JP2003342558A - 発熱剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主として携帯用加熱調理容器用の加熱装置に
使用される発熱剤の重量及び嵩を増加させずに、短時間
で約９０℃〜約１００℃に到達させ、６０℃に降下する
までの持続時間を少なくとも２０分間とする。 【構成】 粉体アルミニウム１０グラムと粉体生石灰１
０グラムを配合して成る発熱剤の２０グラムと４０ｍｌ
の水とを接触させ、粉体生石灰と水とを反応させて、反
応熱を発生させるとともに水酸化カルシムウを生成さ
せ、水酸化カルシムウと粉体アルミニウムとを反応させ
て反応熱を発生させ、両反応熱の総和として約3886cal/
gを利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱剤に関する。
より詳細に述べれば、本発明は、重量比で粉体アルミニ
ウムと粉体生石灰を１〜２：１〜２の範囲で含み、粉体
生石灰と水との第１発熱反応段階、および第１発熱反応
段階で生成されたアルミン酸カルシウムと粉体アルミニ
ウムとの反応の第２発熱反応段階を利用する発熱剤に関
する。

【０００２】本発明の発熱剤は約９０℃〜約１００℃の
温度を少なくとも２０分間維持することができるので、
電気、火等熱源が無い場合の加熱手段、たとえば、非常
食或いは携帯食品の加熱調理容器の加熱装置、若しくは
熱源が破壊された場合の緊急災害時の加熱手段、或いは
遭難等近辺に熱源がない場合の加熱手段、又は火気を嫌
う有機溶媒、熱可塑性合成樹脂等の直接予熱手段等に利
用できる。

【０００３】

【従来の技術】近年、非常食若しくは日本酒等液状食品
或いは弁当等各種携帯食品類を加熱調理容器に封入し、
加熱調理容器に組み込まれた加熱装置によって加熱、保
温する、いわゆる加温食品類の使用が増えてきている。

【０００４】その加熱装置の一つとして、化学物質の発
熱反応を利用したものが各種提案されている。それら
は、酸化物に対する水の添加反応を利用するタイプ、金
属と酸との反応を利用するタイプ、無水塩に対する水の
添加反応を利用するタイプに大別される。

【０００５】ところで、我が国では食品衛生法により、
営業上使用する器具及び容器包装は清潔で衛生的でなけ
ればならないとされ（第８条）、また有毒、有害な物質
が含まれていたり、食品に接触して人の健康を損なうお
それがある器具または容器包装を使用してはならない
（第９条）とされている。このため、外国で開発された
金属と酸との反応を利用するタイプ、或いはマグネシュ
ウムー鉄合金に対する水の添加反応を利用するタイプ
は、独特の悪臭を発生するので、好ましくないとされて
いる。

【０００６】さらに、前述した食品衛生法上の規制以外
に、加温食品類には携帯食品としての幾つかの要件があ
る。即ち、軽量且つコンパクトでなければならない。そ
のため、加熱装置を組み込んだために、加熱調理容器の
重量が極端に増加したり、嵩張ったりしてはならない。
また、携帯者が、いかなる場所に居ても、希望する時
に、簡単な操作で短時間で発熱するものでなくてはなら
ない。

【０００７】上述した理由、即ち、食品衛生法上の規
制、軽量・コンパクト、操作の容易性、効率等の理由に
より、加熱調理容器用加熱装置に使用される発熱剤は、
酸化カルシウム（以下、粉生石灰という場合がある）に
対する水の添加反応による反応熱を利用するタイプが主
流を占めてきている。

【０００８】ところで、加熱調理容器には各種の形状、
容量のものがあるが、小さいものでは、日本酒の燗、大
きなものでは駅弁がある。前者は、約２００ｃｍ³、後
者は、約２０００ｃｍ³ある。本発明者等は、容量が小
さい日本酒と、容量が大きな駅弁に関して、それらを利
用する頻度が高い年齢層１００人について、開封から飲
食の終了までの最高必要時間を無作為に聞き取り調査し
たところ、約２０分かかることが分かった。

【０００９】また、加温食品の内容にもよるが、たとえ
ば、駅弁の場合、御飯とおかずの両方を適度に加熱する
には、９０℃近傍、好ましくは９０℃以上〜１００℃以
下にまで加熱しなければならないことも分かった。ま
た、加熱調理容器自体の材料の熱容量は小さいので、加
熱調理容器に保温効果を期待することはできない。従っ
て、加熱装置に使用する発熱剤自体に、発熱反応を起こ
して最高温度に到達して、少なくとも室温にまで降下す
るまでの時間、即ち、温度保持時間を最大限にする効果
を発現させることが必要であることも分かった。

【００１０】以上のことを総合的に勘案すると、加温調
理容器用加熱装置に使用される発熱剤は、食品衛生法上
の規制を満たすことはもとより、軽量且つコンパクトに
成形できること、反応後速やかに９０℃以上〜１００℃
に昇温し、６０℃に降下するまでに少なくとも２０分間
維持することが必要である。

【００１１】従来、発熱剤として粉体生石灰に対する水
の添加反応を利用するものが主流を占めていることは前
述したとおりである。粉体生石灰に対する水の添加反応
を利用する発熱剤は食品衛生法上の規制は満たす。然し
ながら、粉体生石灰の水との反応による発熱量は小さい
ので、反応後速やかに９０℃以上〜１００℃に昇温し、
６０℃に降下するまでに少なくとも２０分間維持させる
ためには、粉体生石灰と水を大量に使用することが必要
となる。因みに、粉体生石灰２００ｇ、水３００ｍｌを
使用した場合、発熱開始時から６０℃に降下するまでの
維持時間は１５分間である。このことは、加熱調理容器
の重量と容量を増加させるという欠点を引き起こす。

【００１２】

【発明が解決すべき課題】従って、発明が解決すべき主
たる課題は、加熱調理容器の重量と容量を増加させるこ
となく、加温調理容器用加熱装置に使用する発熱剤と水
の使用量を減少させて、反応系を９０℃以上〜１００℃
に速やかに昇温させ、６０℃までの降下時間を少なくと
も２０分間維持させることができなかったことである。

【００１３】さらに、発明が解決すべき課題は、加温調
理容器用加熱装置に使用する発熱剤として粉体生石灰と
水との反応を利用する系の粉体生石灰の量を極力減少さ
せて、反応系を速やかに９０℃以上〜１００℃に昇温さ
せ、６０℃までの降下時間を少なくとも２０分間維持さ
せることができなかったことである。発明が解決すべき
課題及び利点は以下逐次明らかにされる。

【００１４】

【課題を解決する手段】本発明者は鋭意検討した結果、
粉体生石灰の他に粉体アルミニウムを使用することによ
って上述した課題が解決されることを発見した。従っ
て、本発明はこの発見に基づくものである。

【００１５】本発明者は理論に拘束されることを好まな
いが、以下、本発明における粉体生石灰と水との反応、
及び粉体生石灰と水との反応によって生成される水酸化
カルシウムと粉体アルミニウムとの反応機構を説明す
る。

【００１６】粉体生石灰は下記の反応により水と反応し
て多量の熱を発生しながら水酸化カルシウムを生成す
る： CaO+H₂O=Ca(OH)₂+15.2 Kcal （１） 発熱量をCaOグラム当量当たりに換算すると、CaOの分子
量は56.08であるので、271cal/gになる。

【００１７】（１）の反応の結果、生じた水酸化カルシ
ウムの加水分解の結果、水溶液は強いアルカリ性を呈
す。

【００１８】一方、アルミニウム粉末は、下記の式
（２）に従って水酸化カルシウムと急激に反応してアル
ミン酸カルシウムと水素を与える： sAl+tCa(OH)₂=［wCaO・xAl₂O₃・yH₂O］+zH₂ (2) （s,t,w,x、及びzは１以上の整数、yは0を含む整数） この時発生する反応熱は約47 k/calである。即ち、Al
の分子量は13であるので、約3615cal/gになる。

【００１９】従って、粉体生石灰１グラム当量と粉体ア
ルミニウム１グラム当量を使用することによって、約38
86cal の熱量が発生することが分かる。ここで、全量を
アルミニウム粉末にしてはどうかという疑問が生ずるで
あろうが、アルミニウム単品では、１００℃以上の高温
にしない限り水と反応しないので、粉体生石灰と水との
反応が先ず必要になる。即ち、本発明では、粉体生石灰
と水を先ず反応させ、その反応によって生じた水酸化カ
ルシウムと粉体アルミニウムとを反応させるという２段
階発熱反応を行わせるものである。換言すれば、粉体生
石灰と水の反応によって生じた水酸化カルシウムは、粉
体アルミニウムを100℃以下の温度で反応させるための
反応開始剤として機能すると理解してもよい。

【００２０】本発明者は、本発明の発熱剤を開発するに
当たって、第１発熱反応段階、即ち、粉体生石灰と水と
の反応後、速やかに反応温度を９０℃近傍、好ましくは
約９０℃以上〜約１００℃に到達させ、第１段階反応終
了後一端温度が降下するが、直ちに第２発熱反応段階、
即ち第１段階反応で生成された水酸化カルシウムと粉体
アルミニウムとの反応を開始させ、速やかに反応温度を
約９０℃近傍、好ましくは約９０℃以上〜約１００℃に
到達させ、６０℃に降下するまでの時間を約２０分間と
することを必須の要件とした。

【００２１】さらに、安全性を考慮して発熱温度が１０
０℃以上にならないように反応を抑制するために第１発
熱反応段階で使用する水の量を最低必要量にすること、
第２発熱反応段階で発生する可燃性気体である水素の発
生量をできるだけ少なくすることを必須の要件とした。

【００２２】すなわち、本発明の発熱剤の粉体生石灰と
粉体アルミニウムの各々の量比を特定するに当たって、
（イ）第１発熱反応段階までの立ち上がり時間が短いこ
と、（ロ）第１発熱反応段階を終了して約９０℃以上〜
約１００℃に到達した後一端温度が降下するが、直ちに
第２発熱反応段階を開始し再度約９０℃以上〜約１００
℃に到達すること、（ハ）第２発熱反応段階を終了した
後６０℃に降温するまで約２０分間持続すること、
（ニ）総発熱量が大きいこと、（ホ）第１発熱反応段階
で使用する水の量をできるだけ少なくすること、（ヘ）
第２発熱反応段階で発生する可燃性気体である水素の発
生量をできるだけ少なくすること、（ト）発熱剤及び水
の総重量と嵩をできるだけ軽減すること等を必須の要件
とした。

【００２３】本発明者は、粉体アルミニウムの発熱量
が、粉体生石灰のそれに比べて約１３倍であることに着
眼して、粉体アルミニウムを発熱剤の主剤とし、粉体生
石灰を副剤として使用することが有利であると判断して
実験を行った。

【００２４】実験を行うに当たっては、先ず、化学反応
速度論に基づいて、第１発熱反応段階で粉体生石灰と反
応する水の量を、発熱剤の総重量に対して最大でも３倍
量と計算し、前述した諸要件を満たす粉体生石灰と粉体
アルミニウムの大体の量を計算し、その効果を実験によ
って検証した。

【００２５】その結果達成された本発明の発熱剤は、粉
体アルミニウム(Al)と粉体生石灰(CaO)を、発熱剤の総
重量当たり１〜２：１〜２の範囲で含むものである。

【００２６】発熱剤が含有する粉体アルミニウム(Al)と
粉体生石灰(CaO)が、発熱剤の総重量当たり１〜２：１
〜２の範囲を逸脱すると、前述した発熱剤の必須の要件
の全てを満足させることができない。

【００２７】さらに、本発明は、発熱剤を使用するに当
たって、水を発熱剤の重量の３倍量以下で使用すること
を包含する。水を発熱剤の重量の３倍量以上で使用する
と、やはり前述した発熱剤の必須の要件の全てを満足さ
せることができないばかりでなく、第２発熱反応が終了
した後も、反応に関与しなかった水が残留するという不
都合が発生する。

【００２８】次に、本発明の発熱剤に適した粉体生石灰
と粉体アルミニウムに関して解説する。現在、粉体生石
灰は、各種の品級のものが入手できるが、反応速度を高
め且つなるべく大量の反応熱を得るためにも、本発明で
使用される粉体生石灰はできるだけ不純物が少ないもの
が好ましい。従って、本発明で使用される粉体生石灰
は、CaO含量が９０％以上で不純分が３．２％以下、CO₂
が２．０％以下、より好ましくは、CaO含量が９３％以
上で不純分が３．２％以下、CO2が２％以下、最も好ま
しくは、CaO含量が９５％以上で不純分が１．８％以
下、CO2が０．９％以下のものである。

【００２９】本発明で使用される粉体生石灰の粒度は、
小さければ小さい程、反応速度は向上するが、逆に取り
扱い難くなるので、本発明では、１００メッシュ（−１
５０μm９０％以上）乃至２００メッシュ（−７５μm９
５％以上）の間のものが好ましい。

【００３０】本発明で使用される粉体アルミニウムは純
度９９．７％以上のもので、見掛密度が０．８乃至１．
１ｇ／ｃｍ³の範囲で、−３３０メッシュ（−４５μm）
が３５乃至６０，＋３３０メッシュ（＋４５μm）が１
５乃至３０，＋２３５メッシュ（＋６３μm）が５乃至
１５，＋１４０メッシュ（＋１０６μm）が７＞の粒度
分布を有するもの、若しくは純度９９．７％以上のもの
で、見掛密度が０．８乃至１．１ｇ／ｃｍ³の範囲で、
−３３０メッシュ（−４５μm）が４０乃至６０，＋３
３０メッシュ（＋４５μm）が１５乃至３０，＋２３５
メッシュ（＋６３μm）が１５＞、＋２００メッシュ
（＋７５μm）が１０＞の粒度分布を有するもの、或い
は純度９９．７％以上のもので、見掛密度が０．８乃至
１．１ｇ／ｃｍ³の範囲で、−３３０メッシュ（−４５
μm）が７０乃至９０，＋３３０メッシュ（＋４５μm）
が３０＞、＋２３５メッシュ（＋６３μm）が３＞、＋
２００メッシュ（＋７５μm）が２＞の粒度分布を有す
るものが使用されるが、反応速度、取り扱いが容易であ
ること、コスト等の観点から、純度９９．７％以上のも
ので、見掛密度が０．８乃至１．１ｇ／ｃｍ³の範囲
で、−３３０メッシュ（−４５μm）が４０乃至６０，
＋３３０メッシュ（＋４５μm）が１５乃至３０，＋２
３５メッシュ（＋６３μm）が１５＞、＋２００メッシ
ュ（＋７５μm）が１０＞の粒度分布を有するものが最
も好ましい。

【００３１】本発明の粉体アルミニウムと粉体生石灰と
から成る発熱剤は、水を浸透させる所定の目付量の不織
布、和紙、合成紙等の袋に充填し、さらに粉体生石灰が
空気中の水分を吸収して反応するのを防止するために、
アルミ箔等非透水性の袋に包装することが好ましい。本
発明の発熱剤を使用する際には、適当な容器に不織布等
の袋に充填されたままの発熱剤を入れて、発熱剤の重量
に対して３倍量以下の水を添加すればよい。

【００３２】さらに、本発明の発熱剤は、非常食、携帯
食用加熱調理容器に予め組み込んで使用することもでき
る。本発明の発熱剤を組込むことができる加熱調理容器
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ
メタクリ酸メチル、ナイロン及びポロメチルペンテン等
合成樹脂製、合成樹脂加工アルミニウム、合成樹脂加工
紙、金属缶、ビン、金属と合成樹脂の組合せの各種容器
である。

【００３３】以下、実施例、試験例、比較例を掲げ本発
明を具体的に説明する。

【実施例】使用した粉体アルミニウム 以下の実施例で使用した粉体アルミニウムは、山石金属
株式会社製の製品名"アトマイズアルミVA-200"である。
これは、アルミニウム含量、即ち、純度９９．７％以
上、見掛密度が０．８乃至１．１ｇ／ｃｍ³の範囲で、
−３３０メッシュ（−４５μm）が４０乃至６０，＋３
３０メッシュ（＋４５μm）が１５乃至３０，＋２３５
メッシュ（＋６３μm）が１５＞、＋２００メッシュ
（＋７５μm）が１０＞の粒度分布を有している。

【００３４】使用した粉体生石灰 以下の実施例で使用した粉体生石灰は、秩父石灰工業株
式会社製の粉末生石灰である。これは、粉末２００メッ
シュ（−７５μm ９５％以上）のJIS特号品である。

【００３５】使用した不織布 以下の実施例で使用した不織布は、目付量が６０g/m2,
厚さ０．１４mm, 通気量２０ cc/cm².sec, ヒートシー
ル強度６．０Kgのものである。

【００３６】

【実施例１】粉体アルミニウム：粉体生石灰＝１：１の
例 予め、深さ１１５mm、長さ１４０mm, 幅７５０mm内容積
１０００ccのガラス製容器をアルミ箔で蓋をし、温度セ
ンサーを、その先端が容器の深さのほぼ中央に位置する
ようにセットした。上述した粉体アルミニウム１２．５
ｇ及び粉体生石灰１２．５ｇを均一に混合して発熱剤２
５gを製造した。それを、長さ１３０mm，幅４５mm, 厚
さ４mmの不織布製の袋に充填した。この発熱剤を、前記
の容器の底に置いて、表−１に示した量の水(ml)を添加
して、第１段階発熱反応時の最高温度（℃）、第１段階
発熱反応終了時の降下温度（℃）、及び第２段階発熱反
応時の最高温度（℃）、６０℃にまで降下するまでに要
する時間（分）、即ち、持続時間（分）、室温（℃）及
び水温（℃）を測定した。得た結果を表−１に記す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【実施例２】粉体アルミニウム：粉体生石灰＝１：１．
５の例 上述した粉体アルミニウム１０ｇ及び粉体生石灰１５ｇ
を均一に混合して発熱剤２５gを製造したこと以外は、
実施例１と同じ実験を繰り返した。得た結果を表−２に
記す。

【００３９】

【表２】

【００４０】

【実施例３】粉体アルミニウム：粉体生石灰＝１：２の
例 上述した粉体アルミニウム８．３３ｇ及び粉体生石灰１
６．６６ｇを均一に混合して発熱剤２５gを製造したこ
と以外は、実施例１と同じ実験を繰り返した。得た結果
を表−３に記す。

【００４１】

【表３】

【００４２】

【実施例４】粉体アルミニウム：粉体生石灰＝１．５：
１の例 上述した粉体アルミニウム１５．０ｇ及び粉体生石灰１
０．０ｇを均一に混合して発熱剤２５gを製造したこと
以外は、実施例１と同じ実験を繰り返した。得た結果を
表−４に記す。

【００４３】

【表４】

【００４４】

【実施例５】粉体アルミニウム：粉体生石灰＝２：１の
例 上述した粉体アルミニウム１６．６ｇ及び粉体生石灰
８．３３ｇを均一に混合して発熱剤２５gを製造したこ
と以外は、実施例１と同じ実験を繰り返した。得た結果
を表−５に記す。

【００４５】

【表５】

【００４６】〔水素発生量の測定〕粉体アルミニウムと
粉体生石灰の比を、２：１（試料１）、１．５：１（試
料２）、１：１（試料３）、１：１．５（試料４）、及
び１：２（試料５）として、それぞれ発熱剤１５ｇ、２
０ｇ、２５ｇ、及び３０ｇを製造した。それぞれの試料
に対して３０ｍｌ、４０ｍｌ、５０ｍｌ、及び６０ｍｌ
の水を使用して発熱反応を起こさせて、発生した水素の
量を測定した。その結果を表−６に記載した。

【００４７】

【表６】

【００４８】

【比較例１】室温１８．０℃で、粉体生石灰２００ｇに
水３００ｍｌを添加して発熱反応を起こさせ、６０℃ま
で降下に要する持続時間を測定した。粉体生石灰に水を
添加すると直ちに発熱反応が起こり、９０℃以上に達
し、その温度を約６分間維持し、発熱反応開始時点から
約１５分間で６０℃に降下した。

【００４９】この結果を粉体アルミニウムと粉体生石灰
を１〜２：１〜２の比率で含む本発明の発熱剤と比較し
た場合、発熱反応経過は、本発明の発熱剤とほぼ同じ経
過をたどる。然し、本発明の発熱剤の場合、発熱反応開
始時点から６０℃にまで降下に要する時間が平均２０分
間、最高３２分間であった。

【００５０】しかも、粉体生石灰単独の場合、発熱反応
開始時点から６０℃に降下するまでの時間を約１５分間
持続させるのに、粉体生石灰２００ｇ及び水３００ｍｌ
という総重量約５００ｇという大量の材料を必要とす
る。このことは、発熱反応開始時点から６０℃に降下す
るまでの時間を約２０分間持続させることを満足させな
いことはもとより、軽量であること、かさばらないこと
等を必須の要件とする携帯用発熱剤の要件を満足させな
い。

【００５１】

【比較例２】粉体アルミニウム：粉体生石灰＝１：３の
例 粉体アルミニウム６．２５ｇ、粉体生石灰１８．７５ｇ
を均一に混合して２５ｇの発熱剤を使用したことを除い
て、実施例１と同じ手順を繰り返して得た結果を表−７
に記す。

【００５２】

【表７】

【００５３】

【比較例３】粉体アルミニウム：粉体生石灰＝３：１の
例 粉体アルミニウム１８．７５ｇ、粉体生石灰６．２５ｇ
を均一に混合して２５ｇの発熱剤を使用したことを除い
て、実施例１と同じ手順を繰り返して得た結果を表−８
に記す。

【００５４】

【表８】

【００５５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明により、下記の効
果を得ることができる。 （イ）第１発熱反応段階までの立ち上がり時間を短くす
ることができる。 （ロ）第１発熱反応段階を終了して約９０℃以上〜約１
００℃に到達した後一端温度が降下するが、直ちに第２
発熱反応段階を開始し再度約９０℃以上〜約１００℃に
到達させ、第２発熱反応段階を終了した後６０℃に降温
するまで約２０分間持続することができる。 （ハ）使用する発熱剤と添加水が少量にも関わらず、総
発熱量を大きくすることができる。 （ニ）第１発熱反応段階で使用する水の量をできるだけ
少なくすることができる。 （ホ）第２発熱反応段階で発生する可燃性気体である水
素の発生量をできるだけ少なくすることができる。 （ヘ）発熱剤及び水の総重量と嵩をできるだけ軽減する
ことができる。

【００５６】請求項２に記載の発明により、水の全量が
反応に寄与するので、全反応終了後、余剰水が発生しな
い。従って、発熱剤として軽量で、嵩張らないので、携
帯用加熱調理容器に組み込んで一体化しても、加熱調理
容器の重量や容量を増加させないので、非常食や携帯食
品に不都合を生じさせない。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉体アルミニウム(Al)と粉体生石灰(CaO)
   とを含み、式（１）で表される第１発熱反応段階、及び
   式（２）で表される第２発熱反応段階 CaO+H₂O=Ca(OH)₂+15.2 Kcal (1) sAl+tCa(OH)₂=［wCaO・xAl₂O₃・yH₂O］+zH₂+47 k/cal (2) （s,t,w,x、及びzは１以上の整数、yは０を含む整数）
   を利用する発熱剤であって、粉体アルミニウム(Al)と粉
   体生石灰(CaO)を発熱剤の総重量当たり１〜２：１〜２
   の範囲で含むことを特徴とする発熱剤。
2. 【請求項２】水を発熱剤の重量の３倍量以下で使用する
   ことを特徴とする請求項１に記載の発熱剤。