[go: up one dir, main page]

WO2008020782A1 - Powder mixture for carrying out an exothermic reaction - Google Patents

Powder mixture for carrying out an exothermic reaction Download PDF

Info

Publication number
WO2008020782A1
WO2008020782A1 PCT/RU2006/000577 RU2006000577W WO2008020782A1 WO 2008020782 A1 WO2008020782 A1 WO 2008020782A1 RU 2006000577 W RU2006000577 W RU 2006000577W WO 2008020782 A1 WO2008020782 A1 WO 2008020782A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnesium
mass
mixture
magnesium alloy
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2006/000577
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dmitry Viktorovich Petunin
Aleksei Vyacheslavovich Druzhkov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2008020782A1 publication Critical patent/WO2008020782A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/16—Materials undergoing chemical reactions when used
    • C09K5/18—Non-reversible chemical reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0089—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V30/00—Apparatus or devices using heat produced by exothermal chemical reactions other than combustion

Definitions

  • the invention relates to the field of chemical heat sources used to equip autonomous heating devices and vessels for flameless cooking or heating of food, specifically to materials for heat transfer based on the oxidation of magnesium.
  • compositions are characterized by uneven heat release, intense only in the initial stage of redox reactions, which is a significant drawback for the heat exchange process with a heated object, for example, food rations.
  • Another disadvantage is that the nature of the redox reactions does not allow contact of the components of the mixture under storage conditions and predetermines the complex multi-chamber design of heating pads, compresses and other products. To start the reaction, the components must be thoroughly mixed, which determines the inconvenience of their use.
  • the property of magnesium to interact with water with the release of heat is known.
  • Acid anhydrides and free acids can be used as accelerators of the process, and salts of strong bases and weak acids, for example, bicarbonates, carbonates, phosphates and polyphosphates of alkali metals, calcium hydroxide, etc. can be used as inhibitors of the reaction.
  • the disadvantage is the low specific heat transfer of the reaction, less than 5 kJ / g (magnesium), and the presence of additional compounds, which in a mixture with magnesium are ballast, which reduces the content of the main heat-generating component.
  • magnesium alloys are used with a metal catalyst forming a micro galvanic cell with it. In the presence of an electrolyte, the reaction of magnesium with water is electrochemical in nature.
  • a known alloy of magnesium and iron by type ((mechanical mixture) and methods for their preparation [US 3942511, 1976; US 3993577, 1976]. The alloy is prepared in a ball mill from a mixture of magnesium sawdust and iron powder in an inert solvent.
  • the iron obtained residue is a magnesium alloy containing up to 10 mass% of iron.
  • the alloy actively interacts with water in the presence of a small amount of sodium chloride with a specific heat of reaction of up to 5.6 kJ / g (Mg).
  • alloys are produced by mechanically pressing small metal particles into larger magnesium particles, in the other case, by introducing solid metal particles into molten magnesium and subsequent cooling, which ensures uniform distribution of the catalyst in the volume of magnesium. Both methods are aimed at the formation of microelectrochemical cells.
  • a device for producing high temperature for heating a diver is known [US 4223661, 1980], for which magnesium alloys are proposed, formed mechanically in a ball mill from powders of magnesium and metals, including copper, titanium, chromium, nickel, as well as from carbon powder (graphite).
  • the disadvantage is that, in order to prevent burns to the body, alloys with extremely low specific heat release characteristics are proposed.
  • the disadvantage of this composition is the presence of surfactants, acid anhydrides or free acids, which reduces the content of the main component - magnesium alloy, therefore, reduces the overall heat release of the proposed composition.
  • the closest technical solution is a powder mixture, which enters into an exothermic reaction with water in a flameless heater [US 5611329, F 24 J 1/00, 1997] (prototype), consisting of two non-woven sheets of polyester forming many pockets. Each pocket is filled with a powder mixture of the composition, wt.%: An alloy of magnesium and iron (5 atom%) - 80 - 85 NaCl - 5 - 7 chemical antifoam - 3 - 4 inert filler - 7 - 9
  • the disadvantage is the presence of a large number of components of the exothermic mixture, in particular, antifoam, inert filler and optional NaCl in the powder mixture.
  • An inert filler is included in the mixture as a regulator of the reaction rate of magnesium with water.
  • the composition of the mixture is not characterized by a sufficiently high content of the main component, the magnesium alloy, and this reduces the overall heat release of the composition.
  • the present invention is aimed at finding the composition of the powder mixture for the implementation of an exothermic reaction, providing an increase in the amount of heat generated by the exothermic mixture in the reaction of magnesium with an aqueous electrolyte solution.
  • the tasks is also the regulation of heat dissipation power, which ensures the stable operation of heating devices in the temperature range of 50 - 6O 0 C for 8 - 15 minutes.
  • a powder mixture for carrying out an exothermic reaction, including a magnesium alloy powder with a metal catalyst and a reaction rate regulator of the mixture with an aqueous electrolyte solution, characterized in that iron and / or silicon is used as a metal catalyst, and as a regulator the reaction rate, the mixture contains a fraction of a relatively low dispersion magnesium alloy powder with the following component ratios (mass%): magnesium alloy powder with size mi particles 200 - 500 microns - 65 - 90; magnesium alloy powder with particle sizes of 501 - 800 microns - 10 - 35.
  • the powder mixture additionally contains a fraction of the magnesium alloy powder of relatively high dispersion, with the following component ratios (mass%): magnesium alloy powder with a particle size of 200 - 500 microns - 65 - 85; magnesium alloy powder with a particle size of 501 - 800 microns - 10 - 25; magnesium alloy powder with a particle size of 100 - 199 microns - 5 - 15.
  • the iron content is 5 to 10 mass%
  • the silicon content is 0.5 to 2.0 mass%
  • the powder mixture additionally contains sodium chloride in an amount of 3 to 7 mass%.
  • the presence in the powder mixture of various fractions of a magnesium alloy is due to the fact that the chemical reaction of electrolytic oxidation of a magnesium alloy powder with a particle size of 200 - 500 ⁇ m has a maximum specific heat dissipation in the first 1 to 4 minutes ( Figure 1, curve 1) and the amount of heat released significantly exceeds the amount of heat that can be absorbed by the heated object, for example, food rations, during this period.
  • the composition contains a fraction of a relatively low dispersion magnesium alloy powder with particle sizes of 501-800 microns, characterized by a maximum specific heat release power from 2 to 12 minutes of the reaction (Fig. L, curve 2).
  • the total effect ensures stable operation in the temperature range of the heating of food soldering to 50 - 6O 0 C for 12 minutes.
  • the quantitative content of the fractions was established experimentally and controls the reaction rate to ensure stable heat release for heating food rations (canned food) weighing 250 g in the temperature range 50 - 6O 0 C for 12 minutes.
  • the claimed content of iron in the alloy of magnesium with iron and the silicon content in the alloy of magnesium with silicon provides the maximum value of the specific heat of the exothermic reaction, which is illustrated in Fig.2.
  • the powder mixture may contain sodium chloride in an amount sufficient to obtain ⁇ 3% electrolyte solution after the mixture has reacted with water.
  • All alloy powders are prepared by pressing particles of a metal catalyst into a magnesium surface using a ball mill and then separating the finished powders into fractions.
  • the proposed powder mixture for the exothermic reaction works as follows: when in contact with an aqueous electrolyte solution, the magnesium alloy powder is oxidized with heat. In the presence of an electrolyte, the surface of the magnesium alloy is cleaned of the formed oxide film, which ensures its further oxidation, while the electrolyte performs another function, namely, it eliminates the possible adhesion of reagent particles.
  • the specified result is achieved by the fact that in the proposed powder mixture it is possible to increase the content of the main component for the implementation of the exothermic reaction - magnesium by at least 10%. This allows you to either reduce the mass and dimensions of the heating device based on the developed composition, or to increase its technical characteristics: increase the amount of heat generated by the unit weight of the mixture to 6.18 kJ / g (mixture) compared to the prototype ( ⁇ 5 kJ / g), increase the heating temperature.
  • Figure 1 Change in specific heat dissipation power W yTalk . (W / g) in time for magnesium alloys with iron 6.5 mass% for various fractions of alloy particles: particle fraction 200-500 ⁇ m (curve 1), particle fraction 501-800 ⁇ m (curve 2), particle fraction 100 - 199 ⁇ m (curve 3);
  • Fig.Z Relative, per minute interval, heat release Q 0111. (kJ / last minute) of a mixture weighing 10 g in time during the reaction of a magnesium alloy with an aqueous electrolyte solution: Example 3 (curve 1); Example 8 (curve 2); Example 21 (curve 3); Example 29 is a prototype (curve 4).
  • FIG. 4 The amount of emitted 10 g of a mixture of heat Q (kJ) in time: Example 3 (curve 1); Example 8 (curve 2); Example 21 (curve 3); Example 29 is a prototype (curve 4).
  • 61.51 kJ of heat is released within 12 minutes with a specific heat of 6.15 kJ / g (mixture), which is enough to heat a 250-gram food rations from 0 0 C to 54-60 0 C.
  • Example Na in Table 13 14 15 with particle sizes of 200 - 500 ⁇ m 90 80 65 with particle sizes of 501 - 800 ⁇ m 10 20 35 500 ml of a 3% aqueous electrolyte solution is added to the calorimeter in the polymer pocket of the heating device. As a result of the exothermic reaction, 60.89 kJ of heat is released within 12 minutes with a specific heat of 6.09 kJ / g (mixture), which is enough to heat a 250-gram food rations from 0 0 C to 54-59 0 C. Examples 16 - eighteen. To 10 g of a powder mixture of magnesium alloys with silicon (0.5-2 mass%) and iron (5-6 mass%) of the following composition of fractions (mass%),
  • Example Na in Table 19 20 21 22 23 24 with particle sizes of 200 - 500 ⁇ m 85 70 70 75 65 65 s with a particle size of 501 - 800 microns 10 20 15 10 25 20 with a particle size of 100 - 199 microns 5 10 15 15 10 15 500 ml of a 3% aqueous electrolyte solution is added to the calorimeter in the polymer pocket of the heating device.
  • Example Na in Table 25 26 27 28 with particle sizes of 200 - 500 ⁇ m 85 70 65 65 with particle sizes of 501 - 800 ⁇ m 10 20 25 20 with particle sizes of 100 - 199 ⁇ m 5 10 10 15 NaCl 7 6 4 3 500 ml of water is added to the calorimeter in the polymer pocket of the heating device.
  • the regulation of the specific power of heat generation ensures stable operation in the temperature range of 50-60 0 C for 8-15 minutes.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cookers (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

Порошковая смесь для осуществления экзотермической реакции
Изобретение относится к области химических источников тепла, применяемых для снаряжения автономных нагревательных устройств и сосудов для беспламенного приготовления или разогрева пищи, конкретно к материалам для теплопередачи на основе реакции окисления магния.
Известны составы для осуществления экзотермических окислительно- восстановительных реакций между металлом из группы Fe, Mg, Al, Zn и оксидами металлов переменной валентности MnO2, PbO2, Ni2O3 [RU 2019160, Бюлл. N° 17, 1994], а также между магнием и хлоридом меди [US 5517981, 1996].
Составы характеризуются неравномерным тепловыделением, интенсивным лишь в начальной стадии окислительно-восстановительных реакций, что является существенным недостатком для процесса теплообмена с нагреваемым объектом, например, пищевым пайком. Еще одним недостатком является то, что природа окислительно- восстановительных реакций не допускает контакта компонентов смеси в условиях хранения и предопределяет сложную многокамерную конструкцию грелок, компрессов и других изделий. Для начала реакции компоненты надо тщательно смешать, что предопределяет неудобства их применения. Известно свойство магния взаимодействовать с водой с выделением тепла
[Глинка Н.Л. Общая химия. Изд. 16. Л.: Химия, 1974, C.601]._Peaкция проходит при рН среды ниже 8,5. Повышение рН приводит к пассивации поверхности, что препятствует взаимодействию, и магний перестает вытеснять водород из воды.
Практическое использование такого взаимодействия затруднено тем, что для регулирования скорости реакции магния с водой необходимо введение дополнительных соединений, влияющих на рН среды. В качестве ускорителей процесса можно использовать ангидриды кислот и свободные кислоты, а в качестве соединений для замедления реакции могут выступать соли сильных оснований и слабых кислот, например, бикарбонаты, карбонаты, фосфаты и полифосфаты щелочных металлов, гидроокись кальция и др.
Недостатком является низкая удельная теплоотдача реакции, менее 5 кДж/г(мaгния), и наличие дополнительных соединений, которые в смеси с магнием являются балластом, снижающим содержание основного тепловыделяющего компонента. Для повышения эффекта тепловыделения используют сплавы магния с металлическим катализатором, образующим с ним микрогальванический элемент. В присутствии электролита реакция магния с водой носит электрохимический характер. Известен сплав магния и железа по типу ((механическая cмecь» и способы их получения [US 3942511, 1976; US 3993577, 1976]. Сплав готовится в шаровой мельнице из смеси опилок магния и железного порошка в инертном растворителе. После испарения растворителя и отделения избытка железа полученный остаток является сплавом магния, содержащим до 10 мacc.% железа. Сплав активно взаимодействует с водой в присутствии небольшого количества хлорида натрия с удельной теплотой реакции до 5,6 кДж/г(Mg).
Недостатком такой смеси является высокая скорость реакции с водой, что обуславливает ее применение в устройстве для получения водорода [US 4017414, 1977] и не позволяет эффективно ее использовать в теплообменных устройствах. Представляет интерес способы получения сплавов магния [US 4072514,
1978] с железом, оксидом железа, цинком, хромом, алюминием и марганцем с поверхностью раздела фаз мелсду магнием и указанным металлом. В одном случае сплавы производятся с помощью механического вдавливания мелких частиц металла в более крупные частицы магния, в другом случае - введением твердых частиц металлов в расплавленный магний и последующим охлаждением, что обеспечивает равномерное распределение катализатора в объеме магния. Оба способа направлены на образование микроэлектрохимических ячеек.
Технической задачей для приборов и устройств, использующих тепло, образующееся в результате экзотермических химических реакций, является снаряжение их составами, характеризующимися:
- с одной стороны, высоким тепловыделением, что достигается использованием в экзотермической смеси только тех ингредиентов, которые выделяют тепло в результате реакции;
- с другой стороны, устойчивым и продолжительным тепловыделением в интервале заданных температур, что достигается введением в состав дополнительных ингредиентов, регулирующих скорость реакции, как правило, в сторону ее замедления.
Известно устройство для получения высокой температуры для обогрева водолаза по патенту [US 4223661, 1980], для которого предложены сплавы магния, сформированные механически в шаровой мельнице из порошков магния и металлов, в числе которых медь, титан, хром, никель, а также из порошка углерода (графита).
Недостатком является то, что, с целью предотвращения ожогов тела, предложены сплавы с крайне низкими характеристиками по удельному тепловыделению .
Известен экзотермический состав для беспламенного нагревателя [US
5117809, 1992], который содержит порошок сплава магния с железом, приготовленный в шаровой мельнице, соль NaCl, поверхностно-активное вещество (ПАВ), и пищевой ангидрид кислоты или свободную пищевую кислоту в качестве регулятора рН. Кислотой может также быть пропитана пористая упаковка, в которой находиться экзотермический состав. Кислота управляет рН- среды в пределах между 4 и 7, чтобы реакция магния с водой не протекала слишком энергично при низких значениях рН и слишком медленно при высоких значениях рН.
Недостатком этого состава является наличие ПАВ, ангидридов кислот или свободных кислот, что снижает содержание основного компонента - сплава магния, следовательно, уменьшает общее тепловыделение предложенного состава.
Наиболее близким техническим решением является порошковая смесь, которая вступает в экзотермическую реакцию с водой в беспламенном нагревателе [US 5611329, F 24 J 1/00, 1997] (прототип), состоящем из двух нетканых листов полиэстера, формирующих множество карманов. Каждый карман заполнен порошковой смесью состава, мacc.%: сплав магния и железа (5 aтoм.%) - 80 - 85 NaCl - 5 - 7 химический пеногаситель - 3 - 4 инертный наполнитель - 7 - 9
Недостатком является наличие большого количества компонентов экзотермической смеси, в частности, пеногасителя, инертного наполнителя и необязательного в порошковой смеси NaCl. Инертный наполнитель включен в состав смеси в качестве регулятора скорости реакции магния с водой. Как следствие, состав смеси характеризуется недостаточно высоким содержанием основного компонента - сплава магния, а это уменьшает общее тепловыделение состава. Предлагаемое изобретение направлено на изыскание состава порошковой смеси для осуществления экзотермической реакции, обеспечивающего увеличение количества тепла, выделяемого экзотермической смесью в процессе реакции магния с водным раствором электролита. В числе задач также регулирование мощности тепловыделения, обеспечивающее стабильную работу нагревательных устройств в интервале температур 50 - 6O0C в течение 8 - 15 минут.
Технический результат достигается тем, что предложена порошковая смесь для осуществления экзотермической реакции, включающая порошок сплава магния с металлическим катализатором и регулятор скорости реакции смеси с водным раствором электролита, отличающаяся тем, что в качестве металлического катализатора используется железо и/или кремний, а в качестве регулятора скорости реакции смесь содержит фракцию порошка сплава магния относительно низкой дисперсности при следующих соотношениях компонентов (мacc.%): порошок сплава магния с размерами частиц 200 - 500 мкм - 65 - 90; порошок сплава магния с размерами частиц 501 - 800 мкм - 10 - 35.
Целесообразно, что порошковая смесь дополнительно содержит фракцию порошка сплава магния относительно высокой дисперсности, при следующих соотношениях компонентов (мacc.%): порошок сплава магния с размерами частиц 200 - 500 мкм - 65 - 85; порошок сплава магния с размерами частиц 501 - 800 мкм - 10 - 25; порошок сплава магния с размерами частиц 100 - 199 мкм - 5 - 15.
Предпочтительно, что в сплаве магния с железом содержание железа составляет 5 - 10 мacc.%, а в сплаве магния с кремнием содержание кремния составляет 0,5 - 2,0 мacc.%.
Возможно, что порошковая смесь дополнительно содержит хлорид натрия в количестве 3 - 7 мacc.%. Наличие в составе порошковой смеси различных фракций сплава магния обусловлено тем, что химическая реакция электролитического окисления порошка сплава магния с размерами частиц 200 - 500 мкм имеет максимум удельной мощности тепловыделения в первые 1 - 4 минуты (Фиг.1, кривая 1) и количество выделенного тепла значительно превышает количество тепла, которое может быть поглощено нагреваемым объектом, например, пищевым пайком, за этот период.
Поэтому, для обеспечения эффективного теплообмена, состав содержит фракцию порошка сплава магния относительно низкой дисперсности с размерами частиц 501 - 800 мкм, характеризующуюся максимумом удельной мощности тепловыделения со 2 по 12 минуты реакции (Фиг. l, кривая 2). Суммарный эффект обеспечивает стабильную работу в интервале температур нагрева пищевого пайка до 50 - 6O0C в течение 12 минут.
В случаях, когда необходим быстрый выход на рабочую температуру, целесообразно в состав порошковой смеси включать небольшое количество фракции порошка сплава магния относительно высокой дисперсности с размерами частиц 100 - 199 мкм, с максимумом удельной мощности тепловыделения на первой минуте реакции (Фиг. l, кривая 3).
Количественное содержание фракций установлено экспериментально и регулирует скорость реакции для обеспечения стабильного тепловыделения для нагрева пищевого пайка (консервов) массой 250 г в интервале температур 50 - 6O0C в течение 12 минут.
Заявленное содержание железа в сплаве магния с железом и содержание кремния в сплаве магния с кремнием обеспечивает максимальное значение удельного тепловыделения экзотермической реакции, что проиллюстрировано на Фиг.2.
В частных случаях, исключительно для удобства эксплуатации, порошковая смесь может содержать хлористый натрий в количестве, достаточном для получения ~ 3% раствора электролита после вступления смеси в реакцию с водой.
Все порошки сплавов готовятся методом вдавливания частиц металлического катализатора в поверхность магния с помощью шаровой мельницы и с последующим разделением готовых порошков на фракции. Предлагаемая порошковая смесь для осуществления экзотермической реакции работает следующим образом: при контакте с водным раствором электролита происходит окисление порошка сплава магния с выделением тепла. В присутствие электролита происходит очищение поверхности сплава магния от образовавшейся оксидной пленки, что обеспечивает дальнейшее его окисление, при этом электролит выполняет еще одну функцию, а именно, устраняет возможное слипание частиц реагентов.
Указанный результат достигается тем, что в предлагаемой порошковой смеси удается не менее чем на 10 % увеличить содержание основного компонента для осуществления экзотермической реакции - магния. Это позволяет либо уменьшить массу и габариты нагревательного устройства на основе разработанного состава, либо повысить его технические характеристики: увеличить количество тепла, выделяемое единицей веса смеси до 6,18 кДж/г(cмecи) по сравнению с прототипом (~5 кДж/г), увеличить температуру нагрева.
Изобретение поясняется следующими прилагаемыми диаграммами:
Фиг.1. Изменение удельной мощности тепловыделения Wyд. (Вт/г) во времени для сплавов магния с железом 6,5 мacc.% для различных фракций частиц сплава: фракция частиц 200- 500 мкм (кривая 1), фракция частиц 501- 800 мкм (кривая 2), фракция частиц 100 - 199 мкм (кривая 3);
Фиг.2. Зависимость удельного тепловыделения Qyд. (кДж/г) реакции от содержания в сплаве магния металлических катализаторов: кремния (кривая 1) и железа (кривая X).
Достижение технического результата проиллюстрировано на Фиг.З и Фиг.4.
Фиг.З. Относительное, за минутный интервал, тепловыделения Q0111. (кДж/последнюю минуту) смеси массой 10 г во времени в процессе реакции сплава магния с водным раствором электролита: Пример 3 (кривая 1); Пример 8 (кривая 2); Пример 21 (кривая 3); Пример 29 - прототип (кривая 4).
Фиг.4. Количество выделяемого 10 г смеси тепла Q (кДж) во времени: Пример 3 (кривая 1); Пример 8 (кривая 2); Пример 21 (кривая 3); Пример 29 - прототип (кривая 4).
Как видно из Фиг.З для заявленного состава порошковой смеси наблюдается более равномерное распределение тепловыделения во времени. Из Фиг.4 следует, что количество выделяемого тепла заявленной смеси к 12 минуте ~ на 15 % выше, чем у прототипа.
Ниже приведены Примеры достижения технического результата при использовании в нагревательном устройстве предлагаемой порошковой смеси для осуществления экзотермической реакции. Все Примеры сведены в Таблицу. Примеры 1-3.
К 10 г порошковой смеси сплава магния с железом (6,5 мacc.%) следующего состава фракций (мacc.%),
JVa Примера в Таблице 1 2 3 с размерами частиц 200 - 500 мкм 90 80 65 с размерами частиц 501 - 800 мкм 10 20 35 помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл 3% водного раствора электролита. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 58,09 кДж тепла с удельным тепловыделением 5,81 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева 250-граммового пищевого пайка с 0 0C до 48-530C.
Примеры 4 - 6. К 10 г порошковой смеси сплава магния с железом (10 мacc.%) следующего состава фракций (мacc.%),
JVa Примера в Таблице 4 5 6 с размерами частиц 200 - 500 мкм 90 80 65 с размерами частиц 501 - 800 мкм 10 20 35 помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл 3% водного раствора электролита. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 55,91 кДж тепла с удельным тепловыделением 5,59 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева 250-граммового пищевого пайка с 00C до 45-500C. Примеры 7 - 9. К 10 г порошковой смеси сплава магния с кремнием (0,5 мacc.%) следующего состава фракций (мacc.%),
N° Примера в Таблице 7 8 9 с размерами частиц 200 - 500 мкм 90 80 65 с размерами частиц 501 - 800 мкм 10 20 35 помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл 3% водного раствора электролита. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 61,82 кДж тепла с удельным тепловыделением 6,18 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева 250-граммового пищевого пайка с 0 0C до 55-600C. Примеры 10 - 12.
К 10 г порошковой смеси сплава магния с кремнием (1 мacc.%) следующего состава фракций (масс. %),
JVs Примера в Таблице 10 11 12 с размерами частиц 200 - 500 мкм 90 80 65 с размерами частиц 501 - 800 мкм 10 20 35 помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл 3% водного раствора электролита. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 61,51 кДж тепла с удельным тепловыделением 6,15 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева 250-граммового пищевого пайка с 0 0C до 54-600C. Примеры 13 - 15.
К 10 г порошковой смеси сплава магния с кремнием (2 мacc.%) следующего состава фракций (мacc.%),
Na Примера в Таблице 13 14 15 с размерами частиц 200 - 500 мкм 90 80 65 с размерами частиц 501 - 800 мкм 10 20 35 помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл 3% водного раствора электролита. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 60,89 кДж тепла с удельным тепловыделением 6,09 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева 250-граммового пищевого пайка с 0 0C до 54-590C. Примеры 16 - 18. К 10 г порошковой смеси сплавов магния с кремнием (0,5-2 мacc.%) и железом (5-6 мacc.%) следующего состава фракций (мacc.%),
Na Примера в Таблице 16 17 18 с размерами частиц 200 - 500 мкм 90 80 65 с размерами частиц 501 - 800 мкм 10 20 35 помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл 3% водного раствора электролита. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 58,09 кДж тепла с удельным тепловыделением 5,81 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева 250-граммового пищевого пайка с 0 0C до 47-500C. Примеры 19 - 24.
К 10 г порошковой смеси сплава магния с железом (6,5 мacc.%) следующего состава фракций (мacc.%), Na Примера в Таблице 19 20 21 22 23 24 с размерами частиц 200 - 500 мкм 85 70 70 75 65 65 с размерами частиц 501 - 800 мкм 10 20 15 10 25 20 с размерами частиц 100 - 199 мкм 5 10 15 15 10 15 помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл 3% водного раствора электролита. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 58,09 кДж тепла с удельным тепловыделением 5,81 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева 250-граммового пайка с 0 0C до 49-590C. Примеры 25 - 28.
К 10 г порошковой смеси фракций сплава магния с кремнием (0,5 - 2,0 мacc.%) и NaCl следующего состава (мacc.%), Na Примера в Таблице 25 26 27 28 с размерами частиц 200 - 500 мкм 85 70 65 65 с размерами частиц 501 - 800 мкм 10 20 25 20 с размерами частиц 100 - 199 мкм 5 10 10 15 NaCl 7 6 4 3 помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл воды. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 60,52-61,45 кДж тепла с удельным тепловыделением 6,05-6,14 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева 250-граммового пищевого пайка с 0 0C до 55-57 0C, Пример 29 (прототип).
К 10 г порошковой смеси прототипа, помещенной в полимерный карман нагревательного устройства в калориметре добавляется 500 мл воды. В результате экзотермической реакции в течение 12 минут выделяется 49,58 кДж тепла с удельным тепловыделением 4,96 кДж/г(cмecи), которого достаточно для разогрева
250-граммового пищевого пайка с 0 0C до 410C.
Преимущества предлагаемой порошковой смеси для осуществления экзотермической реакции заключаются в следующем: исключается наличие инертных с точки зрения тепловыделения компонентов - регуляторов скорости реакции. Увеличивается удельное количество тепла, выделяемое единицей веса смеси в процессе реакции магния с водным раствором электролита.
Регулирование удельной мощности тепловыделения обеспечивает стабильную работу в интервале температур 50 - 60 0C в течение 8 - 15 минут.
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000014_0001

Claims

Формула изобретения
1. Порошковая смесь для осуществления экзотермической реакции, включающая порошок сплава магния с металлическим катализатором и регулятор скорости реакции смеси с водным раствором электролита, отличающаяся тем, что в качестве металлического катализатора используется железо и/или кремний, а в качестве регулятора скорости реакции смесь содержит фракцию порошка сплава магния относительно низкой дисперсности при следующих соотношениях компонентов (мacc.%): порошок сплава магния с размерами частиц 200 - 500 мкм - 65 - 90; порошок сплава магния с размерами частиц 501 - 800 мкм - 10 - 35.
2. Порошковая смесь по п. l., отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фракцию порошка сплава магния относительно высокой дисперсности, при следующих соотношениях компонентов (мacc.%): порошок сплава магния с размерами частиц 200 - 500 мкм - 65 - 85; порошок сплава магния с размерами частиц 501 - 800 мкм - 10 - 25; порошок сплава магния с размерами частиц 100 - 199 мкм - 5 - 15.
3. Порошковая смесь по п. l. и п.2., отличающаяся тем, что в сплаве магния с железом содержание железа составляет 5 - 10 мacc.%, а в сплаве магния с кремнием содержание кремния составляет 0,5 - 2,0 мacc.%.
4. Порошковая смесь по п. l. и п.2., отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хлорид натрия в количестве 3 - 7 мacc.%.
PCT/RU2006/000577 2006-08-11 2006-11-07 Powder mixture for carrying out an exothermic reaction Ceased WO2008020782A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006129036 2006-08-11
RU2006129036/04A RU2330868C2 (ru) 2006-08-11 2006-08-11 Порошковая смесь для осуществления экзотермической реакции

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008020782A1 true WO2008020782A1 (en) 2008-02-21

Family

ID=39082259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2006/000577 Ceased WO2008020782A1 (en) 2006-08-11 2006-11-07 Powder mixture for carrying out an exothermic reaction

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2330868C2 (ru)
WO (1) WO2008020782A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB100848A (en) * 1915-04-28 1917-04-19 Griesheim Elektron Chem Fab Process for the Production of an Alloy containing Magnesium and serving for the Deoxydisation of Cast Iron or Steel.
CH647745A5 (en) * 1980-01-10 1985-02-15 Toyo Ink Mfg Co Thermogenic compositions
SU1558610A1 (ru) * 1988-01-04 1990-04-23 Ленинградский Филиал Всесоюзного Института По Проектированию Организаций Энергетического Строительства "Оргэнергострой" Состав экзотермической смеси
RU2040512C1 (ru) * 1990-06-01 1995-07-25 Главербель Способ горячего ремонта футеровки или получения огнеупорных изделий и порошковая смесь
US5611329A (en) * 1995-08-04 1997-03-18 Truetech, Inc. Flameless heater and method of making same
KR20030038159A (ko) * 2001-11-08 2003-05-16 온세울(주) 초부식성 합금을 이용한 발열체, 그의 제조방법 및 이를이용한 발열방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB100848A (en) * 1915-04-28 1917-04-19 Griesheim Elektron Chem Fab Process for the Production of an Alloy containing Magnesium and serving for the Deoxydisation of Cast Iron or Steel.
CH647745A5 (en) * 1980-01-10 1985-02-15 Toyo Ink Mfg Co Thermogenic compositions
SU1558610A1 (ru) * 1988-01-04 1990-04-23 Ленинградский Филиал Всесоюзного Института По Проектированию Организаций Энергетического Строительства "Оргэнергострой" Состав экзотермической смеси
RU2040512C1 (ru) * 1990-06-01 1995-07-25 Главербель Способ горячего ремонта футеровки или получения огнеупорных изделий и порошковая смесь
US5611329A (en) * 1995-08-04 1997-03-18 Truetech, Inc. Flameless heater and method of making same
KR20030038159A (ko) * 2001-11-08 2003-05-16 온세울(주) 초부식성 합금을 이용한 발열체, 그의 제조방법 및 이를이용한 발열방법

Also Published As

Publication number Publication date
RU2330868C2 (ru) 2008-08-10
RU2006129036A (ru) 2008-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008150289A (ja) 水素発生材料、水素製造用カートリッジ、水素製造装置、水素の製造方法および燃料電池システム
US20050229478A1 (en) Electrochemically reacting composition and a process for the preparation thereof
JP4104016B2 (ja) 水素発生材料、水素製造用カートリッジ、水素製造装置、水素の製造方法および燃料電池システム
TW200925115A (en) Pulverulent compounds, process for preparing them and their use in secondary lithium batteries
Hattori et al. AgPd@ Pd/TiO 2 nanocatalyst synthesis by microwave heating in aqueous solution for efficient hydrogen production from formic acid
JP2011122202A (ja) 水素発生用合金とその製造方法
US20100209338A1 (en) Hydrogen-generating material composition, hydrogen-generating material formed body, and method for producing hydrogen
RU2131841C1 (ru) Смесь гидрореагирующая
JP3467729B2 (ja) 発熱剤及び発熱剤を使用する方法
US7771612B2 (en) Hydrogen generating composition
RU2330868C2 (ru) Порошковая смесь для осуществления экзотермической реакции
JPH11507319A (ja) 挿入化合物、その製造法、およびその、特に火工術における、使用
US20070272090A1 (en) Hydrogen mitigation and energy generation with water-activated chemical heaters
CN106082286B (zh) 一种热电池电解质用抑制剂MgO及其制备方法
NL8600347A (nl) Werkwijze voor de vervaardiging van een elektrochemische cel met verminderd gassen, alsmede elektrochemische cel.
CN103756648A (zh) 一种抑氢剂在自热食品加热剂中的应用
JP2007210878A (ja) 水素発生剤組成物
JP3755841B2 (ja) マグネシウム系水素吸蔵材料及びその製造方法
KR100540056B1 (ko) 발열체용 마그네슘-알루미늄 합금, 이를 이용한 발열체,그 발열체의 제조방법 및 그 발열체를 이용한 발열 방법
US20090280054A1 (en) Composition and process for the displacement of hydrogen from water under standard temperature and pressure conditions
KR100422317B1 (ko) 초부식성 합금을 이용한 발열체, 그의 제조방법 및 이를이용한 발열방법
TWI287890B (en) A negative active material for lithium secondary battery and a method for preparing same
KR100358849B1 (ko) 마그네슘계 금속간 화합물과 염화마그네슘의 혼합물 및 그의 제조방법
WO2005005310A2 (en) Imede/amide hydrogen storage materials and methods
JP3778213B1 (ja) 発熱剤

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 06847411

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06847411

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1