(57)【要約】【課題】低温域で見掛け比熱が小さく、高温域において見掛け比熱が増加する冷却液および冷却液の循環方法を提供する。【解決手段】水および１種以上の有機溶媒を含む冷却液を循環する冷却方法において、該冷却液の循環経路に水分を吸着する吸着材を配置することを特徴とする冷却液の循環方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水および１種以上の有機溶媒を含む冷却液を循環する冷却方法において、該冷却液の循環経路に水分を吸着する吸着材を配置することを特徴とする冷却液の循環方法。
【請求項２】
有機溶媒が非水溶性である請求項１に記載の冷却液の循環方法。
【請求項３】
有機溶媒が炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、エステル類、シリコーン系溶媒およびフロン系溶媒から選ばれる少なくとも１種である請求項１または２に記載の冷却液の循環方法。
【請求項４】
有機溶媒がシリコーン系溶媒である請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却液の循環方法。
【請求項５】
吸着材がシリカゲルまたはゼオライトである請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却液の循環方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却液の循環方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、高温域において冷却液の見掛け比熱を増加させる方法としては、冷却液中に高温域で融解する相変化物質を冷却液中に分散させる方法、冷却液を高温域において気化させる沸騰冷却などの手段がある。また、沸騰冷却において、吸着剤を利用した冷却システムも知られている。
【０００３】
冷却液中に高温域で融解する相変化物質を冷却液中に分散させる方法としては、特開２００７−０３１５９７号公報（特許文献１）に記載されているように、相変化物質として水酸化バリウム８水和物（融点７８℃）、フッ素系溶媒としてパーフルオロカーボン（商品名「フロリナートＦＣ３２５５」、住友スリーエム社製）およびフッ素系乳化剤（商品名「フタージェント１５０」、ネオス社製）を相変化物質の融点以上の温度（８５℃）で、高圧乳化機を用いて分散した後に、マイクロカプセル化剤であるスチレンモノマー、ジビニルベンゼンモノマーおよび重合開始剤にて相変化物質粒子をマイクロカプセル化し、相変化物質の融点以上の温度で相変化物質が融解するために、冷却液の見掛け比熱が増大する冷却液を得ている。
【０００４】
冷却液を高温域において気化させる沸騰冷却方法としては、特開２００９−０３８８６４号公報（特許文献２）に記載されているように、発熱するモーターに冷却液である水を供給し、モーターの高温域で水が蒸発することにより、大きな熱の除去が可能となり、高温域で冷却液の見掛け比熱を増大させている。
【０００５】
吸着剤を利用した冷却システムとしては、特開２００４−２０５１６０号公報（特許文献３）に記載されているように、熱媒体としてのエチレングリコール系の不凍液を含む水、冷媒としての水、吸着剤を含む冷却システムが開示されており、冷媒を蒸発させて熱媒体を冷却し、この熱媒体が発熱体を冷却し、吸着剤が蒸発した冷媒を吸着し、冷却された熱媒体により吸着剤を冷却することが記載されている（例えば、特許文献３（［００２３］、［００２６］、［００３７］））。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された冷却液は、内包される相変化物質が融解した場合に相変化物質が合一しないように、相変化物質を高分子ポリマーでマイクロカプセル化しているが、冷却液はポンプで循環され、さらに除熱部で融解、冷却部で凝固を繰り返すため、長期の使用において、マイクロカプセルが劣化し、相変化物質粒子同士が合一してしまう欠点を有している。
【０００７】
上記特許文献２に記載された冷却液は、高温域において冷却液が蒸発することにより冷却しているので、非常に大きな見掛け比熱が達成できる。しかし、除熱部で冷却液が蒸発し気体となるので、除熱面全体で蒸発が生じるような装置上の工夫が必要となる。また、除熱部で蒸発する物質は揮発性物質に限られるので、不揮発性の添加剤等は除熱部に残存し、除熱部で濃縮されてしまう。
【０００８】
上記特許文献３に記載された冷却システムは、冷却水の循環経路に吸着剤を配置しているが、冷却水が受熱した際に蒸発した水を利用する吸着冷凍システムに関するものであり、冷却液の見掛け比熱を変化させるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−０３１５９７号公報
【特許文献２】特開２００９−０３８８６４号公報
【特許文献３】特開２００４−２０５１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、除熱部における装置上の工夫をすることなく従来の冷却液循環系に適用可能であり、長期使用においても冷却液の劣化が少ない高温において見掛け比熱が増加する冷却液の循環方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した。その結果、本願発明者等は、従来技術の現状に留意しつつ鋭意研究を重ねた結果、水および１種以上の有機溶媒を含む冷却液を循環する冷却方法において、該冷却液の循環経路に水分を吸着する吸着材を配置することにより、上記目的を達成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。本発明の冷却方法は、低温域では冷却液の見掛け比熱が小さいために冷却液が速やかに所定の温度まで到達し、高温域では冷却液の見掛け比熱が大きいために冷却液の循環量を少なくできる。
【００１２】
本発明は以下の発明を包含する。
（１）水および１種以上の有機溶媒を含む冷却液を循環する冷却方法において、該冷却液の循環経路に水分を吸着する吸着材を配置することを特徴とする冷却液の循環方法。
（２）有機溶媒が非水溶性である（１）記載の冷却液の循環方法。
（３）有機溶媒が炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、エステル類、シリコーン系溶媒およびフロン系溶媒から選ばれる少なくとも１種である（１）または（２）に記載の冷却液の循環方法。
（４）有機溶媒がシリコーン系溶媒である（１）〜（３）のいずれかに記載の冷却液の循環方法。
（５）吸着材がシリカゲルまたはゼオライトである（１）〜（４）のいずれかに記載の冷却液の循環方法。
【００１３】
上記（１）の構成によれば、低温状態においては、吸着材が冷却液中の水分を吸着するため冷却液中の水分量が少なくなり、冷却液の見掛け比熱を小さくすることができ、所定の温度まで迅速に到達することができる。高温状態においては、該吸着材に吸着した水分を該冷却液中に放出するため冷却液中の水分量が多くなり、冷却液の見掛け比熱を大きくすることができ、液循環量が少なくできる。
【００１４】
上記（２）および（３）の構成によれば、非水溶性有機溶媒であるために、水を吸着する吸着材への親和性が低く、吸着材への溶媒の吸着量が少なくなり、そのため吸着材に吸着する水の量を大きくすることができ、低温域と高温域の水分量の差、すなわち見掛け比熱の差を大きくすることができる。
【００１５】
上記（４）の構成によれば、シリコーン系溶媒は耐熱性能が高く、長期間の使用に耐えることができる。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、無機物質である吸着材を使用するため、冷却液の循環経路に吸着材を設置した場合の耐久性が高く、長時間使用することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
低温状態においては、吸着材が冷却液中の水分を吸着するため冷却液中の水分量が少なくなり、冷却液の見掛け比熱を小さくすることができ、所定の温度まで迅速に到達することができる。高温状態においては、該吸着材に吸着した水分を該冷却液中に放出するため冷却液中の水分量が多くなり、冷却液の見掛け比熱を大きくすることができ、液循環量を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の冷却液の循環方法の一実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態について、以下のとおり説明する。
本明細書において、「低温域」とは５０℃以下、好ましくは４５℃以下の温度を示し、「低温状態」とは冷却液の温度が低温域にあることを示す。また、「高温域」とは６０℃、好ましくは７０℃、特に好ましくは８０℃から冷却液の沸騰温度までの温度を示し、「高温状態」とは冷却液の温度が高温域にあることを示す。
【００２０】
本発明の冷却液は、水および１種以上の有機溶媒を含む。
本発明に用いる有機溶媒としては特に限定されず、炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、およびアルコール類、エーテル類、ケトン・アルデヒド類、エステル類、フェノール類などの含酸素化合物、および含窒素化合物、シリコーン系溶媒、フロン系溶媒が例示できる。
【００２１】
炭化水素類としては、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、２，２−ジメチルブタンなどのパラフィン類、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキセン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリンなどの環状炭化水素類、ベンゼン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、アミルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、ジエチルベンゼン、ドデシルベンゼン、トルエン、スチレン、キシレン、ビフェニル、ナフタレンなどの芳香族炭化水素類、石油エーテル、石油ベンジン、ガソリン、灯油、流動パラフィンなどの混合溶媒などを例示し得る。
【００２２】
ハロゲン化炭化水素類としては、クロロホルム、塩化ヘキシル、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン、ジクロロトルエンなどを例示し得る。
【００２３】
アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フルフリルアルコールなどの１価アルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、シクロヘキサンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオールなどの多価アルコール類、１−メトキシ−２−プロパノール、２−エトキシエタノールなどのエーテル結合を含んだアルコール誘導体などを例示し得る。
【００２４】
エーテル類としては、ｎ−ブチルエーテル、ジオキサン、エチレングリコールモノエチルエーテル、テトラヒドロフランなどを例示し得る。
【００２５】
ケトン・アルデヒド類としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、オクタナールなどのアルデヒド類を例示し得る。
【００２６】
エステル類としては、酢酸エチル、酢酸イソブチル、ジエチレングリコールモノブチルアセテートなどのエステル類などを例示し得る。
【００２７】
フェノール類としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、グアヤコールなどを例示し得る。
【００２８】
含窒素化合物としては、アセトニトリル、エチルヘキシルアミン、ジメチルホルムアミド、メチルホルムアミド、メチルピロリドンなどを例示し得る。
【００２９】
シリコーン系溶媒としては、ジメチルシリコーンなどのシリコーンオイルを例示できる。
【００３０】
フロン系溶媒としては、パーフルオロポリエーテル、パーフルオロカーボン、ハイドロフルオロエーテルなどを例示できる。
【００３１】
これらの有機溶媒は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
本発明に用いる有機溶媒としては、水を吸着する吸着材に吸着しない観点からは、非水溶性であることが好ましく、炭化水素類、非水溶性シリコーン、非水溶性フロン系溶媒が特に好ましく、耐熱性能の観点から、シリコーンオイルが特に好ましい。
【００３３】
本発明の冷却液には上記水および有機溶媒以外の成分を添加することもできる。例えば、これらに限定されないが、界面活性剤、金属腐食防止剤、凝固点降下剤、酸化防止剤、消泡剤、殺菌剤、防腐剤、緩衝剤、着色剤、および香料を添加することが可能である。循環溶媒中に分散した水を微小に分散させる観点から、界面活性剤が好ましい。
【００３４】
上記その他の添加剤の合計配合量は、冷却液１００質量部に対して、通常１０質量部以下、好ましくは５質量部以下である。
【００３５】
本発明の冷却液は冷却するために使用されるのであればその用途は問わず、内燃機関や外燃機関等の様々な熱機関を冷却するために使用することができる。具体的には、これらに限定されるものではないが、自動車、船舶、航空機、発電所、および燃料電池等に使用することができる。
【００３６】
水と有機溶媒の混合比率は特に限定されないが、見掛け比熱を変化させる観点から、水と有機溶媒との重量割合は、５：９５〜５０：５０であることが好ましく、１０：９０〜３０：７０であることが特に好ましい。
【００３７】
水を吸着する吸着材は特に限定されないが、シリカ系、ゼオライト系、アルミナ、ポリマー系吸着材、活性炭を例示できる。シリカ系吸着材としては、シリカゲル、メソポーラスシリカ等を例示できる。ゼオライト系吸着材としては、天然ゼオライト、ゼオライトＡ、ＡＦＩ型ゼオライト等を例示できる。ポリマー系吸着材としては、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリアクリロニトリル系ポリマー、ポリスチレンスルフォン酸ナトリウム系ポリマー、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミド系ポリマーを例示できる。
【００３８】
水を吸着する吸着材は、単独で用いてもかまわないし、２種類以上併用しても構わない。
【００３９】
耐久性や水の吸着量の観点からは、無機系の吸着材であるシリカゲル、ゼオライトであることが好ましい。また、吸着量が低温では多く、高温では小さくなる観点からは、感温性ポリマーであるポリＮ−イソプロピルアクリルアミド系ポリマーが好ましい。
【００４０】
吸着材は冷却液の循環経路に特に限定されずに配置され、例えば、冷却液槽、冷却液循環ラインに配置することができる。
【００４１】
吸着材の量は、高温状態における循環する冷却液の見掛け比熱の向上度合いおよび吸着材の量が大き過ぎない観点から、循環する冷却液中の水分率が１０〜６０重量％となるように選定された吸着材量が好ましい。
【００４２】
以下に、本発明の一実施形態として、本発明の冷却液の循環方法を用いた冷却システムを、図１を参照しながら詳述する。本実施形態では、冷却液の循環経路は、冷却液槽（１）、冷却液循環ポンプ（２）、冷却液循環ライン（３）、除熱部（４）から構成されるがこれに限定されるものではない。本実施形態では、循環経路の一部である冷却液槽（１）に水を吸着する吸着材が充填されている。低温状態では、吸着材（５）は水を吸着しているので、循環する冷却液（６）中の水分は少なく、循環する冷却液の見掛け比熱は小さくなる。高温状態では、吸着材（７）は水を脱着して、循環する冷却液（８）中の水分は多くなり、見掛け比熱は大きくなる。
【００４３】
循環液中の水は一部は有機溶媒中に溶解し、一部は相分離した状態で存在するが、その割合は特に限定されない。
【実施例】
【００４４】
以下に本発明の実施例を記載した。
実施例１
シリカゲル（ナカライテスク社製青色＃６ｕｐ）を１２０℃恒温槽に１２時間保持し、シリカゲル中の水分を脱着させたものを１００ｇ秤量し、シリコーンオイル（信越シリコーン社製ジメチルシリコーンオイルＫＦ−９６−１０ｃｓ）１００ｇに投入し、さらに蒸留水１５ｇを添加した。シリカゲル、シリコーンオイル、蒸留水の混合物を２５℃恒温振とう機で２４時間混合し、シリコーンオイル中の水分をシリカゲルに吸着させた。２５℃の温度においては、シリコーンオイル中に水相は見られず、水はシリカゲルに吸着していた。シリコーンオイル中のシリカゲルを４００メッシュステンレス金網で濾過したところ、６２ｇのシリコーンオイルが濾液として回収できた。濾液として回収したシリコーンオイル中に濾過残渣のシリカゲルを投入し元に戻した。このシリカゲル、シリコーンオイル、蒸留水の混合物を８０℃恒温振とう機で８時間混合したところ、シリコーンオイル中に水の分相が見られた。８０℃のまま、シリコーンオイル中のシリカゲルを４００メッシュステンレス金網で濾過したところ、５２ｇのシリコーンオイルと１２ｇの水が濾液として回収できた。液の組成から、２５℃における液の見掛け比熱、８０℃における液の見掛け比熱を算出すると、２５℃では１．７ｋJ／ｋｇ・℃、２．２ｋＪ／ｋｇ・℃となる。
【００４５】
実施例２
ゼオライト（ナカライテスク社モレキュラーシーブズＡ４、１／１６）を１２０℃恒温槽に１２時間保持し、ゼオライト中の水分を脱着させたものを１００ｇ秤量し、シリコーンオイル（信越シリコーン社製ジメチルシリコーンオイルＫＦ−９６−１０ｃｓ）１００ｇに投入し、さらに蒸留水２０ｇを添加した。ゼオライト、シリコーンオイル、蒸留水の混合物を２５℃恒温振とう機で２４時間混合し、シリコーンオイル中の水分をゼオライトに吸着させた。２５℃の温度においては、シリコーンオイル中に水相は見られず、水はゼオライトに吸着していた。シリコーンオイル中のゼオライトを４００メッシュステンレス金網で濾過したところ、６５ｇのシリコーンオイルが濾液として回収できた。濾液として回収したシリコーンオイル中に濾過残渣のゼオライトを投入し元に戻した。このゼオライト、シリコーンオイル、蒸留水の混合物を８０℃恒温振とう機で８時間混合したところ、シリコーンオイル中に水の分相が見られた。８０℃のまま、シリコーンオイル中のゼオライトを４００メッシュステンレス金網で濾過したところ、５０ｇのシリコーンオイルと１６ｇの水が濾液として回収できた。液の組成から、２５℃における液の見掛け比熱、８０℃における液の見掛け比熱を算出すると、２５℃では１．７ｋJ／ｋｇ・℃、２．２ｋJ／ｋｇ・℃となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
低温域においては、従来の冷却液より迅速に所定の温度に到達するため、自動車エンジン冷却における始動時の燃費の改善が期待でき、高温域においては比熱が高く循環量が少なくできるため、自動車エンジン用、自動車モーター、インバータ、電車モーター、その他発熱体の冷却液として利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  冷却液槽（冷却水の循環経路の一部）
２  冷却液循環ポンプ
３  冷却液循環ライン
４  除熱部
５  低温状態の吸着材（水を吸着した吸着材）
６  低温状態の循環液（水分率小）
７  高温状態の吸着材（水を脱着した吸着材）
８  高温状態の循環液（水分率大）
【図１】
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