JPS6119078A - 加熱保温用ヒ−テイングマツト - Google Patents

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】 〔産業上の利用公費〕 本発明は金属−空気電池の原理を利用し、生ずるジュー
ル熱を主として用いることにより水を加熱蒸散させて加
熱を行なう加熱保温用ヒーティングマットに関する。

〔従来技術〕

従来、化学的な発熱作用を利用する加熱体としていわゆ
る使い捨てカイロが広く使用されている。

一般に使い捨てカイロなどの加熱体は鉄の空気酸化の際
に生ずる熱を利用するものであり、鉄粉、炭素質物質、
電解質水溶液などを通気性の内袋に充填し、それを非通
気性の外袋に密封して製造されている。

鉄の酸化は表面から始まり、鉄粉の表面に鉄サビ（ｆ　
−ＦｅＯＯＨ５ｔＸ−ＦａＯＯＨやＦｅ２Ｏ２などとい
われている）の層が形成される。このサビの層が形成さ
れると酸化反応は遅くなり、発生する熱量が少なくなる
。したがって、鉄サビ層で鉄粉の全表面が覆われると発
熱量が低下し、加熱体として必要な熱量かえられず、鉄
粉内部が酸化されるまえに加熱体としての機能が失なわ
れる。

そこでより長い持続時間を確保するために、現在は形状
が海綿に似た大きな表面積を有する還元鉄が鉄粉として
一般に用いられている。

しかしながら還元鉄は特別な方法で製造されているもの
であり、したがって価格も高いものである。そのため使
い捨てカイロなどの加熱体では原価の主要部分を還元鉄
粉が占めている。

また使い捨てカイｐなどの加熱体は、その発熱量を空気
との接触量、すなわち袋体を透過する空気量でコントロ
ールしている。したがって、発熱剤組成物を入れる内袋
の空気透過能に最大の注意を払う必要がある。そのよう
な内袋としテ、一般に不織布などにポリエチレンフィル
ムなどをテミネートし、ポリエチレンフィルムに目的と
する発熱量に見合った数の微小貫通孔を穿孔したものが
用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記のごとく使い捨てカイロなどの加熱体は、鉄粉など
の表面の空気酸化時の発熱を利用するものであるから、
鉄サビの発生による発熱量の低下はたとえ高価な還元鉄
粉を使用しても避けることはできない。

また、内袋の空気透過量をコントロールしなければなら
ないため、特殊な加工が施された材料を内袋に使用しな
ければならず、品質管理が難しくなると共にコストアッ
プの原因となっている。

また、食品の加熱保温には多量の熱量が必要とされるが
、従来の使い捨てカイロなどの加熱体では発熱量を大き
くしようとすれば内袋の通気孔を大きくかつその数を増
さなければならないが、そのような構造にするときは内
容物の漏出が生ずるという問題がある。

さらに通気量を多くしても物品を加熱する程の発熱量は
えられず、そのため被加熱物の温度が充分保てない。そ
の結果、被加熱物の表面に使い捨てカイロより蒸発した
水蒸気が結露してしまう。このように従来の鉄の空気酸
化を利用するカイロでは、発熱量に限界がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、導電性物質を含む導電性多孔質粒子、金属粉
、電解質水溶液および活性炭粒子からなる混合物を空気
および水蒸気が自由に透過しうる袋体に封入してなる加
熱保温用ヒーティングマットに関する。

本発明のヒーティングマットにおいては導電性多孔質粒
子の存在が不可欠であり、この導電性多孔質粒子は従来
の使い捨てカイロなどの加熱体に使用されている保水用
の多孔質体とは基本的に構成、作用効果が異なり、後述
するごとく発熱部の主要部を構成するものである。

本発明における導電性多孔質粒子は、導電性物質を含有
することにより導電性になっており、かつ電解質水溶液
を保持できる程度に多孔質になっていればよい。また、
活性炭粒子または金属粉のいずれか一方を埋入してもよ
いち導電性多孔質粒子は、たとえば導電性物質の粉末、
所望により金属粉または活性炭粒子を多孔質形成材料に
均一に混合し、その混合物を固化したのち適当な大きさ
に粉砕することによってうろことができる。

導電物質としては、たとえばカーボンブラック、木炭粉
、グラファイト、炭素繊維、活性炭粒、滑炭粉、コロイ
ド黒鉛、コークス類撫煙炭など、なかんづくカーボンブ
ラックが１０〜５０　ｍｍ以下の極微粒子であるため均
一に混合でき、少量で導電性が増大しまた安価である点
から好ましい。

多孔質形成材料としては、たとえばセメント、セラコラ
、天然ゴムラテックス、合成−ｔｈラテックス、各種合
成樹脂乳剤を混合したポリマーセメント、ポリマーセラ
コラなどが好ましい。

かかる多孔質形成材料はそのまま固化してもよいが、通
常の発泡剤を用いて発泡させたり、多孔質物質を混入さ
せたりしてもよい。たとえば金属粉を埋入させるばあい
、セメントにアル之粉末を配合して発泡させると、発生
する水素ガスにより金属粉の酸化を防ぐことができる。

多孔質物質としては、たとえばケイソウ土、パーライト
、火山レキ、セライト、石炭ガラ、膨張スラグ、黒曜石
、ひる石、頁岩、フライアッシュなどの軽量骨材および
木粉があげられる。そのほか、通常知られているセメン
ト混和剤、たとえば凝結遅延剤、硬化促進剤、分散剤、
凝固剤、増粘剤、ＡＩ剤、弾性付与剤、膨張剤、シール
剤などを必要に応じて適宜配合してもよい。

炭素質物質と多孔質形成材料の配合割合（重量）は１；
３０〜２０：６０の範囲が好ましい。炭素質材料の配合
率により電子の移動量を調節することができるため、炭
素質材料の配合割合を調節して発熱量をコン）０−ルす
ることができる。

金属粉としては後述のごとく金属−空気電池における負
極を構成するものであればよく、たとえば鉄粉、亜鉛粉
、マグネシウム粉などがあげられるが、価格的な面から
みて鉄粉が好ましい。鉄粉としてはクズ鉄粉、たとえば
アトマイズ法によりえられた鉄粉、還元鉄、カルボニル
鉄粉などを用いてもよい。しかし価格の面からみてクズ
鉄、ダライ粉が好ましい。

鉄粉の粒度は微細なほど好ましいが、約３２メツシユパ
ス程度のものでもよい。また薄い鉄板（たとえばブリキ
、トタン）のチップ状小片も使用できる。

活性炭粒子は空気中の酸素を取り込む働きをする後述の
金属−空気電池における正極を構成するものである。

電解質水溶液としては、たとえば塩化す）　リウム、塩
化カルシウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなど
を用いることができ、水に溶解させた状態で使用する。

そうした成分のほかに、発生した熱を蓄熱するための蓄
熱材を配合してもよい。蓄熱材は熱容量の大きな固形物
が好ましく、たとえば砂粒、シリカゲル、アクリルアミ
ドゲルなどがあげられ、とくに砂粒は熱容量の大きさと
価格の面からみて好ましい。

本発明のヒーティングマットに用いる混合物中の各成分
の割合は、金属粉１００部（重量部、以下同様）に対し
、炭素質物質０．６〜１６部および電解質水溶液１６〜
１５０部（水１２〜６０部に電解質物質０．６〜１０部
を溶解したもの）であり、蓄熱剤は０〜７０部である。

導電性多孔質粒子は金属粉１００部に対して５０〜２０
０部程度が適当である。

なお、金属粉を埋入した導電性多孔質粉子または活性炭
粒子を埋入した導電性多孔質粒子の形で使用してもよい
し、また両者を併用してもよい。とくに活性炭粒子は微
粒子のものが多いので、導電性多孔質粒子中に埋入して
用いる方が、袋体からの漏出防止の点から好ましい。

本発明のもう１つの特徴は、前記発熱剤混合物を空気お
よび水蒸気を自由に透過しうる袋体に封入しても使用が
可能になった点にある。

すなわち本発明における発熱剤組成物は、後述のごとく
金属の空気酸化ではなく、金属−空気電池回路中の導体
のシール熱を主として利用するものであるから、発熱量
は該導体を構成する導電性多孔質粒子の電気伝導性、す
なわち電気抵抗な調節することによりコントルールする
ことができる。したがって袋体の空気の透過量をコント
ロールする必要がないどころか自由に空気が透過する方
が発熱量の点からみて好ましく、従来の使い捨てカイロ
などの加熱体に用いられている内袋のように不織布にポ
リエチレンフィルムなどをテミネートし空気透過孔を設
けるなどの特殊な加工は不要である。

さらに本発明に用いる袋体は水蒸気をも自由に透過させ
うるちのも利用できる。すなわち、発熱剤組成物の発熱
によって生じた水蒸気を袋体外に出すことにより、周囲
の空気が乾燥するのを防ぐと共に、水蒸気の凝縮による
潜熱を被加熱体の加熱に利用することができる。

したがって、本発明のヒーティングマットに用いる袋体
は空気および水蒸気を自由に透過しつるものが利用でき
、また当然内容物を漏出せずかつ破れにくいものであれ
ば、とくに制限されない。好ましい具体例としては、た
とえば不織布、耐水性紙、布、合成紙などがあげられる
。

本発明のヒーティングマットを保存するには、前記袋体
を非通気性の袋体、いわゆる外袋に封入しておけばよい
。

〔作　用〕

前記のごとく、本発明における発熱機構は、従来の使い
捨てカイリなどの加熱体における金属表面の空気−化で
はなく、金属−空気電池回路において導体で発生するジ
ュール熱を主として利用するものである。

金属−空気電池は、第１図に示すように活性炭を正極（
１）、金属板を負極（ｊｌ）とし、それらの間に電解質
水溶液（８）を満たしたものであって、正極（１）と負
極（２）を導体（４）で連結することにより、導体（４
）中を電流が流れるものである。

たとえば負極（２）として鉄板を用いたばあい、その反
応は、まず鉄板表面から鉄が溶は出し１Ｆｅ”＋となっ
て電解質水溶液（８）中の０１（−と反応して比較的水
溶性のＦｅ（ＯＨ）２を生成し、一方負極（２）中に残
った２ｅは導体（４）を通って活性炭の正極（１）に至
り、活性炭が空気中の酸素を電解質水溶液（８）中に供
給し、電解質水溶液中のＯＨ’″濃度を維持することに
よって完成される。したがって、負極（２）の鉄板の表
面には鉄サビは生じず、理論的にはすべての鉄を反応に
供することができる。

発熱は主として電子が導体（４）中を通るときに生ずる
ジュール熱であるが、そのほか１・２＋とＯＨ−とから
Ｆｅ（ＯＨ）２を生成する反応およびＦｅ（ＯＨ）２が
電解質水溶液の表面において空気中の酸素によって酸化
されてＦｅ２Ｏ３を生ずる反応においても熱が発生する
。

本発明における発熱剤混合物においては、金属粉が負極
、活性炭粒子が正極、導電性多孔質粒子が導体に対応し
、前記の反応が進む。

〔実施例〕

つぎに実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はか
かる実施例のみに限定されるものではない。

製造例１ セメント（普通ポルトランドセメントコ工Ｓ　Ｒ−５２
１０、小野田セメント■製）８ｇにアル之粉２０　ｍｇ
、カーボンブラック粉（Ｊ工Ｓ　５１０７１種、東海カ
ーボン■製）２９、七ライト（氷山薬品工業■製）９２
、水２２．および硬化促進剤として塩化カルシウム０．
２．を加え充分混練した。前記混線物を４８時間養生後
、粉砕して導電性多孔質粒子（粒度３５メツシユパス）
をえた。

製造例２ セメント（普通ポルトランドセメントＪエトト５２１０
、小野田セメント■製）８ｇにアルミ粉２０ｍｇ、カー
ボンブラック粉（Ｊ工８５１０７１１１、ｉ［？１カー
ボン■製）２９、セライト（氷山薬品工業■製）９９、
水２２．および硬化促進剤として塩化カルシウム０．２
．を加え充分混練した。普通鉄粉（普通鉄粉−級、氷山
薬品工業■製、粒度６０メツシユパス）５０．を前記混
線物に加え鉄粉を充分に混合し、４８時間養生後粉砕し
て鉄粉入り導電性多孔質粒子ｃ粒度６５メツシュバス）
をえた。

製造例６ セメント（讐通ポルトランドセメントＪ工８Ｒ−５２１
０、小野田セメント■製）８ｇにアル叱粉２０ｍｇ。

カーボンブラック粉（Ｊ工Ｓ　６１０７１８１．１ｍカ
ーボン■製）１ｇ、活性炭（和光純薬工業■製、粒度１
００メツシユパス）１０、水２２．および硬化促進剤と
して塩化カルシウム０．２ｇを加え充分混練した。前記
混練物を４８時間養生後粉砕して導電性多孔質粒子（粒
度３５メツシユパス）をえた。

実施例１〜５ 製造例１〜６でそれぞれえられた導電性多孔質粒子を用
いて第１表に示す組成の混合物を調製してナイロン不織
布製の袋（１３０Ｘ２５０ｍｍ）に封入し、本発明のヒ
ーティングマットを作製した。

封入後ヒーティングマットを新鮮空気の接触を遮断する
目的でポリプロピレン製袋にすみやかに封入することに
より保存し、以下の実験に供する際に開封して使用した
。被加熱物として食Ｍｔ−想定し、２００ｍ／の水をポ
リプルピレンフィルム製袋（ＩＳＯＸ　ｌ５Ｏｙｎ　）
に封入したものを用いた。以下これを氷袋と称する。実
験開始前にあらかじめ６５°ａの湯にこの氷袋を浸漬す
ることにより氷袋の湿度を６０町附近に調節し、保温加
熱マットの性能テストに用いた。

性能テストは、ヒーティングマットを２つ折りとし、そ
の間に約６０°に調節した氷袋を挿入して氷袋の両面よ
り保温加熱した。氷袋とヒーティングマットの接触面中
央部に温度計を挿入して氷袋の温度を測定できるように
した。すなわち、氷袋の表面を覆うようにヒーティング
マットを巻き、氷袋の表面に温度計を装着した。

さらにヒーティングマットの外側をタオル地を６重に巻
いて保温し、放熱を防止した。実験の開始時よりの温度
と時間の関係を測定した結果な第１表に示す。雰囲９！
Ｌ温度は２０ｑｏであった。

〔以下余白〕

実施例６（米飯の保温テスト） 弁当用折箱（１００Ｘ　１４０　Ｘ５０ｍｍ　）に約６
０ｃ′ｃＪに調製した米飯２００．を詰めた。折箱の何
面中央部に温度計挿入用の孔をあけ温度針を挿入した。

実施例６と同じ配合の発熱組成物を２等分し、ナイロン
不織布製袋（１５ｒ：Ｊ　Ｘ　１５０ａｎ　）に封入し
、折箱の上面と底面にそれぞれ密着させた。さらに保温
の目的で段ボール紙（厚さ５　ｍｍ　）を巻きつけ、放
置（室温２０°ｏ）した。実験開始２時間後に最高温度
７５ｑＯとなり、４時間後に５５°０１６時間後におい
ても５内を保っていた。□内容物は６時間後も熱による
乾燥もなく新鮮な状態を保ち、また露結することもなく
、活性炭漏出による汚れもなかった。

比較例１ 木粉８ｇ、活性炭４．、普通鉄粉６０．、食塩１０．お
よび水１２．をよく混合し、ポリプロピレンフィル１袋
（１３０Ｘ２５０ｍｍ）に封入した。使用時に袋の両面
を６２５カ所に貫通孔を両針（φ０．６園）で搾孔した
。性能テストは、実施例１と同様に行なつた。初めは６
１°０であったがその後の温度上昇は認められず、実験
開始後４０分で５０ｑＯとなり、１時間１０分で４４°
０１２時間１０分で５８００に下がった。保温効果はい
ずれの実施例と比べても著しく劣っていた。また搾孔し
た孔より活性炭および生成した酸化鉄などが漏出し、氷
袋を汚した。

比較例２ 木粉２６９、活性炭４．、還元鉄粉（川崎製鉄■製）６
０２、食塩２．８．および水６０．をよく混合し、ナイ
ロン不織布（１５０Ｘ２５０ｍｍ）に封入した。性能テ
ストは実施例１と同様に行なった。実験開始より温度の
上昇は認められず、初め６１’Ｏあったものが、３０分
後に５８ｏａ、１時間後に５５ｑＯ１２時間後に５１ｏ
ｏ、５時間後ニ４０ｏＣＪ、４時間後ニハ！５ｑＯ，！
：　ｔ（ツた。実験後氷袋の状態は露結により著しく濡
れており、また保温に用いたタオルも濡れていた。

このように、従来のカイロ技術により調製したものでは
通気性を充分にとると当初はよく発熱し、少しの間は保
温効果を示すが、しばらくすると発熱能力が小さくなり
５０°０以上を保てなくなった。また発熱能力が小さく
なるとカイロ中の水分が蒸発したのち直ちに凝縮し、露
となって被加熱物か断熱材を濡らす結果となった。

要するにこのような従来のカイロ技術を用いたばあいの
不都合な点は、発熱能力が長時間高活性に持続しないこ
とおよび発熱速度を内袋の通気孔により調節している点
にあり、本発明の改良点はこれらの特性を別の化学反応
すなわち金属−空気電池の反応を応用することにより改
善したものである。

〔発明の効果〕

本発明のヒーティングマットを用いるときは、発熱に関
与する反応が金属表面では生じないので、金属粉の表面
に反応を妨害する保護層は形成されず金属粉を内部まで
利用でき、また安価なものが使用できるので、コストを
大幅に下げることができる。

また空気透過量をコントロールする必要がないので、封
入用の袋体に空気透過量をコントロールするための特殊
な加工をしなくてよく、製造コストを大幅に下げること
ができる。

さらに袋体内で発生した水蒸気を袋体の外に出して、そ
の凝縮潜熱をも利用するので熱効率が高くなると共に、
周囲の空気や被加熱物が乾燥することを防ぐこともでき
る。

また、所望により各成分を造粒することができるので、
少々目の粗い袋体を使用しても内容物が漏出することが
なく、袋体の材料の選択の幅を広くすることができる。

以上のようなすぐれた効果を奏する本発明のヒーティン
グマットは、多大な熱量を必要とする物品の加熱保温に
最適である。そのような物品としては、たとえば折結弁
当、肉マン、アンマン、シューマイなどの食品、レトル
ト食品、ビン詰製品、缶結製品、蒸しタオルなどがあげ
られる。また、そのほか本発明のヒーティングマットの
大きな発熱量を利用して暖房用にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における発熱剤混合物で利用する金属−
空気電池の概略説明図である。 （図面の符号） （１）：負　極 （２）：正　極 （８）！電解質水溶液 （４）：導　体 ２１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　導電性物質を含む導電性多孔質粒子、金属粉、電解
   質水溶液および活性炭粒子からなる混合物を空気および
   水蒸気が自由に透過しうる袋体に封入してなる加熱保温
   用ヒーティングマツト。 ２　多孔質粒子中に活性炭粒子が埋入されている特許請
   求の範囲第１項記載のヒーティングマツト。 ３　多孔質粒子中に金属粉が埋入されている特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のヒーティングマット。