Dispositif chauffant.
La présente invention se réfère à un dispositif chauffant pour chauffer des produits liquides ou solides.
Plusieurs types différents de tels dispositifs chauffant, généralement appelés pots chauffant, ont été proposés à ce jour et comprennent une structure en forme de récipient et un élément chauffant, qui comporte une substance susceptible de donner lieu à une réaction exothermique, de façon que, lorsque la réaction se produit, le contenu du récipient est
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Il est connu par la littérature que la durée de réaction d'un élément chauffant dépend non seulement de sa composition, mais également des propriétés de conductivité thermique de son réceptacle et de la manière dont la chaleur produite par la réaction est conduite vers l'extérieur. Dans le but de contrôler et d'augmenter la durée de réaction, on a proposé de noyer, dans le composé exothermique combustible, des parois internes en une matière réfractaire, qui s'étendent de la surface de l'élément chauffant jusqu'à sa base et qui constituent une trajectoire de combustion.
Quelques dispositifs de ce type sont d'un maniement dangereux, du fait que l'élément chauffant n'est pas isolé vers l'extérieur ou encore parce qu'il est peut être séparé du récipient et ensuite actionné. En conséquence, le flux de chaleur produit n'est pas absorbé par le récipient et son contenu, mais plutôt dirigé vers les alentours.
Comme la chaleur produite dans de tels dispositifs chauffant, en particulier ceux du type à thermite, peut engendrer des températures extrêmement élevées, jusqu'à 1200'C, ces dispositifs sont dangereux à manier et peuvent causer des incendies ou des explosions. En plus, les dispositifs proposés antérieurernent n'ont pas chauffé le contenu du récipient de façon suffisamment uniforme et n'ont pas été pratiques ou d'un usage simple.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif chauffant qui comprend une structure adéquate permettant une dissipation appropriée de la chaleur vers le contenu du récipient ou de la conserve alimentaire et permettant un réchauffage uniforme, tout en assurant une isolation thermique complète vers l'extérieur et, de ce fait, une grande sécurité d'utilisation.
Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif chauffant comportant pour le matériel combustible un dispositif d'allumage relativement simple et sûr, qui est fiable à l'usage et qui ne demande aucune précision particulière lors de sa fabrication.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif chauffant qui est d'un prix de revient faible du fait que sa fabrication peut être automatisée.
Encore un autre but de l'invention est de séparer complètement le conditionnement des aliments en conserves stériles et la fabrication des éléments chauffant, les deux parties étant assemblées sous forme d'unités complètes.
Un but supplémentaire de l'invention est de fournir un composé exothermique sans dégagements gazeux sous forme liquide ou semi-liquide grâce à l'utilisation d'un liant liquide, car il est bien connu qu'il est plus commode de travailler avec un liquide ou une pâte qu'avec une poudre. L'utilisation de liquides ou de poudres permet d'obtenir des galettes d'une porosité entièrement contrôlée quelque soit la forme qui est coulée, tandis que les poudres peuvent uniquement être compressées jusqu'à une porosité ou densité donnée dans des formes très limitées telles que des cylindres. Il est bien connu en pyrotechnie que la porosité d'une masse réactive pyrotechnique est déterminante pour sa vitesse de combustion.
Dans le but de réaliser ces objectifs, l'invention fournit un dispositif chauffant destiné à chauffer des produits liquides et solides comprenant
1 une structure de récipient et des moyens pour chauffer disposés à la base du récipient, ces moyens pour chauffer comprenant un élément chauffant comportant une masse de substance exothermique combustible sans gaz, contenant des parois internes déterminant au moins une trajectoire de combustion, ce dispositif chauffant est caractérisé en ce que ledit élément chauffant consiste en un élément plat en forme de tuile comprenant une couche de diffusion thermique réalisée dans une substance conductrice de chaleur, une couche intermédiaire composée par ladite substance exothermique combustible sans gaz et contenant lesdites parois internes, et une couche composée de matière incombustible thermiquement isolante. Des moyens d'allumage sont reliés à ladite substance combustible par une ouverture prévue dans au moins une des couches recouvrant la substance combustible.
D'autres particularités et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui suit et d'un dessin annexé, où :
La figure 1 illustre un dispositif chauffant avec la partie basale, représenté en coupe. La figure 2 est une vue de dessus comprenant une coupe partielle suivant la ligne Il - II de la figure 1. La figure 3 représente l'élément chauffant séparé du récipient. La figure 4 illustre une autre forme d'exécution de l'invention. La figure 5 est une vue en perspective de l'allumeur utilisé dans la figure 4. La figure 6 représente une coupe à travers un élément chauffant. La figure 7 est une vue en coupe d'une troisième forme d'exécution de l'invention et La figure 8 illustre une coupe à travers l'élément chauffant de la forme d'exécution illustrée à la figure 7.
Le dispositif chauffant représenté aux figures 1, 2 et 3 se compose d'un récipient avec une paroi périphérique 102, de préférence en métal, auquel est fixé de manière étanche une plaque de base 103 plate, relati- vement épaisse, réalisée dans une substance bonne conductrice de chaleur, tel que l'aluminium. Une portion 104 de la paroi périphérique 102 s'étend au-delà de la plaque de base 103 constituant une cavité susceptible de recevoir l'élément chauffant 105 et l'organe d'allumage 106. Un élément
107 en forme d'anneau est inséré contre la paroi périphérique 102. Cet anneau 107 conduit et maintient le couvercle 108 qui s'engage avec frottement sur l'anneau 107. Ce couvercle est doublé à l'intérieur avec une substance isolante 109, constituée par exemple par des fibres de verre, de la laine de pierre ou du céramix, etc.
Ce couvercle maintient l'élément chauffant 105 contre le fond 103. L'organe d'allumage 106 est logé dans un évidement 110 effectué dans la substance isolante. L'élément chauffant, illustré à la figure 3, se compose d'une plaque 111 de diffusion thermique réalisée en une substance bonne conductrice de chaleur, tel que l'aluminium.
Des parois perpendiculaires 112 réalisées en une substance conductrice de chaleur, tel que l'acier, sont fixées à la plaque 111 de diffusion thermique de telle façon que la chaleur est transmise. Ces parois définissent la trajectoire de combustion pour la substance exothermique 113 y contenue. Une disposition spiralée de ces parois constitue une forme adéquate pour la trajectoire de combustion. La substance exothermique 113, de composition thermitique, telle que le dioxyde de manganèse et le silicium, à laquelle on a ajouté une substance inerte comme la silice avec un liant par exemple silicaté, est coulée dans les interstices constituant la trajectoire de combustion.
Dans le passé, plusieurs inventeurs ont proposé l'utilisation de thermite, qui est un mélange d'oxyde de fer et d'aluminium en tant que substance exothermique. La température de réaction qui est supérieure à 2000[deg.]C a mené vers des constructions du type à immersion qui sont cependant très défavorables en ce qui concerne le transfert de chaleur vers les aliments à chauffer. L'idée de l'invention est de fournir un récipient dans lequel les aliments sont chauffés du bas dans le but de créer des courants de convection dans le liquide. Ceci est rendu possible par l'utilisation de composés réactifs ayant des températures de réaction plus basses. On a découvert que le silicium additionné de divers oxydants comme le minium, le dioxyde de manganèse, l'oxyde de cuivre donne naissance à une réaction exothermique sans dégagement gazeux.
La vitesse de propagation de cette dernière peut être contrôlée par l'adjonction de matériaux inertes, comme la silice, le kaolin, etc. On a vu que l'utilisation d'oxydants contenant peu d'oxygène comme le minium permet des températures de réaction plus faibles que les oxydants contenant une quantité élevée d'oxygène tels que le dioxyde de manganèse, et le rendement calorifique par unité de poids peut être ajusté en utilisant deux ou plusieurs oxydants, par exemple un mélange de dioxyde de manganèse et de minium, ainsi que de quantités variables d'une substance inerte.
La substance exothermique est recouverte par une couche d'un matériau isolant calorifuge, tel que de la silice finement broyée mélangée à un liant adéquat comme du silicate ou du plâtre. Avant la coulée de la substance exothermique 113 et de la couche isolante 114, une amorce
115 est placée au centre de la spirale. Cette amorce consiste en un composé qui devient réactif lorsqu'il est chauffé à environ 400[deg.]C. Un composé typique de ce genre est du silicium finement broyé mélangé avec de l'oxyde
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silicate, est coulé dans un moule séparé pour former un corps ayant l'aspect d'une capsule comportant un élément en forme de doigt se dressant de façon libre à partir de sa base, comme la partie conique 116. Les parois
1 externes de cette amorce sont en contact avec la substance exothermique 113 et l'amorce est accessible par une ouverture dans la couche 114 de matière isolante.
Les moyens pour allumer consistent en une bande métallique mince 118. Les extrémités de cette bande métallique sont recourbées par dessus les bords de l'élément chauffant comme illustré en 117. Cet élément en forme de U est maintenu par faible pression élastique exercée par les deux pattes 117. La bande métallique 118 comporte une ouverture
119 à son centre; une goutte 120 d'un composé exothermique brûlant avec émission forte de chaleur, comme de la poudre de bore et du perchlorate de potassium (KC104) lié par de la colle, est posée sur l'ouverture
119 de telle façon que le composé pâteux pénètre par l'ouverture 119. Une substance 121 sensible au frottement comme celle utilisée pour les têtes d'allumettes, également liée par de la colle, est coulée sur l'autre côté de la bande métallique.
Un organe de traction 122 constitué par une bande de papier fort ou d'un matériau similaire, enduite sur un de ses côtés avec un matériau de friction, est posé en contact avec la substance 121 sensible au frottement et maintenu de façon élastique contre cette dernière par une bande métallique flexible 123 fixée des deux côtés
<EMI ID=3.1> la figure 1, les moyens pour allumer sont montés dans l'élément chauffant de façon que la substance exothermique 120 est disposée en regard de l'ouverture et du cône de l'amorce 116.
Un évidement 110, effectué dans la couche isolante 109 du couver-
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de traction 122 se prolonge à travers la fente 127 vers l'extérieur. Le fonctionnement du dispositif chauffant est le suivant : après avoir rempli
1 le récipient 101 avec les aliments destinés à être chauffés, l'organe de traction 122 est tiré complètement et allume par frottement la substance
121 sensible au frottement qui enflamme le composé exothermique 120. La chaleur irradiée par ce composé est suffisamment intense pour enflammer le cône 116 de l'amorce, la réaction se propage à travers le corps de l'amorce et, par contact, à la substance exothermique 113 remplissant la trajectoire de combustion. La chaleur engendrée par la réaction progresse lentement et est conduite par les parois métalliques 112 à la plaque 111 de diffusion thermique qui est en contact avec la plaque de base 103 du récipient, à laquelle la chaleur est transmise . et qui agit en tant qu'un élément de diffusion thermique supplémentaire.
L'épaisseur du fond 103 est choisie de façon à assurer une dissipation correcte dans l'ensemble du fond pour éviter que les aliments à chauffer ne s'attachent. En variant les proportions des constituants du composé exothermique, la vitesse de propagation de la réaction peut être ajustée et elle est de préférence
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compte de la surface totale de la plaque 111 de diffusion thermique.
Après la fin de la combustion, l'élément chauffant 105 peut être aisément enlevé et remplacé par un nouveau.
Pour des raisons de sécurité, l'élément chauffant ne devrait pas fonctionner lorsqu'il n'est pas placé de façon appropriée à la base du récipient 101. Comme décrit ci-dessus, le dispositif d'allumage est tenu sur l'élément chauffant par deux pattes 117 élastiques appuyant contre les parois latérales de l'élément chauffant. Lorsque ce dernier n'est pas monté sur le récipient, et si l'on actionne l'organe de traction, le dispositif d'allumage entier est arraché sans fonctionner. Sur le récipient, le dispositif d'allumage est maintenu en place par l'évidement 110 correspondant effectué dans la couche isolante 109 du couvercle 108.
Dans la deuxième forme d'exécution de l'invention illustrée à la figure 4, l'élément chauffant consiste en une pièce 201 en forme de cuvette rétractée réalisée en un matériau bon conducteur de chaleur, comme l'aluminium. Le fond 202 de cet élément constitue la surface de diffusion thermique. La paroi périphérique 203 est obtenue par un procédé d'étirage et peut être amincie par mesure d'économie. Des parois perpendiculaires 204 réalisées en un matériau conducteur de chaleur, comme l'acier, sont fixées à la plaque de diffusion thermique 202 de façon à transmettre la chaleur et selon une configuration adéquate pour former une trajectoire de combustion. Une configuration idéale, telle que la spirale, est représentée à la figure 6.
Une couche isolante mince 205 constituée de matière résis- tante à la chaleur, telle que la silice lié par du silicate, est coulée dans la trajectoire de combustion. Une amorce 206 en forme de capsule avec à son centre un cône faisant saillie est placée au centre de la spirale sur la couche isolante mince 205. La substance réactive exothermique
207 est mélangée à un liant adéquat, comme du silicate, et coulée dans le creux de la trajectoire de combustion. L'extrémité du dernier tour
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en laissant un espace annulaire 209 entre la paroi 203 et la spirale. Sur la substance exothermique 207 est coulée une couche isolante 210, par exemple composée de silice lié par du silicate ou du plâtre, et qui remplit également l'espace annulaire 209. Une pièce 211 en forme d'anneau constituée par de la matière isolante, comme des feuilles ondulées d'aluminium ou une natte de fibre de verre, est placée sur la couche isolante 210. Un carton annulaire 212 est disposé sur la pièce 211. L'allumeur 213 est situé au centre de l'anneau.
Il est composé par un disque métallique 214 en forme de U fixé par des points de soudures 216, 217 à un disque métallique plat 215, les deux disques constituent des moyens de guidage dans lesquels est placé l'organe de traction 218 réalisé en une matière souple comme du papier enduit, à son extrémité 219 sur la face en regard du disque en forme de U, d'un composé de friction pour allumettes. Le disque en forme de U est percé au centre. Une goutte 221 de substance exothermique, tel que du bore et du perchlorate de potassium liés avec de la colle, est moulée sur l'ouverture 220 effectuée au centre du disque en forme de U. Une goutte 222 d'un composé pour têtes d'allumettes lié
1 avec de la colle est moulée sur l'ouverture 220 du côté intérieur du U, de façon à être en contact avec la substance exothermique 221 à travers cette ouverture. Un disque de carton 223 maintient l'allumeur 213 en place. L'extrémité 224 de l'crgane de traction 218 sort par une fente
225 effectuée dans le disque en carton et cette extrémité de l'organe de traction 224 est repliée par dessus le disque en carton. Une membrane d'obturation 226 susceptible d'être brisée constituée en une substance étanche, comme le polyéthylène, est placée sur le disque 223 pour retenir en place l'organe de traction. Les extrémités en saillie du récipient 201 sont repliées et maintiennent la pièce 211, les disques en carton 212,
223 et la membrane d'obturation fermement.
L'élément chauffant tel que décrit forme une unité complètement fermée qui peut être aisément entreposé et manipulé avant d'être adapté aux parois d'un récipient pour former un récipient auto-chauffant.
A la figure 4, la pièce 227 est en forme de tube réalisé dans une matière étanche à l'eau telle que l'aluminium ou le carton imprégné de silicate et doublé de pellicules en plastique. L'élément chauffant 201 est adapté à ce tube par un ajustage par frottement assez serré pour être étanche. Ce tube 227 forme les parois périphériques du récipient chauffant 231. Avant le remplissage, on brise la membrane 226, l'organe de traction est plié vers l'extérieur du récipient, tel qu'illustré par la ligne pointillée 232, le récipient est alors rempli avec la substance à chauffer.
En tirant complètement l'organe de traction 218, l'extrémité enduite
219 frotte contre le composé 222 pour têtes d'allumettes qui s'enflamme et qui embrase le cornposé exothermique 221, la chaleur irradiée par cette réaction est suffisamment intense pour chauffer la pointe du cône
233 faisant saillie à partir de la base de l'amorce 226 en forme de capsule au-dessus de sa température d'inflammation, provoquant ainsi l'inflammation de l'amorce, qui à son tour déclenche la réaction du composé exothermique
207. La réaction avance à une vitesse comprise entre 4 et 20 mm par seconde et la chaleur produite est dissipée par conduction à travers les parois de drainage thermique 204, vers la plaque de diffusion thermique 202 d'où la chaleur se propage à l'intérieur de la substance à chauffer.
L'isolation 205 empêche un contact direct entre la plaque de diffusion thermique
202 et la substance exothermique. Cette barrière thermiquement isolante favorise une diffusion de la chaleur, vers la plaque de diffusion thermique
202 au moyen des parois empêchant la formation de points chauds sur la plaque et un attachement des aliments à chauffer. L'isolation 210, ainsi que la pièce 211 et les deux disques en carton 212 et 223 constituent une barrière isolante multicouche empêchant la chaleur de se propager dans la direction opposée à la plaque de diffusion thermique 202. Les parois 204 se comportent comme piège conduisant la chaleur vers la plaque de diffusion thermique et empêchent efficacement un transfert de chaleur vers les zones de la substance exothermique non touchées par la réaction, ce qui pourrait entraîner une progression incontrôlée de la réaction.
Exemple : pour la forme d'exécution illustrée à la figure 4, nous avons trouvé qu'une quantité de 70' gr du mélange chauffant peut élever la température d'une quantité de 400 cm' d'eau de la température ambiante d'environ 20[deg.]C à une température de 72[deg.]C en deux minutes. Le rendement calorifique est de 300 calories par gramme.
Dans la troisième forme d'exécution illustrée aux figures 7 et 8, l'élément chauffant consiste en un support réfractaire 301 réalisé en une matière susceptible d'être moulée tel que le plâtre, l'argile, etc. Le support est moulé de façon à former sur un côté une trajectoire de combustion 303 constituée par des creux séparés par des parois 302 en relief. Ces parois sont disposées de façon à former deux circuits en zigzag débutant au centre tel qu'illustré à la figure 8. Le support réfractaire
301 présente à son centre un trou 305 dans lequel est placé l'amorce 306. L'amorce consiste en un composé réactif lié par un liant adéquat et moulé dans un moule séparé de façon à prendre la forme d'une capsule avec un élément 307 en forme de doigt se dressant au centre à partir de son fond.
7 Après sa solidification, cette amorce est placée dans le trou
305. La masse réactive mélangée à un liant adéquat est coulée dans la trajectoire de combustion 303 et entre en contact avec l'amorce 306. Sur la substance réactive, on coule une couche 308 consistant en 'un matériau conducteur de chaleur finement broyé, tel qu'une poudre métallique ou d'un métalloïde, tel que le graphite mélangé à un liant adéquat résistant à la chaleur, comme le silicate. Pour renforcer cette couche, un lit mince, non illustré, de fibres incombustibles, comme les fibres de verre, peut être englobé.
Cet élément chauffant est fixé sur le fond d'un récipient 309 en carton par collage ou tout autre moyen adéquat. L'allumeur 311, tel qu'illustré à la figure 5 et décrit plus haut est placé dans un évidement prévu dans la couche en carton 310. L'organe de traction 312 sort par une ouverture effectuée dans la paroi 313 du récipient 309 et est accessible de l'extérieur. Une conserve alimentaire 314 consiste en un plat peu profond
315 réalisé en feuille d'aluminium emboutie et fermé de façon étanche par une membrane d'aluminium 316. La conserve est fixée sur l'élément chauffant 301 de façon à assurer un bon contact entre son fond 317 et la couche de diffusion de chaleur 308. La conserve est disposée, rigidement dans la boîte en carton 309, par exemple en la calant ou en collant ses bords 318 à l'extrémité 319 de la boîte en carton.
L'ensemble de l'assemblage constitue une conserve alimentaire auto-chauffante. Après avoir ôté le couvercle 316, la réaction chauffante est amorcée en tirant sur l'organe de traction 312.
Il est évident que le dispositif chauffant pourrait être fourni avec le récipient 315 vide, l'appareil constituant alors un récipient chauffant à jeter après usage.
L'allumeur 306 pourrait être placé dans une position renversée directement dans la trajectoire de combustion, accessible par une ouverture
1 dans la couche de diffusion thermique 308. Dans ce cas l'allumeur devrait être disposé entre le fond 317 du récipient 315 et la couche de diffusion thermique 308. Le corps en forme de doigt 307 pourrait alors être coiffé avec une substance sensible au frottement et l'organe de traction maintenu élastiquement contre la pointe sensible au frottement.
De même, l'amorce pourrait être placée dans un trou prévu sur une des parois latérales 320 de l'élément chauffant, l'allumeur étant logé
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en carton 309.
Revendications
1. Dispositif chauffant destiné à chauffer des produits liquides et
solides, comprenant une structure de récipient et des moyens pour chauffer
disposés à la base du récipient, ces moyens pour chauffer comprenant
un élément chauffant comportant une masse de substance exothermique combustible sans gaz, contenant des parois internes déterminant au moins
une trajectoire de combustion, caractérisé en ce que ledit
élément chauffant consiste en un élément plat comprenant une couche
de diffusion thermique réalisée dans une substance conductrice de chaleur,
une couche intermédiaire composée par ladite substance exothermique combustible sans gaz et contenant lesdites parois internes, et une couche composée de matière incombustible thermiquement isolante, des moyens d'allumage étant reliés à ladite substance combustible par une ouverture
prévue dans au moins une des couches recouvrant la substance combustible.