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JP6997851B1 - 潜熱蓄熱材、保冷具、物流梱包容器及び食品保冷用具 - Google Patents

潜熱蓄熱材、保冷具、物流梱包容器及び食品保冷用具 Download PDF

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Abstract

Figure 0006997851000001
【課題】冷凍食品やアイスクリームのような被保冷物を-20℃以下の温度で長時間保冷することができ、かつ凝固時に必要な消費電力を低減できる潜熱蓄熱材を提供する。
【解決手段】潜熱蓄熱材は、5~21重量部の塩化アンモニウムと、2~13重量部の塩化カリウムと、5~23重量部の尿素と、43~88重量部の水と、を含み、塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び水の合計が100重量部であり、-20℃~-23℃の範囲に主たる融点を有する。
【選択図】図4

Description

本開示は、潜熱蓄熱材、保冷具、物流梱包容器及び食品保冷用具に関する。
冷凍食品やアイスクリームが輸送される際には、多くの場合は、冷凍食品やアイスクリームが物流容器に梱包され、冷凍食品やアイスクリームを梱包した物流容器が輸送される。
冷凍食品やアイスクリームが輸送される際に冷凍食品やアイスクリームの品質を保持するためには、冷凍食品やアイスクリームは少なくとも氷点下で保冷され続ける必要があり、冷凍食品は種類によって、それぞれ-10℃以下、-15℃以下、-18℃以下を維持することが望ましいとされる。一方、アイスクリームの品質を保持する場合は、-18℃でも一部の凝固成分が融解するため、冷凍食品よりも低温の-20℃以下を維持することが望ましいとされる。しかし、これまで冷凍食品の輸送には、必要な温度にかかわらずドライアイスが用いられてきた。
しかし、近年においては、ドライアイスの原料である液化炭酸ガスの供給が不足しており、特に夏の欠乏が著しい。液化炭酸ガスの需要は多岐にわたり、生命にかかわる医療現場への供給が優先されることは社会的に当然である。このため、物流分野においては、ドライアイスを代替する潜熱蓄熱材として、-25℃付近に融点を有する潜熱蓄熱材の適用が進んでいる。
特許文献1に記載された保冷剤は、凝固点降下作用のある水溶性化合物及び水を含む(段落0006)。凝固点降下作用のある水溶性化合物としては、1価陽イオンの無機塩及び尿素が併用される(段落0042)。
特開平6-65560号公報
潜熱蓄熱材は、使用する前に必ず凝固させなければならない。ドライアイスに替わる潜熱蓄熱材としてこれまで主に使用されてきた-25℃付近に融点を有する潜熱蓄熱材は、凝固させるために設定温度が-35℃以下の凍結庫が必要とされる。一般に、凍結庫の設定温度は低ければ低いほど、消費する電力量が増大する。物流においては大量な潜熱蓄熱材を必要とするため、凝固に必要なエネルギー消費は膨大になる。しかし前述の通り、冷凍食品やアイスクリームが必要とする温度には段階があり、すべての食品に-25℃付近に融点を有する潜熱蓄熱材を必要とするわけではない。必要とされる保冷温度にできるだけ近い融点をもつ潜熱蓄熱材を選択する、すなわち、これまでより高い融点を有する潜熱蓄熱材を用いれば、凍結庫に必要な設定温度を上昇させることができるので、消費電力を抑制することができる。
また、-25℃以上-20℃以下の融点を有する潜熱蓄熱材は、多くの場合は、水を主成分としているが、氷の融解時の潜熱の333J/gに対して低い。例えば、塩化ナトリウム及び水を含み共晶組成を有する潜熱蓄熱材は、約-21℃の融点を有するが、210J/g程度の潜熱量と低い。このため、-25℃以上-20℃以下の融点を有する潜熱蓄熱材は、一般に保冷時間が短い。特に、当該潜熱蓄熱材の融点が-25℃である場合は、当該潜熱蓄熱材の周囲の環境の温度と当該蓄熱材の融点との差が大きくなるため、当該潜熱蓄熱材の単位時間当たりの吸熱量が大きくなり、当該潜熱蓄熱材の消耗が進行しやすくなり、潜熱蓄熱材の保冷時間がさらに短くなる。
本開示は、前記の問題を解決するためになされた。本開示は、冷凍食品やアイスクリームのような被保冷物を-20℃以下の温度で長時間保冷することができ、かつ凝固時に必要な消費電力を低減できる潜熱蓄熱材を提供することを目的とする。
本開示の第1の形態の潜熱蓄熱材は、5~21重量部の塩化アンモニウムと、2~13重量部の塩化カリウムと、5~23重量部の尿素と、43~88重量部の水と、を含み、塩化アンモニウム、尿素及び水の合計が100重量部であり、-20℃~-23℃の範囲に主たる融点を有する。
本開示の第2の形態の保冷具は、本開示の第1の形態の潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材を液密に収容する保冷具本体と、を備える。
本開示の第3の形態の物流梱包容器及び食品保冷用具は、本開示の第2の形態の保冷具を備える。
本開示の第4の形態の保冷具は、本開示の第1の形態の潜熱蓄熱材と、複数の収容部と複数の関節部とを備えた保冷具本体と、を備える。
本開示の第5の形態の物流梱包容器及び食品保冷用具は、本開示の第4の形態の保冷具を備える。
本開示の第6の形態の保冷具は、本開示の第1の形態の潜熱蓄熱材と、複数の収容部と複数の関節部とを備えた保冷具本体と、を備える。
本開示の第7の形態の物流梱包容器及び食品保冷用具は、本開示の第6の形態の保冷具を備える。
本開示によれば、冷凍食品やアイスクリームのような被保冷物を-20℃以下の温度で長時間保冷することができ、かつ凝固時に必要な消費電力を低減できる潜熱蓄熱材を提供することができる。
実施例および比較例に係る潜熱蓄熱材の組成等を示す表である。 実施例および比較例に係る潜熱蓄熱材の融解開始温度及び潜熱量の測定方法を説明する図である。 実施例および比較例に係る潜熱蓄熱材の主たる融点及び保冷時間の決定方法を説明する図である。 実施例1および比較例1に係る潜熱蓄熱材の融解挙動を示す図である。 実施例1、2、3に係る潜熱蓄熱材の融解挙動を示す図である。 実施例1および比較例2、3の潜熱蓄熱材の融解挙動を示す図である。 実施例4、5および比較例2,3の潜熱蓄熱材の融解挙動を示す図である。 実施例1および実施例6、7に係る潜熱蓄熱材の凝固挙動を示す図である。 実施例1および実施例8~10に係る潜熱蓄熱材の凝固挙動を示す図である。 第2実施形態の保冷具を模式的に図示する縦断面図である。 第2実施形態の保冷具を模式的に図示する横断面図である。 第2実施形態の保冷具の製造に用いられる製造装置を模式的に図示する図である。 第2実施形態の保冷具の製造に用いられる製造装置を模式的に図示する図である。 第2実施形態の保冷具の製造に用いられる製造装置を模式的に図示する図である。 第3実施形態の物流梱包容器を模式的に図示する断面図である。 第4実施形態の保冷具を模式的に図示する斜視図である。 第4実施形態の保冷具を模式的に図示する断面図である。 第4実施形態の保冷具の製造に用いられる製造装置を模式的に図示する図である。 第5実施形態の物流梱包容器を模式的に図示する断面図である。 第5実施形態の変形例の物流梱包容器を模式的に図示する断面図である。 第6実施形態の保冷具を模式的に図示する平面図である。 第6実施形態の保冷具を模式的に図示する断面図である。 第6実施形態の変形例の保冷具を模式的に図示する斜視図である。 第6実施形態の変形例の保冷具を模式的に図示する断面図である。 第6実施形態の保冷具が製造される際に得られる中間品を模式的に図示する断面図である。 第6実施形態の保冷具が製造される際に得られる中間品を模式的に図示する断面図である。 第6実施形態の保冷具が製造される際に得られる中間品を模式的に図示する断面図である。 第6実施形態の保冷具が製造される際に得られる中間品を模式的に図示する断面図である。 第7実施形態の物流梱包容器を模式的に図示する断面図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
1 第1実施形態
1.1 潜熱蓄熱材の組成
第1実施形態の潜熱蓄熱材は、凝固させられた状態で被保冷物に近接又は接触させられることにより、主たる融点付近の温度で被保冷物を保冷する。当該潜熱蓄熱材は、完全に融解するまでの間、当該潜熱蓄熱材の主たる融点付近の温度で被保冷物を保冷し続ける。
第1実施形態の潜熱蓄熱材は、5~21重量部の塩化アンモニウムと、2~13重量部の塩化カリウムと、5~23重量部の尿素と、43~88重量部の水と、を含む。望ましくは、当該潜熱蓄熱材は、12~15重量部の塩化アンモニウムと、5~8重量部の塩化カリウムと、9~13重量部の尿素と、64~74重量部の水と、を含む。塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び水の合計は、100重量部である。
第1実施形態の潜熱蓄熱材は、上述した範囲内の組成を有することにより、共晶組成に近い組成を有する。このため、当該潜熱蓄熱材は、液体状態においては、塩化アンモニウム、塩化カリウム及び尿素の混合水溶液からなるが、固体状態においては、主に塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び氷の共晶からなる。このため、当該潜熱蓄熱材が凝固させられる際には、主に塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び氷の共晶が形成される。当該潜熱蓄熱材が上述した望ましい範囲内の組成を有する場合は、当該共晶以外の凝固成分がほとんど形成されなくなる。
塩化アンモニウム及び氷の共晶は、約-15℃に共晶点を有する。塩化カリウム及び氷の共晶は、約-11℃に共晶点を有する。また、尿素及び氷の共晶は、約-12℃に共晶点を有する。一方で、塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び氷の共晶は、いずれの前記共晶よりも低温の約-22℃に共晶点を有することがわかった。また、イオン性物質である塩化アンモニウムと塩化カリウムは水に溶解することで陽イオン(アンモニウムイオン、カリウムイオン)と陰イオン(塩化物イオン)に解離する。塩化アンモニウムと塩化カリウム同士では、陰イオンがいずれも塩化物イオンであることで、各々から解離した陽イオンと陰イオンから異なる無機塩が形成されることはないが、陰イオンが塩化物イオンとは異なる他のイオン性物質が含有されていると、前記他のイオン性物質から解離した陽イオンと陰イオンとの間で異なる無機塩が形成され、塩化アンモニウムと、塩化カリウムと、氷との共晶の形成が阻害されるという現象があるが、分子性物質である尿素はほとんどイオンに解離しないため、他の物質を生成しにくい。これらのことから、塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び氷の共晶のみが形成されることで、-22℃に単一の共晶点を有する。このため、第1実施形態の潜熱蓄熱材は、共晶組成に近い組成を有することにより、-22℃に近い主たる融点を有し、具体的には-20℃~-23℃の範囲に主たる融点を有する。このため、当該潜熱蓄熱材は、-20℃以下の温度で被保冷物を保冷することができる。
第1実施形態の潜熱蓄熱材は、-20℃~-23℃の主たる融点を有する。このため、当該潜熱蓄熱材の周辺の環境の温度と当該潜熱蓄熱材の主たる融点との差は、-25℃の融点を有する蓄熱材と比較して、小さい。このため、当該潜熱蓄熱材が融解する際の当該潜熱蓄熱材の単位時間当たりの吸熱量は小さい。また、当該潜熱蓄熱材は、塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び氷からなる共晶の、共晶組成に近い組成を有することにより、大きな潜熱量を有する。これらのことから、当該潜熱蓄熱材は、長い保冷時間を有する。
しかし、潜熱蓄熱材が上述した範囲外の組成を有する場合は、潜熱蓄熱材が凝固させられる際に形成される、塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び氷の共晶以外の凝固成分が多くなる。このため、-20℃~-23℃の主たる融点を有し、かつ大きな潜熱量を有する潜熱蓄熱材を得ることが困難になる。例えば、潜熱蓄熱材に含まれる塩化アンモニウムが5重量部より少ない場合、潜熱蓄熱材に含まれる塩化カリウムが2重量部より少ない場合及び潜熱蓄熱材に含まれる尿素が9重量部より少ない場合は、共晶組成の半分以下の潜熱量の潜熱蓄熱材しか得られない。すなわち、保冷時間が大幅に短くなる。また、潜熱蓄熱材に含まれる塩化アンモニウムが21重量部より多い場合、潜熱蓄熱材に含まれる塩化カリウムが13重量部よりも多い場合及び潜熱蓄熱材に含まれる尿素が23重量部より多い場合は、潜熱量が小さく、主たる融点が-23℃を下回る潜熱蓄熱材しか得られない。主たる融点が-23℃を下回ると、-20℃~-23℃の範囲に主たる融点を有する潜熱蓄熱材と比較して、潜熱蓄熱材の周辺の環境の温度と潜熱蓄熱材の主たる融点との差が大きくなるため、単位時間当たりの吸熱量が大きくなる。すなわち、主たる融点が-23℃を下回った潜熱蓄熱材と、主たる融点が-20℃~-23℃の範囲にある潜熱蓄熱材が、共に同じ潜熱量を有していたとしても、主たる融点が-23℃を下回った潜熱蓄熱材の方が、保冷時間が短くなる。
第1実施形態の潜熱蓄熱材は、望ましくは、過冷却抑制剤を含む。過冷却抑制剤は、水に溶解または分散させられる。過冷却抑制剤を含むことにより、当該潜熱蓄熱材が凝固する際、当該潜熱蓄熱材が過冷却して凝固開始温度が低くなる現象を抑制することができる。過冷却抑制剤が水に溶解する場合には、当該潜熱蓄熱材を凝固させる際の降温中に過冷却抑制剤の溶解度が減少して飽和し、過冷却抑制剤の固体が析出して、前記の抑制効果を示す。このため、例えば、広く用いられている-25℃の冷凍庫において当該潜熱蓄熱材を凝固させることができる。
過冷却抑制剤は、望ましくは、硫酸アンモニウムアルミニウム十二水和物、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム及び活性炭からなる群より選択される少なくとも1種を含む。
過冷却抑制剤の重量は、望ましくは、塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び水の合計100重量部に対して、0.1重量部~10重量部である。
第1実施形態の潜熱蓄熱材が、上述した成分以外の成分を含んでもよい。上述した成分以外の成分は、例えば、増粘剤、抗菌剤及び色素からなる群より選択される少なくとも1種を含む。
<第1実施形態の実施例および比較例>
図1の表に示す重量比で、水、無機塩(例えば、塩化アンモニウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム等)、尿素等を含む主剤、および過冷却抑制剤を混合し、溶解することにより実施例および比較例にかかる潜熱蓄熱材を調製した。なお、主剤全体が100重量部になるように調製した。
また、実施例および比較例にかかる潜熱蓄熱材における、潜熱値、融解開始温度、主たる融点、保冷時間等の特性についての結果も図1に示す。
図2は、第1実施形態の潜熱蓄熱材の融解開始温度及び潜熱量の測定方法を説明する図である。
第1実施形態の潜熱蓄熱材の融解開始温度及び潜熱量が測定される際には、図2に図示されるように、当該潜熱蓄熱材に対して示差走査熱量測定(DSC)にてDSC曲線10が取得される。横軸は温度(T)、縦軸は単位温度あたりの融解エンタルピー(dH/dT)である。また、DSC曲線10に含まれる融解ピーク11の低温側12を線形外挿した直線13とDSC曲線10に含まれる低温側のベースライン14を線形外挿した直線15との交点16の温度が融解開始温度とされる。また、融解ピーク11と直線15とに囲まれる潜熱領域17の面積を当該潜熱蓄熱材の重量で除した値が潜熱量とされる。
実施例および比較例にかかる潜熱蓄熱材の融解特性について評価した。実施例および比較例にかかる潜熱蓄熱材40gに、熱電対を入れ、各潜熱蓄熱材の融解時の温度を測定した。具体的には、各潜熱蓄熱材を-35℃で凝固させた後、0.25℃/分のレートで昇温し、熱電対により各潜熱蓄熱材の温度の経時変化を1分間隔で測定した。
なお、主たる融点及び保冷時間は、上記融解特性の測定結果から得た。
図3は、第1実施形態の潜熱蓄熱材の主たる融点及び保冷時間の決定方法を説明する図である。
図3の潜熱蓄熱材の温度の経時変化において、1分間隔の各測定点について、当該測定点の1つ前の測定点と当該測定点との間での潜熱蓄熱材の温度変化のレートと、当該測定点と当該測定点の1つ後の測定点との間での潜熱蓄熱材の温度変化のレートとの平均値を算出したとき、前記平均値が環境温度の昇温レートである0.25℃/分よりも小さい0.15℃/分未満となる測定点が連続する区間のうち、最も長時間連続する区間が主たる融解領域である。主たる融解領域の最低温度は、主たる融解領域の最初の測定点での潜熱蓄熱材の温度である。主たる融解領域の最高温度は、主たる融解領域の最後の測定点での潜熱蓄熱材の温度である。主たる融解領域の最低温度と、主たる融解領域の最高温度との中間値が、主たる融点である。
保冷時間は、潜熱蓄熱材の温度が-20℃~-23℃の範囲にある時間であり、当該潜熱蓄熱材を使用して前記温度範囲での保冷が可能な時間である。
実施例1、比較例1の潜熱蓄熱材の融解特性についての結果を図4に、実施例1、2、3の潜熱蓄熱材の融解特性についての結果を図5に、実施例1、比較例2、3の潜熱蓄熱材の融解特性についての結果を図6に、実施例4、5、比較例1の潜熱蓄熱材の融解特性についての結果を図7に示す。なお、図4~7の横軸は-35℃から温度上昇を開始してからの経過時間を示す。
図4より、実施例1の潜熱蓄熱材は約2.9時間後、すべて融解して温度が急激に上昇しているのに対し、比較例1の潜熱蓄熱材は約2.6時間後にすべて融解して温度が急激に上昇しており、短時間で融解していることがわかる。保冷時間は、実施例1が約1.9時間、比較例1が約1.4時間である。すなわち、実施例1の潜熱蓄熱材は、5~21重量部の塩化アンモニウムと、2~13重量部の塩化カリウムと、5~23重量部の尿素と、43~88重量部の水と、を含み、塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び水の合計が100重量部となる組成にすることで、比較例1の潜熱蓄熱材に比べ、長時間、保冷することができる。
図5より、実施例2および実施例3の潜熱蓄熱材は、実施例1の潜熱蓄熱材と同等の長い保冷時間を有することが分かった。すなわち、望ましい組成範囲である12~15重量部の塩化アンモニウムと、5~8重量部の塩化カリウムと、9~13重量部の尿素と、64~74重量部の水からなる潜熱蓄熱材であれば、凝固時にほぼ共晶のみが形成されて大きな潜熱量が得られるため、長時間、保冷することができる。
図6より、比較例2の潜熱蓄熱材は、実施例1の潜熱蓄熱材に対して、保冷時間が半分以下の時間しか維持していなかった。また、比較例3の潜熱蓄熱材は、主たる融点が-20℃~-23℃を下回っており、保冷時間が短かった。すなわち、上述した範囲外の組成では、潜熱量が大幅に小さくなる、或いは潜熱量が小さくなり、かつ主たる融点が-20℃~-23℃を下回るため、保冷時間が大幅に短くなり、-20℃以下での保冷が困難となる。
図7より、比較例2の潜熱蓄熱材は、実施例4の潜熱蓄熱材と比べて、保冷時間が極端に短いことが分かる。これは、塩化アンモニウム及び塩化カリウムの濃度が極端に低くなることで、塩化アンモニウム及び塩化カリウムと、氷とから生成される共晶の量が少なくなり、潜熱値が低くなったためと考えられる。
さらに、比較例3の潜熱蓄熱材は、実施例5の潜熱蓄熱材と比べて、保冷時間が短いことが分かる。これは、多すぎる尿素が、塩化アンモニウム及び塩化カリウムと、氷との共晶の生成を阻害し、図1に示すように主たる融点が低くなるとともに、潜熱値が低くなったためと考えられる。主たる融点が低くなるということは、凝固時に保冷したい温度より低温の融解成分が発生するということであるが、より低温の融解成分は周囲の環境温度との温度差がより大きくなるために単位時間当たりの吸熱量が大きくなり、融解が速く、結果として保冷時間が短くなる。したがって、潜熱蓄熱材の主たる融点は、-20℃~-23℃であることが好ましい。
以上より、潜熱蓄熱材における塩化アンモニウム、尿素の濃度の影響と考えられる。すなわち、塩化アンモニウム5~21重量部、塩化カリウム2~13重量部、尿素5~23重量部、水43~88重量部の濃度範囲を逸脱すると、-20℃~-23℃での保冷時間が短くなり、例えば、アイスクリームのような保冷対象物を-20℃以下で保冷することが困難であり、十分な保冷効果が得られないと考えられる。したがって、潜熱蓄熱材おいては、塩化アンモニウム5~21重量部、塩化カリウム2~13重量部、尿素5~23重量部、水43~88重量部の濃度範囲に調整することが好ましいことが分かる。
さらに、実施例1および実施例6~10にかかる潜熱蓄熱材の凝固特性について評価した。各潜熱蓄熱材40gに、熱電対を入れ、各潜熱蓄熱材の凝固時の温度の経時変化を測定した。具体的には、各潜熱蓄熱材を-25℃の環境温度の保冷庫に入れ、環境温度を-25℃に維持することにより、潜熱蓄熱材の凝固時の温度の経時変化を測定した。
実施例1および実施例6、7の凝固特性についての結果を図8に示す。実施例1および実施例8~10の凝固特性についての結果を図9に示す。
図8および図9より、実施例1の潜熱蓄熱材は遅れて約12時間後に過冷却が解消して凝固を開始し、凝固に由来する発熱がみられた。一方で、過冷却抑制剤を添加した実施例6~10の潜熱蓄熱材は、ほぼ過冷却なく速やかに凝固を開始し、凝固に由来する発熱がみられた。つまり、過冷却抑制剤の添加により、潜熱蓄熱材を主たる融点の範囲である-20℃~-23℃近辺の-25℃で冷却しても速やかに凝固させることができる。過冷却抑制剤を添加していない実施例1の潜熱蓄熱材に対し、実施例6~10の潜熱蓄熱材は、省エネルギーで保冷性能を付与することができる。
2 第2実施形態
2.1 保冷具
図10は、第2実施形態の保冷具2を模式的に図示する縦断面図である。図11は、第2実施形態の保冷具2を模式的に図示する横断面図である。
保冷具2は、被保冷物を保冷する。被保冷物は、例えば、-20℃以下の温度で保冷されるアイスクリームである。保冷具2は、いわゆるブロー容器型の保冷具である。
図10及び図11に図示されるように、保冷具2は、潜熱蓄熱材201と、保冷具本体202と、を備える。
潜熱蓄熱材201は、第1実施形態の潜熱蓄熱材である。
保冷具本体202は、潜熱蓄熱材201を液密に収容する。潜熱蓄熱材201は、保冷具本体202に形成された内部空間201cに収容される。
図10及び図11に図示されるように、保冷具本体202は、収容部材211と、注入口212と、封止部材213と、を備える。
収容部材211は、中空構造を有する。これにより、収容部材211には、潜熱蓄熱材201が収容される内部空間201cが形成される。
収容部材211は、望ましくは、高い剛性を有する材料により構成される。これにより、潜熱蓄熱材201が固体から液体に変化する際に収容部材211の形状が変化することを抑制することができる。これにより、保冷具2は、潜熱蓄熱材201が固体から液体に変化する際の形状変化が小さいという特徴を有する。
収容部材211を構成する材料は、例えば、樹脂材料、金属材料及び無機材料からなる群より選択される少なくとも1種を含む。樹脂材料は、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、ポリ塩化ビニル及びポリアミドからなる群より選択される少なくとも1種を含む。金属材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、銅及び銀からなる群より選択される少なくとも1種を含む。無機材料は、ガラス、陶磁器及びセラミックからなる群より選択される少なくとも1種を含む。収容部材211を構成する材料は、望ましくは、樹脂材料である。これにより、収容部材211の作り易さ及び耐久性を向上することができる。
注入口212は、収容部材211の上部に結合される。
封止部材213は、注入口212を封止する。
保冷具2は、被保冷物に近接又は接触させられる。これにより、潜熱蓄熱材201の主たる融点付近の温度で被保冷物を保冷することができる。
2.2 保冷具の製造方法
図12Aから図12Cまでは、第2実施形態の保冷具2の製造に用いられる製造装置221を模式的に図示する図である。
図12Aから図12Cまでに図示されるように、保冷具2が製造される際には、液体である潜熱蓄熱材201が、シリンダーポンプ231により注入口212を経由して収容部材211に注入される。潜熱蓄熱材201が他の方法により収容部材211に注入されてもよい。例えば、潜熱蓄熱材201がモーノポンプにより収容部材211に注入されてもよい。
潜熱蓄熱材201が収容部材211に注入される際には、図12Aに図示されるように、シリンダーポンプ231の充填ホース241の先端が注入口212に接続される。また、シリンダーポンプ231の吸い上げホース242の先端が、潜熱蓄熱材201に入れられる。
続いて、図12Bに図示されるように、シリンダーポンプ231のピストン243が下降させられる。これにより、潜熱蓄熱材201が吸い上げられる。吸い上げられた潜熱蓄熱材201は、吸い上げホース242を経由してシリンダーポンプ231のシリンダ244の内部に吸入される。
続いて、図12Cに図示されるように、シリンダーポンプ231のピストン243が上昇させられる。これにより、シリンダーポンプ231のシリンダ244の内部から潜熱蓄熱材201が排出される。排出された潜熱蓄熱材201は、充填ホース241を経由して収容部材211に注入される。潜熱蓄熱材201の注入量は、限定されないが、望ましくは、収容部材211の内容積の70%以上90%以下である。
続いて、注入口212が封止部材213により封止される。封止部材213による注入口212の封止は、例えば、封止部材213を注入口212に溶着することにより行われる。これにより、封止部材213により注入口212が密栓される。これにより、潜熱蓄熱材201が収容部材211から漏れることを抑制することができる。封止部材213の注入口212への溶着は、超音波溶着、熱溶着等により行われる。
封止部材213による注入口212の封止が、封止部材213をネジ栓として注入口212に螺合することにより行われてもよい。これにより、封止部材213を手で自在に開閉することができる栓とすることができる。
続いて、保冷具2が潜熱蓄熱材201の凝固温度以下の温度を有する環境下に静置される。これにより、潜熱蓄熱材201が凝固する。
保冷具2が物流梱包容器に収容される場合は、保冷具2が物流梱包容器に収容される前に潜熱蓄熱材201が凝固させられる。しかし、物流過程の最初の段階において物流梱包容器の内部の温度を潜熱蓄熱材201の凝固開始温度以下の温度にすることができる場合は、保冷具2が物流梱包容器に収容された後に潜熱蓄熱材201が凝固させられてもよい。これにより、潜熱蓄熱材201が液体である状態で保冷具2の使用を開始することができる。
3 第3実施形態
3.1 物流梱包容器(食品保冷用具)
図13は、第3実施形態の物流梱包容器3を模式的に図示する断面図である。
物流梱包容器3は、被保冷物Xを保冷する。物流梱包容器3は、被保冷物Xを保冷した状態で輸送するために用いられる。被保冷物Xは、例えば、-20℃以下の温度で保冷されるアイスクリームである。被保冷物Xがアイスクリームである場合は、物流梱包容器3は、アイスクリームを保冷する食品保冷用具でもある。
図13に図示されるように、物流梱包容器3は、第2実施形態の保冷具2と、物流梱包容器本体301と、を備える。
物流梱包容器本体301は、保冷具2及び被保冷物Xを収容する。
保冷具2は、被保冷物Xを上方及び下方から挟む。これにより、保冷具2の少なくとも一部は、被保冷物Xに接触する。これにより、被保冷物Xから被保冷物Xと保冷具2との接触面2aを経由して保冷具2まで熱が伝導する。これにより、被保冷物Xを効果的に保冷することができる。また、物流梱包容器3の外部から物流梱包容器3の内部に流入する熱が被保冷物Xに影響を与えることを抑制することができる。このため、保冷具2は、潜熱蓄熱材201の主たる融点付近の温度で被保冷物Xを保冷することができる。物流梱包容器3は、-20℃以下の温度で保冷されるアイスクリームの保冷及び輸送に好適に用いられる。
物流梱包容器3が、保冷具2の上方に配置される断熱部材を備えてもよい。これにより、物流梱包容器3の保冷性能を向上することができる。
保冷具2の形状、数、使用時の姿勢等は、被保冷物Xの形状、性質等に応じて変更される。
4 第4実施形態
4.1 保冷具
図14は、第4実施形態の保冷具4を模式的に図示する斜視図である。図15は、第4実施形態の保冷具4を模式的に図示する断面図である。図15は、図14に描かれた切断線XI-XIの位置における断面を図示する。
保冷具4は、いわゆるフィルムパック型の保冷具である。
図14及び図15に図示されるように、保冷具4は、潜熱蓄熱材401と、保冷具本体402と、を備える。
潜熱蓄熱材401は、第1実施形態の潜熱蓄熱材である。
図14及び図15に図示されるように、保冷具本体402は、複数の収容部411と、複数の関節部412と、を備える。
複数の収容部411の各々は、潜熱蓄熱材401を液密に収容する。潜熱蓄熱材401は、複数の収容部411の各々に形成された内部空間411cに収容される。
複数の収容部411の各々は、短冊状の平面形状を有し、楕円状の断面形状を有する。複数の収容部411の各々が、短冊状の平面形状以外の平面形状を有してもよく、楕円状の断面形状以外の断面形状を有してもよい。
保冷具本体402は、3個の収容部411を備える。保冷具本体402に備えられる収容部411の数が増減されてもよい。保冷具本体402に備えられる収容部411の数は、被保冷物の大きさに応じて増減される。これにより、被保冷物の大きさに応じて保冷具4の大きさを変更することができる。
潜熱蓄熱材401は、1種の潜熱蓄熱材であってもよいし、互いに異なる融点を有する2種以上の潜熱蓄熱材であってもよい。互いに異なる融点を有する2種以上の潜熱蓄熱材が複数の収容部411に収容された場合は、互いに異なる保冷温度で保冷されるべき複数の被保冷物を同時に保冷することができる。
複数の関節部412の各々は、複数の収容部411に含まれる隣接するふたつの収容部411を結合する。複数の関節部412の各々は、当該ふたつの収容部411を可動ならしめる関節機能を有する。保冷具4が複数の関節部412を備えることにより、潜熱蓄熱材401が固体である状態においても、被保冷物に沿う形状を保冷具4に付与することができる。これにより、被保冷物が複雑な形状を有する場合であっても、広い範囲に渡って保冷具4を被保冷物に接触させることができる。これにより、被保冷物が複雑な形状を有する場合であっても、被保冷物を効果的に保冷することができる。
図15に図示されるように、保冷具本体402は、2枚のフィルム部材421を備える。2枚のフィルム部材421は、複数の接合部431において互いに接合されて複数の関節部412を構成し、残余部において互いに接合されず複数の収容部411を構成する。
フィルム部材421は、潜熱蓄熱材401の漏洩及び揮発を抑制することができる材料により構成される。また、フィルム部材421は、互いに接合することができる材料により構成される。また、フィルム部材421は、複数の関節部412に関節機能を付与することができる柔軟性を有する材料により構成される。
フィルム部材421を構成する材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド及びポリエステルからなる群より選択される少なくとも1種を含む。フィルム部材421を構成する材料は、1種の材料であってもよいし、2種以上の材料の組み合わせであってもよい。
フィルム部材421は、単層フィルムであってもよいし、多層フィルムであってもよい。フィルム部材421は、望ましくは、低密度ポリエチレン樹脂層及びポリアミド樹脂層を備える多層フィルムである。フィルム部材421が当該多層フィルムである場合は、2枚のフィルム部材421にそれぞれ備えられる2層の低密度ポリエチレン樹脂層が互いに接触するように2枚のフィルム部材421が重ねられる。また、2層の低密度ポリエチレン樹脂層の接触面が互いに熱圧着される。これにより、複数の関節部412を形成することができる。
フィルム部材421が、基材及び基材の上に配置される薄膜を備えてもよい。薄膜を構成する材料は、例えば、アルミニウム及び二酸化ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種を含む。これにより、フィルム部材421の耐久性及びバリア性を向上することができる。
保冷具4が、フィルム部材421に貼り付けられ温度を示す示温材シールを備えてもよい。これにより、保冷具4の温度を認識することが可能になる。
保冷具4が、いわゆるパックインパック構造を有してもよい。保冷具4がパックインパック構造を有する場合は、保冷具4は、フィルム部材421を包装するフィルムを備える。これにより、保冷具4の物理的な強度、肌触り及び断熱性を向上することができる。
保冷具4が、保冷具4を被保冷物に固定するための固定治具に取り付けられて被保冷物に固定されてもよい。固定治具は、例えば、サポーター、タオル、包帯等である。
4.2 保冷具の製造方法
図16は、第4実施形態の保冷具4の製造に用いられる製造装置441を模式的に図示する図である。
製造装置441は、食品の包装にも用いられる、いわゆる縦ピロー型包装機である。
図16に図示されるように、保冷具4が製造される際には、恒温槽451に貯留されている潜熱蓄熱材401が撹拌槽452まで輸送される。
続いて、撹拌槽452まで輸送された潜熱蓄熱材401が攪拌機453により撹拌される。
続いて、図示されないフィルムロールから2枚のフィルム454が繰り出される。
続いて、繰り出された2枚のフィルム454の、長軸方向に伸びる両端がフォーマー部455により合わされる。
続いて、合わされた2枚のフィルム454の両端が、縦シール部456により、熱圧着される。これにより、2枚のフィルム454により筒状物が構成される。
続いて、筒状物を構成する2枚のフィルム454が、横シール部457により、2枚のフィルム454の短軸方向に延びる圧着ラインに沿って熱圧着される。
続いて、ポンプ459が動作させられる。これにより、撹拌された潜熱蓄熱材401が、2枚のフィルム454により構成される筒状物の内部に注入される。
続いて、筒状物を構成する2枚のフィルム454が、横シール部457により、2枚のフィルム454の短軸方向に延びる圧着ラインに沿って再び熱圧着される。これにより、収容部411及び関節部412が形成される。形成された収容部411には、潜熱蓄熱材401が収容されている。
5 第5実施形態
5.1 物流梱包容器(食品保冷用具)
図17は、第5実施形態の物流梱包容器5を模式的に図示する断面図である。
物流梱包容器5は、被保冷物Xを保冷する。物流梱包容器5は、被保冷物Xを保冷した状態で輸送するために用いられる。被保冷物Xは、例えば、-20℃以下の温度で保冷されるアイスクリームである。被保冷物Xがアイスクリームである場合は、物流梱包容器5は、アイスクリームを保冷する食品保冷用具でもある。
図17に図示されるように、物流梱包容器5は、第4実施形態の保冷具4と、物流梱包容器本体501と、を備える。
物流梱包容器本体501は、保冷具4及び被保冷物Xを収容する。
保冷具4は、被保冷物Xを上方から被覆する。これにより、保冷具4の少なくとも一部は、被保冷物Xに接触する。これにより、被保冷物Xから被保冷物Xと保冷具4との接触面4aを経由して保冷具4まで熱が伝導する。これにより、被保冷物Xを効果的に保冷することができる。また、物流梱包容器5の外部から物流梱包容器5の内部に流入する熱が被保冷物Xに影響を与えることを抑制することができる。このため、保冷具4は、潜熱蓄熱材401の主たる融点付近の温度で被保冷物Xを保冷することができる。このため、保冷具4は、-20℃以下の温度で保冷されるアイスクリームの保冷及び輸送に好適に用いられる。
保冷具4の形状、数、使用時の姿勢等は、被保冷物Xの形状、性質等に応じて変更される。
5.2 変形例
図18は、第5実施形態の変形例の物流梱包容器5Aを模式的に図示する断面図である。
物流梱包容器5Aは、第4実施形態の保冷具4に加えて第2実施形態の保冷具2を備える点で、物流梱包容器5と相違する。保冷具2は、被保冷物Xと物流梱包容器本体501の底面510aとの間に配置される。これにより、物流梱包容器本体501の底面510aを経由して被保冷物Xに熱が流入することを抑制することができる。
上述したように、保冷具2は、潜熱蓄熱材201が固体から液体に変化する際の形状変化が小さいという特徴を有する。このため、物流梱包容器5Aにおいては、被保冷物Xを保冷具2の上に安定して配置することができる。
6 第6実施形態
6.1 保冷具
図19は、第6実施形態の保冷具6を模式的に図示する平面図である。図20は、第6実施形態の保冷具6を模式的に図示する断面図である。
保冷具6は、いわゆるブリスターパック型の保冷具である。
図19及び図20に図示されるように、保冷具6は、潜熱蓄熱材601と、保冷具本体602と、を備える。
潜熱蓄熱材601は、第1実施形態の潜熱蓄熱材である。
図19及び図20に図示されるように、保冷具本体602は、複数の収容部611と、複数の関節部612と、を備える。
複数の収容部611の各々は、潜熱蓄熱材601を液密に収容する。潜熱蓄熱材601は、複数の収容部611の各々に形成された内部空間611cに収容される。
複数の収容部611の各々は、短冊状の平面形状を有し、台形状の断面形状を有する。複数の収容部611の各々が、短冊状の平面形状以外の平面形状を有してもよく、台形状の断面形状以外の断面形状を有してもよい。
保冷具本体602は、6個の収容部611を備える。保冷具本体602に備えられる収容部611の数が増減されてもよい。保冷具本体602に備えられる収容部611の数は、被保冷物の大きさに応じて変更される。これにより、被保冷物の大きさに応じて保冷具6の大きさを変更することができる。
潜熱蓄熱材601は、1種の潜熱蓄熱材であってもよいし、互いに異なる融点を有する2種以上の潜熱蓄熱材であってもよい。互いに異なる融点を有する2種以上の潜熱蓄熱材が複数の収容部611に収容された場合は、互いに異なる保冷温度で保冷されるべき複数の被保冷物を同時に保冷することができる。
被保冷物が缶状の形状を有する場合は、収容部611の接触面611aが、被保冷物の凸曲面に適合する形状を有する凹曲面とされてもよい。被保冷物がテーパー状の形状を有する場合は、収容部611の厚さが収容部611の長尺方向に沿って変化させられてもよい。
複数の関節部612の各々は、複数の収容部611に含まれる隣接するふたつの収容部611を結合する。複数の関節部612の各々は、当該ふたつの収容部611を可動ならしめる関節機能を有する。保冷具6が複数の関節部612を備えることにより、潜熱蓄熱材601が固体である状態においても、被保冷物に沿う形状を保冷具6に付与することができる。これにより、被保冷物が複雑な形状を有する場合であっても、広い範囲に渡って保冷具6を被保冷物に接触させることができる。これにより、被保冷物が複雑な形状を有する場合であっても、被保冷物を効果的に保冷することができる。
図20に図示されるように、保冷具本体602は、収容部材621及び封止部材622を備える。収容部材621及び封止部材622は、複数の接合部631において互いに接合されて複数の関節部612を構成し、残余部において互いに接合されず複数の収容部611を構成する。
図19及び図20に図示されるように、収容部材621は、複数の凹部641を備える。封止部材622は、平板状の形状を有する。複数の凹部641は、封止部材622とともに複数の収容部611を構成する。
収容部材621は、凹部641の形状を保持することができる硬度を有する材料により構成される。収容部材621及び封止部材622は、潜熱蓄熱材601の漏洩及び揮発を抑制することができる材料により構成される。また、収容部材621及び封止部材622は、互いに接合することができる材料により構成される。また、収容部材621及び封止部材622は、複数の関節部612に関節機能を付与することができる柔軟性を有する材料により構成される。
収容部材621を構成する材料は、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、ポリカーボネート及びポリ塩化ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含む。収容部材621を構成する材料は、1種の材料であってもよいし、2種以上の材料の組み合わせであってもよい。
収容部材621は、望ましくは、100μm以上1000μm以下の厚さを有する。これにより、収容部材621に可撓性を付与することができる。これにより、複数の関節部612に関節機能を付与することができる。
封止部材622を構成する材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド及びポリエステルからなる群より選択される少なくとも1種を含む。封止部材622を構成する材料は、1種の材料であってもよいし、2種以上の材料の組み合わせであってもよい。
封止部材622は、望ましくは、50μm以上100μm以下の厚さを有する。これにより、封止部材622に可撓性を付与することができる。これにより、複数の関節部612に関節機能を付与することができる。
収容部材621及び封止部材622は、単層部材であってもよいし、多層部材であってもよい。収容部材621及び封止部材622は、望ましくは、低密度ポリエチレン樹脂層及びポリアミド樹脂層を備える多層部材である。収容部材621及び封止部材622が当該多層部材である場合は、収容部材621及び封止部材622にそれぞれ備えられる2層の低密度ポリエチレン樹脂層が互いに接触するように収容部材621及び封止部材622が重ねられる。また、2層の低密度ポリエチレン樹脂層の接触面が互いに熱圧着される。これにより、複数の関節部612を形成することができる。
収容部材621及び封止部材622の少なくとも一方の部材が、基材及び基材の上に配置される薄膜を備えてもよい。薄膜を構成する材料は、例えば、アルミニウム及び二酸化ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種を含む。これにより、当該部材の耐久性及びバリア性を向上することができる。
保冷具6が、収容部材621及び封止部材622の少なくとも一方の部材に貼り付けられ温度を示す示温材シールを備えてもよい。これにより、保冷具6の温度を認識することが可能になる。
収容部材621及び封止部材622が、保冷具6の形状を筒状に維持するための固定部を備えてもよい。これにより、保冷具6が被保冷物に近接又は接触させられる際に、保冷具6により被保冷物を包囲することができる。固定部は、例えば、収容部材621の表面621a及び封止部材622の表面622aに備えられる面ファスナーを備える。
6.2 変形例
図21は、第6実施形態の変形例の保冷具6Aを模式的に図示する斜視図である。図22は、第6実施形態の変形例の保冷具6Aを模式的に図示する断面図である。
保冷具6Aは、保冷具支持体651を備える点で、保冷具6と相違する。
保冷具支持体651は、有底円筒状の形状を有する。保冷具支持体651の一端は、開口している。保冷具支持体651には、保冷具6を収容する内部空間651cが形成されている。保冷具6は、収容部材621が径方向内側に配置され、封止部材622が径方向外側に配置されるように、変形されている。保冷具6Aは、保冷具支持体651を備えることにより、円筒状の形状を有し、自立することができる。
保冷具支持体651は、望ましくは、断熱性を有し保冷具支持体651の外部と保冷具支持体651の内部との間の熱交換を防ぐことができる材料により構成される。
保冷具支持体651を構成する材料は、例えば、発泡ポリエチレン、発泡ウレタン及びクロロプレンゴム(発泡ゴム)からなる群より選択される少なくとも1種を含む。
図22に図示されるように、保冷具6Aが使用されている状態においては、缶状又はボトル状の形状を有する被保冷物Xが保冷具支持体651に囲まれる円筒状の空間600cに挿入される。これにより、保冷具6を被保冷物Xに近接又は接触させることができる。これにより、潜熱蓄熱材601の主たる融点付近の温度で被保冷物Xを保冷することができる。
保冷具支持体651は、望ましくは、弾性を有する材料により構成される。これにより、保冷具支持体651が、被保冷物Xの径に応じて弾性変形することができる。これにより、保冷具支持体651を被保冷物Xに押し付けることができる。
6.3 保冷具の製造方法
図23Aから図23Dまでは、第6実施形態の保冷具6が製造される際に得られる中間品を模式的に図示する断面図である。
保冷具6が製造される際には、図23Aに図示されるように、台形状の断面形状を有する溝部661gが形成された金型661の上に、収容部材621の前駆体となる硬質フィルム671が載せられる。
続いて、図23Bに図示されるように、真空成型、プレス加工等により、金型661に形成された溝部661gの形状が硬質フィルム671に転写される。これにより、収容部材621が形成される。
続いて、図23Cに図示されるように、液体である潜熱蓄熱材601が、ポンプ等により、収容部材621の凹部641に注入される。
続いて、図23Dに図示されるように、封止部材622が収容部材621の上に載せられる。また、収容部材621及び封止部材622の接触面が互いに熱圧着されて収容部611及び関節部612が形成される。
7 第7実施形態
7.1 物流梱包容器(食品保冷用具)
図24は、第7実施形態の物流梱包容器7を模式的に図示する断面図である。
物流梱包容器7は、被保冷物Xを保冷する。物流梱包容器7は、被保冷物Xを保冷した状態で輸送するために用いられる。被保冷物Xは、例えば、-20℃以下の温度で保冷されるアイスクリームである。被保冷物Xがアイスクリームである場合は、物流梱包容器7は、アイスクリームを保冷する食品保冷用具でもある。
図24に図示されるように、物流梱包容器7は、第6実施形態の保冷具6と、物流梱包容器本体701と、を備える。
物流梱包容器本体701は、保冷具6及び被保冷物Xを収容する。
保冷具6は、被保冷物Xを上方から被覆する。これにより、保冷具6の少なくとも一部は、被保冷物Xに接触する。これにより、被保冷物Xから被保冷物Xと保冷具6との接触面6aを経由して保冷具6まで熱が伝導する。これにより、被保冷物Xを効果的に保冷することができる。また、物流梱包容器7の外部から物流梱包容器7の内部に流入する熱が被保冷物Xに影響を与えることを抑制することができる。このため、保冷具6は、潜熱蓄熱材601の主たる融点付近の温度で被保冷物Xを保冷することができる。このため、保冷具6は、-20℃以下の温度に維持されなければならないアイスクリームの保冷及び輸送に好適に用いられる。
物流梱包容器7が、保冷具6の上方に配置される断熱部材を備えてもよい。これにより、物流梱包容器7の保冷性能を向上することができる。
物流梱包容器7において、収容部材621の表面621a及び物流梱包容器本体701の底面701aが面ファスナー等により互いに固定することができてもよい。
本開示は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。
2 保冷具、3 物流梱包容器、4 保冷具、5 物流梱包容器、5A 物流梱包容器、6 保冷具、6A 保冷具、7 物流梱包容器、201 潜熱蓄熱材、202 保冷具本体、301 物流梱包容器本体、401 潜熱蓄熱材、402 保冷具本体、411 収容部、412 関節部、501 物流梱包容器本体、601 潜熱蓄熱材、602 保冷具本体、611 収容部、612 関節部、621 収容部材、622 封止部材、701 物流梱包容器本体

Claims (7)

  1. 5~21重量部の塩化アンモニウムと、2~13重量部の塩化カリウムと、5~23重量部の尿素と、43~88重量部の水と、からなり、塩化アンモニウム、塩化カリウム、尿素及び水の合計が100重量部であり、過冷却抑制剤を含み、-20℃~-23℃の範囲に主たる融点を有し、-25℃の環境で完全に凍結する潜熱蓄熱材。
  2. 12~15重量部の塩化アンモニウムと、5~8重量部の塩化カリウムと、9~13重量部の尿素と、64~74重量部の水と、を含む
    請求項1に記載の潜熱蓄熱材。
  3. 前記過冷却抑制剤は、硫酸アンモニウムアルミニウム十二水和物、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム及び活性炭からなる群より選択される少なくとも1種を含む
    請求項1又は2に記載の潜熱蓄熱材。
  4. 請求項1からまでのいずれかに記載の潜熱蓄熱材と、
    前記潜熱蓄熱材を液密に収容する保冷具本体と、
    を備える保冷具。
  5. 前記保冷具本体は、複数の収容部と、前記複数の収容部に含まれる隣接するふたつの収容部を互いに結合する関節部と、を備え、
    前記複数の収容部の各々は、前記潜熱蓄熱材を液密に収容する
    請求項に記載の保冷具。
  6. 請求項又はに記載の保冷具を備える物流梱包容器。
  7. 請求項又はに記載の保冷具を備える食品保冷用具。
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