JP2002052332A

JP2002052332A - 氷水スラリー用分散剤

Info

Publication number: JP2002052332A
Application number: JP2000242028A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Usui; 洋基薄井; Hiroshi Suzuki; 洋鈴木; Osamu Okuma; 修大隈; Hitoshi Sugawara; 均菅原
Original assignee: Lion Corp; New Industry Research Organization NIRO; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Lion Corp; Japan Science and Technology Agency; New Industry Research Organization NIRO
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-02-19
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: JP4689802B2

Abstract

(57)【要約】【解決手段】下記（Ａ）〜（Ｄ）から選ばれる少なく
とも１種の界面活性剤を含むことを特徴とする氷水スラ
リー用分散剤。（Ａ）所定のアミノ酢酸型ベタイン系界面活性剤（Ｂ）オレイン酸塩を主成分とする界面活性剤（Ｃ）所定の脂肪族アミンのポリアルコキシレート（Ｄ）所定の脂肪族アミドのポリアルコキシレート【効果】本発明によれば、安定な微細な氷結晶粒子ス
ラリーを生成するために好適な氷水スラリー用分散剤が
得られ、ＤＲ効果をも有するので極めて効率がよく、よ
り低温まで冷却可能な潜熱輸送を応用した空調システム
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、安定かつ微細な氷
結晶粒子水スラリーを生成することができる氷水スラリ
ー用分散剤に関し、特に潜熱輸送を応用した空調システ
ムに好適に用いることができる氷水スラリー用分散剤に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
エコアイスと称される氷蓄熱空調システムが開発されつ
つある。このシステムは安価な夜間電力を利用して氷を
製造し、これを備蓄しておいて、昼間にこの氷を溶かし
た冷水を循環させて空調を行うものであるが、循環によ
り輸送される熱量は、水の顕熱のみであり輸送すべき水
の量が多くなってしまうという欠点があった。

【０００３】そこで、より効率的な手段として、添加剤
を用いて微小の氷結晶を生成し、これを安定に分散させ
た氷水スラリーを調製して直接輸送する方法が考えられ
つつある。この方法によれば、氷水の潜熱を直接輸送す
ることができるので、冷水輸送に比べてより低温まで冷
却可能となり、かつ更に効率的な潜熱輸送空調システム
が得られることが期待される。

【０００４】しかしながら、この方法に有効な添加剤に
ついての報告は、未だ非常に少なく、例えばシランカッ
プリング剤〔斉藤ら、日本機械学会論文集（Ｂ編）、６
５,４６３（１９９９）〕、ソルビタン系界面活性剤
〔秋谷ら、化学工学会講演要旨集、４９６（１９９
８）〕、アンチフローズプロテイン〔Ｇｒａｎｄｕｍ
ら、Ｊ．ＴｈｅｒｍｏｐｈｓｉｃｓａｎｄＨｅａｔ
Ｔｒａｎｓｆｅｒ、１１、４６１（１９９７）〕など
が僅かに提案されているにすぎず、未だ充分な性能を有
する添加剤は開発されていないのが現状である。

【０００５】一方、水を用いた熱輸送における輸送時の
ポンプ所要エネルギーの低下をもたらすことができる添
加剤についても検討されており、特殊な界面活性剤を水
に添加して棒状ミセルを形成することにより、水の輸送
時のポンプ所要エネルギーの低下をもたらすことができ
る方法が提案されている。

【０００６】しかしながら、上記方法で用いられている
添加剤は、ポンプ所要エネルギーの低下効果をもたらす
配管摩擦抵抗低減効果（以下、ＤＲ効果と略記する）は
有するものの、氷水スラリー用に要求される安定かつ微
細な氷結晶粒子スラリーを調製することは困難であり、
十分な効果を上げるには至っていない。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、安定かつ微細な氷結晶粒子水スラリーを生成するこ
とができると共に、ＤＲ効果をも兼ね備えた、極めて効
率が良く、より低温まで冷却可能な潜熱輸送空調システ
ムを得ることができる氷水スラリー用分散剤を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結
果、下記（Ａ）〜（Ｄ）から選ばれる少なくとも１種の
界面活性剤を含む氷水スラリー用分散剤が、安定かつ微
細な氷結晶粒子水スラリーを生成することができると共
に、ＤＲ効果をも兼ね備えており、極めて効率が良く、
より低温まで冷却可能な潜熱輸送空調システムを達成で
きることを見出し、本発明をなすに至った。

【０００９】（Ａ）下記一般式（１）で示されるアミノ
酢酸型ベタイン系界面活性剤

【化４】〔式中、Ｒ¹は炭素数８〜２２のアルキル基又はアルケ
ニル基、Ｒ²、Ｒ³は炭素数１〜５のアルキル基又は（Ａ
Ｏ）_nＨ基（但し、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキ
レン基を示し、ｎは１〜５の実数である。）を示す。〕（Ｂ）オレイン酸塩を主成分とする界面活性剤（Ｃ）下記一般式（２）で示される脂肪族アミンのポリ
アルコキシレート

【化５】（式中、Ｒ⁴は炭素数８〜２２のアルキル基又はアルケ
ニル基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基を示
し、ｐ，ｑはｐ≧１、ｑ≧１、ｐ＋ｑ＝２〜１００を満
たす実数である。）（Ｄ）下記一般式（３）で示される脂肪族アミドのポリ
アルコキシレート

【化６】（式中、Ｒ⁵は炭素数７〜２１のアルキル基又はアルケ
ニル基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基を示
し、ＡＯ及びｐ，ｑは上記と同じ意味である。）

【００１０】以下、本発明について更に詳しく説明する
と、本発明の氷水スラリー用分散剤は、下記（Ａ）〜
（Ｄ）から選ばれる少なくとも１種の界面活性剤を含む
ものである。

【００１１】（Ａ）下記一般式（１）で示されるアミノ
酢酸型ベタイン系界面活性剤

【化７】

【００１２】式（１）中、Ｒ¹は炭素数８〜２２、好ま
しくは１４〜２０のアルキル基又はアルケニル基であ
る。なお、Ｒ¹は植物性及び動物性の天然脂肪酸残基で
ある混合アルキル基、混合アルケニル基であっても構わ
ない。

【００１３】Ｒ²，Ｒ³は炭素数１〜５のアルキル基又は
（ＡＯ）_nＨ基（但し、ＡＯは炭素数２〜４のオキシア
ルキレン基を示し、ｎは１〜５の実数である。）を示
し、好ましくはメチル基、エチル基、ヒドロキシエチル
基である。

【００１４】このような（Ａ）のアミノ酢酸型ベタイン
系界面活性剤としては、具体的には、オクチルジメチル
アミノ酢酸ベタイン、ドデシルジメチルアミノ酢酸ベタ
イン、ミリスチルジメチルアミノ酢酸ベタイン、パルミ
チルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチル
アミノ酢酸ベタイン、オレイルジメチルアミノ酢酸ベタ
イン、ヤシアルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、牛脂
アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ミリスチルジヒ
ドロキシエチルアミノ酢酸ベタイン、パルミチルジヒド
ロキシエチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジヒドロ
キシエチルアミノ酢酸ベタイン、オレイルジヒドロキシ
エチルアミノ酢酸べタインなどが挙げられ、これらの１
種を単独で又は２種以上を組合せて用いることができ
る。これらの中でも、ミリスチルジメチルアミノ酢酸ベ
タイン、パルミチルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステ
アリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、オレイルジメチル
アミノ酢酸ベタインが好ましい。

【００１５】（Ｂ）オレイン酸塩を主成分とする界面活
性剤このオレイン酸塩を主成分とする界面活性剤としては、
オレイン酸のＮａ，Ｋ等のアルカリ金属塩、Ｍｇ，Ｃａ
等のアルカリ土類金属塩、アミン塩、アンモニウム塩等
のオレイン酸塩；オレイン酸を主成分とする植物性及び
動物性の天然脂肪酸（例えば牛脂脂肪酸、パーム油脂肪
酸等）のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アミン
塩、アンモニウム塩などが挙げられ、これらの中でも、
オレイン酸Ｎａ、牛脂脂肪酸Ｎａが好ましい。

【００１６】（Ｃ）下記一般式（２）で示される脂肪族
アミンのポリアルコキシレート

【化８】

【００１７】式（２）中、Ｒ⁴は炭素数８〜２２、好ま
しくは１２〜２０のアルキル基又はアルケニル基であ
る。なお、Ｒ⁴は植物性及び動物性の天然脂肪酸残基で
ある混合アルキル基、混合アルケニル基であっても構わ
ない。

【００１８】また、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキ
レン基、好ましくはオキシエチレン基を示し、ｐ，ｑは
ｐ≧１、ｑ≧１、ｐ＋ｑ＝２〜１００、好ましくは２〜
５０を満たす実数である。

【００１９】このような（Ｃ）の脂肪族アミンのポリア
ルコキシレートとしては、具体的には、ポリオキシエチ
レンオクチルアミン、ポリオキシエチレンドデシルアミ
ン、ポリオキシエチレンパルミチルアミン、ポリオキシ
エチレンステアリルアミン、ポリオキシエチレンオレイ
ルアミン、ポリオキシエチレンヤシアミン、ポリオキシ
エチレン牛脂アミン、ポリオキシエチレン硬化牛脂アミ
ンなどが挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上
を組合せて用いることができる。中でも、ポリオキシエ
チレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンヤシアミ
ン、ポリオキシエチレン牛脂アミン、ポリオキシエチレ
ン硬化牛脂アミンが好ましい。

【００２０】（Ｄ）下記一般式（３）で示される脂肪族
アミドのポリアルコキシレート

【化９】

【００２１】式（３）中、Ｒ⁵は炭素数７〜２１、好ま
しくは１１〜１９のアルキル基又はアルケニル基であ
る。なお、Ｒ⁵は植物性及び動物性の天然脂肪酸残基で
ある混合アルキル基、混合アルケニル基であっても構わ
ない。

【００２２】また、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキ
レン基、好ましくはオキシエチレン基を示し、ｐ，ｑは
ｐ≧１、ｑ≧１、ｐ＋ｑ＝２〜１００、好ましくは２〜
５０である。

【００２３】このような（Ｄ）の脂肪族アミドのポリア
ルコキシレートとしては、具体的には、ポリオキシエチ
レンオクチルアミド、ポリオキシエチレンドデシルアミ
ド、ポリオキシエチレンパルミチルアミド、ポリオキシ
エチレンステアリルアミド、ポリオキシエチレンオレイ
ルアミド、ポリオキシエチレンヤシアミド、ポリオキシ
エチレン牛脂アミド、ポリオキシエチレン硬化牛脂アミ
ドなどが挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上
を組合せて用いることができる。中でも、ポリオキシエ
チレンオレイルアミド、ポリオキシエチレンヤシアミ
ド、ポリオキシエチレン牛脂アミド、ポリオキシエチレ
ン硬化牛脂アミドが好ましい。

【００２４】上記（Ａ）〜（Ｄ）の界面活性剤は、いず
れも本発明の氷水スラリー用分散剤として極めて有効な
ものであるが、本発明においてはこれら界面活性剤を２
種以上組合わせたものも氷水スラリー用分散剤として好
適に用いることができる。この場合特に、（Ａ）の界面
活性剤と（Ｂ）の界面活性剤とを組合せたもの、（Ａ）
の界面活性剤と（Ｄ）の界面活性剤とを組合せたものな
どが著効を示し、好ましい。

【００２５】また、（Ａ）の界面活性剤と、下記（Ｅ）
の脂肪族第４級アンモニウム塩或いは（Ｂ）の界面活性
剤とを併用すると、優れた安定かつ微細な氷結晶粒子水
スラリーを生成することができると共に、ＤＲ効果も期
待できるので一層好ましい。

【００２６】（Ｅ）下記一般式（４）で示される脂肪族
第４級アンモニウム塩

【化１０】〔式中、Ｒ⁶は炭素数８〜２２のアルキル基又はアルケ
ニル基、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ⁹はいずれも炭素数１〜５のアル
キル基又は（ＡＯ）_sＨ基（但し、ＡＯは炭素数２〜４
のオキシアルキレン基を示し、ｓは１〜５の実数であ
る）であって、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ⁹のうちの少なくとも一つ
は（ＡＯ）_sＨ基である。Ｘ^-は対アニオンを示す。〕

【００２７】式（４）中、Ｒ⁶は炭素数８〜２２、好ま
しくは１２〜２０のアルキル基又はアルケニル基であ
る。なお、Ｒ⁶は植物性及び動物性の天然脂肪酸残基で
ある混合アルキル基、混合アルケニル基であっても構わ
ない。

【００２８】また、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキ
レン基、好ましくはオキシエチレン基を示し、ｓは１〜
５、好ましくは１〜２である。

【００２９】Ｘ^-は、無機又は有機アニオンを示し、例
えばハロゲンイオン、酢酸アニオン残基、メトサルフェ
ートアニオンなどである。

【００３０】このような（Ｅ）の脂肪族第４級アンモニ
ウム塩としては、具体的には、オクチルジメチルモノ
（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロライド、ドデシ
ルジメチルモノ（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロ
ライド、ステアリルジメチルモノ（ヒドロキシエチル）
アンモニウムクロライド、オレイルジメチルモノ（ヒド
ロキシエチル）アンモニウムクロライド、オクチルメチ
ルジ（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロライド、ド
デシルメチルジ（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロ
ライド、ステアリルメチルジ（ヒドロキシエチル）アン
モニウムクロライド、オレイルメチルジ（ヒドロキシエ
チル）アンモニウムクロライド、牛脂メチルジ（ヒドロ
キシエチル）アンモニウムクロライド、ステアリルトリ
（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロライド、オレイ
ルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロライドな
どが挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組
合せて用いることができる。中でも、ステアリルメチル
ジ（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロライド、オレ
イルメチルジ（ヒドロキシエチル）アンモニウムクロラ
イド、オレイルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウム
クロライドが好ましい。

【００３１】この場合、（Ａ）の界面活性剤と他の界面
活性剤（例えば（Ｂ）の界面活性剤、（Ｅ）の界面活性
剤など）との配合比率は、質量比で、（Ａ）の界面活性
剤：他の界面活性剤＝１：９〜９：１、好ましくは３：
７〜７：３である。

【００３２】なお、本発明においては、従来技術で述べ
た公知のソルビタン系界面活性剤であるｔｗｅｅｎ８０
を（Ｅ）の脂肪族第４級アンモニウム塩と併用したもの
も氷水スラリー用分散剤として優れた性能を有するもの
である。

【００３３】本発明の氷水スラリー用分散剤である
（Ａ）〜（Ｄ）の界面活性剤は、氷水スラリー全体に対
して合計量で好ましくは０．００１〜５質量％、より好
ましくは０．００３〜０．３質量％配合することが好ま
しい。界面活性剤が少なすぎるとは安定かつ微細な氷を
生成できなくなる場合がある。一方、多すぎると氷水に
不溶性となったり、発泡して好ましくない場合がある。

【００３４】次に、本発明の氷水スラリー用分散剤の使
用方法は、所定の濃度の本発明の界面活性剤水溶液を調
製し、これを徐々に水の氷点以下に冷却する。この際、
無攪拌でもよいが、ゆるやかに攪拌しつつ冷却すること
が好ましい。このように冷却していくと、全体が細かな
０．０１ｍｍ〜数ｍｍの微細な氷の結晶が生成してく
る。これに対し、本発明の界面活性剤を添加しない場合
は、結晶粒子が巨大化してくると共に、容器及び配管の
壁面にはりついて氷の結晶が成長するという不都合が生
じるが、本発明の界面活性剤水溶液は、このような不都
合が生じることがない。

【００３５】このようにして、氷の含有率（ＩＰＦ；氷
固体質量割合）が５〜５０質量％、好ましくは１０〜４
０質量％の０．０１ｍｍ〜数ｍｍの微細結晶の氷を安定
に保持した氷水スラリーを得ることができる。

【００３６】本発明の氷水スラリー用分散剤によれば、
微細な結晶の氷からなる氷水スラリーを調製することが
でき、潜熱輸送空調システムに適用して氷水スラリーを
直接輸送する場合において、配管等での詰まりを起こし
て、輸送不能になることがなく、また、微小の氷の結晶
であるため、伝熱効率にも優れているものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、安定かつ微細な氷結晶
粒子スラリーを生成することができると共に、ＤＲ効果
をも有する極めて効率が良く、より低温まで冷却可能な
潜熱輸送を応用した空調システムを得ることができる。

【００３８】

【実施例】以下、実施例と比較例とを示して本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるも
のではない。

【００３９】〔実施例１、比較例１〕氷水スラリーの
氷性状の評価１リットルビーカーに、表１に示した各種界面活性剤を
１０００ｐｐｍ溶解させた水５００ｍＬを添加し、クー
ルスターラー上でゆるく攪拌下、氷点まで冷却し、生成
する氷の性状を目視及び手で攪拌して下記評価基準で判
定した。結果を表１に示す。なお、比較として界面活性
剤を無添加の場合についても同様に判定した。

【００４０】<評価基準> ◎：氷のビーカー壁面への付着が全くなく、氷の結晶同
士の融合も全くなく、微細な氷が均一に分散している。 ○：氷のビーカー壁面への付着が殆どなく、氷の結晶同
士の融合も殆どなく、微細な氷がほぼ均一に分散してい
る。 △：氷のビーカー壁面への付着と氷の結晶同士の融合が
少し見られる。 ×：氷のビーカー壁面への付着が著しく、氷の結晶同士
が融合して氷の結晶が大きく成長している。

【００４１】

【表１】

【００４２】〔実施例２〕ＤＲ効果の評価氷水スラリーの氷の性状評価に用いた界面活性剤水溶液
の中、表１の試料Ｎｏ．１３，１５，１６について、室
温での見かけ粘度を、回転円筒粘度計（Ｒｈｅｏｍｅｔ
ｒｉｃＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＳＲ−５型）を用
いて測定したところ、いずれの試料も粘度上昇が認めら
れた。

【００４３】このように粘度上昇の認められる場合に
は、棒状ミセルの存在が予想され、これら界面活性剤に
はＤＲ効果が期待できるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者薄井洋基兵庫県神戸市中央区中山手通２−24 中山手合同宿舎112号 (72)発明者鈴木洋兵庫県神戸市北区ひよどり台３−６ひよどり台合同宿舎132号 (72)発明者大隈修兵庫県神戸市垂水区多聞台１丁目２−10 (72)発明者菅原均東京都墨田区本所１丁目３番７号ライオン株式会社内Ｆターム(参考） 4D077 AA07 AB20 AC05 DC27X DC27Y DC42Z DC48Y DC48Z DE06Y

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記（Ａ）〜（Ｄ）から選ばれる少なく
とも１種の界面活性剤を含むことを特徴とする氷水スラ
リー用分散剤。（Ａ）下記一般式（１）で示されるアミ
ノ酢酸型ベタイン系界面活性剤【化１】〔式中、Ｒ¹は炭素数８〜２２のアルキル基又はアルケ
ニル基、Ｒ²、Ｒ³は炭素数１〜５のアルキル基又は（Ａ
Ｏ）_nＨ基（但し、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキ
レン基を示し、ｎは１〜５の実数である。）を示す。〕（Ｂ）オレイン酸塩を主成分とする界面活性剤（Ｃ）下記一般式（２）で示される脂肪族アミンのポリ
アルコキシレート【化２】（式中、Ｒ⁴は炭素数８〜２２のアルキル基又はアルケ
ニル基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基を示
し、ｐ，ｑはｐ≧１、ｑ≧１、ｐ＋ｑ＝２〜１００を満
たす実数である。）（Ｄ）下記一般式（３）で示される脂肪族アミドのポリ
アルコキシレート【化３】（式中、Ｒ⁵は炭素数７〜２１のアルキル基又はアルケ
ニル基を示し、ＡＯ及びｐ，ｑは上記と同じ意味であ
る。）