JP2018048318A - 保冷剤 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速に液体を冷やすことができ、しかも長時間に亘って冷却効果を発揮できるような保冷剤を開発すること。【解決手段】 本発明の保冷剤は、主成分の保冷液本体と、補助成分の吸水性ポリマーを含む保冷剤である。重量割合は、保冷液本体の重量を１０００とすると、１≦吸水性ポリマーの重量≦５であり、保冷液本体は、尿素：８〜１２重量％、水：８０〜８５重量％、ポリプレングリコール：５〜１０重量％とするものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却効果を発揮する保冷剤に関する。

保冷剤は通常、何らかの容器や袋などの収容物に収容して、使用される。たとえば保冷剤を使った製品として、ビール用のタンブラーが存在する。この場合については、次のような現状がある。家庭用冷蔵庫の冷蔵室でビールを１２時間程度冷やすと、だいたい４℃ぐらいに冷やすことができる。この４℃ぐらいのビールを保冷剤入りのタンブラーに注ぐと、数分経過後には０℃ぐらいになり、その後、０℃よりも冷たくなるというタンブラーが存在する。

しかしながらビールは、タンブラーに注がれた直後に飲むこともあるので、タンブラーにはできるだけ早くビールを冷却できる性能が要求される。またタンブラーに何度もビールを注ぐことがあるので、タンブラーには冷却効果を長時間発揮できる性能も要求される。したがってこのような性能をタンブラーに持たせるために、本発明者はタンブラーに収容される保冷剤に対して開発を行った。

本発明者が知っている保冷剤としては、家庭用冷蔵庫の冷凍室で冷やすと、完全に凍るものが存在する。たとえば水、あるいは水と塩化カリウムの混合物などである（特許文献１）。ちなみにこのような保冷剤は、ビール用のコップだけでなく、他の色々な用途に使用することができる。

特開２００８−１５６５８２号公報

しかしながら保冷剤は完全に凍った状態では熱伝導率が悪いのではないか、むしろ保冷剤は表面が液体状態というか湿った状態の方が、完全に凍った状態よりも熱伝導率が良いのではないか、と本発明者は考えた。また、保冷剤は完全に液体状態であると（全く凍っていない状態では）、保冷効果を得られる時間が短くなる、と考えた。

本発明の保冷剤は上記実情を考慮して創作されたもので、その目的は、できるだけ早く液体を冷やすことができ、しかも長時間に亘って冷却効果を発揮できるようにすることである。

本発明者は上記した考えから、「保冷剤は、家庭用冷蔵庫の冷凍室で冷やした場合に、中心部では凍っていながら、表面では湿った状態になっていることが望ましい」と考え、本発明に至った。
本発明は、主成分の保冷液本体と、補助成分の吸水性ポリマーを含む保冷剤である。そして重量割合は、保冷液本体の重量割合を１０００とすると、吸水性ポリマーの重量割合は、１≦吸水性ポリマーの重量≦５とするものである。そのうえで保冷液本体は、尿素：８〜１２重量％、水：８０〜８５重量％、ポリプレングリコール：５〜１０重量％とするものである。

本発明の保冷剤は、試験結果によれば、迅速に液体を冷やすことができ、しかも冷却効果を長時間に亘って発揮することができる優れたものである。

本発明の第一実施例の保冷剤の保冷試験結果を示すグラフである。 比較例としての保冷剤の保冷試験結果を示すグラフである。 保冷試験に用いた試験体のタンブラーを示す断面図である。

本発明の保冷剤は、主成分の保冷液本体と、補助成分の吸水性ポリマーを含む保冷剤であり、重量割合を、保冷液本体の重量１０００に対して、１≦吸水性ポリマーの重量≦５とするものである。また保冷液本体の各成分の配合割合は以下の通りである。

保冷液本体は全体の重量を１００％（１００重量％）とすると、尿素：８〜１２重量％、水：８０〜８５重量％、ポリプレングリコール：５〜１０重量％とする。

水は、保冷液本体の大部分を占めるものである。
尿素は、水を凍り易くするものである。
ポリプレングリコールは、水を凍り難くするものである。
吸水性ポリマーは、冷却効果を長期間に亘って発揮できるようにするためのものである。保冷液本体に対する吸水性ポリマーの割合が多すぎると、凍った状態が持続され易くなって融け難くなり、熱伝達率が悪くなるし、少なすぎると、凍った状態から溶けやすくなり、保冷効果（冷却効果）が短くなる。また吸水性ポリマーの適切な割合は、室温環境下で保冷液本体に加えて充分に攪拌したときに、全体としての粘度がいわゆる「とろみ」のついた状態となる程度であり、割合が多すぎると、全体としての粘度が高くなり流動性を失い、割合が少なすぎると、見た目では水と遜色がない程度の流動性のある状態となる。

上記した配合割合のうち保冷液本体は、以下の実験結果から決定したものである。
理想的な保冷剤の状態は、家庭用冷蔵庫の冷凍室である程度の時間冷却したときに、中心部では凍っていながら、表面では湿った状態である。このような保冷剤が得られるように、尿素、水、ポリプロピレングリコール、吸水性ポリマーの配合割合を変えた保冷剤をサンプル品として何種類も作成し、サンプル品の保冷剤を透明なプラスチックコップに入れて、家庭用冷蔵庫の冷凍室で１２時間ほど冷やした。今回の実験に用いた家庭用冷蔵庫は、一般に市販されている標準的なものである。ちなみに冷凍室の室温は、−１８℃〜−２０℃程度である。

サンプル品のうち上記した本発明の保冷剤の範囲外の配合割合のものは、以下のようになった。
尿素が８重量％よりも少ない場合や、ポリプレングリコールが１０重量％よりも多い場合には、保冷剤が凍らずにみぞれ状になった。また尿素が１２重量％よりも多い場合や、ポリプレングリコールが５重量％よりも少ない場合には、保冷剤が完全に凍って全体が真っ白になっていた。このように保冷剤が凍らない状態や完全に凍った状態は、理想的な保冷剤の状態ではない。
いっぽうサンプル品のうち上記した本発明の保冷剤の範囲内の配合割合のものは、理想的な保冷剤の状態になった。

本発明の保冷剤のうち第一実施例のものについて保冷効果を確認するための実験を行った。第一実施例の保冷剤は、主成分の保冷液本体と、補助成分の吸水性ポリマーから構成され、常温（この実施例では２５℃）でとろみのついた液体のものである。保冷液本体の各成分の重量割合は、全体を１００重量％として、尿素：１０重量％、水：８５重量％、ポリプレングリコール：５重量％である。また保冷液本体に対する吸水性ポリマーの配合割合は、保冷液本体の重量を１０００とすると、吸水性ポリマーの重量を５とするものである。

この第一実施例の保冷剤を入れたコップ（以下、「タンブラー）と言う。）について、性能試験を行った。ちなみにタンブラー１は図３に示すように、容器本体２と第一実施例の保冷剤３から構成される。そして容器本体２は、中空の外容器４、内容器５、パッキン６、クッション７から構成される。

外容器４は金属製であると共に、底のある筒状の容器である。また外容器４は、いずれも底のある筒状の金属製の内層４１と外層４２を互いの上端部で重ね合わせて溶接等により一体にすると共に、この重ね合わせ箇所よりも下側において内層４１と外層４２の間を空間層４３としたものである。またこの重ね合わせ個所に上からパッキン６が嵌め込まれる。
パッキン６の材質はゴムである。またパッキン６は、リング状であって、その下面には外容器４の上端部に嵌め込む溝部が形成されている。
内容器５も金属製であると共に、底のある筒状であって外容器４の内側に収容される内容器本体５１と、内容器本体５１の上端から下方へ向かうと共に外容器４の上部の半径方向外側に重なり合うように配置される口壁５２とを備えるものである。
また内容器５は、内容器本体５１の上部と口壁５２とで外容器４の半径方向内外を挟むようにして、外容器４に取り付けられる。そのために内容器５と外容器４は、内容器本体５１の上部には半径方向外側に突出する外向凸部５１ａを備え、外容器４の内層４１の上部には半径方向内側に突出する内向凸部４１ａを備え、内向凸部４１ａの下側に外向凸部５１ａが互いの弾性を利用して筒の周方向全周に亘って嵌り合うものである。
また内容器５のうち内容器本体５１の底部の下面と外容器４の底部の上面との間にはクッション７が押し潰される形で挟まれる。
クッション７は、円盤状で、非吸水性と弾性を兼備するものである。
また外容器４と内容器本体５１との間であって外向凸部５１ａとクッション７との上下間に筒状の空間部３ａが形成される。この筒状の空間部３ａには第一実施例の保冷剤３が収容される。ちなみに保冷剤３の量は、筒状の空間部３ａの全容量（１００％）よりも少量で、８０〜８５％としてあり、これは保冷剤３が凍結によって膨張した場合にでも対応できるようにするためである。

上記したタンブラー１を家庭用冷蔵庫の冷凍室で12時間以上冷やしたものを試験体とし、以下の１）〜３）の手順で試験をした。タンブラー１は金属製なので、空間部３ａ内の保冷剤３を直接見ることはできないが、このとき保冷剤３は中心部では凍っており、表面では湿った状態となっているものと想定される。
１）25℃の環境下に設定された恒温恒湿器の中に試験体を入れ、4℃環境下において12時間以上冷やしたビールを240ml注ぎ、試験体内中央部にてビールの温度を10秒毎に3分間（180秒間）測定する。180秒間を測定期間の１サイクルとする。また測定開始からの180秒間を第１サイクルとする。ちなみに試験体は、ビール（液体）の最大収容量を280mlとするものである。
２）次に試験体内のビールを素早く捨て再度１）を行う。この２）での測定開始から180秒間を第２サイクルとする。
３）再度２）を行う。この３）での測定開始から180秒間を第３サイクルとする。

この１）〜３）の手順による試験結果が図１のグラフに示されている。
第１サイクルは経過時間0〜180秒、第２サイクルは経過時間190秒〜370秒、第３サイクルは経過時間380秒〜560秒である。また経過時間180秒〜190秒、370〜380秒は、試験体内のビールを入れ替えている時間である。

第１サイクルでは、測定開始直後において3.9℃のビールが30秒後には0℃に、40秒後には−0.8℃に、180秒後には−1.9℃に冷却されている。
第２サイクルでも、測定開始直後（190秒経過時）において3.9℃のビールが30秒後（220秒経過時）には０℃に、40秒後には−0.1℃に、180秒後には−1.3℃に冷却されている。
第３サイクルでは、測定開始直後（380秒経過時）において3.9℃のビールが120秒後（500秒経過時）には０℃に、130秒後には−0.1℃に、１８０秒後には−0.6℃に冷却されている。
このように本発明の第一実施例の保冷剤は、短時間で氷点下にまで冷却する効果と、第３サイクルまで氷点下に冷却することのできる効果を有している。

なお本発明の第一実施例の保冷剤の代わりに、他の保冷剤を使った場合にも同じ試験を行った。
この比較例としての保冷剤は、尿素を用いずに、その代わりに水を用いた、以下のものである。保冷液本体の各成分の重量割合は、全体を１００重量％として、水：９５重量％、ポリプレングリコール：５重量％である。また保冷液本体に対する吸水性ポリマーの配合割合は、本発明の第一実施例の保冷剤と同じである。

この試験結果が図２のグラフに示されている。
第１サイクルでは、測定開始直後において4.0℃のビールが120秒後には−0.2℃に、180秒後には−0.8℃に冷却されている。
第２サイクルでは、測定開始直後（190秒経過時）において4.0℃のビールが180秒後（370秒経過時）に1.9℃に冷却されている。つまり氷点下にまでは冷却されなかった。
第３サイクルでは、測定開始直後（380秒経過時）において4.0℃のビールが180秒後（560秒経過時）に2.1℃に冷却されている。
このように比較例としての保冷剤を用いた場合、第２サイクル以降は、ビールを氷点下に冷却できなかった。しかも第１サイクルにおいてもビールを氷点下にするには、本発明の第一実施例の保冷剤の場合と比べて、４倍の時間がかかっている。

第一実施例の保冷剤について２０１７年９月５日に本発明者は以下のことに気が付いた。容量が約300ccのPET（ポリエチレンテレフタレート）製の簡易コップに第一実施例の保冷剤を200cc入れて、家庭用冷蔵庫の冷凍庫で12時間冷やした。そうすると保冷剤は、中心部では白濁した状態（凍っているものと思われる）となり、表面では湿った状態になっていた。それだけでなく、保冷剤の水位は冷却前後で全く変わらなかった。つまり水位は目視で不変であった。ちなみに簡易カップとは、手で軽く握ると、変形する程度の厚み（0.1mm以下）のものである。
この結果から、第一実施例の保冷剤は冷却しても容積が変わらない、凍結による膨張が全くないと言える。したがって前述したタンブラーの筒状の空間部３ａだけでなく、容器の同様の空間部に、第一実施例の保冷剤を入れて同様に冷却しても、凍結による膨張が発生しないと、言える。また第一実施例の保冷剤だけでなく、本発明の保冷剤の範囲内の他の例についても、家庭用冷蔵庫の冷凍庫で12時間冷やした場合、同じ結果が得られた。

１ タンブラー
２ 容器本体
３ 保冷剤
３ａ 空間部
４ 外容器
４１ 内層
４１ａ 内向凸部
４２ 外層
４３ 空間層
５ 内容器
５１ 内容器本体
５１ａ 外向凸部
５２ 口壁
６ パッキン
７ クッション

本発明者は上記した考えから、「保冷剤は、家庭用冷蔵庫の冷凍室で冷やした場合に、中心部では凍っていながら、表面では湿った状態になっていることが望ましい」と考え、本発明に至った。
本発明は、主成分の保冷液本体と、補助成分の吸水性ポリマーを含む保冷剤である。そして重量割合は、保冷液本体の重量割合を１０００とすると、吸水性ポリマーの重量割合は、１≦吸水性ポリマーの重量≦５とするものである。そのうえで保冷液本体は、尿素：８〜１２重量％、水：８０〜８５重量％、ポリプロピレングリコール：５〜１０重量％とするものである。

保冷液本体は全体の重量を１００％（１００重量％）とすると、尿素：８〜１２重量％、水：８０〜８５重量％、ポリプロピレングリコール：５〜１０重量％とする。

水は、保冷液本体の大部分を占めるものである。
尿素は、水を凍り易くするものである。
ポリプロピレングリコールは、水を凍り難くするものである。
吸水性ポリマーは、冷却効果を長期間に亘って発揮できるようにするためのものである。保冷液本体に対する吸水性ポリマーの割合が多すぎると、凍った状態が持続され易くなって融け難くなり、熱伝達率が悪くなるし、少なすぎると、凍った状態から溶けやすくなり、保冷効果（冷却効果）が短くなる。また吸水性ポリマーの適切な割合は、室温環境下で保冷液本体に加えて充分に攪拌したときに、全体としての粘度がいわゆる「とろみ」のついた状態となる程度であり、割合が多すぎると、全体としての粘度が高くなり流動性を失い、割合が少なすぎると、見た目では水と遜色がない程度の流動性のある状態となる。

サンプル品のうち上記した本発明の保冷剤の範囲外の配合割合のものは、以下のようになった。
尿素が８重量％よりも少ない場合や、ポリプロピレングリコールが１０重量％よりも多い場合には、保冷剤が凍らずにみぞれ状になった。また尿素が１２重量％よりも多い場合や、ポリプロピレングリコールが５重量％よりも少ない場合には、保冷剤が完全に凍って全体が真っ白になっていた。このように保冷剤が凍らない状態や完全に凍った状態は、理想的な保冷剤の状態ではない。
いっぽうサンプル品のうち上記した本発明の保冷剤の範囲内の配合割合のものは、理想的な保冷剤の状態になった。

本発明の保冷剤のうち第一実施例のものについて保冷効果を確認するための実験を行った。第一実施例の保冷剤は、主成分の保冷液本体と、補助成分の吸水性ポリマーから構成され、常温（この実施例では２５℃）でとろみのついた液体のものである。保冷液本体の各成分の重量割合は、全体を１００重量％として、尿素：１０重量％、水：８５重量％、ポリプロピレングリコール：５重量％である。また保冷液本体に対する吸水性ポリマーの配合割合は、保冷液本体の重量を１０００とすると、吸水性ポリマーの重量を５とするものである。

なお本発明の第一実施例の保冷剤の代わりに、他の保冷剤を使った場合にも同じ試験を行った。
この比較例としての保冷剤は、尿素を用いずに、その代わりに水を用いた、以下のものである。保冷液本体の各成分の重量割合は、全体を１００重量％として、水：９５重量％、ポリプロピレングリコール：５重量％である。また保冷液本体に対する吸水性ポリマーの配合割合は、本発明の第一実施例の保冷剤と同じである。

Claims (1)

1. 主成分の保冷液本体と、補助成分の吸水性ポリマーを含む保冷剤であり、
   重量割合は、保冷液本体の重量を１０００とすると、１≦吸水性ポリマーの重量≦５であり、
   保冷液本体は、尿素：８〜１２重量％、水：８０〜８５重量％、ポリプレングリコール：５〜１０重量％とする保冷剤。

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