JP6973057B2

JP6973057B2 - 熱輸送媒体および熱輸送システム

Info

Publication number: JP6973057B2
Application number: JP2017251706A
Authority: JP
Inventors: 暢川口; 卓金子
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP2019116569A

Description

本発明は、熱を輸送する熱輸送媒体および熱輸送システムに関する。

エネルギ変換システムを備える車両等においては、エネルギ変換の際に発生した熱を熱輸送媒体によって輸送し、系外に放出する熱輸送システムが設けられていることが多い。熱輸送媒体としてエチレングリコール水溶液が一般的に用いられているが、エチレングリコール水溶液は低温時に粘度が高くなり、放熱部や熱媒体配管等の体格の大型化や、熱媒体を流動させるための動力の増大を招く。

これに対し、特許文献１では、低粘度の熱輸送媒体として、ホルムアミドもしくはメチルホルムアミドと、防錆剤を含む水溶液が提案されている。特許文献１では、防錆剤として、ホウ酸、ホウ酸塩、ケイ酸、ケイ酸塩、リン酸、リン酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩、モリブデン酸塩、トリアゾール、ジアゾール、及びチアゾールが記載されている。

国際公開第２０１５／１５１８１８号

しかしながら、上記特許文献１で挙げられた防錆剤には、ホルムアミドと同時に用いた場合に防錆効果が得られないものが含まれている。

本発明は上記点に鑑み、ホルムアミドを含む熱輸送媒体において、防錆剤による防錆効果を適切に発揮させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、水と、ホルムアミドと、防錆剤とを含有し、熱を輸送する熱輸送媒体であって、防錆剤には、モリブデン酸塩およびセバシン酸塩の少なくともいずれかが含まれており、かつ、硝酸塩およびリン酸塩が含まれていないことを特徴としている。

本発明によれば、防錆剤をホルムアミドと同時に用いた場合に、鉄系金属に対して適切に防錆効果を発揮させることができる。

また、請求項２に記載の発明は、水と、ホルムアミドと、防錆剤とを含有し、熱を輸送する熱輸送媒体であって、防錆剤には、ベンゾトリアゾールが含まれており、かつ、チアゾール塩が含まれていないことを特徴としている。

本発明によれば、防錆剤をホルムアミドと同時に用いた場合に、銅系金属に対して適切に防錆効果を発揮させることができる。

本発明の実施形態に係る熱輸送システムを示す全体構成図である。鉄系金属に対する防錆効果を示す図表である。銅系金属に対する防錆効果を示す図表である。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は、本発明の熱輸送システムをエンジン（内燃機関）の冷却システムに適用したものである。

図１に示すように、本実施形態の熱輸送システムは、閉回路を構成する熱輸送媒体流路１００を流れる液体状の熱輸送媒体を介して、エンジン１０１の熱をラジエータ１０２へ輸送するように構成されている。本実施形態では、熱輸送媒体流路１００を構成する材料に、鉄を主成分とする鉄系金属および銅を主成分とする銅系金属の少なくともいずれかが含まれている。鉄系材料には、鉄および鉄合金が含まれており、銅系金属には銅および銅合金が含まれている。

エンジン１０１は、エネルギ変換により熱を発生するものである。また、ラジエータ１０２は、エンジン１０１の排熱と熱交換して高温となった熱輸送媒体を外気と熱交換させて冷却する熱交換器である。

熱輸送媒体流路１００には、熱輸送媒体流路１００に熱輸送媒体を循環させるポンプ１０３が設けられている。熱輸送媒体流路１００内の熱輸送媒体は、エンジン１０１の流出口からラジエータ１０２を経由してエンジン１０１の流入口に循環するようになっている。

次に、本実施形態に係る熱輸送システムで用いられる熱輸送媒体について説明する。本実施形態の熱輸送媒体は、溶媒としての水と、溶質と、防錆剤とを含んだ水溶液である。

溶質は、熱輸送媒体の凝固点を低下させるために用いられる。本実施形態では、溶質としてホルムアミドを用いている。ホルムアミド水溶液は、不凍液として一般的に用いられるエチレングリコール水溶液に比べて低粘度の液体である。

熱輸送媒体おけるホルムアミドの含有率は、３０〜７０ｗｔ％としている。ホルムアミドの濃度が３０ｗｔ％を下回ると、熱輸送媒体の凝固点を低下させる効果が低くなる。また、ホルムアミドの濃度が７０ｗｔ％を上回ると、熱輸送媒体の粘度が高くなり過ぎる。

防錆剤は、熱輸送媒体が流れる配管等を構成する金属の腐食を防ぐために用いられる。本実施形態の防錆剤は、鉄系金属および銅系金属に対する防錆効果を得ることができる。

本実施形態では、熱輸送媒体に複数種類の防錆剤が含まれている。本実施形態では、熱輸送媒体において、防錆剤１種類当たりの濃度を０．２ｗｔ％以上とし、複数種類の防錆剤の合計濃度を１０ｗｔ％以下としている。防錆剤１種類当たりの濃度が０．２ｗｔ％を下回ると、充分に防錆効果を発揮させることができない。充分な防錆効果を得るために、防錆剤１種類当たりの濃度は０．５ｗｔ％以上であることが望ましく、１．０ｗｔ％以上であることがより望ましい。また、防錆剤の合計濃度が１０ｗｔ％を上回ると、粘度が高くなりすぎる。

本実施形態の防錆剤には、モリブデン酸塩またはセバシン酸塩の少なくともいずれかが含まれており、かつ、硫酸塩、硝酸塩およびリン酸塩が含まれていない。モリブデン酸塩およびセバシン酸塩は、ホルムアミドと同時に用いた場合に、鉄系金属に対して高い防錆効果を発揮する。モリブデン酸塩およびセバシン酸塩には、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アミン塩、アンモニウム塩が含まれる。一方、硫酸塩、硝酸塩およびリン酸塩は、ホルムアミドと同時に用いた場合に、鉄系金属に対して防錆効果が低い、あるいは防錆効果がない。なお、亜硝酸塩も硝酸塩と同様に、鉄系金属に対して防錆効果が低い、あるいは防錆効果がないと考えられるので、防錆剤に亜硝酸塩が含まれていないことが望ましい。また、リン酸もリン酸塩と同様に、鉄系金属に対して防錆効果が低い、あるいは防錆効果がないと考えられるので、防錆剤にリン酸が含まれていないことが望ましい。

ここで、鉄系金属に対する防錆効果を図２を用いて説明する。図２は、ホルムアミド水溶液（濃度５０ｗｔ％）に、鉄系金属である磁性材料（ＦｅＬａＳｉ）と、鉄用の防錆剤として一般的に用いられる物質を投入して２５℃の恒温槽内に静置し、磁性材料の腐食の進行を観察した結果を示している。各物質の濃度は、０．５ｗｔ％、１．０ｗｔ％、２．０ｗｔ％とした。図２では、磁性材料の全体が腐食した場合を×、磁性材料の半分程度が腐食した場合を△、磁性材料の一部のみが腐食した場合を○としている。

図２に示すように、モリブデン酸ナトリウム（モリブデン酸塩）およびセバシン酸ナトリウム（セバシン酸塩）は、鉄系金属に対する高い防錆効果が得られた。特に、モリブデン酸ナトリウムは、いずれの濃度でも高い防錆効果が得られた。

これに対し、図２に示すように、硝酸ナトリウム（硝酸塩）、硝酸亜鉛（硝酸塩）、硫酸ナトリウム（硫酸塩）、硫酸亜鉛（硫酸塩）は、試験開始後１日で磁性材料の全面が腐食した。ポリリン酸ナトリウム（リン酸塩）は、数日間は腐食が見られなかったが、一週間後には磁性材料の全面が腐食した。

また、本実施形態の防錆剤には、ベンゾトリアゾールが含まれており、かつ、チアゾール塩が含まれていない。ベンゾトリアゾールは、ホルムアミドと同時に用いた場合に、銅系金属に対して高い防錆効果を発揮する。ベンゾトリアゾールには、１Ｈ−ベンゾトリアゾール、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、フェニル−１，２，３−トリアゾール、２−ナフトトリアゾール、４−ニトロベンゾトリアゾールが含まれている。一方、チアゾール塩は、ホルムアミドと同時に用いた場合に、銅系金属に対して防錆効果が低い、あるいは防錆効果がない。なお、チアゾールもチアゾール塩と同様に、鉄系金属に対して防錆効果が低い、あるいは防錆効果がないと考えられるので、防錆剤にチアゾールが含まれていないことが望ましい。

図３は、ホルムアミド水溶液（濃度５０ｗｔ％）に、銅系金属である黄銅と、銅用の防錆剤として一般的に用いられる物質を投入して５０℃の恒温槽内に静置し、黄銅の腐食の進行を観察した結果を示している。各物質の濃度は、１．０ｗｔ％、２．０ｗｔ％とした。図３では、黄銅の腐食が観察された場合を×、黄銅の腐食が観察されなかった場合を○としている。

図３に示すように、１Ｈ−ベンゾトリアゾールおよび５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾールは、銅系金属に対する高い防錆効果が得られた。一方、メルカプトベンゾチアゾールナトリウム（チアゾール塩）は、銅系金属に対する防錆効果が得られなかった。

以上説明した本実施形態では、熱輸送媒体の防錆剤は、ホルムアミドと同時に用いた場合に、鉄系金属に対して防錆効果が高いモリブデン酸塩およびセバシン酸塩の少なくともいずれかを含んでおり、かつ、鉄系金属に対して防錆効果が低い硫酸塩、硝酸塩およびリン酸塩を含んでいない。これにより、熱輸送媒体流路１００を構成する材料に鉄系金属が含まれている場合に、適切に防錆効果を発揮させることができる。

また、本実施形態では、熱輸送媒体の防錆剤は、ホルムアミドと同時に用いた場合に、銅系金属に対して防錆効果が高いベンゾトリアゾールを含んでおり、かつ、銅系金属に対して防錆効果が低いチアゾール塩を含んでいない。これにより、熱輸送媒体流路１００を構成する材料に銅系金属が含まれている場合に、適切に防錆効果を発揮させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、熱源としてエンジン１０１を採用した例について説明したが、熱源はこれに限定されない。例えば、熱源として、燃料電池、バッテリ、インバータ等を採用してもよい。

（２）上記実施形態では、モリブデン酸塩またはセバシン酸塩の少なくともいずれかと、ベンゾトリアゾールが含まれており、かつ、亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸、リン酸塩、チアゾール、チアゾール塩が含まれていない防錆剤について説明した。これに限らず、熱輸送媒体流路１００を構成する材料として、鉄系金属および銅系金属のいずれかが含まれている場合には、それぞれの金属に対応する防錆剤を選択して用いてもよい。

例えば、熱輸送媒体流路１００を構成する材料として鉄系金属が用いられている場合には、モリブデン酸塩またはセバシン酸塩の少なくともいずれかが含まれており、かつ、硫酸塩、硝酸塩およびリン酸塩が含まれていない防錆剤を用いることができる。また、熱輸送媒体流路１００を構成する材料として銅系金属が用いられている場合には、ベンゾトリアゾールが含まれており、かつ、チアゾール塩が含まれていない防錆剤を用いることができる。

１００熱輸送媒体流路
１０１エンジン（熱源）
１０２ラジエータ（放熱部）
１０３ポンプ

Claims

水と、ホルムアミドと、防錆剤とを含有し、熱を輸送する熱輸送媒体であって、
前記防錆剤には、モリブデン酸塩およびセバシン酸塩の少なくともいずれかが含まれており、かつ、硫酸塩、硝酸塩およびリン酸塩が含まれていない熱輸送媒体。
水と、ホルムアミドと、防錆剤とを含有し、熱を輸送する熱輸送媒体であって、
前記防錆剤には、ベンゾトリアゾールが含まれており、かつ、チアゾール塩が含まれていない熱輸送媒体。
前記防錆剤には、ベンゾトリアゾールが含まれており、かつ、チアゾール塩が含まれていない請求項１に記載の熱輸送媒体。
前記防錆剤の含有率は１種類当たり０．２ｗｔ％以上である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱輸送媒体。
前記防錆剤の含有率は１０ｗｔ％以下である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱輸送媒体。
前記ホルムアミドの含有率は３０〜７０ｗｔ％である請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱輸送媒体。
請求項１に記載の熱輸送媒体と、
前記熱輸送媒体が流れる熱輸送媒体流路（１００）とを備え、
前記熱輸送媒体流路を構成する材料には、鉄系金属が含まれている熱輸送システム。
請求項２に記載の熱輸送媒体と、
前記熱輸送媒体が流れる熱輸送媒体流路（１００）とを備え、
前記熱輸送媒体流路を構成する材料には、銅系金属が含まれている熱輸送システム。
請求項３に記載の熱輸送媒体と、
前記熱輸送媒体が流れる熱輸送媒体流路（１００）とを備え、
前記熱輸送媒体流路を構成する材料には、鉄系金属および銅系金属が含まれている熱輸送システム。