальнейшем предложенный способ иллюстрируется конкретными примерами для наиболее распространенных значений объемов контейнера 6.

Пример 1. Объем V контейнера 6 равен 0,2 л. В соответствии с этим количество: 1) магниевого сплава равно К=4,95+0,5(0,2-0,1)=5,0 г, 2) сернокислой меди пятиводной – 55,0÷57,5 г, 3) Цинка – 29,5÷30,5 г и 4) воды – 21,5÷22,5 г. При значениях сернокислой меди пятиводной, цинка и воды, соответствующих нижним значениям, пищевой продукт – суп был нагрет до 83°С за 8,6 мин, а охладился до 70°C через 35 мин. При значениях сернокислой меди пятиводной, цинка и воды, соответствующих верхним значениям, пищевой продукт – суп был нагрет до 83,5°С за 6,4 мин, а охладился до 70°С через 37 мин.

Пример 2. Объем контейнера 6 равен 0,33 л. В этом случае количество: 1) К=4,95+0,5(0,33-0,1)=5,07 г, 2) сернокислой меди пятиводной – 55,77÷58,30 г, 3) цинка – 29,9÷30,9 г, 4) воды – 21,8÷22,8 г. Для нижних значений содержания реагирующих компонент пищевой продукт нагрелся до температуры 81,5°С за 9 мин, а охладился до 70°С через 33 мин. Аналогично для верхних значений содержания компонент пищевой продукт нагрелся через 9,8 мин до 81,7°С, а охладился через 32 мин.

Промышленная применимость изобретения подтверждается тем, что для его осуществления используются хорошо освоенные промышленностью компоненты.

Формула изобретения

Способ получения тепловой энергии для нагрева находящегося в контейнере пищевого продукта, при котором в реакционной камере, находящейся в тепловом контакте с контейнером с пищевым продуктом, инициируют экзотермическую реакцию путем взаимодействия с водой смеси, включающей порошок водорастворимой соли двухвалентной меди и порошок магниевого сплава, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят порошок цинка, в качестве водорастворимой соли двухвалентной меди используют серно-кислую медь пятиводную, в качестве магниевого сплава используют сплав, содержащий магний и алюминий, соответственно, 50,50 и 49,25 мас.%, количество – К которого в граммах выбирают в соответствии с находящимся в диапазоне от 0,1 до 1,0 л объемом – V контейнера с пищевым продуктом на основании зависимости:

К=4,95+0,5·(V-0,1),

а инициируют экзотермическую реакцию при следующем соотношении порошковых компонентов и воды, мас.ч.:

РИСУНКИ