JP2005147637A

JP2005147637A - 冷却シ−ト材

Info

Publication number: JP2005147637A
Application number: JP2003390243A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ichihara; 市原清二
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】硫酸ナトリウム等を主成分とする恒温冷媒材では予め冷凍環境で冷却する必要が無い冷媒材を得る事が出来るが、基本的に液体形態である為、実用上軟質樹脂等から成る袋状容体に密封するか、水密構造体に充填密封する必要があり、利用用途に著しい制約が与えられる問題が有る。
【解決手段】炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シートを構造基材とし硫酸ナトリウムを主成分とした冷媒材を含浸保持させた上にそれらを包含する形態でカバーフィルムを施す事により少ない冷媒材量で高い冷却効率を得る事が可能な冷却シート材が得られる。この冷却シートは形状設定および曲げ等の加工、狭間への設置が容易となり、配設に水密構造等を必要としない為、幅広い応用範囲を提供する事が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は冷却触媒物質である硫酸ナトリウムの固体-液体間の可逆的変態（相変化）特性の利用により長時間の冷却効果を示す冷却シート材料に関するものである。

従来、外部発熱体又は被冷却体に対する冷媒材として高分子性ポリマー又は吸水性高分子ゲルなどと呼ばれる吸水性樹脂（hydro-gel polymer）を用いた保冷剤が良く知られている。
また、冷媒物質の結晶が外部からの熱量を吸収し溶解、熱環流を生じて表面で放熱して再結晶する冷媒材であるリン酸ナトリウムや硫酸ナトリウムを用いた恒温冷媒も一部で使われている（例えば、特許文献１、及び２参照）。
実開昭５８−１９６６６７号公報実開平６−５２８１５号公報。

しかし、一般的に双方共液体若しくはゲル状体である為、実用上軟質樹脂等から成る袋状容体に密封するか、水密構造体に充填密封する必要があり、利用用途に著しい制約が与えられる問題が有る。

前者の如き吸水性樹脂を用いたゲル状冷媒材は該吸水性樹脂の自重の数百〜数千倍の重量の水を吸水しゲル化保持する特性を利用しており、基本的には保持した水の熱容量、潜熱を冷却に用いる為、予め氷、ドライアイス、冷蔵庫等の冷凍環境で冷却する必要がある。
したがって、被冷却物の輸送、運搬に使用する運搬容器やコンテナ等では予め脱着可能な形態とした冷媒材のみを冷却しておき、使用時に同梱するのが一般的である。さらに、自身に保持した水の熱容量に依存している為、長時間冷媒として使用したい場合には冷凍状態にまで冷却する必要があり、冷媒材自体が氷温状態になる為、被冷却物の温度を細胞破壊などの問題により極端に下げたくない場合などでは冷媒材と被冷却物の間に適当な温度調節材を介在させる必要があると共に冷凍時の体積変化により前記容体に充分な余裕を持たせる必要が有る為、形状保持が困難な問題も生じる。

また、後者の如き硫酸ナトリウム等を主成分とする恒温冷媒材では予め冷凍環境で冷却する必要が無い冷媒材を得る事が出来るが、該硫酸ナトリウムの放熱再結晶時に尖鋭状結晶化や結晶の大型化の影響で、融解しにくくなると共に冷媒材内に均一分布しずらい為に冷却効率が低く、熱交換サイクルが巧みに働かずに、実用応用化が限定されるという問題が有る。
この為、小型化、狭間構造化の妨げとなっていると共に尖鋭状結晶化などの結晶形状により容器材質、袋材質にも耐久強度が必要となり、これも吸熱、放熱の妨げとなる。

そこで、本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、冷却媒体の脱着や予め冷凍環境で冷却する必要が無く、また形状設定や狭間設置が容易で使い勝手の優れたシート形状の冷却媒体であって、小型の保冷容器から物品の保冷、機器冷却、建材に及ぶ幅広い利用用途を可能とした恒温冷媒材を提供できるようにすることを目的とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明は、炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シートを構造基材とし、該フェルト状シートに可逆的変態による吸熱媒体としての硫酸ナトリウムを主成分とした冷媒材を含浸保持させた事を特徴としている。

また、前記構造基材としての炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シートの端部のみを該フェルト状シート周囲を覆うカバーフィルムより露出させても良い。

さらに、前記冷媒材を含浸保持させたフェルト状シート周囲を覆うカバーフィルムに防水処理を施した炭素ピッチ系炭素繊維から成る織布を用いても良い。

かかる発明によれば、従来冷媒物質である硫酸ナトリウムの結晶が外部からの熱量を吸収し溶解後放熱して再結晶する熱交換サイクルが構造基材として用いられている熱伝導性の優れた炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルトで促進される為、少ない冷媒材量で高い冷却効率を得る事が出来る。さらにフェルト状シートに冷媒材が浸透保持されている為、形状設定および曲げ等の加工、狭間への設置が容易となり幅広い応用範囲を提供する事となる。さらにフェルト状シートの端部のみをカバーフィルムより露出させ、複数枚の本発明保冷シート材端部同士を接触若しくは支持接合する事で広い面積にも対応可能であり、また、カバーフィルムに防水処理を施した炭素ピッチ系炭素繊維から成る織布を用いれば利用する容体の内外に対する熱交換サイクルの効率化も図れ、不定形容体や水密構造体を設ける必要の無い定形冷却材が供給可能となる為、より用途を拡大出来る。

本発明における吸熱媒体としての硫酸ナトリウム（NaSO₄・ｎH₂Ｏ）は水を加える事によりNa₂SO₄・10H₂Oとして使用する。
このNa₂SO₄・10H₂Oは十水塩又はグラバー塩（Glauber
Salt）と呼ばれ、過飽和溶液を作る性質が有ると共に約３２℃前後の温度で下記の可逆的変態（相変化）を繰り返す。
（化１） Na₂SO₄・10H₂O ⇔ Na₂SO₄
＋ 10H₂O
具体的には３２．３８℃以下の温度で十水塩の結晶が溶液中に析出し、該温度以上では溶解して無水の硫酸ソーダと水に分解する。注目すべきはこの溶解に際して５８．３Kcal／Kgにも及ぶ大量の融解熱を吸収する特性であり、本冷却シート材ではこの吸熱作用を利用している。

さらに、前記十水塩にモンモリロナイト等スメクタイト、及び水を適量比混合させる事により、前記スメクタイトが吸水膨潤しコロイド性が発現し、適度なチキソトロピー性（揺変性）を持った懸濁液が得られると共に十水塩の飽和溶液が拡散される事となる。
該スメクタイト（Smectite）は薄板状八面体結晶構造を持つ膨潤性粘土鉱物の一種でモンモリロナイト(Montmorilonite)、バイデライト（Beidelite）、ノントロナイト（Nontronite）等が知られており、数百m²／gの活性表面積を持っていると同時にこの表面は高い極性の為、自重の何倍の水を吸収し保持する膨潤性を有している。

上記のごとく生成した硫酸ナトリウムを主成分とした冷媒材は該冷媒材全体も適度なチキソトロピー性（揺変性）を持つ為、炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シート構造基材に脱気含浸させる事によりも保持も容易となる。この該炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルトは高熱伝導率で知られる金属の銅、アルミニウム等と比較しても数十から数百W/(m・K)に及ぶ同等以上の伝導率特性により冷媒材の物理的熱環流が少なくとも効率的な熱交換効率を得る事が出来る。

以下、本発明の具体的実施例を図１乃至図２を参照して説明する。尚、各図面において同効のものは同一符号で統一する。図１は本発明の冷却シート材の基本形一実施例であり、冷却シート１内には上記硫酸ナトリウム、スメクタイト、水を適量比混合させる事により得られる恒温冷媒材（図示せず）を脱気含浸させた炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シート２が周囲をPA（ポリアミド）、PE（ポリエチレン）等の樹脂製カバーフィルム３により覆い密封されており、本実施例では図中冷却シート材１の長手両端に封着部４を有している。上記フェルト状シート２の厚さ及び炭素繊維密度は含浸させる上記冷媒材の量、即ち使用条件、冷却能力に応じて任意に設定可能であり、具体的には「ドナカーボ・Ｓ」（大阪ガスケミカル（株））や「ダイアリード」（三菱化学産資（株））などの炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シート２が良好な熱伝導特性を示す。

前記炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シート２を構成する該炭素ピッチ系炭素繊維間に含浸保持された恒温冷媒材（図示せず）は適度なチキソトロピー性を有した前記懸濁液中に十水塩（Na₂SO₄・10H₂O）が微小結晶状態で分散析出しているが、外部発熱体（被冷却体）からの熱が吸熱された場合、該十水塩の結晶が融解熱として吸収し溶解、周囲の炭素ピッチ系炭素繊維を介して放熱して再結晶化するという吸熱−放熱の熱循環を硫酸ナトリウムの可逆的変態（相変化）の形で繰り返す事により、また、十水塩結晶の融解熱量が非常に大きい事により長時間約３２℃以下の温度を保ち続ける。
さらに前記硫酸ナトリウムが再結晶する際には、混合したスメクタイト懸濁液の適度なチキソトロピー性とフェルト状シート２の炭素ピッチ系炭素繊維が該結晶同士の接触結合による結晶大型化を妨げる方向に働く。

図２は構造基材としての炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シート２の両端部をカバーフィルム３より露出させた形態であり、予めフェルト状シート２の一部に樹脂溶着した圧縮帯６を設けた上で、恒温冷媒材（図示せず）を脱気含浸、さらにカバーフィルム３が両圧縮帯６間の恒温冷媒材含浸範囲を覆い、カバーフィルム封着部６にて溶着されている。
すなわち、図２の実施例では炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シート２の露出部７が冷却シート１の長手両端に生じる事になり、複数枚の冷却シート１における該露出部７同士を接触若しくは圧設支持接合する事により個々の冷却シート１間の熱循環が可能となる為、広い面積における冷却環境の対応も可能となる。

さらに図１におけるフェルト状シート２の周囲を覆うカバーフィルム３に防水処理を施した炭素ピッチ系炭素繊維から成る織布を用いる事により発熱体等の冷却に使用する場合、冷却シート１の表裏における吸放熱の効率を上げる事が可能となると共に、必要に応じて厚み方向に該冷却シート１を重ね合わせ、冷却容量を増加させる事や放熱側にヒートシンク等の放熱体を設ける事も可能となる。

なお、図１及び２において説明を容易にする為、恒温冷媒材（図示せず）を含浸保持させたフェルト状シート２と周囲を覆うカバーフィルム３間の間隙５等にも恒温冷媒材（図示せず）が充填された状態を説明しているが、これら間隙５等を作らず構造基材としてのフェルト状シート２に密着包含する形態でカバーフィルム３を施しても良い。いずれにしても含水食品である「豆腐」「しらたき」等のフイルム装丁同様脱気密封した形態となる。

以上説明したように本発明の冷却シートはフェルト状シートに冷媒材が浸透保持されている為、形状設定および曲げ等の加工、狭間への設置等使い勝手が容易となり幅広い応用範囲を提供する事となると共に少ない冷媒材量で高い冷却効率を得る事が出来る。具体的な使用例として氷温に適さない鮮魚、乳製品、検体（血液、臓器）用小型の保冷容器、輸送容器から、発熱機器冷却、建材として室温調整まで幅広く、設置に水密構造が不要な為、容器壁、機器筐体、建材を二重構造とし、狭間に配置するか、直接貼り付け設置が可能となる。

本発明の基本形及び、カバーフィルムを炭素繊維織布とした冷却シート材実施例の正面図及び平断面図である。フェルト状シートの端部露出形冷却シート材実施例の正面及び平断面図である。

符号の説明

１冷却シート
２炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シート構造基材
３カバーフィルム
４基本形保冷シート材におけるカバーフィルム封着部
５カバーフィルム、フェルト状シート構造基材間隙
６フェルト圧縮帯又は、カバーフィルム封着部
７端部露出形における露出部

Claims

炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シートを構造基材とし、該フェルト状シートに可逆的変態による吸熱媒体としての硫酸ナトリウムを主成分とした冷媒材を含浸保持させた事を特徴とする冷却シート材。
前記冷却シート材において、前記構造基材としての炭素ピッチ系炭素繊維から成るフェルト状シートの端部のみを該フェルト状シート周囲を覆うカバーフィルムより露出させた事を特徴とする請求項１記載の冷却シート材。
前記冷却シート材において、前記冷媒材を含浸保持させたフェルト状シート周囲を覆うカバーフィルムに防水処理を施した炭素ピッチ系炭素繊維から成る織布を用いた事を特徴とする請求項１記載の冷却シート材。