(57)【要約】【課題】耐生体膜形成性を備えた蒸発冷却器用の充填材成分を提供すること。【解決手段】開示されるのは蒸発冷却器用のポリ塩化ビニル充填材料であって、該充填材料は、該充填材料に配合された、生体膜形成を防止するのに有効量の、金属含有ゼオライト及び被担持金属からなる群から選ばれた１種以上の抗菌剤を有し、該金属含有ゼオライトの金属は銀、銅、亜鉛、水銀、錫、鉛、ビスマス、カドミウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム又はこれら金属の２種以上のの組合せであり、そして該担持金属において金属は銀、銀化合物、銀錯体又は銀と銅、亜鉛若しくはジルコニウムとの組合わせであり、そして担持体はＳｉＯ2、ＴｉＯ2又はガラスである、充填材料である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発冷却器用のポリ塩化ビニル充填材料であって、
該充填材料は該充填材料に配合された、生物膜形成を防止するのに有効な量の、金属含有ゼオライト及び被担持金属からなる群より選択された１種以上の抗菌剤を有し、
該金属含有ゼオライトの金属は、銀、銅、亜鉛、水銀、錫、鉛、ビスマス、カドミウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム又はこれら金属の２種以上の組合せであり、そして
該被担持金属において金属は、銀、銀化合物、銀錯体、又は銀と銅、亜鉛、又はジルコニウムとの組合せであり、そして
担持体はＳｉＯ2、ＴｉＯ2又はガラスである、充填材料。
【請求項２】
前記抗菌剤がポリ塩化ビニルの質量に基づいて、約０．０５質量％ないし約５質量％存在する請求項１に記載のポリ塩化ビニル充填材料。
【請求項３】
前記抗菌剤がポリ塩化ビニルの質量に基づいて、約０．１質量％ないし約３質量％存在する請求項１に記載のポリ塩化ビニル充填材料。
【請求項４】
前記抗菌剤が金属含有ゼオライトからなる群から選ばれる請求項１に記載のポリ塩化ビニル充填材料。
【請求項５】
前記金属が銀、銅、亜鉛、ジルコニウム又はそれらの組合せである請求項４に記載のポリ塩化ビニル充填材料。
【請求項６】
前記金属が銀であるか、又は銀と銅、亜鉛、若しくはジルコニウムとの組合せである請求項４に記載のポリ塩化ビニル充填材料。
【請求項７】
前記抗菌剤が被担持金属からなる群から選ばれる請求項１に記載のポリ塩化ビニル充填材料。
【請求項８】
前記金属が銀であるか、又は銀と銅、亜鉛若しくはジルコニウムとの組合せである請求項１に記載のポリ塩化ビニル充填材料。
【請求項９】
担持体がガラスである請求項７に記載のポリ塩化ビニル充填材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１０月１９日に米国において出願された第６０／８５２，８２６号特許仮出願の便益を請求するものであって、該仮出願の内容は参照により本明細書に組込まれる。
【０００２】
本発明は蒸発冷却器、例えば水冷却塔、用のプラスチックポリ塩化ビニル充填物に関する。ポリ塩化ビニル充填物は極めて優れた耐生物膜形成性を示す。
【背景技術】
【０００３】
種々様々の産業で熱伝導過程用の冷却液として水が使用される。有意量の冷却水が発電所及び製造業のいずれにも毎年使用される。典型的な水冷熱伝導過程はコンデンサ又はチラーを含む。一般的に、使用済みの水は熱伝導過程の経済的影響及び環境的影響を減らすために再利用される。この再利用には、通例冷却塔などによって使用済みの水を元の周囲温度又はそれよりわずかに下回る温度まで冷やすことが必要とされる。一般的に冷却塔は、開放式の塔へ使用済みの水を滝のように落とすことによって、使用済みの水が周囲空気へ熱を逃すことを可能とする。
【０００４】
冷却塔に使用される充填材料は、それらを通過して流れるガス及び液体が接触するために可能な限り大きな表面積を提示するように配置された、適する不活性物質からなる。前記充填材料は、例えば、支持された不規則な又は規則的な形の断片の集合体で、容積率に対して大きな表面積を提供するものであって、その上及び間を通って、ガス及び液体が対流して流されるものである。充填物は、お互い間隔をあけて重ねあわせて配置された多くの硬い格子状構造の形態をとり得、該配置は、前記塔を通過して上方へ流れる気体との最大の接触が確立される様に、及び、最適な冷却が達成される様に、前記塔を通過して自由落下する水液体を分割し、及び分配させるために設計されている。
【０００５】
充填物は、例えば金属、木又はポリ塩化ビニルの様なプラスチックからなる。
【０００６】
充填物表面は微生物汚染によって汚れやすい。特に、該表面は生物膜形成として知られている種類の汚れをうけやすい。「生物膜」とは、例えば細菌、古細菌、真菌類、かび、藻または原生動物のような微生物（ｍｏｃｒｏｏｒｇａｉｎｉｓｍｓ）の粘着性群落を意味する。
【０００７】
蒸発冷却器充填物表面の生物膜形成は熱交換性能の低下又は該表面の腐食を生じ得る。生物膜形成はまた無機物が容易に沈着し得る粘着性の表面を提供する。
【０００８】
依然として、耐生物膜形成性であるポリ塩化ビニル充填材料の必要性が残る。
【０００９】
水冷却塔用の充填物は、例えば米国特許第４，７６２，６５０号明細書に開示されている。
【００１０】
冷却塔用の充填物、又は接触充填物もまた米国特許第４，１０５，７２４号明細書に開示されている。
【００１１】
米国特許第４，３６１，４２６号明細書は冷却塔用の充填物、又は充填物、を教示している。充填物は高表面積を有している。
【００１２】
米国特許第６，０７１，５４２号明細書、米国特許第４，９３８，９５５号明細書、米国特許第４，７７５，５８５号明細書、米国特許第４，９１１，８９９号明細書及び米国特許第４，９１１，８９８号明細書は抗菌性金属含有ゼオライトを含有する樹脂を目的としている。
【００１３】
米国特許第６，５８５，９８９号明細書はゼオライト含有の及び二酸化ケイ素、二酸化チタン又はガラスに担持された金属を教示している。
【００１４】
米国特許出願公開第２００４／００８２４９２号明細書は気体加湿器、気体清浄器又は排気清浄器中の殺生物剤含有プラスチック内部要素を目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４，７６２，６５０号明細書
【特許文献２】米国特許第４，１０５，７２４号明細書
【特許文献３】米国特許第４，３６１，４２６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０７１，５４２号明細書
【特許文献５】米国特許第４，９３８，９５５号明細書
【特許文献６】米国特許第４，７７５，５８５号明細書
【特許文献７】米国特許第４，９１１，８９９号明細書
【特許文献８】米国特許第４，９１１，８９８号明細書
【特許文献９】米国特許第６，５８５，９８９号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００４／００８２４９２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
抗菌性金属含有ゼオライトあるいは被担持銀化合物を配合するポリ塩化ビニル充填材が、殊に生物膜形成に対して抵抗性であることが見いだされた。前記ポリ塩化ビニル充填物は長期にわたって良好な外観及び良好な熱交換性能を示す。
【００１７】
開示されるものは、蒸発冷却器用のポリ塩化ビニル充填材料であって、
該充填材料は該充填材料に配合された、生物膜形成を防止するのに有効な量の、金属含有ゼオライト及び被担持金属からなる群より選択された１種以上の抗菌剤を有し、
該金属含有ゼオライトにおいて金属は、銀、銅、亜鉛、水銀、錫、鉛、ビスマス、カドミウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム又はこれら金属の２種以上の組合せであり、そして
該被担持金属において金属は、銀、銀化合物、銀錯体、又は銀と銅、亜鉛、又はジルコニウムとの組合せであり、そして
担持体はＳｉＯ2、ＴｉＯ2又はガラスである、充填材料である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
蒸発冷却器は、例えば冷却剤として水などの液体を利用して空気などのガスを冷却するために、又は冷却剤としてガスを利用して液体を冷却するために、及び／又はガスを加湿するために使用され得る。含まれるものは、水冷却塔、排気清浄器、燃焼排ガス清浄器又は加工ガスの加湿器である。本発明に記載の各々のシステムはポリ塩化ビニル充填物を使用する。
【００１９】
この様な冷却器は例えば、米国特許第４，７６２，６５０号明細書、米国特許第４，２９７，２２４号明細書、米国特許第４，３６１，４２６号明細書、米国特許第６，６４９，０６５号明細書及び米国特許出願公開第２００４／００８２４９２号明細書に開示され
ていて、これらの文献の開示内容は参照によって本明細書に組込まれる。本発明の冷却器は特に水冷却塔である。引用技術の水冷却塔が異なる充填材料、例えば木又は金属を使用する場合、本発明はポリ塩化ビニルで置き換える。
【００２０】
ポリ塩化ビニル充填材料は、充填物（ｆｉｌｌ）としても知られているが、例えば、米国特許第４，１０５，７２４号明細書、米国特許第４，３６１，４２６号明細書及び米国特許第４，３１１，５９３号明細書に開示されており、これら文献の開示内容は参照によって本明細書に組込まれる。前記ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）充填物は塊又は束、例えば自立モジュールに組立てられた波形ＰＶＣ、の形態にあり得る。前記ＰＶＣ充填物は気泡材料でもありえる。前記ＰＶＣ充填物は生物膜が生じる可能性がある大きな表面積を有する。
【００２１】
生物膜は、微生物が表面に付着し、そしてそれらを取囲む水和したポリマーマトリックスを分泌する場合に起こる種類の汚れである。生物膜内の微生物は、それらを抗菌剤から隔離する保護された環境内で成長する。生物膜は低級植物、例えば藻、細菌又は真菌から形成され得る。生物膜は蒸発冷却器内のＰＶＣ充填材料を損傷し得る。冷却水システムは、生物有機体の培養及び成長のために優れた場所であり、その理由として、該システムは空気からシステム中に引き寄せられた栄養物及び自然に水中に存在する有機材料からの栄養物が含まれるからである。さらにその上、水温が、理想的な培養環境であることを示すのに十分なほど暖かい。
【００２２】
生物膜形成は水及び空気の流れ、油付着、鉱物沈着、ならびに／又は微生物付着の問題を引き起こし得る。
【００２３】
生物膜に起因する損傷は米国特許４，２７９，２２４に開示されているように測定し得る。例えば、外観、微生物数、顕微鏡分析又は熱伝達によって測定し得る。冷却塔又は熱交換機の全域にわたる熱伝達、又は温度格差は、熱伝達の顕著な減少が観察される場合に付着物問題の存在をすばやく明示する。
【００２４】
前記金属含有ゼオライトは、例えば米国特許第６，５８５，９８９号明細書、米国特許第６，０７１，５４２号明細書、米国特許第４，９１１，８９９号明細書、米国特許第４，７７５，５８５号明細書、米国特許第４，９３８，９５５号明細書及び米国特許第４，９１１，８９８号明細書に開示されており、これら文献の開示内容は参照により本明細書に組込まれる。
【００２５】
ゼオライトは一般的に三次元状に成長した骨格構造を有するアルミノケイ酸塩であり、及び一般的に、Ａｌ2Ｏ3を主成分として書かれたｘＭ2/nＯ・Ａｌ2Ｏ3・ｙＳｉＯ2・ｚＨ2Ｏで表され、式中のＭはイオン交換可能な金属イオンを表し、該金属イオンは通常一価
又は二価の金属のイオンであり、ｎは金属の価数に対応し、ｘは金属酸化物の係数を表し、ｙはシリカの係数を表し、及びｚは結晶水の数を表すものである。本発明のゼオライトは少なくとも１５０ｍ2／ｇの比表面積を有する。
【００２６】
金属含有ゼオライトに使用される抗菌剤金属は銀、銅、亜鉛、水銀、錫、鉛、ビスマス、カドミウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム又はそれら金属の２種以上の組合せを含む。銀、銅、亜鉛及びジルコニウム又はそれらの組合せが好ましい。殊に好ましい金属は銀単体又は銀と銅、亜鉛若しくはジルコニウムとの組合せである。
【００２７】
本願の金属含有ゼオライトは米国特許第６，０７１，５４２号明細書に記載の表面改質金属含有ゼオライトを含む。
【００２８】
前記被担持金属はＳｉＯ2、ＴｉＯ2又はガラス上に担持されている。この場合の金属は銀、銀化合物、銀錯体、又は銀と銅、亜鉛若しくはジルコニウムとの組合せである。銀化合物又は銀錯体に含まれるのはコロイド状銀、硝酸銀、硫酸銀及び塩化銀である。
【００２９】
好ましい担持体はガラスである。
【００３０】
本願の金属含有ゼオライト又は被担持金属の抗菌剤はＰＶＣ中に、ＰＶＣの質量に基づいて、約０．０１質量％ないし約１０質量％水準で存在する。実例として、本願の抗菌剤はＰＶＣの質量に基づいて、約０．０５質量％ないし約５質量％、又は約０．１質量％ないし約３質量％存在する。
【００３１】
本願の金属含有ゼオライト又は被担持金属の抗菌剤はＰＶＣ充填物に、例えば溶融混合により、例えば最終品に形成されるより前に、配合される。前記抗菌性添加剤は、例えば溶融押出の間にＰＶＣに配合される。
【００３２】
前記抗菌剤は、粉末の形態でＰＶＣと乾式混合され得るか、又は溶液若しくは懸濁液の形態で湿式混合し得る。前記抗菌剤は成型前若しくは成型後のＰＶＣ中に配合され得るか、又は、溶解若しくは分散した混合物をプラスチック材料へ適用することにより、その後の溶剤の蒸発を伴うか伴わずに、配合し得る。前記抗菌剤は、例えば約２質量％ないし約７０質量％の濃度でこの添加剤を含むマスターバッチの形態でＰＶＣに添加し得る。そのような場合、ポリマーは粉末、顆粒、溶液、懸濁液の形態又は格子の形態で使用され得る。前記抗菌剤は重合の前、間又は後に添加され得る。
【００３３】
以下の実施例で本発明を説明する。
【実施例】
【００３４】
実施例１、製油所冷却塔
冷却塔内容積：５９０，５００リットル（１５６，０００ガロン）、循環速度：１５，１４２リットル／分（４，０００ｇｐｍ）、呼び冷却容量：１２，７００，０００Ｋｃａｌ／時（４，２００トン）、排出量：１０２リットル／分（２７ｇｐｍ）。
【００３５】
この塔はＰＶＣ充填物を含んだ。充填物は本願の金属含有ゼオライト又は本願の被担持金属を含んだ。長期間の実施後、ＰＶＣ充填物は視覚的に清浄で及び生物膜形成はなかった。
【００３６】
実施例２、充填冷却塔
二つの充填冷却塔を、以下のシステムを用意するために並列につなげた。内容積：３７，８００リットル（１０，０００ガロン）、循環速度：７，６００リットル／分（２，０００ｇｐｍ）、呼び冷却容積：２，４２０，０００Ｋｃａｌ／時（８００トン）、排出量：３４４リットル／分（９１ｇｐｍ）。
【００３７】
本発明の抗菌性添加剤を有さない充填物は生物膜でひどく汚れた。前記塔の効率は著しく影響され、充填物の交換を必要とした。前記ＰＶＣ充填物が本願の金属含有ゼオライト又は本願の被担持金属添加剤を含む場合、充填物は生物膜形成がないままであった。
【００３８】
実施例３、ＰＶＣ充填物
標準的なＰＶＣ充填物を準備した。対照試料は抗菌性添加剤を含んでいなかった。試験試料は１質量％のガラスに担持された銀及びゼオライトに担持された亜鉛の混合物を含んだ。前記抗菌剤混合物を前記ＰＶＣに溶融混合した。
【００３９】
充填物の対照試料及び試験試料は標準的な水冷塔に隣合って配置した。毎月、充填材料の質量の増加を測定した。１２ヵ月後、対照試料は２０％質量が増加した。試験試料は１２ヶ月後でも質量の増加は示さなかった。
【００４０】
実施例４、抗菌効果
ＰＶＣ試料を準備した。対照試料は抗菌性添加剤を含まなかった。試験試料はガラスに担持させた銀及びゼオライトに担持させた亜鉛の混合物を１質量％含んだ。前記抗菌剤混合物をＰＶＣと溶融混合させた。
【００４１】
試料をメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＲＳＡ）で処理し、及びＪＩＳＺ２８０１に従って試験をした。
【００４２】
試料をレジオネラ（ｌｅｉｇｏｎｅｌｌａ）ニューモフィラで処理し、及び同様にＪＩＳＺ２８０１に従って試験をした。
【００４３】
試料に細菌を植菌して、フィルムで覆い、そして３５℃で２４時間保持した。細菌の生存している細胞の数を数えた。抗菌活性はＲ＝ｌｏｇＢ／Ｃに従って計算し、式中、Ｒは抗菌活性を表し、Ｂは２４時間培養後の対照試料の細菌数の平均値を表し、及びＣは２４時間培養後の試験試料の細胞数の平均値を表す。
【００４４】
結果を下に示す。２．０よりも大きい抗菌活性Ｒは効果があると判断される。
【００４５】
メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（ＭＡＲＳ）に対する抗菌効果
【表１】
2010506877.tif 000002
【００４６】
レジオネラニューモフィラに対する抗菌効果
【表２】
2010506877.tif 000003
【国際調査報告】
2010506877.tif 000004
2010506877.tif 000005
2010506877.tif 000006