JPH03140116A

JPH03140116A - 発熱体

Info

Publication number: JPH03140116A
Application number: JP27862789A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kodama; 順一児玉; Ryoichi Suzuki; 良一鈴木; Mitsuo Yonetani; 米谷　光雄; Choji Kawabata; 川端　長次
Original assignee: Nitto Seiki Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nitto Seiki Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-10-27
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1991-06-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は被加熱物の要求特性に応じて到達最高温度、持
続時間を調整可能な発熱体に関するものである。

［従来の技術］ガスや電気等の熱源を使用しないで内容物を加熱する熱
源としては実開昭６０−７０２３５号公報、実開昭６１
−１１９３３２号公報、実開昭６２−！１１３６５４号
公報にあるように、酸化カルシウム、塩化カルシウム、
あるいはアルミニウム等の水和反応による発熱を利用し
たものか知られている。また、酸化剤と燃焼剤との混合
物からなる自己燃焼反応による発熱を利用したものとし
て特開昭５２−１９３５８号公報、最近では実開昭６２
−１４６４２７号公報、実開昭６３−４２０８９号公報
、および特開昭６３−１５２５７２号公報等があり、開
示されている技術によると発熱剤の性質から点火に際し
て電気ヒーター、ライターあるいは導火線等で着火する
ものであった。

［発明が解決しようとする課題］酸化カルシウム、塩化カルシウム、あるいはアルミニウ
ム等の水和反応による発熱剤は、単位重量、単位体積当
たりの発熱量か少なく十分な熱量を得るには多くの発熱
剤を使用しなければならず加熱容器の形状が大きく、か
つｍくなるとともに被加熱物の昇温速度が遅いという欠
点がある。

また、館記特開昭５２−１９３５８号公報、実開昭６２
−１４６４２７号公報、実開昭６：ｌ−４２０８９号公
報、特開昭６３−１５２５７２号公報に記載された自己
燃焼反応による発熱剤では、発熱体の性質から着火剤に
導火線またはフィラメント型の電気ヒーターを接続し、
着火に際してはマツチ、ライター、または電池等の着火
具を必要とし使用上非常に不便であった。

さらに、自己燃焼反応による発熱剤はエネルギー密度が
高いという利点が有る反面、燃焼到達最高温度が１００
０℃以上と非常に高くなり、誤操作時の事故発生のおそ
れや、発熱剤を収納する容器を耐熱強化し、断熱も十分
行わなければ安全性が確保できないという欠点を有して
いる。また、酒等の加熱では発熱剤収納容器表面に有機
被膜をコーティングする場合が多く、このときには発熱
剤の表面温度を４００℃以下にする必要があった。

燃焼温度の調整方法に関しては、特開昭５２−１９３５
８号公報では発熱薬剤の混合比を変えたり、実開昭６：
ｌ−４２０８９号公報あるいは特開昭６３−１５２５７
５号公報のように不活性物を発熱薬剤中に混合する方法
が取られていた。

しかしながら、これらの方法は燃焼の安定性に問題が生
じ易く、特に通常１０００℃程度のものを４００℃以下
にするというように発熱剤の温度を大きく低下させると
いうことは不可能であった。

本発明は上記のように従来の発熱剤の欠点である単位体
積、単位重量あたりの発熱量が小さくエネルギー密度が
低いことを改善し、安定した発熱反応、容易な着火性、
発熱温度制御の容易性を確保するために、着火が容易で
安定した発熱反応が得られ、被加熱物に接する部位、お
よびその他の加熱容器と接触する部位の温度を任意に変
えられる、あらゆる種類の加熱や保温に使用可能な発熱
体を提供するものである。

［課題を解決するための手段］本発明は種々の実験、検討の結果達成されたものであり
、その要旨とするところは、酸化鉄、酸化銅、酸化鉛などの金属酸化物の１種類以上
と酸化物を形成している金属より酸化生成熱量が大きい
珪素、アルミニウム、チタン、鉄などの金属、半金属の
単体あるいはこれらの合金の１種類以上を混合した主発
熱剤と、これに接してこれより容易に反応するホウ素、
アルミニウム、マグネシウム、カルシウムの単体あるい
はこれらの合金の１種類以上に酸化鉄、酸化銅、過酸化
バリウム、過酸化ストロンチウムなどの酸化剤の１種類
以上を混合した着火剤とからなる自己燃焼反応性発熱体
の着火剤露出部分以外の一部あるいは全面を５自己燃焼
反応発熱体の燃焼温度でも発熱反応や化学反応しない鉄
、酸化鉄、セラミック原料等、１種類以上の粉体で成形
、被覆し、自己燃焼反応性発熱体と非反応層を一体成形
したことを特徴とする発熱体、および上記の非反応層を、自己燃焼反応発熱体の燃焼温
度でも発熱反応や化学反応せず、溶融等構造変化しない
鉄、セラミック、断熱材料等の個体を加工したものとし
、この非反応層と接触して一体構造となるように自己燃
焼性発熱体を成形した発熱体である。

本発明の発熱体は第１図に断面を示すように、１０００
℃以上まで昇温する着火剤１と主発熱剤２ｈ）らなる発
熱部分と、その発熱部分と接触して熱抵抗層を形成する
非反応層部分３からなる構造を有するものである。ここ
で、非反応層部分の原料の材質、形状を変えることによ
り、主発熱剤の発熱反応により到達する１０００℃以上
の発熱温度が約１００℃から１０００℃程度の温度に任
意にコントロール可能な発熱体である。さらに本発熱体
の実施態様としては、発熱体を被覆する非反応原料は１
種類である必要はなく、異なる熱特性を存する粉体を混
合した後に成形することも可能であるし、非反応原料の
成形層を異なる原料で２層以上に成形して使用すること
も可能である。

また、非反応層は粉体を成形したもののみではなく、個
体から機械加工等により加工して成形したものも使用可
能であり、形状としては板状、カップ状その他の複雑な
形状に加工しても一部分が自己燃焼反応性発熱体と接触
していれば十分機能を発揮するものである。

この結果、本発明による発熱体は非反応原料である熱抵
抗層を介して被加熱物を加熱するために、被加熱物の目
的の機能に一致した温度が得られ、比熱、熱伝導度の異
なる非反応原料を適宜選択し、非反応層の厚さを調整す
る事により温度パターンの調整ちり能である。

［作用］本発熱体の温度特性の代表例を第２図に示す。

自己燃焼反応発熱体は、酸化鉄粉末と珪素鉄合金粉末を
混合した発熱上剤に、ホウ素粉末と酸化鉄粉末からなる
着火剤を同時成形した２層構造とした。この発熱体の発
熱特性は曲線４で示され、到達最高温度は約２０秒で約
１４００℃にまで到達し、反応終了後は急速に温度が低
下し、５分後には２００℃まで低下する急速な発熱、温
度低下となる特性を有しＣいる。この発熱反応特性は原
料の粒径や酸化鉄と珪素鉄合金の配合比を変えても、最
高温度や反応時間は大きく変わらず、極端に反応性を低
下させるように粒子径を　１００μｍ以上としたり。

酸化鉄か珪素鉄合金の配合を大きく変えると、着火剤の
みが燃焼し発熱主剤の発熱反応が起こらないという結果
となり、発熱体としての機能をまったく果たさなくなる
。従って自己燃焼反応性発熱体自身の反応制御性は非常
に小さいことがわかる。

また、自己燃焼反応発熱体として酸化鉄粉末とアルミ粉
末を混合した発熱主剤に、ホウ素粉末と酸化鉄粉末から
なる着火剤を同時成形したものは曲線５に示すように、
さらに急激に反応が進行し最高温度が１８００℃にまで
達し熱量密度が高い発熱体となフた。

これに対して本発明による発熱体は酸化鉄と珪素鉄から
なる発熱部を酸化鉄粉からなる非反応原料で厚さ４ｍｍ
となるように被覆すると、発熱特性は曲線６のようにな
り昇温速度が遅れ、６０秒で３５０℃、２分後に最高温
度に達し、約５００℃となる。その後の温度低下も緩や
かで比較的高温を維持できる発熱特性を有するものとす
る事ができる。また酸化鉄とアルミからなる発熱部を酸
化鉄粉からなる非反応原料で厚さ４ｍｍとなるように被
覆すると、発熱特性は曲線７のようになり昇温速度が遅
れ、６０秒で６００℃、２分後に最高温度に達し、約７
００℃となる。その後の温度低下も緩やかで曲線３より
も比較的高温を維持できる発熱特性を有するものとする
事ができ、発熱部の特性を大きく調整可能なものである
。

一般に、自己燃焼性発熱剤の発熱反応は金属酸化物の還
元反応と金属および半金属の酸化反応により大きな生成
熱を発生するものである。この反応は瞬時に行ねわ数１
０秒で反応は終了する。この結果、発熱剤は１０００℃
以」二の高温になる。

この酸化還元反応を発生させるためには金属酸化物と金
属の反応界面が大きいことが好ましく、般には　１００
Ｊ、ＩＩ！＋以下の粉体が使用される。しかし成形した
発熱主剤の反応を引き起こすには多くの熱量が必要で、
約１０００℃まで加熱しなけわばならない。そこで、本
発明に使用している自己燃焼反応発熱体は発熱主剤の反
応をおこし易くするために、発熱主剤に接して発熱主剤
より容易に発熱する着火剤を一体成形する事により、安
定的に発熱反応を引き起こせるように構成している。す
なわち易着火性の着火剤と難着火性の発熱主剤を接触し
た状態で同時成形して、着火剤、発熱主剤の２層構造と
する事により発熱体全体の五人、発熱反応の安定性を確
保したものである。この２層構造とした発熱体は酸化還
元反応により最高１３００℃以上にも達する。

本発明は２層構造の発熱体の反応の引き金のための着火
剤が露出している部分を除いた側面および着火剤を添加
した反対面の一部およびすべてを非反応原料で被覆する
ことにより、発熱反応部分の発熱体が発生した熱量を非
反応原料の重量、比熱に起因する熱吸収で蓄積し、かつ
非反応原料の熱伝導度、厚さに起因する熱抵抗により非
反応原料表面の到達最高温度を１３００℃以丁とするも
のであり、発熱体の昇温特性は非反応原料の熱伝導率と
被覆厚さによフて決定され、発熱部分と非反応原料の界
面の温度は瞬間的に１４００℃にまで達するか、発熱体
の発生した熱は非反応ＪＦｌ籾を通って非反応原料の温
度を高めて表面に伝わり、表面から被加熱物体に伝わる
ものである。この結果、本発熱体の温度特性は非反応原
料の熱伝導度、比熱の違う原料を被ｙ１厚さを変えて成
形することにより任、意に調整可能である。

例えば熱伝導度が高く、比熱の小さいアルミニウム粉末
を非反応層として成形した場合は、発熱体と非反応原料
の界面温度がそれほど低下することなく、かつ迅速に非
反応原料表面に伝わるために短時間で高温に達する。ま
た同じ熱伝導率を４７する原料であっても被覆厚さがＤ
くなると発熱体の表面温度（非反応原料表面）は低くな
り、非反応原料に蓄えられる熱１も多くなる。従ってこ
の場合は発熱体表面温度は低くなり、最高温度に到達す
る時間も遅くなる。しかし非反応原料に蓄積された熱量
が時間の経過とともに非反応層を通じて放出されるため
に、発熱体の表面温度の低下は緩やかになり、発熱体の
到達最高温度に近い温度か長時間持続することになる。

また、比熱の大きい非反応原料を使用した場合も非反応
原料の蓄熱量が多くなり、多くの重量で被覆Ｊ７さを厚
くした場合と同じような発熱特性が得られる。

さらにセラミック原料のような熱伝導度が小さい原料を
非反応原料とすれば、昇温速度は大幅に遅くすることが
できかつ最高温度も低くすることが可能となり温度低下
時間が長くなる。

また、非反応原料は粉体を成形したもののみでなく、鉄
、アルミニウム等の金属や、セラミック等の材質を加工
したものも使用可能であり、加工した非反応材料に接し
て着火剤と２層成形した自己燃焼反応発熱体を一体成形
すれば本発明の発熱体と同様な性能が得られるものであ
る。

このように本発明による発熱体は自己燃焼反応する部分
の配合や反応性を何等変えることなく。

得ら九る温度特性を大きく調整できるものである。

［実施例］以下実施例について述べる。

実施例１発熱主剤として９９．２重量％Ｆｅ２Ｏ，を含有し、平
均粒径０．８４μｍの酸化鉄粉と７５．２重量％Ｓｉを
含有し、平均粒径７．８９１の珪素鉄合金を、酸化鉄粉
を７４重量％、残り珪素鉄合金として均一になるように
混合した後、成形バインダーとして水酸化ナトリウム２
．５重重％の水溶液を混合した自己燃焼反応原料の６重
量％配合し、ざらに混合した。着火剤は９９，２重量％
Ｆｅ２Ｏ，を含有し、平均粒径１．６μｍの酸化鉄粉８
５重量％、ホウ素含有率９６重量％で、７均粒径２．３
μｍのホウ素粉末を１５重量％混合し、発熱主剤を直径
３】１１１Ｉ１１の金型に発熱主剤の正味＠量が２３ｇ
、３０ｇ、３５ｇとなるように充填した後、その表面の
中央部に直径か２０ｍｍとなるように着火剤を１ｇさら
に充填し、荷重１．９トンで成形圧力２５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ２で円盤状に発熱主剤重量の異なる自己燃焼反応発熱
体を成形した。

この成形した発熱体を直径４１ｍｍの金型の中央に着火
剤の添加面を下にして置き、非反応原料として５．０重
量％の水酸化ナトリウム水溶液を６重量％配合し、均一
に混合した９９．２重Ｊｉ％Ｆ　ｅ　２０３を含有し、
平均粒径０．８４ＪＪｌ１１の酸化鉄粉を、酸化鉄粉の
正味重量が１５ｇ、２０ｇ、２５ｇ、３０ｇ、：１５ｇ
となるように秤量した後それぞわ、自己燃焼反応発熱体
の一部に充填し、荷重を３．３トンかけて成形荷重が２
５０Ｋｇｆ／ｃｍ”となるように円盤状に成形して自己
燃焼発熱体と非反応原料の＠量の異なる発熱体を成形し
た。成形後に２００℃で２時間乾燥して発熱体とした。

このようにして得られた発熱体を燃焼させたときの非反
応原料の表面の最高温度を第３図に示した。この図から
れかるように発熱体の温度特性は発熱主剤の重囲が増す
とｉ高温度は高くなり、非反応原料の重量を増すことに
より（非反応層の厚さも増す）最高温度は低くなり、最
高温度を制御できる発熱体である。自己燃焼反応発熱体
単体の場合＋４０（１℃に達した最高温度は５００″Ｃ
Ｐ１度まで低下することができた。

さらに４００℃以上の持続時間は発熱主剤３５ｇで非反
応原料３５ｇとすることにより、自己燃焼反応発熱体単
体では２分程度であったものが、１０分まで持続可能と
なり、低温度、長時間持続型の発熱体が製造できた。

実施例２発熱主剤として９９．２重量％Ｆｅ２Ｏ，を含有し、平
均粒径０．８４μｍの酸化鉄粉と７５．２重量％Ｓｉを
含有し、平均粒径７．８μｍの珪素鉄合金を、酸化鉄粉
を７４重量％、残り珪素鉄合金として均一になるように
混合した後、成形バインダーとして水酸化ナトリウム２
．５重量％の水溶液を混合原料の６重量％配合し、さら
に混合したものを使用し、着火剤は９９．２重量％Ｆｅ
２Ｏ，を含有し、平均粒径１，６μｍの酸化鉄粉８５　
ｊＴｃ舒％、ホウ素含有１９６重２％で、平均粒径２．
３μｍのホウ素粉末を１５重量％混合したものを使用し
た。発熱主剤を直径３１ａ＋ｍの金型に発熱主剤の正味
重量が３０ｇとなるように充填した後、その表面の中央
部に直径が２０＋ｏｍとなるように着火剤を１ｇ充填し
、荷重１．９トン、成形圧力２５０ｋｇｆ／　ｃ　ｍ　
２で円盤状に自己燃焼反応発熱体を成形した。

この成形した発熱体を直径４１ｍｍの金型の中央に着火
剤の添加面を下にして置き、非反応原料として９９．２
巾ｑ％Ｆｅ２Ｏ３を含有し、モ均粒径０．８４４ｍの酸
化鉄粉に５．０重量％の水酸化ナトリウムを６重量％配
合し、均一に混合した酸化鉄粉の正味重量が２０ｇ秤量
したもの、平均粒径３５μｍのアルミニウム粉末にエチ
ルシリケートバインダーを配合した原料を２０ｇ秤量し
たもの、平均粒径１５．１μｍの溶融シリカにエチルシ
ワケートバインダーを配合した原料を２０ｇ秤量したも
のを、非反応層の厚さが一定になるように成形して非反
応原料の厚さと重量が一定で、材質の異なる発熱体を成
形し、成形後に２００℃で２時間乾燥して発熱体を製造
した。

このようにして製造した発熱体を燃焼させたときの非反
応原料の表面の温度パターンを第４図に示した。この結
果、アルミニウム粉末を非反応層に使用した発熱体が最
も最高温度が高く約６００’Ｃにまで達し、溶融シリカ
は３００℃にまでしか上がらなかった。酸化鉄粉を非反
応層に使用した発熱体は４５０℃に達した。しかし１０
分後の温度はアルミニウム粉末を配合したものは１００
℃以下になったが、溶融シリカは２００℃程度あり温度
低下が遅くなり、非反応層の材質を変えることにより同
じ発熱体の構造でも異なる発熱特性が得られた。

実施例３発熱主剤として９９．２重量％Ｆｅ、０．を含有し、平
均粒径０．８４μｍの酸化鉄粉と７５，２重量％Ｓｉを
含有し、平均粒径７．８μｌの珪素鉄合金を、酸化鉄粉
を７４重量％、残り珪素鉄合金として均一になるように
混合した後、成形バインダーとして水酸化ナトリウム２
．５重量％の水溶液を混合した自己燃焼反応原料の６ｆ
ｆｌｆｆ１％配合し、さらに混合した。着火剤は９９．
２重量％Ｆｅ２Ｏ３を含有し、平均粒径１．６μｍの酸
化鉄粉８５重量％、ホウ素含有率９６重量％で、平均粒
径２．３μ山のホウ素粉末を１５重２％混合し、発熱主
剤を直径３１ｎｕ＋＋の金型に発熱主剤の正味重量が２
２ｇとなるように充填した後、その表面の中央部に直径
か２０＋＋ｕｎとなるように着火剤を１ｇさらに充填し
、荷重１．９トンで成形圧力２５０ｋｇｆ／ｃｍ２で円
盤状に発熱生剤重借の異なる自己燃焼反応発熱体を２層
構造に成形した発熱体と、この成形した発熱体を直径４１ｍｍの金型の中央に着火
剤の添加面を下にして置き、非反応原料として５０重量
％濃度の２号水ガラス水溶液を６重量％配合し、均一に
混合した９９．２重量％Ｆｅ、Ｏ，を含有し、平均粒径
０．８４μｍの酸化鉄粉を、酸化鉄粉の正味市電が２０
ｇに秤量した後、自己燃焼反応発熱体の上に充填し、荷
重を３．３トンかけて成形荷重が２５０Ｋｇｆ／ｃｍ２
となるように円盤状に成形して、自己燃焼発熱体と非反
応原料の３層構造からなる発熱体を成形し、成形後に２
００℃で２時間乾燥して発熱体とした。

このようにして製造した２層構造および３層構造の発熱
体■０をそれぞれ第５図に示すような発熱体充填容器８
の表面に有機皮膜９をコーティングし、点火装置１］、
断熱材１２を設置した容器に酒１３を　１８０１１ＩＱ
充填し加熱した。

この結果、２層構造発熱体は加熱初期に有機皮膜９をコ
ーティングした発熱体充填容器８の表面温度か上昇し有
機皮膜９がはかね、酒に浮いて飲用できない状態となっ
たか、本発明の３層構造発熱体を使用した場合は昇温か
緩やかで発熱体充填容器８の表面の有機皮膜９がはがれ
ず、十分に飲用できる状態で加熱できた。

［発明の効果コ以上説明したごとく本発明による発熱体は発熱反応する
自己反応性発熱体の着火剤添加部分の着火する部分を除
いて非反応原）１で被膜し、非反応原料の材質、厚さ等
の形状を変えることにより室温からｌ０００℃までの温
度に容易に調整可能である。

また、従来の酸化カルシウム、塩化カルシウム、アルミ
ニウム等の水酸化反応を利用した発熱剤では得られなか
った高密度のエネルギーが得られ、既存の自己反応によ
る発熱剤で問題となった発熱反応の安定性、温度制御の
容易性を確保することかでき、あらゆる種類の加熱に使
用可能な各梯の加熱容器用の発熱体として多くの適用が
可能で、かつ安全性の高いきわめて利用価値の高い発熱
体である。

【図面の簡単な説明】

第１　［Ａ：発熱体の断面構造例を示す断面図。第２図：発熱体の性能特性を示すグラフ。第３図：非反応原料重量と発熱原料重量を変えた場合の
発熱体の最高温度の変化を示すグラフ。第４図：非反応原料の材質を変えた場合の発熱特性を示
すグラフ。第５図：酒の加熱容器の例を示す断面図。工・・・着火剤、２・・・発熱主剤、３・・・非反応層
、４・・・酸化鉄と珪素合金からなる発熱体の温度特性
曲線、５・・・酸化鉄とアルミからなる発熱体の温度特
性ｄｉｓ　＆！ｉ！、６・・・酸化鉄とｆｉ［合金から
なる発熱体を酸化鉄の非反応層で被覆した発熱体の温度
特性曲線、７・・・酸化鉄とアルミからなる発熱体を酸
化鉄の非反応層で被覆した発熱体の温度特性曲線、８・
・・９・・・有機皮膜、１０・・・発熱体、１１・・・
点火装置、　１２・・・断熱材、１３・・・酒

Claims

【特許請求の範囲】１、酸化鉄、酸化銅、酸化鉛などの金属酸化物１種類以
上と酸化物を形成している金属より酸化生成熱量が大き
い珪素、アルミニウム、チタン、鉄などの金属、半金属
の単体あるいはこれらの合金の１種類以上を混合した主
発熱剤と、これに接してこれより容易に反応するホウ素
、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムの単体ある
いはこれらの合金の１種類以上に酸化鉄、酸化銅、過酸
化バリウム、過酸化ストロンチウムなどの酸化剤の１種
類以上を混合した着火剤とからなる自己燃焼反応性発熱
体の着火剤露出部分以外の一部あるいは全面を、自己燃
焼反応発熱体の燃焼温度でも発熱反応や化学反応しない
鉄、酸化鉄、セラミック原料等、１種類以上の粉体で成
形、被覆し、自己燃焼反応性発熱体と非反応層を一体成
形したことを特徴とする発熱体。２、自己燃焼反応発熱体の燃焼温度でも発熱反応や化学
反応しない鉄、セラミック、断熱材料等の個体を加工し
、非反応層とし、この非反応層と接触して一体構造とな
るように自己燃焼性発熱体を成形したことを特徴とする
請求項１記載の発熱体。