JP2008088223A

JP2008088223A - 冷却体

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Publication number: JP2008088223A
Application number: JP2006267894A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ichihara; 清二市原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】冷却効果を維持しながら、冷却体の保冷時間の長期化を実現した冷却体を提供すること。
【解決手段】冷媒１１を密閉容器１０内に収容した冷却体において、冷媒中に分散配置され冷媒中を移動可能な断熱性多孔質体１２を有することを特徴とする。特に、該断熱性多孔質体の比重は、冷媒の比重に略等しく、また、該断熱性多孔質体はセラミック材質で形成されていることが好ましい。多孔質のセラミックスとしては、パーライトなどの発砲石や、高温で焼成発砲させたものなどが利用可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷媒を密閉容器内に収容した冷却体に関し、特に、氷や冷蔵庫を使用すること無く、一定の温度に保冷保温が可能な冷却体に関するものである。

図１は、冷媒を利用した冷却体の原理説明概略図である。図１において、１は冷媒２を封入した封袋などの容器で、３は人体などの外部熱源である。冷媒物質２の結晶が外部熱源３から融解熱を吸収（矢印４）して融解し、容器１の表面で放熱（矢印６）し再び結晶となるため、容器１の内部で熱還流（矢印５）を生じ、融解と再結晶とを繰り返すことにより常に熱源３から熱を吸収し続ける。このため、例えば、この容器１を枕等に使用すれば、人の頭が外部熱源３となり、ここから熱を奪われるので頭は冷やされ、冷却効果のある枕が得られることになるのである。従来、この種の冷媒には、以下の特許文献１又は２のように、リン酸ナトリウムや硫酸ナトリウムが用いられていた。
実開昭５８−１９６６６７号公報実開平６−５２８１５号公報

しかしながら、これらの冷媒物質は、結晶は大きく、融解し難いため冷却効果が低く、物理的にも流動性に乏しく感触的な違和感が大きい。更に冷媒物質２を密封している容器１である封袋にピンホ−ルが生じやすく、寿命が短い等の欠点があり、理論的な恒温循環サイクルが巧く作用せず、冷却体としての実用効果に欠けるという問題があった。

この問題を解決し、極めてチキソ性（揺変性とも言う）の高い恒温冷媒を提供するため、本発明者は、以下の特許文献３に示すように、硫酸ナトリウムとアルミノ珪酸質からなるモンモリロナイト粘土を主成分とする活性ベントナイトを主成分として水を加えて調合した恒温冷媒を提示した。
特許第２８６９６３３号公報

他方、冷却体内の冷媒の温度は、熱源３からの吸熱効率と容器１の表面から放熱効率との関係で、時間の経過と共に変化する。例えば、人体が熱源であり、室温中に放熱する場合には、冷媒の重量が１ｋｇ以下であると、最初に１０℃に冷やした冷媒の温度は、時間の経過と共に徐々に上昇し、最後には体温付近でほぼ一定の状態となる。このように冷媒温度が、最初から所定温度（例えば、３０℃）に達するまでの時間を、当該冷却体の保冷時間であると仮定すると、この保冷時間をより長期化することは、冷却体の特性の中でも極めて重要な問題である。

本発明が解決する課題は、上述した問題を解決し、冷却効果を維持しながら、冷却体の保冷時間の長期化を実現した冷却体を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、冷媒を密閉容器内に収容した冷却体において、冷媒中に分散配置され冷媒中を移動可能な断熱性多孔質体を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の冷却体において、該断熱性多孔質体の比重は、冷媒の比重に略等しいことを特徴とする。
なお、本発明の「断熱性多孔質体の比重」とは、多孔質体の空隙が冷媒で充填され場合には、多孔質体を形成する材料の比重であり、多孔質体の空隙に冷媒だけでなく空気などを保持する場合には、多孔質体がその空隙に冷媒や空気などを保持した状態の比重を意味する。
また、本発明の「冷媒の比重に略等しい」とは、冷媒中に断熱性多孔質体が偏在することなく配置される程度に、上述した断熱性多孔質体の比重と冷媒の比重との差が無いことを意味する。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の冷却体において、該断熱性多孔質体の形状は、略球状であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却体において、該断熱性多孔質体はセラミック材質で形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却体において、該冷媒は、常温で結晶化し人体温で融解する成分を有していることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却体において、該冷媒は、ベントナイトを含むことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却体において、該密閉容器は、変形可能な袋体であることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、冷媒中に分散配置され冷媒中を移動可能な断熱性多孔質体を有するため、断熱性多孔質体内に冷媒を蓄積し、該蓄積された冷媒の温度変化を緩やかにすることが可能となる。しかも、断熱性多孔質体の周囲では冷媒が自由に熱還流を行うことができるため、冷却効果を維持しながら冷媒が所定温度までに達する時間である保冷時間を長期化することが実現できる。

請求項２に係る発明により、断熱性多孔質体の比重は、冷媒の比重に略等しいため、断熱性多孔質体が冷媒中に偏在することなく配置され、冷媒の熱還流を妨げることもない。

請求項３に係る発明により、断熱性多孔質体の形状は、略球状であるため、冷媒中を断熱性多孔質体がより自由に移動することが可能となるだけでなく、容器の壁面を破損することが無く、仮に、容器が変形自在の場合には、人体等の容器に接触する対象を傷つけることもない。

請求項４に係る発明により、断熱性多孔質体はセラミック材質で形成されているため、断熱性が高く、冷媒による腐食などの心配もない。また、外力により変形することが無いため、容器の外部から外力が加わった場合でも、多孔質体内部に保持した冷媒を多孔質体外部に放出することも無い。このため、多孔質体内に冷媒を安定的に保持でき、多孔質体内に蓄積した冷媒の温度変化が緩やかとなり、保冷時間の長期化を図ることが可能となる。

請求項５に係る発明により、冷媒は、常温で結晶化し人体温で融解する成分を有しているため、常温中でも人体への冷却効果を得ることが可能となる。

請求項６に係る発明により、冷媒は、ベントナイトを含むため、チキソ性の高い懸濁液を得ることができ、温度に対する反応が速く熱還流が効率よく行われるため、冷却効果も高い。また、冷媒の比重を調整する際に、硫酸ナトリウムなどの冷媒の吸熱や放熱に寄与する成分の含有総量を変化させることなく、ベントナイト及び水の添加量により比重の調整を容易に行うことも可能となる。

請求項７に係る発明により、密閉容器は、変形可能な袋体であるため、熱源の形状に合わせて容器が変形・密着し、効率的に熱源より吸熱を行うことができる。また、熱源が人体である場合には、人体への局所的な圧迫感を解消し、快適な冷却体を提供することが可能となる。

本発明に係る冷却体について、以下に詳細に説明する。
図２は、本発明の冷却体の断面図の概略を示した図である。密閉容器１０の中に冷媒１１が充填され、さらに冷媒中には断熱性多孔質体１２が分散配置されている。

本発明の冷却体に使用可能な冷媒には、熱源温度及び冷却体を取り巻く外部温度に応じて種々のものが使用可能である。例えば、熱源が人体であり、外部温度が室温（常温）である場合には、特許文献３に開示したような硫酸ナトリウムとベントナイトを主成分とする冷媒を使用することが好ましい。

特許文献３に基き冷媒について詳細に説明すると、硫酸ナトリウムとベントナイトを主成分とし、これに適量の水を調合して硫酸ナトリウムの結晶を小さくして極めてチキソ性の高い恒温冷媒を得ることが可能である。硫酸ナトリウムを水で水和させることにより飽和液と結晶液の混合物質が生ずる。この結晶は約３２℃前後で融解し、温度が下がると再び結晶となる性質を有している。詳しくは、炭酸ナトリウムまたは水酸化ナトリウムを硫酸で中和した水溶液から、３２．３８℃以下で硫酸ナトリムの１０水塩（Ｎａ_２ＳＯ_４１０Ｈ_２Ｏ）が晶出する。この１０水塩は、工業的には結晶茫硝またはグラウバー塩とも呼ばれ３２．３８℃以上で融解し、結晶茫硝の飽和溶液と結晶水に溶けきれずに残る無水茫硝とに変化する。この際、５８．３Ｋｃａｌ／Ｋｇもの大きな融解熱を吸収する。

冷媒は、この結晶茫硝にベントナトと適量の水を加えて調合して得られる。冷媒に使用するベントナイトは、極めて微細アルミノ珪酸物質からなるモンモリロナイト粘土（通称、酸性白土と言う）を主成分とする活性ベントナイトが好ましく、「ベンクレイＭＫ」と言う商品名でも発売されており、非常にチキソ性の高い懸濁液が得られる。また、適量の炭素繊維や合成樹脂の微細粒子を恒温冷媒の結晶調整材として添加することにより、適度の柔軟性と流動性を付与することができる。

ベントナイトの使用量は、総重量の１重量％〜１０重量％であり、好ましくは２重量％〜５重量％であり、特に冷却体をマットとして使用する場合には、２重量％〜５重量％が適量である。ベントナイトの量が１重量％未満では、結晶が微細化しないので懸濁性が悪く好ましくなく、またベントナイトの量が１０重量％を越えると、流動性が悪くなり冷媒効果を減じるので好ましくない。

一例として、硫酸ナトリウム・１０水塩５００重量部、ベントナイト３０重量部及び水５００重量部を十分混合して製造した冷媒は、硫酸ナトリウム・１０水塩の結晶が小さく、ベントナイトとの懸濁液は、チキソ性の高いもので、手触りは良好であり、冷却効果を十分保持するものであった。

また、ベントナイトには、上述したチキソ性の高い懸濁液を得ることや、冷却効果を高める効果の他に、冷媒の比重を調整する上で重要な役割も担っている。後述するように、断熱性多孔質体の比重と冷媒の比重とを略等しくすることが重要であり、硫酸ナトリウムなどの冷媒の吸熱や放熱に寄与する成分の含有総量を変化させない場合には、ベントナイト及び水の添加量により比重の調整を容易に行うことができる。

次に、本発明に使用する断熱性多孔質体について、説明する。
断熱性多孔質体の役割は、断熱性多孔質体内に冷媒を蓄積し、該蓄積された冷媒の温度変化を緩やかにすると共に、断熱性多孔質体を冷媒中に分散配置し、冷媒中を移動可能な状態とすることで、断熱性多孔質体の周囲では冷媒が自由に熱還流を行うことを可能とし、結果として、冷却効果を維持しながら冷媒が所定温度までに達する時間である保冷時間を長期化することを可能とする。

このような断熱性多孔質体の役割を実現できるものであれば、多孔質体の材質、形状は特に限定されない。
断熱性多孔質体の重要な特性としては、断熱性多孔質体の比重を冷媒の比重に略等しくすることである。これは、断熱性多孔質体が冷媒中に偏在することなく配置され、冷媒の熱還流を妨げることもない。

また、断熱性多孔質体の形状は、球状や多面体など各種の形状が採用可能であるが、表面が曲面で形成された略球状とすることで、冷媒中を断熱性多孔質体がより自由に移動することが可能となるだけでなく、容器の壁面を破損することが無く、仮に、容器が変形自在の場合には、人体等の容器に接触する対象を傷つけることもない。また、数ミリから数センチ程度の径を有する多孔質体を使用することで、人体へのマッサージ効果も期待することができる。なお、数ミリ未満、特に１ｍｍ未満の粒径では、多孔質体が十分な冷媒を蓄積することが困難であり、保冷時間を長期化させる効果が期待できない。

断熱性多孔質体の材質としては、セラミック、金属、樹脂など種々の材料が採用可能であるが、硫酸ナトリウムや水などの冷媒を構成する成分に対する耐腐食性が高く、さらに断熱性が高いことから、セラミック材質がより好適に使用可能である。多孔質のセラミックとしては、パーライトなどの発泡石や、セラミック材料を高温で焼成発泡させたものなどが利用可能である。
また、断熱性多孔質体の材質の選択においては、多孔質体が外力により変形することが無い程度に機械的強度が高いことが好ましい。これは、容器の外部から外力が加わった場合でも、多孔質体内部に保持した冷媒を多孔質体外部に放出することも無いためである。

冷媒に対する断熱性多孔質体の添加量は、冷媒の総重量に対し、５〜２０重量％の範囲が好ましい。多孔質体の添加量が増加すると、冷媒の熱還流が阻害され、冷却効果が低下する原因となる。また、添加量が不足すると保冷時間の長期化の効果が減退することとなる。

密閉容器としては、容器外部と内部の冷媒との間で熱伝達できるものであれば、材質、形状、また機械的強度は任意のものが採用可能である。例えば、密閉容器として、気密且つ柔軟性に富む合成樹脂性の封袋で、塩化ビニールのような気密性の高い合成樹脂膜が使用できる。この場合は、上述したような硫酸ナトリウムとベントナイトを主成分とし、適量の水で調合した冷媒の特性と相まって、冷却体をマットや枕などに使用する際に人体に快適な感触の柔軟性を付与することが可能となる。

また、密閉容器の形状も、図２に示すような直方体あるいは袋状のものに限らず、冷媒の熱還流を阻害しない範囲で、ドーナツ状や複数の空間に区切ったものなど、多種多様な形状が可能である。また、容器を構成する袋の上下内面を接着してマットの厚さや平坦性を維持したり、適当な模様例えば碁盤の目状に連続する線状の接着部や円や芸術的な模様の接着部を設けることも可能である。

本発明の冷却体について、保冷時間の効果を検証した。
冷媒として、硫酸ナトリウム・１０水塩５００重量部、ベントナイト３０重量部及び水５００重量部を十分混合して製造した懸濁液を使用した。
断熱性多孔質体として、パーライトを使用し、冷媒に対して、１０重量％（実施例１）、１５重量％（実施例２）添加したもののと、比較例として断熱性多孔質を添加しないものとを調製し、塩化ビニールの袋体に、各総重量が約８００ｇとなるように封入し、実施例１及び２並びに比較例の試料を作成した。

試験方法としては、空調機で室温を約２６℃に保ち、室内中央に配置したベッドに男性一人が試料を枕として横になり、枕の温度変化を測定した。枕の初期温度は１０℃に設定した。
図３に、各試料の温度変化の様子を示す。

所定温度を室温と同じ２６℃とした場合には、比較例の保冷時間は約２．４時間であったのに対し、実施例１の場合は約３．２時間、実施例２の場合は約３．０時間であった。
また、所定温度を３０℃とした場合には、比較例の保冷時間は約２．９時間であったのに対し、実施例１の場合は約５．３時間、実施例２の場合は約５．０時間であった。
この結果からも、本発明の冷却体においては、保冷時間が格段に増加していることが容易に理解される。

以上、説明したように、本発明によれば、冷却効果を維持しながら、冷却体の保冷時間の長期化を実現した冷却体を提供することが可能となる。

冷却体の原理を示す概略図である。本発明の冷却体の断面を示す概略図である。冷却体の保冷時間に係る試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１，１０密閉容器
２，１１冷媒
３熱源
４吸熱
５熱還流
６放熱
１２断熱性多孔質体

Claims

冷媒を密閉容器内に収容した冷却体において、
冷媒中に分散配置され冷媒中を移動可能な断熱性多孔質体を有することを特徴とする冷却体。
請求項１に記載の冷却体において、該断熱性多孔質体の比重は、冷媒の比重に略等しいことを特徴とする冷却体。
請求項１又は２に記載の冷却体において、該断熱性多孔質体の形状は、略球状であることを特徴とする冷却体。
請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却体において、該断熱性多孔質体はセラミック材質で形成されていることを特徴とする冷却体。
請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却体において、該冷媒は、常温で結晶化し人体温で融解する成分を有していることを特徴とする冷却体。
請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却体において、該冷媒は、ベントナイトを含むことを特徴とする冷却体。
請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却体において、該密閉容器は、変形可能な袋体であることを特徴とする冷却体。