DE2305504A1

DE2305504A1 - Aufladbare vorrichtung zur speicherung von waerme oder kaelte

Info

Publication number: DE2305504A1
Application number: DE2305504A
Authority: DE
Inventors: Walter B Dandliker
Original assignee: Kay Laboratories Inc
Current assignee: Kay Laboratories Inc
Priority date: 1972-02-07
Filing date: 1973-02-05
Publication date: 1973-08-16
Also published as: IT977209B; GB1426065A; JPS4891641A; AU5191473A; CA1015709A; US3913559A; FR2171135B3; FR2171135A1

Description

San Diego, California, USA

Aufladbare Vorrichtung zur Speicherung von Wärme oder Kälte.

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufladbare Vorrichtung zur Speicherung von Wärme oder Kälte und Abgabe dieser Wärme oder Kälte mit annähernd konstanter Temperatur an bewegliche Objekte unabhängig von äußeren Energiequellen.

Diese Vorrichtung ist ortsveränderlich und kann eine beträchliche konstante Wärme- oder Kältemenge an ein Objekt über eine längere Zeit abgeben.

Die bekannten Einrichtungen dieser Art sind elektrische Heizkissen oder sogenannte Wärmflaschen. Die elektrischen Heizkissen enthalten einen Widerstandsdraht eingebettet zwischen zwei Schichten aus weichem Material, beispielsweise aus Baumwolle. Schichten und Leiter sind eingeschlossen in einem Behälter mit herausgeführter Leitung. Das Ende dieser Leiter schleife des Widerstandsdrahtes ist mittels einer elektrischen Kordelschnur zu einer Steckdose geführt. Damit sind diese Heizkissen an und für sich nicht ortsveränderlich, sondern nur in einem bestimmten Umkreis von elektrischen Stromquellen brauchbar.

Die Widerstandsdrähte geben üblicherweise eine relativ hohe Tempe-

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ratur ab. Es wird insofern ein Thermostat benötigt, um das Heizkissen im gewünschten Temperaturbereich zu halten. Diese elektrischen Heizkissen haben Mangel. Sie sind wie alle elektrischen Apparate, hinsichtlich elektrischer Ableitungen anfällig. Beschädigungen am Zuführungskabel oder am Heizkissen selbst können elektrische Drähte freilegen, die beim Gebrauch an menschlichen Körpern gefährlich werden können. Ebenso können Kurzschlüsse zwischen den Leitungen zur Funkenbildung führen, die Brände hervorruft oder Sicherungen im elektrischen Stromkreis ansprechen lassen, wodurch die Funktion des Heizkissens unterbrochen wird. Ferner können solche elektrischen Heizkissen keine konstante Temperatur abgeben. Sie sind völlig abhängig von der Funktionsfähigkeit des Thermostaten und können infolgedessen nur in bestimmten Temperaturbereichen arbeiten .. Zur besseren Regelung muß der Temperaturbereich eingeengt sein und der Thermostat muß dementsprechend sehr feinstufig ausgebildet sein« Damit unterliegt er aber wiederum einer hohen Schaltleistung durch das ständige Ein- und Ausschalten. Letzteres führt zu einer starken Abnutzung des Thermostaten, so daß auch die Lebensdauer begrenzt ist. Die Regelbarkeit des Thermostaten bedingt darüber hinaus, daß am Anfang die Temperatur meist zu hoch und beim Herunterschalten meist zu niedrig ist. Darüber hinaus besitzen solche Heizkissen eine sehr geringe Hitzekapazität, so daß sie nach dem Ausschalten in kürzester Zeit kalt sind.

Nicht unerwähnt bleiben darf der schlechte Komfort, .den diese Heizkissen bei ihrer Benutzung bieten. Sowohl die elektrischen Drähte des Widerstandes, als auch die elektrische Zuleitung verursachen dem menschlichen Körper Unbehagen, wenn er beispielsweise auf einem solchen Kissen für eine längere Zeit liegen muß„

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Die altbekannte "Wärmflasche ist in dieser Hinsicht wesentlich angenehmer und wird auch besser vom menschlichen Körper vertragen. Darüber hinaus gestattet sie Anwendungen in vielen Temperaturbereichen, auch als Kaltpackung, indem eine solche Flasche mit Eis Stückchen gefüllt wird. Solche "Wärmflaschen haben jedoch andere Nachteile. Sie benötigen entweder Eiswasser oder Warmwasser. Beides muß vorbereitet und jeweils eingefüllt werden- Sie erfordern ferner einen einwandfreien Verschluß.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung eine transportable Vorrichtung zu schaffen, die für konstante Temperaturabgabe geeignet und in beliebigen Temperaturbereichen anwendbar ist. Sie soll sowohl als Kaltpackung als auch als Warm- oder Keißpackung dienen und unabhängig von äußeren Stromquellen sein. Beim Einsatz am menschlichen Körper muß sie sich ans chmi e gen.

Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß ein flexibler Behälter mit Chemikalien gefüllt ist, die eine chemische Wärme- oder Kältereaktion unter Abschluss von Sauerstoff, bei Einwirken einer Wärme- oder Kältequelle, durch Umwandlung ihres Aggregatzustandes (fest, flüssig) erzeugen, und die erzeugte Wärme- oder Kältemenge speichern und mit annähernd konstanter Temperatur an ein Objekt abgeben.

Der Behälter ist heiß versiegelt, und zwar rundherum an allen Nähten, um sicher zu stellen, daß die Chemikalie nicht aus den Behälter heraustreten kann. In einer besonderen Ausgestaltung ist der Behälter in einzelne Kammern unterteilt, dadurch wird einmal erreicht daß die Chemikalie

sich auch bei Belastung gleichmässig in dem Behälter verteilt und zum anderen, daß bei Beschädigung des Behälters nur ein Teil der Chemikalie austreten kann. Dieser Behälter kann dann in einem Isoliermaterial eingebettet sein oder mit seiner Schutzhülle überzogen werden.

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Die in dem Behälter befindliche Chemikalie besitzt einen Schmelzpunkt innerhalb ihres Temperaturbereiches, bei dem eine Umwandlung ihres Aggregat-Zustandes (fest, flüssig) eintritt. Wird eine Heißtemperatur -Vorrichtung gewünscht, so besitzt die Chemikalie eine Schmelztemperatur oberhalb der Oberflächen Temperatur des gewählten Objektes. Wird dann der Behälter zusammen mit der Chemikalie erhitzt, so wird die Chemikalie veranlaßt, vom festen in den flüssigen Zustand überzugehen und ihre latente Schmelzwärme anzunehmen. Wird der Behälter dann einem Objekt zugeführt, so behält die Chemikalie annähernd ihre konstante Temperatur unter Abgabe ihrer latenten. Wärme an das Objekt bei, bis ihr Schmelzpunkt wieder erreicht ist. -

■ O "

Wird eine Kalttemperatur-Vorrichtung gewünscht, so ist der Behälter mit einer Chemikalie gefüllt, deren Schmelzpunkt niedriger als die Oberflächentemperatur des gewählten Objektes ist. Die Vorrichtung ■wird dann gekühlt und die Chemikalie gibt ihre latente Schmelzwärme ab und formt sich in den festen Zustand um. Bei Anwendung an einein Objekt nimmt die Chemikalie ihre latente Schmelzwärme vom Objekt auf. Sie behält eine konstante Temperatur bis zum Erreichen ihres Schmelzpunktes, bei dem sie sich wieder in den flüssigen Zustand umwandelt,' bei.

Die Erfindung stellt somit eine Konstant-Temperatur·^ Vorrichtung dar, bei der die konstante Temperatur über eine relativ längere Periode während des Gebrauchs beibehalten wird. Während des Wechselns von einem Status in den anderen behält die Chemikalie annähernd ihre gleiche Temperatur. Ihre Schmelztemperatur wird entweder an das Objakt abgegeben oder von dem Objekt aufgenommen. Die Abgabe von Wärme oder .Kälte ist sowohl über eine relativ kürze Zeitperiode mit größerer Intensität, wie auch über eine längere Zeitperiode mit geringerer Abgabe möglich. Es sind Gebrauchszeiten von mehr als

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fünf Stunden mit dieser Vorrichtung erzielt worden.

Es ist ein Vorteil, daß diese Vorrichtung beliebig oft wieder benutzt werden kann. Die Wärmeübertragung an ein Objekt ist das Resultat einer chemischen Umformung. Der Statuswechsel der Chemikalie kann unbegrenzt oft stattfinden. Darüber hinaus ist die Vorrichtung transportabel und kann im unbegrenzten Bereich Anwendung finden. Sie benötigt keinerlei elektrische Anschlüsse, Thennostate und dergleichen und ist frei von elektrischen Leitungen.

Gerade bei Anwendung am menschlichen Körper, insbesondere wenn der Mensch auf dieser Vorrichtung liegen muß, wird es als sehr angenehm empfunden, wenn keine elektrischen Leitungen, Eiswürfel und dergleichen vorhanden sind. Die Vorrichtung kann von zwei Isolationsschichten umgeben sein, die zugleich noch eine Kontrolle der Wärmeübertragung darstellen oder sie kann mit einem Bezug versehen sein, der zugleich eine sterile Oberfläche darstellt.

Die Vorrichtung kann in Verbindung mit Mitteln angewandt werden, die infolge chemischer Reaktion Wärme oder Kälte erzeugen. Diese Packungen sind bekannt. Zwei Chemikalien werden getrennt in einem Behälter aufbewahrt und durch Schlageinwirkung zusammengebracht, womit ihre chemische Reaktion eintritt. Solche Heiß- oder Kaltpackungen sind vorteilhaft, da sie erst dann Wärme oder Kälte erzeugen, wenn sie gebraucht werden. Diese Heiß- oder Kaltpackungen können auch leicht aktiviert werden, um Temperaturen in einem höheren Maße zu erzeugen, als sie für die Anwendung an einem Objekt gewünscht sind. Zusammen mit einer solchen Packung ist die Vorrichtung gänzlich von festen Energiequellen unabhängig und kann auch in entfernten Gebieten angewandt

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werden. Dieses ist besonders bei Unfällen von Bedeutung, wo die in ihrem Zustand praktisch eingefrorenen Vorrichtungen als Heiß- oder Kaltpackung auch, während eines Transportes sofort Anwendung finden können. .

Anhand von Zeichnungsbeispielen.sei die Erfindttng näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Konstanttemperatur Vorrichtung.

Fig. la zeigt einen Schnitt durch diese Vorrichtung entlang den Linien la/la der Fig. 1.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der'Vorrichtung, eingebettet zwischen zwei isolierenden Schichten und.eingeschlossen in einem Bezug.

Fig. 2a ist wiederum eine Schnittansieht entlang der Linien 2a/2a.

Fig. 3 zeigt eine laminierte Wandung für eine der äußeren Wände der Vorrichtung. '

Fig. 4 zeigt ebenfalls eine laminierte Wandung.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung in Verbindung mit einer Heiß- oder Kaltpackung. · ·

Fig. 5a ist ein. Schnitt entlang der Linie 5a/5a.

Gegenstand der Erfindung ist eine aufladbare Vorrichtung 11 zur Wärmeoder Kältespeicherung mit Abgabe konstanter Temperatur. Diese Vorrichtung 11 ist dargestellt in den Fig. 1 und la. Die Vorrichtung 11 besitzt zwei Wandungen 13 und 15, die vorzugsweise aus einem flüssigkeitsfestem Material bestehen und die mindest an ihren Randzonen zusammengefügt sind. Eine der Wandungen besitzt die Eigenschaft,

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einen schnellen Ausgleich des Temperaturdifferenzials durch die Oberfläche zu gestatten. Ein flexibles Plastikmaterial, wie beispielsweise Polyäthylen, hat sich als besonders geeignet herausgestellt.

Ein Bindemittel 19 dient dazu, die beiden Wandungen 13 und 15 an ihrer Randzone 1? miteinander zu verbinden, um so einen Behälter 21 zu formen. Das Bindemittel 19 ist geeignet für eine Heißsiegelung. Eine Chemikalie 27 füllt den Behälter 21. Das Material aus dem der Behälter besteht, ist gleichfalls so zu wählen, daß es wider standsfähig gegenüber einer Reaktion der im Innern befindlichen Chemikalie 27 ist. Das gleiche gilt auch für das Bindemittel 19.

In einer bevorzugten Ausführung ist der Behälter 21 in einzelne Kammern 23 unterteilt. Die Kammern 23 werden durch kreuzweise Siegelnähte 25 gebildet. Diese Struktur des Behälters trägt dazu bei, daß die Chemikalie 27 in einzelne Kammern 23 abgeteilt ist. Die Unterteilung stellt zugleich eine Sicherheit dar gegenüber dem Austritt der Chemikalie, da bei Beschädigung nur einer Kammer nicht der gesamte Inhalt der Vorrichtung 11 ausläuft. Für das Zusammenfügen der beiden Wandungen 13 und 15 wird eine Heißsiegelung bevorzugt.

Die Chemikalie 27 muß bestimmte Charakteristiken aufweisen. Es wird eine Chemikalie mit einem Schmelzpunkt verwendet, bei dem sie von dem einen Zustand in den anderen, d.h. vom festen in den flüssigen oder umgekehrt, übergeht. Ihre Schmelztemperatur entspricht hierbei annähernd der gewünschten Arbeitstemperatur

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der Vorrichtung 11. Unterhalb der Schmelztemperatur befindet sich die Chemikalie 27 in einem festen Zustand und oberhalb der Schmelztemperatur befindet sie sich im flüssigen Zustand. Darüber hinaus ist die Chemikalie in der Lage, eine latente Schmelzwärme aufzunehmen, um entweder vom flüssigen Bereich wieder in den festen, oder um vom festen in den flüssigen Bereich überführt zu werden. Höhere latente Schmelzwärmen führen dementsprechend zu längeren Perioden konstanter Temperaturabgabe.

Die Chemikalie 27 ist in der Lage, entweder Wärme oder Kälte aufzunehmen, und zwar jeweils abhängig von ihrem Schmelzpunkt. Dieser Schmelzpunkt ist wiederum abhängig vom Objekt, an dem die Vorrichtung Verwendung finden soll. Dient die Vorrichtung 11 zur Abgabe von Wärme unter Beibehaltung einer annähernd konstanten Temperatur an ein Objekt, so ist ihr Schmelzpunkt höher als die Temperatur des Objektes. Die" Vorrichtung wird erhitzt, bis die • Chemikalie vom festen in den flüssigen Status übergegangen ist. Sie besitzt jetzt eine ausreichende Wärmemenge in Form gespeicherter Schmelzwärme. Diese wird bei annähernd konstanter Temperatur an das Objekt so lange abgegeben, bis wieder der Schmelzpunkt erreicht ist. Die Erwärmung der Chemikalie erfolgt durch eine äußere Wärmequelle und die Aufladung wird erst dann unterbunden, wenn die komplette Umwandlung der Chemikalie vom festen in den flüssigen Zustand erfolgt ist. Andererseits darf natürlich die Chemikalie auch nicht überhitzt werden, sie sollte sich nach Möglichkeit immer im Temperaturbereich ihres Schmelzpunktes befinden. Wird diese Vorrichtung an einem relativ kaltem Objekt angewandt, so wird die latente Schmelzwärme dem Objekt zugeführt und der Vor·» richtung solange entnommen, bis ihre Schmelztemperatur erreicht

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ist, bei der sie vom flüssigen wieder in den festen Zustand übergeht.

Bei Vorrichtungen, die zur Abgabe einer konstanten kalten Temperatur an Objekte gedacht und geeignet sind, ist das Verfahren das gleiche. Hier wird jedoch die latente Schmelzwärme nicht abgegeben, sondern vom Objekt aufgenommen, und zwar so lange bis der feste Zustand der Chemikalie wieder in einen flüssigen übergeht. Vorrichtungen zur Kältespeicherung und -Abgabe haben dementsprechend eine Schmelztemperatur der Chemikalie, die geringer ist als die Temperatur des gewählten Objektes. Die Chemikalie, die sich anfangs in ihrem flüssigen Zustand befindet, wird an einer Kältequelle so lange abgekühlt, bis sie sich in den festen Zustand umgeformt hat. Während dieser Umformungszeit ist die Chemikalie schon in der Lage, ihre latente Schmelzwärme an die Kälteenergiequelle abzugeben. Die Vorrichtung wird von der Kältequelle erst abgesetzt, wenn die komplette Umformung der Chemikalie stattgefunden hat. Hierbei soll die Temperatur der Vorrichtung nicht wesentlich unter ihren Schmelzpunkt sinken. Wird eine solche Vorrichtung nun an einem wärmeren Objekt angewandt, so wird die latente Schmelzwärme der Chemikalie von dies^em Objekt absorbiert, bis der Schmelzpunkt erreicht ist, bei dem eine Umwandlung in den flüssigen Zustand erfolgt. So ist es zu verstellen, daß die Schmelztemperatur der Chemikalie 27 zugleich die konstante Arbeitstemperatur der Vorrichtung 11 ist.

Die Vorrichtung 11 gestattet die Anwendung am menschlichen Körper, insbesondere bei Kindern. Als Chemikalie kann ein disodium monohydrogen phosphate dodecahydrate Anwendung finden. Dies hat eine Schmelztemperatur von 34, 5° C. Diese Temperatur ist zugleich seine Konstant-Temperatur, bei welcher Wärme an ein Objekt abgegeben

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wird. Diese Vorrichtung ist als Wärme speicher geeignet.

Das als Chemikalie verwendete disodium monohydrogen phosphate dodecahydrate hat eine relativ große latente Schmelzwärme, und zwar 279, 5 Joules pro Gramm. Das bedeutet, daß die "Wärmekapazität, die auf ein Objekt übertragen v/erden kann, relativ groß im Verhältnis zu der Masse der Chemikalie ist. Praktisch ergibt sich damit eine relativ hohe Abgabe einer latenten Schmelzwärme über eine re- f

lativ lange Zeit. Versuche haben ergeben, daß eine annähernd konstante Temperatur über einen. Zeiträum von fünf Stunden der Vorrichtung entnommen werden kann.

Eine solche Vorrichtung als Konstant-Temperaturvorrichtung, gefüllt mit einem disodium monohydrogen phosphate dodecahydrate, arbeitet in folgender Weise. Eine externe Wärmequelle wird in Kontakt mit der Vorrichtung Il gebracht. Die sich in festem Zustand befindende Chemikalie 27 wird erwärmt. Die von der Vorrichtung aufgenommene Wärme wird anfangs die Temperatur der Vorrichtung auf annähernd 30° bringen. Die Temperatur der Chemikalie bleibt so lange annähernd konstantj bis ihr Schmelzpunkt erreicht ist, weil Schmelzwärme während der Umformung vom festen in den flüssigen Zustand gebraucht wird.

Ist die Chemikalie 27 in den flüssigen Zustand übergegangen, so tritt der Effekt ein, daß sich die Temperatur auf 34, 5° C anhebt« Dieses ist von besonderer Bedeutung, da die Vorrichtung 11 eine konstante Temperatur an ein Objekt abzugeben in der Lage sein muß, und zwar über eine größere Zeitperiode der Verwendung. Aus diesem Grund seil die Temperatur der Vorrichtung 11 auch nicht die Schmelztemperatur - ihrer Chemikalie übersteigen. Dieses wird durch. Entfernen der Vor-

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richtung 11 von der äußeren Wärmequelle erreicht, sobald die komplette Verflüssigung der Chemikalie 27 erfolgt ist. Nach dem Erhitzen ist die Vorrichtung 11 gebrauchsfähig und kann mit Objekten in Verbindung gebracht werden, wenn diese auch eine relativ höhere Temperatur als 34, 5° C haben.

Statt der angegebenen Chemikalie können natürlich auch andere Zusammensetzungen und Mixturen verwandt werden, von denen jede jedoch einen Schmelzpunkt besitzen muß, "welcher die Abgabe einer Konstant-Temperatur über eine gewisse Zeit erlaubt. Es ist somit möglich, die einzelnen Vorrichtungen mit verschiedenen Schmelzpunkten untereinander auszutauschen je nach Verwendungszweck.

Im folgenden ist eine Tabelle aufgestellt der verschiedene Chemikalien zu entnehmen sind. Jede dieser Zusammensetzungen bzw. Mixturen hat chemisch betrachtet eine Besonderheit in bezug auf ihren Schmelzpunkt, welcher die besondere Verwendungsmöglichkeit für das jeweilige Objekt darstellt. Viele dieser Chemikalien sind besonders geeignet für den Einsatz der Vorrichtung am menschlichen Körper.

Inorganic Compounds

Melting Point Heat of Fusion (° C) (joules per gram)

Sodium chromate decahydrate Cupric nitrate hexahydrate Manganese nitrate hexahydrate Barium iodide hexahydrate Calcium chloride hexahydrate Sodium sulfate decahydrate

Potassium iron alum Hydroxylamine

23-30	164- 151
24.4	123
25.8	120.5
26.7
29.92	170.5
31	214.5
31.5	239.
33
33.1

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Inorganic Compounds Melting Point Heat of Fusion (° C) (joules per gram)

Zinc nitrate hexahydrate

Disodium monohydrogen phosphate dodecahydrate

Ferric nitrate hexahydrat e Calcium bromide hexahydrate Ammonium iron alum Calcium iodide hexahydrate

Calcium nitrate tetrahydrate (Alpha form]

Lithium broinide dihydrate Ferric nitrate nonahydrate Lithium borate (16 waters) Sodium bromide dihydrate . Na₃PO₄ · H₃PO₄ · 15H₂O Nickel nitrate hexahydrate Sodium acetate tetrahydrate Cadmium nitrate tetrahydrate Barium nitrate tetrahydrate

Monosodiurn dihydrogen phosphate, dihydrate

Magnesium nitrate hexahydrate Magnesium chloride hexahydrate Sodium thiosulfate (hypo) 36.4

36.1 36 28.2 40 42 42.1

44 47 47 50. • 55 56.7 58 59.5 60 60

90

116.7 200

130

279.

- 142.2

152.5

106

160 172.5

Organic Compounds

Formamide
Paraldehyde
Methyl succinate
Veratrol

3	104.75
12.6	149. 6
18	114.9
22.7

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Organic Compounds

Melting Point Heat of Fusion (° C) (joules per gram)

My ri styl alcohol Cynamide Laruric acid Formanalide Methyl tartarate Thymol
Cetyl alcohol Myristic acid Methyl oxalate Tri stearin Dipalmitin Palmitic acid Tripalmitin Propionamide Methyl citrate

39	115
41-42	141. 5
43	198.7
46	178.5
48	191
48.5
47	164
53-54
49.5
56
61
55
65
79
79

Eutectic Compounds

Phenol 10 % Aniline 90 %

Phenol 80 % Aniline 20 % - 11

Eutectic Mixtures

Potassium nitrate 10. 9 % Water 89. 1 %

Magnesium sulfate 19 % Water 81 % -2.9 -3.9

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Melting Point _: Eutectic Mixtures (° C)

Picric acid 36 % ■' :- ■-.-..- .....:,

Trinitrotoluene 64 % 60 . i. .

Para toluidine

Ortho nitrosopheriol 15. 6

Metallic Eutectics

Rose' s metal 93. 75

Wood' s metal 60. 5

Die Fig.' 2 und 2a zeigen eine -weitere Ausgestaltung des Erfinduri-gsgegenstandes. Im Prinzip ist der gleiche Körper gezeigt, jedoch nicht in-einseine Kammern unterteilt. Die Vorrichtung selbst ist von zwei Isolations schichten überzogen. Die Isolations schichten 29 und 31 stehen mit ihren Wandungen 13 und 15. in Kontakt, wobei die Schicht 29 zur Wandung 13 eine Wärmebrücke bildet und die Schicht 31 mit der Wandung 15 so in Kontakt ist, daß sie quasi die Oberfläche dieser Wandung bildet. Die Isolationsschicht 29 ist zweckmässig so ausgelegt, daß die von der Vorr richtung 11 abgegebene Temperatur nahezu ohne Verluste an das zu behandelnde Objekt weitergegeben wird. Diese Isolationsschicht stellt eine gute Wärmebrücke zwischen der Vorrichtung und dem Objekt dar. Die zweite. IsolationsscMcht soll dagegen verhindern, daß die Konstanttemperaturabgabe der Vorrichtung 11 dadurch verbraucht wird, daß' V/ärme an die Atmosphäre abgegeben wird. Es ist wünschenswert die gesamte Wärmekapazität der Chemikalie 27 dem Objekt und nicht der Umgebung zuzuführen. Die zweite Isolationsschicht 31 hat also eine hohe Isolationseigenschaft hinsichtlich Wärme oder Kälteübertragung.

Der Behälter 21 kann einen Überzug 33 erhalten. Dieser Überzug stellt

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eine sterile Oberfläche gegenüber dem Objekt dar. Aus wirtschaftlichen Gründen wird der Überzug 33 aus geeignetem Material, wie beispielsweise Papier hergestellt. Ein solcher Überzug 33 bietet besondere Vorteile bei einer Anwendung in Krankenhäuser, hinsichtlich Keimfreiheit und Einmalverwendung.

Der Behälter 21 und die eingeschlossene Chemikalie 27 sind wiederverwendbar. Der Vorteil des Überzuges liegt nun darin, daß bei einem Einsatz in Krankenhäusern die sterile Wiederverwendung der Vorrichtung durch den Überzug gewährleistet ist. ^-

Die Wandungen 13 und 15 des Behälters 21 werden zweckmäßig aus dünnen Schichten laminiert aufgebaut, wie in Fig. 3 und 4 näher dargestellt. Die laminierten Schichten gemäß Fig. 3 enthalten eine innere Schicht 35, eine äußere Schicht 37 und eine dazwischenliegende Verbindungsschicht 39. Alle Schichten sind miteinander verbunden. Die Innenschicht 35 ist versiegelbar mit anderen Schichten. Diese Heißversiegelimg kann noch durch das Verkettungsmittel 19 unterstützt werden. Immer, wenn eine größere Festigkeit für die Wandung 1 3 gefordert wird, wird die in der Mitte liegende Schicht 39 zweckmäßig als dehnbares Plastikmaterial, wie beispielsweise Polyester, ausgebildet sein. Die äußere Schicht 37 dagegen wird vorzugsweise ein Isolationsmittel sein mit Eigenschaften wie das Isolationsmittel 29. Dieses Isolationsmaterial kann auch den Temperaturübergang von der Vorrichtung 11 auf ein Objekt beeinflussen, so beispielsweise mildern, so daß nur eine bestimmte Wärmemenge in der Zeiteinheit an das Objekt abgegeben werden kann.

In Fig. 4 sind weitere laminare Wandverbindungen dargestellt. Diese zei-

gen ebenfalls eine innere Schicht 41, bestehend aus einem wärmeleitfähigen flexiblen Plastikmaterial, beispielsweise Polyäthylen, dann eine

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Zwi sch en schicht 43 aus relativ flexiblem Pastikmaterial und eine äußere Schicht 44. Die innere Schicht 41 ist aus einem heißversiegelbaren flexiblen Pastikmaterial, wie Polyäthylen. In dieser Ausgestaltung wird sie als zweite Wandung 15 benötigt in Verbindung mit einem Bindemittel 19. Durch Zusammenfügen der Wandungen 35 und 41 entlang ihrer äußeren Randzone 17 wird der Bhälter 21 gebildet. Die äußere Schicht ist ähnlich wie die zweite Isolationsschicht 31 gemäß Fig. 2.

In den Fig. 5 und 5a ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung dargestellt. Diese Vorrichtung ist aus' zwei Behältern gebildet, die je für sich mit verschiedenen Chemikalien gefüllt sind. Der eine Behälter enthält mindest zwei reaktionsfähige Chemikalien, die in der Lage sind, Wärme oder Kälte zu erzeugen, während die Chemikalie im anderen Behälter wie bisher dazu dient, diese Wärme oder Kälte zu speichern. Die reaktionsfähigen-Chemikalien 45 dienen zur Erzeugung von Wärme oder Kälte, sie sind in einem Behälter 49 eingeschlossen. Die Chemikalie 47 zur Speicherung der Wärme oder Kälte befindet sich in einem zweiten Behälter 51. Der Behälter 49-hat eine innere. Wandung 53 und eine äußere Wandung 55. Ähnlich ist der Behälter 51 aufgebaut mit seiner inneren Wandung 57 und seiner äußeren Wandung 59. Die inneren Wandungen 53 und 57 der beiden Behälter werden zweckmäßig so gewählt, daß der Übergang von Wärme oder Kälte \^on einem Behälter zu dem anderen möglichst verlustlos vonstatten geht. Die Chemikalien 45, die zur Erzeugung von Wärme oder Kälte dienen, sind in einer Heiß- oder Kaltpackung bekannter Art eingeschlossen. Diese Packungen bestehen in der Regel aus zwei verschiedenen Chemikalien, die durch eine zerreißbare oder zerstörbare Wandung voneinander getrennt sind. Wird die Zwischenwandung zerstört, so kommen die beiden Chemikalien miteinander in Berührung und die daraus resultierende Reaktion erzeugt je nach Art der Chemikalien entweder Wärme oder Kälte.

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Die in den Fig. 5 und 5a gezeigte Vorrichtung besitzt somit einen Behälter 47 zur Erzeugung von Wärme oder Kälte und einen Konstant-Ternperaturspeicher 11, wie er in den Fig. 1 und 2 beschrieben ist. Durch die Kombination eines Behälters 49 mit reakti ons fähig en Chemikalie 45 und eines Behälters 51 zum Speichern einer konstanten Wärmemenge wird eine Vorrichtung geschaffen, die unabhängig von jeder äußeren Wärmequelle bzw. Kältequelle jederzeit einsatzfähig ist. Die konstante Temperaturvorrichtung 11 beginnt ja, wie beschrieben, mit der Umformung, sobald sie mit einer externen Wärme- oder Kältequelle in Kontakt gebracht wird. Sofern äußere Wärme-oder Kältequellen im Anwendungsbereich vorhanden sind, werden diese zur Speicherung der gewünschten Temperatur herangezogen. Sind dagegen keine Wärme- oder Kältequellen in unmittelbarer Nähe des Objektes, so ist eine Vorrichtung immer einsatzfähig durch den Behälter 49. Beachtenswert ist hierbei, daß der Zeitpunkt der Wärme- oder Kälte speicherung bestimmt werden kann, womit die Vorrichtung erst in Tätigkeit tritt, wenn sie unmittelbar benötigt wird.

Es kann somit sichergestellt sein, daß die Anwendung der Vorrichtung an ein em <0bj ekt so vollzogen werden kann, als würde die Vorrichtung durch eine externe? Hitzequelle aufgeheizt sein. Diese Kombination erlaubt nicht nur den beliebigen Einsatz der Konstant-Temperatur-Vorrichtung an jeglichem Objekt, sondern vermindert auch noch den Wärmeverlust, der sonst durch Abgabe an die Umwelt entsteht, -wenn eine Vorrichtung extern aufgeheizt in diesem Zustand einem Objekt zugeführt werden muß. Die Kombination, die immer gebrauchsfertig ist, wird nur dann durch Zerbrechen der Reaktionschemikalien in Tätigkeit gesetzt, wenn sie unmittelbar einem Objekt zugleich zugeführt werden soll. Damit kann sie in beliebigen Gebieten eingesetzt werden.

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Die beiden Behälter 49 und 51 können zu einer Einheit zusammengefügt sein, zweckmässig werden sie jedoch'so ausgeführt, daß sie jederzeit wieder trennbar sind, da nämlich der zweite Behälter 51 immer wieder neu gebraucht werden kann, wohingegen das Mittel. 45, nach .-.s ein er Benutzung, infolge der chemischen Reaktion, verbraucht ist. Wirkt die Chemikalie 45 nach erfolgter Reaktion auf die Chemikalie 47 ein, so ist es wünschenswert, daß die erzeugte Wärmemenge des ersten Mittels 45 nicht so groß ist, daß sie "bei dem Mittel 47 ein Anheben der Temperatur über dessen Schmelzpunkt hinaus vornimmt. Anderseits dai'i die Menge der Chemikalie 47 nicht in ihrem festen Zustand verbleiben, ^J

nachdem das Mittel 45 aufgehört hat, Wärme abzugeben. Eine Kontrolle der erzeugren Wärmemenge ist insofern durch Begrenzung der Chemikalie 45 hinsichtlich ihrer Menge möglich, so daß die erzeugte Wäremenge der benötigten Wärmemenge entspricht oder es wird die Menge der Chemikalie in dem zweiten Behälter 51 entsprechend erhöht. Dadurch wird sichergestellt, daß die Vorrichtung 1 1 bei einem Kontakt mit einemfObjekt hinsichtlich der Temperatur nicht den Schmelzpunkt der Chemikalie 47 übersteigt.

Die Anwendungsform gemäß Fig. 5 kann als Kältternperatur-Vorrichtung arbeiten, wenn das Mittel 45 im Behälter 49 eine Kältequelle darstellt und die Chemikalie 47 sich in flüssigem Zustand befindet. Die Chemikalie 47 wird dann infolge Kühlung durch die äußere Kältequelle 45 in den festen Zustand umgewandelt. Erst wenn die vollständige Umwandlung der Chemikalie 47 vollzogen ist, kann die Vorrichtung 11 mit einem Objekt in Verbindung gebracht werden. Bei einer konstanten Temperatur bezogen auf den Schmelzpunkt der Chemikalie 47 wird dann die latente Verschmelzungswärme vom Objekt entzogen, und zwar in dem Maße wie sie benötigt wird, um die Rückwandlung in den flüssigen Zustand zu vollführen.

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Basierend auf den zuvor beschriebenen Vorgang ist der Vorteil dieser Konstant-Temperatur-Vorrichtung augenscheinlich. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Vorrichtung eine konstante Temperatur an ein Objekt abgeben kann. "WIe bereits erwähnt, weicht die Temperatur der Chemikalie 27, 47 so lange nicht von ihrem Wert ab, wie ihre latente Verschmelzungswärme freigegeben oder aufgenommen wird. Eine Abgabe von Wärme oder Kälte mit dieser konstanten Temperatur ist über eine Zeit von fünf Stunden möglich.

Es ist auch von besonderer Bedeutung, daß diese Quelle einer konstanten Temperaturabgabe über eine längere Periode bei einem ObjeV.t anwendbar ist und hierbei immer transportabel, d.h. ortsveränderlich bleibt. Darüber hinaus werden keine elektrischen Leitungen benötigt und es können sich auch keine Fehlfunktionen irgendwelcher Art einschleichen, so daß die Benutzer keinerlei Gefahren ausgesetzt sind, wie bei spiel swei se bei elektrischen Heiskissen.

Die Erfindung ist wiederverwendbar. Alles was notwendig ist, um eine Wiedererwärmung oder Wiederkühliing zu erzielen, ist eine Energiequelle gleich welcher Art, mit der die Vorrichtung in Verbindung gebracht wird.

Als weiterer Vorteil ist die Tatsache anzusehen, daß die konstante Temperaturvorrichtung sich wenigstens teilweise während des gesamten Gebrauchs in flüssiger Form befindet. Ein Körper wird beim Liegen auf der Vorrichtung nicht den schlechten Komfort wie bei elektrischen Heizkissen verspüren, sondern die Angenehmheit eines weichen, flüssigen Kissens.

Die Verbindung der beiden mit verschiedenen Chemikalien gefüllten

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Claims

Behälter mit direkter Energieabgabe des einen Behälters an den anderen, wobei in dem einem Behälter Wärme oder Kälte erzeugt und in dern anderen Behälter diese Wärme oder Kälte gespeichert wird, schafft eine jederzeit gebrauchsfähige transportable Vorrichtung frei von äußeren Einflüssen. Damit hat diese Erfindung ein großes Anwendungsgebiet erschlossen. 309833/0873 KAY LABORATORIES, INC. UJ San Die co. Calfornia. USA ZOU3 3 Patentansprüche

1. I Aufladbare Vorrichtung zur Speicherung von Wärme oder

Kälte und Abgabe dieser Wärme oder Kälte mit annähernd konstanter Temperatur an bewegliche Objekte unabhängig von äußeren Energiequellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein flexibler Behälter (21) mit Chemikalien (27) gefüllt ist, die eine chemische Wärme- oder Kälte- Reaktion unter Abschluß von Sauerstoff bei Einwirken einer Wärme- oder Kälte- Quelle durch Umwandlung ihres Aggregatzustandes (fest-flüssig) erzeugen und die erzeugte Wärme- oder Kälte- Menge speichern und mit annähernd konstanter Temperatur an ein Objekt abgeben.

2. Vorrichtung nach At) spruch i, dadurch, gekennzeichnet, daß aor Behälter in mehrere von ein ander getrennte Kammern unterteilt ist, die je mit der Chemikalie gefüllt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle zum Aufladen und Speichern von Wärme

oder Kälte ein mit mindest zwei von ein ander getrermten Chemikalien gefüllter Behälter vorgesehen ist, der durch äussere Einwirkung im Innern zerstörbar ist, wodurch die Chemikalien, infolge chemischer Reaktion, Wärme oder Kälte erzeugen und der unmittelbar mit dem aufladbaren Gerät in Flächenberührung steht.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik der Chemikalie-zur Wärmeaufnahme eine latente Schmelzwärme zwischen 25° und 45° C aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteri stik der Chemikalie zur Kälteauf nahme eine latente Schmelzwärme zwischen den Temperaturen 0° und minus 11 C aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dad.urch gekennzeichnet, daß die Chemikalie ein disodium monohydregen phosphate dod.ecab.ydrate ist und die latente Schmelzwärme von ca. 36, 1 C hat.

7. Vorrichtung iiaeh Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Chemikalie eine organische Zusammensetzung hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Chemikalien zur Erzeugung von Wärme oder Kälte und die Chemikalie zur Speicherung.von Wärme oder Kälte, in je einem Behälter gleicher Abmessungen enthalten sind, daß die Behälter mit je einer ihrer Wandungen aufeinander liegen und diese sich berührenden Wandungen so gestaltet sind, daß sie eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinand erlieg end en Wandungen der beiden Behälter miteinander versiegelt sind und entlang ihrer Randzone miteinander ver schweißt sind^ . -

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9., dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aufeinanderliegenden Behälter entlang ihrer verschweißten Randzone aufreißbar und damit voneinander trennbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Wandungen des Wärme oder Kälte speichernden Behälters eine Charakteristik zur Dämpfung der Temperaturabgabe besitzen, so dajß die Wärme- oder Kälteüberleitung zu dem Objekt bestimmte Beträge nicht übersteigt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Chemikalie zur Aufnahme von Wärme oder Kälte eine latente Schmelzwärme von mehr als 150 joules per gram hat.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen Überzug besitzt, mit der Fähigkeit den Kontakt zum Objekt herzustellen und Wärme schnellstens zu übertragen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Isolationsmittel zur Dämpfung des Temperaturüberganges zwischen dem Behälter und dem Objekt auf den Behälter aufgebracht sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine oxydationsbeständige, dauerhafte Chemikalie in fester Form zur Aufnahme von Wärme mit der Fälligkeit, sich bei Wärmeeinwirkung in den flüssigen Zustand umzuformen und Umkehr in den festen Status nach bestimmter Wärmemengenentnahme, wobei dieser Wechsel beliebig oft wiederholbar ist.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgenommene Wärmemenge bei der Umformung vom flüssigen in den festen Zustand mindest 150 joules per gram beträgt.

17. Vorrichtung in wiederverwendbarer, transportabler Ausführung zur Aufnahme von Wärme oder Kälte von einer fremden Temperaturquelle und Abgabe dieser gespeicherten Wärme oder Kälte an ein bewegliches Objekt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter aus zwei miteinander an ihren Randzonen versiegelten Wandungen, die vorzugsweise durch Kreüznähte unterteilt Kammern bilden, mit einer Chemikalie gefüllt ist, die bei Wärme- oder Kälteeinwirkung durch Änderung ihres . Aggregatzustandes diese Wärme oder Kälte speichert und daß eine der Wandungen aus einem Material besteht, das eine dämpfende Wärmeleitfähigkeit und daß die andere Wandung aus einem Material besteht, das eine gut leitende Wärmeleitfähigkeit besitzt. .

18. Vorrichtung in wiederverwendbarer Ausführung zum Speichern und Abgeben von Wärme oder Kälte, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Behälter, mit verschiedenen Chemikalien gefüllt,, zusammengefügt sind, von denen ein Behälter eine in ihrem Aggregatzustand (fest, flüssig) umformbare Chemikalie enthält, die Wärme oder Kälte speichert und der andere Behälter zwei voneinander getrennte Chemikalien besitzt, die durch äußere Einwirkung zusammengeführt werden und chemisch miteinander reagieren, wodurch Wärme oder Kälte erzeugt wird, die auf den ersten Behälter übertragen werden.

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