KR0178091B1 - 다기능성의 유연한 전기화학 히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 부식성 합금분말과 분말 중합물질을 소결하여 만든 히터패드(16,17)를 홍차봉투지(19), 보호막, 절연막 및 겉커버로 밀봉하여서 된 다기능성의 유연한 전기화학히터(10)로서, 전해액과 반응하여 발열반응을 일으키게 되며, 휴대가 간편하여 야전이나 등산, 여행시에 별도의 가열원 없이도 음식물을 덥힐 수 있으며, 의료압착 또는 신체보온의 용도에 독성이 없고 간편하고 안전하게 사용할 수 있는 특성이 있다.

Description

다기능성의 유연한 전기화학히터

본 발명은 전기화학히터(electrochemical heater)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 야전 군용 급식물의 가열, 여행용 식료품의 가열 등을 위하여 간편하고 안전하며 무독성인 다기능성을 갖는 유연한 전기화학히터에 관한 것이다.

일반적으로 야전에서 훈련시 또는 여행시 휴대하고 있는 급식물을 시간이 경과함에 따라 섭취하기에 부적당할 정도로 차갑게 된다. 따라서, 종래에는 이러한 경우 대부분 버너를 사용하여 섭취하기에 적당한 온도로 가열하여야만 하므로 항상 버너를 휴대하여야 하는 불편이 있었음은 몰론 버너 사용에 따른 화재의 위험이 수반되는 등 불편한 점이 이만저만이 아니었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 여러 가지 불편을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 제작이 용이하여 사용이 간편한 다기능성을 갖는 유연한 전기화학히터를 제공하는데 있으며, 본 발명의 다른 목적은 휴대가 용이하고 사용상 안전성이 있으며 무독성인 다기능성을 갖는 유연한 전기화학히터를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에서 발생한 열을 피가열체에 전달하여 주기 위한 용기, 상기 용기내에 있는 적어도 하나의 자체 발열체, 고부식성 금속합금 분말과 중합 분말체의 소결 화하물을 포함하는 유연성 히터패드, 공기가 스며들지 않게 상기 용기를 밀봉하는 수단 및 전해액의 전기화학반응에 의해 발열반응하는 유연성 발열체로 구성됨을 특징으로 하는 다기능성을 갖는 유연한 전기화학히터가 제공된다.

본 발명의 구체적인 구성 및 작용은 이하에 첨부도면을 참조로 실시예를 들어 설명하지만 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에만 제한되지 않는다.

제1도는 본 발명에 따른 고부식성 금속합금분말이 산포되어서 소결된 다공재질의 평면도.

제2도는 제1도의 D-D선에 대한 단면도.

제3도는 다기능 전기화학히터의 겉표지와 그의 밀봉상태 평면도.

제4도는 제3도의 상태 위를 플라스틱 커버로 덜 쌓은 내부 밀봉상태의 평면도.

제5도는 제4도의 표면을 덮은 플라스틱에 부착한 히터패드의 평면도.

제6도는 플라스틱 커버에 부착한 다공의 종이와 동봉된 히터패드의 평면도.

제7도는 제6도의 E-E선 단면도.

제8도는 제6도의 밀봉상태후의 단면도.

제9도는 전해액 주머니가 부착된 히터패드의 측면도.

제10도는 가열될 음식봉투가 들어가 있는 상태의 히터봉투의 단면도.

제11도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 단면도.

제12도는 제11도의 다기능 전기화학히터를 음식물과 함께 포장한 상태도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 다기능 전기하학히터 11 : 겉커버

12 : (플라스틱)절연막(1/6인치 두께정도) 14 : 보호막

14a : 종이막 14b : 알루미늄막

14c : 내부 플라스틱 커버지 A : 고부식성 합금분말

B : 중합물질 19 : 홍차 봉투지

16,16',17 : 히터패드 19 : (접는)중앙선

21,22,23,24 : 가장자리

본 발명에 따른 다기능 전기화학히터(10)는 제8도에서 보듯이 전체가 얇은 봉투형태를 취하며, 크라프트지나 폴리에틸렌 라미네이트지 등으로 된 겉커버(11), 상기 겉커버(11)에 내착된 절연막(12), 상기 절연막(12)에 내착된 종이막(14a)과 알루미늄막(14b)과 내부 플라스틱 커버지(14c)로 형성된 보호막(14) 및 상기 보호막(14)에 홍차봉투지(19)로 감싼 히터패드(16,17)로 구성되고 상기 겉커버(11)와 보호막(14)의 가장 자리가 접착된 구성으로 되어있다.

제1도는 본 발명에 따른 고부식성 금속합금분말이 산포되어서 소결된 다공재질의 평면도로서, 본 발명의 히터패드(16)의 상태를 보여준다.

본 발명의 히터패드(16)은 제1도 내지 제2도에서 보듯이 고부식성 합금분말(A)과 폴리에틸렌과 같은 중합물질(B)의 분말이 혼합되어 소결 형성된 것이다.

상기 고부식성 합금분말(A)은 고에너지 분말야금 밀링기술에 의하여 생성된 마그네슘과 철합금의 분말로 구성되어져 있다.

이러한 고부식성 합금분말을 극미량을 중합물 분말체와 혼합되어 소결 성형되는데, 폴리에틸렌(B)이 고부식성 합금(A)의 배합비율을 변경시켜도 사용할 수 있으며 다른 화합물이나 다른 성분을 추가하여도 된다.

이러한 고부식성 합금분말과 UHMW(Ultra High Molecular Weight)폴리에틸렌 분말의 혼합물을 무압력 상태에서 일정한 모양의 금형에 부어 넣은 다음 오븐에 넣오 180℃에서 20분 정도 가열하면 다공성의 유연한 물질로 되는데 본 발명의 얇은 다공성 히터패드(16)는 이와 같이 하여 제조된다. 이때 열이 UHWM폴리에틸렌 분말을 가열시켜 마그네슘과 철의 합금에 접착토록 한다. 혼합분말을 압력조건과 가열조건에 따라 다양한 밀도의 재질을 가능하게 한다. 이와 같이 하여 히터패드는 블록, 판재, 봉상 등 여러 가지 형상으로 경제적으로 제조될 수 있다. 이러한 히터패드(16)은 염화나트륨(NaCl)과 같은 적절한 전해질과 함께 수분(H₂O)이 공급되면 다공에 수분이 흡수되어 유연해짐과 동시에 급격하고 효과적으로 발열한다

히터패드(16)로부터의 열의 발생량은 폴리에틸렌에 가해진 고부식 합금의 내용과 양의 변화에 의존된다.

본 발명의 히터패드(16)를 실제 사용을 위해 포장하는 것을 제3도에서 제6도에 이르는 순서에 의해 바람직하게 실시될 수 있다.

제3도에서 보는 바와 같이 크래프트지나 폴리에틸렌 라미네이트지 등의 겉커버(11)위에 열전달을 극소화할 수 있는 플라스틱 절연막(12)을 붙인다. 그 위에 제4도와 같이 보호막(14)을 붙이게 되는데 이는 보관하는 동안에 습기가 침투하는 것을 방지하고 합성 반응시 전해액을 보존하기 위하여 제8도에서 보듯이 밑에서부터 종이막(14a)와 알루미늄막(14b), 그리고 내부플라스틱 커버지(14c)로 구성되어 있다.

이와 같이 보호막(14)이 절연물(12)위에 부착되면 그 위에 제5도에서 보는 바와 같이 2개의 히터패드(16,17)를 나란히 부착시키게 되며, 그 위에는 2개의 히터패드(16,17)를 홍차봉투지(19)로 덜 붙이며(제6도), 이때의 E-E선에 따른 단면도가 제7도이며, 겉커버(11), 절연막(12), 보호막(14), 히터패드(17) 및 홍차봉투지(19)로 형성된 구조를 부여준다.

이와 같은 상태에서 두 히터패드(16,17) 사이의 중앙선(20)을 기준으로 반으로 접어서 가장자리(21,22,23,24)를 따라서 열을 가하거나 적절한 접착물에 의하여 접착을 한다. 이중 한쪽 가장자리(22)는 사용할 때 쉽게 찢어지도록 금을 낸다.

이렇게 완성된 본 발명은 제9도와 같은 봉투형태의 모습이 되며 제8도는 제9도의 종단면도로서 본 발명의 내부구조를 잘 보여준다. 본 발명은 필요하면 제9도와 같이 다기능 전기화학히터(10)의 가장자리(22)에 소금물이 담겨있는 전해액 봉투(24)를 부착시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 조리물의 가열작용 및 효과는 다음과 같다.

먼저 전해액 봉투(24)를 다기능 전기화학히터(10)의 가장자리(22)에서 분리한다. 다음으로 다기능 전기화학히터의 윗부분을 금이 나있는 부분을 따라서 찢는다. 다기능 전기화학히터(10)를 열어 야외용 음식물 봉투를 그 속에 넣는다.

그리고 나서 전해액봉투(24)를 찢어 내용물을 다기능 전기화학히터(10)안으로부어 넣은 후 열을 보조키 위해 다기능 전기화학히터(10)의 윗부분을 접는다.

전해액을 부어넣은 직후부터 가열반응은 시작되고

Mg+H₂→Mg(OH)₂=Heat

의 반응식에 따른 마그네슘의 부식에 의해 가열반응이 이루어진다.

고부식 합금으로부터 약 1,600Whr/Lb의 열이 발생된다.

물론 다기능 전기화학히터(10)의 내부에 가열된 포장음식물(26)과 마른소금(25)을 넣고 밀봉하여 사용할 때에는 물만 부어 넣음으로써 고부식 합금재료를 반응시킬 수도 있다. 이 방법은 전해액 봉투(24)가 필요없고 히터의 무게를 줄일 수 있다.

이와 같은 다기능 전기화학히터는 4g의 마그네슘과 철성분으로 151g의 음식물을 21℃에서 대략 55℃까지 올릴 수 있도록 하여 10분 후 76℃까지 상승시킬 수 있다. 또한 고부식 합금성분을 더함에 따라 더 높은 온도로 올릴 수 있다. 약간의 열은 수증기와 수소가스 형태로 새어나간다. 수소가스(H₂)는 즉시 분산되어 소실되므로 사용할 때 위험성은 없다.

그러나 만약 수소가스의 발생의 문제가 되는 경우에는 발생되는 수소가스를 공기중의 산소와의 촉매작용을 통하여 제거하거나 획기적으로 감소시킬 수 있다.

수소가스는 다음의 촉매반응에 의하여 제거될 수 있다.

이와 같이 촉매제를 사용하면 발생되는 수소를 없애고 추가열을 제공하게 된다.

위의 촉매제는 본 발명에 따른 히터패드(16)에 첨가시켜 만들 수 있다. AgO₂-MnO₂와 Pb-C-MnO₂의 두가지 합성물은 발생되는 수소가스를 제거하고 음식물 봉투를 가열하기 위한 저가의 촉매재료로 유용하다.

상기 촉매재료를 상술한 제1도의 히터패드(16)를 만들 때 고부식성 합금분말과 중합물 분말과 함께 혼합하여 소결성형하면 촉매재료가 첨가된 히터패드를 만들 수 있으며, 이를 사용하면 수소의 발생을 제거하면서 열의 발생을 더욱 증대시켜 더효과를 볼 수 있다.

제11도는 본 발명의 또다른 실시예로서, 본 다용도 전기화학히터(10')는 단순히 히터패드(16')를 홍차봉투(30)에 내장한 것이다. 제12도에서와 같은 가열시킬 방수포장된 음식물(31)과 전해액 용기(34) 및 적절한 받침접시(32)와 함께 밀봉 포장하여 사용할 수 있다.

사용시에는 밀봉포장(33)을 뜯고 히터패드(16')가 든 홍차봉투(30)를 받침접시(32)에 놓고 전해액 용기(34)의 전해액을 부은 후 포장된 음식물(31)을 얹어 놓으면 음식물이 가열되게 되며, 이러한 본 발명은 각종의 음식물과 일체로 포장하면 매우 유용하고도 다양한 제품을 만들 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다기능 전기화학히터는 휴대가 매우 간편하여 야전이나 야외에서 별도의 가열원 없이 손쉽게 더운 음식을 자체에서 제공할 수 있다.

아울러 본 발명은 해양장치(바닷물 샘플링, 시각측정장비, 배의 플러그, 온도/염분/산소/깊이기록 등), 열장치(다이버를 위한 휴대용 열원, 응급가열, 손/발 보온기, 가열기기, 해양/항공/군사/탐험/사냥/우주선 등의 응급장치, 가열패드/붕대 등의 의료장비), 에너지원(연료전지(H₂), 우주선, 원격장치, 수소연료, 자동차, 가스운용 자동차, 야전음식등), 부력장비(해난구조작업, 기후풍선) 등에서 그 사용이 가능할 것이므로 열에너지 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 겉커버(11)와; 상기 겉커버에 내착된 절연막(12)과; 상기 절연막(12)에 내착된 종이막(14a)과 알루미늄막(14b)과 내부플라스틱 커버지(14c)로 형성된 보호막(14)과; 상기 보호막(14) 내부에 홍차봉투지(19)로 감싼 히터패드(15,17)로 구성되고 상기 겉커버(11)와 보호막의 가장자리(21,22,23,24)를 접착하여서 됨을 특징으로 하는 다기능성이 유연한 전기화학히터.
2. 제1항에 있어서, 상기 히터패드(16,17)는 마그네슘과 철합금의 고부식성 합금분말(A)과 폴리에틸렌과 같은 중합물 분말(B)을 혼합하여 무압력으로 소결성형한 것을 특징으로 하는 다기능성이 유연한 전기화학히터.
3. 제1항에 있어서, 상기 히터패드(16,17)는 고부식성 합금분말(A)과 폴리에틸렌과 같은 중합물 분말(B)외에 수소가스 제거용 촉매제를 첨가하여 무압력으로 소결성형한 것을 특징으로 하는 다기능성이 유연한 전기화학히터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기화학히터(10)는 히터패드(16')를 홍차봉투(30)에 직접 내장한 것을 특징으로 하는 다기능성이 유연한 전기화학히터.