JP2013532202A - 熱交換媒体 - Google Patents

Abstract

本発明は、冷却媒体、例えば車両におけるエンジン冷却剤として、合成的に製造されたディーゼル油による水およびグリコールの混合物の置き換えに関する。合成ディーゼル油は環境にやさしく、広い温度範囲において使用可能であり、ラジエータシステムにおける腐食防止として機能し、水よりも良好に熱を輸送する。合成ディーゼル油は、少なくとも５０％の割合の非環状アルカンと、場合により５０％までのアルキル化単環アルカンと、１％以下の芳香族炭化水素と、１％以下の二環および多環アルカンとを含有する。

Description

本発明は、概して、別の媒体から熱（ｈｅａｔ）または冷熱（ｃｏｌｄ）を伝導するための熱交換媒体に関する。そのような熱交換媒体の一例は車両用のエンジン冷却液である。

今日の自動車エンジンは、エンジン燃料に関係なく、水によって冷却されている。水が低温で凍結しないようにするために、しばしばグリコールが添加される。グリコールはラジエータ構造に対して防食を提供する機能も有する。約５０％の水と約５０％のグリコールとの混合物では、該組成は一般に約−４０℃の凝固点と、１００℃をやや上回る沸点とを得る。従って、例えば暑い日に、前記冷却水が高温で沸騰し始める危険性がある。前記組成が６０％のグリコールおよび４０％の水に変更される場合には、凝固点は約−４５℃に下落する。しかしながら、グリコールの含有量がさらに高くなると、凝固点は再び上昇する。

グリコールの不都合は、それが有毒であるということであり、エチレングリコールの場合には死をもたらすことさえある。とりわけグリコールの含有量が低いか、またはグリコールの割合が６０％を超える場合には、グリコールを含有する冷却水が凍結する危険性もある。グリコールはまた経時的に分解し、その後その特性のうちの一部を喪失する。よってエンジン冷却剤は時々交換する必要がある。

従って、上記の不都合を克服し、例えば車両のエンジンを冷却するためのグリコール含有水に置き換わり得る代替冷却媒体を見つける必要がある。
また、各種システムにおける冷却のために、多くの異なるオイルを用いることも知られている。しかしながら、これらのオイルは例えば車両のエンジンの冷却に使用するためには適当ではない。エタノール−水混合物を用いた試験がこれまでにも行われたが、前記混合物は蒸発する傾向を有する。

エンジン冷却剤が低温で凍結するのを防止するために、第二次世界大戦中のドイツ軍がエンジン冷却剤としてディーゼル油（ｄｉｅｓｅｌ ｏｉｌ）を用いていたことが報告されている。しかしながら、前記ディーゼル油は、それが冷却システム内のガスケット等を破壊したという問題を呈し、また水分および汚れがディーゼル油に混入してディーゼル油を酸性にした結果として、前記システムにおける腐食に関する問題を引き起こした。

本発明の目的は、例えばエンジンの冷却用の水およびそのグリコールとの混合物に置き替わり得る冷却媒体のような熱交換媒体を見つけることにある。

これは請求項１に記載の冷却媒体によって達成される。好ましい実施形態は従属請求項において定義されている。前記目的はまた、請求項６に記載の合成ディーゼル油（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｄｉｅｓｅｌ）の使用および請求項９に記載の熱交換システムによって達成される。

本発明によれば、水およびグリコールは合成的に製造されたディーゼル油によって置き換えられる。用いられるディーゼル油は、多環アルカンおよび芳香族炭化水素を基本的に含むべきではない。従って、前記合成ディーゼル油は、少なくとも５０％の割合の非環状アルカンと、場合により５０％までのアルキル化単環アルカンと、１％以下の芳香族炭化水素と、１％以下の二環および多環アルカン（ｄｉ−ａｎｄ ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ ａｌｋａｎｅｓ）とを含有する組成を有する。すべての割合は重量百分率で与えられている。この合成ディーゼル油は、様々な車両、とりわけ鉱山内および倉庫内のような排気ガスを最小限にすることが重要である環境にて車両におけるディーゼルエンジン用のエンジン燃料として使用することが既に知られているようなものである。

本発明の実施形態によれば、前記合成ディーゼル油は少なくとも６５％の非環状アルカンを含有する。好ましくは、前記合成ディーゼル油は少なくとも７０％の非環状アルカンを含有する。前記ディーゼル油は消費されるわけではないため、アルキル化単環アルカンのようなエネルギーブースティング化合物（ｅｎｅｒｇｙ−ｂｏｏｓｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含有する必要はない。むしろ、そのような方法においてディーゼル油の可燃性をさらに低減するために、これらの割合を最小限にすることは有利である。従って、好ましい実施形態によれば、アルキル化単環アルカンの割合は、好ましくは２５％以下、より好ましくは１０％以下が好適である。

本発明のさらなる実施形態によれば、合成ディーゼル油は、多くとも０．５％の芳香族炭化水素および／または多くとも０．５％の多環アルカンを含有する。
前記合成ディーゼル油は発火し難い。しかしながら、前記合成ディーゼル油は冷却媒体のような熱交換媒体として用いられるので、必要に応じて、難燃剤（ｆｉｒｅ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ａｄｄｉｔｉｖｅ）を添加することが可能である。難燃剤の例はホウ酸およびホウ素塩である。

また、そのような方法において前記熱交換媒体と他の液体との識別を容易にするために、前記熱交換媒体に着色剤を添加することも可能である。例えば、熱交換媒体が車両用エンジン冷却剤である場合、前記媒体は、前記媒体を例えばフロントガラスのウォッシャー液、他の種類のエンジン冷却剤などと間違えないようにするために、これらの液体とは異なる色を与えられ得る。

本発明は、冷却媒体として水およびグリコールの混合物をクリーンな合成ディーゼル油によって置き換えることによって、グリコールが有毒であるという問題を克服することができるだけでなく、より広い温度範囲における冷却を可能にすることもできるという知見に基づいている。

例えば石油から生成された従来のディーゼル油は多くの異なる残留性物質を含有する。ディーゼル油を環境に対して有害にし、ディーゼル油が例えば海または湖における生態系全体を破壊する危険をもたらし得るのは、これらの残留性物質である。従来のディーゼル油が冷却媒体として機能することができるとしても、それらのディーゼル油はいくつかの理由のために直接適当ではない。まず第１に、従来のディーゼル油は環境に優しくなく、従って、環境危険性が増大する。さらに、従来のディーゼル油は、水および汚れが進入すると分解される危険性があり、それにより冷却システムにおいて腐食を引き起こすことがある。さらに、従来のディーゼル油は、健康上のリスクとなり得る揮発性炭化水素を含有する。更に、特定の場合において、従来のディーゼル油は、例えば車両の衝突の際に、発火する危険性があり得る。

従って、本発明によれば、ディーゼル油を環境に対して有害にし、引火しやすくなるリスクを負わせる不純物を本質的に含まない合成的に製造されたディーゼル油が用いられる。本発明の本質的な部分は、ディーゼル油が冷却媒体または他の種類の熱交換媒体として適するために、前記ディーゼル油は基本的にクリーンであるということである。

前記合成ディーゼル油は、水およびグリコールの混合物よりはるかに高い沸点、より正確には少なくとも２００℃超の沸点を有し、従って、グリコールを含む水よりはるかに高い温度で用いることができる。さらに、前記合成ディーゼル油の凝固点は約−４０℃であり、これにより前記合成ディーゼル油は極寒地域においても使用可能となる。従って、前記合成ディーゼル油は、水およびグリコールの混合物よりも広い温度範囲における使用を可能にする。例えば、前記合成ディーゼル油は、高温で、例えば非常に暑い日に太陽に晒されて、作動する車両においてエンジン冷却剤として非常に良好に機能する。

更に、前記合成ディーゼル油は、非常に発火し難く、従って、起こり得る衝突等の際に発火または爆発する危険を冒すことなく、車両内の冷却システムにおいて様々な水混合物に容易に置き換えることができる。

前記合成ディーゼル油はまた、例えば、エンジンおよび暖房システム内の冷却ダクトにおける腐食を低減する能力も有しており、冷却媒体を循環させなくてはならないポンプに対して潤滑効果を有する。これは、ひいては冷暖房システムの他の部品の耐用年数の延長をもたらす。

さらに、前記合成ディーゼル油は蒸発しないので、従来の冷却媒体に対するのと同様に、車両のラジエータのように、熱伝導システムにおいて補充される必要はない。前記合成ディーゼル油は、例えばグリコールとは異なり、環境または使用者に対して、有毒でもないし、別の意味で有害でもない。

更に、合成ディーゼル油は水よりも良好な熱伝導能力を有しており、これはより効率的な熱伝導システムを可能にする。
前記合成ディーゼル油は、フィッシャー−トロプシュ法のような従来のプロセスによってバイオマスまたはガスのいずれかから容易に製造することができる。また、前記合成ディーゼル油は石炭から製造され得ることも実現可能である。フィッシャー−トロプシュ法によって、芳香族炭化水素、ポリ芳香族炭化水素（ｐｏｌｙａｒｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ：ＰＡＨ）および硫黄を基本的に含まず、従って非常にクリーンな合成ディーゼル油を製造することが可能である。残留性物質の割合が非常に低いため、前記合成ディーゼル油はもはや有毒ではなく、生分解性でさえある。更に、合成ディーゼル油は非常に発火し難く、原則的に臭気がない。

前記合成ディーゼル油は、特に熱交換システムにおける熱交換媒体、すなわち熱または冷熱を他の媒体に伝導する媒体としての使用に適している。また、前記合成ディーゼル油は、冷却媒体として、とりわけ、今日、水およびグリコールの混合物を用いているシステムにおける代替品として適切である。適切な応用分野の特定の例は、自動車、船、トラクター、貨物自動車／トラック、バスなどのような車両におけるエンジン冷却剤である。

前記合成ディーゼル油のディーゼルエンジンの冷却システムにおける使用は、前記合成ディーゼル油が冷却システムに対して潤滑効果を有するので、特に有利である。さらに、エンジン燃料のラジエータシステム内への漏出の際における重大な損害の危険性が排除される。そのような危険性は、水およびグリコールが冷却媒体として用いられる場合には壊滅的な影響をもたらし得る。しかしながら、エンジン冷却剤として前記合成ディーゼル油を用いる場合には、エンジン冷却剤およびエンジン燃料は互いに適合するので、エンジン燃料のシステム内への漏出の際における損害の危険性がない。更に、前記エンジン冷却剤は潤滑システム内の他の媒体と適合するので、エンジンの潤滑システム内への前記エンジン冷却剤の漏出の可能性はいかなる損害の危険性も示さない。前記ディーゼル油は非常にクリーンであるので、冷却システム内のガスケットなどを腐食する危険もない。

本発明は主に車両内のエンジンの冷却に関して記載されているが、当然のことながら、本発明はこの用途に限定されない。今日、水冷式であるすべての型のエンジンにおける冷却媒体として本発明を用いることも可能である。本発明を住宅および企業における暖冷房システムにおける熱交換媒体として用いることも実現可能である。前記合成ディーゼル油は、ミリングカッタ、ドリル、回転旋盤などのような工具の冷却に冷却媒体として使用することも実現可能である。

Claims (9)

1. 少なくとも５０％の割合の非環状アルカンと、場合により５０％までのアルキル化単環アルカンと、１％以下の芳香族炭化水素と、１％以下の二環および多環アルカンとを含有する合成ディーゼル油から基本的になることを特徴とする冷却媒体。
2. 前記合成ディーゼル油は、少なくとも６５％の非環状アルカン、好ましくは７０％以上の非環状アルカンを含有することを特徴とする、請求項１に記載の冷却媒体。
3. 前記合成ディーゼル油は、多くとも０．５％の芳香族炭化水素を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の冷却媒体。
4. 前記合成ディーゼル油は、多くとも０．５％の多環アルカンを含有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却媒体。
5. 前記合成ディーゼル油は難燃剤も含有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷却媒体。
6. 少なくとも５０％の割合の非環状アルカンと、場合により５０％までのアルキル化単環アルカンと、１％以下の芳香族炭化水素と、１％以下の二環および多環アルカンとを含有する合成ディーゼル油の熱交換媒体としての使用。
7. 前記熱交換媒体は冷却媒体である、請求項６に記載の合成ディーゼル油の使用。
8. 車両におけるエンジン冷却剤としての請求項６および請求項７のいずれか１項に記載の合成ディーゼル油の使用。
9. 熱交換を意図した装置を備える熱交換システムであって、前記装置は熱交換用の液体媒体を収容するのに適合されており、
   熱交換用の前記媒体は、少なくとも５０％の割合の非環状アルカンと、場合により５０％までのアルキル化単環アルカンと、１％以下の芳香族炭化水素と、１％以下の二環および多環アルカンとを含有する合成ディーゼル油であることを特徴とする、熱交換システム。