(57)【要約】【課題】従来の熱輸送媒体と比較して、本発明は装置の運転直後における熱輸送媒体の動粘度をより高くするか、定常運転時の熱輸送媒体の動粘度をより低くするかのいずれか一方もしくは両方である熱輸送媒体を提供することにより、装置の運転をより円滑化させる【解決手段】ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類を含有する水溶性有機溶媒及び又は水からなる熱輸送媒体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類、水溶性有機溶剤及び又は水からなる熱輸送媒体。
【請求項２】
セルロース類がヒドロキシプロピルセルロース及び／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースである請求項１に記載の熱輸送媒体。
【請求項３】
２５℃における動粘度が８．５mm2/s以上、かつ１００℃における動粘度が１．８mm2/s以下である請求項１に記載の熱輸送媒体。
【請求項４】
７５℃における動粘度が３．２mm2/s以下である請求項３に記載の熱輸送媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱輸送媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の輸送機等の内燃機関のラジエータや、電池を使用する装置における電池等の発熱装置を冷却するために、これらから発生する熱を速やかに外部に放出させることを目的としてクーラント等の各種熱輸送媒体を使用した放熱装置が使用されている。
これらの放熱装置にてこれまで使用されている熱輸送媒体は、他の液体と同様に低温よりもより高温において粘度は低くなるという物性を備えている。
このため、発熱装置から熱輸送媒体が受熱するにつれて、該熱輸送媒体の温度が上昇するので、より低粘度となり熱輸送媒体を循環させる回路をよりスムーズに流れることになる。この結果、これらの発熱装置をある程度は冷却することができた。
【０００３】
加えて、特許文献１に記載されているように、熱輸送媒体処理された微小粒子を配合することにより熱輸送媒体自体の熱伝導率を向上させて、熱輸送能力を向上させることが知られている。
確かに、この方法によれば、熱輸送能力が向上するものの、分散された微小粒子の沈殿防止等の熱輸送媒体自体の系の安定化を考慮する必要があるし、熱輸送媒体の温度に熱輸送媒体自体の熱輸送能力が依存しないので、特に温度に応じた熱輸送を行うことが困難であった。
【０００４】
他方、装置の通常運転中には、オーバーヒート防止を目的に熱輸送媒体を円滑に循環させて装置を冷却させることが必要であるが、そのためには熱輸送媒体が加熱されることにより十分に低粘度化されることが必要である。
しかしながら、従来は、装置の運転開始直後の温度条件において熱輸送媒体をより高粘度化させておくことによって、装置をある程度の温度まで速やかに温度上昇させると、定常運転時に装置が過熱されてオーバーヒートを発生する可能性が高くなり、逆に定常運転時に十分に放熱をさせようとすると、運転開始直後の熱輸送媒体が低粘度化するので、運転開始後速やかに装置を定常状態として安定運転させることが困難であった。
このように、運転開始直後の熱輸送媒体による放熱を抑制し、かつ通常運転時において熱輸送媒体を十分に低粘度化させて、十分に放熱させることのバランスをとることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の熱輸送媒体と比較して、本発明は装置の運転直後における熱輸送媒体の動粘度をより高くするか、定常運転時の熱輸送媒体の動粘度をより低くするかのいずれか一方もしくは両方である熱輸送媒体を提供することにより、装置の運転をより円滑化させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決のために本発明者は以下の方法を発明した。
１． ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類を含有する水溶性有機溶媒及び又は水からなる熱輸送媒体。
２． セルロース類がヒドロキシプロピルセルロース及び／又はヒドロキシプロピルメチルセルロースである１に記載の熱輸送媒体。
３． ２５℃における動粘度が８．５mm2/s以上、１００℃における動粘度が１．８mm2/s以下である１に記載の熱輸送媒体。
４． ７５℃における動粘度が３．２mm2/s以下である３に記載の熱輸送媒体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、装置の運転開始直後においては熱輸送媒体による放熱を抑制し、定常運転時においては、熱輸送媒体を十分に循環させることにより放熱を確実に行うという効果を奏する。この結果、ひいては装置の運転開始後、定常運転に至る時間を短縮し、かつ定常運転時には安定的に装置から放熱させることによって、いわゆるオーバーヒートの発生を防止するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】温度と動粘度の関係を示す図
【図２】温度と動粘度の関係を示す図
【図３】温度と動粘度の関係を示す図
【図４】温度と動粘度の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類を含有させた熱輸送媒体とすることにより温度変化に対してこれまでにない動粘度の挙動を示すという性質を備え、それにより、熱輸送媒体を使用する装置のより安定的な運転を実現する発明である。
その動粘度の挙動とは、動粘度の温度依存性をJIS K2283附属書１に示される動粘度−温度チャートに基づき作図すると、ある温度域よりも低温域においては、温度の対数の値に反比例して動粘度の対数の対数の値が減少するが、ある温度域においてはその比例定数がより小さくなる。つまり反比例の傾きが大きくなるという挙動である。
組成によっては、ある温度域よりも高温域になると、該低温域と同程度の傾きで反比例する傾向が再び現れる挙動である。このため、本発明の熱輸送媒体は高温域において、低温域の挙動から予測される動粘度よりも明らかに低い動粘度を示す。
本発明の熱輸送媒体は、廃熱源から廃熱を熱交換器へ輸送する用途、及び加熱源から熱を輸送して加熱対象物を加熱する用途に利用することができる。熱輸送媒体は、具体的には、例えば内燃機関及びモーターの冷却液、例えば給湯、暖房、冷房及び冷凍システムの熱媒体、例えば融雪システム及びロードヒーティングの熱媒体、並びに電子機器の冷却媒体として用いることができる。
【００１１】
以下、具体的に本発明について述べる。
本発明の熱輸送媒体は、水溶性有機溶媒又は水溶性有機溶媒と水からなる基材に、ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類を添加してなるものであり、熱の発生源である内燃機関用、加熱装置用等、積極的に熱を輸送させる装置内を循環させる用途に使用するものである。
【００１２】
（水溶性有機溶媒）
本発明にて使用できる水溶性有機溶媒としては、従来から熱輸送媒体に使用されてきた水溶性有機溶媒を採用することができる。
このような水溶性有機溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロパノール等のアルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等のグリコール類、グリセリン、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、及びテトラエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル類が例示され、これらより選択される１種以上を単独又は組み合わせて用いることができる。  
どのような水溶性有機溶媒を選択して使用するかは、使用時の水溶性有機溶媒の濃度、各温度における熱輸送媒体の動粘度、ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類の濃度等を考慮して決定することができる。
【００１３】
熱輸送媒体中の水溶性有機溶媒の含有量は、水を含有しない場合には、ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類及び防錆剤等の添加剤を除く全ての量を水溶性有機溶媒とすることができ、このときの水溶性有機溶媒の濃度は９０〜９９重量％である。
また本発明の熱輸送媒体が水を含有する場合には、水溶性有機溶媒の含有量としては１０〜９５重量％とすることができる。
【００１４】
（ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類）
本発明にて用いることができるヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類は、セルロースの水酸基の全部又は一部がヒドロキシプロピル基にて置換された化合物であり、さらに重合されたヒドロキシプロピル基にて置換されていても良い。
本発明は特にヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類を熱輸送媒体に含有させることにより、温度が高くなるほど低下する動粘度の特性を、例えば３０〜８０℃を境にして変化させることができる。
本発明において使用できるヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類としてはその重量平均分子量が２万〜１５０万が好ましく、より好ましくは３万〜１２０万、さらに好ましくは３．５万〜１００万である。重量平均分子量が２万未満であるとヒドロキシプロピルセルロースの配合効果が小さくなり、温度に対する動粘度の低下の程度が小さくなる。
本発明の熱輸送媒体のヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類の含有量としては、０．１〜１０．０ｗｔ％であり、好ましくは０．１５〜５．０ｗｔ％である。含有量が０．１５ｗｔ％未満であるとヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類の配合効果が小さくなり、温度に対する動粘度の低下の程度が小さくなる。
ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類の分子量が大きいほど、含有量が低くても動粘度を低下させる効果を発揮でき、含有させない場合と比較して動粘度がより低下し始める温度をより低温度側にシフトさせることができる。
【００１５】
従来の熱輸送媒体は、温度上昇につれて動粘度を低下させる性質を有しており、そのような性質を利用して熱を輸送するために使用されてきた。本発明においては、さらにヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類を含有させることにより、たとえば加熱されてきた熱輸送媒体は３０〜８０℃を境にしてこれまで以上に動粘度を低下させる性質を発現する。
このため、３０℃を超えた温度範囲においてヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類を含有させた熱輸送媒体の動粘度は含有させない場合と同等の動粘度になるという性質を備えることができる。
なお、本発明における動粘度はＪＩＳ  Ｋ  ２２８３に基づき、ウベローデ粘度計を用いて０℃〜１００℃まで各温度毎に求めた。
【００１６】
このため、例えば３０℃以下の低温下においては、熱輸送媒体の動粘度は十分に高いので流動性が小さいものである。このため、２５℃における熱輸送媒体の動粘度を８．５mm2/s以上、好ましくは１０mm2/s以上、より好ましくは１２mm2/s以上とすることができる。このような状態において装置の運転を開始すると、発生した熱が装置自身の温度上昇と熱輸送媒体の温度上昇に費やされる。特に装置が一定温度にまで速やかに温度上昇することにより、装置の安定的な運転状態、より高効率の運転状態に速やかに到達することができる効果を発揮できる。
その後、運転を継続させることにより、装置自体は高温となり、さらに高温下において熱輸送媒体はさらに流動性が向上するので、より多くの熱量を輸送することができ、例えば内燃機関であれば、運転により発生した熱量が、３０℃以上の熱輸送媒体によってさらに多く輸送されるので、内燃機関の冷却効率が向上し、そのための装置の小型化や、より過酷な運転状況への対応が可能になり、オーバーヒートの発生を防止することができる。
そのような効果を得るためには、熱輸送媒体の７５℃における動粘度を３．２mm2/s以下、好ましくは２．８でmm2/s以下、さら好ましくは２．５mm2/s以下とすることや、熱輸送媒体の１００℃における動粘度を１．８mm2/s以下、好ましくは１．５でmm2/s以下、さら好ましくは１．０mm2/s以下とすることもできる。
【００１７】
本発明の熱輸送媒体には、上述の成分の他、熱輸送媒体を使用する装置を構成する金属部分の発錆を防止することを目的として、防錆剤を含有させることが好ましい。防錆剤として、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩、モリブデン酸塩、脂肪族一塩基酸、脂肪族二塩基酸、芳香族一塩基酸、芳香族二塩基酸、トリアゾール、及びチアゾールが挙げられる。
【００１８】
リン酸塩としては、例えばリン酸、ピロリン酸及びポリリン酸のアルカリ金属塩が挙げられる。ホウ酸塩としては、例えばアルカリ金属塩が挙げられる。ケイ酸塩としては、例えばアルカリ金属塩が挙げられる。亜硝酸塩及び硝酸塩としては、例えばアルカリ金属塩が挙げられる。モリブデン酸塩としては、例えばアルカリ金属塩が挙げられる。
【００１９】
脂肪族一塩基酸は、脂肪族一塩基酸塩であってもよい。脂肪族一塩基酸としては、例えばペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノール酸及びステアリン酸が挙げられる。脂肪族一塩基酸塩としては、例えばナトリウム塩及びカリウム塩等のアルカリ金属塩が挙げられる。
【００２０】
脂肪族二塩基酸は、脂肪族二塩基酸塩であってもよい。脂肪族二塩基酸としては、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピペリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン２酸、ドデカン２酸、ブラシル酸、及びタプチン酸が挙げられる。脂肪族二塩基酸塩としては、例えばナトリウム塩及びカリウム塩等のアルカリ金属塩が挙げられる。
【００２１】
芳香族一塩基酸は、芳香族一塩基酸塩であってもよい。芳香族一塩基酸としては、例えば安息香酸、ニトロ安息香酸ヒドロキシ安息香酸等の安息香酸類、ｐ−トルイル酸、ｐ−エチル安息香酸、ｐ−プロピル安息香酸、ｐ−イソプロピル安息香酸、ｐ−ｔｅｒｔブチル安息香酸などのアルキル安息香酸、一般式ＲＯ−Ｃ６Ｈ４−ＣＯＯＨ（Ｒは炭素数１〜５のアルキル基）で表されるアルコキシ安息香酸、及び、一般式Ｒ−Ｃ６Ｈ４−ＣＨ＝ＣＯＯＨ（Ｒは炭素数１〜５のアルキル基又はアルコキシ基）で表されるケイ皮酸類（ケイ皮酸、アルキルケイ皮酸及びアルコキシケイ皮酸）が挙げられる。芳香族一塩基酸塩としては、例えばナトリウム塩、カリウム塩及びリチウム塩等のアルカリ金属塩が挙げられる。
【００２２】
芳香族二塩基酸は、芳香族二塩基酸塩であってもよい。芳香族二塩基酸としては、例えばフタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸が挙げられる。芳香族二塩基酸塩としては、例えばナトリウム塩、カリウム塩及びリチウム塩等のアルカリ金属塩が挙げられる。
【００２３】
トリアゾールは、トリアゾール塩であってもよい。トリアゾールとしては、例えばベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、４−フェニル−１、２、３−トリアゾール、２−ナフトトリアゾール、及び４−ニトロベンゾトリアゾールが挙げられる。トリアゾール塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩及びリチウム塩等のアルカリ金属塩が挙げられる。
【００２４】
チアゾールは、チアゾール塩であってもよい。チアゾールとしては、ベンゾチアゾール、及びメルカプトベンゾチアゾールが挙げられる。チアゾール塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩及びリチウム塩等のアルカリ金属塩が挙げられる。
【００２５】
防錆剤は、熱輸送媒体中に単独で含有させてもよいし、複数種を組み合わせて含有させてもよい。防錆剤の使用量としては熱輸送媒体の０．１〜１０重量％となるように使用することが望ましい。
【００２６】
また本発明の熱輸送媒体には、上述の成分の他に、例えば消泡剤、着色剤、酸化防止剤、ｐＨ調整剤、安定剤、湿潤剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、流動点低下剤、耐摩耗剤、紫外線吸収剤、洗浄剤等を必要に応じて適宜加えることができる。
【００２７】
以下に本発明の実施例と比較例を示して説明する。
実施例及び比較例
下記表１及び表２に示すＥＧ及び水、場合によりさらに本発明のヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類（ヒドロキシプロピルセルロース又はヒドロキシプロピルメチルセルロース）又は一般的な増粘剤（カルボキシメチルセルロースNa塩、ポリアクリル酸Na塩、ポリビニルピロリドン）を表１及び２の重量％となるように混合して熱輸送媒体を作成した。
得られた各熱輸送媒体について温度を変化させながらJIS K2283に基づき動粘度を測定した。各実施例及び比較例の熱輸送媒体の動粘度の温度依存性を表１及び２に示し、この結果をさらに図１〜４にて図示する。この図は、JIS K2283附属書１に示される動粘度−温度チャートに基づき作図されたものであり、縦軸がloglog(動粘度)、横軸がlog(273.15+温度（℃）)の目盛りである。
【００２８】
【表１】
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EG：エチレングリコール（表中の分子量は重量平均分子量である、表２の記載も同様）
HPC：ヒドロキシプロピルセルロース（表中の分子量は重量平均分子量である、表２の記載も同様）
HPMC：ヒドロキシプロピルメチルセルロース
【００２９】
【表２】
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CMC：カルボキシメチルセルロースNa塩（表中の分子量は重量平均分子量である）
PAA：ポリアクリル酸Na塩（表中の分子量は重量平均分子量である）
PVP：ポリビニルピロリドン（表中の分子量は重量平均分子量である）
【００３０】
特に図１〜４に示す結果によれば、比較例１及び２であるＥＧと水のみからなる熱輸送媒体は温度上昇につれて直線的に動粘度が低下する。
しかしながらさらにＨＰＣを添加してなる実施例１〜７の熱輸送媒体は０℃から温度を上昇させることにより、低温域では一定の負の傾きにより直線的に動粘度が低下する。さらに加熱を行い４０℃程度から７０℃より高温になると、その傾きが小さくなり急に動粘度が低下する傾向が現れ、組成によるがさらに高温になり５５〜１００℃付近の温度において再び低温域での温度変化に対する動粘度の傾きと同程度となる。
【００３１】
図１のグラフの縦軸は動粘度の対数を加味した縦軸であり、動粘度の実際の値としては温度の上昇に反比例して動粘度が低下するのではなく、より急激に動粘度が低下することが理解できる。
このグラフによれば、４０〜７０℃を超える温度領域にて急激に動粘度を低下させることができることが理解できる。
このため、このような本発明の組成物を例えば熱輸送媒体に採用すると、低温領域では動粘度が比較的高いので熱を輸送するに必要な流動性に欠けるので、熱の発生源が暖まることを妨げないが、４０〜７０℃以上になることにより熱を輸送するために求められる低い動粘度を達成することができ、より積極的に熱を輸送することができ熱の発生源からの熱をより効果的に廃熱することが可能となり装置の運転を円滑にすることができる。
【００３２】
比較例１においては、例えば１００℃において低い動粘度を示すので、高温下においては積極的に熱を輸送することが可能であるが、特に例えば６５℃以下の温度領域では他の組成物よりも動粘度が低いので、熱の発生源から発生された熱を廃熱してしまい、熱の発生源自体が適度な温度に加熱されにくくする。
また、比較例２においては、例えば１００℃において２．１mm２/ｓという高い動粘度に留まるために、熱の発生源から発生する熱を効果的に廃熱することができず、その発生源自体が過熱されてしまう可能性がある。
このため、例えば内燃機関に採用した場合には、比較例１によると運転開始時に十分に内燃機関が暖まるために長時間を要することになり、比較例２によると運転中にオーバーヒートする可能性がある。
【００３３】
また、比較例３〜５のように、ヒドロキシプロピル基を含有するセルロース類に代えて、カルボキシメチルセルロースNa塩、ポリアクリル酸Na塩、又はポリビニルピロリドンを添加した場合には、エチレングリコールと水のみからなる組成物のように、実施例１〜７にて示される、温度上昇に対する動粘度の変化の特異性はみられない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の熱輸送媒体は、温度変化に対して特定の動粘度変化を示すものであり、従来の熱輸送媒体が使用されてきた用途において使用することができる。このため、効率よく熱輸送を行うことが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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