JPS6146511B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸素とくに空気中の酸素との反応熱
（または酸化エネルギー）を利用した加熱装置に
関するものであり、容易に水素化物を形成する金
属材料である金属単体または合金の水素化物を脱
水素化して空気中の酸素との反応性を高めた発熱
材を内蔵した加熱装置を提供するものである。

最近、ベンジンを燃料とする懐炉の他に、火を
使用しないで自然の酸化現象による酸化反応熱を
利用した使い捨て懐炉（携帯用加熱装置のことを
いう）が注目されている。これは鉄粉の様な金属
粉末と空気中の酸素とによる酸化反応熱を利用し
たもので、マツチや電池などの着火源が不要であ
り、小型、軽量で低価格であるため、携帯用とし
ての用途が考えられる。この種の懐炉は必要な時
に、容器の空気取入口のラベルをはがし数回振る
か、パツク袋をもみほぐしたりするだけで表面温
度が50〜60℃に上昇し、その温度で、ある一定時
間継続使用が出来る。またこの種の懐炉は、ベン
ジンなどを用いるものに比べると高い温度に上昇
しないので、火傷の心配は少なく、有害、有毒物
質も含まないという特徴を有している。

しかし、従来のこの種の使い捨て懐炉のような
小型の加熱装置には、鉄粉を機械的に粉砕し、こ
れをそのまま発熱源として使用しているのである
から、酸化反応速度、即ち温度上昇速度が比較的
遅く、必要な時に、短時間では温度が上昇せず、
また金属粉末の内部まで十分に酸化されないの
で、持続時間が短かいという欠点を持つていた。
更に反応速度、持続時間などの点から、加熱装置
の大型化は困難であり、また反応性の点において
約60℃以上の高温を必要とする用途には不向きで
あつた。更に製造の面においても、鉄などの発熱
材の粉砕に多くの労力を要し、粉砕のための製造
コストが高くなるなどの問題点もあつた。

本発明は、金属単体または合金からなる発熱材
に酸化反応を起こさせる前に、あらかじめ水素化
処理により活性化と粉末化を同時に行ない、従来
の欠点を解消したものである。

更に本発明の加熱装置によると、容器内の金属
単体または合金粉末の空気中の酸素との酸化反応
速度を早くし、しかも殆んど完全に酸化反応を行
なわせ、必要な時には直ちに温度の上昇を行なわ
せる事ができる。また温度の調節も外部からの空
気の流入量を、例えばミニーバルブで制御する事
により可能であり、容易に一定の温度に保持する
事ができる。このバルブによつて容器内の雰囲気
を調節する事、即ち容器内の酸素量を調節する事
により発熱温度を調節する。このように容器内の
雰囲気の制御により温度の制御ができることも本
発明の加熱装置の大きな特徴の一つである。

以下に本発明をその実施例を示す構成図面によ
つて詳細に説明する。

第１図は本発明の加熱装置において、容器１の
内部に収納した金属材料の金属単体または合金２
を、加圧水素ガス４の雰囲気中で水素化する事に
より、活性化および粉末化処理を施すところの構
成図を示したものである。

まず２の金属単体および合金は容易に金属水素
化物をつくるものであることが必要であり、例え
ばTiMn₁.₀は最適な材料の一つである。この金属
単体または合金２を内部に保持した加熱装置用の
（例えばアルミニウム製）容器１を真空状態まで
排気し、酸素その他の不純ガスを除去する。次に
ミニーバルブ３から水素ガス４を数気圧の圧力で
容器１の内部に充填する。このように発熱用の合
金としてTiMn₁.₀合金を用いると、そのTiMn₁.₀
合金は水素に対して非常に敏感に、しかも瞬時に
反応し、水素を大量に、例えば20℃で約250c.c.／
ｇ以上吸収して、合金を構成している金属原子の
原子間距離の増加に伴う応力割れにより、順次粉
末状の水素化物を形成する。

ついで容器１を排気装置に接続し、ミニーバル
ブ３を開放して容器１の内部を真空排気する等の
手段により水素ガスを放出させる。このような吸
蔵、放出の操作は１回でもよいが２〜５回繰り返
すことにより、TiMn₁.₀合金は粒径数〜数10μｍ
の粉末状態に変化すると同時に、水素化によつて
酸化性雰囲気に対して非常に活性度が高くなり、
本発明の目的に最適な状態となる。即ち、非常に
酸化しやすい状態になり、ついには酸化性雰囲気
に接触すれば発火する状態にまで活性度が高ま
る。以上の処理が完了すれば、前記排気装置によ
り容器１内の水素ガス４を排出し、しかる後、減
圧状態で密封封止する。このようにして本発明の
加熱装置が作動しうる状態になる。

第２図は、本発明の加熱装置を使用する際の金
属単体または合金粉末の酸化反応過程、即ち発熱
過程を示した構成図である。操作手順は、まずミ
ニーバルブ３を開き、脱水素した金属単体または
合金粉末５を内蔵した容器１内に、空気７を導入
すれば、活性化処理された金属粉末５は、空気中
の酸素によつて酸化反応を起こし、その時発熱し
て加熱効果を現わす。酸化反応が進行中は、容器
１の内部は、酸素の消費によつて減圧状態になる
ため、空気７はミニーバルブ３を通つて連続的に
導入されうる状態にある。しかし、バルブ３の調
節により、容器１内の空間部６は反応が一気に進
んでしまわず、長時間持続するように使用前は勿
論のこと、使用中においても常に酸化性雰囲気が
欠乏した状態を保つことができる。即ち、このよ
うに酸素に対して活性な材料を用いることと、バ
ルブ３の開閉程度を調整することにより、容器内
の雰囲気の調節が可能になり、これを利用して温
度の上昇速度、つまり平衡到達時間、さらには発
熱時の発熱温度と利用出来る時間などを制御でき
るのである。

第３図に、本発明の加熱装置の経過時間に対す
る表面温度上昇特性を、従来の鉄粉を用いた装置
と比較して示す。本加熱装置の特性を実線で、従
来型のものを破線で示た。なお使用発熱材重量は
共に50ｇ、容器は共にアルミニウム製の寸法15cm
×10cm×0.5cmのものを使用し、室温は20℃であ
る。

第３図に示すように、本発明の装置は、従来品
と比較して温度上昇速度が速く、最適時間を長時
間保持する事が出来た。図より、本発明のものは
数分以内に所定の温度（50〜60℃）に達するが、
従来の鉄粉末では約30〜60分を要しており、本発
明のものは温度の立上りが非常に早い事を示して
いる。また本発明のものは、持続時間も10時間程
度であつたが、同じ重量において従来材料は約７
時間程度が限界であつた。即ち、持続時間が1.5
倍になつている。

なお、本発明に使用できる金属粉末の収納容器
の材質は、数気圧の圧力と約70℃の温度に耐えう
るもので、しかも水素と反応しない、熱伝導性の
良い、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼など
が最適である。特に水素処理中に容器が水素脆性
により破壊されるような材質では不適当であるの
で、耐熱、耐圧性で、しかも水素脆性に対して強
い材質が望ましい。発熱材として用いる金属単体
または合金は、水素活性化が可能である材料なら
使用できるが、特に次に示す合金が適している。
即ち、Ti−Mn合金、Ti−Fe合金、Ti−Cr合金
などのTi系合金や、Zr−Mn合金、Zr−Cr合金な
どのZr系合金、La−Ni合金、Ce−Co合金、Mm
−Ni合金（Mm：稀土類金属の混合物）などの稀
土類系合金や、Ca−Ni合金などのCa系合金など
であり、使用温度、容器の材質や規模、使用目的
などによつて最適のものを選択することができ
る。

以上、一例として空気中の酸素供給量をミニー
バルブで調節するような実施例について述べた
が、一定量の酸素を供給する手段としては、上記
ミニーバルブ以外に、金属、樹脂、セラミツクな
どの多孔体、フイルターなど外気と容器の通じる
ところに配しても同様な効果がある。この場合、
多孔体の空孔率を調節する事により、その効果を
発揮する。

更に、上記多孔体、フイルターなどを酸素供給
経路に介在させて外気と接するようにし、外気と
多孔体との間に設けた密閉材を使用時に容易に破
る構造としてもよい。

また、酸素供給手段としては、その他色々な方
法がある。例えば、少なくとも酸素を封入した容
器を金属水素化物の収納容器内に脱水素化した発
熱材と共に密封し、かつ上記発熱材収納容器外か
ら前記酸素封入容器を破壊するようにしてもよ
い。この場合に脱水素化した発熱材収納容器の材
質としては、可撓性のあるものを選べば、より容
易に破壊できる。

以上の様に、本発明の加熱用発熱材は非常に活
性で酸化速度が早く、雰囲気の制御で温度調節が
できる。さらに、これを用いた加熱装置は温度上
昇速度、持続時間などの諸特性が極めて優れてい
るので、必要な時に、すぐに使用可能で、しかも
長時間使用できる点に大きな効果があり、またバ
ルブ操作などの空気の取入れ調整で容易に発熱さ
せる事が出来るので、取扱いが簡単な加熱装置で
あり、しかも低廉な金属単体または合金を発熱材
として用いる事ができ、その粉末化も極めて容易
であることから工業的価値は大きいものである。
また、需要が増えて大量の酸化物が回収できる場
合には、工業的に還元することにより再利用も可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の前処理過程を説明
するための装置断面の概略図、第２図は本発明の
一実施例の使用時における動作過程を説明するた
めの装置断面のの概略図、第３図は本発明の特性
を説明するための経過時間に対する表面温度特性
図である。 １……容器、２……発熱材である金属単体また
は合金、３……ミニーバルブ、４……水素ガス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属材料と酸素との反応熱を利用する加熱装
   置であつて、酸素供給手段を有する容器と、この
   容器に内蔵させた水素化物を形成する金属材料と
   からなり、前記金属材料はその水素化物を脱水素
   化したものであることを特徴とする加熱装置。 ２ 前記酸素供給手段が容器内外を通じる通路を
   開閉しかつその開閉度合を調節する開閉手段であ
   り、容器が水素化しない材料よりなる特許請求の
   範囲第１項記載の加熱装置。 ３ 前記酸素供給手段が、前記容器内に挿入され
   た破壊可能な酸素密封容器と、この酸素密封容器
   を破壊する手段とからなる特許請求の範囲第１項
   記載の加熱装置。 ４ 前記酸素供給手段が、容器内外を通じる通路
   に配した多孔体と、この多孔体を密封した破壊可
   能な密封材とからなる特許請求の範囲第１項記載
   の加熱装置。 ５ 水素化物を形成する金属材料が、Ti系合
   金、Zr系合金、Ca系合金および稀土類系合金よ
   りなる群から選択したものである特許請求の範囲
   第１〜４項のいずれかに記載の加熱装置。