(57)【要約】  本発明は、冷却および加熱の両方の伝熱システムにおいて使用されるエネルギー節減流体組成物に関する。エネルギー節減流体組成物は、水を使用して運転される伝熱システムのエネルギー消費量を減少させ、伝熱性能を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー節減流体組成物であって、
前記流体組成物の７０体積％〜８０体積％の全範囲のモノエチレングリコール（ＭＥＧ）と、
前記流体組成物の１０体積％〜２０体積％の全範囲のグリセリンと、
前記流体組成物の０．０１体積％〜３体積％の全範囲のトリエタノールアミンと、
前記流体組成物の０．０１体積％〜３体積％の全範囲の腐蝕抑制剤と、
前記流体組成物の０．０１体積％〜４体積％の全範囲のＰＨ調節剤と
から本質的になることを特徴とするエネルギー節減流体組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の組成物において、前記組成物が、前記流体組成物の１０体積％〜２０体積％の全範囲のプロピレングリコールを含有することを特徴とする組成物。
【請求項３】
請求項２に記載の組成物において、腐蝕抑制剤が、鉄、亜鉛、アルミニウム、銅およびそれらの組み合わせのための抑制剤からなる群から選択されることを特徴とする組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の組成物において、前記組成物が、水で希釈されることを特徴とする組成物。
【請求項５】
請求項４に記載の組成物において、前記組成物が、伝熱システムにおいての使用のために水で４０％〜６０％に希釈されることを特徴とする組成物。
【請求項６】
請求項５に記載の組成物において、前記組成物が、０．０１５〜０．０２５Ｐａ．ｓの範囲の粘度を有することを特徴とする組成物。
【請求項７】
請求項６に記載の組成物において、前記組成物が、約−４０℃の凍結点および約１８０℃の沸点を有することを特徴とする組成物。
【請求項８】
請求項７に記載の組成物において、前記組成物の比熱容量が、温度の上昇によってゆっくりと減少することを特徴とする組成物。
【請求項９】
請求項８に記載の組成物において、前記組成物の比熱容量が、４０℃超では水の比熱容量よりも低いことを特徴とする組成物。
【請求項１０】
請求項８に記載の組成物において、前記組成物の比熱容量が、４０℃未満では水の比熱容量よりも高いことを特徴とする組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を使用して運転する閉回路システムにおいて使用される、エネルギーを節減するための新規な、改良された水−グリコール系エネルギー伝達流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー費が増加すれば、システムの効率はきわめて重要になる。熱媒液は、エネルギーの効率的な利用において重要な役割を果たし、新規なシステムまたは組成物が、効率を低下させないように設計される。これらの対策は、腐蝕、石灰化、藻類の形成および凍結などの作用を防ぐことに向けられている。
【０００３】
工業的用途においては、水を使用することができない場合には必ず、石油系流体が、それらのリスクにもかかわらず高温の伝熱システムにおいて使用される。
【０００４】
最も一般的に使用される水−グリコール系流体は、エチレングリコール（ＥＧ）およびプロピレングリコール（ＰＧ）を含む。エチレングリコールおよびその解毒剤プロピレングリコールは、水と比べて凍結点が低いなど、それらの適した特徴によって不凍液として使用される。これらの水系流体はまた、凍結および破裂しないようにしてくれる。また、エチレングリコール（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）は、その低粘度な特徴によってプロピレングリコール（Ｃ３Ｈ８Ｏ２）よりもよい熱媒液であることが公知である。
【０００５】
他方、プロピレングリコールは低毒性であり、毒性が問題となる用途においては考慮に入れられる。低温では、プロピレングリコール自体は粘性が高い。
【０００６】
上述のこれらの特徴に加えて、稼働システム費を下げ、このような熱媒液のエネルギー効率を最適にするためには、熱交換液の熱吸収を増加させると同時に、熱損失を低下させることが重要な点の１つである。比熱、熱伝導性、濃度、粘度、流量およびポンプ効果もまた、稼働の経済的側面に影響を及ぼすため、重要な要素である。例えば、粘度が高すぎる場合、システムの隅々まで流体をポンプで送るために大量の電気が消費されるであろう。さらに、これらのシステム内では、熱は均質に分散されていない。エチレングリコールまたはプロピレングリコールのみがこれらの流体中で使用されるとき、それらの腐蝕作用のために、点蝕および摩耗がやがて生じる。
【０００７】
欧州特許第１８５７５２０号明細書には、高い蓄熱特性を有する組成物が開示されている。熱損失を妨ぐため、この組成物はエチレングリコールまたはプロピレングリコールなどのヒドロキシル基と、トリエタノールアミンなどのカルボキシル基との間の架橋反応によって形成される。
【０００８】
欧州特許第００５５４８８号明細書には、水系エネルギー伝達流体組成物が開示されている。この組成物の主概念は、芳香族ニトロ化合物およびヒドロキシル芳香族酸からなり、この発明は組成物の潤滑性および耐摩耗性を高める。また、この組成物は、このような公知の流体が概して、商業的な用途においてはそれに抑えられている５０パーセントを超える水を含有している。この組成物は、その腐蝕抑制剤効果を得るためにＴＥＡを必要とし、その不凍効果を得るためにＥＧ（またはＰＧ）を必要とする。
【０００９】
国際公開第０１９６４９３号パンフレットには、無害の、毒性が少ないエチレングリコール系熱媒液が開示されている。この流体は、エチレングリコールと、沸点が約１５０℃を超える、エチレングリコール毒作用に対する解毒剤とからなる。この発明では、プロピレングリコールまたはプロピレングリセロールをエチレングリコール系不凍液に加えると、これらの成分のみの毒性に基づいて予想されるよりも、その毒性が予想外に減少するということが判明している。
【００１０】
しかしながら、上に引用した特許のような水−グリコールタイプの熱媒液は概して、閉回路運転システムの用途においては、比較的高いエネルギーを消費する性質を持つ。上述の先行技術特許のいずれも、閉回路運転システムの用途において、エネルギー消費量を減少させ、伝熱性能を向上させるために改良された明確な特徴を持つ化学組成物を開示してはいない。
【００１１】
加熱／冷却システムの効率は、エネルギー消費効率および伝熱効率と相関している。システムの内部で、加熱器／冷却器から得た全部の熱エネルギーを、全く損なうことなくシステムのパイプへ移動させるのは困難である。これらのシステム内では、水が使用されるのが好ましい。しかしながら、水の伝熱効率は非常に低く、また水を利用するシステムには気化および膨張の問題が起こる。
【００１２】
添加剤を含有する流体の上記の利点に関する先行技術の開示にもかかわらず、本発明より以前は、水−グリコールタイプの流体のこのような特性は、閉回路運転システムにおいて、水の好ましくない効果を最小限に抑えるため、そして効率を上げるための最適な条件を作りだすために、このような流体の使用を制限してきた。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、閉回路運転システムの用途のためのエネルギー節減流体組成物を提供することである。
【００１４】
さらに本発明の目的は、水を使用して運転される伝熱システムのエネルギー消費量を減少させるエネルギー節減流体組成物を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、システムの効率を向上させることによって伝熱性能を改善すると共にエネルギー消費量を減少させるエネルギー節減流体組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の目的を果たすために達成された「エネルギー節減流体」を、添付の図に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明と水の、温度に伴う比熱容量の変化を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明と水の、温度に伴う入力および出力間の温度差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
流体組成物の７０体積％〜８０体積％の全範囲のモノエチレングリコール（ＭＥＧ）と、
流体組成物の１０体積％〜２０体積％の全範囲のグリセリンと、
流体組成物の０．０１体積％〜３体積％の全範囲のトリエタノールアミンと、
流体組成物の０．０１体積％〜３体積％の全範囲の腐蝕抑制剤と、
流体組成物の０．０１体積％〜４体積％の全範囲のＰＨ調節剤と
から本質的になるエネルギー節減流体。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態において、エネルギー節減流体組成物は、流体組成物の１０体積％〜２０体積％の全範囲のプロピレングリコール（ＰＧ）を含有する。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態において、エネルギー節減流体組成物は、組成物の０．５体積％のＰＨ調節剤を含有する。本発明は、ＰＨ調節剤を使用して、エネルギー節減流体のＰＨを７，５〜８，５に調節して維持する。
【００２１】
好ましい実施形態のエネルギー節減流体組成物は、組成物の０．２５体積％の腐蝕抑制剤を含有する。腐蝕抑制剤は、鉄、亜鉛、アルミニウム、銅およびそれらの組み合わせのための抑制剤からなる群から選択される。
【００２２】
本発明において記載される流体は、エネルギー節減流体としてすぐに使用できると考えられ、水で任意の程度に稀釈することによって使用されるが、この稀釈は、満たされる必要がある運転条件に基づいている。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態において、エネルギー節減流体は、伝熱システムにおいての使用のために、水で４０％〜６０＆に希釈される。希釈された組成物は、５０％に希釈された形態で使用されるのが好ましい。用語「組成物」および「エネルギー節減流体」は、本明細書中で用いられるとき、別記しない限り、希釈されたエネルギー節減流体組成物を意味する。
【００２４】
エネルギー節減流体は、水を１００％使用する用途と比較して、運転時間および伝熱システムのエネルギー消費量を減少させる。
【００２５】
伝熱性能を高めエネルギー消費量を低減する性質があり、水性組成物を含むエネルギー節減流体は、０．０１５〜０．０２５Ｐａ．ｓの範囲の粘度を有する。本発明の凍結点は約−４０℃であり、沸点は約１８０℃である。この広い温度範囲は本発明に対して、加熱および冷却システムで使用される利点を与える。
【００２６】
ほとんどの流体の熱容量は定数ではない。むしろ、これは熱力学系の状態変数によって変わる。特にこれは温度自体、ならびにシステムの圧力および体積に応じて決まり、又、システムが１つの温度から別の温度へ推移する間、圧力および体積が変化させられた方法に応じて決まる。液体の比熱容量が伝熱システム内で全ての温度において、温度の上昇に伴って増加するのは普通である。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態において、本発明の比熱容量は、温度の上昇によってゆっくりと減少する。このため４０℃を超えると、エネルギー節減流体は、水を１００％使用する用途と比較して、システムの加熱速度を増加させる（図１）。４０℃より低い温度については、本発明の比熱容量の減少は、加熱伝熱システム内で水を使用する用途よりも良い加熱性能を提供するのに十分且つ効果的ではない。その代わりに、４０℃より低い温度については、本発明の比熱容量は、水の比熱容量よりも高く、またそれ故に本発明は水よりもゆっくりと加熱されるが、これは伝熱システムを冷却するのに適している。
【００２８】
４０℃より高い温度の場合は、エネルギー節減流体は、加熱するのにより少ない熱エネルギーを必要とする。このためエネルギー消費量は減少し、伝熱性能は向上する。４０℃より低い温度の場合は、エネルギー節減流体は、比熱容量による熱伝達容量の増加に伴って、圧縮機のサイクル数を減少させる。このためエネルギー消費量は減少し、伝熱性能は向上する。
【００２９】
約４０℃では、エネルギー節減流体は、水とほぼ同じ比熱容量値を有する。
【００３０】
４０℃より低い温度では、エネルギー節減流体の比熱容量値は、温度の低下によって高められる。４０℃より低い温度では、本発明は、水よりも高い比熱容量値を有する。このように、本発明は、熱の伝熱容量を増加させ、又、本発明は、４０℃未満での本発明の比熱容量の増加に伴い、４０℃を超える温度と比較して４０℃未満ではゆっくりと加熱する。本発明は、水よりもゆっくりと加熱し、水よりも低い温度をより長く維持する。
【００３１】
本発明は、様々な温度の加熱および冷却システムのために使用される。エネルギー節減流体はエネルギー節減のために、４０℃超では加熱システム内で使用され、４０℃未満では、冷却システム内で使用される。本発明は、加熱および冷却の両方のシステムに対して、エネルギー消費量の減少および伝熱性能の向上をもたらす。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態において、伝熱システムの入力および出力の温度差は、温度の上昇によって増加される。水が１００％使用される伝熱システムの用途において、入力および出力の温度差は、温度の上昇に伴って減少する。特に、４０℃超では、この温度差は水での温度差よりも大きく、４０℃未満では、この温度差は水での温度差よりも小さい（図２）。
【００３３】
概して加熱システムでは、伝熱性能の改善を可能にするために、流量および移動表面積が増加される。本発明において、このような最適化は不要である。
【００３４】
本発明は、エネルギー節減のために、加熱および冷却の両方のシステム用に使用される。両方のシステムにおいて、本発明は、エネルギー消費量の減少および伝熱性能の向上をもたらす。これは、４０℃未満の冷却システム、および４０℃を超す加熱システムに対して、これらの技術上の利点を提供する。加熱システムに対しては、本発明は燃料消費量を減少させる。冷却システムに対しては、本発明は圧縮機の運転時間を減少させる。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態において、伝熱のための加熱システムでは、４０℃超では加熱器およびポンプの運転継続時間は、一定の温度を維持するために、水を１００％使用するシステムと比較して減少される。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態において、冷却システムでは、４０℃未満では冷却器およびポンプの運転継続時間は、一定の温度を維持するために、水を１００％使用するシステムと比較して減少される。
【００３７】
エネルギー節減流体の粘度は、水の粘度の値（１，００２０Ｐａ．ｓ）よりも低いので、加熱および冷却の両方のシステムについてポンプ内のエネルギー消費量は、凍結点および沸点を変えることを意図して化学物質が添加された流体のそれよりも少ない。
【００３８】
本発明を使用するこれらのシステムにおけるエネルギー節約は、水を１００％使用するシステムと比較して３５％にまで達する。
【００３９】
この基本概念の範囲内で、本発明の「エネルギー節減流体」の様々な実施形態を開発することが可能である。本発明は、本明細書に記載された実施例に限定されない。それは、本質的に請求の範囲と一致している。
【図１】
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【図２】
2015532940.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月29日(2015.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー節減流体組成物であって、
前記流体組成物の７０体積％〜８０体積％の全範囲のモノエチレングリコール（ＭＥＧ）と、
前記流体組成物の１０体積％〜２０体積％の全範囲のグリセリンと、
前記流体組成物の０．０１体積％〜３体積％の全範囲のトリエタノールアミンと、
前記流体組成物の０．０１体積％〜３体積％の全範囲の腐蝕抑制剤と、
前記流体組成物の０．０１体積％〜４体積％の全範囲のＰＨ調節剤と、
前記流体組成物の１０体積％〜２０体積％の全範囲のプロピレングリコールと
を含むことを特徴とするエネルギー節減流体組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の組成物において、腐蝕抑制剤が、鉄、亜鉛、アルミニウム、銅およびそれらの組み合わせのための抑制剤からなる群から選択されることを特徴とする組成物。
【請求項３】
請求項２に記載の組成物において、前記組成物が、水で希釈されることを特徴とする組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の組成物において、前記組成物が、伝熱システムにおいての使用のために水で４０％〜６０％に希釈されることを特徴とする組成物。
【請求項５】
請求項４に記載の組成物において、前記組成物が、０．０１５〜０．０２５Ｐａ．ｓの範囲の粘度を有することを特徴とする組成物。
【請求項６】
請求項５に記載の組成物において、前記組成物が、約−４０℃の凍結点および約１８０℃の沸点を有することを特徴とする組成物。
【請求項７】
請求項６に記載の組成物において、前記組成物の比熱容量が、温度の上昇によってゆっくりと減少することを特徴とする組成物。
【請求項８】
請求項７に記載の組成物において、前記組成物の比熱容量が、４０℃超では水の比熱容量よりも低いことを特徴とする組成物。
【請求項９】
請求項７に記載の組成物において、前記組成物の比熱容量が、４０℃未満では水の比熱容量よりも高いことを特徴とする組成物。
【国際調査報告】
2015532940.tif 000005
2015532940.tif 000006
2015532940.tif 000007