ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2282651
ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ
Имя изобретателя: Петунин Дмитрий Викторович (RU)
Имя патентообладателя: Петунин Дмитрий Викторович (RU)
Адрес для переписки: 109145, Москва, Жулебинский б-р, 5, кв.295, Д.В.Петунину
Дата начала действия патента: 2005.06.16
Изобретение относится к области
химических источников тепла, применяемых
для защиты человека от переохлаждения при
длительном выполнении работ в условиях
воздействия холода, при авариях и
катастрофах на суше и на море, а также в
медицинских грелках и устройствах для
обогрева аппаратуры, приборов.
Экзотермическая композиция включает
порошок железа, активный уголь, нейтральный
влагоудерживающий сорбент, хлорид натрия,
воду и вещество для подавления процесса
газовыделения, в качестве которого
композиция содержит порошок моногидрата
оксида железа (III) в количестве 0,1-1 вес.%.
Преимущества экзотермической композиции
заключаются в следующем: полностью
исключается процесс газовыделения при
хранении изделий, включающих композицию,
что продлевает сроки хранения изделий;
сохраняются тепловыделяющие свойства
изделий; исключается возможность взрыва
хранящихся изделий на основе
теплогенерирующих композиций с
использованием процесса окисления железа.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области
химических источников тепла, применяемых
для защиты человека от переохлаждения при
длительном выполнении работ в условиях
воздействия холода, при авариях и
катастрофах на суше и на море, а также в
медицинских грелках и устройствах для
обогрева аппаратуры, приборов.
Известен ряд грелок и компрессов [US
№4516564, 1985; US №5042455, 1991; US №5046479, 1991], в которых
применяют составы, тепловыделение которых
основано на экзотермической реакции
окисления порошкообразного железа
кислородом воздуха. Эту реакцию проводят в
присутствии активного угля, водного
раствора электролита и нейтрального
сорбента.
Количественный состав реагентов
экзотермической композиции, используемой в
химических источниках тепла, варьируется в
широких пределах и может включать [US №5233981,
1993], вес.%: порошок железа 40-75; активный уголь
1-10; нейтральный влагоудерживающий сорбент
1-40; хлорид натрия 1-10 и воду 1-40.
Существенным недостатком изделий на
основе экзотермических композиций
вышеприведенных патентов является процесс
газовыделения при хранении. Поскольку
каждый из применяемых реагентов вносит с
собой в герметично закрытое изделие
определенное количество окклюдированного
и растворенного воздуха, начинается
самопроизвольный процесс взаимодействия
железа с водой, активным углем и кислородом
воздуха. Продуктами этого взаимодействия [Н.Ф.Дробот,
И.З.Бабиевская, К.С.Гавричев и др. Неорган.
материалы, 2002, т.38. №5, с.610-615] являются
газообразный водород и, как следствие,
метан и диоксид углерода. На чертеже
представлена характеристика (объем/время)
газовыделения из 100 г экзотермической
композиции, содержащей 55 вес.% порошка
железа. Как видно из кривой "без
подавления газовыделения", количество
выделенных газов вполне достаточно, чтобы
нарушить герметичную упаковку изделия,
вызвав тем самым его произвольное
срабатывание. Кроме того, смесь водорода и
метана взрывоопасна.
Известна экзотермическая композиция,
предотвращающая взаимодействие реагентов
с кислородом окклюдированного или
растворенного в них воздуха [US №4649895, 1987], в
которой порошкообразное железо,
используемое для получения
тепловыделяющей композиции,
предварительно обрабатывается при
нагревании серусодержащими реагентами:
сульфидом или сульфатом аммония, серой,
тиогликолем, тиомочевиной.
Недостатком композиции является введение
в технологический процесс приготовления
тепловыделяющих композиций дополнительной
энергозатратной операции. Кроме того, при
введении в состав композиции серы
неминуемо образование в процессе
использования изделия сероводорода.
Технической задачей является изыскание
состава экзотермической композиции,
исключающего процесс газовыделения при
хранении изделия.
Наиболее близким по достигаемому эффекту
и по составу является состав шихты
нательной грелки, приведенный в патенте JP
№58-037075, 1993 (прототип), включающий, на 100
весовых частей (вес.ч.) порошка железа, 25-40
вес.ч. смеси активного угля и скорлупы
кокосового ореха, 2,5-7 вес.ч. хлорида металла
и 30-40 вес.ч. воды, на 100 весовых частей
которой состав содержит 3-30 вес.ч.
влагоудерживающего сорбента и 4-20 вес.ч.
вещества для подавления газовыделения, в
качестве которого используются гидроксиды
кальция или натрия, либо углекислый натрий.
Грелка работает в интервалах температур 64-65°С
на протяжении 8 часов, при этом достижение
температуры 40°С происходит приблизительно
за 20 минут, а рабочих температур грелка
достигает через 1,5 часа работы. Процесс
газовыделения существенно подавляется и
перестает наблюдаться при соотношении
гидроксид кальция (натрия): порошок железа
равном 0,5:35, что соответствует содержанию
вещества для подавления газовыделения в
пределах 0,6-0,8 вес.% общего веса шихты.
Недостатком экзотермической композиции
прототипа является введение в систему
реагентов, обладающих щелочными свойствами,
тогда как реакция окисления железа требует
кислой среды [Н.Ф.Дробот, И.З.Бабиевская, К.С.Гавричев
и др. Неорган. материалы, 2002, т.38. №5, с.610-615].
Таким образом, действие реагента
направлено на замедление процесса
окисления, а не на нейтрализацию продуктов
газовыделения, т.к. гидроксиды кальция и
натрия в реакцию с водородом и метаном не
вступают. Как следствие действия реагента,
разогрев грелки происходит медленно,
причем в шихте применяется десятикратный
избыток хлорида металла для разрушения
оксидной пленки, образующейся на
поверхности железа.
Кроме того, гидроксиды кальция и натрия
являются весьма гигроскопичными
веществами, которые частично поглощают
раствор электролита, необходимый для
осуществления процесса тепловыделения,
снижая тем самым температурно-временные
характеристики изделий.
Изобретение направлено на изыскание
состава экзотермической композиции,
включающей вещество для подавления
газовыделения путем химического
взаимодействия выделяющегося водорода с
указанным веществом в условиях хранения
при сохранении высоких эксплуатационных (температурно-временных)
характеристик изделий на основе
экзотермической композиции.
Технический результат достигается тем,
что предлагается экзотермическая
композиция, включающая порошок железа,
активный уголь, нейтральный
влагоудерживающий сорбент, хлорид натрия,
воду и вещество для подавления процесса
газовыделения, при этом, согласно
изобретению в качестве вещества для
подавления процесса газовыделения,
композиция содержит порошок моногидрата
оксида железа (III) в количестве 0,1-1 вес.%.
Содержание основных компонентов
композиции, определяющих процесс
тепловыделения, может составлять любые
эффективные количества.
Все эффективные количества компонентов в
экзотермической композиции обеспечивают
работу грелок в течение 12-18 часов.
Экспериментально установлено, что при
использовании воды, как единственного
источника водорода, максимально выделяемое
количество газа не превышает 20 мл на 100 г
композиции.
Содержание остальных указанных
компонентов не влияет на процесс
образования водорода.
Таким образом, существенными признаками
изобретения, определяющими достижение
технического результата, являются вещество
для подавления процесса газовыделения и
его концентрация.
Целесообразно нейтральный
влагоудерживающий сорбент выбирать из ряда:
вермикулит, перлит, цеолит; но могут
использоваться и другие нейтральные
сорбенты.
Порошок моногидрата оксида железа (III)
выбирают с размерами частиц 50-80 меш (Справочник
химических реактивов и лабораторного
оборудования Алдрич, Россия, Евро 2003-2004, с.1084),
что обеспечивает высокую удельную и
реакционную поверхность для
взаимодействия с водородом.
Содержание моногидрата оксида железа (III),
химической формулы 
-FeOOH (техническое название - гетит),
обусловлено тем, что при его количестве
менее 0,1 вес.% подавление процесса
газовыделения малоэффективно, а при
количестве более 1 вес.% газовыделение не
наблюдается.
Подавление процесса газовыделения
достигается следующим образом. Во время
приготовления тепловыделяющей композиции
и помещении ее в герметичную упаковку, туда
попадает воздух, окклюдированный порошками
железа, активного угля и нейтрального
сорбента, а также воздух, растворенный в
воде электролита. В изолированном объеме в
присутствии железа, активного угля и воды
происходит процесс образования водорода.
Введенный в состав смеси мелкодисперсный
порошок моногидрата оксида железа (III)
взаимодействует с водородом по реакции
6FeOOH+H2=2Fe3 O4+4Н2О,
поглощая водород и предотвращая, таким
образом, накопление водорода в системе.
Ниже приведены примеры предлагаемой
экзотермической композиции, не
ограничивающие возможность использования
составов в других соотношениях, а именно
характеристики газовыделения при
температуре 30°С из 100 г заявленной
экзотермической композиции, помещенной в
герметичную упаковку в зависимости от
содержания моногидрата оксида железа (III).
Пример 1 (чертеж, кривая 1). Состав, вес %:
Пример 2 (чертеж, кривая 2). Состав,
вес %:
Пример 3 (чертеж, кривая 3). Состав,
вес %:
Пример 4 (чертеж, кривая 4). Состав,
вес %:
Пример 5 (чертеж, кривая 5). Состав,
вес %:
Как следует из чертежа, кривая 1 и 4, -
процесс газовыделения частично
подавляется; кривая 2 и 5 - процесс
газовыделения практически исключается;
кривая 3 - процесс газовыделения
исключается полностью.
Преимущества предлагаемой
экзотермической композиции заключаются в
следующем: исключается процесс
газовыделения при хранении изделий,
включающих композицию, что продлевает
сроки хранения изделий; сохраняются
тепловыделяющие свойства изделий;
исключается возможность взрыва хранящихся
изделий на основе теплогенерирующих
композиций с использованием процесса
окисления железа.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Экзотермическая композиция,
включающая порошок железа, активный уголь,
нейтральный влагоудерживающий сорбент,
хлорид натрия, воду и вещество для
подавления процесса газовыделения,
отличающаяся тем, что в качестве вещества
для подавления процесса газовыделения
композиция содержит порошок моногидрата
оксида железа (III) в количестве 0,1-1 вес.%.
Версия для печати
Дата публикации 07.12.2006гг
вверх
|
