JP2021083529A - 飲料容器 - Google Patents

Abstract

【課題】室温環境では保冷性があり、冷却機器中では熱伝導性に優れるため飲料を冷却するという相反する要求を満たす飲料容器を提供する。【解決手段】二層の容器から構成され、外容器３を構成する材料の熱膨張率が、内容器２を構成する材料の熱膨張率と同等以上であることにより、低温環境ではこれらが密着することにより内容した飲料を冷却することが可能であり、冷却した飲料を内容した状態で室温環境下に置くことにより、外容器と内容器間に隙間が生じ、保冷することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、飲料の冷却を短時間で行うことができ、保冷も行うことができる飲料容器に関するものである。

冷蔵庫等の冷却機器により冷却して飲み頃の温度とした容器に入った飲料を、冷却機器から取り出した後は、飲み頃の温度を保持できる時間は短いことから、飲み頃温度を保持できる時間を長くするために、冷却された飲料が入った容器から、保温性（一般に、保温性が高い場合、保冷性も高くなる。これは、保温も保冷も、温度が高い側から温度が低い側への熱伝導を抑制することであり、保温は飲料の温度が周囲の温度より高い場合であり、保冷は周囲の温度が飲料の温度より高い場合である）が高い小型の断熱容器に入れ替える、氷を入れる等がなされてきた。

保温性を有する容器として、熱伝導率が小さい多孔質樹脂により形成するものや、ガラスや金属のような気体遮断性に優れた材料からなる容器を二重構造として、これらにより形成される空間を真空とすることにより、熱伝導率を小さくするもの等があり、優れた保温性が得られるため、多くの実用化事例がある。

しかし、上記の方法では、飲み頃温度とした後に冷却機器から取り出した飲料容器内の飲料を、断熱容器に移し替える必要があり、一手間かかるという課題があった。また、飲み頃温度に冷却された飲料を断熱容器に移し替えると、断熱容器は熱容量を有するため、これに接触することにより、多少なりとも飲料の温度が上昇する（断熱容器が飲料と同等の温度まで冷却されていた場合、この限りではない）ため、飲み頃温度を保持できる時間が短くなるという課題もあった。そこで、ペットボトル等の容器にカバーをかぶせて、容器とカバー間の隙間に存在する空気により断熱性を得る容器の提案がなされている。

特許４６０５６７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の容器では、カバーを容器にかぶせている間は断熱性があるため、この容器に充填されたぬるい温度の飲料の冷却を行い、飲み頃とするのには長時間要する。或いは、短時間で飲み頃にするには、カバーを取り外してから冷却をして、飲み頃となった後にカバー取り付ける必要があり、従来と同等とまでは言えないとしても、やはり手間がかかるという課題があった。

そこで、本発明の飲料容器は、内容した飲料の温度より周囲の温度が高い場合、断熱容器として作用するため、保冷することが可能であり、内容した飲料の温度が周囲の温度より高い場合、非断熱容器として作用するため短時間で冷却することが可能である。本発明では、以上の様に、冷却は短時間でなされるにも関わらず、保冷できるという相反する特性を、熱伝導率非対称性と称する。

本発明の飲料容器は、冷却機器内では短時間で飲料を飲み頃温度まで冷却可能であるのに対し、冷却機器外では飲料の温度を長時間飲み頃に保持することができる。

実施の形態１における、飲料が入っていない状態の飲料容器の断面図。 実施の形態１における、室温と概同等温度の飲料が入っている状態の飲料容器の断面図。 実施の形態１における、冷却機器中に置かれた飲料容器の断面図。 実施の形態１における、冷却された飲料が入った状態で室温中に置かれた飲料容器の断面図。 実施の形態２における、飲料が入っていない状態の飲料容器の断面図。 実施の形態２における、室温と概同等温度の飲料が入っている状態の飲料容器の断面図。 実施の形態２における、冷却機器中に置かれた飲料容器の断面図。 実施の形態２における、冷却された飲料が入った状態で室温中に置かれた飲料容器の断面図。 実施の形態３における、飲料が入っていない状態の飲料容器の断面図。 実施の形態３における、室温と概同等温度の飲料が入っている状態の飲料容器の断面図。 実施の形態３における、冷却機器中に置かれた飲料容器の断面図。 実施の形態３における、冷却された飲料が入った状態で室温中に置かれた飲料容器の断面図。

請求項１に記載の飲料容器は、二層以上の容器から構成され、容器間の隙間が、周囲温度或いは内容物の温度により変化することを特徴とするものである。

例えば、周囲温度が低温の場合は、隙間が小さくなることにより、内容した飲料が冷却され、周囲温度が室温の場合は、隙間が大きくなることにより、飲料の温度を低い状態で保持することができる。

請求項２に記載の飲料容器は、請求項１に記載の飲料容器において、二層の容器から構成され、外容器を構成する材料の熱膨張率が、内容器を構成する材料の熱膨張率と同等以上であることを特徴とするものである。

周囲温度が室温の場合は、外容器と内容器の間には隙間があることにより、飲料容器外の空間と、飲料容器内の飲料の熱伝導が抑制されるため、温度が低い飲料の温度は飲み頃に保持されるのに対し、低温下では、内容器の収縮度合いに比較して外容器の収縮度合いが大きいため外容器と内容器が密着することにより、飲料容器内の飲料と飲料容器外の熱伝導が促進され、室温より飲料の温度が高い場合、速やかに冷却される。以上の通り、熱伝導の非対称性が実現されるのである。

請求項３に記載の飲料容器は、請求項１または２に記載の飲料容器において、外容器の熱膨張率に対する外容器の熱伝導率の比が５０００以上であることを特徴とするものである。

本発明の大きな特徴は、熱伝導率の非対称性を特に大きくすることである。即ち、外容器と内容器に隙間がある場合の断熱性と、外容器と内容器が密着している場合の熱伝導性の比率を高めることである。外容器としては、熱膨張率が大きいことが望ましいため、樹脂が適しているが、一般に樹脂は熱伝導率が小さいため、内容器と密着している場合であっても、飲料容器としての熱伝導率の向上には限界がある。そこで、外容器としては、熱膨張率が大きく、更に熱伝導率も大きい材料が適している。

ここで、外容器の熱膨張率に対する外容器の熱伝導率の比を（膨張率と伝導率の比）、無次元量として次の通り定義する。例えば、ポリプロピレンの熱膨張率は１２０×１０＾（−６）／℃程度であり、熱伝導率は０．１６Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、後者を前者で除した値は、およそ１３３０である。

一方、ＳＵＳ３０４の熱膨張率は１７．３×１０＾（−６）／℃程度、熱伝導率は、１６Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、後者を前者で除した値は、９２５００程度である。

従って、一般に樹脂は膨張率と伝導率の比を満たさないが、金属はこれを満たす傾向にある。しかし、熱膨張率の観点からは、樹脂が外容器として優れている。

ここで、樹脂を基材として、熱伝導性のフィラーを用いるなどして、熱膨張率が大きいこと、膨張率と伝導率の比いずれも満たすことが可能となる。

請求項４に記載の飲料容器は、請求項１から３のいずれか一項に記載の飲料容器において、外容器と内容器が、前記外容器と前記内容器間に形成される空間と、前記空間外の空間の気体の透過ができないように接合されているものである。

飲料を内容した飲料容器を冷却機器内に置くことにより、外容器が収縮して内容器に接触することにより飲料から飲料容器外へ熱が伝導し、冷却することができる。飲料が冷却された後、飲料を内容した飲料容器を室温の環境に置くと、外容器が膨張し、外容器と内容器の間に隙間が生じる。更に、予め、外容器と内容器の隙間を真空にしておくことにより、室温では、真空断熱容器として作用するため優れた保冷性を得ることができる。ここで、外容器としては、隙間への空気の侵入がしないようにガスバリア材料とする必要があり、更に熱膨張率が比較的大きい必要があることから、これらのいずれをも満たす金属が望ましい。従って、外容器が金属、内容器が、外容器より熱膨張率が小さい金属或いはガラスとすることが可能であるが、外容器と内容器の接合の信頼性を確保するため、内容器も金属とすることが望ましく、更には、同一の金属とすることが最も望ましい。

比較的熱膨張率が大きい金属といえども、樹脂材料に比較すると大幅に熱膨張率が小さくなるため、冷却された飲料が入っている状態で室温環境においた場合、外容器と内容器の間の隙間は非常に小さくなる。一方、真空の空間は、静止空気のように熱伝導率が小さい物質に比較しても格段に熱を伝導しにくい。従って、隙間が小さくても優れた断熱性を得られるのである。更に、保冷器機内で外容器と内容器が密着している場合、いずれも熱抵抗が小さいことから、飲料容器の熱抵抗は非常に小さくなる。従って、熱伝導率の非対称性が非常に大きくなる。

請求項５に記載の飲料容器は、請求項１から４のいずれか一項に記載の飲料容器において、上端部付近と下端部付近の隙間が、中央部付近の隙間より小さいことを特徴とするものである。

例えば、外容器と内容器が、上端部と下端部で気体の透過ができないように接合されている場合、周囲の温度が室温の場合において隙間の大きさが一様であれば、周囲の温度が低下しても、外容器と内容器が密着することは困難である。一方、容器の上端部付近と下端部付近の隙間が、中央部付近の隙間より小さいことにより、周囲の温度が低温の場合、外容器と内容器が容易に密着するようになる。以上の通り、熱伝導率の非対称性確保されるのである。

以下、本発明の実施の形態を示す。この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）

図１は、実施の形態１における、飲料が入っていない状態の飲料容器の断面図である。図１に示す通り、飲料容器１は、外容器２、内容器３からなり、外容器２と内容器３の間には僅かに隙間がある。ここで、外容器２の熱膨張率は、内容器３の熱膨張率より大きく、室温においてはこれらの間に僅かに隙間が確保されるようになっている。

図２は、実施の形態１における、室温と概同等温度の飲料が入っている状態の飲料容器の断面図である。一般の環境中にある飲料等の液体は、僅かずつ蒸発することにより、蒸発熱を奪うため、室温より僅かに低い温度となる。図２の状態では、内容器３は飲料と接触しており、室温より僅かに温度が低い飲料と同等の温度となっているため、僅かに収縮するが、その度合いは小さいため図１に比較して顕著な変化はなく、外容器２と内容器３の間には僅かに隙間がある。

図３は、実施の形態１における、冷却機器中に置かれた飲料容器の断面図である。図３に示す通り、飲用容器１は冷却機器としての冷蔵庫（図示せず）中に置かれている。容器３が冷却機器中に置かれていることにより、外容器２は室温の状態から収縮することにより、内容器３に密着する。外容器２と内容器３が密着することにより、内容器３から外容器２を通して冷却機器中へ熱が伝導し、内容器３とその中にある飲料が冷却される。この際、内容器３も収縮するが、外容器２の収縮度合いに比較して小さい（相対的に熱膨張率が小さい場合、冷却過程における収縮度合いは相対的に小さい）。このため、内容器３および飲料の温度が冷却機器内の温度と同等になるまで、外容器２と内容器３が密着した状態は保持される。従って、内容器３から外容器２への熱伝導がなされ、飲料は速やかに冷却される。

図４は実施の形態１における、冷却された飲料が入った状態で室温中に置かれた飲料容器の断面図である。図４では外容器２は速やかに室温と概同等の温度になるため、膨張して、内容器３との間に隙間が生じる。従って、外容器２から内容器３への熱伝導は抑制され、飲料の温度は長時間飲み頃の温度に保持される。

以上の通り、飲料容器１に飲料を入れた後、冷却機器内で速やかに冷却されるにも関わらず、冷却機器から取り出した後も飲み頃温度に保持することができるのである。

ここで、外容器２は、内容器３に比較して相対的に熱膨張率が大きければ、上記の効果を発現するのであるが、相対的に熱膨張率差が大きい程この効果が大きくなる。これは、図４の状態で飲料の温度が保持されるのは、隙間に介在する静止空気が断熱層となり、静止空気による断熱性は、厚さに比例して高くなるためである。

従って、外容器２は、材料の中でも熱膨張率が大きい樹脂であることが望ましく、特に熱膨張率が大きく機械的強度にも優れたポリプロピレンが望ましいが、これに限定するものではない。一方、内容器３は熱膨張率が小さい金属やガラスが望ましい。

ここで、外容器２が、５℃に保持された際、内径１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのポリプロピレンからなり、内容器３が、５℃に保持された際、外径１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４からなる場合、空気層による断熱性は、下記の通りとなる。

ポリプロピレンの熱膨張率は、およそ１２０×１０＾（−６）／℃程度であり、ＳＵＳ３０４の熱膨張率は１７．３×１０＾（−６）／℃程度であり、その差はおよそ１００×１０＾（−６）／℃程度ある。従って、５℃に冷却された飲料が入った容器１を、例えば、１５℃の環境に置くと外容器２と内容器３の隙間は、１００×１０＾（−６）／℃×（１５−５）℃×１００ｍｍ／２＝０．０５ｍｍとなる。ここで、空気の熱伝導率は０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋ、ポリプロピレンの熱伝導率は０．１６Ｗ／ｍ・Ｋであり後者は前者の約６．７倍である。従って、冷却された飲料にとっては、内容器、外容器に加え、空気を通過する必要があるため、保冷性能が向上する。ここで、厚さ０．０５ｍｍの静止空気の保冷性能は６．７×０．０５より、厚さ０．３３５ｍｍポリプロピレンと同等である。

更に、５℃に冷却された飲料が入った容器１を、例えば、２５℃の環境に置くと、隙間は０．１ｍｍになることから、空気層による保冷性能は厚さ０．６７ｍｍのポリプロピレンと同等である。

以上の通り、冷却された容器を置く環境の温度が高くなるに従い、外容器と内容器の隙間が大きくなり、保冷性能が向上する。
（実施の形態２）

実施の形態２は実施の形態１において、外容器にフィラーを充填し、熱膨張率を１００×１０＾（−６）／℃、熱伝導率を０．８Ｗ／ｍ・Ｋとしたものを用いたこと以外は、実施の形態１と同様である。図に関してはそれぞれ、図５は図１に、図６は図２に、図７は図３に、図８は図４に対応する。

以下、外容器２を上記の構成としたことにより得られる効果を示す。図７（実施の形態１の図３）の状態で飲料が冷却されるためには、飲料の熱が、内容器３、外容器２を通過する必要がある。更に、単位時間あたりに複数の層を熱が通過する量は、それぞれの層の熱抵抗の和の逆数になる。更に、それぞれの層の熱抵抗は、熱伝導率の逆数と厚さの積である。ここでは、内容器３の熱伝導率は１６Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さは１ｍｍ（１０＾（−３）ｍ）であるから、熱抵抗は、およそ６７ｍ・Ｋ／Ｗ、外容器２の熱伝導率は０．８Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さは１ｍｍ（１０＾（−３）ｍ）であるから、熱抵抗はおよそ１２５０ｍ・Ｋ／Ｗである。これより、飲料容器１の熱抵抗として、外容器２の熱抵抗が著しく大きく、支配的になる。

従って、冷却過程に要する時間は、ほぼ外容器２の熱伝導率に依存することから、外容器２の熱伝導率を大きくすると、熱伝導率の非対称性が大きくなるため望ましい。
（実施の形態３）

図９は、実施の形態３における、飲料が入っていない状態の飲料容器１の断面図である。図９において、外容器２と内容器３はいずれも厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４からなり、外容器２と内容器３は上端と下端で気体が透過しないよう接合されており、接合部付近での隙間は大きく、中央部付近での隙間が大きくなっている。

図１０は、実施の形態３における、室温と概同等温度の飲料が入っている状態の飲料容器の断面図である。

図１１は、実施の形態３における、冷却機器中に置かれた飲料容器の断面図である。冷却機器中に置かれた容器１は、まず外容器２が収縮することより、内容器２に密着する。この状態では、飲料の熱が内容器３から外容器２へ速やかに伝導し、飲料が速やかに冷却され、飲料の温度と冷却機器中の温度が同一になるまで、この状態を継続する。

図１２は、実施の形態３における、冷却された飲料が入った状態で室温中に置かれた飲料容器の断面図である。冷却された飲料が入った状態で室温中に置かれた飲料容器はまず、外容器２が暖められることにより膨張する。この状態では、内容器２の温度上昇は僅かであることから、これらの間には隙間が生じる。この隙間は僅かであるが、真空であることから優れた断熱性が得られ、保冷効果が得られる。従って、実施の形態２に比較しても大きい熱伝導率の非対称を得ることができる。

冷却機器内に置くことにより、熱伝導性が得られることから、内容した飲料を冷やすことができ、冷却した飲料が入った状態で室温環境においた場合、保冷することができるため、飲料の冷却と保温を同一容器に入れた状態で行うことができる。

１ 飲料容器
２ 外容器
３ 内容器

Claims (5)

1. 少なくとも、二層以上の容器から構成され、前記容器間の隙間が、周囲温度或いは内容物の温度により変化することを特徴とする飲料容器。
2. 二層の容器から構成され、外側の容器（外容器）を構成する材料の熱膨張率が、内側の容器（内容器）を構成する材料の熱膨張率と同等以上である請求項１に記載の飲料容器。
3. 外容器の熱膨張率に対する前記外容器の熱伝導率の比が５０００以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の飲料容器。
4. 外容器と内容器が、前記外容器と前記内容器間に形成される空間と、空間外の気体の透過ができないように接合されている請求項１から３のいずれか一項に記載の飲料容器。
5. 上端部付近と下端部付近の隙間が、中央部付近の隙間より小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の飲料容器。

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