JP2016211750A - 蓄熱パックおよび熱交換ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】受熱体と蓄熱材との密着性を高めることによって、温度管理性能を向上させることを可能とする蓄熱パックおよび熱交換ユニットを提供する。【解決手段】受熱体の温度を管理する蓄熱パック１００であって、予め定められた温度で相変化する第１の蓄熱材から構成される蓄熱層１０１と、前記第１の蓄熱材の相変化温度で柔軟性を有するとともに、熱伝達性を有する第２の蓄熱材から構成される接触層１０３と、を備え、前記接触層１０３は、前記受熱体と接触し、前記受熱体と前記蓄熱層１０１との間の熱伝達を行なう。【選択図】図１

Description

本発明は、受熱体の温度を管理する蓄熱パックおよび熱交換ユニットに関する。

従来から、食材や飲料等を保冷または保温するための技術が知られている。これらを実現するために潜熱蓄熱材（以下、単に蓄熱材ともいう）を用いることが有効である。

特許文献１では、保冷容器の内壁に保冷剤を着脱自在に取り付け可能とする固定手段を設けることで、従来のワインクーラーに比べ、簡単な構造で、且つワインボトルに水滴が付着しにくく、ワインボトルを挿入し易い保冷容器を提供することを可能にする技術が開示されている。

特開２０１０−０４７３１３号公報

しかしながら、例えば、赤ワインを常温２５℃から飲み頃である１７℃に冷却する際に、従来のワインクーラーでは０℃の氷水等を中心とした蓄熱材を使用するため、ワインが冷えすぎてしまう上に、適温で温度の維持管理を行なうことができないという問題点があった。

また、特許文献１では、ワインボトルに水滴が付着しにくいものの、水を蓄熱材として使用しているため、急冷するためには蓄熱材の量を極端に増やさなければならない。蓄熱材の量を増やすと、０℃での温度維持は可能であるが、例えば、赤ワイン（適温１７℃）、白ワイン（適温１０℃）、スパークリングワイン（適温５℃）を適温で温度維持することはできない。また、蓄熱材の量を減らすなどの調節を行なえば、これらを適温で温度維持することはできるが、長時間の維持管理を行なうことは難しい。更に、蓄熱材の量を減らすことにより、急冷効果も低下してしまう課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、受熱体と蓄熱材との密着性を高めることによって、温度管理性能を向上させることを可能とする蓄熱パックおよび熱交換ユニットを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の蓄熱パックは、受熱体の温度を管理する蓄熱パックであって、予め定められた温度で相変化する第１の蓄熱材から構成される蓄熱層と、前記第１の蓄熱材の相変化温度で柔軟性を有するとともに、熱伝達性を有する第２の蓄熱材から構成される接触層と、を備え、前記接触層は、前記受熱体と接触し、前記受熱体と前記蓄熱層との間の熱伝達を行なう。

このように、第２の蓄熱材は、第１の蓄熱材の相変化温度において、凝固せず流体性を有し、そして、熱伝達性を有しているので、第２の蓄熱材を受熱体に密着させることができ、更に、温度管理性能、例えば急冷性能、を向上させることができる。

（２）また、本発明の蓄熱パックにおいて、前記第２の蓄熱材は、前記第１の蓄熱材より低い融点をもつ。このように、第２の蓄熱材は、第１の蓄熱材より低い融点をもっているので、常に、第２の蓄熱材と受熱体が密着している状態を保つことができる。

（３）また、本発明の蓄熱パックにおいて、前記第２の蓄熱材の比熱は、２．５Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）よりも大きい。このように、第２の蓄熱材に比熱の大きい蓄熱材を用いることによって、冷却できる温度をより低く、加熱できる温度をより高くさせることができる。

（４）また、本発明の蓄熱パックにおいて、前記蓄熱層は、前記接触層で包含されている。このように、蓄熱層を接触層で包含することにより、蓄熱パックとして扱いやすさを向上させ、用途を広げることができる。

（５）また、本発明の蓄熱パックにおいて、前記接触層は、短冊状に形成されている。このように、接触層を短冊状に形成し、形を統一することにより、複数の蓄熱パックを組み合わせて用いることが容易になる。

（６）また、本発明の蓄熱パックにおいて、前記第１および第２の蓄熱材は、予め定められた濃度を有し、前記蓄熱層の質量は、少なくとも前記接触層の質量以上である。このように、蓄熱層の質量を接触層の質量以上にすることにより、密着性を保ちつつ、温度管理性能、例えば急冷性能、を更に向上させることができる。

（７）また、本発明の熱交換ユニットは、上記記載の蓄熱パックを少なくとも一つ有し、受熱体の温度管理を行なう。このように、上記記載の蓄熱パックを少なくとも一つ有するので、第２の蓄熱材を受熱体に密着させることができ、更に、温度管理性能、例えば急性性能、を向上させることができる熱交換ユニットを提供することができる。

（８）また、本発明の熱交換ユニットは、前記第１の蓄熱材の量および前記第２の蓄熱材の量が異なる複数種類の蓄熱パックが連設されている。このように、複数種類の蓄熱パックを連設するので、受熱体の温度のばらつきを低くし、その結果、受熱体の温度を均一化することができる。

（９）また、本発明の熱交換ユニットは、いずれかの前記蓄熱パックが交換可能に構成されている。このように、蓄熱パックの交換が可能であるので、受熱体に応じた蓄熱パックを設置することができ、受熱体の温度を、急速にユーザの所望する温度にすることができる。

（１０）また、本発明の熱交換ユニットは、前記接触層のみからなる蓄熱パックを更に備える。このように、蓄熱層を包含した接触層から構成される蓄熱パックの他、接触層のみから構成される蓄熱パックを更に備えるので、接触層のみから構成される蓄熱パックの温度をより低く設定することにより、急冷性能を向上させることができる。

本発明によれば、受熱体と蓄熱材との密着性を高めることによって、温度管理性能を向上させることが可能になる。

（ａ）、（ｂ）蓄熱パックの透視図である。 （ａ）、（ｂ）実施例１における受熱体および熱交換ユニットの断面図である。 受熱体の温度の測定位置を示した図である。 実施例１における受熱体の温度変化を示したグラフである。 実施例２における受熱体の温度変化を示したグラフである。 実施例３における受熱体および熱交換ユニットの断面図である。 実施例３で使用する蓄熱材とその融点をまとめた図である。 実施例３における受熱体の温度変化を示したグラフである。 実施例４における受熱体の温度変化を示したグラフである。 実施例５における受熱体の温度変化を示したグラフである。 本発明の実施形態にかかる蓄熱パックの配置の一例を示した概略図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）実施例６における蓄熱パックの形状と配置例を示した図である。 実施例６における受熱体の温度変化を示したグラフである。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）実施例７における蓄熱パックの形状と配置例を示した図である。 実施例７における受熱体の温度変化を示したグラフである。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）実施例８における蓄熱パックの形状と配置例を示した図である。 実施例８における受熱体の温度変化を示したグラフである。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）実施例９における蓄熱パックの形状と配置例を示した図である。 ＴＢＡＢの潜熱の温度変化を示すグラフである。 実施例９における受熱体の温度変化を示したグラフである。 接触層の不凍液および蓄熱層の蓄熱材の材料量（ｇ）の比率を示した図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｂ´）実施例１１における本発明の使用例である。 （ａ）、（ｂ）実施例１２における本発明の使用例である。 （ａ）、（ｂ）実施例１３における本発明の使用例である。

本発明者らは、熱伝達効率には、蓄熱材がもつ潜熱量および受熱体と蓄熱材との間の密着性が大きく影響することに着目し、受熱体と接触する蓄熱材に液状の蓄熱材を用いることにより、密着性を高めることができ、その結果、温度管理性能を向上させることができることを見出し、本発明をするに至った。

すなわち、本発明の蓄熱パックは、予め定められた温度で相変化する第１の蓄熱材から構成される蓄熱層と、前記第１の蓄熱材の相変化温度で柔軟性を有するとともに、熱伝達性を有する第２の蓄熱材から構成される接触層と、を備え、前記接触層は、前記受熱体と接触し、前記受熱体と前記蓄熱層との間の熱伝達を行なう。

この構成により、本発明者らは、第２の蓄熱材を受熱体に密着させることができ、更に、温度管理性能、例えば急冷性能、を向上させることを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。ここでは、一例として、一般家庭において、ワイン（水）の入ったワインボトル（以下、受熱体ともいう）を所望の温度に素早く到達させる場合を想定し説明するが、これに限らない。

（熱交換ユニットの構成）
熱交換ユニットは、樹脂容器および一つ以上の蓄熱パックから構成され、蓄熱パック内には蓄熱材が封入されている。そして、樹脂容器および蓄熱パックは、径方向の外側から内側に向かって、樹脂容器および蓄熱パックの順で設けられている。さらに、蓄熱パックの径方向の内側に受熱体を設置することができる。

ここで、蓄熱とは、熱を一時的に蓄え、必要に応じてその熱を取り出す技術をいう。蓄熱方式としては、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱、化学蓄熱等があるが、本実施形態では、専ら潜熱蓄熱を利用する。潜熱蓄熱は、物質の潜熱を利用して、物質の相変化の熱エネルギーを蓄える。潜熱蓄熱は、蓄熱密度が高く、出力温度が一定である。潜熱蓄熱を利用する蓄熱材には、氷（水）、パラフィン（一般式ＣｎＨ２ｎ＋２で表される飽和鎖式炭化水素の総称）、無機塩水溶液、無機塩水和物、包接水和物などの潜熱蓄熱部材が用いられる。

蓄熱材に用いられる無機塩水溶液として、塩化カリウム（ＫＣｌ）を水に溶解した水溶液、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）を水に溶解した水溶液、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を水に溶解した水溶液、又は塩化カリウムと炭酸水素カリウムの二種類を水に溶解した水溶液等が挙げられるが、本発明において蓄熱材はこれらの水溶液に限定されない。

蓄熱材に用いられる無機塩水和物として、硫酸ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＳＯ_４・１０Ｈ_２Ｏ）、酢酸ナトリウム三水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物とリン酸水素二カリウム六水和物との二元系組成物（融解点５℃）、硝酸リチウム三水和物を主成分とする硝酸リチウム三水和物と塩化マグネシウム六水和物との二元系組成物（融解点８〜１２℃）または硝酸リチウム三水和物−塩化マグネシウム六水和物−臭化マグネシウム六水和物の三元系組成物（融解点５．８〜９．７℃）等が挙げられるが、本発明において蓄熱材はこれらの無機塩水和物に限定されない。

そして、蓄熱材は、相変化温度の異なる二つ以上の蓄熱材料から構成しても良い。例えば、−２１℃に相変化温度を有する蓄熱材料Ａ（ｅｘ．ＮａＣｌ＿２０ｗｔ％水溶液）と、１２℃に相変化温度を有する蓄熱材料Ｂ（ｅｘ．ＴＢＡＢ＿４０ｗｔ％水溶液）の二種類の蓄熱材料から構成される一つの蓄熱材を用いても良い。この蓄熱材を一般の冷凍室（−１８℃近辺）で凍結させると、−２１℃の蓄熱材料Ａ部分は凍結せず、１２℃の蓄熱材料Ｂ部分のみが凍結した状態、つまり半分凍結した蓄熱材となる。この蓄熱材を受熱体に巻き付ければ、ある程度フレキシブル性を有することから、ある程度の密着性を確保するとともに、１２℃近辺では凍結した部分の蓄熱材料Ｂが冷凍室内で蓄えた潜熱を受熱体に与えることが可能となる。相変化温度の異なる二つ以上の蓄熱材料で蓄熱材を構成することにより、所定の温度で一つの蓄熱材料が凍結した場合であっても、他方の蓄熱材料が凍結していないため、柔軟性を有し、受熱体に対する密着度を高めることが可能となる。本発明において蓄熱材はこれらの無機塩水和物に限定されない。

（蓄熱パックの構造）
次に、蓄熱パックの構造について説明する。図１（ａ）は、蓄熱パック１００を上から見た透視図である。また、図１（ｂ）は、蓄熱パック１００を横から見た透視図である。図１（ａ）（ｂ）に示す通り、蓄熱パックは、予め定められた温度で相変化する蓄熱材（第１の蓄熱材）で構成された蓄熱層１０１と、第１の蓄熱材が凝固しても常に凝固しない相変化温度の異なる第２の蓄熱材で構成された接触層１０３を備える。以下、説明をわかりやすくするため、第１の蓄熱材を単に蓄熱材ということがある。また、前述した通り、第２の蓄熱材は第１の蓄熱材が凝固しても常に凝固しない相変化温度の異なる蓄熱材を用いるため、第２の蓄熱材を不凍液ということがある。

［実施例１］
蓄熱パックは、第１の蓄熱材をパックに封入した蓄熱層、および蓄熱層と第２の蓄熱材が封入された接触層で構成されている。このように、蓄熱層は接触層に覆われている構造でも良いし、蓄熱層と接触層が隣接した２層構造でも良い。

ここで、蓄熱パックの構成と熱伝達率の関係について検証する。図２（ａ）（ｂ）は、実施例１における受熱体および熱交換ユニットの断面図である。図２（ａ）は、受熱体（ワインボトル）１を、液体の蓄熱材（不凍液）２１で直接覆った場合の構成を示している。樹脂容器３には、受熱体（ワインボトル）１およびパック化されていない液体の蓄熱材（不凍液、ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％）２１が入っている。この構成では、受熱体（ワインボトル）１を液体の蓄熱材で直接覆っているため、受熱体（ワインボトル）と蓄熱材が１００％密着する理想的な構成となっている。

図２（ｂ）は、受熱体（ワインボトル）１を、パック化した液体の蓄熱材（ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％）（以下、液体パックともいう）２３またはゲル化した蓄熱材をパック化した蓄熱材（ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％）（以下、ゲルパックともいう）２３で覆った場合の構成を示している。製品化するには、蓄熱材をパック化するなどして包装する必要があるため、現実的な構成である。また、蓄熱材に形状安定性をもたせるには、蓄熱材をゲル化するのが好ましい。次に、図２（ａ）（ｂ）における受熱対１の温度変化の比較を行なう。

図３は、受熱体１の温度の測定位置を示した図である。受熱体１の温度の測定位置は、ボトル上から１３ｃｍ（上）、１７ｃｍ（中）、２２ｃｍ（下）の３箇所を測定する。ただし、各実施例の結果として記す値は、１７ｃｍ（中）の位置の値である。受熱体（ワインボトル）１は、高さ３０ｃｍのボルドー型、ブルゴーニュ型を実験に使用する。

図４は、図２（ａ）（ｂ）における受熱体の温度変化を示したグラフである。熱伝達率は、液体で直接受熱体を覆った場合と比較し、液体パックは熱伝達率が３８％低下し、ゲルパックは熱伝達率６４％低下した。つまり、蓄熱材をパック化、ゲル化すると熱伝達率は低下し、その結果、急冷速度が低下することが分かった。

［実施例２］
（接触層の蓄熱材）
蓄熱パックの構成として、液体蓄熱材に直接接触させて冷却することが一番好ましい構成であることは実施例１に示した通りである。しかし、実際に使用するには扱いにくい。そこで、本発明者らは、液体パックやゲルパックであっても、使用する温度で凍結せず、且つ比熱の高い材料を用いることにより、液体受熱体との密着率を高めつつ、熱伝達率の低下を抑えることができると考えた。

不凍液として、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％）水溶液と、プロピレングリコールを用いて、熱伝達率の測定を行なった。材料の熱伝達率を測定するため、測定は、蓄熱材（不凍液）はパック化、ゲル化はせず、樹脂容器に直接不凍液が入っている図２（ａ）に示す構成で行なった。

図５は、実施例２における受熱体の温度変化を示したグラフである。塩化ナトリウム水溶液は、水に近い比熱をもっている。また、塩化ナトリウム水溶液は、プロピレングリコールと比較すると、１．７倍の比熱があるため、熱伝達率が良く、冷却速度を高めることが可能であると分かった。

［実施例３］
（蓄熱層の蓄熱材）
蓄熱層の蓄熱材は、水より更に融点の低い蓄熱材を用いることによって、急冷速度を向上させることができる。これについて、以下の検証を行なった。

受熱体（ワインボトル）を常温２５℃付近から所定の温度へ急冷させる場合を考える。受熱体を素早く急冷させるためには、蓄熱材の融点を低くすればするほど、急冷速度を上げることができると考えられる。ここでは、一般家庭用冷凍庫（−１８℃）で凍結することができる主な蓄熱材として、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ_３）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）を用いて検証を行なうが、これらに限らない。

図６は、実施例３における受熱体１および熱交換ユニットの断面図である。受熱体（ワインボトル）１に対して、蓄熱材９の熱を伝わり易くするため、蓄熱材（不凍液）２１はパック化、ゲル化はせず、樹脂容器３に直接不凍液２１が入っている。

図７は、実施例３で使用する蓄熱材とその融点をまとめた図である。各蓄熱材をパックに封入し、一般家庭用冷凍庫（約−１８℃）で凍結させる。また、−１８℃で凍結しない不凍液（塩化ナトリウム＿２３ｗｔ％水溶液）も冷凍庫で冷却する。

図６に示すように、樹脂容器３に受熱体（ワインボトル）１を配置し、受熱体（ワインボトル）１と樹脂容器３の隙間に、蓄熱材（１５０ｇ）９を配置し、不凍液（ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％水溶液）（６００ｍｌ）２１を流し込み、受熱体（ワインボトル）１の温度変化を調べた。

図８は、実施例３における受熱体の温度変化を示したグラフである。蓄熱材の融点が低いほど温度降下時の傾きが急になることが確認できた。その結果、受熱体の温度を所定の温度に急冷するためには、より融点が低いものを選択することが望ましいことが分かった。

次に、蓄熱材、蓄熱材の量、または蓄熱材の組み合わせに応じて、受熱体に応じた適温に急冷し、温度維持することができるかについて、検証した。

［実施例４］
（白ワインの場合）
図６の熱交換ユニットにおいて、ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（４００ｇ）とＫＣｌ＿２０ｗｔ％（１５０ｇ）から構成される蓄熱材を用いて、受熱体（ワインボトル）１を冷却させる。

図９は、実施例４における受熱体の温度変化を示したグラフである。ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（４００ｇ）とＫＣｌ＿２０ｗｔ％（１５０ｇ）から構成される蓄熱材を用いることによって、２０分で常温２５℃から白ワインの適温（約１０℃）まで受熱体の温度を冷却することができ、更にその後、８０分程度温度を維持できることが分かった。

［実施例５］
（スパークリングワインの場合）
次に、図６の熱交換ユニットにおいて、ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（８００ｇ）とＫＣｌ＿２０ｗｔ％（２００ｇ）から構成される蓄熱材を用いて、受熱体（ワインボトル）１を冷却させる。

図１０は、実施例５における受熱体の温度変化を示したグラフである。ＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（８００ｇ）とＫＣｌ＿２０ｗｔ％（２００ｇ）蓄熱材を用いることによって、２５分で常温２５℃からスパークリングワインの適温（約５℃）まで受熱体の温度を冷却することができ、更にその後、８０分程度温度を維持できることが分かった。

このように、蓄熱材の材料を換えることにより、様々な受熱体を適温に急冷し、温度維持することが可能となる。

（蓄熱パックの形状と配置）
図１１は、本発明の実施形態にかかる蓄熱パックの配置の一例を示した概略図である。従来は、氷水に直接ワインボトルを浸けるので、密着性は非常に良いが、取り出す度にワインボトルに付いた水滴をふき取らなければならなかった。そこで、蓄熱パック１００を図１１に示したような配置でワインボトル１に巻き付ける構成を考えた。この構成は、密着性は氷水と比較すると低下するが、氷水などの液体に浸ける構成ではないため、ワインボトル１の水滴をふき取る必要がない。密着性を向上させるため、蓄熱パック１００は、ワインボトル１に巻き付け易い蛇腹構造で配置されていることが好ましい。また、ワインボトル１と蓄熱パック１００との密着性を向上させるため、蓄熱パック１００の外側に押圧部材１３を配置する。蓄熱パック１００の形状と配置について、以下に、ワインを適温（赤ワイン：約１７℃、白ワイン：約１０℃、スパークリングワイン：約５℃）に冷却する具体例を用いて、説明する。

［実施例６］
（赤ワインの場合）
図１２（ａ）〜（ｄ）は、受熱体を赤ワインの適温（約１７℃）にするための蓄熱パックの形状と配置例を示した図である。図１２（ａ）の紙面に対して上側のＡの蓄熱パックは、［本実施例では、幅６ｃｍ、高さ９ｃｍ］のパック内に、ＮａＣｌ＿１５ｗｔ％（ＣＭＣ＿１％）半凍結材が封入された蓄熱パックである（図１２（ｂ））。図１２（ａ）の紙面に対して下側のＢの蓄熱パックは、［本実施例では、幅３．５ｃｍ、高さ１１ｃｍ］の蓄熱層にＴＢＡＢ＿４０ｗｔ％の蓄熱材（１５ｇ）が、［本実施例では、幅４．５ｃｍ、高さ１３ｃｍ］の接触層にＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（ＣＭＣ＿１％）の不凍液（１５ｇ）が封入された蓄熱パックである（図１２（ｃ）（ｄ））。受熱体の上部の急冷速度を上げるため、上部には、ＮａＣｌ半凍結材料を使用し、急冷後に温度を１６〜１８℃で維持するため、下部には融点が１２℃の蓄熱材を使用する。

図１３は、図１２（ａ）〜（ｄ）の蓄熱パックを巻き付けた受熱体の温度変化を示したグラフである。図１２（ａ）〜（ｄ）の構成をもつ蓄熱パックを用いることによって、１５分で常温２５℃から赤ワインの適温（約１８℃）まで、受熱体を冷却することができ、更にその後、１２０分程度温度を維持できることが分かった。

［実施例７］
（スパークリングワインの場合）
図１４（ａ）〜（ｅ）は、受熱体をスパークリングワインの適温（約５℃）にする蓄熱パックの形状と配置例を示した図である。図１４（ａ）の紙面に対して上側のＡの蓄熱パックは、［本実施例では、幅５．５ｃｍ、高さ８．５ｃｍ］の蓄熱層にＫＣｌ＿２０ｗｔ％またはＮＨ４Ｃｌ＿１８ｗｔ％の蓄熱材（３０ｇ）が、［本実施例では、幅６．５ｃｍ、高さ１０．５ｃｍ］の接触層にＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（ＣＭＣ＿１％）の不凍液（２０ｇ）が封入された蓄熱パックである（図１４（ｂ）（ｃ））。図１４（ａ）の紙面に対して下側のＢの蓄熱パックは、［本実施例では、幅５ｃｍ、高さ１１ｃｍ］の蓄熱層にＫＣｌ＿２０ｗｔ％またはＮＨ４Ｃｌ＿１８ｗｔ％の蓄熱材（３５ｇ）が、［本実施例では、幅６ｃｍ、高さ１３ｃｍ］の接触層にＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（ＣＭＣ＿１％）の不凍液（３０ｇ）が封入された蓄熱パックである（図１４（ｄ）（ｅ））。

図１５は、図１４（ａ）〜（ｅ）の蓄熱パックを巻き付けた受熱体の温度変化を示したグラフである。図１４（ａ）〜（ｅ）の構成をもつ蓄熱パックを用いることによって、３０分で常温２５℃からスパークリングワインの適温（約６℃）まで、受熱体を冷却することができ、更にその後、９０分程度温度を維持できることが分かった。また、融点の低いＮＨ４Ｃｌ系材料の方が、急冷速度が速いことが分かった。

［実施例８］
（白ワインの場合）
図１６（ａ）〜（ｅ）は、受熱体を白ワインの適温（約１０℃）にする蓄熱パックの形状と配置例を示した図である。図１６（ａ）の紙面に対して上側のＡの蓄熱パックは、［本実施例では、幅５．５ｃｍ、高さ８．５ｃｍ］の蓄熱層にＫＣｌ＿２０ｗｔ％の蓄熱材（２０ｇ）が、［本実施例では、幅６．５ｃｍ、高さ１０．５ｃｍ］の接触層にＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（ＣＭＣ＿１％）の不凍液（１５ｇ）が封入された蓄熱パックである（図１６（ｂ）（ｃ））。図１６（ａ）の紙面に対して下側のＢの蓄熱パックは、［本実施例では、幅５ｃｍ、高さ１１ｃｍ］の蓄熱層に水蓄熱材（３５ｇ）が、［本実施例では、幅６ｃｍ、高さ１３ｃｍ］の接触層にＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（ＣＭＣ＿１％）の不凍液（３０ｇ）が封入された蓄熱パックである（図１６（ｄ）（ｅ））。

図１７は、図１６（ａ）〜（ｅ）の蓄熱パックを巻き付けた受熱体の温度推移を示したグラフである。図１６（ａ）〜（ｅ）の構成をもつ蓄熱パックを用いることによって、２７分で常温２５℃からスパークリングワインの適温（約１１℃）まで冷却することができ、更に若干温度は低めだが、その後、１５０分程度温度を維持できることが分かった。

［実施例９］
（白ワインの場合）
別の蓄熱材を用いて、ワインボトルを冷却した結果を、以下に記す。図１８（ａ）〜（ｅ）の蓄熱パックにおいて、図１８（ａ）の紙面に対して上側のＡの蓄熱パックに、［本実施例では、幅５．５ｃｍ、高さ８．５ｃｍ］の蓄熱層にＫＣｌ＿２０ｗｔ％の蓄熱材（２０ｇ）、および［本実施例では、幅６．５ｃｍ、高さ１０．５ｃｍ］の接触層にＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（ＣＭＣ＿１％）の不凍液（２０ｇ）を、図１８（ａ）の紙面に対して下側のＢの蓄熱パックには、［本実施例では、幅５ｃｍ、高さ１１ｃｍ］の蓄熱層にＴＢＡＢ＿２５ｗｔ％の蓄熱材（３０ｇ）、および［本実施例では、幅６ｃｍ、高さ１３ｃｍ］の接触層にＮａＣｌ＿２３ｗｔ％（ＣＭＣ＿１％）の不凍液（３０ｇ）が封入し、ワインボトルを冷却する。

図１９は、ＴＢＡＢ（テトラブチルアンモニウムブロミド）の温度変化を示すグラフである。白ワインの保冷温度は９〜１１℃のため、保冷用蓄熱材料としては融点が１２℃のＴＢＡＢを用いるが、急冷するためにはできるだけ融点の低い蓄熱材を用いるのが好ましい。ＴＢＡＢは、共晶濃度（４０ｗｔ％）より濃度を低くすると０℃にも潜熱をもつ（水の融点）。この０℃での潜熱とＴＢＡＢの潜熱を用いて急冷と保冷を効率良く行なうことができる。

図２０は、蓄熱材にＴＢＡＢを用いた場合の受熱体の温度変化を示したグラフである。２４分で常温２５℃から白ワインの適温（約１１℃）まで冷却することができ、更にその後、目標温度付近で１２５分異常温度を維持できることが分かった。潜熱材料として水以外の蓄熱材を用いることにより、ワインを適温に冷却することが可能となる。

［実施例１０］
（温める場合）
次に、冷やしすぎてしまったワインボトル、例えば冷蔵庫に入っていて３℃になったワインを温める構成についても検証する。蓄熱パックは、テトラブチルアンモニウムフルオリドＴＢＡＦ水溶液（融点２５〜２８℃）の蓄熱層と、水（融点０℃）の接触層から構成される。この蓄熱パックを３０℃以上の環境で保温し、蓄熱層の蓄熱材も液体の状態にしておく。その蓄熱パックを冷蔵庫で冷えすぎてしまったワインボトルに巻き付ける。蓄熱材はワインボトルに対して潜熱を放熱し、蓄熱層は２５〜２８℃以下になると凍結（相変化）を始める。蓄熱層が潜熱を放熱している間は、蓄熱パックの温度は一定であり、ワインボトルの温度だけが上がり続ける。蓄熱層の蓄熱材が固体化しても、接触層の不凍液は液体のままであるため、密着度は高いまま、ボトルの温度を適温に効率良く上げることができる。

図２１は、以上に説明した蓄熱パックについて、飲料の種類に応じた適温にするための接触層の不凍液および蓄熱層の蓄熱材の材料量（ｇ）の比率をまとめたものである。接触層の不凍液および蓄熱層の蓄熱材の材料量（ｇ）の比率は、少なくとも［不凍液：蓄熱材＝１：１］であり、蓄熱材はそれより多い必要がある。不凍液の材料の比率が高いと密着性は良くなるが、蓄熱材による冷却性能が低下する。そのため、効率良く冷却するためには、蓄熱材の量を多くした方が良い。ただし、蓄熱パックの形状が、ブリスターパックの形状の場合は、不凍液の量は図２１に示した比率の更に半分以下となる。

［実施例１１］
（ペットボトル飲料の場合）
本発明は、ワインボトル以外にも利用することができる。例えば、本発明の熱交換ユニットを用いて、ペットボトル飲料を冷却することもできる。図２２（ａ）（ｂ）（ｂ´）に示す通り、ペットボトルには様々な形状がある。図２２（ａ）のペットボトル（受熱体）３０は、側面に凹凸がない形状であり、ワインボトルのボルドー型とほぼ同等の形状のため、図１４に示すような構成の熱交換ユニットを用いることで、常温２５℃から飲料の飲み頃の温度まで冷却し、また、保冷することが可能となる。ただし、ワインボトルの内容量は７５０ｍｌ、通常のペットボトルの内容量は５００ｍｌであるため、蓄熱材の量（ｇ）は少し少なめにする必要がある。

一方、図２２（ｂ）（ｂ´）に示すようなペットボトル３０は、側面に凹凸がある形状となっている。このような形状のペットボトルは、材料全体が凍結する通常の蓄熱材のみの構成では、ペットボトル３０と蓄熱材１０１との密着性が低い（図２２（ｂ´））。そこで、本発明の熱交換ユニットを用いることにより、ペットボトル３０と蓄熱パック（１０１、１０３）との密着性を向上させることができる（図２２（ｂ））。また、受熱体の形状に凹凸が大きい場合は、蓄熱パックの不凍液の量（ｇ）を多くすることにより、ペットボトル３０と蓄熱パック（１０１、１０３）との密着性を向上させることが可能となり、その結果、効率良くペットボトル３０を冷却させ、保冷することができる。

［実施例１２］
（アイシングの場合）
本発明は、スポーツ・医療用アイシングとしても利用することができる。従来のアイシングには、氷水を入れた袋や蓄熱材を用いていた。しかし、その方法では、蓄熱材が凍結してしまうと曲げることができないため、人体４０の患部が直線ではない部位では、一点しか冷やすことができない（図２３（ａ））。その結果、患部を効率良く冷やすことができない。しかし、本発明の蓄熱パック（１０１、１０３）は、蓄熱材１０１の周りに不凍層１０３を設けていることにより、蓄熱材１０１が凍結しても人体４０の部位に密着させることができ（図２３（ｂ））、患部を効率良く冷やすことが可能である。本実施例１１と同様に、本実施例１２においても、不凍液の量（ｇ）を多くし、不凍層１０３を厚めにすることで、患部と蓄熱パック（１０１、１０３）との密着性を向上させることが可能となり、その結果、蓄熱材の熱を効率良く伝えることができ、患部を冷却することができる。

［実施例１３］
（保冷箱の場合）
本発明は、保冷箱にも利用することができる。図２４（ａ）（ｂ）は、通常の保冷箱、および本発明の蓄熱パックを用いた保冷箱の一例を示した図である。図２４（ｂ）は、内壁５１と外壁５３を備え、内壁５１と外壁５３との間に蓄熱パック（１０１、１０３）が設置された保冷箱５０である。蓄熱材の効果を最大限に活かすためには、蓄熱パック（１０１、１０３）を内壁５１に密着させ、内壁５１に熱を伝えることが最も効果的である。そこで、本発明の蓄熱パックを用いることにより、内壁５１と蓄熱パック（１０１、１０３）の密着性が向上し、蓄熱パック（１０１、１０３）から内壁５１へ、内壁５１から内壁の内部に配置された受熱体へ、蓄熱材の熱を効果的に伝えることが可能となる。また、内壁５１は熱伝導率の高い素材を、外壁５３は断熱材を用いて、蓄熱材と外壁の間に空気層５５を設けることにより、冷却効果をさらに高めることができる。

以上説明した蓄熱パックおよび熱交換ユニットにおいて、押圧部材、例えば粘着テープ、ゴムバンド、マジックテープ（登録商標）、紐などを、受熱体に蓄熱パックを巻き付けた外側に設置したり、押圧部材を熱交換ユニット自体に設置したりすることで、受熱体との密着性を更に高めることができるので、より効果的である。

以上説明したように、本実施形態によれば、受熱体と蓄熱材との密着性を高めることによって、温度管理性能を向上させることが可能になる。

１ 受熱体、ワインボトル
３ 樹脂容器
９ 蓄熱材
１３ 押圧部材
２１ 液体の蓄熱材（不凍液）
２３ 液体パック、ゲルパック
３０ ペットボトル
４０ 人体
５０ 保冷箱
５１ 内壁
５３ 外壁
５５ 空気層
１００ 蓄熱パック
１０１ 蓄熱層（蓄熱材）
１０３ 接触層（不凍液）

Claims (10)

1. 受熱体の温度を管理する蓄熱パックであって、
   予め定められた温度で相変化する第１の蓄熱材から構成される蓄熱層と、
   前記第１の蓄熱材の相変化温度で柔軟性を有するとともに、熱伝達性を有する第２の蓄熱材から構成される接触層と、を備え、
   前記接触層は、前記受熱体と接触し、前記受熱体と前記蓄熱層との間の熱伝達を行なう蓄熱パック。
2. 前記第２の蓄熱材は、前記第１の蓄熱材より低い融点をもつ請求項１記載の蓄熱パック。
3. 前記第２の蓄熱材の比熱は、２．５Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）よりも大きい請求項１記載の蓄熱パック。
4. 前記蓄熱層は、前記接触層で包含されている請求項１記載の蓄熱パック。
5. 前記接触層は、短冊状に形成されている請求項４記載の蓄熱パック。
6. 前記第１および第２の蓄熱材は、予め定められた濃度を有し、前記蓄熱層の質量は、少なくとも前記接触層の質量以上である請求項１記載の蓄熱パック。
7. 請求項１記載の蓄熱パックを少なくとも一つ有し、受熱体の温度管理を行なう熱交換ユニット。
8. 前記第１の蓄熱材の量および前記第２の蓄熱材の量が異なる複数種類の蓄熱パックが連設されている請求項７記載の熱交換ユニット。
9. いずれかの前記蓄熱パックが交換可能に構成されている請求項８記載の熱交換ユニット。
10. 前記接触層のみからなる蓄熱パックを更に備える請求項８記載の熱交換ユニット。

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