JP2012041477A - Heating medium, heat exchange system, and heat storage body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱媒体、熱交換システム、熱媒体用添加剤及び蓄熱体に関し、熱交換対象との間で熱交換を行うものに関する。 The present invention relates to a heat medium, a heat exchange system, an additive for a heat medium, and a heat storage body, and relates to one that performs heat exchange with a heat exchange target.
従来より、加熱し又は冷却して、対象を目的とする温度に制御するために用いられる流体（熱媒体）がある。熱媒体は、熱源からの熱を蓄えて、この蓄えた熱（蓄熱）を利用して熱交換対象に熱を伝搬し、熱交換対象との間で熱交換を行うことで、熱交換対象を加熱し又は熱源を冷却する。このような熱媒体は、例えば、公衆浴場、温水プール等の給湯対象に温水を供給する給湯システムに用いられる。 Conventionally, there is a fluid (heat medium) that is used to control an object to a target temperature by heating or cooling. The heat medium stores heat from the heat source, propagates heat to the heat exchange target using the stored heat (heat storage), and exchanges heat with the heat exchange target. Heat or cool the heat source. Such a heat medium is used, for example, in a hot water supply system that supplies hot water to a hot water supply target such as a public bath or a hot water pool.
熱媒体としての条件は、温度調整の観点から、適切な圧力下での使用が可能であること、熱容量や伝熱係数が大きいこと、装置等への腐食性がないこと、爆発の危険性がないこと、安価であること、無毒であること等が指摘されている。 The conditions for the heat medium are that it can be used under appropriate pressure, has a large heat capacity and heat transfer coefficient, is not corrosive to equipment, and has a risk of explosion. It has been pointed out that it is not expensive, inexpensive and non-toxic.
水以外の流体を熱媒体（特に、鉱物油を主たる成分とする熱媒体）として使用する、いわゆる油浴において、１００〔℃〕以上の高温条件下で使用する場合には、熱媒体として熱伝導率が高くて高効率であり、高沸点であることが求められている。 When a fluid other than water is used as a heat medium (especially a heat medium mainly composed of mineral oil), when it is used under a high temperature condition of 100 [° C.] or higher, heat conduction as the heat medium The rate is high, the efficiency is high, and the boiling point is required.
このような油浴においては、熱媒体に添加剤を添加することで、熱媒体の性能を向上させることが行われている。 In such an oil bath, the performance of the heat medium is improved by adding an additive to the heat medium.
現在市販されている油浴用の熱媒体は、熱伝導率が約０．２２〔Ｗ／ｍＫ〕程度のものが多く、添加剤を添加することで、熱伝導率が高い高性能な熱媒体を開発できる可能性がある。 Currently, there are many heat media for oil baths on the market that have a thermal conductivity of about 0.22 [W / mK]. By adding additives, a high-performance heat medium with high thermal conductivity can be obtained. There is a possibility of development.
高性能な熱媒体を開発するためには、例えば、適切な熱媒体の選択、熱媒体に添加する添加剤の選択、熱媒体中の添加剤の沈降抑制による均一状態の保持、熱媒体の適正な粘度調整、高温条件下での熱酸化による熱媒体の劣化防止等が重要な要素となっている。 In order to develop a high-performance heat medium, for example, selection of an appropriate heat medium, selection of an additive to be added to the heat medium, maintenance of a uniform state by suppressing sedimentation of the additive in the heat medium, appropriateness of the heat medium Important factors are adjustment of viscosity and prevention of deterioration of the heat medium due to thermal oxidation under high temperature conditions.
現在、熱伝導率の高い熱媒体を得るための手法としては、一般的には、無機系又は有機系の高熱伝導率材料（熱伝導性フィラー）を添加剤として大量に添加する手法が主流となっている（特許文献１）。 Currently, as a method for obtaining a heat medium having a high thermal conductivity, generally, a method of adding a large amount of an inorganic or organic high thermal conductivity material (thermal conductive filler) as an additive is the mainstream. (Patent Document 1).
しかし、無機系の高熱伝導率材料（熱伝導性フィラー）を添加剤として使用した場合には、添加剤の比重が概ね２以上となってしまうために、熱媒体中における添加剤の沈降性が増加してしまう点、高い熱伝導率の発現のためには添加剤を大量に添加することが必要である点、添加剤の大量添加により熱媒体の粘度が増加してしまう点等のデメリットがあり、解決すべき課題が極めて多いという現状がある。 However, when an inorganic high thermal conductivity material (thermal conductive filler) is used as an additive, the specific gravity of the additive becomes approximately 2 or more. There are disadvantages such as increasing the amount, adding a large amount of additive for high thermal conductivity, and increasing the viscosity of the heat medium due to the large amount of additive added. There are currently many problems to be solved.
そのため、添加剤の微量添加、長期間使用した際の熱媒体の熱酸化劣化・粘度変化の安定性（長期の形態安定性）、熱媒体の低粘性の維持、高温度条件下での安定性等を考慮に入れた熱媒体の開発が可能となれば、熱媒体としての利用は、大幅に増加することが期待できる。 Therefore, addition of a small amount of additives, thermal oxidation deterioration of the heat medium when used for a long time, stability of viscosity change (long-term shape stability), maintenance of low viscosity of the heat medium, stability under high temperature conditions If it becomes possible to develop a heat medium that takes into account the above, the use as a heat medium can be expected to increase significantly.
本発明は、以上の点を考慮したもので、添加剤の添加量が少なく、長期の形態安定性が高く、粘性が低く、さらに高温条件下での高い安定性を保持することができる熱媒体、熱媒体用添加剤、熱交換システム及び蓄熱体を提供しようとするものである。 The present invention takes the above points into consideration, and has a small amount of additive, a long-term form stability, a low viscosity, and a heat medium capable of maintaining high stability under high temperature conditions. It is intended to provide an additive for a heat medium, a heat exchange system, and a heat storage body.
上記の課題を解決するため請求項１の発明は、熱媒体に適用して、熱源からの熱を伝搬する熱媒体であって、鉱物油を主たる成分とし、カーボンナノチューブが添加される。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a heat medium that propagates heat from a heat source when applied to a heat medium, and contains mineral oil as a main component, and carbon nanotubes are added.
また、請求項２の発明は、請求項１の構成において、カーボンナノチューブが、カーボンナノチューブ懸濁液として添加され、カーボンナノチューブの熱媒体中の濃度は、０．３〔重量％〕以上に設定される。 The invention of claim 2 is the structure of claim 1, wherein the carbon nanotubes are added as a carbon nanotube suspension, and the concentration of the carbon nanotubes in the heat medium is set to 0.3% by weight or more. The
また、請求項３の発明は、請求項１の構成において、カーボンナノチューブが、カーボンナノチューブ懸濁液として添加され、カーボンナノチューブの熱媒体中の濃度は、０．３６±０．０２〔重量％〕に設定される。 The invention of claim 3 is the structure of claim 1, wherein the carbon nanotube is added as a carbon nanotube suspension, and the concentration of the carbon nanotube in the heat medium is 0.36 ± 0.02 [wt%]. Set to
また、請求項４の発明は、熱交換に供する熱を伝搬する熱媒体により熱交換対象を加熱し又は冷却する熱交換システムであって、請求項１から３のいずれか１項に記載の熱媒体が用いられる。 The invention of claim 4 is a heat exchange system that heats or cools a heat exchange object with a heat medium that propagates heat for heat exchange, and the heat according to any one of claims 1 to 3. A medium is used.
また、請求項５の発明は、熱媒体用添加剤に適用して、熱源からの熱を伝搬し、鉱物油を主たる成分とする熱媒体に添加される熱媒体用添加剤であって、カーボンナノチューブを含有している。 The invention according to claim 5 is an additive for a heat medium that is applied to an additive for a heat medium, propagates heat from a heat source, and is added to a heat medium containing mineral oil as a main component. Contains nanotubes.
また、請求項６の発明は、蓄熱体に適用して、熱源からの熱を蓄える液状の蓄熱体であって、カーボンナノチューブが添加されている。 The invention according to claim 6 is a liquid heat storage body that is applied to the heat storage body and stores heat from a heat source, to which carbon nanotubes are added.
本発明によれば、添加剤の添加量が少なく、長期の形態安定性が高く、粘性が低く、さらに高温条件下においても高い安定性を保持することができる熱媒体、熱媒体用添加剤、熱交換システム及び蓄熱体を提供することができる。 According to the present invention, the amount of additive added is small, the long-term shape stability is high, the viscosity is low, and the heat medium that can maintain high stability even under high temperature conditions, the additive for heat medium, A heat exchange system and a heat storage body can be provided.
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
図１は、本発明の給湯システム１（熱交換システム）の概要を示す図である。
この給湯システム１は、例えば、システムの外部から供給された水等の液体（熱交換対象）を加熱して、公衆浴場や温水プール等の給湯対象２に温水を供給する。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a hot water supply system 1 (heat exchange system) of the present invention.
For example, the hot water supply system 1 heats a liquid such as water (heat exchange target) supplied from the outside of the system and supplies hot water to a hot water supply target 2 such as a public bath or a hot water pool.
この給湯システム１では、熱源により加熱された熱媒体の蓄熱を利用して、水を加熱して所望の温度の温水を作り出すことができる。このため、この給湯システム１では、熱媒体の熱を水に伝搬させて、熱媒体と水との間で熱交換を行う。この給湯システムでは、熱交換を終えた熱媒体に再び蓄熱させ、再度の熱交換に供することができるように、熱媒体をシステム内に循環させて加熱と熱の伝搬を繰り返すように構成される。 In this hot water supply system 1, it is possible to produce hot water having a desired temperature by heating water using the heat storage of a heat medium heated by a heat source. For this reason, in this hot water supply system 1, the heat of the heat medium is propagated to water and heat exchange is performed between the heat medium and water. This hot water supply system is configured to repeat heating and heat propagation by circulating the heat medium in the system so that heat can be stored again in the heat medium after heat exchange, and then used for another heat exchange. .
このような給湯システム１は、外部から水が供給されると共に、給湯対象２に温水を供給可能に給湯対象２と接続されており、オイルバス１１と、熱交換器１２と、貯湯タンク１３と、制御装置１４とを備える。 Such a hot water supply system 1 is connected to the hot water supply target 2 so that hot water can be supplied to the hot water supply target 2 while being supplied with water from the outside, and includes an oil bath 11, a heat exchanger 12, a hot water storage tank 13, and the like. And a control device 14.
オイルバス１１は、熱媒体を加熱可能であると共に、貯留可能なタンクであり、熱媒体を加熱するための熱源となるヒータを有する。このオイルバス１１により、ヒータからの熱が熱媒体に蓄熱される。 The oil bath 11 is a tank that can heat and store the heat medium, and has a heater that serves as a heat source for heating the heat medium. The oil bath 11 stores heat from the heater in the heat medium.
また、このオイルバス１１は、熱交換器１２とパイプを介して接続されており、ポンプ等を利用して、熱媒体を熱交換器１２へ送り出すことができるように構成される。なお、ヒータによる熱媒体の加熱には、例えば、割安な深夜電力を適用することにより、安価に運用可能な給湯システムを提供することができる。 The oil bath 11 is connected to the heat exchanger 12 via a pipe, and is configured so that a heat medium can be sent to the heat exchanger 12 using a pump or the like. In addition, for the heating of the heat medium by the heater, for example, a cheap hot water supply system that can be operated at low cost can be provided by applying cheap midnight power.
熱交換器１２は、内部に熱媒体を貯留可能であり、オイルバス１１から送られてきた熱媒体の蓄熱を利用して、温水を作り出すことができるように構成される。このため、熱交換器１２では、外部から供給される水に熱を伝搬し、水と熱媒体との間で熱交換を行うように構成される。この熱交換器１２には、外部から水を供給するパイプが熱交換器１２内を通過しており、このパイプを介して水が熱交換器１２内の熱媒体と接することにより熱交換が行われる。 The heat exchanger 12 can store a heat medium therein, and is configured to be able to create hot water by using heat storage of the heat medium sent from the oil bath 11. For this reason, the heat exchanger 12 is configured to propagate heat to water supplied from the outside and perform heat exchange between the water and the heat medium. In this heat exchanger 12, a pipe for supplying water from the outside passes through the heat exchanger 12, and heat exchange is performed when water contacts the heat medium in the heat exchanger 12 through this pipe. Is called.
また、この熱交換器１２は、オイルバス１１とパイプを介して接続されており、内部の熱媒体をポンプ等によりオイルバス１１に送り出すことができるように構成される。
本給湯システム１においては、上述したようにオイルバス１１と熱交換器１２とを互いにパイプで接続して、熱媒体をオイルバス１１−熱交換器１２間で循環させるように構成される。このように構成することで、熱媒体の加熱と熱交換による熱の伝搬が交互に行われ、熱媒体を長期間使用することができるようになる。
The heat exchanger 12 is connected to the oil bath 11 through a pipe, and is configured so that the internal heat medium can be sent out to the oil bath 11 by a pump or the like.
In the hot water supply system 1, the oil bath 11 and the heat exchanger 12 are connected to each other through a pipe as described above, and the heat medium is circulated between the oil bath 11 and the heat exchanger 12. With such a configuration, heating of the heat medium and heat propagation by heat exchange are alternately performed, and the heat medium can be used for a long time.
貯湯タンク１３は、熱交換器１２により作り出された温水を貯留・保温可能なタンクであると共に、給湯対象２へ貯留した温水を供給可能に構成される。この貯湯タンク１３は、外部から熱交換器１２に引き込まれて熱交換器１２内を通過したパイプと接続されると共に、給湯対象２とパイプで接続される。この貯湯タンク１２により、熱交換器１２で作り出された温水が一旦貯留され、給湯対象２に所望の温度の温水を適宜のタイミングで供給することができる。 The hot water storage tank 13 is a tank capable of storing and keeping warm water generated by the heat exchanger 12 and configured to be able to supply hot water stored in the hot water supply target 2. The hot water storage tank 13 is connected to the pipe drawn into the heat exchanger 12 from the outside and passed through the heat exchanger 12, and is connected to the hot water supply object 2 by a pipe. The hot water tank 12 temporarily stores the hot water produced by the heat exchanger 12 and can supply hot water having a desired temperature to the hot water supply target 2 at an appropriate timing.
本給湯システム１においては、この貯湯タンク１３により、例えば、深夜電力を利用して温水を作り出した後に、公衆浴場や温水プール等の給湯対象２の運用時間に温水を供給することができる。 In the hot water supply system 1, for example, hot water can be supplied by the hot water storage tank 13 during the operation time of the hot water supply target 2 such as a public bath or a hot water pool after producing hot water using midnight power.
制御装置１４は、オイルバス１１及び熱交換器１２の各種機材に接続され、オイルバス１１及び熱交換器１２を制御する。詳細には、オイルバス１１の熱媒体の温度を調整するためにヒータの制御を行い、オイルバス１１−熱交換器１２間の熱媒体の循環を制御するためにポンプの制御を行なう。 The control device 14 is connected to various equipment such as the oil bath 11 and the heat exchanger 12 and controls the oil bath 11 and the heat exchanger 12. Specifically, the heater is controlled to adjust the temperature of the heat medium in the oil bath 11, and the pump is controlled to control the circulation of the heat medium between the oil bath 11 and the heat exchanger 12.
以上のように構成される給湯システム１においては、加熱対象との熱交換に用いられる熱媒体を高性能なものにすることが、コストやシステムの運用等の面から求められている。 In the hot water supply system 1 configured as described above, it is required from the viewpoint of cost, system operation, and the like that the heat medium used for heat exchange with the object to be heated has high performance.
以下、本実施形態において、給湯システム１に用いられる熱媒体について説明する。
この熱媒体は、発明者の鋭意検討により、従来に比して、高性能な熱媒体（添加剤の添加量が少なく、長期の形態安定性が高く、粘性が低く、さらに高温条件下での高い安定性を保持することができる熱媒体）が得られることが見出されたものである。
Hereinafter, in this embodiment, the heat medium used for the hot water supply system 1 will be described.
This heat medium has been studied by the inventor's diligence, and has a high performance heat medium (low additive amount, high long-term morphological stability, low viscosity, and high temperature conditions as compared with the prior art. It has been found that a heat medium that can maintain high stability is obtained.
熱媒体とは、熱源からの熱を蓄熱可能な流体により構成され、本実施形態においては、鉱物油（例えば、石油炭化系水素）を主な成分とするＪＯＭＯ社製の商品名：サーモゾール６８を用いる。 The heat medium is composed of a fluid capable of storing heat from a heat source. In the present embodiment, the product name: Thermosol 68 manufactured by JOMO, which mainly contains mineral oil (for example, petroleum hydrocarbon), is used. Use.
また、熱媒体は、添加剤を添加したものを用いる。添加剤としては、熱伝導性フィラーであるカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ、略称ＣＮＴ）を用いる。このカーボンナノチューブとは、炭素によって作られる六員環ネットワーク（グラフェンシート）が単層あるいは多層の同軸管状になった物質である。 Moreover, what added the additive is used for a heat medium. As the additive, carbon nanotube (Carbon Nanotube, abbreviated as CNT) which is a heat conductive filler is used. The carbon nanotube is a substance in which a six-membered ring network (graphene sheet) made of carbon is formed into a single-layer or multilayer coaxial tube.
また、このカーボンナノチューブは、種々の方法により作製可能であり、例えば、黒鉛電極をアーク放電で蒸発させて作製するアーク法、金属媒体を混ぜた黒鉛にレーザを当てて作製するレーザーアブレーション法、触媒金属と炭化水素を熱分解して作製する化学気相蒸着（ＣＶＤ法）等の方法により作製可能である。 The carbon nanotubes can be produced by various methods, for example, an arc method in which a graphite electrode is evaporated by arc discharge, a laser ablation method in which a laser is applied to graphite mixed with a metal medium, a catalyst It can be produced by a method such as chemical vapor deposition (CVD method) produced by pyrolyzing metal and hydrocarbon.
本実施形態において、カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ懸濁液として提供される。このカーボンナノチューブ懸濁液は、所定の液体（本実施形態においては、サーモゾール６８）中にカーボンナノチューブを分散させて、液体におけるカーボンナノチューブの含有量が５％になるように設定したものを用いる。なお、本実施形態においては、熱媒体中での分散性及び粘度低下のために、カーボンナノチューブに公知の表面処理を実施し、又は公知の分散剤（各種界面活性剤、カップリング剤等）を混合している。なお、分散剤として使用する界面活性剤（カップリング剤）は、例えば、シラン系カップリング剤を用いることができ、代表的なものとしてシリコン系（信越シリコーン社製、商品名：ＫＢＭ−５０３）を用いることができる。 In the present embodiment, the carbon nanotube is provided as a carbon nanotube suspension. As the carbon nanotube suspension, a suspension in which carbon nanotubes are dispersed in a predetermined liquid (thermosol 68 in the present embodiment) and the content of carbon nanotubes in the liquid is set to 5% is used. In the present embodiment, the carbon nanotubes are subjected to a known surface treatment or a known dispersant (various surfactants, coupling agents, etc.) for the purpose of reducing dispersibility and viscosity in a heat medium. Mixed. In addition, as the surfactant (coupling agent) used as the dispersant, for example, a silane coupling agent can be used, and a typical one is silicon-based (trade name: KBM-503, manufactured by Shin-Etsu Silicone). Can be used.
このように構成されるカーボンナノチューブの熱媒体への添加量は、熱媒体中のカーボンナノチューブの濃度が少なくとも、約０．３〔重量％〕程度以上とし、最適には、０．３６±０．０２〔重量％〕に調製したものが用いられる。なお、熱媒体へのカーボンナノチューブの添加量は、発明者の鋭意検討により見出されたものであり、添加の効果が発揮される約０．３〔重量％〕程度のカーボンナノチューブの熱媒体中の濃度が下限値となり、添加量等を考慮して上で高い性能を発揮する０．３６±０．０２〔重量％〕のカーボンナノチューブの熱媒体中の濃度が最適値となる。 The amount of carbon nanotubes thus configured added to the heat medium is such that the concentration of carbon nanotubes in the heat medium is at least about 0.3 [wt%] or more, and optimally 0.36 ± 0.00. What was prepared to 02 [weight%] is used. Note that the amount of carbon nanotubes added to the heat medium was found by earnest study by the inventors, and the effect of the addition is about 0.3% by weight in the heat medium of carbon nanotubes. The concentration of the carbon nanotube in the heat medium of 0.36 ± 0.02 [wt%], which exhibits high performance in consideration of the amount of addition and the like, is the optimum value.
また、発明者は、さらに、熱媒体の粘度は７０〔℃〕で最適となることを見出し、最適効率温度は、９０〜１２０〔℃〕となることも見出している。 The inventor has further found that the viscosity of the heat medium is optimum at 70 [° C.], and that the optimum efficiency temperature is 90 to 120 [° C.].
次に、上述した値を決定するに当たり行われた種々の試験について説明する。
図２は、熱媒体の顕微鏡写真であり、（ａ）はカーボンナノチューブを添加した熱媒体の顕微鏡写真、（ｂ）はカーボンファイバー（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ、略称ＣＦ）を添加した熱媒体の顕微鏡写真である。この写真によれば、添加剤を添加した熱媒体における熱伝導性フィラーの凝集具合が判明する。また、この写真では、図２（ａ）に示すカーボンナノチューブを添加した熱媒体との比較のためにカーボンファイバーを添加した熱媒体を図２（ｂ）に示した。
Next, various tests performed in determining the above-described values will be described.
2A and 2B are photomicrographs of the heat medium, wherein FIG. 2A is a photomicrograph of the heat medium added with carbon nanotubes, and FIG. 2B is a photomicrograph of the heat medium added with carbon fiber (abbreviated as CF). . According to this photograph, the degree of aggregation of the thermally conductive filler in the heat medium to which the additive has been added is found. In addition, in this photograph, a heat medium added with carbon fibers is shown in FIG. 2B for comparison with the heat medium added with carbon nanotubes shown in FIG.
なお、図２（ａ）に示すカーボンナノチューブ懸濁液を添加した熱媒体においては、熱媒体には、ＪＯＭＯ製の商品名：サーモゾール６８を用い、熱媒体に添加する添加剤には、カーボンナノチューブの濃度が５％である親油性カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）懸濁液を用いた。 In addition, in the heat medium added with the carbon nanotube suspension shown in FIG. 2A, the product name: Thermosol 68 manufactured by JOMO is used as the heat medium, and the carbon nanotube is used as the additive to be added to the heat medium. A lipophilic carbon nanotube (CNT) suspension having a concentration of 5% was used.
また、図２（ｂ）に示すカーボンファイバー懸濁液を添加した熱媒体においては、熱媒体には、ＪＯＭＯ製の商品名：サーモゾール６８を用い、熱媒体に添加する添加剤には、カーボンファイバーの濃度が５％であるカーボンファイバー（ＣＦ）懸濁液を用いた。なお、本熱媒体において、ＪＯＭＯ製の商品名：サーモゾール６８を用いた理由は、常用使用温度７０〔℃〕以上であり、低コスト、安定供給、低粘度、及び高引火点の観点からである。 In addition, in the heat medium added with the carbon fiber suspension shown in FIG. 2B, the product name: Thermosol 68 manufactured by JOMO is used as the heat medium, and the additive added to the heat medium is carbon fiber. A carbon fiber (CF) suspension having a concentration of 5% was used. In addition, in this heat medium, the reason for using the product name: Thermosol 68 manufactured by JOMO is the normal use temperature of 70 [° C.] or more, from the viewpoint of low cost, stable supply, low viscosity, and high flash point. .
添加剤としてカーボンナノチューブ懸濁液を添加した熱媒体では、図２（ａ）に示すように、熱媒体中のカーボンナノチューブは、長さが約０．５〜１〔μｍ〕程度であり、径が約０．１〔μｍ〕程度以下の形状を有しており、熱媒体中に均一に分散している部分と、カーボンナノチューブが凝集している部分とが混在していた。 In the heat medium to which the carbon nanotube suspension is added as an additive, as shown in FIG. 2 (a), the carbon nanotubes in the heat medium have a length of about 0.5 to 1 [μm] and a diameter. Has a shape of about 0.1 [μm] or less, and a portion uniformly dispersed in the heat medium and a portion where the carbon nanotubes are aggregated were mixed.
一方、添加剤としてカーボンファイバー懸濁液を添加した熱媒体では、図２（ｂ）に示すように、熱媒体中のカーボンファイバーは、長さが約１００〜２００〔μｍ〕程度であり、径が約１０〔μｍ〕程度の形状を有しており、添加剤としてカーボンナノチューブ懸濁液を添加した熱媒体に比べると、カーボンファイバーの凝集が少なかった。 On the other hand, in the heat medium to which the carbon fiber suspension is added as an additive, the carbon fiber in the heat medium has a length of about 100 to 200 [μm] and a diameter as shown in FIG. Has a shape of about 10 [μm], and the aggregation of the carbon fibers was less than that of the heat medium to which the carbon nanotube suspension was added as an additive.
カーボンナノチューブ懸濁液を添加剤として用いた熱媒体の温度特性を把握するために行った各試験について説明する。なお、本試験においては、カーボンナノチューブ懸濁液を添加剤として用いた熱媒体との比較対象として、無添加の熱媒体と、カーボンファイバー懸濁液を添加剤として添加した熱媒体を用いた。 Each test performed to grasp the temperature characteristics of the heat medium using the carbon nanotube suspension as an additive will be described. In this test, as a comparison object with the heat medium using the carbon nanotube suspension as an additive, an additive-free heat medium and a heat medium added with a carbon fiber suspension as an additive were used.
本試験は、異なる懸濁液の濃度に設定された熱媒体について、表面が所定の温度に設定されたホットプレート上に、試験容器を設置して、逐次ホットプレートの表面温度を上昇させたときの熱媒体の温度を測定することにより行った。 In this test, when a test container is installed on a hot plate whose surface is set to a predetermined temperature for the heat medium set to a different suspension concentration, the surface temperature of the hot plate is successively raised. The temperature of the heating medium was measured.
また、熱媒体が所定の温度帯になったときに、熱媒体の粘度を測定した。
熱媒体の粘度の測定は、熱媒体の落下の時間から測定することにより行った。具体的には、所定の温度帯になったときに、熱媒体を採取し、粘度計（アネスト岩田製の商品名：イワタカップＮＫ２）により行った。本試験においては、熱媒体の温度が１０〔℃〕上昇する度に粘度測定を行った。なお、本試験では、試験中の熱媒体の温度分布の差異を少なくするため、熱媒体の攪拌を随時行った。
Further, the viscosity of the heat medium was measured when the heat medium reached a predetermined temperature range.
The viscosity of the heat medium was measured by measuring from the time when the heat medium dropped. Specifically, when the temperature reached a predetermined temperature range, the heat medium was collected and measured with a viscometer (trade name: Iwata Cup NK2 manufactured by Anest Iwata). In this test, the viscosity was measured every time the temperature of the heat medium increased by 10 [° C.]. In this test, the heat medium was stirred as needed to reduce the difference in temperature distribution of the heat medium during the test.
本試験に供したホットプレートは、アズワン社製の商品名：ＥＨＰ２５０を用いた。本試験に供した試験容器は、ＳＵＳ材であり、φ７４〔ｍｍ〕×高さ８０〔ｍｍ〕であり、試料容積２５０〔ｍｌ〕を用いた。また、試験容器は、容器周辺を耐熱温度３００〔℃〕の断熱材で保温処理したものを用いた。 The product name: EHP250 made by As One Co., Ltd. was used as the hot plate used in this test. The test container used for this test was a SUS material, φ74 [mm] × height 80 [mm], and a sample volume of 250 [ml] was used. Moreover, what used the test container which heat-retained the surroundings with the heat insulating material of the heat-resistant temperature 300 [degreeC] was used for the test container.
本試験に供した熱媒体は、懸濁液の濃度が０．２５〜０．６〔重量％〕の間の濃度に設定されたものを複数用いた。
熱媒体としては、サーモゾール６８を用い、カーボンナノチューブを予め混合し、攪拌したものを用いた。ホットプレートは、表面温度２００〔℃〕（詳細には、プレート表面の温度分布２００±１〔℃〕以下）に設定したものを用いた。温度データは、試験容器内に設置したセンサから入手した温度データをデータロガーに記録した。
As the heat medium used in this test, a plurality of suspensions whose suspension concentration was set to a concentration between 0.25 and 0.6 [wt%] were used.
As the heat medium, Thermosol 68 was used, and carbon nanotubes were previously mixed and stirred. A hot plate having a surface temperature set to 200 [° C.] (specifically, a temperature distribution on the plate surface of 200 ± 1 [° C.] or lower) was used. As temperature data, temperature data obtained from a sensor installed in a test container was recorded in a data logger.
図３（ａ）は、各熱媒体の温度状況における粘度特性を示す図である。この図面によれば、熱媒体の所定の温度帯での粘度が判明する。
なお、図３（ａ）に示す本試験結果は、標準化の観点から、イワタカップＮＫ２により測定した値をフォード式粘度方式（フォードカップＮｏ．４）の値に換算したものを示した。また、図中において、「樹脂」とは、無添加の熱媒体を示し、「ＣＦ２重量％」とは、カーボンファイバーの懸濁液を、２〔重量％〕の割合になるように調製した熱媒体を示し、「ＣＮＴ２重量％」とは、カーボンナノチューブの懸濁液を、２〔重量％〕の割合になるように調製した熱媒体を示す。
Fig.3 (a) is a figure which shows the viscosity characteristic in the temperature condition of each heat medium. According to this drawing, the viscosity of the heat medium in a predetermined temperature zone is found.
In addition, this test result shown to Fig.3 (a) showed what converted the value measured by Iwata cup NK2 into the value of the Ford type viscosity system (Ford cup No. 4) from a standardization viewpoint. In the figure, “resin” indicates an additive-free heat medium, and “CF 2 wt%” indicates a heat of a carbon fiber suspension prepared to a ratio of 2 [wt%]. “CNT 2 wt%” indicates a heat medium prepared by preparing a suspension of carbon nanotubes at a ratio of 2 [wt%].
カーボンナノチューブやカーボンファイバー等の熱伝導性フィラーを添加剤と使用する熱媒体（サーモゾール６８）では、添加剤の添加により、熱媒体中の熱伝導性フィラーの凝集構造に起因して分散不良となり、熱媒体中での熱伝導性フィラーの分散性の低下や粘度低下につながるために、一般的に、公知の表面処理を実施し、又は公知の分散剤が混合されている。 In the heat medium (thermosol 68) using a heat conductive filler such as carbon nanotube or carbon fiber as an additive, the addition of the additive results in poor dispersion due to the aggregation structure of the heat conductive filler in the heat medium. In order to reduce the dispersibility and viscosity of the thermally conductive filler in the heat medium, generally, a known surface treatment is performed or a known dispersant is mixed.
カーボンファイバーの懸濁液を添加した熱媒体では、温度が２０〔℃〕のとき粘度が１４４ｓｅｃとなり、無添加の熱媒体の粘度１２０ｓｅｃと比較して、粘度は高いが、温度が上昇するにつれてカーボンファイバーのアスペクト比（縦横比）の効果は急速に減少した。 In the heat medium added with the carbon fiber suspension, the viscosity is 144 sec when the temperature is 20 [° C.], and the viscosity is higher than the viscosity of 120 sec of the non-added heat medium. The effect of fiber aspect ratio (aspect ratio) decreased rapidly.
一方、カーボンナノチューブの懸濁液を添加した熱媒体では、温度が３０〔℃〕のとき粘度が５５ｓｅｃとなり、無添加の熱媒体の粘度７５ｓｅｃと比較して、３０％程度の大幅な低下が見られた。 On the other hand, in the heat medium to which the suspension of carbon nanotubes is added, the viscosity is 55 sec when the temperature is 30 [° C.], which is a significant decrease of about 30% compared to the viscosity of 75 sec of the heat medium without addition. It was.
測定した全ての温度帯を通して、カーボンナノチューブの懸濁液を添加した熱媒体は、無添加の熱媒体より粘度が低いという傾向が見られた。 Throughout all the measured temperature zones, the heat medium added with the carbon nanotube suspension tended to have a lower viscosity than the non-added heat medium.
カーボンナノチューブは、粒径が極めて小さいために液体に混合すると粘度上昇が起こり、熱媒体としての効能は消失してしまう。しかし、上述したような傾向となったのは、要因として、カーボンナノチューブの懸濁液を添加した熱媒体は、表面処理や分散剤の添加により生じるカーボンナノチューブの保護層の存在による効果であると考えられる。しかし、熱媒体の温度が６０〔℃〕以上になると、カーボンナノチューブの懸濁液を添加した熱媒体と無添加の熱媒体との違いは明確に見られなかった。熱媒体の温度が高温になるにつれて、熱媒体（サーモゾール６８）自体の粘度低下が起こるために、添加剤の添加量が少量であることによりカーボンナノチューブの形状効果が認められず複合系（混合系）の特性に多大な影響を与えなかったものと推察される。 Since the carbon nanotube has a very small particle size, when mixed with a liquid, the viscosity increases and the effectiveness as a heat medium is lost. However, the above-mentioned tendency was caused by the effect of the presence of the carbon nanotube protective layer produced by the surface treatment or the addition of the dispersant in the heat medium added with the carbon nanotube suspension. Conceivable. However, when the temperature of the heat medium was 60 [° C.] or higher, the difference between the heat medium to which the carbon nanotube suspension was added and the heat medium without addition was not clearly seen. As the temperature of the heat medium increases, the viscosity of the heat medium (Thermosol 68) itself decreases, so that the shape effect of the carbon nanotubes is not observed due to the small amount of additive added, and the composite system (mixed system) It is presumed that the characteristics of) were not significantly affected.
図３（ｂ）は、無添加の熱媒体とカーボンナノチューブを添加した熱媒体における加熱時間における温度変化を示す図である。この図によれば、所定の濃度のカーボンナノチューブの懸濁液を添加した熱媒体の時間の経過による温度変化が判明する。本図においては、０．２５〜０．６〔重量％〕の間の濃度で調製したカーボンナノチューブの懸濁液を添加した熱媒体のうち、０．３３〔重量％〕、０．３６〔重量％〕、０．３８〔重量％〕及び０．６〔重量％〕の濃度で調製したカーボンナノチューブの懸濁液を添加した熱媒体を示す。また、カーボンナノチューブの懸濁液を添加した熱媒体と比較をするために無添加の熱媒体を示す。なお、熱媒体の加熱時間における温度の値は、本明細書においては検証実数値を記載し、図３（ｂ）においては検証実数値に基づく補正値を記載する。 FIG.3 (b) is a figure which shows the temperature change in the heating time in the heat medium which added the non-added heat medium and the carbon nanotube. According to this figure, the temperature change with the passage of time of the heat medium to which the suspension of carbon nanotubes having a predetermined concentration is added is clarified. In this figure, among the heat medium added with the suspension of carbon nanotubes prepared at a concentration between 0.25 and 0.6 [wt%], 0.33 [wt%], 0.36 [wt%] %], 0.38 [wt%], and 0.6 [wt%], the heat medium added with the suspension of carbon nanotubes prepared. In addition, a non-added heat medium is shown for comparison with a heat medium added with a suspension of carbon nanotubes. In addition, the value of the temperature in the heating time of the heat medium describes a verification real value in this specification, and describes a correction value based on the verification real value in FIG.
無添加の熱媒体では、加熱時間が７ｍｉｎのときには温度が５６〔℃〕となり、加熱時間が１２ｍｉｎのときには温度が７４〔℃〕となり、加熱時間が２０ｍｉｎのときに温度が最高で９４〔℃〕にまで上昇した。 In the additive-free heat medium, the temperature is 56 ° C. when the heating time is 7 min, the temperature is 74 ° C. when the heating time is 12 min, and the maximum temperature is 94 ° C. when the heating time is 20 min. Rose to.
一方、加熱時間が７ｍｉｎのときには、０．３３〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が６７〔℃〕となり、０．３６〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が７８〔℃〕となり、０．３８〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が８４〔℃〕となり、０．６〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が１００〔℃〕となる。 On the other hand, when the heating time is 7 min, the temperature of the heat medium added with 0.33 wt% carbon nanotubes is 67 ° C., and the heat medium added with 0.36 wt% carbon nanotubes is used. In the heat medium in which the temperature is 78 ° C. and the carbon nanotube of 0.38% by weight is added, the temperature is 84 ° C. in the heat medium to which the carbon nanotube of 0.6% by weight is added. The temperature becomes 100 [° C.].
また、加熱時間が１２ｍｉｎのときには、０．３３〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が９５〔℃〕となり、０．３６〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が１０７〔℃〕となり、０．３８〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が１０７〔℃〕となり、０．６〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が１３５〔℃〕となる。 When the heating time is 12 min, the temperature of the heat medium added with 0.33 [wt%] carbon nanotubes is 95 [deg.] C, and the heat medium added with 0.36 [wt%] carbon nanotubes In the heat medium in which the temperature is 107 ° C. and the carbon nanotube of 0.38% by weight is added, the temperature is 107 ° C. in the heat medium to which the carbon nanotube of 0.6% by weight is added. The temperature becomes 135 [° C.].
また、加熱時間が２０ｍｉｎのときには、０．３３〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が１２６〔℃〕となり、０．３６〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が１３３〔℃〕となり、０．３８〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が１３９〔℃〕となり、０．６〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体では、温度が１５６〔℃〕となる。 When the heating time is 20 min, the temperature of the heat medium added with 0.33 [wt%] carbon nanotubes is 126 [° C.], and the heat medium added with 0.36 [wt%] carbon nanotubes In the heat medium in which the temperature is 133 [° C.] and carbon nanotubes of 0.38 [wt%] are added, the temperature is 139 [° C.] in the heat medium to which carbon nanotubes of 0.6 [wt%] are added. The temperature becomes 156 [° C.].
カーボンナノチューブを添加した熱媒体の添加量依存性では、０．３８〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体が温度上昇や粘度特性の点から総合的に考えた場合には、良好であった。このように、熱媒体に０．３８〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加することにより、無添加の熱媒体と比較して、加熱時間２０ｍｉｎにおいて、約４５〔℃〕程度の大幅な温度上昇が確認された。 The dependency on the amount of the heat medium added with carbon nanotubes is good when the heat medium added with 0.38 [wt%] carbon nanotubes is considered comprehensively from the viewpoint of temperature rise and viscosity characteristics. It was. Thus, by adding 0.38 [wt%] carbon nanotubes to the heat medium, a significant temperature increase of about 45 [° C.] can be achieved in a heating time of 20 minutes compared to the heat medium without addition. confirmed.
図３（ｃ）は、カーボンナノチューブを添加した熱媒体とカーボンファイバーを添加した熱媒体における各熱媒体の加熱時間における温度変化を示す図である。この図によれば、カーボンナノチューブ添加した熱媒体とカーボンファイバーを添加した熱媒体との温度上昇の違いが判明する。 FIG.3 (c) is a figure which shows the temperature change in the heating time of each heat medium in the heat medium which added the carbon nanotube, and the heat medium which added the carbon fiber. This figure reveals the difference in temperature rise between the heat medium added with carbon nanotubes and the heat medium added with carbon fibers.
カーボンファイバーを添加した熱媒体においては、図２（ｂ）に示すように、カーボンファイバーのアスペクト比（縦横比）が大きいため、相互にカーボンファイバーが接触した構造を形成しており、カーボンファイバー間での熱伝導性は大幅に向上することが認められる。 As shown in Fig. 2 (b), the heat medium to which carbon fiber is added has a large aspect ratio (aspect ratio) of the carbon fiber, so a structure in which the carbon fibers are in contact with each other is formed. It can be seen that the thermal conductivity is significantly improved.
一方、カーボンナノチューブを添加した熱媒体においては、図２（ａ）に示すように、一部でカーボンナノチューブの凝集した凝集塊の存在が見られるが、全体的にはカーボンナノチューブ同士の接触は定かではない。しかし、図３（ｃ）に示すように、両者の大きな温度の違いは、見られなかった。これは、カーボンナノチューブがナノ化するにつれて、単位重量当たりの比表面積が増加し、熱媒体との接触面積が増加することにより、カーボンナノチューブ同士の接触が定かではないにも係わらず、熱媒体の温度上昇がカーボンファイバーを添加した熱媒体に近いものとなったものと考えられる。 On the other hand, in the heat medium to which carbon nanotubes are added, as shown in FIG. 2 (a), the presence of agglomerates in which carbon nanotubes are partly aggregated is observed, but overall the contact between the carbon nanotubes is not clear. is not. However, as shown in FIG. 3 (c), a large temperature difference between the two was not observed. This is because the specific surface area per unit weight increases as the carbon nanotube becomes nano-sized, and the contact area with the heat medium increases, so that the contact between the carbon nanotubes is not clear, but the heat medium It is thought that the temperature rise became close to that of the heat medium added with carbon fiber.
熱媒体としての特性評価の観点から、重要な要因と思われるため、カーボンナノチューブを添加した熱媒体の分散性について説明する。 The dispersibility of the heat medium added with carbon nanotubes will be described because it seems to be an important factor from the viewpoint of the characteristic evaluation as a heat medium.
分散性の評価要素としては、例えば、長時間使用した際の熱媒体の形態安定性（熱酸化劣化、粘度変化）、カーボンナノチューブの凝集性、カーボンナノチューブの沈降性等が対象となる。 Examples of the evaluation element for dispersibility include morphological stability (thermal oxidation deterioration, viscosity change) of a heat medium when used for a long time, carbon nanotube aggregation, carbon nanotube sedimentation, and the like.
ここでは、長時間の使用に耐えうる熱媒体における添加剤の沈降性を評価するため、長期間放置したときの０．３５〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体のカーボンナノチューブの沈降現象や粘度特性についての評価を加えた。沈降現象については、０．３５〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体を試験管に採取して、試験管を振盪させて、熱媒体を攪拌した後で、３０日間静置させてから、沈殿物の有無を確認した。ここでは、静置後のカーボンナノチューブを添加した熱媒体の沈殿物の存在は若干見られたが、適度の攪拌を行うことにより、沈殿物は溶解して沈降現象は改善された。 Here, in order to evaluate the sedimentation property of the additive in the heat medium that can withstand long-term use, the precipitation phenomenon of the carbon nanotube of the heat medium added with 0.35 [wt%] carbon nanotubes when left for a long time And evaluation of viscosity characteristics were added. Regarding the sedimentation phenomenon, the heat medium added with 0.35 [wt%] carbon nanotubes was collected in a test tube, the test tube was shaken, the heat medium was stirred, and then allowed to stand for 30 days. The presence or absence of precipitates was confirmed. Here, the presence of a precipitate of the heat medium added with the carbon nanotubes after standing was slightly observed, but the precipitate was dissolved and the settling phenomenon was improved by performing appropriate stirring.
この試験により、０．３６〔重量％〕のカーボンナノチューブを添加した熱媒体が最も高い値を示したことから、カーボンナノチューブの添加量は、０．３６〔重量％〕の濃度が、添加量や熱伝導率等を考慮した結果、最適であることが判明した。 As a result of this test, the heat medium added with 0.36 [wt%] carbon nanotubes showed the highest value, so the concentration of carbon nanotubes was 0.36 [wt%], As a result of considering the thermal conductivity and the like, it has been found to be optimal.
以上の試験結果から、カーボンナノチューブを添加した熱媒体は、無添加の熱媒体に比べて、４０〔％〕以上温度が高くなり、熱伝導率が高くなることを見出した。なお、温度は、加熱温度、面積、液量を一定として、時間経過を一定条件で変化させて、総面積における蓄積エネルギー量を計算した値に基づいて比較を行った。 From the above test results, it has been found that the heat medium to which carbon nanotubes are added has a temperature of 40% or more higher than that of the heat medium to which carbon nanotubes are not added, and the thermal conductivity is increased. The temperature was compared based on the value calculated for the amount of stored energy in the total area, with the heating temperature, area, and liquid volume being constant and the passage of time was changed under constant conditions.
また、カーボンナノチューブを添加した熱媒体の中でも、濃度が０．３６〔重量％〕が最適であることを見出した。また、使用する熱媒体の総重量（ｇ）を精密に計測して、添加量の誤差を算出した。添加量の誤差は、±０．０２〔重量％〕である。 Further, it has been found that a concentration of 0.36 [wt%] is optimal among the heat medium added with carbon nanotubes. Further, the total weight (g) of the heat medium to be used was precisely measured, and the error of the addition amount was calculated. The error of the addition amount is ± 0.02 [wt%].
以上説明したように、本実施の形態では、カーボンナノチューブを添加した熱媒体を用いるために、従来の熱媒体よりも、長期の形態安定性が高く、粘性が低く、さらに高温度条件下においても高い安定性を保持することができる。 As described above, in the present embodiment, since a heat medium added with carbon nanotubes is used, long-term morphological stability is higher and viscosity is lower than that of a conventional heat medium, and even under high temperature conditions. High stability can be maintained.
また、カーボンナノチューブの熱媒体中の濃度を約０．３〔重量％〕程度以上のものを使用することでカーボンナノチューブの性能を発揮させることができる。 Moreover, the performance of the carbon nanotube can be exhibited by using a carbon nanotube having a concentration of about 0.3 [wt%] or more in the heat medium.
さらに、カーボンナノチューブの熱媒体中の濃度を０．３６±０．０２〔重量％〕とすることで、より高性能な熱媒体を得ることができる。 Furthermore, a higher performance heat medium can be obtained by setting the concentration of carbon nanotubes in the heat medium to 0.36 ± 0.02 [wt%].
なお、上述の実施の形態においては、水等の加熱対象を加熱する給湯システム１の場合について述べたが、本発明はこれに限られず、熱媒体と熱交換を行う対象との間で熱交換を行うものであれば良く、例えば、熱交換を行って対象を冷却したり、保温したりするものに適用しても良い。 In addition, in the above-mentioned embodiment, although the case of the hot water supply system 1 which heats heating objects, such as water, was described, this invention is not limited to this, Heat exchange between the heat medium and the object which performs heat exchange For example, the present invention may be applied to a device that cools or keeps an object by performing heat exchange.
また、上述の実施の形態においては、熱媒体としてＪＯＭＯ社製のサーモゾール６８について述べたが、本発明はこれに限られず、種々の鉱物油系の熱媒体であれば良く、例えば、ＥＮＥＯＳ社製のハイサーム、ＩＤＥＭＩＴＳＵ社製のダフニーアルファサーモ、ＣＯＳＭＯ社製のコスモサーモ、ＳＨＥＬＬ社製のシェルサーミヤオイル等の鉱物油系の熱媒体を用いても良く、さらには、鉱物油系の熱媒体に限られず、フッ素系、シリコン系又は合成有機系の熱媒体を用いても良い。 Further, in the above-described embodiment, the thermosol 68 manufactured by JOMO was described as the heat medium. However, the present invention is not limited to this, and various mineral oil-based heat media may be used. Mineral oil-based heat medium, such as Hightherm, Daphne Alpha Thermo manufactured by IDEMITSU, Cosmo Thermo manufactured by COSMO, Shell Thermoya Oil manufactured by SHELL, may be used. Without limitation, a fluorine-based, silicon-based, or synthetic organic heat medium may be used.
また、上述の実施の形態においては、鉱物油を主たる成分とする熱媒体、いわゆる、油浴の場合について述べたが、熱性能の改善効果はこれに限られず、水を主たる成分とする熱媒体、いわゆる、水浴に用いても熱性能を改善することができる。 Further, in the above-described embodiment, the case of a heat medium containing mineral oil as a main component, that is, a so-called oil bath is described, but the effect of improving the thermal performance is not limited to this, and the heat medium containing water as the main component. The thermal performance can be improved even when used in a so-called water bath.
また、本実施形態におけるカーボナノチューブを添加した熱媒体は、例えば、放熱性能の向上を目的として、エンジンのシリンダーヘッド、ベアリング、ギヤ油等に用いる車両用潤滑油や船舶用潤滑油や汎用工作機械潤滑油、切削加工用潤滑油等の工業用潤滑油、冷却油、原子炉冷却液、火力発電用冷却液等に応用することができる。
また、本実施形態におけるカーボナノチューブを添加した熱媒体は、例えば、熱源としての熱伝導率の向上を目的として、給湯用又は熱交換器用熱媒体、繊維工業の溶融紡糸、撚り機等の温調、合成樹脂工業のゴム、ペイント、タール加工等の温調、石油精製時のプラントの温調、化学工業等において蒸留・濃縮・乾燥等を行うための化学反応装置の温調やアスファルトプラントのアスファルトの間接加熱に応用することができる。
The heat medium added with the carbon nanotube in the present embodiment is, for example, a vehicle lubricant, a ship lubricant or a general-purpose machine tool used for an engine cylinder head, a bearing, a gear oil or the like for the purpose of improving heat dissipation performance. The present invention can be applied to industrial lubricating oil such as lubricating oil and lubricating oil for cutting, cooling oil, reactor coolant, thermal power generation coolant, and the like.
In addition, the heat medium to which the carbon nanotubes in the present embodiment are added is, for example, for the purpose of improving the thermal conductivity as a heat source, for the purpose of improving the heat conductivity of the hot water supply or heat exchanger, the melt spinning of the textile industry, the temperature control of the twister, etc. Temperature control of synthetic resin industry rubber, paint, tar processing, etc., temperature control of plant during oil refining, temperature control of chemical reaction equipment for distillation, concentration, drying etc. in chemical industry etc. and asphalt of asphalt plant It can be applied to indirect heating.
また、上述の実施の形態においては、カーボンナノチューブを熱媒体に添加した場合について述べたが、熱性能の改善効果はこれに限られず、熱源からの熱を利用して蓄熱する蓄熱体に添加することができ、高伝導性や低粘度等の特性を有する高性能な蓄熱体を作り出すことができる。 Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the case where the carbon nanotube was added to the heat medium was described, the improvement effect of the thermal performance is not limited to this, and it is added to the heat storage body that stores heat using heat from the heat source. It is possible to create a high-performance heat storage body having characteristics such as high conductivity and low viscosity.
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施の形態を種々に組み合わせ、さらには上述の実施の形態に種々に変形を加えた形態とすることができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various combinations of the above-described embodiments are made and various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the invention. It can be made into the form.
本発明は、例えば、熱源からの熱を熱媒体に蓄熱し、この蓄熱を利用して水に熱を伝搬して、熱交換を行うことにより作り出された温水を公衆浴場や温水プール等の給湯対象に供給する給湯システムに適用することができる。 The present invention, for example, stores heat from a heat source in a heat medium, propagates heat to water using this heat storage, and performs heat exchange to supply hot water such as a public bath or a hot water pool. The present invention can be applied to a hot water supply system that supplies a target.
１・・・・給湯システム（熱交換システム）、２・・・・給湯対象、１１・・・・オイルバス、１２・・・・熱交換器、１３・・・・貯湯タンク、１４・・・・制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hot water supply system (heat exchange system) 2, ... Hot water supply object, 11 ... Oil bath, 12 ... Heat exchanger, 13 ... Hot water storage tank, 14 ... ·Control device
本発明は、熱媒体、熱交換システム、及び蓄熱体に関し、熱交換対象との間で熱交換を行うものに関する。 The present invention is a heat medium, the heat exchange system relates及 Beauty regenerator relates that performs heat exchange between the heat exchange object.
本発明は、以上の点を考慮したもので、添加剤の添加量が少なく、長期の形態安定性が高く、粘性が低く、さらに高温条件下での高い安定性を保持することができる熱媒体、熱交換システム及び蓄熱体を提供しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and is a heat medium that has a small amount of additive, has long-term shape stability, low viscosity, and can maintain high stability under high-temperature conditions. A body, a heat exchange system and a heat storage body.
上記の課題を解決するため請求項１の発明は、熱媒体に適用して、熱源からの熱を伝搬し、水との間の熱交換に供する熱媒体であって、鉱物油を主たる成分とし、カーボンナノチューブが添加される。さらにカーボンナノチューブが、カーボンナノチューブ懸濁液として添加され、カーボンナノチューブの熱媒体中の濃度は、０．３６±０．０２〔重量％〕に設定される。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 is a heat medium that is applied to a heat medium to propagate heat from a heat source and to provide heat exchange with water, and mineral oil is the main component. Carbon nanotubes are added. Further, carbon nanotubes are added as a carbon nanotube suspension, and the concentration of carbon nanotubes in the heat medium is set to 0.36 ± 0.02 [wt%].
また、請求項２の発明は、熱交換に供する熱を伝搬する熱媒体により熱交換対象を加熱し又は冷却する熱交換システムであって、請求項１に記載の熱媒体が用いられる。 The invention of claim 2 is a heat exchange system that heats or cools a heat exchange object using a heat medium that propagates heat for heat exchange, and the heat medium of claim 1 is used.
また、請求項３の発明は、蓄熱体に適用して、熱源からの熱を蓄え、水との間の熱交換に供する液状の蓄熱体であって、カーボンナノチューブが添加されている。さらにカーボンナノチューブが、カーボンナノチューブ懸濁液として添加され、カーボンナノチューブの熱媒体中の濃度は、０．３６±０．０２〔重量％〕に設定される。 The invention of claim 3 is a liquid heat storage body that is applied to a heat storage body, stores heat from a heat source , and is used for heat exchange with water , to which carbon nanotubes are added. Further, carbon nanotubes are added as a carbon nanotube suspension, and the concentration of carbon nanotubes in the heat medium is set to 0.36 ± 0.02 [wt%].
このように構成されるカーボンナノチューブの熱媒体への添加量は、熱媒体中のカーボンナノチューブの濃度が少なくとも、約０．３〔重量％〕程度以上とし、最適には、０．３６±０．０２〔重量％〕に調製したものが用いられる。なお、熱媒体へのカーボンナノチューブの添加量は、発明者の鋭意検討により見出されたものであり、添加の効果が発揮される約０．３〔重量％〕程度のカーボンナノチューブの熱媒体中の濃度が下限値となり、添加量等を考慮した上で高い性能を発揮する０．３６±０．０２〔重量％〕のカーボンナノチューブの熱媒体中の濃度が最適値となる。 The amount of carbon nanotubes thus configured added to the heat medium is such that the concentration of carbon nanotubes in the heat medium is at least about 0.3 [wt%] or more, and optimally 0.36 ± 0.00. What was prepared to 02 [weight%] is used. Note that the amount of carbon nanotubes added to the heat medium was found by earnest study by the inventors, and the effect of the addition is about 0.3% by weight in the heat medium of carbon nanotubes. concentration is the lower limit, the concentration in the heat medium of carbon nanotubes that amount added 0.36 ± 0.02 exhibit high performance in consideration of the [wt%] is the optimum value.
図３（ｃ）は、カーボンナノチューブを添加した熱媒体とカーボンファイバーを添加した熱媒体における各熱媒体の加熱時間における温度変化を示す図である。この図によれば、カーボンナノチューブ添加した熱媒体とカーボンファイバーを添加した熱媒体との温度上昇の違いが判明する。なおこの図３（ｃ）において、斜めに傾いた白抜きの四角形により示す特性は、カーボンナノチューブの添加による特性であり、斜めに傾いた黒塗りの四角形により示す特性は、カーボンファイバーの添加による特性である。 FIG.3 (c) is a figure which shows the temperature change in the heating time of each heat medium in the heat medium which added the carbon nanotube, and the heat medium which added the carbon fiber. This figure reveals the difference in temperature rise between the heat medium added with carbon nanotubes and the heat medium added with carbon fibers. In FIG. 3C, the characteristic indicated by the obliquely inclined white square is a characteristic due to the addition of the carbon nanotube, and the characteristic indicated by the obliquely inclined black square is the characteristic due to the addition of the carbon fiber. It is.
また、上述の実施の形態においては、熱媒体としてＪＯＭＯ社製のサーモゾール６８について述べたが、本発明はこれに限られず、種々の鉱物油系の熱媒体であれば良く、例えば、ＥＮＥＯＳ社製のハイサーム、ＩＤＥＭＩＴＳＵ社製のダフニーアルファサーモ、ＣＯＳＭＯ社製のコスモサーモ、ＳＨＥＬＬ社製のシェルサーミヤオイル等の鉱物油系の熱媒体を用いても良い。 Further, in the above-described embodiment, the thermosol 68 manufactured by JOMO was described as the heat medium. However, the present invention is not limited to this, and various mineral oil-based heat media may be used. Mineral oil-based heat medium such as Hitherm, Daphne Alpha Thermo manufactured by IDEMITSU, Cosmo Thermo manufactured by COSMO, Shell Thermya Oil manufactured by SHELL, or the like may be used .
Claims (6)
鉱物油を主たる成分とし、
カーボンナノチューブを添加したことを特徴とする熱媒体。 A heat medium that propagates heat from a heat source,
Mineral oil is the main ingredient,
A heat medium characterized by adding carbon nanotubes.
前記カーボンナノチューブの熱媒体中の濃度は、０．３重量％以上に設定されることを特徴とする請求項１記載の熱媒体。 The carbon nanotube is added as a carbon nanotube suspension,
The heat medium according to claim 1, wherein the concentration of the carbon nanotubes in the heat medium is set to 0.3% by weight or more.
前記カーボンナノチューブの熱媒体中の濃度は、０．３６±０．０２重量％に設定されることを特徴とする請求項１記載の熱媒体。 The carbon nanotube is added as a carbon nanotube suspension,
The heat medium according to claim 1, wherein the concentration of the carbon nanotubes in the heat medium is set to 0.36 ± 0.02 wt%.
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱媒体を用いることを特徴とする熱交換システム。 A heat exchange system that heats or cools a heat exchange object with a heat medium that propagates heat for heat exchange,
A heat exchange system using the heat medium according to any one of claims 1 to 3.
カーボンナノチューブを含有していることを特徴とする熱媒体用添加剤。 An additive for a heat medium that propagates heat from a heat source and is added to a heat medium whose main component is mineral oil,
An additive for a heat medium, comprising carbon nanotubes.
カーボンナノチューブが添加されていることを特徴とする蓄熱体。 A liquid heat storage body that stores heat from a heat source,
A heat storage body characterized in that carbon nanotubes are added.
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