JP6936877B2 - 潜熱蓄熱材料、およびそれを用いる保冷具、物流梱包容器、食品保冷用具および保冷方法 - Google Patents

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Description

本発明は、潜熱蓄熱材料、およびそれを用いる保冷具、物流梱包容器および食品保冷用具ならびに保冷方法に関する。
本願は、2018年1月31日に、日本に出願された特願2018−015653に優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来から、品質保持のために温度管理を要する商品等が輸送される際には、商品に応じた温度範囲に管理されている。例えば、食品を輸送する場合には、食品の鮮度を保つために適切な温度で保管、管理、輸送することが求められている。
食品を輸送する場合、保持されるべき温度(保管温度)の範囲は、食品の種類によって異なる。野菜や果物などの青果品の場合、保管温度は0℃を超えて15℃以下であると言われている。一方、牛乳などの乳製品やハムなどの加工食品を含む冷蔵品においては、保管温度は0℃を超えて10℃以下と言われている。
一般に、食品の輸送は、生産者より各種食品を収集し、それらを顧客ごとに仕分けた上で配送されることにより行われる。その過程で、3〜5℃で電気的に温度制御された冷蔵室(倉庫)にて食品が保管されることがある。
一方で、輸送期間中に電気設備がない場所での保管や電気設備がない車両にて輸送する場合には、断熱性を有する容器内に蓄冷材とともに食料品を入れて、蓄冷材にて保冷されることが一般的である。
また、医薬品等を輸送するためには、輸送品温度を2℃以上8℃以下にコントロールする必要がある。
以上をふまえると、融解開始温度および融解温度が5℃を超えて10℃以下である蓄冷材は需要が高いと言える。このような蓄冷材は、青果品や冷蔵品の保冷にも、医薬品の保冷にも使用することができる。また、蓄冷材は、冷蔵室内で融解しないため、蓄冷材の保冷時間を長くすることができる。
これまで、5℃を超えて10℃以下の温度範囲に融解開始温度および融解温度を持つ材料として、テトラデカン(融解開始温度:5.1℃、融解温度:5.8℃)が知られている。しかし、テトラデカンは引火性液体であり、揮発性有機物(VOC)であることから、そのままでは食品への応用は不適である。テトラデカンを材料として用いた蓄冷材を実用化するためには、例えば増粘剤などを用いたテトラデカンの高粘度化などの対策が必要である。そのため、増粘剤などによるテトラデカンの潜熱値の低下やコストが高いことが課題となる。
一方で、四級アンモニウム塩の準包接水和物は非可燃性であり、かつ、安全性が高い。四級アンモニウム塩の準包接水和物において、5℃を超えて10℃以下の温度範囲に融解開始温度を持つ材料としては、硝酸テトラブチルアンモニウム(融解開始温度:5.1℃、融解温度:5.5℃)が知られている。硝酸テトラブチルアンモニウムは、テトラブチルアンモニウムブロミド(TBAB)などのハロゲン化テトラブチルアンモニウムからの合成により得られる(特許文献1参照)。
特開平9−291272号公報
硝酸テトラブチルアンモニウムは、原料のハロゲン化テトラブチルアンモニウムに比べ、コストが高いという課題がある。
本発明の一態様はこのような事情に鑑みてなされたものであって、所定の温度範囲で相変化する潜熱蓄熱材料、およびそれを用いる保冷具、物流梱包容器および食品保冷用具ならびに保冷方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、テトラブチルアンモニウムブロミドを構成するテトラブチルアンモニウムイオンおよび臭化物イオンと、硝酸カリウムを構成するカリウムイオンおよび硝酸イオンと、水と、を含み、テトラブチルアンモニウムブロミドに対する硝酸カリウムのモル比率が0.3以上1.3以下であり、テトラブチルアンモニウムブロミドに対する水のモル比率が、22以上32以下である潜熱蓄熱材料を提供する。
本発明の一態様においては、テトラブチルアンモニウムブロミドに対する硝酸カリウムのモル比率が0.5以上0.8以下であり、テトラブチルアンモニウムブロミドに対する水のモル比率が、24以上30以下である構成としてもよい。
本発明の一態様においては、テトラブチルアンモニウムブロミドに対する硝酸カリウムのモル比率が0.6以上1.0以下であり、テトラブチルアンモニウムブロミドに対する水のモル比率が、26以上32以下である構成としてもよい。
本発明の一態様においては、テトラブチルアンモニウムブロミドに対する硝酸カリウムのモル比率が0.6以上0.8以下であり、テトラブチルアンモニウムブロミドに対する水のモル比率が、26以上30以下である構成としてもよい。
本発明の一態様は、上記の潜熱蓄熱材料と、潜熱蓄熱材料を液密に収容する収容部と、を備えた保冷具を提供する。
本発明の一態様においては、収容部を複数有し、複数の収容部同士を接続する関節部と、を有する構成としてもよい。
本発明の一態様は、上記の保冷具を備えた物流梱包容器を提供する。
本発明の一態様においては、保冷具を保持する保持部材を備えた構成としてもよい。
本発明の一態様は、上記の保冷具を備えた物流梱包容器を提供する。
本発明の一態様は、上記の保冷具を備えた食品保冷用具を提供する。
本発明の一態様は、保冷対象物を貫通する第1軸を想定したとき、第1軸の周方向に沿って上記の保冷具で保冷対象物を包囲する保冷方法を提供する。
本発明の一態様においては、保冷対象物を貫通し、第1軸と交差する第2軸を想定したとき、第2軸の周方向に沿って保冷具で保冷対象物を包囲する方法としてもよい。
本発明の一態様によれば、所定の温度範囲で相変化する潜熱蓄熱材料、およびそれを用いる保冷具、物流梱包容器および食品保冷用具ならびに保冷方法が提供される。
図1は、第1実施形態に係る潜熱蓄熱材料のX線回折パターンである。 図2は、第1実施形態の潜熱蓄熱材料のX線回折パターンと他の包接水和物のX線回折パターンとを比較したグラフである。 図3は、第2実施形態の保冷具100の平面図である。 図4は、図3の断面図である。 図5は、第2実施形態の保冷具100の製造の工程を示す概念図である。 図6は、第2実施形態の物流梱包容器200の断面図である。 図7は、第2実施形態の物流梱包容器の変形例200Aを示す断面図である。 図8は、第2実施形態の物流梱包容器の変形例200Bを示す断面図である。 図9は、第2実施形態の物流梱包容器の変形例200Cを示す断面図である。 図10は、第3実施形態の保冷具400を示す斜視図である。 図11は、図10のXI−XI線に沿う断面図である。 図12は、第3実施形態の保冷具400の製造に用いられる装置の概略構成を示す図である。 図13は、第3実施形態の物流梱包容器500を示す断面図である。 図14は、第3実施形態の物流梱包容器の変形例500Aを示す断面図である。 図15は、第3実施形態の物流梱包容器500の使用方法を示す概念図である。 図16は、第3実施形態の物流梱包容器500の使用方法を示す概念図である。 図17は、保冷対象物Xとして筒状の物品を保冷する場合の物流梱包容器500の使用方法を示す概念図である。 図18は、図17の蓋部250の上面250a側から見た視野における上面図である。 図19は、第3実施形態の物流梱包容器500の使用方法を示す概念図である。 図20は、第4実施形態の保冷具300を示す平面図である。 図21は、図20の断面図である。 図22は、第4実施形態の保冷具の変形例300Aを示す斜視図である。 図23は、第4実施形態の保冷具300Aの使用方法を示す概念図である。 図24は、第4実施形態の保冷具300の製造工程を示す概念図である。 図25は、第4実施形態の物流梱包容器700の断面図である。 図26は、第5実施形態の食品保冷用具600の使用方法を示す概念図である。 図27は、融解開始温度および融解温度の測定条件において恒温槽を昇温させたときの実施例1−4の潜熱蓄熱材料の融解挙動を示すグラフである。 図28は、融解開始温度および融解温度の測定条件において恒温槽を昇温させたときの実施例1−8の潜熱蓄熱材料の融解挙動を示すグラフである。 図29は、実施例2−1および比較例2−1の物流梱包容器に保管した保冷対象物の温度の変化を示すグラフである。
≪第1実施形態≫
<潜熱蓄熱材料>
以下、本発明の実施形態の潜熱蓄熱材料について説明する。
本実施形態の潜熱蓄熱材料は、後述する保冷具や保冷具を備えた物流梱包容器に用いられる。
本実施形態の潜熱蓄熱材料は、テトラブチルアンモニウムブロミド(以下、TBAB)を構成するテトラブチルアンモニウムイオン(以下、TBA)および臭化物イオン(以下、Br)と、硝酸カリウムを構成するカリウムイオン(以下、K)および硝酸イオン(以下、NO )と、水と、を含む。
なお、本明細書において、「構成する」とは、イオンが物質を構成することが可能であることを意味する。すなわち、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、TBABを構成することが可能なTBAおよびBrと、硝酸カリウムを構成することが可能なKおよびNO と、水と、を含む。したがって、本実施形態の潜熱蓄熱材料の原料は、TBAB、硝酸カリウムおよび水に限定されない。例えば、本実施形態の潜熱蓄熱材料の原料は、硝酸テトラブチルアンモニウム、臭化カリウムおよび水であってもよい。
TBABは、第四級アンモニウム塩の一つである。第四級アンモニウム塩の水和物は、水分子をホスト化合物(ホスト分子)とし、第四級アンモニウムカチオンをゲスト化合物(ゲスト分子)とする準包接水和物である。テトラアルキルアミン塩やテトラアルキルホスフィン塩に代表される有機塩のカチオンは、準包接水和物のゲスト分子として機能することが知られている。
ここで、包接水和物とは、ホスト分子である水分子の水素結合で構成された籠状の包接格子内の空隙にテトラヒドロフランやシクロヘキサンのような分子量200以下の比較的分子サイズが小さいゲスト分子が取り込まれ、結晶化する化合物をいう。これに対し、準包接水和物は、テトラアルキルアンモニウムカチオンのような比較的分子サイズが大きいゲスト分子を、ホスト分子である水分子が、テトラアルキルアンモニウムカチオンのアルキル鎖を避けるように水素結合の籠状の包接格子を形成し、ゲスト分子を包み込むことにより結晶化する化合物をいう。また、準包接水和物の水素結合で構成された籠状の包接格子は、上述のように比較的分子サイズの大きいゲスト分子を包み込むため、水分子の水素結合で構成された籠状の包接格子とは異なり、部分的に壊れた状態で結晶化する。そのため、準包接水和物と呼ばれる。
以下の説明において、「包接水和物」というときには「準包接水和物」も含むものとする。
第四級アンモニウム塩の包接水和物は、常圧で生成し、生成時には発熱することが知られている。一方、第四級アンモニウム塩の包接水和物が解離する際には吸熱することが知られている。本実施形態の潜熱蓄熱材料は、第四級アンモニウム塩の包接水和物の生成時および解離時の熱量を潜熱量として利用することができる。
所定の温度範囲に融点(融解温度)を持つ材料としては、テトラデカンが知られている。第四級アンモニウム塩の包接水和物は、テトラデカンのような可燃性材料ではない。そのため、第四級アンモニウム塩の包接水和物は、取り扱いが容易である。
特に、第四級アンモニウム塩の中でも、ハロゲン化物塩は第三級アミンとハロゲン化アルカンとのメンシュトキン反応の一次生成物であり、合成が容易である。そのため、他のアニオン塩に比べ、製造コストが低い。また、メンシュトキン反応は求核反応であり、ヨウ化物アルカン、臭化物アルカン、塩化物アルカンの順に反応が進行しやすい。そのため、ヨウ化物塩、臭化物塩、塩化物塩の順に合成が容易となる。しかし、例えば、代表的な第四級アンモニウム塩であるテトラブチルアンモニウムのヨウ化物塩は難水溶性のため、包接水和物の形成が難しい。このことから、テトラブチルアンモニウムの臭化物塩(すなわち、TBAB)は包接水和物の原料として好ましく用いられる。本実施形態の潜熱蓄熱材料は、このように包接水和物を形成するTBABを用いることで大きな潜熱を利用できる。
包接水和物の生成および解離は、例えば氷などの固体から水などの液体への相転移に類似している。このような理由から、本明細書においては、包接水和物の解離を「融解」と言うことがある。
本明細書においては、包接水和物の融解が開始する温度を「融解開始温度」という。
また、包接水和物の融解が終了する温度を「融解終了温度」という。
融解開始温度と融解終了温度の中間の温度を「融解温度」または「融点」ということがある。融解開始温度、融解終了温度及び融解温度の測定方法については、後述する。
本実施形態の潜熱蓄熱材料は、TBABを構成するTBAおよびBrと、硝酸カリウムを構成するKおよびNO と、水とを含む。このような成分を含む材料は、固相状態において結晶化合物を形成すると考えられる。で形成された結晶化合物を含むと考えられる。本実施形態の潜熱蓄熱材料がこのような結晶化合物を含むことは、潜熱蓄熱材料のX線回折(XRD)測定において、回折ピークを観測することにより確認することができる。
なお、本明細書において、XRD測定は、温度制御機能を備えたX線回折装置を用いる。潜熱蓄熱材料のX線回折パターンは、温度制御機能を用いて潜熱蓄熱材料を凝固させ、潜熱蓄熱材料が固相状態であるときのX線回折パターンを採用する。
図1は、第1実施形態に係る潜熱蓄熱材料のX線回折パターンである。図1では、TBAB、硝酸カリウムおよび水の単体での代表的な回折ピークの回折角2θを示す。なお、それぞれの回折ピークの回折角2θは、無機結晶構造データベース(ICSD)の値を引用した。
図1に示すように、本実施形態の潜熱蓄熱材のX線回折パターンは、TBAB、硝酸カリウムおよび水の単体でのX線回折パターンと異なる。このような結果から、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、これら3つの分子の単結晶を混合した混合物ではなく、TBABを構成するTBAおよびBrと、硝酸カリウムを構成するKおよびNO と、水とで形成された結晶化合物を含むと言える。
さらに、図2は、第1実施形態の潜熱蓄熱材料のX線回折パターンと他の包接水和物のX線回折パターンとを比較したグラフである。図2では、他の包接水和物としてTBABの包接水和物および硝酸テトラブチルアンモニウム(以下、TBAN)包接水和物を示す。
図2に示すように、本実施形態の潜熱蓄熱材料およびTBABの包接水和物は、回折角2θが25°、26°および27°の回折ピークが観測される。しかし、本実施形態の潜熱蓄熱材料のX線回折パターンと、TBABの包接水和物のX線回折パターンは、一部が異なる。したがって、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、TBABの包接水和物と硝酸カリウムの単結晶との混合物ではないと考えられる。
発明者らは、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、TBABを構成するBrと硝酸カリウムを構成するNO とがイオン交換することによりTBANが形成されていると予想した。しかし、図2に示すように、本実施形態の潜熱蓄熱材料のX線回折パターンと、TBANの包接水和物のX線回折パターンとが異なる。したがって、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、TBANの包接水和物を含んでいないと考えられる。
以上のことから、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、TBABを構成するTBAおよびBrと、硝酸カリウムを構成するKおよびNO と、水と、で形成された結晶化合物であると考えられる。発明者らの鋭意研究により、潜熱蓄熱材料がこのような結晶化合物を含むことで、潜熱蓄熱材料の融解開始温度が6℃付近、融解温度が7℃付近となることがわかった。
また、硝酸カリウムを構成するNO およびKは、負の水和を示すイオンである。「負の水和を示すイオン」とは、水分子がイオンに接する際に、純水中の水分子の平衡位置での滞在時間よりも水分子の滞在時間が短くなるイオンを指す。負の水和を示すイオンの周りの水分子は、乱雑な状態をとる。このことから、負の水和を示すイオンは、「構造破壊イオン」とも呼ばれる。負の水和を示すイオンの塩とTBABと水とを特定の組成比で混合することで、これら3つの分子がそれぞれ持つ融点、TBAB包接水和物と水との共晶が持つ融点、硝酸カリウムと水との共晶が持つ融点、および硝酸カリウムとTBABとの共晶が持つ融点のいずれにも異なる融点を有する結晶化合物が得られる。
また、本実施形態の潜熱蓄熱材がTBABを構成するTBAおよびBrと、硝酸カリウムを構成するKおよびNO と、水とを含むことは、公知の方法により確認することが可能である。このような方法としては、潜熱蓄熱材料を液相状態にて、液体クロマトグラフィー(LC)、質量分析(MS)またはイオン試験紙により測定する方法が挙げられる。また、本実施形態の潜熱蓄熱材料に含まれる水をエバポレーター等により蒸発させた後、得られる固形成分をX線光電子分光法、赤外分光法または核磁気共鳴法を用いて測定する方法が挙げられる。
本実施形態の潜熱蓄熱材料において、TBABに対する硝酸カリウムのモル比率は、0.3以上1.3以下である。
TBABに対する硝酸カリウムのモル比率が0.3未満であると、本実施形態の潜熱蓄熱材料中の包接水和物に占めるTBABの包接水和物の割合が多くなる。TBABの包接水和物は12℃付近に融解開始温度を有する。そのため、上記モル比率が0.3未満であると、5℃を超えて10℃以下の目的の温度範囲における潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量が低くなる。
TBABに対する硝酸カリウムのモル比率が1.3を超えると、硝酸カリウムの一部が水に溶解できずに沈殿する。沈殿した硝酸カリウムは5℃を超えて10℃以下の温度範囲では潜熱蓄熱材料としては機能しないため、結果として、目的の温度範囲での潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量が低下する。
TBABに対する硝酸カリウムのモル比率は、0.5以上0.8以下であることが好ましく、0.6以上0.8以下であることがより好ましい。
本実施形態の潜熱蓄熱材料において、TBABに対する水のモル比率は、TBABと水とで形成される包接水和物の調和融点を与える範囲で調整される。このようなTBABに対する水のモル比率は、22以上32以下である。これにより、所定の温度範囲に融解開始温度を持つ潜熱蓄熱材料を得ることができる。また、得られる潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量が高い。
これに対し、TBABに対する水のモル比率が22未満であると、相対的にTBABの濃度が高くなるため、TBABが沈殿しやすい。沈殿したTBABは5℃を超えて10℃以下の温度範囲では潜熱蓄熱材料としては機能しないため、結果として、目的の温度範囲での潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量が低下する。
TBABに対する水のモル比率が32を超えると、水が多すぎるため、硝酸カリウムと水との共晶が生じやすい。硝酸カリウムと水との共晶は−3℃付近に融点を有するため、5℃を超えて10℃以下の目的の温度範囲における潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量が低下する。
TBABに対する水のモル比率は、24以上30以下であることが好ましく、26以上30以下であることがより好ましい。
得られる潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量を高くする観点から、TBABに対する硝酸カリウムのモル比率は0.5以上0.8以下であり、TBABに対する水のモル比率は24以上30以下であることが好ましい。
一般的に、TBABよりも硝酸カリウムや水の方が、原料コストが低いため、潜熱蓄熱材料の製造コストを低くする観点から、TBABに対する硝酸カリウムのモル比率は0.6以上1.3以下であり、TBABに対する水のモル比率は26以上32以下であることが好ましい。
得られる潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量を高くするとともに、潜熱蓄熱材料の製造コストを低くする観点から、TBABに対する硝酸カリウムのモル比率は0.6以上0.8以下であり、TBABに対する水のモル比率は26以上30以下であることが好ましい。
本実施形態の潜熱蓄熱材料は、上述の物質以外に本発明の効果を損なわない範囲において、添加剤を含んでいてもよい。
例えば、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、潜熱蓄熱材料の粘度を調整して取り扱いやすくするために、増粘剤を含んでいてもよい。増粘剤としては、例えばキサンタンガム、グアガム、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウムなどが挙げられる。
また、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、潜熱蓄熱材料の過冷却を調整する目的で、過冷却抑制剤を含んでいてもよい。また、長期使用する目的から、潜熱蓄熱材料は抗菌剤が添加されていてもよい。なお、本発明で使用できる添加剤は、上記で例示した材料に限定されるものではない。
本実施形態の潜熱蓄熱材料の融解開始温度は5℃を超えて10℃以下である。TBABの包接水和物の融解開始温度は12℃程度と言われている。このことから、本実施形態の潜熱蓄熱材料の融解開始温度は、TBABの包接水和物の融解開始温度よりも低い。
本明細書において、潜熱蓄熱材料の融解開始温度および融解温度は、以下の方法により得られる値を採用する。
まず、潜熱蓄熱材料を約5g秤量し、ガラス管瓶に注ぐ。そのガラス管瓶中の潜熱蓄熱材料の中心部分の温度を熱電対で計測し、室温下で温度可変機能付の恒温槽内にガラス管瓶を収容する。次に、恒温槽内の−20℃まで冷却し、潜熱蓄熱材料を凍結させた後に、−20℃から30℃まで、0.25℃/分の速度で昇温させる。このとき、昇温開始時を0時間とし、昇温時間に対する潜熱蓄熱材料の温度変化のグラフを得る。この温度変化を融解挙動と呼ぶことがある。
融解開始温度は、得られた融解挙動のグラフにおいて、潜熱蓄熱材料の温度を昇温時間で微分し、測定時間中に最も早く微分値がゼロとなった時間における潜熱蓄熱材料の温度を採用する。
融解終了温度は、測定時間中に最も遅く微分値がゼロとなった時間における潜熱蓄熱材料の温度を採用する。
融解温度は、融解開始温度と融解終了温度との中間の温度を採用する。
潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量は、示差走査熱量測定(DSC)により得られる値を採用する。具体的には、まず液相状態の潜熱蓄熱材をDSC測定用のアルミパンに4mg程度封入する。封入された潜熱蓄熱材料を5℃/分の速度で降温し、液相状態から固相状態に相変化させた後に、5℃/分の速度で昇温する。潜熱蓄熱材料を昇温し、固相状態から液相状態に相変化するときに、DSC曲線において吸熱ピークが得られる。吸熱ピークの面積をサンプルの質量で除した値を単位質量あたりの潜熱量とする。
以上のことから、本実施形態の潜熱蓄熱材料は、所定の温度範囲で相変化する。
<潜熱蓄熱材料の製造方法>
本実施形態の潜熱蓄熱材料は、TBABと、硝酸カリウムと、水と、を所定の割合で混合することにより得られる。上述したように、用いる硝酸カリウムのモル比率は、TBABに対して0.3以上1.3以下である。用いる水のモル比率は、TBABに対して22以上32以下である。上述の物質を混合する順序は特に限定されないが、TBABに、硝酸カリウム、水の順に加え、不溶物がなくなるまでよく撹拌することで、潜熱蓄熱材が得られる。また、予めTBABの水溶液と硝酸カリウムの水溶液を調製しておき、それらを混合してもよい。
≪第2実施形態≫
<保冷具>
以下、上述の潜熱蓄熱材料を用いる保冷具について、図3および図4に基づき説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
本実施形態の保冷具は、保冷対象物を保冷する。保冷対象物としては、例えば食品、医薬品および人体などが挙げられる。食品としては、例えば野菜や果物などの青果品、牛乳などの乳製品、ハムなどの加工食品、ワインやシャンパンなどの飲料などが挙げられる。また、本実施形態の保冷具は、冷蔵庫内や梱包容器内などの密閉空間や、空調等の目的で開放された空間を保冷してもよい。
青果品の場合、保管温度は0℃を超えて15℃以下であると言われている。一方、牛乳などの乳製品、ハムなどの加工食品を含む冷蔵品の場合、保管温度は0℃を超えて10℃以下と言われている。医薬品の場合、保管温度は2℃以上8℃以下であると言われている。
図3は、第2実施形態の保冷具100の平面図である。図4は、図3の断面図である。図3および図4に示すように、保冷具100は、保冷具本体110と、潜熱蓄熱材料150と、を備える。本実施形態の保冷具100は、後述するシリンダーポンプを用いて潜熱蓄熱材料を注入する方法により得られる、いわゆるブロー容器型の保冷具である。
保冷具本体110は、内部空間110cに潜熱蓄熱材料150を液密に収容する。
保冷具本体110は、収容部材120と、注入口170と、封止部材190と、を備える。
収容部材120は、中空構造を有する部材である。収容部材120は、剛性が高い材料で形成されていることが好ましい。これにより、潜熱蓄熱材料150が固相から液相に相転移する際に、収容部材120の形状が変化しにくい。このような材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアミドなどの樹脂材料や、アルミニウム、ステンレス、銅、銀などの金属、ガラス、陶磁器、セラミックなどの無機材料などが挙げられる。収容部材120の作り易さと耐久性の観点から、収容部材120は樹脂材料で形成されることが好ましい。
収容部材120は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアミドなどのフィルムにより内包されていても構わない。フィルムの耐久性やバリア性を高める目的で、フィルムにアルミニウムや二酸化ケイ素の薄膜が形成されていることが好ましい。さらに、収容部材120に、温度を示す示温材のシールを貼付すると、保冷具の温度が判断可能となるため好ましい。
図3の注入口170は、収容部材120の上部に設けられている。後述する方法において、注入口170から収容部材120の内部に潜熱蓄熱材料150が注入される。
注入口170は、封止部材190によって封止されている。
本実施形態の保冷具100を物品(保冷対象物)に近接または接触させることで、本発明の潜熱蓄熱材料の融解開始温度付近にて物品の温度調整や保冷が可能となる。
<保冷具の製造方法>
本実施形態の保冷具100の製造方法の一例について説明する。図5は、第2実施形態の保冷具100の製造の工程を示す概念図である。
図5に示すように、収容部材120に注入口170を介して潜熱蓄熱材料150を、シリンダーポンプCPを用いて注入する。なお、潜熱蓄熱材料150の注入方法はこれに限定されず、モーノポンプを用いた注入方法であってもよい。
具体的に、まず、シリンダーポンプCPの充填ホースH1を収容部材120の注入口170にセットし、吸上げホースH2を潜熱蓄熱材料150の入った容器にセットする。
次に、シリンダーポンプCPのピストンPを下降することにより潜熱蓄熱材料150を吸上げる。次に、ピストンP内に潜熱蓄熱材料150を充填した後に、ピストンPを上昇させることで収容部材120に潜熱蓄熱材料150を注入する。
潜熱蓄熱材料150の注入量は特に限定されないが、収容部材120の内容積に対して、70%以上90%以下であることが好ましい。
そして、注入口170を封止部材190で封止する。封止部材190を用いる封止方法としては、超音波溶着や熱溶着などの既存の手法で密栓する方法や、封止部材190をネジ栓としておき、手で自由に開閉できる栓とする方法がある。超音波溶着や熱溶着などで密栓する場合は、潜熱蓄熱材料150などが漏れるおそれがなく好ましい。
最後に、潜熱蓄熱材料150の凝固温度以下の温度環境で保冷具100を静置し、潜熱蓄熱材料150を凝固させる。このような工程により、本実施形態の保冷具100が製造される。
なお、ここで説明したように、保冷具100を後述する物流梱包容器に載せる前に潜熱蓄熱材料150を凝固させてもよいが、物流過程の最初の段階で物流梱包容器を潜熱蓄熱材料150の凝固温度以下の温度環境にすることができる場合は、保冷具100中の潜熱蓄熱材料150を液相状態であっても使用を開始することができる。
上述したように、本実施形態の潜熱蓄熱材料の融解開始温度および融解温度は、5℃を超えて10℃以下である。そのため、本実施形態の潜熱蓄熱材料を用いる保冷具100は、5℃を超え10℃未満の温度範囲で保冷することが好ましい青果品、冷蔵品や医薬品の保冷に使用することができる。
一般に、食品の輸送は、生産者より各種食品を収集し、それらを顧客ごとに仕分けた上で保冷材を用いて冷却した物流梱包容器に収容して配送されることにより行われる。その過程で、3〜5℃で電気的に温度制御された冷蔵室(倉庫)にて物流梱包容器ごと食品が一時的に保管されることがある。
ここで、保冷具に用いられる保冷材が、融解温度が0℃である氷のような従来の材料である場合、保冷材は3〜5℃の冷蔵室に保管する間に融解してしまう。このような場合、冷蔵室からコンテナを取出し配送を再開しようとする際には、保冷材が融解しており機能しない。そのため、従来の保冷材を用いて食品を配送する場合には、冷蔵室で食品を保管する間、または再度配送を開始する前に、保冷材を保冷材の融解開始温度未満の温度で別途保管、または固相状態の保冷材と交換する必要があった。
これに対し、本実施形態の保冷具100の潜熱蓄熱材料は、融解開始温度が5℃を超えるため、3〜5℃の冷蔵室に保管する場合であっても、潜熱蓄熱材は融解しない、または凝固する。そのため、冷蔵室からコンテナを取出し配送を再開しようとする際に、保冷具100の交換等が不要となる。したがって、本実施形態の保冷具100は、食品の収集から配送終了までの間、容易に保冷具100の保冷性能を維持することができる。
<物流梱包容器>
以下、第2実施形態の保冷具100を用いる物流梱包容器について、図6に基づき説明する。
図6は、第2実施形態の物流梱包容器200の断面図である。物流梱包容器200は、物流梱包容器本体210と、保冷具100と、を備える。
物流梱包容器本体210は、人が持ち運びできる大きさの容器である。物流梱包容器本体210は、壁部240および蓋部250により構成される。
壁部240は、物品および保冷具100を出し入れするために開口している。壁部240は、保冷具100を保持する保冷具保持部220を有する。保冷具保持部220は、物流梱包容器本体210の側面を構成する壁部240の上端を切り欠いて形成される。保冷具保持部220は、互いに対向する壁部240の上端に形成されている。なお、壁部240の全周に渡って、壁部240の上端に保冷具保持部が形成されていてもよい。
保冷具保持部220は、物流梱包容器本体210の内部に設けられる。物流梱包容器200は、保冷具保持部220に保冷具100を載せることにより用いられる。これにより、物流梱包容器本体210の内部が、保冷具100の潜熱蓄熱材の融点の近傍に保持される。保冷具保持部220は、保冷具100の固定が可能な構造となっていてもよい。
壁部240は、発泡スチロール、発泡ウレタン、真空断熱材などの断熱性を有する材料で形成されていることが好ましい。断熱性を考慮しない材料で形成された本体の内側や外側に、断熱性を有する材料で形成された断熱層を設けてもよい。
蓋部250は、開口している壁部240を閉塞する。蓋部250は、壁部240の形成材料として示した材料により形成されている。蓋部250は、壁部240と同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。
壁部240および蓋部250は、連結されていてもよいし、分離されていてもよい。物流梱包容器200の内部との熱の出入りを低減するために、蓋部250は壁部240と密着する構造であることが好ましい。
物流梱包容器本体210は、物品を収容可能な内部空間210cを有する。内部空間210cは、壁部240と蓋部250とで囲まれた領域である。
物品が物流梱包容器本体210の内部空間210cに収容されることにより、物品が潜熱蓄熱材の融解温度付近で保持される。
<変形例>
図7は、第2実施形態の物流梱包容器の変形例200Aを示す断面図である。図7に示すように、物流梱包容器200Aは、保冷具100を2つ備えている。物流梱包容器200Aにおいて、2つの保冷具100は互いに対向している。一方の保冷具100Aは、保冷具保持部220に保持されている。すなわち、物流梱包容器200Aでは、壁部240の一部が特許請求の範囲における保持部材として機能する。他方の保冷具100Bは、物流梱包容器本体210の内部の底面に配置されている。これにより、底面210aから保冷対象物Xに熱流入を抑制することができる。
また、保冷具100は、潜熱蓄熱材料が固相から液相に相転移する際に形状変化が少ない。そのため、物流梱包容器200Aでは、保冷対象物Xを安定して設置することができる。
ここで、物質から物質への熱の移動方法は、対流、熱伝導、熱放射の3つがある。なかでも熱伝導は、熱損失が最も少ないと考えられる。
物流梱包容器200Aは、保冷具100Bがこのような位置に配置されていることにより、物流梱包容器本体210の内部で保冷対象物Xと保冷具100Bとを接触させることができる。保冷対象物Xと保冷具100Bとを接触させることで、保冷対象物Xと保冷具100Bとの間で熱伝導し、保冷対象物Xが冷却されると考えられる。この場合、外部から物流梱包容器200Aへの熱流入の影響を受けにくい。
一方で、図6の物流梱包容器200のように保冷具100と保冷対象物Xとが離間している場合、保冷具100と保冷対象物Xとの間で熱が対流し、保冷対象物Xが冷却されると考えられる。この場合、外部から物流梱包容器200への熱流入の影響を受けやすく、潜熱蓄熱材料の融解温度に極めて近い温度での保冷は難しい。
したがって、物流梱包容器200Aは、物流梱包容器200と比べて、熱流入の影響が少ないため、保冷対象物Xの温度を、潜熱蓄熱材料の融解温度付近で制御しやすい。
保冷対象物が青果品である場合、あまり保管温度が低すぎると、黒く変色するなどのいわゆる低温障害が生じることがある。これに対し、物流梱包容器200Aは、保冷具100Bに備えた潜熱蓄熱材料の融解開始温度が5℃を超えるので、低温障害が生じにくい。
なお、保冷具100Aと保冷具100Bとは、潜熱蓄熱材料の種類が同一でも異なっていてもよい。
図8は、第2実施形態の物流梱包容器の変形例200Bを示す断面図である。物流梱包容器200Bが図7の物流梱包容器200Aと異なる点は、物流梱包容器本体210の内部の側面に設けられた保冷具保持部材221を備えていることである。一方の保冷具100Aは、保冷具保持部材221によって保持されている。他方の保冷具100Bは、物流梱包容器本体210の内部の底面に配置されている。
図7の物流梱包容器200Aと同様に、物流梱包容器200Bは、物流梱包容器200と比べて、保冷対象物の温度を制御しやすい。
本発明の一態様の物流梱包容器本体は、コンテナなどの巨大な容器であってもよい。また、本発明の一態様の物流梱包容器はリーファーコンテナのように冷却装置を備えた容器であっても構わない。
図9は、第2実施形態の物流梱包容器の変形例200Cを示す断面図である。図7の物流梱包容器200Aと異なる点は、物流梱包容器200Cの保冷具保持部220が、物流梱包容器本体の側面を構成する壁部の上端および下端を切り欠いて形成されていることである。これにより、本実施形態の物流梱包容器200Cを傾斜させた姿勢で用いる場合においても、2つの保冷具100の位置が安定する。
図6の物流梱包容器200Aと同様に、物流梱包容器200Cは、物流梱包容器200と比べて、保冷対象物の温度を制御しやすい。
本発明の一態様の物流梱包容器が備える保冷具の数は特に限定されず、3以上であってもよい。
本発明の一態様の物流梱包容器においては、保冷具が、物流梱包容器本体に内蔵されていてもよい。また、保冷具自体が、物流梱包容器となっていてもよい。
本発明の一態様の物流梱包容器においては、蓋部が保持具保持部を有してもよい。
第2実施形態の物流梱包容器200は、上述の保冷具100を備えているので、青果品や冷蔵品の保冷にも、医薬品の保冷にも使用することができる。
≪第3実施形態≫
<保冷具>
以下、上述の潜熱蓄熱材料を用いる保冷具について、図10および図11に基づき説明する。
図10は、第3実施形態の保冷具400を示す斜視図である。図11は、図10のXI−XI線に沿う断面図である。図10および図11に示すように、本実施形態の保冷具400は、潜熱蓄熱材料150と、保冷具本体410と、を備える。保冷具400は、いわゆるフィルムパック型の保冷具である。したがって、本実施形態において第2実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
保冷具本体410は、複数の収容部430と、複数の関節部440と、を有する。
収容部430は、内部空間430cに潜熱蓄熱材料150を液密に収容する。
収容部430は、短冊状に形成されている。図11では、収容部430の断面の輪郭形状は楕円形であるが、その他の形状であってもよい。
なお、図10および図11では、収容部430の数は3個であるが、これに限定されない。保冷対象物の大きさに応じて、収容部430の数を変えることにより、保冷具400の大きさを変えることができる。
関節部440は、二つの収容部430同士を接続するとともに、関節機能を有する。保冷具400は、複数の関節部440を有することで、潜熱蓄熱材料150が固相状態であっても、冷却対象物(保冷対象物)の形状に沿った姿勢で保冷対象物に接触することができる。したがって、保冷対象物が複雑な形状であっても、保冷具400は、冷却対象物を効果的に冷却することができる。
図11に示すように、保冷具本体410は、フィルム部材420で構成されている。フィルム部材420同士は複数の接合部441で接合されている。フィルム部材420の接合部441と平面視で重なる領域が、関節部440として機能する。フィルム部材420の複数の接合部441と平面視で重なる領域以外の領域は、収容部430として機能する。
フィルム部材420は、潜熱蓄熱材料150の漏洩や揮発を抑制できる材料で形成されていることが好ましい。また、フィルム部材420は、後述する製造方法において、フィルム部材420同士を接合できる材料で形成されていることが好ましい。さらに、フィルム部材420は、関節部440に関節機能を与える柔軟性を有する材料で形成されていることが好ましい。
このような観点から、フィルム部材420の形成材料は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドまたはポリエステルであることが好ましい。フィルム部材420の形成材料は、1種類であってもよいし、2種類以上を任意で組み合わせてもよい。また、フィルム部材420は、単層で構成されていてもよいし、複数層で構成されていてもよい。
フィルム部材420が低密度ポリエチレン樹脂層とポリアミド樹脂層との多層フィルムで構成されていることが好ましい。この場合、2枚の多層フィルムを低密度ポリエチレン樹脂層同士が対向するように重ね、低密度ポリエチレン樹脂層同士の接触面を熱圧着することにより、関節部440を形成することができる。
フィルム部材420の耐久性やバリア性を高める目的で、フィルム部材420がアルミニウムや二酸化ケイ素の薄膜を含むことが好ましい。さらに、フィルム部材420に、温度を示す示温材のシールを貼付すると、保冷具400の温度が判断可能となるため好ましい。
また、保冷具400の物理的な強度の向上、肌触りの改善や、断熱性の向上の目的から、フィルム部材420の外側を、さらにフィルムで包装する、いわゆるパックインパック構造であっても構わない。
保冷具400は保冷対象物に固定するための固定治具に取り付け、保冷具400を保冷対象物に固定して用いてもよい。固定治具としては、サポーター、タオル、包帯などがある。
第3実施形態の保冷具400は、第2実施形態の保冷具100と同様に、青果品や冷蔵品の保冷にも、医薬品の保冷にも使用することができる。
<保冷具の製造方法>
本実施形態の保冷具400の製造方法の一例について説明する。図12は、第3実施形態の保冷具400の製造に用いられる装置の概略構成を示す図である。図12に示す製造装置は、食品の包装で用いられる、いわゆる縦ピロー型包装機である。
まず、恒温槽Tに貯留した潜熱蓄熱材料150を撹拌槽STに輸送し、攪拌機Mを用いて撹拌する。次に、ロール状のフィルム(図示しない)を繰り出し、包装機PMのフォーマー部Fでフィルム42の長軸方向の両端を合わせる。次に縦シール部S1により熱圧着することで前記両端を貼り合わせ筒状にする。次に、横シール部S2により筒状のフィルム42の短軸方向を熱圧着する。次に、ポンプPUを動作させ、潜熱蓄熱材料150を、ノズルNを介して筒状になったフィルム42に注入した後に、横シール部S2により再度、筒状のフィルム42の短軸方向を熱圧着することで関節部440および収容部430を形成する。これにより、保冷具400を製造することができる。
<物流梱包容器>
以下、第3実施形態の保冷具400を用いる物流梱包容器について、図13に基づき説明する。
図13は、第3実施形態の物流梱包容器500を示す断面図である。図13に示すように、物流梱包容器500は、物流梱包容器本体210と、保冷具400と、を備える。したがって、本実施形態において第2実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
物流梱包容器500は、保冷具400を用いて保冷対象物Xを上部より被覆する。これにより、物流梱包容器500は、物流梱包容器本体210の内部で保冷具400の少なくとも一部と保冷対象物Xとを接触させることができる。このとき、保冷対象物Xと保冷具400との接触面400aで熱伝導し、保冷対象物Xが冷却されると考えられる。この場合、外部から物流梱包容器500への熱流入の影響を受けにくい。したがって、物流梱包容器500は保冷対象物Xを効率的に保冷できる。
一方で、第2実施形態の物流梱包容器200(図6参照)のように、保冷対象物と保冷具とが離間した状態で保冷対象物を保冷する場合には、物流梱包容器本体の内部空間に存在する空気との熱交換により、保冷対象物の保冷温度は保冷具に備えた潜熱蓄熱材料の融解開始温度よりも高くなる。そのため、潜熱蓄熱材料には、保冷対象物の保持すべき温度範囲の下限よりも低い温度に融解開始温度を持つ材料が用いられる。しかし、仮にこのような潜熱蓄熱材料を保冷具400に適用する場合には、保冷対象物の温度が保持すべき温度範囲の下限を下回るおそれがある。
これに対し、本実施形態の物流梱包容器500は、保冷具400の潜熱蓄熱材料の融解温度の7℃付近の温度にて、保冷対象物Xを保冷することができる。発明者らの鋭意研究により、保冷対象物Xを6℃〜8℃の範囲で保冷できることがわかった。したがって、厳密な温度管理が要求される医薬品の保冷および輸送や、低温障害が起こりやすい青果品の保冷や輸送に好適である。
なお、物流梱包容器500は、保冷対象物Xの保冷性能を高めるため、保冷具400の上方に断熱部材を備えていてもよい。
保冷対象物Xの形状や性質に応じて保冷具400の形状、数、使用時の姿勢などを適宜調整するとよい。
<変形例>
図14は、第3実施形態の物流梱包容器の変形例500Aを示す断面図である。物流梱包容器500Aが図13の物流梱包容器500と異なる点は、保冷具400とともに第2実施形態の保冷具100(図4参照)を備えていることである。物流梱包容器500Aにおいて、保冷具100は、保冷対象物Xと物流梱包容器本体210の内部の底面210aとの間に配置されている。これにより、底面210aから保冷対象物Xに熱流入を抑制することができる。
また、上述したように、保冷具100は、潜熱蓄熱材料が固相から液相に相転移する際に形状変化が少ない。そのため、物流梱包容器500Aでは、保冷対象物Xを安定して設置することができる。
第3実施形態の物流梱包容器500は、上述の保冷具400を備えているので、青果品や冷蔵品の保冷にも、医薬品の保冷にも使用することができる。
<保冷方法>
図15〜図19を参照しながら、第3実施形態の物流梱包容器500の使用方法を説明する。
図15は、第3実施形態の物流梱包容器500の使用方法を示す概念図である。ここで、保冷対象物Xを貫通する軸A1を想定する。本実施形態において、軸A1は、特許請求の範囲における「第1軸」に相当する。物流梱包容器500では、保冷対象物Xを軸A1の周方向に沿って保冷具400で包囲してもよい。これにより、物流梱包容器本体210の内部の底面側や側面側からも保冷対象物Xを保冷することができる。
図16は、第3実施形態の物流梱包容器500の使用方法を示す概念図である。図16では、2つの収容部430と1つの関節部440とを有する保冷具400を備えた物流梱包容器500を示している。物流梱包容器本体210の内部で、保冷対象物Xを上下方向から2つの収容部430で挟んでもよい。例えば、細胞等の検体を保管する際、シャーレのような厚さが小さい容器に入れられることがある。図16に示す物流梱包容器500に使用方法は、このような形状の保冷対象物の保冷に適していると言える。
図17は、保冷対象物Xとして検体やワクチンなどの医薬品や飲料缶といった筒状の物品を保冷する場合の物流梱包容器500の使用方法を示す概念図である。図18は、図17の蓋部250の上面250a側から見た視野における上面図である。ただし、図18は、蓋部250を省略して図示している。
図17では、4つの保冷具400を備えた物流梱包容器500を示している。ここで、4つの保冷対象物X1〜X4をそれぞれ貫通する軸A11〜A14を想定する。物流梱包容器500では、4つの保冷対象物X1〜X4を軸A11〜A14の周方向に沿って4つの保冷具400でそれぞれ包囲してもよい。これにより、物流梱包容器本体210の内部の側面側からも保冷対象物Xを保冷することができる。
図19は、第3実施形態の物流梱包容器500の使用方法を示す概念図である。図19では、2つの保冷具400を備えた物流梱包容器500を示している。ここで、保冷対象物Xを貫通する軸A1および軸A2を想定する。本実施形態において、軸A2は、特許請求の範囲における「第2軸」に相当する。軸A1と軸A2とは交差している。物流梱包容器500では、保冷対象物Xを、軸A1および軸A2の周方向に沿って2つの保冷具400でそれぞれ包囲してもよい。具体的には、軸A1の周方向に沿って一方の保冷具400Aで包囲し、軸A2の周方向に沿って他方の保冷具400Bで包囲する。これにより、保冷対象物Xの周囲の空気からの熱流入を抑制することができる。そのため、図19に示す使用方法は、保冷対象物Xを軸A1のみの周方向に沿って保冷具400で包囲する方法と比べて、保冷性能が高い。また、保冷対象物Xを、保冷具400の潜熱蓄熱材料の融解温度に極めて近い温度で保持することができる。
≪第4実施形態≫
<保冷具>
以下、上述の潜熱蓄熱材料を用いる保冷具について、図20および図21に基づき説明する。
図20は、第4実施形態の保冷具300を示す平面図である。図21は、図20の断面図である。図20および図21に示すように、本実施形態の保冷具300は、潜熱蓄熱材料150と、保冷具本体310と、を備える。保冷具300は、いわゆるブリスターパック型の保冷具である。したがって、本実施形態において第2実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
保冷具本体310は、複数の収容部330と、複数の関節部340と、を有する。
収容部材320は、内部空間330cに潜熱蓄熱材料150を液密に収容する。
収容部材320は、短冊状に形成されている。図21では、収容部330の断面の輪郭形状は台形であるが、その他の形状であってもよい。
なお、図20および図21では、収容部330の数は6個であるが、これに限定されない。保冷対象物の大きさに応じて、収容部330の数を変えることにより、保冷具300の大きさを変えることができる。
また、複数の収容部330には、1種類の潜熱蓄熱材料150が収容されていてもよいし、互いに異なる融解開始温度を持つ2種類以上の潜熱蓄熱材料で形成された潜熱蓄熱材料150が収容されていてもよい。このような保冷具300を用いれば、互いに保管温度が異なる複数の保冷対象物を一度に保冷することができる。
飲料缶との接触面積を増加させるために、収容部330の接触面330aを凹曲面に形成してもよい。また、保冷具300をワインの瓶などにフィットさせるために、収容部330の厚さtを収容部330の長尺方向に向かって変化させてもよい。
関節部340は、二つの収容部330同士を接続するとともに、関節機能を有する。保冷具300は、複数の関節部340を有することで、潜熱蓄熱材料150が固相状態であっても、冷却対象物(保冷対象物)の形状に沿った姿勢で保冷対象物に接触することができる。したがって、保冷対象物が複雑な形状であっても、保冷具300は、冷却対象物を効果的に冷却することができる。
図21に示すように、保冷具本体310は、収容部材320および封止部材390で構成されている。収容部材320と封止部材390とは、複数の接合部341で接合されている。収容部材320および封止部材390の接合部341と平面視で重なる領域が、関節部340として機能する。収容部材320および封止部材390の複数の接合部341と平面視で重なる領域以外の領域が、収容部330として機能する。
収容部材320は、複数の凹部321を有している。複数の凹部321は、封止部材190と複数の収容部330を構成する。収容部材320は、凹部321の形状を保持できる硬度を有する材料で形成されていることが好ましい。
封止部材390は、平面状に形成されている。
収容部材320および封止部材390は、潜熱蓄熱材料150の漏洩や揮発を抑制できる材料で形成されていることが好ましい。さらに、収容部材320および封止部材390は、関節部340に関節機能を与える柔軟性を有する材料で形成されていることが好ましい。さらに、収容部材320および封止部材390は、後述する製造方法において、互いに接合できる材料で形成されていることが好ましい。
収容部材320の形成材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネートまたはポリ塩化ビニルであることが好ましい。収容部材320の厚さは、例えば100μm以上1000μm以下であることが好ましい。収容部材320の厚さが上記範囲であると、収容部材320が可撓性を有する。その結果、関節部340に関節機能を与えることができる。
封止部材390の形成材料は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドまたはポリエステルであることが好ましい。封止部材390の厚さは、50μm以上100μm以下であることが好ましく、封止部材390の厚さが上記範囲であると、封止部材390が可撓性を有する。その結果、関節部340に関節機能を与えることができる。
収容部材320および封止部材390の形成材料は、1種類であってもよいし、2種類以上を任意で組み合わせてもよい。また、収容部材320および封止部材390は、単層で構成されていてもよいし、複数層で構成されていてもよい。
収容部材320および封止部材390が直鎖状低密度ポリエチレン樹脂層とポリアミド樹脂層との多層フィルムで構成されていることが好ましい。この場合、2枚の多層フィルムを低密度ポリエチレン樹脂層同士が対向するように重ね、低密度ポリエチレン樹脂層同士の接触面を熱圧着することにより、関節部340を形成することができる。
収容部材320と封止部材290との少なくとも一方は、耐久性やバリア性を高める目的で、アルミニウムや二酸化ケイ素の薄膜を含むことが好ましい。さらに、収容部材320と封止部材390との少なくとも一方に、温度を示す示温材のシールを貼付すると、保冷具300の温度が判断可能となるため好ましい。
収容部材320および封止部材390は、固定部を有してもよい。これにより、保冷対象物に保冷具300を配置する際に、保冷対象物を包囲する構成とすることができる。固定部は、例えば、収容部材320の表面320aと封止部材390の表面390aとから構成される面ファスナーなどを用いることができる。
<変形例>
図22は、第4実施形態の保冷具の変形例300Aを示す斜視図である。保冷具300Aが図20の保冷具300と異なる点は、保冷具支持体350を備えていることである。
保冷具支持体350は、略円筒形であり、円筒形の一端が開口している。保冷具支持体350は、内部に潜熱蓄熱材料150および保冷具本体310を収容する空間を有する。保冷具本体310は、収容部材320を内側とし封止部材390を外側とする、略円筒形に変形されている。保冷具300は、保冷具支持体350を備えることにより、それ自身が略円筒形で自立できるようになっている。
保冷具支持体350は、断熱性を有し、外気との熱交換を防ぐ材料で形成されていることが好ましい。このような材料としては、発泡ポリエチレン、発泡ウレタン、クロロプレンゴム(発泡ゴム)などが挙げられる。
<保冷方法>
図23は、第4実施形態の保冷具300Aの使用方法を示す概念図である。図23に示すように、第4実施形態の保冷具300Aを用いる保冷方法は、飲料缶や飲料ボトルなどの保冷対象物Xを保冷具300Aの略円筒形の空間300cに入れる。これにより、保冷対象物Xと保冷具300Aとを近接または接触させる。その結果、保冷対象物Xを保冷具300Aの潜熱蓄熱材料150の融解開始温度付近にて保持することができる。例えば、白ワイン、シャンパン、スパークリングワインの適温である5〜8℃付近を保持することができる。
この場合、保冷対象物Xの径に一定の範囲を持たせるため、保冷具支持体350は、少なくとも一部が弾性を有する材料で形成されていることが好ましい。保冷具支持体350の弾性力により、保冷対象物Xと保冷具300Aとは接触する。
<保冷具の製造方法>
本実施形態の保冷具300の製造方法の一例について説明する。図24は、第4実施形態の保冷具300の製造工程を示す概念図である。なお、図21と図24とでは、収容部330の数を異ならせてある。
まず、断面の輪郭形状が台形である溝部を有する金型MPに収容部材320の原料である硬質フィルム32を設置し、真空成型またはプレス加工により収容部材320を成型する。次に、収容部材320の凹部321に液相状態の潜熱蓄熱材料150を、ポンプ等を用いて一定量注入する。次に、封止部材390を、収容部材320に配置し、収容部材320と封止部材390との接触面同士を熱圧着することで、収容部330および関節部340を形成する。
<物流梱包容器>
以下、第4実施形態の保冷具300を用いた物流梱包容器について、図25に基づき説明する。
図25は、第4実施形態の物流梱包容器700の断面図である。物流梱包容器700は、物流梱包容器本体210と、保冷具300と、を備える。したがって、本実施形態において第2実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
物流梱包容器700は、保冷具300を用いて保冷対象物Xを上部より被覆する。これにより、物流梱包容器700は、物流梱包容器本体210の内部で保冷具300の少なくとも一部と保冷対象物Xとを接触させることができる。保冷対象物Xと保冷具300との接触面300aで熱伝導し、保冷対象物Xが冷却されると考えられる。この場合、外部から物流梱包容器700への熱流入の影響を受けにくい。したがって、物流梱包容器700は保冷対象物Xを効率的に保冷できる。
また、本実施形態の物流梱包容器700は、保冷具300の潜熱蓄熱材料の融解開始温度(5℃以上8℃以下)付近の温度にて、保冷対象物Xを保冷することができる。発明者らの検討により、保冷対象物Xを6℃〜8℃の範囲で保冷できることがわかった。したがって、厳密な温度管理が要求される医薬品の保冷および輸送や、低温障害が起こりやすい青果品の保冷や輸送に好適である。
本実施形態の物流梱包容器700では、収容部材320の表面320aと、物流梱包容器本体210の底面210aと、が面ファスナーなどにより固定可能であってもよい。
なお、物流梱包容器700は、保冷対象物Xの保冷性能を高めるため、保冷具300の上方に断熱部材を備えていてもよい。
第4実施形態の物流梱包容器700は、上述の保冷具300を備えているので、青果品や冷蔵品の保冷にも、医薬品の保冷にも使用することができる。
≪第5実施形態≫
<食品保冷用具>
以下、上述の潜熱蓄熱材料を用いる食品保冷用具について、図26に基づき説明する。
図26は、第5実施形態の食品保冷用具600の使用方法を示す概念図である。食品保冷用具600は、物流梱包容器本体210と、保冷具100と、内容器610と、を備える。したがって、本実施形態において第2実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
内容器610は、食品を保持する。食品保冷用具600は、内容器610によって、物流梱包容器本体210の内部に収容されている肉や魚などの生鮮食品と、野菜や果物などの青果品と、が直接触れるのを抑制することができる。これにより、食中毒菌の二次汚染などを抑制することができる。内容器610の表面610aは抗菌剤などでコートされていることが好ましい。
第5実施形態の食品保冷用具600は、上述の保冷具100を備えているので、青果品や冷蔵品の保冷にも、医薬品の保冷にも使用することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、第2実施形態の物流梱包容器200は、第4実施形態の保冷具300または第3実施形態の保冷具400を併用してもよい。
第5実施形態の食品保冷用具600は、保冷具として第4実施形態の保冷具300または第3実施形態の保冷具400を備えていてもよい。
第3実施形態の保冷具400は、保冷具支持体を備えていてもよい。
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[潜熱蓄熱材料の融解開始温度および融解温度の測定]
潜熱蓄熱材料の融解開始温度および融解温度は、以下の方法により求めた。まず、潜熱蓄熱材料を約5g秤量し、ガラス管瓶に注いだ。そのガラス管瓶中の潜熱蓄熱材料の中心部分の温度を熱電対で計測し、室温下で温度可変機能付の恒温槽内にガラス管瓶を収容した。次に、恒温槽内の−20℃まで冷却し、潜熱蓄熱材料を凍結させた後に、−20℃から30℃まで、0.25℃/分の速度で昇温させた。このとき、昇温開始時を0時間とし、昇温時間に対する潜熱蓄熱材料の融解挙動のグラフを得た。
得られた融解挙動のグラフにおいて、潜熱蓄熱材料の温度を昇温時間で微分し、測定時間中に最も早く微分値がゼロとなった時間における潜熱蓄熱材料の温度を融解開始温度とした。
測定時間中に最も遅く微分値がゼロとなった時間における潜熱蓄熱材料の温度を融解終了温度とした。
求めた融解開始温度と融解終了温度との中間温度を融解温度とした。
[潜熱蓄熱材料の潜熱量の測定]
潜熱蓄熱材料の単位質量当たりの潜熱量は、示差走査熱量測定(DSC)により得られる値を採用した。具体的には、まず液相状態の潜熱蓄熱材をDSC測定用のアルミパンに4mg程度封入した。封入された潜熱蓄熱材料を5℃/分の速度で降温し、液相状態から固相状態に相変化させた後に、5℃/分の速度で昇温した。潜熱蓄熱材料を昇温し、固相状態から液相状態に相変化するときに、DSC曲線において吸熱ピークが得られた。吸熱ピークの面積をサンプルの質量で除した値を単位質量あたりの潜熱量とした。
<潜熱蓄熱材料の調製>
[実施例1−1〜1−9]
表1に示す比率で、TBABと、硝酸カリウムと、を秤量し、純水を加えた後、メカニカルスターラーを用いて、600rpmで1時間攪拌することで、完全に溶解させ、実施例1−1〜1−9の潜熱蓄熱材料を得た。
[比較例1−1]
比較例1−1の潜熱蓄熱材料として水を用いた。
[比較例1−2]
TBABを秤量し、純水を加えた後、メカニカルスターラーを用いて、600rpmで1時間攪拌することで、完全に溶解させ、比較例1−2の潜熱蓄熱材料を得た。このとき、TBABに対する水のモル比率を26.8とした。
[参考例1−1]
TBANを秤量し、純水を加えた後、メカニカルスターラーを用いて、600rpmで1時間攪拌することで、完全に溶解させ、参考例1−1の潜熱蓄熱材料を得た。このとき、TBANに対する水のモル比率を26.5とした。
図27は、融解開始温度の測定条件において恒温槽を昇温させたときの実施例1−4の潜熱蓄熱材料の融解挙動を示すグラフである。図28は、融解開始温度の測定条件において恒温槽を昇温させたときの実施例1−8の潜熱蓄熱材料の融解挙動を示すグラフである。図27および図28において、グラフの縦軸は温度を示し、グラフの横軸は測定時間を示している。グラフの実線は、潜熱蓄熱材料の融解挙動を示している。グラフの破線は、恒温槽の実際の室温の変化を示している。
図27および図28に示すように、測定開始から約100分〜150分の間で恒温槽内の温度は上昇しているにも関わらず、実施例1−4および実施例1−8の潜熱蓄熱材料の温度はともに7℃付近にてほぼ一定となることが示された。
このことから、本発明の一態様を適用した潜熱蓄熱材料は、上記時間中に吸熱を伴いながら固相状態から液相状態に相転移していることが分かった。
また、図27および図28からも分かるように、TBABの包接水和物の融解温度である12℃付近や、硝酸カリウムと水との共晶の融解温度である−3℃付近にて、潜熱蓄熱材料の温度変化が見られた。
すなわち、蓄熱材料の温度は、TBABの包接水和物や硝酸カリウムと水との共晶に起因する恒温槽内の温度上昇に伴い一定の時間12℃付近や3℃付近の温度となることが予想された。しかし蓄熱材料の温度は予想に反して一定の時間12℃付近や3℃付近の温度とはならず、代わりに一定時間7℃付近の温度となった。なお一定時間7℃付近の温度となることは潜熱蓄熱材料に起因する。
このことから、本実施例の潜熱蓄熱材料は、固相状態においてTBABを構成するTBAおよびBrと、硝酸カリウムを構成するKとNO と水とで形成された結晶化合物であると言える。また、上述の結晶化合物は、7℃付近にて解離していることがわかった。
実施例1−1〜9、比較例1−1および参考例1−1の潜熱蓄熱材料の融解開始温度および潜熱量を表1に示す。
Figure 0006936877
表1に示すように、本発明の一態様を適用した実施例1−1〜9の潜熱蓄熱材料の融解開始温度および融解温度は5℃を超え10℃以下であった。
一方、本発明を適用しなかった比較例1−1の潜熱蓄熱材料の融解開始温度は5℃以下であった。また、本発明を適用しなかった比較例1−2の潜熱蓄熱材料の融解開始温度は10℃より高かった。
また、本発明の一態様を適用した実施例1−1〜9の潜熱蓄熱材料の潜熱量は168J/g以上であった。実施例1−1〜9の潜熱蓄熱材料の潜熱量は、5℃を超えて10℃以下の温度範囲に融解開始温度を持つ材料として従来知られたTBANの包接水和物(参考例1−1)の潜熱量以上であった。
<物流梱包容器の作製>
[実施例2−1]
図9の物流梱包容器200Cと同様の構成の物流梱包容器(荷室体積7L、発泡スチロール製)を作製した。ブロー容器型保冷具には、実施例1−1の潜熱蓄熱材料1.3Lを封入した。
[比較例2−1]
潜熱蓄熱材料として比較例1−1の潜熱蓄熱材料を用いたこと以外は実施例2−1と同様にして、比較例2−1の物流梱包容器を作製した。
<評価>
水100gをフィルムパックに封入した保冷対象物を、実施例2−1および比較例2−1の物流梱包容器の内部に入れた。これらの物流梱包容器を環境温度5℃の冷蔵室で18時間保冷した後に、30℃の雰囲気でさらに36時間に放置した。このときの保冷対象物の温度の変化を追跡した。温度の測定は、チップ型の温度ロガーであるサーモクロンを用いた。結果を図29に示す。
図29は、実施例2−1および比較例2−1の物流梱包容器に保管した保冷対象物の温度の変化を示すグラフである。図29において、グラフの縦軸は温度を示し、グラフの横軸は測定時間を示している。グラフの実線は、実施例2−1の物流梱包容器内の保冷対象物の温度履歴を示している。グラフの二点鎖線は、比較例2−1の物流梱包容器内の保冷対象物の温度履歴を示している。グラフの破線は、環境温度を示している。
図29に示すように、実施例2−1の物流梱包容器内の保冷対象物が10℃以下である期間は、合計54時間であった。実施例2−1の物流梱包容器に用いた実施例1−1の潜熱蓄熱材料は、5℃の環境下では融解しない。そのため、実施例2−1の物流梱包容器は、長時間の保冷が可能になったと考えられる。実施例2−1の物流梱包容器においては、2℃以上10℃以下を保持しており、青果品および冷蔵品の保冷および輸送に適している。
一方、比較例2−1の物流梱包容器内の保冷対象物の温度は、測定開始から約33時間後から急激に上昇した。その結果、比較例2−1の物流梱包容器内の保冷対象物が10℃以下である期間は、約43時間であった。比較例2−1の物流梱包容器に用いた比較例1−1の潜熱蓄熱材料は、融解開始温度が−0.5℃であり、5℃の環境下で融解する。そのため、測定開始から約33時間後には、完全に潜熱蓄熱材料が融解した。その結果、保冷対象物の温度が上昇したと考えられる。以上のことから、比較例2−1の物流梱包容器は長時間の保冷や輸送が困難になったと考えられる。
[実施例2−2]
図19の物流梱包容器500と同様の構成の物流梱包容器(荷室体積15L、発泡スチロール製)を作製した。12個の収容部を備えたフィルムパック型保冷具には、1個の収容部あたり実施例1−1の潜熱蓄熱材料を50g注入した。この保冷具を二つ用意し、−18℃の冷凍庫で凍結させた後に、3℃から5℃の冷蔵庫にて保冷した。
[比較例2−2]
潜熱蓄熱材料として比較例1−1の潜熱蓄熱材料を用いたことと、−18℃の冷凍庫で凍結させた状態の保冷具を使用したこと以外は実施例2−2と同様にして、保冷具を保冷対象物に被覆するように配置した。
<評価>
保冷対象物として葉物野菜を用い、葉物野菜を二方向から保冷具で包囲し、実施例2−2および比較例2−2の物流梱包容器の内部に入れた。これらの物流梱包容器を環境温度5℃の冷蔵室で18時間保冷した後に、30℃の雰囲気でさらに12時間に放置した。このときの保冷対象物の温度の変化を追跡した。また、保冷前後の保冷対象物の外観を比較した。温度の測定は、チップ型の温度ロガーであるサーモクロンを用いた。
実施例2−2の物流梱包容器内の保冷対象物の温度は、保冷期間中6℃〜7℃の範囲で維持されていた。また、実施例2−2の物流梱包容器では、保冷前後で保冷対象物の外観に変化は見られなかった。したがって、実施例2−2の物流梱包容器は、青果品(葉物野菜)に低温障害が生じることなく、長時間の保冷および輸送に適していると言える。
一方、比較例2−2の物流梱包容器では、保冷対象物の保冷初期の温度は、−10℃であった。その後、保冷対象物の温度は、比較例2−2で用いた潜熱蓄熱材料の融解温度である0℃まで上昇した。その結果、比較例2−2の物流梱包容器では、保冷期間のうち8時間は、0℃以下にて保冷されていた。
また、比較例2−2の物流梱包容器では、保冷前後で保冷対象物の外観に変化が見られた。具体的に、保冷対象物である葉物野菜は、痛んで変色が見られた。これは、保冷対象物の保持すべき温度の下限(0℃)以下に融解開始温度および融解温度を有する材料(水の融解開始温度は−0.5℃、融点は0℃。)を用いたことで、青果品(葉物野菜)に低温障害が生じた結果であると考えられる。したがって、比較例2−2の物流梱包容器は、保冷および輸送が適さないと言える。
以上のことから、本発明が有用であることが示された。

Claims (12)

  1. テトラブチルアンモニウムブロミドを構成するテトラブチルアンモニウムイオンおよび臭化物イオンと、
    硝酸カリウムを構成するカリウムイオンおよび硝酸イオンと、
    水と、を含み、
    前記テトラブチルアンモニウムブロミドに対する前記硝酸カリウムのモル比率が0.3以上1.3以下であり、
    前記テトラブチルアンモニウムブロミドに対する前記水のモル比率が、22以上32以下である潜熱蓄熱材料。
  2. 前記テトラブチルアンモニウムブロミドに対する前記硝酸カリウムのモル比率が0.5以上0.8以下であり、
    前記テトラブチルアンモニウムブロミドに対する前記水のモル比率が、24以上30以下である請求項1に記載の潜熱蓄熱材料。
  3. 前記テトラブチルアンモニウムブロミドに対する前記硝酸カリウムのモル比率が0.6以上1.0以下であり、
    前記テトラブチルアンモニウムブロミドに対する前記水のモル比率が、26以上32以下である請求項1に記載の潜熱蓄熱材料。
  4. 前記テトラブチルアンモニウムブロミドに対する前記硝酸カリウムのモル比率が0.6以上0.8以下であり、
    前記テトラブチルアンモニウムブロミドに対する前記水のモル比率が、26以上30以下である請求項1に記載の潜熱蓄熱材料。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の潜熱蓄熱材料と、潜熱蓄熱材料を液密に収容する収容部と、を備えた保冷具。
  6. 前記収容部を複数有し、
    前記複数の収容部同士を接続する関節部と、を有する請求項5に記載の保冷具。
  7. 請求項5に記載の保冷具を備えた物流梱包容器。
  8. 前記保冷具を保持する保持部材を備えた請求項7に記載の物流梱包容器。
  9. 請求項6に記載の保冷具を備えた物流梱包容器。
  10. 請求項5または6に記載の保冷具を備えた食品保冷用具。
  11. 保冷対象物を貫通する第1軸を想定したとき、前記第1軸の周方向に沿って請求項6に記載の保冷具で前記保冷対象物を包囲する保冷方法。
  12. 前記保冷対象物を貫通し、前記第1軸と交差する第2軸を想定したとき、前記第2軸の周方向に沿って前記保冷具で前記保冷対象物を包囲する請求項11に記載の保冷方法。
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