(57)【要約】【課題】  金属製配管を用いた場合においてもその腐食への影響を軽減させることができる熱搬送媒体を提供すること。【解決手段】  熱供給側システムと熱利用側システムの間を供給側流路及び戻り側流路を通して熱搬送媒体を循環する熱搬送システムに用いられる熱搬送媒体。この熱搬送媒体は、次の分子式で示される第四級アンモニウム塩型界面活性剤：    ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｌＯＨ）（（ＣＨ２）ｍＯＨ）（（ＣＨ２）ｎＯＨ）・Ａ−    （ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｌ、ｍ、ｎは１〜４）が、水性液体に添加されており、水性液体の中のハロゲン化物イオンのモル数の割合が添加された第四級アンモニウム塩型界面活性剤の添加モル数に対して０．５以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱供給側システムと熱利用側システムの間を供給側流路及び戻り側流路を通して熱搬送媒体を循環する熱搬送システムに用いられる熱搬送媒体であって、
前記熱搬送媒体が次の分子式で示される第四級アンモニウム塩型界面活性剤：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｌＯＨ）（（ＣＨ２）ｍＯＨ）（（ＣＨ２）ｎＯＨ）・Ａ−
（ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｌ、ｍ、ｎは１〜４）
が、水性液体に添加されており、前記水性液体の中のハロゲン化物イオンのモル数の割合が前記第四級アンモニウム塩型界面活性剤の添加モル数に対して０．５以下であることを特徴とする熱搬送媒体。
【請求項２】
水性液体に添加される前記第四級アンモニウム塩型界面活性剤が、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｎＯＨ）３・Ａ−
（ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｎは１〜４）
であることを特徴とする請求項１に記載の熱搬送媒体。
【請求項３】
水性液体に添加される前記第四級アンモニウム塩型界面活性剤が、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）２ＯＨ）３・Ａ−
（Ｒはオレイル基；Ａ−はサリチル酸イオン）
であることを特徴とする請求項２に記載の熱搬送媒体。
【請求項４】
熱供給側システムと熱利用側システムの間を供給側流路及び戻り側流路を通して熱搬送媒体を循環する熱搬送システムであって、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱搬送媒体を用い、水性液体に添加される第四級アンモニウム塩型界面活性剤の濃度が、３００〜２０００重量ｐｐｍであることを特徴とする熱搬送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱供給側システムと熱利用側システムとの間を循環して熱（温熱、冷熱）を搬送する熱搬送媒体及びこれを用いた熱搬送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、地域冷暖房システムにおいては、熱供給側システムから熱利用側のビルなどに設置された空調装置（熱利用側システム）に熱搬送媒体（例えば、水）を循環させるための配管の長さは数ｋｍ以上になり、その水搬送動力はかなり大きく、地域冷暖房システムのランニングコストの約６０％〜７０％であるとも言われている。
【０００３】
そこで、この水搬送動力を低減させる有効な方法として、粘弾性を示す界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用い、流動摩擦抵抗を著しく低減させる方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４）。この方法では、配管内を流動する水（例えば、水道水）に界面活性剤として特定の第四級アンモニウム塩を数１０〜数１０００ｐｐｍと有機酸塩とを当該第四級アンモニウム塩に対して０．５〜１００倍モル数になるように溶解させると、界面活性剤が水中で、疎水基部を中心に親水基部を外周部に配置してミセルを形成し、そのミセルが棒状の形態をなして高次に絡まって粘弾性を示すことに起因するといわれている。
【０００４】
水に溶解される第四級アンモニウム塩として用いられるものとして、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、塩化オレイルトリメチルアンモニウム、塩化オレイルビスヒドロキシエチルメチルアンモニウムなどであり、これらは第四級アンモニウムの塩化物塩である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−７６３６０号公報
【特許文献２】特公平４−６２３１号公報
【特許文献３】特公平５−４７５３４号公報
【特許文献４】特開平８−３１１４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、熱搬送媒体の溶媒として用いられる水の中の塩化物イオン（ハロゲン化イオン）の濃度が過剰になると、金属への腐食性が増すことが知られている。熱供給側システムと熱利用側システムとの間を接続する供給側流路及び戻り側流路は、炭素鋼などから形成された金属製配管から構成されていることが多く、このような金属製配管を用いた場合、塩化物イオンの過剰量は金属製配管を腐食劣化させてしまう危険性がある。例えば、社団法人日本冷凍空調工業会、冷凍空調機器用水質ガイドライン（ＪＲＡ−ＧＬ  ０２：１９９４）によると、塩化物イオンは水の腐食性を高める重要因子の一つであることが明示されており、またその基準値として、熱搬送媒体（冷水）においては５０ｍｇ／Ｌ以下と定められている。
【０００７】
本発明の目的は、金属製配管を用いた場合においてもその腐食への影響を軽減させることができる熱搬送媒体を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、供給側流路及び戻り側流路を規定する配管への腐食の影響を軽減して長期にわたって使用することができる熱搬送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、金属製配管への腐食の影響が大きいイオンとして、塩化物イオンを含むハロゲン化イオンに注目し、第四級アンモニウム塩としてハロゲン化物ではなく、第四級アンモニウム塩の有機酸塩を用いることによって良好な摩擦低減を得ることができるとともに、熱搬送媒体中のハロゲンイオンのモル数を添加する第４級アンモニウム塩に対して所定以下に抑えることによって、配管への腐食の影響をも大きく軽減させることができることを見出した。
【００１０】
しかるに、本発明は、下記に示すとおりの熱搬送媒体及び熱搬送システムを提供するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の熱搬送媒体は、熱供給側システムと熱利用側システムの間を供給側流路及び戻り側流路を通して熱搬送媒体を循環する熱搬送システムに用いられる熱搬送媒体であって、
前記熱搬送媒体が次の分子式で示される第四級アンモニウム塩型界面活性剤：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｌＯＨ）（（ＣＨ２）ｍＯＨ）（（ＣＨ２）ｎＯＨ）・Ａ−
（ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｌ、ｍ、ｎは１〜４）
が、水性液体に添加されており、前記水性液体の中のハロゲン化物イオンのモル数の割合が前記第四級アンモニウム塩型界面活性剤の添加モル数に対して０．５以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の熱搬送媒体では、水性液体に添加される前記第四級アンモニウム塩型界面活性剤が、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｎＯＨ）３・Ａ−
（ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｎは１〜４）
であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の熱搬送媒体では、水性液体に添加される前記第四級アンモニウム塩型界面活性剤が、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）２ＯＨ）３・Ａ−
（Ｒはオレイル基；Ａ−はサリチル酸イオン）
であることを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明の請求項４に記載の熱搬送システムは、熱供給側システムと熱利用側システムの間を供給側流路及び戻り側流路を通して熱搬送媒体を循環する熱搬送システムであって、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱搬送媒体を用い、水性液体に添加される第四級アンモニウム塩型界面活性剤の濃度が、３００〜２０００重量ｐｐｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載の熱搬送媒体によれば、第四級アンモニウム塩型界面活性剤として次の分子式：：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｌＯＨ）（（ＣＨ２）ｍＯＨ）（（ＣＨ２）ｎＯＨ）・Ａ−
（ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｌ、ｍ、ｎは１〜４）
の有機酸塩を水性液体に添加するので、ハロゲン化物イオンを含んでおらず、金属製配管への腐食の影響を大きく抑えるとともに、良好な摩擦低減効果を得ることができる。また、水性液体（熱搬送媒体）中のハロゲン化物イオンのモル数の割合が第四級アンモニウム塩型界面活性剤の添加モル数に対して０．５以下であるので、水性液体中に含まれるハロゲン化物イオンが低く抑えられ、金属製配管への腐食の影響を軽減することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に記載の熱搬送媒体によれば、水性液体に添加される第四級アンモニウム塩型界面活性剤が、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｎＯＨ）３・Ａ−
（ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｎは１〜４）
であり、またその請求項３に記載の熱搬送媒体によれば、この第四級アンモニウム塩型界面活性剤が、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）２ＯＨ）３・Ａ−
（Ｒはオレイル基；Ａ−はサリチル酸イオン）
であるので、第４級アンモニウム塩界面活性剤としてハロゲン化物イオンを含んでおらず、金属製配管への腐食の影響を大きく抑えるとともに、良好な摩擦低減効果を得ることができる。
【００１７】
更に、本発明の請求項４に記載の熱搬送システムによれば、請求項１〜３のいずれかに記載の熱搬送媒体を用い、水性液体に添加される第四級アンモニウム塩型界面活性剤の濃度が３００〜２０００重量ｐｐｍであるので、供給側流路及び戻り側流路を規定する金属製配管への腐食の影響を大きく抑えるとともに、所望の摩擦低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に従う熱搬送媒体が利用される熱搬送システムを示す概略図。
【図２】実施例及び比較例で用いた評価装置を示す槻略図。
【図３】実施例及び比較例における摩擦低減効果の実験結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う熱搬送媒体及びこれを用いた熱搬送システムの実施形態を説明する。図１は、本発明に従う熱搬送媒体が利用される熱搬送システムの一例を示す概略図である。
【００２０】
図１において、図示の熱搬送システムは、例えば、熱搬送媒体に熱（温熱、冷熱）を供給する熱供給側システム２と、熱搬送媒体の熱を利用する熱利用側システム４と、熱供給側システム２と熱利用側システム４との間を通して熱搬送媒体を循環させる供給側流路６及び戻し側流路８とを備え、供給側流路６及び戻り側流路８は、例えば金属製の配管により規定される。この実施形態では、供給側流路６に送給ポンプ１０が配設され、戻り側流路８に電磁流量計１２が配設されている。熱搬送媒体は、配管などにより規定される供給側流路６及び戻り側流路８に充填され、送給ポンプ１０の作用によって、この熱搬送媒体が供給側流路６及び戻り側流路８を通して熱供給側システム２及び熱利用側システム４との間を循環され、電磁流量計１２は戻り側流路８を流れる熱搬送媒体の流量を計測する。
【００２１】
熱供給側システム２の具体例としては、ガス吸収式冷温水機、油吸収式冷温水機、ターボ冷凍機、ボイラーなどであり、また熱利用側システム４の具体例としては、空気調和装置（例えば、エアーハンドリングユニット、ファンコイルユニットなど）、暖房機（例えば、ファンコンベクター、床暖房装置など）、熱交換器ユニット（例えば、プレート熱交換器など）などである。
【００２２】
次に、このような熱搬送システムに用いる熱搬送媒体について説明すると、熱搬送媒体としては水（水道水など）などの水性液体が用いられ、この水性液体に第四級アンモニウム塩型界面活性剤を添加したものが用いられる。
【００２３】
水性液体に添加される第四級アンモニウム塩型界面活性剤としては、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｌＯＨ）（（ＣＨ２）ｍＯＨ）（（ＣＨ２）ｎＯＨ）・Ａ−
（ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｌ、ｍ、ｎは１〜４）
で示されるものを用いることができ、この分子式で示される具体例としては、オレイルジ（ヒドロキシエチル）ヒドロキシプロピルアンモニウムサリチレート、オレイルジ（ヒドロキシエチル）ヒドロキシプロピルアンモニウムナフトエート、オレイルジ（ヒドロキシエチル）ヒドロキシプロピルアンモニウムサチリレート、オレイルジ（ヒドロキシエチル）ヒドロキシプロピルアンモニウムナフトエートなどの一種又は二種以上の混合物があげられる。
【００２４】
このような第四級アンモニウム塩型界面活性剤は、水性液体中で疎水基部を中心に親水基部を外周部に配置して形成されるミセルが棒状の形態をなして高次に絡まって粘弾性をし、この粘弾性によって良好な摩擦低減効果が得られる。また、このような第四級アンモニウム塩型界面活性剤は、組成として有機酸イオンを含み、この有機酸イオンは金属製の配管への腐食の影響が少なく、熱搬送システムに用いられる配管の腐食発生を大きく抑えることができる。
【００２５】
水性液体に添加される第四級アンモニウム塩型界面活性剤としては、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）ｎＯＨ）３・Ａ−
（ＲはＣ８〜Ｃ２２のアルキルまたはアルケニル基；Ａ−は有機酸イオン；ｎは１〜４）
で示されるものが好ましく、この分子式で示される具体例としては、セチルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムサリチレート、セチルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムナフトエート、オレイルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムナフトエートなどの一種又は二種以上の混合物があげられる。
【００２６】
この第四級アンモニウム塩型界面活性剤としては、次の分子式：
ＲＮ＋（（ＣＨ２）２ＯＨ）３・Ａ−
（Ｒはオレイル基；Ａ−はサリチル酸イオン）
で示されるものが一層好ましく、この分子式で示される具体例としてオレイルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムサリチレートがあげられる。
【００２７】
水性液体に添加される第四級アンモニウム塩界面活性剤の濃度は、３００〜２０００重量ｐｐｍであるのが好ましい。その濃度が３００重量ｐｐｍよりも少ないと、添加量が少なくなり過ぎて所望の摩擦低減効果が得られ難く、またその濃度が２０００重量ｐｐｍを超えると、所望の摩擦低減効果は得られるが、過剰に添加するようになって経済的に無駄となる。
【００２８】
熱搬送媒体で溶媒として用いられる水性液体の中には、場合によって、各種薬剤を添加するようにしてもよい。例えば、グリコールやアルコールなどの不凍剤や亜硝酸塩、モリブデン酸塩、アミンなどの金属配管腐食抑制剤などを添加させるようにしてもよい。
【００２９】
この熱搬送媒体においては、第四級アンモニウム塩型界面活性剤を添加した水性液体に含まれるハロゲン化物イオンのモル数の割合が、第四級アンモニウム塩型界面活性剤の添加モル数に対して０．５以下であり、例えば水性液体として水道水を用いた場合においても、水道水に含まれる塩化物イオンを含めて０．５以下である。水性液体中のハロゲン化物イオンのモル数の割合を上記添加モル数に対して０．５以下とすることによって、水性液体に含まれるハロゲン化物イオンが少なくなり、これによっても、金属製の配管への腐食の影響を軽減することができる。このハロゲン化物イオンのモル数の割合は、金属製配管の腐食抑制効果を高めるために、上記添加モル数に対して０．３以下にするのが好ましい。
【実施例】
【００３０】
次に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【００３１】
本発明の効果を確認するために、次の通りの実験を行い、本発明の熱搬送媒体について摩擦低減効果及び金属腐食の影響について確認した。
【００３２】
＜摩擦低減効果の計測＞
摩擦低減効果の実験については、図２に示す評価装置を用いて行った。ここで、図２を参照して評価装置について説明する。図２において、この評価装置は、媒体タンク２１を備え、この媒体タンク２１に配管２３，２４，２５，２６を接続して媒体タンク２１内に充填した熱搬送媒体が配管２３，２４，２５，２６を通して循環されるようにし、配管２５に関連して摩擦特性計測部２７を設けた。この摩擦特性計測部２７に微差圧計２９を設け、また配管２３と配管２４との間に電磁流量計３０を配設した。摩擦低減効果の実験においては、１０℃に調整した熱搬送媒体（後述する各サンプル）を媒体タンク２１に充填し、送給ポンプ２２により媒体タンク２１内の熱搬送媒体を矢印で示すように配管２３〜２６を通して循環させ、配管２５を流れる熱搬送媒体の圧力差、即ち摩擦特性計測部２７の流入部と流出部との差圧を微差圧計２９で計り、その圧力損失△Ｐを計測した。
【００３３】
熱搬送媒体として第四級アンモニウム塩型界面活性剤水溶液（後述する各サンプル）を用いた場合の摩擦低減率ＤＲ（％）を、以下の式（１）にて算出した。
【００３４】
ＤＲ（％）＝〔（△Ｐｗ―△Ｐｓ）／△Ｐｗ〕×１００    ・・・（１）
△Ｐｗ：熱搬送媒体として水道水を用いた時の圧力損失
△Ｐｓ：熱搬送媒体として界面活性剤水溶液を用いた時の圧力損失
この摩擦低減率ＤＲ（％）は、式（１）から理解されるように、その値が大きいほど摩擦低減効果が大きいことを示す。
【００３５】
＜金属腐食影響の計測＞
金属腐食影響については、次の通りの実験を行った。テストピースとして、材質ＳＳ４００、サイズ４０ｍｍ（縦）×４０ｍｍ（横）×２ｍｍ（厚み）、表面＃８００研磨のものを調製し、腐食実験前の重量を計測した。熱搬送媒体（後述する各サンプル）が混入された５００ｍＬビーカーにテストピースを浸漬し、マグネティックスターラーでビーカー内の熱搬送媒体を７５０ｒｐｍの回転速度で攪拌した。この際、熱搬送媒体の温度は６０℃になるようヒータで加熱を行った。この浸漬状態を１０日間継続した後、テストピースを取り出し、酸洗浄を行った後、実験後の重量計測を行った。腐食実験の評価は、浸漬前のテストピースの重量と浸漬、酸洗浄後のテストピースの重量の差（減量）を求め、式（２）より腐食速度（ＭＤＤ）［ｍｇ／ｄｍ２・ｄａｙ］を算出した。
【００３６】
浸食速度（ＭＤＤ）＝｛〔（浸漬前のテストピースの重量［ｇ］−浸漬後のテストピースの重量［ｇ］）×１００〕／（テストピースの表面積［ｃｍ２］×１０００／１００）｝／浸漬日数［ｄａｙ］    ・・・  （２）
＜サンプル例１＞
サンプル例１の熱搬送媒体として、第四級アンモニウム塩型界面活性剤であるオレイルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムサリチレート［分子式：Ｃ１８Ｈ３５Ｎ＋（ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）３・Ｃ６Ｈ４（ＯＨ）（ＣＯＯ−）；以下、「ＯＴＨＡＳ」と記す。］と種々の濃度の塩化ナトリウムを水道水に添加したもの（塩化物イオン濃度１０．０ｍｇ／Ｌ、１５．９ｍｇ／Ｌ、２６．４ｍｇ／Ｌ、３７．０ｍｇ／Ｌ）を用いた。このときのＯＴＨＡＳの濃度は８００重量ｐｐｍ（モル濃度１．４９×１０−３ｍｏｌ／Ｌ）とした。このサンプル例１における塩化物イオン濃度１０．０ｍｇ／Ｌ（界面活性剤に対するモル比０．１９）の熱搬送媒体を実施例１とし、塩化物イオン濃度１５．９ｍｇ／Ｌ（界面活性剤に対するモル比０．３０）の熱搬送媒体を実施例２とし、塩化物イオン濃度２６．４ｍｇ／Ｌ（界面活性剤に対するモル比０．５０）の熱搬送媒体を実施例３とし、また塩化物イオン濃度３７．０ｍｇ／Ｌ（界面活性剤に対するモル比０．７０）の熱搬送媒体を比較例１とした。
【００３７】
＜サンプル例２＞
サンプル例２の熱搬送媒体として、第四級アンモニウム塩型界面活性剤であるオレイルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロライド［分子式：Ｃ１８Ｈ３５Ｎ＋（ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ）３・Ｃｌ−；以下、「ＯＴＨＡＣ」と記す。］とサリチル酸ナトリウムを水に添加したものを用いた。このときのＯＴＨＡＣの濃度は８００重量ｐｐｍ（モル濃度１．８３×１０−３ｍｏｌ／Ｌ）とした。ＯＴＨＡＣとサリチル酸ナトリウムの混合比は、モル比で１：１とした。このサンプル例２の熱搬送媒体を比較例２とした。
【００３８】
＜実験結果＞  
上述した摩擦低減効果の実験結果を図３に示す。図３は、実施例１〜３及び比較例１〜２における熱搬送媒体の流速と摩擦低減率（ＤＲ％）との関係を示す図である。この実験結果から明らかなように、実施例１〜３及び比較例１〜２のいずれにおいても流速０．５ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓの範囲において、７０％〜７５％の摩擦低減率を示しており、いずれも摩擦低減効果を有していることを確認できた。
【００３９】
また、表１は、金属腐食影響の実験結果を示す。
【００４０】
【表１】
2011184513.tif 000003
実施例１〜３及び比較例１における塩化物イオン量は、溶媒として用いた水道水中に含まれているもの及び添加した塩化ナトリウムに起因するものである。また，比較例２における塩化物イオンは、溶媒として用いた水道水中に含まれているものの他に、使用した第四級アンモニウム塩型界面活性剤が塩化物塩であるのでこれに起因するものである。
【００４１】
この実験結果から明らかなように、塩化物イオンの界面活性剤に対するモル比が０．５０以下である熱搬送媒体を用いた場合、テストピースに対する腐食速度が遅く、塩化物イオンの金属への腐食影響も少ないことが確認できた。
【００４２】
以上の実験結果から、実施例１〜３においては、充分な摩擦低減効果を得ることができるとともに、金属への腐食影響も少なくすることができることが判った。
【符号の説明】
【００４３】
２  熱供給側システム
４  熱利用側システム
６  供給側流路
８  戻り側流路
１０  送給ポンプ
【図１】
2011184513.tif 000004
【図２】
2011184513.tif 000005
【図３】
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