(57)【要約】【課題】潜熱輸送微粒子を含有する熱媒体を使用する潜熱輸送システムにおいて、例えば熱交換器等の機器の熱交換表面に潜熱輸送微粒子が付着することを抑制し、熱交換器等の機器の流路の閉塞を防止すること。【解決手段】潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体を使用する潜熱輸送システムにおいて、該潜熱輸送システムを構成する機器のうち前記熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む化合物からなる被覆層を設けることを特徴とする潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体を使用する潜熱輸送システムにおいて、該潜熱輸送システムを構成する機器のうち前記熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む化合物からなる被覆層を設けることを特徴とする潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
【請求項２】
前記金属−酸素結合が、Ｓｉ−Ｏ結合又はＴｉ−Ｏ結合である請求項１記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
【請求項３】
前記Ｓｉ−Ｏ結合を少なくとも部分的に含む化合物が、ＳｉＯ2を含有する化合物又はシロキサン結合を形成する有機ケイ素化合物の重合体からなる請求項２記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
【請求項４】
前記シロキサン結合を形成する有機ケイ素化合物が、下記一般式（１）で示される請求項３記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
Ｙ−Ｓｉ（ＣＨ3）n（ＯＲ）3-n    （１）
（式（１）中、Ｙは、アミノ基、エポキシ基、メタクリル基、アクリル基、ビニル基、アルキル基、ウレイド基、スルフィド基、イソシアネート基、スチリル基又はメルカプト基を示し、Ｒは、アルキル基又はアシル基を示す。ｎは０、１を示す。）
【請求項５】
前記Ｔｉ−Ｏ結合を少なくとも部分的に含む化合物が、ＴｉＯ2を含有する化合物からなる請求項２記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
【請求項６】
前記機器に熱交換器を含む請求項１〜４の何れかに記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
【請求項７】
前記潜熱輸送微粒子として無機水和物及び／又は包括型水和物を用いる請求項１〜６の何れかに記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
【請求項８】
前記の潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体が、無機物水和物と溶媒を含み、前記溶媒が、水と前記無機水和物に対する溶解度が水より小さいアルコールの混合液である請求項１〜７の何れかに記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
【請求項９】
潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体と、該熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む被覆層が形成された機器と、を備えることを特徴とする潜熱輸送システム。
【請求項１０】
前記金属−酸素結合が、Ｓｉ−Ｏ結合又はＴｉ−Ｏ結合である請求項９記載の潜熱輸送システム。
【請求項１１】
前記潜熱輸送微粒子として無機物水和物及び／又は包括型水和物を用いる請求項９又１０記載の潜熱輸送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱輸送微粒子を含む熱媒体を用いる潜熱輸送システムにおいて、例えば熱交換器などの機器の壁面に潜熱輸送微粒子が付着することを防止する潜熱輸送微粒子の壁付着防止法、及び、当該防止法を施した機器により構成される潜熱輸送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー問題や環境問題の観点から、高度の省エネルギー技術が開発されている。例えば、コジェネレーションシステムはその典型であり、熱水供給や空調機のような熱供給のための熱機関等からの排熱を利用することで総合エネルギー効率を高めることができることから、現在広く利用されている。
【０００３】
このように、コジェネレーションシステムはエネルギー効率を高められる技術であるが、環境問題等が深刻化してきており、より一層の効率向上が求められている。このような観点から、排熱から回収した熱エネルギーを効率よく輸送する技術の開発が要請されている。熱機関等から排出される排熱を輸送するには、従来より、水やオイルなどの単相の流体が熱媒体として広く使用されている。例えば工場やごみ処理場などの熱源からビルや各家庭へ熱供給する地域冷暖房システムにおいて、消費エネルギーを抑制するには、熱媒体を搬送するための動力源（ポンプ）の消費エネルギーを抑制することが重要となる。しかしながら、熱媒体として単相の水等を利用する場合は、その顕熱を利用するため、大量の水を循環させる必要がある。そのため流量が大きくなり、その結果として熱媒体の輸送に必要な動力の消費エネルギーも大きくなるという問題があった。
【０００４】
その解決策として、溶媒中に相変化を生じる物質（以下、「潜熱輸送微粒子」と称する場合がある。）を懸濁させた熱媒体を用いて、その潜熱を利用し、熱密度を大きくする方法、及び、このような熱媒体を使用した潜熱輸送システムが提案されている（特許文献１〜４）。このような熱媒体を用いることで、例えば２０重量％の相変化を生じる物質を懸濁させた水の場合、水を熱媒体として用いた顕熱輸送の場合に比べ、流量を３分の１程度にすることが可能となり、動力の消費エネルギーを２７分の１程度に削減することが可能になるとされている。
しかしながら、このような潜熱輸送の熱媒体には、相変化を生じる物質を用いているため、熱源から回収した熱を放出する比較的流路の狭い熱交換器の熱交換面を構成する壁面に、相変化を生じる物質の結晶が付着し、流路が閉塞する場合があるという問題が指摘されており、実用化には至っていないのが現状である。
【０００５】
ところで、給湯器、瞬間湯沸器、風呂釜、ボイラー及び暖房機器等に使用され、プロパンガス、ＬＮＧ、軽油、灯油又は重油等を燃焼させることにより、管内を流通させる水を加熱し温水を得る熱交換器において、熱交換器の構成部材の表面に非晶質性セラミックス皮膜を形成した熱交換器が提案されている（特許文献５）。しかし、特許文献５に記載の熱交換器は、燃料をバーナーにて燃焼し発生させた高温の空気とともに生じる水蒸気、ＳＯｘ、ＮＯｘ、ＣＯ2が熱交換器の構成金属部材の表面に付着して生じる金属部材の腐食を防止することを目的とするものである。ところが、このような腐食は、排熱の効率的な輸送を行うことを目的とする潜熱輸送システムにおいて生じることは通常考えられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９５９１号公報
【特許文献２】特開２００６−３３６０１８号公報
【特許文献３】特開２００７−１１２８６５号公報
【特許文献４】特開２００７−２３９６９７号公報
【特許文献５】特開２００１−２８０８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記のような問題点に鑑み、本発明の目的とするところは、潜熱輸送微粒子を含有する熱媒体を使用する潜熱輸送システムにおいて、例えば熱交換器等の機器の熱交換表面に潜熱輸送微粒子が付着することを抑制し、熱交換器等の機器の流路の閉塞を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明らが鋭意検討を行った結果、潜熱輸送システムを構成する機器のうち前記熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む化合物からなる被覆層を設けることで、前記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は、以下の通りである。
【０００９】
［１］潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体を使用する潜熱輸送システムにおいて、該潜熱輸送システムを構成する機器のうち前記熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む化合物からなる被覆層を設けることを特徴とする潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
［２］前記金属−酸素結合が、Ｓｉ−Ｏ結合又はＴｉ−Ｏ結合である前記［１］記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
［３］前記Ｓｉ−Ｏ結合を少なくとも部分的に含む化合物が、ＳｉＯ2を含有する化合物又はシロキサン結合を形成する有機ケイ素化合物の重合体からなる前記［２］記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
［４］前記シロキサン結合を形成する有機ケイ素化合物が、下記一般式（１）で示される前記［３］記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
Ｙ−Ｓｉ（ＣＨ3）n（ＯＲ）3-n    （１）
（式（１）中、Ｙは、アミノ基、エポキシ基、メタクリル基、アクリル基、ビニル基、アルキル基、ウレイド基、スルフィド基、イソシアネート基、スチリル基又はメルカプト基を示し、Ｒは、アルキル基又はアシル基を示す。ｎは０、１を示す。）
［５］前記Ｔｉ−Ｏ結合を少なくとも部分的に含む化合物が、ＴｉＯ2を含有する化合物からなる前記［２］記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
［６］前記機器に熱交換器を含む前記［１］〜［４］の何れかに記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
［７］前記潜熱輸送微粒子として無機水和物及び／又は包括型水和物を用いる前記［１］〜［６］の何れかに記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
［８］前記の潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体が、無機物水和物と溶媒を含み、前記溶媒が、水と前記無機水和物に対する溶解度が水より小さいアルコールの混合液である前記［１］〜［７］の何れかに記載の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法。
［９］潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体と、該熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む被覆層が形成された機器と、を備えることを特徴とする潜熱輸送システム。
［１０］前記金属−酸素結合が、Ｓｉ−Ｏ結合又はＴｉ−Ｏ結合である前記［９］記載の潜熱輸送システム。
［１１］前記潜熱輸送微粒子として無機物水和物及び／又は包括型水和物を用いる前記［９］又［１０］記載の潜熱輸送システム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る、潜熱輸送微粒子の壁付着防止法によれば、潜熱輸送微粒子を含有する熱媒体を使用する潜熱輸送システムにおいて、例えば熱交換器等の機器の熱交換表面に潜熱輸送微粒子が付着することを抑制し、熱交換器等の機器の流路の閉塞を防止することが可能である。また、本発明に係る潜熱輸送システムによれば、その構成機器の流路の閉塞が防止されることで、安定した熱輸送が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の潜熱輸送システムの一実施形態を示す概略系統図である。
【図２】実施例における、潜熱輸送微粒子と評価サンプルとの間の距離とその相互間力との関係の典型例を示した図である。
【図３】実施例における、潜熱輸送微粒子の除去性試験の試験方法を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る、潜熱輸送微粒子の壁付着防止法は、潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体を使用する潜熱輸送システムにおいて、該潜熱輸送システムを構成する機器のうち前記熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む化合物からなる被覆層を設けることを特徴とする。
【００１３】
前記被覆層は、金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む化合物からなるものであれば特に限定はない。このような構成の被覆層を熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に設けることで、潜熱輸送微粒子が壁面に付着することを防止することができる。
【００１４】
金属−酸素結合を少なくとも部分的に含む化合物としては、潜熱輸送微粒子が壁面に付着することを防止することができれば特に限定はなく、金属−酸素結合が、例えば、Ｚｒ−Ｏ結合、Ａｌ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｔｉ−Ｏ結合等であるものを用いることができる。本発明では、これらの結合を、１種含む化合物でも良いし、２種以上含むものでもよい。本発明の付着防止効果をより効果的に発揮させる観点からは、金属−酸素結合が、Ｓｉ−Ｏ結合又はＴｉ−Ｏ結合であるものが好ましい。
【００１５】
Ｓｉ−Ｏ結合を少なくとも部分的に含む化合物としては、特に限定はないが、本発明の効果を効果的に発揮させる観点からは、ＳｉＯ2を含有する化合物、又は、シロキサン結合を形成する有機ケイ素化合物の重合体が好ましい。
【００１６】
ＳｉＯ2を含有する化合物としては、特に限定はなく、例えば、ＳｉＯ2（シリカ）、シリカを主成分として含有する化合物などが挙げられる。このうち、付着防止の観点から、シリカが好ましい。
【００１７】
シリカを被覆層として形成する方法としては、例えば、ペルヒドロポリシラザンを所望の溶媒に溶解して溶液を調製し、この溶液を、熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する壁面の全体又は一部に塗布し、水蒸気存在下で反応させ、乾燥させる。溶液の塗布は、例えば、噴霧、浸漬等により行うことができる。反応は、常温下で行っても良いし、反応を促進させるため、５００℃程度に加熱しながら行ってもよい。
【００１８】
シロキサン結合を形成する有機ケイ素化合物の重合体としては、特に限定はなく、例えば、下記一般式（１）で示される化合物の重合体が好ましい。
Ｙ−Ｓｉ（ＣＨ3）n（ＯＲ）3-n    （１）
（式（１）中、Ｙは、アミノ基、エポキシ基、メタクリル基、アクリル基、ビニル基、アルキル基、ウレイド基、スルフィド基、イソシアネート基、スチリル基又はメルカプト基を示し、Ｒは、アルキル基又はアシル基を示す。ｎは０、１を示す。）
【００１９】
Ｙを構成するアミノ基としては、特に限定はなく、例えば、−Ｃ3Ｈ6ＮＨＣ2Ｈ4ＮＨ2、−Ｃ3Ｈ6ＮＨ2、−Ｃ3Ｈ6Ｎ＝ＣＣＨ3Ｃ4Ｈ9、−Ｃ3Ｈ6ＮＨＣ6Ｈ5等が挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００２０】
Ｙを構成するエポキシ基としては、例えば、下記式（２）及び（３）で示すものが挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００２１】
【化１】
2014066379.tif 000002
【００２２】
Ｙを構成するメタクリル基としては、例えば、−Ｃ3Ｈ6ＯＣＯＣ（ＣＨ3）（ＣＨ2）などが挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００２３】
Ｙを構成するアクリル基としては、例えば、−Ｃ3Ｈ6ＯＣＯＣＨＣＨ2などが挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００２４】
Ｙを構成するアルキル基としては、例えば、炭素数が１〜１０の短鎖のものが挙げられる。
【００２５】
Ｙを構成するウレイド基としては、例えば、−Ｃ3Ｈ6ＳＣＯＣ7Ｈ15などが挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００２６】
Ｙを構成するスルフィド基としては、例えば、−Ｃ3Ｈ6ＮＨＣＯＮＨ2などが挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００２７】
Ｙを構成するイソシアネート基としては、例えば、−Ｃ3Ｈ6Ｎ＝Ｃ＝Ｏなどが挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００２８】
Ｙを構成するメルカプト基としては、例えば、−Ｃ3Ｈ6ＳＨなどが挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００２９】
Ｒを構成するアルキル基としては、例えば、炭素数が１〜１０の短鎖のものが挙げられる。
【００３０】
Ｒを構成するアシル基としては、メタノイル基（ホルミル基）、エタノイル基（アセチル基）、プロパノイル基（プロピオニル基）などが挙げられるが、これに限定されるわけではない。
【００３１】
シロキサン結合を形成する有機ケイ素化合物の具体例としては、例えば、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルエチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【００３２】
式（１）で示される有機ケイ素化合物の重合体を被覆層として形成する方法としては、例えば、式（１）で示される有機ケイ素化合物を所望の溶媒に溶解して溶液を調製し、この溶液を、熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する壁面の全体又は一部に塗布し、乾燥させることで得ることができる。溶液の塗布は、浸漬、噴霧等により行うことができる。乾燥は、室温〜１００℃の温度で行うことができる。乾燥によって、式（１）で示される有機ケイ素化合物が重合するとともに、壁面に結合する。
【００３３】
Ｔｉ−Ｏ結合を少なくとも部分的に含む化合物としては、特に限定はなく、ＴｉＯ2（チタニア）、チタニアを主成分として含有する化合物、チタン酸化合物などが挙げられる。このうち、付着防止の観点から、チタニアが好ましい。チタニアの結晶構造は、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型いずれでも良い。
【００３４】
Ｔｉ−Ｏ結合を少なくとも部分的に含む化合物を被覆層として形成する方法としては、定法に従って行うことができるが、例えば、ＴｉＯ2（チタニア）の場合は、チタニアを、１価のアルコール、２価以上のアルコール、ケトン類等から選択される１種又は２種以上を含む溶媒に添加してゾルを調製する。このゾルを熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する壁面の全体又は一部に塗布し、乾燥させた後、５００℃程度で焼成することで得ることができる。１価又は２価以上のアルコールとしては、エタノール、グリセリン、グリコール類が挙げられる。ケトン類としては、アセチルアセトン等が挙げられる。
【００３５】
被覆層を設ける壁面は、潜熱輸送システムを構成する機器のうち、熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部であれば良い。その中でも、熱交換用熱媒体が循環する流路が狭くなる部分を有する機器に設けることで、本発明の効果がより発揮される。このような機器としては、例えば、熱交換器が挙げられる。熱交換器の構成は潜熱輸送システムの構成により様々異なるが、熱交換用熱媒体を循環させて、温熱源又は冷熱源から排熱を回収することができるものであればよい。
また、被覆層を設ける壁面を構成する材質は、特に限定はなく、既存の機器で用いられている材質に対して、被覆層を設けることができる。尚、伝熱面を構成する材質は、一般に熱伝導性の高い銅やアルミニウム等の金属が用いられるが、本発明者らは、潜熱輸送微粒子の銅製やアルミニウム製の部材表面への吸着力が、被覆層を設けることで著しく低下することを確認している。
【００３６】
本発明の潜熱輸送システムは、上記のような被覆層を、熱交換用熱媒体が循環して接する熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面に設けた機器を備える。そして、このような機器内を循環する熱交換用熱媒体として、後述する潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体を使用する。
【００３７】
本発明の潜熱輸送システムの実施形態について、図１をもとに説明する。
図１は、潜熱輸送システムを適用した地域冷暖房システムの例を示す概略系統図である。本システム例は、燃料電池等の分散電源３にて発電した電力を送電線１４により各家庭４及びビル５に送電する例を示したものである。工場１及びごみ焼却場２に加えて分散電源３で生じた排熱も地域内で有効活用することを目的としたものである。尚、熱源は地域毎に異なること、および、各家庭４及びビル５の数が異なることはいうまでもない。
本システム例では、熱源として、工場１、ごみ焼却場２、燃料電池などの分散電源３とし、これらの設備から排出される排熱を熱交換器６（分散電源については図示せず）にて、潜熱輸送微粒子を含有する熱交換用熱媒体（以下、「高温側熱媒体」と称する場合がある。）により回収する。この時、各家庭４、ビル５、ヒートポンプ１０での熱エネルギー利用により析出した潜熱輸送微粒子は、これら熱源の排熱の熱エネルギーにより溶解する。但し、熱エネルギーの多寡や熱交換用熱媒体の構成により全てが溶解する場合もあれば、一部が残存する場合もある。
【００３８】
そして、暖房等を行う場合は、熱を回収した熱交換用熱媒体は、図示しないポンプにより、熱交換器６と連通する配管８を通って各家庭４及びビル５に送液され、温熱輸送が行われる。この時、熱交換用熱媒体は、潜熱輸送微粒子が固液平衡を維持し、温度が一定に保持される。
各家庭４では、熱交換用熱媒体により輸送された温熱を冷暖房装置の暖房や温水器等の温熱源として使用することができる（いずれも図示せず）。本発明では、輻射式や対流式の冷暖房装置、温水器等の熱交換器の熱交換面の狭隘な流路を構成している壁面に被覆層を施すことで、狭隘な流路であっても熱交換により晶析した潜熱輸送微粒子が付着することなく流動することができる。暖房の場合は、冷暖房装置の暖房側熱交換器での熱交換により潜熱輸送微粒子は晶析する傾向にあるため、特に、少なくとも暖房側熱交換器の熱交換用熱媒体の出口側に設けることが好ましい。
また、ビル５では、配管８から冷暖房装置１３の熱交換器７ａ内に熱交換用熱媒体が送液され、温熱輸送が行われる。そして、熱交換器７ａにより熱交換用熱媒体と室内空気との間で熱交換が行われ室内空気が暖められる。冷暖房装置１３は輻射式でも対流式でも良いが、暖房効率が高い輻射式を採用するのがエネルギー効率向上の点で好ましい。また、輻射式の場合は、壁全体を一様な温度にすることによって暖房を行う方式であるため、熱媒体として水等の単相の熱媒体を用いると、放熱により、壁表面の温度にムラが生じる。一方、潜熱輸送微粒子を含む熱交換用熱媒体を用いると、放熱時の温度が一定に保たれ、温度変化が殆どないため、壁表面の温度にムラが生じることがなく、輻射式を採用する効果を向上させることができる。
さらに、対流式、輻射式の何れの場合も、熱交換器７ａの熱交換面の狭隘な流路を構成している壁面に被覆層を施すことで、狭隘な流路であっても熱交換により晶析した潜熱輸送微粒子が付着することなく流動することができるため、安定した流動を維持でき、冷暖房装置１３を安定して稼働することができる。
尚、配管８を流動させる熱交換用熱媒体は、高温度の排熱を回収して、その熱エネルギーを利用するため、後述する高温度領域に融点を有する潜熱輸送微粒子を用いる。
【００３９】
そして、各家庭４及びビル５において、工場１等から回収した熱エネルギーを利用すると、熱交換用熱媒体中に潜熱輸送微粒子の少なくとも一部が晶析した状態で、配管８を通って、再び工場１等の熱交換器６内へ搬送される。熱交換器６内の熱交換面の狭隘な流路を構成している壁面に被覆層を施すことで、狭隘な流路であっても熱交換により晶析した潜熱輸送微粒子が付着することなく流動することができ、速やかに熱交換器６内で工場１等から排出される排熱を回収することができる。
尚、図１では、配管８のラインは１つであるが、往路と復路のライン、必要により工場１等の熱源からヒートポンプ１０へ直接繋がるラインを有する。
【００４０】
一方、冷房等を行う場合は、工場１、ごみ焼却場２、分散電源３の熱交換器６から配管８を通ってヒートポンプ１０に高温側熱媒体が送液される。そして、ヒートポンプ１０において、高温側熱媒体の熱エネルギーを利用して最終的に低温側の熱交換用熱媒体（以下、「低温側熱媒体」と称する場合がある。）が冷却される。この冷却された低温側熱媒体が、図示しないポンプにより配管９を通って各家庭４及びビル５に送液され、冷熱輸送が行われる。この時、低温側熱媒体は、潜熱輸送微粒子が固液平衡を維持し、温度が一定に保持される。
各家庭４では、低温側熱媒体により輸送された冷熱を冷房機の冷熱源として使用することができる。本発明では、輻射式や対流式の冷房装置等の熱交換器の熱交換面の狭隘な流路を構成している壁面に被覆層を施すことで、狭隘な流路であっても潜熱輸送微粒子が付着することなく流動することができる。冷房の場合は、冷房装置での熱交換により潜熱輸送微粒子は溶解する傾向にあるため、特に、少なくとも熱交換器の低温側熱媒体の入口側に設けることが好ましい。
また、ビル５では、配管９から冷暖房装置１３の熱交換器７ｂ内に低温側熱媒体が送液され、冷熱輸送が行われる。そして、熱交換器７ｂにより低温側熱媒体と室内空気との間で熱交換が行われ室内空気が冷却される。冷房の場合も、暖房の場合と同様の理由で冷暖房装置１３は輻射式を採用することで、エネルギー効率を向上させることができ、輻射式を採用する効果を向上させることができる。
さらに、対流式、輻射式の何れの場合も、熱交換器７ｂの熱交換面の狭隘な流路を構成している壁面に被覆層を施すことで、狭隘な流路であっても熱交換により晶析した潜熱輸送微粒子が付着することなく流動することができるため、安定した流動を維持でき、冷暖房装置１３を安定して稼働することができる。また、各家庭４の場合と同様に、特に、少なくとも熱交換器７ｂの低温側熱媒体の入口側に設けることが好ましい。
【００４１】
ヒートポンプ１０は、高温側熱媒体の温熱エネルギーを利用する熱交換器１１と、低温側熱媒体から熱回収して冷却する熱交換器１２を備える。熱交換器１１、１２の熱交換面を構成する少なくとも一部の壁面、特に、狭隘な流路を構成している壁面に被覆層を設けることで、狭隘な流路であっても熱交換により晶析した潜熱輸送微粒子が付着することなく流動することができ、熱交換器１１においては、速やかに熱交換器１１内で熱源の排熱を速やかに放出することができ、熱交換器１２においても、速やかに熱交換器１２内で低温側熱媒体から熱を回収して、冷却することができる。
ヒートポンプ１０は、上記の機能を有する限り特に限定はなく、ケミカルヒートポンプ、吸収式冷凍機などを採用することができる。
【００４２】
そして、各家庭４及びビル５において、ヒートポンプ１０において得られた冷熱を利用すると、低温側熱媒体中の潜熱輸送微粒子は少なくとも一部溶解した状態で、配管９を通って、再びヒートポンプ１０の熱交換器１２内へ搬送される。熱交換器１２内の熱交換面の狭隘な流路を構成している壁面に被覆層を施すことで、狭隘な流路であっても熱交換により熱交換器１２内で晶析する潜熱輸送微粒子が付着することなく流動することができ、速やかに熱交換器１２内で、低温側熱媒体から熱を回収して、冷却することができる。
尚、図１では、配管９のラインは１つであるが、往路と復路のラインを有する。
【００４３】
本発明では、上記の図１に示す潜熱輸送システム以外にも、例えば、特許文献４に記載のような各種のエンジンを冷却する冷却装置、特許文献１に記載のようなビルの冷暖房システムに適用可能である。
潜熱輸送システムとして、その構成機器が、特許文献４に記載のような、自動車、自動二輪車、船舶、発電機等に用いられるエンジン、その冷却器（所謂ラジエータ）、それらを循環する熱媒体の循環管路等を備える場合、エンジンの壁面及びラジエータが熱交換器として機能する。ラジエータは、熱交換を効率的に行う観点から、循環管路の断面積は他の部分より小さくなっており、熱媒体が接する壁面に前記の被覆層を形成することで、より効率的な熱輸送が可能となる。
【００４４】
本発明で用いることができる熱交換用熱媒体は、潜熱輸送微粒子を含有する。また、この潜熱輸送微粒子を溶解可能な溶媒を含有する。
【００４５】
潜熱輸送微粒子としては、特に限定はなく、例えば、本発明者らが、既に提案している各種のもの等を用いることができる。例えば、特許文献３及び４に記載されているような無機水和物、特許文献１に記載されているような包接型水和物等が挙げられる。このような相転移する潜熱輸送微粒子を利用することで、自動車等の熱機関やビルの空調設備などの小規模な潜熱輸送システムでの効率的な熱輸送が可能であることは勿論のこと、地域冷暖房システムなどの比較的広範囲な潜熱輸送システムでの効率的な熱輸送が可能になる。また、これらの潜熱輸送微粒子は、前記の特定の被覆層により熱交換面を構成する壁面への付着が低減される。
【００４６】
無機水和物としては、例えば、酢酸ナトリウム三水和物、リン酸二水素ナトリウム十二水和物、塩化カルシウム六水和物、硫酸ナトリウム十水和物、硫酸アルミニウム十四〜十八水和物（Ａｌ2（ＳＯ4）3・１４〜１８Ｈ2Ｏ）、１価の陽イオンと３価の陽イオンとの硫酸塩複塩（ミョウバン）等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。無機水和物は、融点（相転移温度）が高温度領域（４０℃程度以上）であるものが多く、温熱輸送に好適である。
【００４７】
また、ミョウバンとしては、例えば、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物（ＫＡｌ（ＳＯ4）2・１２Ｈ2Ｏ）、硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物（Ａｌ（ＮＨ4）（ＳＯ4）2・１２Ｈ2Ｏ）、鉄ミョウバン六水和物（Ｆｅ（ＮＨ4）（ＳＯ4）2・６Ｈ2Ｏ）等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【００４８】
包接型水和物のゲスト化合物としては、例えば、トリメチロールエタン、臭化テトラｎ−ブチルアンモニウム、フッ化テトラブチルアンモニウムなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。包接型水和物は、融点（相転移温度）が低温度領域（４０℃程度以下）であるものが多く、冷熱輸送に好適である。
【００４９】
熱交換用熱媒体は、前記のような潜熱輸送微粒子と溶媒の飽和溶液、又は、その飽和溶液と溶解しない状態の潜熱輸送微粒子を含むスラリー状を呈し、熱交換用熱媒体が回収・放出した熱エネルギーにより状態が変化し得る。
【００５０】
熱交換用熱媒体に用いる溶媒は、潜熱輸送微粒子を溶解可能なものであれば、特に限定はなく、使用する潜熱輸送粒子に応じて適宜選択することができるが、主として、水を用いるのが好ましい。
また、特に潜熱輸送微粒子として無機水和物を用いる場合には、低温域でも熱交換用熱媒体の流動性を高める観点から、水と、無機水和物が難溶性を示す溶媒とを含む混合溶媒を用いることができる。難溶性の程度としては、例えば、融点での無機水和物の混合溶媒に対する溶解度と、５〜２５℃における無機水和物の混合溶媒に対する溶解度との差が０より大きく４０以下であるものが挙げられる。このような溶媒としては、無機水和物の種類により異なるが、例えば、無機水和物が、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物、硫酸アルミニウム十四〜十八水和物、又は硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物、リン酸２水素ナトリウム十二水和物の場合は、炭素数２又は３の２価アルコールが好ましく、無機水和物が酢酸ナトリウム三水和物の場合は、炭素数３〜５の１価アルコールが好ましい。
【００５１】
また、熱交換用熱媒体に含まれる成分として、前記の潜熱輸送微粒子、溶媒の他に、界面活性剤であるカチオン系抵抗低減剤と同カチオン系抵抗低減剤の対イオンを添加してもよい。これにより、流動抵抗を低減することができる。潜熱輸送微粒子として上記の無機水和物を用いる場合に特に効果的である。
【００５２】
次に、本発明の潜熱輸送微粒子の壁付着防止法について、実施例に基づきより詳細に説明する。
【００５３】
（実施例１）有機ケイ素化合物の重合体からなる被膜層の形成
水とエタノールを溶媒とした２．０％酢酸溶液を調整した。水とエタノールの混合比（重量基準）は、１／１０である。トリエトキシビニルシラン（信越工業株式会社製、ＬＳ−２３００）を、調整した２．０％酢酸溶液に滴下し、２．０％シラン含有液を調製した。尚、このシラン濃度は、トリエトキシビニルシランの重量が後述の銅板の重量の１％となるように調製したものである。
調製したシラン含有液に、熱交換面を構成する壁面のモデル部材である銅板（幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を浸漬した後、１１０℃で５分間乾燥し、有機ケイ素化合物の重合体からなる被膜層を設けた銅板を作製した。
【００５４】
（実施例２）ＳｉＯ2からなる被覆層の形成
ペルヒドロポリシラザン溶液（有限会社エクソシア社製、ＳＳＬ−ＳＤ５００）を、実施例１で用いたモデル部材である銅板の表面に塗布した。塗布方法は、銅板の塗布面が水平方向を向くようにし、塗布面の上端側にペルヒドロポリシラザン溶液を滴下し、滴下した溶液が自重により塗布面を流れ落ちることにより塗布面に溶液を塗布するフローコーティング法を採用した。滴下した溶液の全量は約０．０５ｇであった。
ペルヒドロポリシラザン溶液を上記のようにした塗布した後、５００℃で１時間乾燥し、ＳｉＯ2からなる被膜層を設けた銅板を作製した。
【００５５】
（実施例３）ＴｉＯ2からなる被覆層の形成
アナターゼ型二酸化チタン５重量％、エタノールとグリセリンの溶液８５重量％（エタノール／グリセリン＝１／１、重量基準）、アセチルアセトン５重量％、ポリエチレンクリコール５重量％のＴｉＯ2のゾルを調製した。
このようにして調製したゾルに、実施例１で用いたモデル部材である銅板を１回浸漬するディップコーティング法により、銅板にゾルを塗布した。
その後、室温で１時間乾燥した後、５００℃で１時間焼成し、ＴｉＯ2からなる被覆層を設けた銅板を作製した。
【００５６】
（評価１）潜熱輸送微粒子の吸着力の測定
評価用サンプルとして、実施例１〜３で作製した被覆層形成銅板、及び、被覆層を形成していない銅板（対照）を用いた。
熱媒体としては、潜熱輸送微粒子である硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物（潜熱２５１ｋＪ／ｋｇ、平均粒径６．６μｍ）と溶媒である水との混合物を用いた。硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物の混合物中の濃度は３５重量％とし、液側は硫酸アルミニウムアンモニウムの飽和溶液とした。この混合液の固液相変化温度は５１℃である。
Wallqvistら（Physiochem. Eng. Aspects, 277, 183-190,2006）及びYilmazら（Journal of Colloids and Interface Science,307, 116-123, 2007）により報告された原子間力顕微鏡を用いた方法により、硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物と評価用サンプルとの間の吸着力を測定した。原子間力顕微鏡は株式会社島津製、ＳＰＭ−９６００を用いた。測定は、２０℃の室温環境下、硫酸アルミニウムアンモニウムの飽和溶液中で行った。カンチレバーの先端に硫酸アルミニウムアンモニウムの結晶粒子が結合され、その結晶粒子が、原子間力顕微鏡により、評価用サンプルに近づけられ付着する時（アプローチ時）、その後脱着し、遠ざけられる時（リリース時）の、結晶粒子と評価サンプルとの間の相互間力を測定した。
【００５７】
測定の結果、何れの場合も、図２の典型例に示すように、結晶粒子と評価サンプルとの間距離と、結晶粒子と評価サンプルとの間の相互間力の関係は、アプローチ時の場合は、結距離が小さくなると、ほぼ相互間力が大きくなることが分かった。一方、図２に示すように、リリース時の場合には、相互間力が極小値を有し、この値を吸着力と定義した。
各サンプルの吸着力は、銅板のみ（対照）の場合、吸着力は３０〜４０ｎＮであったのに対し、有機ケイ素化合物の重合体からなる被膜層を設けた銅板（実施例１）の場合は、１０〜２０ｎＮ、ＳｉＯ2からなる被覆層を設けた銅板（実施例２）の場合は、５〜１０ｎＮ、ＴｉＯ2からなる被覆層を設けた銅板（実施例３）の場合は、１０〜２０ｎＮであった。このように、被覆層を設けることで、被覆層を設けない場合に比べて、潜熱輸送微粒子の付着力が大幅に低下し、ひいては、その付着が大幅に低減されることが期待できる。
【００５８】
（評価２）潜熱輸送微粒子の除去性試験
評価用サンプルとして、実施例２で作製した被覆層形成銅板、及び、被覆層を形成していない銅板（対照）を用いた。
３５重量％硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物と水との混合物を８０℃に加熱して硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物を完全に溶解させ、溶液とした後、この溶液を２０℃の評価サンプルに対して、高さ５ｃｍから滴下した。１０秒静置後、この評価サンプルを純水中に通して余分な溶液を除去した。乾燥後、顕微鏡にてサンプル表面を観察した。
その後、図３に示すように、硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物（２３）が付着したサンプル（２０）の表面の角度（２１）が約５０°になるようにサンプル（２０）を傾斜させ、０．２ｍｌの純水（２２）をスポイト（２４）を用いてサンプル表面に滴下して、サンプル表面を洗浄した。乾燥後、顕微鏡にてサンプル表面を再度観察した。
【００５９】
観察の結果、被覆層を形成していない銅板（対照）では、１回目及び２回目の顕微鏡観察において何れも、多量の水和物の結晶が見られたが、実施例２で作製した被覆層形成銅板では、対照と比べて、１回目の顕微鏡観察において水和物の結晶は大幅に低減され、２回目の顕微鏡観察では、さらに結晶が除去されていることを確認した。
【００６０】
評価１及び２の結果から、特定の被覆層を設けることで、所定の壁面に潜熱輸送微粒子が付着することを効果的に抑制することができることが分かる。従って、このような被覆層を潜熱輸送システムに適用することで、構成機器の流路の閉塞を防止し、長期間安定した熱輸送が可能になることが期待される。
【符号の説明】
【００６１】
１  工場
２  ごみ焼却場
３  分散電源
４  家庭
５  ビル
６、７ａ、７ｂ、１１、１２  熱交換器
８、９  配管
１０  ヒートポンプ
１３  冷暖房装置
１４  送電線
２０  サンプル
２１  角度
２２  純水
２３  硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物
２４  スポイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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