KR101043260B1 - 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물에 관한 것으로서, 특히 산화칼슘과, 탄산칼슘과, 수산화나트륨과, 탄산나트륨 및 알루미늄을 혼합하여 발열체를 제조함으로써 발열체 내부 온도를 160℃ 이상으로 유지하고, 수화반응시 온도와 반응 시간을 상대적으로 높이고, 질산 및 질산이온 농도가 상대적으로 낮출 수 있다.

Description

휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물{PORTABLE HEATING COMPOSITION FOR DUAL AIRTIGHT CONTAINER}

본 발명은 발열체 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 산화칼슘과, 탄산칼슘과, 수산화나트륨과, 탄산나트륨 및 알루미늄을 혼합하여 발열체를 제조함으로써 발열체 내부 온도를 160℃ 이상으로 유지하고, 수화반응시 온도와 반응 시간을 상대적으로 높이고, 질산 및 질산이온 농도가 상대적으로 낮추도록 하는 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물에 관한 것이다.

식생활 문화의 발달과 급격한 산업화로 각종 레토르트 포장식품 및 휴대용 인스턴트식품이 다양하게 개발되고 또한 사용되고 있으며, 최근에는 여러 가지 야외 활동이 활발히 성행하면서 이들의 사용이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 이러한 각종 레토르트 포장식품 및 휴대용 인스턴트식품은 냉장 보관되거나 간단한 처리만으로 먹을 수 있도록 가공되어, 별도의 취사도구를 필요로 하거나 고온의 물을 필요로 하는 문제가 있다.

특히, 군사적인 목적상의 훈련이나 실제 상황에 있어서 화기를 이용한 취사행위가 거의 불가능하므로 각종 레토르트 포장식품 및 휴대용 인스턴트식품을 사용하고 있지만 상기와 같은 문제점으로 인하여 적당한 식사를 할 수 없어 전력에 큰 차질을 빚는 경우도 있다.

종래 발열체들은 몇 가지 금속산화물이나 금속염으로 구성되어 있다. 구체적으로, 생석회(CaO), 수산화칼륨(KOH), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘(MgCl2) 등의 화합물을 직접 사용하거나 적절하게 혼합한 혼합물로, 상기 물질을 물이나 수용액과 접촉시킬 때 발생하는 발생열을 이용하는 방법이다.

국내 특허공보 공고번호 제92-210호는 생석회에 약 10 ~ 12%의 염화칼슘을 혼합한 발열체에 20 ~ 30%의 염화마그네슘 용액을 접촉시켜 발생한 순간 발열을 이용하였지만 음식물을 데울 만큼 충분한 발열량을 얻을 수 없다는 단점이 있다.

또한, 국내 특허공보 공개번호 특2000-58524호는 생석회에 2 ~ 35 중량부의 인산용액 (H3PO4)을 접촉시켜 300㎖의 물을 73 ~ 100℃까지 발열시켰으나 오산화인 (P2O4)의 조행성에 의한 맹렬한 수화반응으로 본체인 생석회와 자체 발열반응을 초래하여 유통과정에서 폭발적인 발열반응을 일으킬 위험성을 내포하고 있으며, 게다가 폐기시 인산용액이 생태계에 부영양화를 초래하는 환경 비친화적인 방법이다.

또한, 일본 공개특허공보 소62-9151호에는 생석회에 무기염의 수용액을 접촉시켜 180 ㎖의 음료수를 50℃ 이상으로 가열하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 혹한기에 수용액의 결빙을 피할 수 있다는 장점을 지녔지만 역시 음식을 가열하기에는 충분하지 못한 온도이다.

한편, 미국 특허번호 제4,7530,85호는 중화반응의 열을 이용한 방법으로 생석회의 수화반응보다는 양호한 열량을 얻을 수 있지만 수산화나트륨(NaOH)과 염산 (HCl)을 이용하기 때문에 취급하는데 매우 위험하다.

또한, 미국 특허번호 제4,809,673호는 생석회의 수화반응에 의한 발열반응을 이용한 가열방법으로 약 278 ㎉/g의 열량을 얻을 수 있으나 여전히 식품을 가열하기에는 부족하다.

다른 방법으로는 미국 특허번호 제5,205,277호에 3가지 가열 패키지로 구성되어 하단부에 열을 발생시키기 위해 생석회를 안치하고, 중간층에는 초산(CH3COOH)과 물, 염화나트륨(NaCl) 용액을 설치하며, 농도가 다른 염화나트륨 용액을 설치하여 용액포의 파열에 따른 생석회의 수화반응열을 유발시킨 후 상단부의 용액에 의한 2차 반응열을 일으키는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 비교적 높은 온도를 얻을 수 있어서 혹한기나 추운 지방에서는 유용한 방법이나 경제적인 단가가 높아 실용성이 의심된다.

또한, 미국 특허번호 제4,522,190호에는 음식물이나 식료품을 가열하기 위한 가열 패키지로 다공성 고분자인 폴리에틸렌을 이용한 초 부식성 금속합금 분말로 구성된 발열체가 개시되어 있다. 초 부식성 마그네슘-철 합금을 바닷물과 같은 전해질 용액과 접촉시켜 비교적 높은 온도를 얻을 수 있지만 가연성이 높고 폭발 위험성이 있는 수소 가스(H2)가 다량 발생하는 단점과 마그네슘-철 합금이 전해질 용액과 매우 느리게 반응하는 취약점이 있다.

국내 특허출원 제99-46130호는 상기 미국 특허번호 제4,522,190호 및 미국 특허번호 제5,117,809호와 동일한 마그네슘-철 초 부식성 합금을 다른 형태의 가열 패키지로 변화시켰다는 점만 다를 뿐 수소 가스의 발생에 따른 근본적인 폭발 및 화재 위험성과 느린 반응성을 개선하지는 못했다.

또한, 국내 등록특허 제442560호는 생석회에 3 ~ 15 중량%의 수산화나트륨 무수물, 3 ~ 15 중량%의 알칼리금속산화물, 3 ~ 15 중량%의 알루미늄 금속, 3 ~ 15 중량%의 산성염을 혼합하여 물이나 전해질 용액과 접촉시켜 350㎖의 물을 85 ~ 100℃까지 발열시켰으나, 공기 중의 수분을 80% 이상 흡수하는 생석회를 이용함에 따라 장기간보관 시 쉽게 산화하여 수화반응에 따른 가열온도가 현저하게 떨어지고 반응 시작시간이 늦어지는 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 장기간 보관하여도 제품의 변화가 없고 수화반응 시 높은 온도를 유지할 수 있는 발열체 조성물을 개발하기 위하여 예의 노력한 결과, 생석회 대신 수분 흡수율이 거의 없거나 현저하게 떨어지는 탄산칼슘(CaCO3), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 중탄산나트륨(NaHCO3) 등을 이용하여 수화반응시 높은 온도를 유지하는 발열체 조성물이 본 출원인에 의해 국내특허등록 10-0804257호(발열체 조성물)로 출원되었다.

그러나, 이러한 종래의 발열체 조성물은 수화반응시 온도와 반응 시간이 상대적으로 떨어지고, 질산 및 질산이온 농도가 상대적으로 높은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산화칼슘과, 탄산칼슘과, 수산화나트륨과, 탄산나트륨 및 알루미늄을 혼합하여 발열체를 제조함으로써 발열체 내부 온도를 160℃ 이상으로 유지하고, 수화반응시 온도와 반응 시간을 상대적으로 높이고, 질산 및 질산이온 농도가 상대적으로 낮추도록 하는 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

99.7% 이상의 순도와, 0.4~0.6㎜의 입도를 갖는 알루미늄(Al) 47 중량%, 92% 이상의 순도와, 0.4~0.6㎜의 입도를 갖는 산화칼슘(CaO) 30 중량%, 96% 이상의 순도와, 0.3~0.4㎜의 입도를 갖는 탄산칼슘(CaCO3) 11 중량%, 99% 이상의 순도와, 10~12㎜의 입도를 갖는 탄산나트륨(Na2CO3) 10 중량%, 96% 이상의 순도와, 10~12㎜의 입도를 갖는 수산화나트륨(NaOH) 2 중량%로 이루어지는 발열체 조성물 100 중량부에 대해 250 ~ 300 중량부의 물을 부가하여 수화반응 및 중화반응에 의한 반응열이 발생하도록 하는 것을 특징으로 한다.

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상기와 같이 구성되는 본 발명인 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물에 따르면, 산화칼슘과, 탄산칼슘과, 수산화나트륨과, 탄산나트륨 및 알루미늄을 혼합하여 발열체를 제조함으로써 발열체 내부 온도를 160℃ 이상으로 유지하고, 수화반응시 온도와 반응 시간을 상대적으로 높이고, 질산 및 질산이온 농도가 상대적으로 낮출 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 따른 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물은, 알루미늄(Al) 37~57 중량%, 산화칼슘(CaO) 25~35 중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 9~13 중량%, 탄산나트륨(Na2CO3) 8~12 중량%, 수산화나트륨(NaOH) 1~3 중량%로 이루어진다.

한편, 산화칼슘(CaO)을 물과 반응시키기 위해서는 알루미늄(Al)을 필요로 하는데, 산화칼슘과 알루미늄을 물과 함께 반응시키면 2~3분 후 고온의 가스와 함께 높을 열량을 내면서 반응한다. 즉, 산화칼슘은 알루미늄과 함께 수화 반응하여 반응 초기 열량을 보존하며, 다른 성분의 지속적인 반응 연결을 가능케 한다.

이때, 알루미늄(Al)이 37 중량% 미만으로 첨가되면 열량이 부족하여 다른 염기 성분의 반응이 원활하지 않으며, 온도가 저하되고, 57 중량%을 초과하여 첨가되면 고온을 발생시키지만 반응 시간이 너무 짧고, 다른 염기 성분의 첨가량이 줄어 온도 유지 시간이 짧아지는 문제가 있다.

또한, 산화칼슘(CaO)이 25 중량% 미만으로 첨가되면 알루미늄과의 1차 반응 시 반응 유지 시간이 짧고 충분히 열량을 발생하지 못하며, 탄산칼슘(CaCO3)이 탄산 이온과의 반응에도 지장을 준다. 반면, 산화칼슘(CaO)이 35 중량%을 초과하여 첨가되면 알루미늄과 반응 시 충분히 녹지 못하여 첨가되는 양에 비해 충분한 열량을 내지 못하며, 상대적으로 탄산칼슘의 양이 감소하여 온도가 저하되는 문제가 발생한다.

탄산칼슘(CaCO3)은 물에는 거의 녹지 않지만 이산화탄소가 녹아 있는 물에는 잘 녹는다. 상기 탄산칼슘은 서서히 반응하므로 생석회를 사용한 화합물과 비교하여 중화 반응 후 급격한 온도 하락을 방지하며, 발열체 조성물의 고온 유지 시간을 2 내지 3배 정도 길게 하는 데, 탄산칼슘이 9 중량% 미만으로 첨가되면 반응 시간과 온도 유지시간이 짧아지고, 13 중량%를 초과하여 첨가되면 충분히 녹지 못하여 오히려 발열체 조성물의 온도가 저하된다.

탄산나트륨(Na2CO3)은 역시 물에 잘 녹고, 발열체 조성물의 온도가 65℃ 이상으로 가열되면 중탄산나트륨(NaHCO3)을 생성하고, 중탄산나트륨(NaHCO3)은 탄산나트륨 무수물(Na2CO3)로 변하여 이산화탄소와 물을 배출한다. 이때 발생되는 이산화탄소가 물에 녹아 탄산칼슘(CaCO3)과 반응하여 물에 녹는 탄산수소칼슘(Ca(HCO3)2)을 생성하며 발열체 조성물의 반응을 돕는다.

이때, 탄산나트륨(Na2CO3)이 8 중량% 미만으로 첨가되는 경우 탄산 이온의 발생량이 부족하여 탄산칼슘(CaCO3)의 반응이 원활치 못하여 온도 저하의 요인이 되고, 12 중량%를 초과하여 첨가되면 불필요한 물과 이산화탄소의 발생이 많아지고, 온도 유지 시간이 짧아지는 문제가 발생한다.

수산화나트륨(NaOH)은 물에 잘 녹으며, 다량의 열을 발생하고, 쉽게 융해되어 금속성분인 알루미늄의 반응을 돕는 역할을 한다.

이때, 수산화나트륨이 1 중량% 미만으로 첨가되면 발열체 조성물의 반응 시작 시간이 1~3분 정도 지연되며, 초기 온도가 높지 아니하여 각 성분의 중화 반응 시 지장을 초래할 수 있고, 3 중량% 초과하여 첨가되면 공기 중의 수분과 이산화탄소를 필요 이상으로 흡수하여 미리 반응하며, 수화반응 시 고압, 고온으로 급격하게 반응하게 되어 발열체 조성물의 사용에 지장을 초래한다.

이때, 알루미늄(Al)은 99.7% 이상의 순도와, 0.4~0.6㎜의 입도를 가지며, 산화칼슘(CaO)은 92% 이상의 함량과, 0.4~0.6㎜의 입도를 갖는다.

또한, 탄산칼슘(CaCO3)은 96% 이상의 순도와, 0.3~0.4㎜의 입도를 가지며, 탄산나트륨(Na2CO3)은 99% 이상의 함량과, 10~12㎜의 입도를 갖는다.

또, 수산화나트륨(NaOH)은 96% 이상의 순도와, 10~12㎜의 입도를 갖는다.

그리고, 발열체 조성물 100 중량부에 대해 250 ~ 300 중량부의 물을 부가하여 수화반응 및 중화반응에 의한 반응열이 발생하도록 하는 데, 물은 상기 혼합 조성물들과 반응하여 열을 발생하는 것으로, 수화반응의 주요 성분이고, 물의 양을 250 중량부 미만로 하면 수화반응이 제대로 발현되지 아니하며, 300 중량부를 초과하면 과다하여 반응이 제대로 일어나지 아니하게 된다.

《실험예》

이를 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물은 160그램(g)을 기준으로 알루미늄(Al) 47 중량%, 산화칼슘(CaO) 30 중량%, 탄산칼슘(CaCO3) 11 중량%, 탄산나트륨(Na2CO3) 10 중량%, 수산화나트륨(NaOH) 2 중량%로 제조하였다.

그리고, 발열체 조성물을 이중 용기에 넣고, 여기에 물 400㎖를 투입한 후 이중 용기를 밀폐한 후 측정해 본 결과 발열체 내부 온도가 160℃ 이상 유지되고, 밀폐된 이중 용기 내에서 100℃ 이상으로 12~15분동안 발열하게 되며, 총 반응시간은 23~27분을 유지하였다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (7)

1. 99.7% 이상의 순도와, 0.4~0.6㎜의 입도를 갖는 알루미늄(Al) 47 중량%, 92% 이상의 순도와, 0.4~0.6㎜의 입도를 갖는 산화칼슘(CaO) 30 중량%, 96% 이상의 순도와, 0.3~0.4㎜의 입도를 갖는 탄산칼슘(CaCO3) 11 중량%, 99% 이상의 순도와, 10~12㎜의 입도를 갖는 탄산나트륨(Na2CO3) 10 중량%, 96% 이상의 순도와, 10~12㎜의 입도를 갖는 수산화나트륨(NaOH) 2 중량%로 이루어지는 발열체 조성물 100 중량부에 대해 250 ~ 300 중량부의 물을 부가하여 수화반응 및 중화반응에 의한 반응열이 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 휴대가 가능한 이중 밀폐용기용 발열체 조성물.
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