JPH0527672B2

JPH0527672B2 -

Info

Publication number: JPH0527672B2
Application number: JP25529884A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsuda
Original assignee: Iwax Inc
Current assignee: Iwax Inc
Priority date: 1984-12-03
Filing date: 1984-12-03
Publication date: 1993-04-21
Also published as: JPS61133284A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は水を添加することによつて、連鎖発熱
反応を生ずる化学発熱体に関するもので、その１
応用例として簡易湯沸器について詳述するが、無
論湯沸器の内容物は水に限定されものではない。例えば周知の即席めん類やコーヒーあるいはカ
レー、スープ等の調理済食品等が挙げられよう。従来から、化学発熱体を用いて食品を加熱する
方法に関しては、実開昭56−99349、特開昭55−
28436等に具体的な提案が見うけられ、又化学カ
イロを食品の加熱に応用するものとして特開昭56
−165856、同57−3637等の提案がある。一方、金属粉末を基本構成物質の１つとする水
と反応する化学発熱体に関しては、特開昭49−
78943、同50−40477、同52−113383、同55−
99544、同55−135188等の提案があり、又熱エネ
ルギー源としての立場からは、特開昭57−
123801、米国特許3348919、同3540854等の提案が
見うけられる。本発明者は20Kcal−これは300mlの水の温度を
約60゜上昇させ得るに十分な熱量である−の熱量
を被加熱物に与え得る化学発熱体を鋭意研究中、
逐に本発明を完成するに至つた。以下、本発明の説明を行なうが、無論説明に誤
まりがあつても、何ら本発明の効果を減ずるもの
ではない。本発明は３種類以上の物質の組合せに基づく２
種類以上の化学発熱反応から成り、それが次々と
連鎖発熱反応を生じる結果、単位時間の熱エネル
ギー発生量が極めて大きい事を特徴としている。この化学発熱体を構成する物質群は、これから
述べる物質以外にも数多く存在すると考えられる
が、安全衛生、無公害という立場から、毒、劇物
に相当する物質は全て検討対象外とした。本発明に係る化学発熱体を構成する物質につい
て、公知である基本的な水との発熱反応を次に述
べる。１アルカリ土類金属酸化物の反応「CaO＋H₂O→Ca（OH₂）」発熱反応を生じ、生成物はアルカリ性を示
す。２アルカリ金属塩の無水物「Na₂SO₄、Na₂S₂O₃、Na₂HPO₄、Na₂CO₃」これらの物質は、水和物を生ずる際に発熱す
る。３無水塩化第２鉄この物質は水和物を生ずる際に発熱する。本化学発熱体は構成する物質の公知である基本
的な反応は以上述べて来たとおりであり、従つて
各々の単物質の発熱反応を利用しても相応の効果
は期待出来よう。しかし、本発明者の調査研究によれば、単物質
の発熱反応において最も可能性の大きいと思われ
る酸化カルシウムの発熱反応ですら、実用化段階
において幾つかの欠点が存在したのである。酸化カルシウムの理論発熱量は下記の如く見積
られる。 CaO＋H₂O→Ca（OH₂） △HfCaO＝−635.1KJ／mol △HfH₂O＝−285.8KJ／mol △HfCa（OH）₂＝−986.1KJ／mol 従つて発熱量△Hrは次のように求められる。 △Hr＝△HfCa（OH）₂−（△HfCa＋△HfH₂O）＝−65.2KJ／mol ＝−15.6Kcal／mol 即ち20Kcal程度の発熱量を得ようとすれば、
約71ｇの酸化カルシウムが必要となる。これは化学発熱体の重量としては比較的重いと
思われる。現在、工業的に入手可能な酸化カルシウムとし
ては見掛比重約1.2の類粒生石灰があり、従つて、
71ｇの理論体積は約60cm³と見積られるが、現実に
は粗大粒子も混在し、更に大きくなつた。次に水和反応後、生石灰は消石灰となるが、こ
の際、体積膨張現象を生じた。又、温度上昇速度および最高到達温度が予測し
ていた値よりも大幅に低い値である等の幾多の障
害が実用化を妨げたのである。このように、簡易湯沸器を実用化するには、熱
エネルギーの高密度化および熱エネルギー発生速
度の高速化が必要条件であつた。本発明者はこの２条件を満足し得る化学発熱体
を鋭意調査研究中、以下の実施例に述べる如く、
逐に簡易湯沸器を完成するに致つたのである。なお、これから詳述する参考例、実施例におい
て水温測定に用いた簡易湯沸器の構造は、全て添
付図面と同じ構造の物を用いた。参考例簡易湯沸器のＡ部に化学発熱体No.１として、軽
焼ドロマイト（MgO：CaO＝３：７ワクイケ
ミカル(有)製造、以下同様）45ｇ、No.２として上層
に軽焼ドロマイト35ｇと下層に200メツシユ以下
の金属アルミニウム粉末（湊アルミニウム工業所
(株)製造、以下同様、Al粉末と略す）10ｇ、No.３
として顆粒生石灰（ワクイケミカル(有)製造、以下
同様）45ｇ、No.４として上層に顆粒生石灰35ｇ、
下層に200メツシユ以下の金属アルミニウム粉末
10ｇ、No.５として上層に顆粒生石灰25ｇ、中層に
200メツシユ以下の金属アルミニウム粉末10ｇ、
下層に顆粒生石灰10ｇの化学発熱体を配合し、次
に各々の簡易湯沸器の容器１に18℃の水を330ml、
容器３に18℃の水を70ml注いだ後、直ちに上部開
口部をアルミホイルで覆い水温の変化を測定し
た。それらの化学発熱体の配合構成を表−１に、水
温測定結果を表−１−１に示した。

【表】

【表】表−１−１の測定結果から明らかな如く、No.５
の化学発熱体の発生した熱量が最も大きかつた
が、しかし簡易湯沸器としては未だ不十分であつ
た。ただし、少なくともAl粉末を何らかの物質で
包むような配合構成が、より大きな発熱量を得る
には適していると考えられた。本発明者は第１類の物質として軽焼ドロマイト
又は顆粒生石灰、第２類の物質としてAl粉末と
いう物質構成において、参考例以上の高い発熱体
反応性を付与する第３類の物質の調査研究を進め
た結果、先ず過炭酸ナトリウム（Na₂CO₃・
1.5H₂O）と過ホウ酸ナトリウム（NaBO₂・
H₂O）（何れも三菱ガス化学(株)製造）という物質
が極めて有効であることを発見した。そして次に塩化ナトリウム（NaCl）と炭酸ナ
トリウム（Na₂CO₃）（何れも和光純薬工業(株)製
造）の有効性が確認された。実施例１簡易湯沸器のＡ部に、上層に軽焼ドロマイト25
ｇ、中層に200メツシユ以下のAl粉末10ｇを共通
成分とし、下層に化学発熱体No.６として
Na₂CO₃・1.5H₂O5ｇ、No.７としてNaBO₂・
H₂O5ｇ、No.８としてNaCl10ｇ、No.９として
Na₂CO₃10ｇを各々配合した化学発熱体を配合
し、次に各々の容器１に18℃の水を330ml、容器
３に18℃の水を70ml注いだ後、直ちに上部開口部
をアルミホイルで覆い水温の変化を測定した。これらの化学発熱体の配合構成を表−２に、水
温測定結果を表−２−１に示した。

【表】

【表】前記参考例とこの実施例１を比較すれば、第３
類の物質配合による発生熱量の増大は明白であ
る。その結果から他にも有効な物質が存在する可能
性が確かなものとなつたが、それらの物質の広範
囲な探索を開始する前に、基本的な問題である各
層の配合比率および各層の構成物質と水温変化の
相関性について調査を行なつた。実施例２上層の軽焼ドロマイトの量を15ｇ、25ｇ、35
ｇ、中層の200メツシユ以下のAl粉末の量を５
ｇ、10ｇ、15ｇ、下層のNa₂CO₃・1.5H₂Oの量を
５ｇ、10ｇ、15ｇと変えて、化学発熱体を配合
し、実施例１と同様な方法で水温の変化を測定し
た。これらの化学発熱体のNo.と配合比率の関係を表
−３に、水温測定結果を表−３−１に示した。

【表】

【表】この結果から、３種類の同一物質の配合比率を
種々変えることにより、水温上昇速度と最高到達
温度を自由に制御することが可能なことが理解し
得る。又、次のような一般的特徴が読みとれる。イ軽焼ドロマイト量と発熱反応の相関性 No.15、17、18を比較すれば、軽焼ドロマイト
量が最も少ないNo.17の初期温度上昇速度がやや
遅い程度で、最高到達温度は何れも、ほぼ同一
水準に達している。すなわち、軽焼ドロマイト量は初期温度上昇
速度を規定していると思われる。ロ 200メツシユAl粉末量と発熱反応の相関性 No.10、11、12で比較すれば、Al粉末量の多
い方が最高到達温度が高くなつているが、逆に
初期温度上昇速度は遅くなつている。ハ Na₂CO₃・1.5H₂O量と発熱反応の相関性 Al粉末量が５ｇのNo.10、15、16で比較すれ
ばNa₂CO₃・1.5H₂O量の多い方向に、初期温度
上昇速度および最高到達温度の一次相関が見ら
れるが、Al粉末量が10ｇのNo.11、13、14で比
較すれば、No.13が初期温度上昇速度、最高到達
温度において最も高い発熱反応活性を示すとい
う特異な相関性が見られる。今後の調査研究を化学発熱体No.13と同じ量的比
率で行なうことにし、次の実施例では、軽焼ドロ
マイト、Al粉末、Na₂CO₃・1.5H₂Oの３物質の
各配合層位置と発熱反応の相関性を調査した。実施例３軽焼ドロマイト25ｇ、200メツシユ以下のAl粉
末10ｇ、Na₂CO₃・1.5H₂O10ｇを各々秤量し、表
−４の配合層位置関係で化学発熱体を製造し、実
施例１と同様な方法で水温の変化を測定した。これらの化学発熱体のNo.と配合層位置の関係を
表−４に、水温測定結果を表−４−１に示した。

【表】

【表】その結果No.20の配合層位置の化学発熱体の初期
温度上昇速度がやや遅いということを除けば、最
高到達温度も含めて、何れもほぼ同じ発熱活性を
示しており、各物質の配合層位置が特に限定され
ることはない。発熱反応終了後の簡易湯沸器のＡ部を点検して
みると、各物質とも急激な発熱反応による水蒸気
ガスの噴出によつて、自然に混合された状態にな
つており、その為に配合層位置と発熱反応に相関
性がないものと思われる。実施例１で明らかになつた如く、中性塩である
NaClが発熱反応を活性化するという事実に基づ
き、先ず第１に広範囲な物質の調査研究を行な
い、次の段階で、調査範囲を絞り、反応を活性化
する全ての物質を選出する作業を行なつた。実施例４上層に顆粒生石灰25ｇ、中層に200メツシユ以
下のAl粉末10ｇまでも共通配合とし、下層の配
合物質（和光純薬工業(株)製造）10ｇの種類につい
ては下記表−５記載の配合の各化学発熱体を製造
し、実施例１と同様な方法で水温の変化を測定
し、その結果を表−５−１に示した。但し、表−５記載の物質の中LiClは日本化学工
業(株)製造、過硫酸塩は三菱ガス化学(株)製造の製品
を使用した。

【表】

【表】参考例の化学発熱体No.４又はNo.５と比較した場
合、第３類の物質を配合することによつて、発熱
反応特性を高活性化した物質に順位づけを行なう
と次のように整理出来る。第１位の物質群「K₂CO₃、KHCO₃、K₂SO₃」初期温度上昇速度において、５分値が70℃を越
え、かつ最高到達温度が80℃を越える、最も高活
性を付与した物質。第２位の物質群「Na₂SO₄、K₂SO₄」最高到達温度が80℃を越えた物質。第３の物質群「KCl、NaNO₃、KNO₃、KH₂PO₄、K₃PO₄」最高到達温度が70〜80℃に達した物質。第４位の物質群「K₂HPO₄、FeCl₃」最高到達温度が60〜70℃に達した物質。第５位の物質「Ｋ（CH₃COO）」最高到達温度が50〜60℃に達した物質。第６位の物質群「Li₂CO₃、LiCl、（NH₄）₂S₂O₈、Na₂S₂O₈、
MgCl₂、MgSO₄、CaCl₂、Al₂（SO₄）₃、AlK
（SO₄）₂」全く活性を付与しないか、逆に低下せしめた物
質。実施例４の結果から、第３類の物質の探索範囲
をNaとＫの化合物に絞つて、更に調査研究を進
めた。実施例５実施例４と同じ方法に従い、表−６記載配合の
化学発熱体を用いて水温測定を行ない、その結果
を表−６−１に示した。

【表】

【表】この結果を実施例４と同様に整理した。第１位の物質「これに該当する物質はない。」第２位の物質群「NaHSO₃、Na₂S₂O₅」第３位の物質群「NaHCO₃、Na₂SO₃、Na₂S₂O₃、K₂S₂O₅」第４位の物質群「これに該当する物質はない。」第５位の物質群「NaBr、NaBrO₃、Na₂SiO₃、Na₂B₄O₇、KBr、
K₂S₂O₈」第６位の物質「K₂S₂O₇、KHSO₄」ピロ硫酸カリウムが全く活性を付与しなかつた
のは、物質の形状が固形の塊であつた為と思われ
る。実施例４、５の結果に、実施例１の結果を併せ
整理すると次のようになると思われる。第１位の物質群：最も活性「Na₂CO₃、Na₂CO₃・1.5H₂O、K₂CO₃、
KHCO₃、K₂SO₃」第２位の物質群：80℃以上「Na₂SO₄、NaHSO₃、Na₂S₂O₅、NaBO₂・
H₂O、K₂SO₄」第３位の物質群：70〜80℃ 「NaSO₃、NaHCO₃、Na₂SO₃、Na₂S₂O₃、
KCl、KNO₃、K₂S₂O₅、KH₂PO₄、K₃PO₄」第４位の物質群：60〜70℃ 「NaCl、K₂HPO₄、FeCl₃」第５位の物質群：60〜60℃ 「NaBr、NaBrO₃、Na₂SiO₃、Na₂B₄O₇、KBr、
K₂S₂O₈、Ｋ（CH₃COO）」第６位の物質群：効果なし「Na₂S₂O₈、KHSO₄、K₂S₂O₇、Li₂CO₃、LiCl、
（NH₄）₂S₂O₈、MgCl₂、MgSO₄、CaCl₂、Al₂
（SO₄）₃、AlK（SO₄）₂」実施例５まではAl粉末の粒径を200メツシユ以
下の物質に固定して調査研究を行なつて来たが、
実施例６ではAl粉末の粒径と発熱反応の相関性
を調査した。実施例６上層に顆粒生石灰25ｇ、中層にAl粉末10ｇ、
下層にNa₂CO₃・1.5H₂Oの基本配合で、Al粉末
の粒径を５種類変えて、表−７記載の化学発熱体
を製造し、実施例１と同様な方法で水温の変化を
測定し、表−７−１の結果を得た。

【表】

【表】実施例６の結果から30〜100メツシユ以下の粒
径のAl粉末が、実用的にも高い発熱反応活性を
示すことが明らかとなつた。次に第１類の物質として軽焼ドロマイトと顆粒
生石灰を重点的に採り上げて調査研究を進めて来
たが、次の実施例７では酸化マグネシウムと水酸
化カルシウムについて、発熱反応活性を調査し
た。実施例７上層に化学発熱体No.66として酸化マグネシウム
（和光純薬工業(株)製造）25ｇ、No.67として顆粒消
石灰（ワクイケミカル(有)製造）25ｇの配合で、中
層の200メツシユ以下のAl粉末10ｇ、下層の
Na₂CO₃・1.5H₂O10ｇを共通配合として化学発熱
体を製造し、実施例１と同様な方法で水温の変化
を測定し、表−８−１の結果を得た。

【表】

【表】この結果と軽焼ドロマイトを用いた化学発熱体
の高活性を照合すれば、活性を付与しているの
が、カルシウム化合物であることが理解出来、従
つて軽焼ドロマイト中の酸化マグネシウム成分は
余り増加しない方が好ましい。次に第２類の物質としてアルミニウム金属粉末
以外の物質について調査研究を行なつた。その物質として金属マグネシウム粉末（純度97
％、粒径40〜50メツシユ）、金属亜鉛粉末（純度
85％、粒径300メツシユ）、金属シリコン粉末（純
度98％、粒径100メツシユ）、金属スズ粉末（純度
95％、粒径200メツシユ）（以上全て和光純薬工業
(株)製造）を、第１類の物質として軽焼ドロマイ
ト、第３類の物質としてNa₂CO₃・1.5H₂Oを各々
配合して調査した結果では全く発熱反応活性を示
さなかつた。更に純度を上げた金属亜鉛粉末（純度99.8％、
粒径200メツシユ、三井金属工業(株)製造）、金属シ
リコン粉末（純度99.9％、粒径200メツシユ、レ
アメタリツク(株)製造）、金属鉄粉末（純度99.9％、
粒径200メツシユ、昭和電工(株)製造）を、第１類
の物質として顆粒生石灰、第３類の物質として
Na₂CO₃、Na₂S₂O₈、KCl、（NH₄）₂S₂O₈を各々
用いて調査した結果においても全く発熱反応活性
を示さなかつた。以上の実施例においては、化学発熱体を製造し
て直ちにその基礎特性を調査研究して来たが、簡
易湯沸器に応用した場合、特に問題となるのは環
境雰囲気による発熱反応活性の低下が生じる可能
性である。そこで、環境試験条件として、乾球温度60℃、
湿球温度58℃の高温高湿試験機に化学発熱体を内
封した簡易湯沸器を24時間保存して、発熱反応特
性の変動を調査した。実施例８簡易湯沸器の容器１，２，３全体を市販家庭用
アルミホイル覆い、その端を粘着テープで容器３
の外側に巻きつけて留め、次に簡易湯沸器全体を
ポリエチレンの袋に入れ、その口を輪ゴムで閉じ
た。このようにして製造した簡易湯沸器を24時間、
前述の条件で高温加湿試験に付した後、20℃の水
を用いて実施例１と同様な方法で水温の変化を測
定した。これに用いた化学発熱体の配合構成を表−９
に、得られた結果を表−９−１に示した。

【表】

【表】化学発熱体No.68〜No.70の中でNo.69の初期温度上
昇速度がNo.13又は23と比較してやや低下してはい
るが、最高到達温度はほとんど変化しておらず、
何れも優れた耐環境性を示した。一方、Al粉末とナトリウムの炭酸塩類で構成
された化学発熱体No.71および72は何れも全く発熱
反応活性を示さなかつた。本発明は以上述べて来たように、軽焼ドロマイ
ト、生石灰、消石灰を第１類の物質とし、30〜
100メツシユ以下の粒径のAl粉末を第２類の物質
とし、ナトリウム又はカリウムの臭酸塩、臭素酸
塩、塩酸塩、硫酸塩類、硝酸塩、炭酸塩類、ホウ
酸塩類、リン酸塩類、ケイ酸塩、酢酸塩の無水塩
もしくは塩化第２鉄無水塩を第３類の物質とし
て、かつ各々の物質を必須成分とする３種類以上
の物質で構成される事を必要条件とし、同時に
各々の物質に毒、劇物性が悪く、無公害であり、
又湯沸器としてみても安全性が高い等を特徴とし
ている。本発明に基づくところの最も高活性である化学
発熱体は、例えば顆粒生石灰−200メツシユ以下
のAl粉末−炭酸ナトリウムで構成されるが、こ
れらの物質組成と水との極めて高い発熱反応性は
次のように理解される。先ず第一の発熱反応として、顆粒生石灰および
炭酸ナトリウムが水と水和して発熱し、化学発熱
体全体が予熱される。第二にアルカリによつてAl粉末表面の酸化層
が溶出する。第三にAl粉末による水の分解反応が生じる。
この時、第二、第三の反応は第一の反応で予熱さ
れている為に、極めて短かい時間内に生じるもの
と思われる。このように本化学発熱体は、従来の化学発熱体
の反応と異なり、配合した物質が全て発熱反応を
生じ、かつそれが連鎖的である事に特徴を持つて
いる。本発明は以上詳述して来たように、何時何如な
る場合においても、水さえあれば、直ちに熱湯を
得ることを可能ならしめるものであり、従つて地
震、火事等の緊急時、ガス爆発の可能性のある鉱
山内、船上、車上、野外等の国民の食生活におい
て、貢献絶大なるものである。参考図書１化学便覧基礎編、（丸善(株)出版）２新版無機化学上、中、下巻（千谷利三
著）

【図面の簡単な説明】

本図面は簡易湯沸器の中央縦断面図を示すもの
である。１……金属製の内側容器、２……紙製の中間容
器、３……紙製の外側容器、４，５，６……化学
発熱体、７……連続気泡のプラスチツク発泡体、
８……水浸入孔、９……水浸入孔と透水性膜。

Claims

【特許請求の範囲】１ 30％以下の酸化マグネシウムと70％以上の酸
化カルシウムの混焼体、酸化カルシウム、水酸化
カルシウムからなるアルカリ土類金属元素化合物
を第１類の物質とし、金属アルミニウム粉末を第
２類の物質とし、アルカリ金属元素化合物又は金
属元素化合物を第３類の物質とし、夫々の物質を
必須成分とする３種類以上の物資で構成されてい
ることを特徴とした化学発熱体。２金属アルミニウム粉末が粒径30〜100メツシ
ユ以下の粉末である特許請求の範囲第１項記載の
化学発熱体。３アルカリ金属元素化合物がナトリウム又はカ
リウムの臭酸塩、臭素酸塩、塩酸塩、硫酸塩類、
硝酸塩、炭酸塩類、ホウ酸塩類、リン酸塩類、ケ
イ酸塩、酢酸塩の粉末又は粒子状の無水塩であ
り、金属元素化合物が塩化第２鉄の粉末又は粒子
状無水塩である特許請求の範囲第１項記載の化学
発熱体。４硫酸塩類がピロ亜硫酸塩、チオ硫酸塩、硫酸
塩、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩であり、炭酸塩類が
炭酸塩、炭酸水素塩、過炭酸塩であり、ホウ酸塩
類がホウ酸塩、過ホウ酸塩であり、リン酸塩類が
リン酸３塩、リン酸２塩、リン酸１塩である特許
請求の範囲第３項記載の化学発熱体。