JP2017128622A - 保冷剤、保冷部材及び保冷容器 - Google Patents

Abstract

【課題】取扱者の安全が容易に確保でき、被保冷物が酸化されることなく、長期間、一定の極低温域で被保冷物の温度を保つことが可能な保冷剤、これを含む保冷部材、及びこれを用いた保冷容器を提供する。【解決手段】保冷剤は、水と、塩化リチウム及び塩化ナトリウムを含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高い。保冷剤は、水と、塩化リチウム及び塩化カリウムを含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高い。保冷剤は、水と、塩化リチウム及び塩化ナトリウム、並びに、塩化カリウム、塩化アンモニウム及び硝酸カリウムからなる群より選ばれた１種を含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高い。【選択図】図１

Description

本発明は、保冷剤、保冷部材及び保冷容器に関する。更に詳細には、本発明は、所定の成分を含む保冷剤、これを含む保冷部材、及びこれを用いた保冷容器に関する。

従来、−５０℃〜−２０℃程度の低温域で被保冷物の温度を保つことが可能な保冷剤として固体状態の二酸化炭素であるドライアイスが知られている。

また、従来、−１５℃〜０℃程度の低温域で被保冷物の温度を保つことが可能な含水ゲル状の保冷剤組成物が提案されている（特許文献１参照。）。

特開平８−３２５５６３号公報

しかしながら、ドライアイスは、時間と共に昇華して気体状の二酸化炭素を発生するため、被保冷物が酸化されることがあり、また、適切な対応を取らない場合には、取扱者の健康を害するおそれがある。
また、特許文献１に記載の保冷剤組成物は、ある程度の保冷性能を期待できるが、−８０℃以下のような極低温域での保冷性能は熱容量による部分が大きく、被保冷物の温度は簡単に上がってしまうという問題点があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、取扱者の安全が容易に確保でき、被保冷物が酸化されることなく、長期間、一定の極低温域で被保冷物の温度を保つことが可能な保冷剤、これを含む保冷部材、及びこれを用いた保冷容器を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、水と、所定の塩化リチウムと、塩化ナトリウム若しくは塩化カリウムとを含む、又は水と、所定の塩化リチウムと、塩化ナトリウムと、塩化カリウム、塩化アンモニウム若しくは硝酸カリウムとを含む構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の保冷剤は、水と、塩化リチウム及び塩化ナトリウムを含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高いもの、水と、塩化リチウム及び塩化カリウムを含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高いもの、又は水と、塩化リチウム及び塩化ナトリウム、並びに、塩化カリウム、塩化アンモニウム及び硝酸カリウムからなる群より選ばれた１種を含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高いものである。

また、本発明の保冷部材は、上記本発明の保冷剤を含むものである。

更に、本発明の保冷容器は、上記本発明の保冷剤又は上記本発明の保冷部材と、保冷剤又は保冷部材を収容し、保冷剤又は保冷部材と共に収容される被保冷物を保冷する空間を形成する断熱部材と、を備えるものである。

本発明によれば、水と、所定の塩化リチウムと、塩化ナトリウム若しくは塩化カリウムとを含む、又は水と、所定の塩化リチウムと、塩化ナトリウムと、塩化カリウム、塩化アンモニウム若しくは硝酸カリウムとを含む構成とした。
そのため、取扱者の安全が容易に確保でき、被保冷物が酸化されることなく、長期間、一定の極低温域で被保冷物の温度を保つことが可能な保冷剤、これを含む保冷部材、及びこれを用いた保冷容器を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る保冷容器の好適例を模式的に示す断面図である。 図２は、実施例１−１における保冷剤の温度の経時変化を示すグラフである。 図３は、実施例２−１における保冷剤の温度の経時変化を示すグラフである。 図４は、実施例２−２における保冷剤の温度の経時変化を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る保冷剤、これを含む保冷部材、及びこれを用いた保冷容器について詳細に説明する。

まず、本発明の一実施形態に係る保冷剤について詳細に説明する。
本実施形態の保冷剤は、水と、塩化リチウム及び塩化ナトリウムを含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高いもの、水と、塩化リチウム及び塩化カリウムを含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高いもの、又は水と、塩化リチウム及び塩化ナトリウム、並びに、塩化カリウム、塩化アンモニウム及び硝酸カリウムからなる群より選ばれた１種を含有する溶質とを含み、溶質の各成分の中で塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高いものである。
なお、本発明の保冷剤は、使用に際して、例えば、−８０℃以下のような極低温域の温度で冷却して一旦固化又は氷結させる必要がある。なお、この温度は、保冷剤の組成に応じて若干の変動がある。
このような構成とすることにより、電力供給が遮断された条件下、たとえ断熱部材の外部から熱が供給されても、保冷剤が融解する際に熱を吸収することにより、保冷剤と共存させる被保冷物の温度を長期間、一定の極低温域で保つことができる。
一方、塩化ナトリウムや塩化カリウムを含まない場合は、過冷却現象が起こり、−８０℃でも凍結せず、−９０℃以下において凍結できても、水と塩化リチウムだけでは明確な相変化温度が見られず、融解潜熱による吸熱が殆ど起こらない。
また、塩化カリウム、塩化アンモニウム、硝酸カリウムなどを更に添加すると、更なる過冷却防止の効果と、−７４℃での温度保持時間を長くする効果が得られる。

そして、本実施形態の好適例としては、水１００重量部に対して、塩化リチウムを２０〜６５重量部、塩化ナトリウムを７〜１５重量部含有するものを挙げることができる。
このような比率において、塩化リチウムを２０重量部含有するときは、塩化ナトリウムを１５重量部含有することが好ましく、塩化リチウムを６５重量部含有するときは、塩化ナトリウムを７重量部含有することが好ましい。
また、このような比率において、水に塩化リチウムと塩化ナトリウムを添加すると、過飽和状態になり、少量溶解せずに残るが、この溶解せずに残った不溶解分が凍結する際における結晶化（凍結化）を促進し、過冷却防止の働きをする。また、どのような比率であっても、過飽和状態であって、不溶解分が多少でも存在することが重要である。
過飽和状態でないと、過冷却現象が起きると共に、融解潜熱による吸熱が殆ど起こらない。
また、本実施形態の他の好適例としては、水１００重量部に対して、塩化リチウムを２０〜６５重量部、塩化ナトリウムを７〜１５重量部、塩化カリウムを５〜１０重量部含有するものを挙げることができる。
本例は、上述した例に対して、塩化カリウムを５〜１０重量部添加したものであるが、塩化カリウムを添加することにより、凍結する際に結晶が小さくなり、融解する際に、融解するまでの時間が塩化カリウムを添加しない上述した例より長くなる。

また、本実施形態の保冷剤は、融解温度が−８０℃〜−７０℃であることが好ましい。融解温度が−８０℃〜−７０℃であると、電力供給が遮断された条件下、たとえ断熱部材の外部から熱が供給されても、保冷剤が融解する際に熱を吸収することにより、保冷剤と共存させる被保冷物の温度を長期間、−８０℃〜−７０℃の範囲内の一定の極低温域で保つことができる。

次に、本発明の一実施形態に係る保冷部材について詳細に説明する。
本実施形態に係る保冷部材は、上述した実施形態に係る保冷剤を密封などして含むものである。
ここで、保冷剤を密封するものとしては、一般的に使用されているナイロン、ポリエチレンなどのラミネートフィルムでもよいが、−８０℃程度の極低温域では、耐低温性がないので、繰り返しの使用に耐えることができない。
繰り返し使用する場合には、−８０℃での使用に耐える高密度ポリエチレンフィルムやポリイミドフィルム、高密度ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂などで形成された−８０℃での耐低温性を有する容器が、保冷剤を密封するものとして好適である。

次に、本発明の一実施形態に係る保冷容器について詳細に説明する。
本実施形態の保冷容器は、上述した実施形態に係る保冷剤又は保冷部材と、保冷剤又は保冷部材を収容し、保冷剤又は保冷部材と共に収容される被保冷物を保冷する空間を形成する断熱部材と、を備えたものである。
ここで、断熱部材としては、例えば、発泡ポリスチレンなどの従来公知の断熱部材を適用することができる。
このような構成とすることにより、電力供給が遮断された条件下、たとえ断熱部材の外部から熱が供給されても、保冷剤が融解する際に熱を吸収することにより、保冷剤と共存させる被保冷物の温度を長期間、一定の極低温域で保つことができる。
特に、本実施形態の保冷容器は、余計な二酸化炭素ガスの発生が好ましくなく、宇宙ステーションのような閉ざされた空間で使用する宇宙用保冷容器として使用することが特に好適である。

また、本実施形態の保冷容器の好適例について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る保冷容器の好適例を示す断面図である。図１に示すように、本例の保冷容器１は、保冷部材２と、保冷部材２と共に収容される被保冷物１０を保冷する空間Ａを形成する断熱部材４とを備える。
そして、保冷部材２が、断熱部材４の空間Ａに露出する内面４ａに配設されている。
このような構成とすることにより、電力供給が遮断された条件下、たとえ断熱部材の外部から熱が供給されても、保冷剤が融解する際に熱を吸収することにより、保冷剤と共存させる被保冷物の温度を長期間、一定の極低温域で保つことができる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。

（実施例１−１）
１００重量部の水に、３０重量部の塩化リチウムと、１５重量部の塩化ナトリウムとを添加して、本例の保冷剤を得た。
図２は、実施例１−１における保冷剤の温度の経時変化を示すグラフである。図２中において実線で示すように、本例の保冷剤においては、約１００分間、−７４℃という極低温域で温度が保たれていることが分かる。なお、図２中の点線は外部の環境温度（２７℃）を示す。

（実施例１−２）
１００重量部の水に、２５重量部の塩化リチウムと、１５重量部の塩化ナトリウムと、７重量部の塩化カリウムとを添加して、本例の保冷剤を得た。
本例の保冷剤においては、同条件において、約１２０分間、−７４℃という極低温域で温度が保たれた。

ここで、水１００重量部に対する塩化リチウムの好適上限は６５重量部である。
０℃の水１００重量部に対する塩化リチウムの溶解度は最大６９重量部であるが、最大の６９重量部を溶解させると、塩化ナトリウムなどの他の溶質が溶解する余地が殆どなくなってしまい、添加する意味がなくなると共に、過冷却防止の働きや融解潜熱が得られなくなる。

また、水１００重量部に対する塩化リチウムの好適下限は２０重量部である。
２０重量部未満の濃度比率にすると、不溶解分を存在させるためには塩化ナトリウム又は塩化カリウムを２０重量部より多く添加しなければならない。しかしながら、この場合、塩化ナトリウムや塩化カリウムの含有量が多くなるので、塩化ナトリウム水溶液や塩化カリウム水溶液が主体として働き、極低温域で被保冷物の温度を保つことが可能な保冷剤にならなくなる。
例えば、水１００重量部に対して、塩化ナトリウムを２５重量部、塩化リチウムを１５重量部含有する場合、塩化ナトリウムが主体となるので、塩化ナトリウム水溶液が主体となり、−３５℃〜−２５℃程度の温度域の保冷剤となってしまい、−８０℃〜−６５℃の極低温域で被保冷物の温度を保つことが可能な保冷剤を得られなくなる。

更に、水１００重量部に塩化リチウムを２０重量部添加した場合における塩化ナトリウムの好適上限は１５重量部である。
この場合、塩化ナトリウムは過飽和状態となり、不溶解分が残り、過冷却防止の働きや融解潜熱が得られる。
なお、これより多く添加しても、不溶解分の塩化ナトリウムが増加するだけで無駄である。

また、水１００重量部に塩化リチウムを６０〜６５重量部添加した場合における塩化ナトリウムの好適下限は７重量部である。
この場合、塩化ナトリウムは過飽和状態となり、不溶解分が残り、過冷却防止の働きや融解潜熱が得られる。
なお、これより少なく添加すると、過飽和状態でなくなり、不溶解分がなくなり、過冷却防止の働きや融解潜熱が得られなくなる。

なお、塩化カリウムの好適上限及び好適下限は、塩化ナトリウムと同様である。

また、水１００重量部に塩化リチウムを２０重量部、塩化ナトリウムを１３重量部添加した場合において、更に添加する塩化カリウム、塩化アンモニウム又は硝酸カリウムの好適上限はそれぞれ１０重量部である。
この場合、塩化カリウム、塩化アンモニウム又は硝酸カリウムのいずれかを添加することにより、過飽和状態となり、不溶解分が残り、過冷却防止の働きや融解潜熱が得られる。
なお、これより多く添加しても、不溶解分が増加するだけで無駄である。
更に、凍結する際に、水に塩化リチウムと塩化ナトリウムだけを添加した場合より、凍結結晶が細かくなり、凍結結晶が大きい場合より、融解時間が長くなるので、保冷時間を更に長くすることができる。

更に、水１００重量部に塩化リチウムを５０〜６０重量部、塩化ナトリウムを１０重量部添加した場合において、更に添加する塩化カリウム、塩化アンモニウム又は硝酸カリウムの好適下限はそれぞれ５重量部である。
この場合、塩化カリウム、塩化アンモニウム又は硝酸カリウムのいずれかを添加することにより、過飽和状態となり、不溶解分が残り、過冷却防止の働きや融解潜熱が得られる。
なお、これより少なく添加すると、凍結結晶があまり細かくならず、融解時間が長くならず、保冷時間を更に長くすることができない。

なお、塩化リチウムを含まない場合には、塩化リチウム水溶液にならず、−６５℃以下の極低温域で被保冷物の温度を保つことが可能な保冷剤が得られなくなる。
低温域の保冷剤として、塩化マグネシウム水溶液や塩化カルシウム水溶液などがあるが、−６０℃以下で被保冷物の温度を保つことが可能な保冷剤にはならない。

（実施例２−１）
水１００重量部に、塩化リチウムを２０重量部、塩化ナトリウムを１５重量部添加した保冷剤（不溶解分有り）を収容密閉して、本例の保冷部材を得た。保冷剤は断熱部材を有し周囲とは空気の出入りのないような保冷容器に入れ、−９０℃の環境で完全に凍結させた後に、融解の経時的温度変化の測定を行った。なお、断熱部材の外部の環境温度は２７℃である。得られた結果を表１及び図３に示す。

表１及び図３から相変化温度が−７４℃であることが分かる。
また、相変化温度に達し、保冷剤が完全に溶解するまでの約１００分間は−７０℃以下の温度を維持していることが分かる。

（実施例２−２）
水１００重量部に、塩化リチウムを２５重量部、塩化ナトリウムを１３重量部、塩化カリウムを７重量部添加した保冷剤（不溶解分有り）を収容密閉して、本例の保冷部材を得た。保冷剤は断熱部材を有し周囲とは空気の出入りのないような保冷容器に入れ、−９０℃の環境で完全に凍結させた後に、融解の経時的温度変化の測定を行った。なお、断熱部材の外部の環境温度は２７℃である。得られた結果を表２及び図４に示す。

表２及び図４から相変化温度が−７４℃であることが分かる。
また、相変化温度に達し、保冷剤が完全に溶解するまでの約１２０分間は−７０℃以下の温度を維持していることが分かる。

また、実施例２−１における塩化ナトリウムを塩化カリウムに代えても、殆ど同じ経時温度変化が観察された。
更に、実施例２−２における塩化カリウムを塩化アンモニウムや硝酸カリウムに代えても、殆ど同じ経時温度変化が観察された。

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

上述した各実施形態や実施例に記載した構成は、各実施形態や実施例に限定されるものではなく、例えば、保冷剤や保冷部材、断熱部材の構成の細部を変更したり、各実施形態や実施例の構成を上述した各実施形態や実施例以外の組み合わせにしたりすることができる。

１ 保冷容器
２ 保冷部材
４ 断熱部材
４ａ 内面
１０ 被保冷物
Ａ 空間

Claims (9)

1. 水と、塩化リチウム及び塩化ナトリウムを含有する溶質とを含み、
   上記溶質の各成分の中で上記塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高い
   ことを特徴とする保冷剤。
2. 水１００重量部に対して、塩化リチウムを２０〜６５重量部、塩化ナトリウムを７〜１５重量部含有することを特徴とする請求項１に記載の保冷剤。
3. 水と、塩化リチウム及び塩化カリウムを含有する溶質とを含み、
   上記溶質の各成分の中で上記塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高い
   ことを特徴とする保冷剤。
4. 水１００重量部に対して、塩化リチウムを２０〜６５重量部、塩化カリウムを７〜１５重量部含有することを特徴とする請求項３に記載の保冷剤。
5. 水と、塩化リチウム及び塩化ナトリウム、並びに、塩化カリウム、塩化アンモニウム及び硝酸カリウムからなる群より選ばれた１種を含有する溶質とを含み、
   上記溶質の各成分の中で上記塩化リチウムの重量換算における含有割合が最も高い
   ことを特徴とする保冷剤。
6. 水１００重量部に対して、塩化リチウムを２０〜６５重量部、塩化ナトリウムを７〜１５重量部、塩化カリウム、塩化アンモニウム及び硝酸カリウムからなる群より選ばれた１種を５〜１０重量部含有することを特徴とする請求項５に記載の保冷剤。
7. 請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の保冷剤を含むことを特徴とする保冷部材。
8. 請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の保冷剤又は請求項７に記載の保冷部材と、
   上記保冷剤又は上記保冷部材を収容し、該保冷剤又は該保冷部材と共に収容される被保冷物を保冷する空間を形成する断熱部材と、を備えた
   ことを特徴とする保冷容器。
9. 請求項７に記載の保冷部材と、
   上記保冷部材と共に収容される被保冷物を保冷する空間を形成する断熱部材と、を備え、
   上記保冷部材が、上記断熱部材の上記空間に露出する内面に配設されている
   ことを特徴とする保冷容器。

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