(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）化１で表されるアミンオキシド型非イオン界面活性剤の単独または２種以上と、（ｂ）化２、又は化３、又は化４で表されるベタイン型両性界面活性剤の単独または２種以上および（ｃ）化５で表される芳香族カルボン酸塩の単独または２種以上を水系熱搬送媒体に加えることを特徴とする水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗低減方法。
【化１】
0004132951.tif 000009
化１で表される（ａ）成分の式中Ｒ１は炭素原子が８〜２２のアルキル、又は炭素原子が８〜２２のアルケニルを意味する。又、式中Ｒ２及びＲ３は、炭素原子が１〜４のアルキル、又は炭素原子が１〜４のアルケニル、又は
Ｈ−（ＯＣｎＨ２ｎ）ｐで表されるアルキレングリコールエーテル基である。ｎは２又は３又はそれらの混合（ランダム又はブロック）を意味する。ｍ、ｐは０〜１０の数である。
【化２】
0004132951.tif 000010
化２で表される（ｂ）成分の式中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は化１で表される基、Ｘは（ＣＨ２）ｎＣＯＯ−、又はＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＳＯ３−を示す。Ｙは酸素又は、ＣＯＮＨ、又はＣＯＯで表される基を示し、ｎは１〜１０の数である。
【化３】
0004132951.tif 000011
化３で表される（ｂ）成分の式中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は化１で表される基、Ｘは化２で表される基を示す。ｎは１〜１０の数である。
【化４】
0004132951.tif 000012
化４で表される（ｂ）成分の式中Ｒ１は化１で表される基。ｓは１〜３、ｍは０〜１０の数である。
【化５】
0004132951.tif 000013
化５で表される芳香族カルボン酸塩（ｃ）の式中Ｒ４はＨまたはＮＯ２である。また、Ｚはナトリウムまたはカリウムを示す。ｑは１〜３の数である
【請求項２】
請求項１の化２で表される（ｂ）成分がヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタインであることを特徴とする請求項１記載の水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗低減方法。
【請求項３】
請求項１の化３で表される（ｂ）成分が２−ヒドロキシアルキル（Ｃ１２，１４）−Ｎ，Ｎ−ジメチル酢酸ベタインであることを特徴とする請求項１記載の水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗低減方法。
【請求項４】
請求項１の化４で表される（ｂ）成分がＮ−オレイン酸アシル−Ｎ’−カルボキシエチル−Ｎ’−ヒドロキシエチルエチレンジアミンナトリウムであることを特徴とする請求項１記載の水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗低減方法。
【請求項５】
請求項１の化５で表される（ｃ）成分が３−ニトロフタル酸ナトリウム、４−ニトロフタル酸ナトリウム、２−ニトロイソフタル酸ナトリウム、４−ニトロイソフタル酸ナトリウム、５−ニトロイソフタル酸ナトリウム、ニトロテレフタル酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１記載の水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗低減方法。
【請求項６】
アゾール化合物の単独または２種以上を添加することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗の低減方法。
【請求項７】
前記アゾール化合物がベンゾトリアゾールであることを特徴とする請求項６記載の水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管を使用した冷温水熱輸送系において、界面活性剤のミセル形成により管内の乱流渦が抑制され、配管壁と輸送媒体との間で生じる摩擦抵抗を低減することで搬送ポンプの動力を削減し、エネルギー輸送の高効率化を図る、摩擦抵抗低減剤組成及び抵抗低減方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱エネルギーの効率的な配管輸送手段として、乱流域の冷水又は温水搬送系において、ある特定物質を添加することにより配管内の摩擦抵抗が低減されることは知られている。しかし、これまで検討された物質で、高分子系はポンプにより分子が剪断され、機能が短期間に失われるため循環系配管には不向きであった。また、カチオン系界面活性剤は、対イオンの存在下で棒状ミセル構造を形成することで抵抗低減作用を示し、ポンプの剪断力を受けてもミセル構造が再生することで機能を回復するため、循環系配管に適してはいる。しかし、強い殺菌作用があることから環境に対する負荷が大きく、実用化には問題がある。
又、特許出願公開昭６０−９９１９９記載の化合物は特定のアミンオキシド化合物を加えることを特徴とする、流動する水性媒体の摩擦抵抗の減少方法である。
しかし、これらのアミンオキシドのみの使用では、配管内摩擦抵抗低減効果が弱い、多くの添加量を必要、また、効果の持続性が弱く長期使用できないなどの問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
地域冷暖房やビル空調では、そのシステム全体の中で熱媒体の搬送動力が占めるコストが大きく、これを縮小することが省エネルギー化への課題であり、摩擦抵抗低減剤の使用は非常に有効である。このような循環系配管にはポンプの剪断力を受けてもミセル構造が再生することで機能が回復する界面活性剤系の摩擦抵抗低減剤が適している。加えて、強い殺菌性を有するカチオン界面活性剤を含まず、廃棄に際して環境に対する負荷が少ない界面活性剤の開発が必要である。
本発明は、優れた配管内摩擦抵抗低減効果を有しており、循環系配管に長期使用でき、また環境に対する負荷も少ない、水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗低減方法を提供することを目的としており、省エネルギー搬送技術に貢献する高密度熱輸送用界面活性剤である。本発明者らは既に特許出願公開２０００−３１３８７２においてアミンオキシドと各種両性界面活性剤の組合せを提案した。しかし、この方法では優れた配管内摩擦抵抗低減効果を示すものの、効果持続性が充分ではなく、実装置に長期間使用することが難しいという問題があった。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
発明者らは研究の結果、水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗を低減させる方法として、（ａ）化１で表されるアミンオキシド型非イオン界面活性剤の単独または２種以上と、（ｂ）化２、又は化３、又は化４で表されるベタイン型両性界面活性剤の単独または２種以上および（ｃ）化５で表される芳香族カルボン酸塩の単独または２種以上の組合せを加える事、あるいはさらにアゾール化合物の単独または２種以上を水系熱搬送媒体に加えることにより、配管内摩擦抵抗低減効果の持続性を向上させ、長期の使用を可能とすることを見出した。
【０００５】
【化６】
0004132951.tif 000002
化１で表される（ａ）成分の式中Ｒ１は炭素原子が８〜２２のアルキル、又は炭素原子が８〜２２のアルケニルを意味する。又、式中Ｒ２及びＲ３は、炭素原子が１〜４のアルキル、又は炭素原子が１〜４のアルケニル、又は  Ｈ−（ＯＣｎＨ２ｎ）ｐで表されるアルキレングリコールエーテル基である。ｎは２又は３又はそれらの混合（ランダム又はブロック）を意味する。ｍ、ｐは０〜１０の数である。
【０００６】
【化７】
0004132951.tif 000003
化２で表される（ｂ）成分の式中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は化１で表される基、Ｘは（ＣＨ２）ｎＣＯＯ−、又はＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＳＯ３−を示す。Ｙは酸素又は、ＣＯＮＨ、又はＣＯＯで表される基を示し、ｎは１〜１０の数である。
【０００７】
【化８】
0004132951.tif 000004
化３で表される（ｂ）成分の式中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は化１で表される基、Ｘは化２で表される基を示す。ｎは１〜１０の数である。
【０００８】
【化９】
0004132951.tif 000005
化４で表される（ｂ）成分の式中Ｒ１は化１で表される基。ｓは１〜３、ｍは０〜１０の数である。
【０００９】
【化１０】
0004132951.tif 000006
化５で表される芳香族カルボン酸塩（ｃ）の式中Ｒ４はＨまたはＮＯ２である。また、Ｚはナトリウムまたはカリウムを示す。ｑは１〜２の数である。芳香族カルボン酸塩としては、３−ニトロフタル酸ナトリウム、４−ニトロフタル酸ナトリウム、２−ニトロイソフタル酸ナトリウム、４−ニトロイソフタル酸ナトリウム、５−ニトロイソフタル酸ナトリウム、ニトロテレフタル酸ナトリウムが望ましい。
【００１０】
アゾール化合物としては、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、テトラゾール誘導体、オキサトリアゾール誘導体、チアトリアゾール誘導体、また、ベンゼン環との縮合環を持つ、ベンゾトリアゾール、ベンゾピラゾール、ベンゾイミダゾールがあげられ、特にベンゾトリアゾールが望ましい。
【００１１】
アミンオキシド型非イオン界面活性剤（ａ）の単独または２種以上を重量部で９５〜５部と、ベタイン型両性界面活性剤（ｂ）の単独または２種以上を５〜９５部の割合で混合し、これに対して、効果持続性向上のため芳香族カルボン酸塩（ｃ）の単独または２種以上の組合せ、あるいはさらにアゾール化合物の単独または２種以上の組合せを添加する。添加量としては（ｃ）は成分（ａ）と（ｂ）の総モル数に対して０．０１〜５倍モル、望ましくは０．１〜１倍モル、また、アゾール化合物は成分（ａ）、（ｂ）の総モル数に対して０．０１〜５倍モル、望ましくは０．０５〜１倍モルである。この添加量は、上限値以上添加しても効果は変わらず、下限値より下では効果が得られない。
以上の化合物を組合せて処方した物を、水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗の低減剤として、水量に対して０．００５〜１０重量％、特に０．０５〜１．０重量％の濃度で添加する。また必要に応じて、防錆剤、スケール防止剤、スライム処理剤、分散剤、防腐剤等の添加剤を添加することが出来る。
温度範囲は、冷房時の低温域から暖房時の１〜１２０℃位、特に５℃〜６０℃で適用するのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次の方法にてヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタインの合成を行う。
市販のヤシ油脂肪酸アミドプロピルアミン１．１２ｋｇに対してクロロ酢酸ナトリウムを０．６６ｋｇ加え８０〜８５℃にて反応させた後、水酸化ナトリウムにて中和し、固形分３０％のヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタインを得た。
また、特定のアミンオキシドは公知方法にて合成した。
【００１３】
上記アミンオキシド型非イオン界面活性剤（ａ）とベタイン型両性界面活性剤（ｂ）、芳香族カルボン酸塩（ｃ）を組合せて処方した摩擦抵抗低減剤（ＤＲ剤）および、アミンオキシド型非イオン界面活性剤（ａ）とベタイン型両性界面活性剤（ｂ）、芳香族カルボン酸塩（ｃ）、アゾール化合物を組合せて処方したＤＲ剤の性能は、試験流体が管内径ｄ（ｍ）の配管中を流動する際の試験部間Ｌ（ｍ）での圧力損失△Ｐを測定することで表１に示す計算式にて摩擦係数を算出し、各流速での水の摩擦係数との比較から摩擦抵抗低減効果（ＤＲ効果）にて評価した。
【００１４】
【表１】
0004132951.tif 000007
【００１５】
【実施例】
図１に本実施例で実験に用いた評価装置を示した。装置は配管径を６（ｍｍ）、配管全長を５（ｍ）、流速を２（ｍ／ｓ）、水量を９リットルとすることで、本装置は流体が流動する際、大管径の実機設備に比べてかなり大きなせん断力を流体が受ける加速試験装置である。配管径２００（ｍｍ）、流速１（ｍ／ｓ）の実機設備ではせん断速度４０（１／ｓ）であるのに対して、本試験装置の条件では２７００（１／ｓ）となっている。実機設備を使用した実証試験での効果持続時間は、実施例２で３ヶ月以上、比較例４で１０日間であったことから本実施例の加速試験は有効である。
【００１６】
実施例１
アミンオキシド型非イオン界面活性剤（ａ）としてセチルジメチルアミンオキシド（ＣＤＭＡＯ）とミリスチルジヒドロキシエチルアミンオキシド（ＭＤＥＡＯ）、ベタイン型両性界面活性剤（ｂ）としてヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン（ＣＡＰＢ）、芳香族カルボン酸塩（ｃ）として３−ニトロフタル酸ナトリウム（ＮＰＮａ）、アゾール化合物としてベンゾトリアゾール（ＢＴ）を用いて評価装置の流動水系に添加してＤＲ効果（％）を求めた。
【００１７】
実施例２
（ａ）成分をオレイルジヒドロキシエチルアミンオキシド（ＯＤＥＡＯ）とセチルジメチルアミンオキシド（ＣＤＭＡＯ）、（ｂ）成分を２−ヒドロキシアルキル（Ｃ１２，１４）−Ｎ，Ｎ−ジメチル酢酸ベタイン（２ＨＡＤＭＢ）とし、実施例１と同様に評価した。
【００１８】
実施例３
（ａ）成分をミリスチルジヒドロキシエチルアミンオキシド（ＭＤＥＡＯ）、（ｂ）成分をＮ−オレイン酸アシル−Ｎ’一カルボキシエチル−Ｎ’−ヒドロキシエチルエチレンジアミンナトリウム（ＯＣＥＨＥＥＤＮａ）とし、実施例１と同様に評価した。
【００１９】
比較例１
ベンゾトリアゾール（ＢＴ）を添加しないことを除き、実施例１と同様に評価した。
【００２０】
比較例２
３−ニトロフタル酸ナトリウム（ＮＰＮａ）を添加しないことを除き、実施例１と同様に評価した。
【００２１】
比較例３
３−ニトロフタル酸ナトリウム（ＮＰＮａ）、ベンゾトリアゾール（ＢＴ）を添加しないことを除き、実施例１と同様に評価した。
【００２２】
比較例４
３−ニトロフタル酸ナトリウム（ＮＰＮａ）、ベンゾトリアゾール（ＢＴ）を添加しないことを除き、実施例２と同様に評価した。
【００２３】
比較例５
３−ニトロフタル酸ナトリウム（ＮＰＮａ）、ベンゾトリアゾール（ＢＴ）を添加しないことを除き、実施例３と同様に評価した。
【００２４】
比較例６
（ａ）成分をオレイルジヒドロキシエチルアミンオキシド（ＯＤＥＡＯ）とセチルジメチルアミンオキシド（ＣＤＭＡＯ）、アゾール化合物としてベンゾトリアゾール（ＢＴ）を用いて評価した。
とし評価した。
【００２５】
比較例７
（ａ）成分としてオレイルジメチルアミンオキシド（ＯＤＭＡＯ）を用い評価した。
【００２６】
実施例１〜３と比較例１〜７の結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
0004132951.tif 000008
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、地域冷暖房やビル空調用の熱輸送用流動水系および各種工場の冷却水系、消火放出水など、水系熱搬送媒体の大量移送システムにおいて、配管内の摩擦抵抗を低減し、搬送動力の低減、熱損失の低減、搬送水量の増加、配管径の縮小等により、省エネルギー搬送技術に貢献する高密度熱輸送用界面活性剤に関するものである。本発明は、従来技術のカチオン界面活性剤に比べて環境負荷が少なく、特定のアミンオキシド化合物と比較して、より優れた配管内摩擦抵抗低減効果による流量増加や動力低減を可能とし、長期にわたり使用可能な水系熱輸送媒体の配管内摩擦抵抗低減方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる実験装置図である。
【符号の説明】
１  差圧測定用試験区間
２  助走区間
３  流動ポンプ
４  タンク
５  電磁流量計
６  冷凍機
７  ヒーター
８  差圧発信機
【図１】
0004132951.tif 000014