JP6623347B2 - 保冷剤、保冷部材及び保冷容器 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
2 保冷部材
4 断熱部材
4a 内面
10 被保冷物
A 空間
Claims (9)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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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