JP2022092818A - 冷却用液体組成物 - Google Patents
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- C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
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Abstract
【課題】 熱伝達係数、引火点及び流動点の全てを高い水準でバランスよく有する冷却用液体組成物を提供すること。【解決手段】 質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であり、かつ、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上である炭化水素流体を含むことを特徴とする冷却用液体組成物。【選択図】 なし
Description
本発明は、冷却用液体組成物に関する。
近年、温室効果ガスである二酸化炭素を排出しない電気自動車が注目されている。このような電気自動車においては、現在、その電池としてリチウムイオン電池が利用されている。リチウムイオン電池は、その使用時や充電時に発熱するが、かかる発熱により電池自体の温度が高くなってしまうと劣化や故障につながる。そのため、電気自動車の分野等においては、使用時や充電時に電池を適正温度に保つために、電池を冷却用の液体を使用して強制的に冷却する方法が提案されている。このように、電気自動車の電池等を含む様々な機器（冷却対象物）を冷却するための方法として、冷却用の液体を使用する手法が提案されており、従来より、かかる手法に利用するための様々な冷却液等が提案されている。
例えば、特開２０１３－０４３９３３号公報（特許文献１）においては、１５℃の密度が０．８４ｇ／ｃｍ３以下、４０℃の動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以下、引火点が１９０℃以上、蒸発量が４．０ｍｇ以下、導電率が１０ｐＳ／ｍ以下である充放電器用冷却液が開示されている。また、特開２０１１－２０１９５３号公報（特許文献２）においては、１５℃の密度が０．８４ｇ／ｃｍ３以下、４０℃の動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以下、引火点が１９０℃以上、導電率が１０ｐＳ／ｍ以下である冷却液が開示されている。更に、国際公開第２０１１／０７７８３９号（特許文献３）においては、主鎖中の末端メチル基およびメチレン基の総数が１６以上であり、分子中のメチル分岐およびエチル分岐の総数が１以下である炭化水素化合物を３０質量％以上含有し、４０℃動粘度が４ｍｍ２／ｓ以上、３０ｍｍ２／ｓ以下である機器冷却用基油を配合してなる機器冷却油が開示されている。しかしながら、特許文献１～３に記載のような従来の冷却液は、冷却性能（高熱伝達係数であること）、安全性（高引火点であること）及び低温性能（低流動点であること）の全てを高い水準でバランスよく発揮させるといった点において必ずしも十分なものではなかった。なお、このような状況の下、特に電気自動車の分野においては、実用上、これらの全ての特性を高い水準でバランスよく有する冷却液の出現が望まれている。
本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、冷却性能、安全性及び低温性能の全てを高い水準でバランスよく有する冷却用液体組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であり、かつ、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上である炭化水素流体を含むものとすることにより、得られる冷却用液体組成物を冷却性能、安全性及び低温性能の全ての特性が高い水準でバランスよく有するものとすることができ、例えば、これを電気自動車の電池用の冷却液として利用する場合に、冷却性能、安全性及び低温性能の全ての特性を電気自動車の分野で要求される水準（要求特性）を満たすものとすることが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の冷却用液体組成物は、質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であり、かつ、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上である炭化水素流体を含むことを特徴とするものである。
また、前記本発明の冷却用液体組成物においては、前記炭化水素流体は、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して６０質量％以上のものであることが好ましい。
さらに、前記本発明の冷却用液体組成物においては、前記炭化水素流体の質量基準の平均炭素数が１４以上１６以下であることが好ましい。
本発明によれば、冷却性能、安全性及び低温性能の全てを高い水準でバランスよく有する冷却用液体組成物を提供することを目的が可能となる。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。なお、本明細書においては、特に断らない限り、数値Ｘ及びＹについて「Ｘ～Ｙ」という表記は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｙのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Ｘにも適用されるものとする。
本発明の冷却用液体組成物は、質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であり、かつ、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上である炭化水素流体を含むことを特徴とするものである。
なお、本明細書において「炭化水素流体」とは、炭素数の異なる炭化水素の混合物（組成物）からなる流体をいう。本明細書において、炭素数が特定の範囲（例えば１３以上１５以下）にある炭化水素の合計量の炭化水素流体全量に対する質量基準の割合（質量％）や、炭化水素流体の質量基準の平均炭素数はいずれも、ガスクロマトグラフィーにより求められる値を採用し、具体的には、下記の「ガスクロマトグラフィーによる炭化水素流体の分析法」に記載した方法を採用して求められる値を採用する。
（ガスクロマトグラフィーによる炭化水素流体の分析法）
測定対象物である炭化水素流体に対して、先ず、下記条件でガスクロマトグラフィーを行って炭化水素流体のガスクロマトグラムを求める。次に、同一条件でガスクロマトグラフィーを行って、基準物質としての直鎖状の飽和炭化水素（ノルマルパラフィン）の混合物のガスクロマトグラムを求める。そして、炭化水素流体のガスクロマトグラムと、基準物質としての直鎖状の飽和炭化水素の混合物のガスクロマトグラムとを対比して、測定対象物である炭化水素流体中に含まれる炭化水素の炭素数と、各炭素数の炭化水素ごとの質量基準の含有量（含有比率：面積％）の関係（以下、場合により単に「炭素数分布」と称する）を求める。次いで、このようにして求められる炭化水素流体中に含まれる各炭化水素の炭素数、各炭素数の炭化水素ごとの質量基準の含有量に基いて、炭素数が特定の範囲（例えば１３以上１５以下）にある炭化水素の合計量の炭化水素流体の全量に対する割合（質量基準の割合：質量％）が求められる。また、上述のようにして得られた炭素数分布から、炭化水素流体中の全ての炭化水素について、炭素数ごとに、炭素数と、その炭素数の炭化水素の質量基準の含有量の値（面積％）の積をそれぞれ求めた後、かかる積の総和から平均値を求めることにより（その総和を１００で割ることにより）、炭化水素流体の質量基準の平均炭素数が求められる。ただし、上記分析法では、炭素数が同じ炭化水素に関して、分岐鎖状、環状、飽和（直鎖状のものを除く）、及び、不飽和といった炭化水素の構造までは特定できない。そのため、本発明における炭化水素流体は、例えば、利用する炭化水素流体の種類に基いて、その流体中に含有される炭化水素の構造を認識してもよい。すなわち、本発明における炭化水素流体は、例えば、利用する炭化水素流体の種類に基いて、芳香族系の炭化水素を含まないものと認識してもよい。さらに、本発明における炭化水素流体は、例えば、利用する炭化水素流体の種類に基いて、分岐鎖状の飽和炭化水素及び／又は環状の飽和炭化水素からなるもの（なお、基準物質のピークから直鎖状の飽和炭化水素が含有されているものと判断できる場合には、分岐鎖状の飽和炭化水素及び／又は環状の飽和炭化水素と、直鎖状の飽和炭化水素とからなるもの）と認識してもよい。他方、上記分析法において、炭化水素流体中の直鎖状の飽和炭化水素の含有量は、前記基準物質のピークと一致する位置のピークの大きさに基いて測定することができる。
測定対象物である炭化水素流体に対して、先ず、下記条件でガスクロマトグラフィーを行って炭化水素流体のガスクロマトグラムを求める。次に、同一条件でガスクロマトグラフィーを行って、基準物質としての直鎖状の飽和炭化水素（ノルマルパラフィン）の混合物のガスクロマトグラムを求める。そして、炭化水素流体のガスクロマトグラムと、基準物質としての直鎖状の飽和炭化水素の混合物のガスクロマトグラムとを対比して、測定対象物である炭化水素流体中に含まれる炭化水素の炭素数と、各炭素数の炭化水素ごとの質量基準の含有量（含有比率：面積％）の関係（以下、場合により単に「炭素数分布」と称する）を求める。次いで、このようにして求められる炭化水素流体中に含まれる各炭化水素の炭素数、各炭素数の炭化水素ごとの質量基準の含有量に基いて、炭素数が特定の範囲（例えば１３以上１５以下）にある炭化水素の合計量の炭化水素流体の全量に対する割合（質量基準の割合：質量％）が求められる。また、上述のようにして得られた炭素数分布から、炭化水素流体中の全ての炭化水素について、炭素数ごとに、炭素数と、その炭素数の炭化水素の質量基準の含有量の値（面積％）の積をそれぞれ求めた後、かかる積の総和から平均値を求めることにより（その総和を１００で割ることにより）、炭化水素流体の質量基準の平均炭素数が求められる。ただし、上記分析法では、炭素数が同じ炭化水素に関して、分岐鎖状、環状、飽和（直鎖状のものを除く）、及び、不飽和といった炭化水素の構造までは特定できない。そのため、本発明における炭化水素流体は、例えば、利用する炭化水素流体の種類に基いて、その流体中に含有される炭化水素の構造を認識してもよい。すなわち、本発明における炭化水素流体は、例えば、利用する炭化水素流体の種類に基いて、芳香族系の炭化水素を含まないものと認識してもよい。さらに、本発明における炭化水素流体は、例えば、利用する炭化水素流体の種類に基いて、分岐鎖状の飽和炭化水素及び／又は環状の飽和炭化水素からなるもの（なお、基準物質のピークから直鎖状の飽和炭化水素が含有されているものと判断できる場合には、分岐鎖状の飽和炭化水素及び／又は環状の飽和炭化水素と、直鎖状の飽和炭化水素とからなるもの）と認識してもよい。他方、上記分析法において、炭化水素流体中の直鎖状の飽和炭化水素の含有量は、前記基準物質のピークと一致する位置のピークの大きさに基いて測定することができる。
＜ガスクロマトグラフィーの条件＞
測定装置 ：ＧＣ－２０１０（島津製作所社製）
カラム ：ウルトラアロイ－１ＨＴ（長さ：３０ｍｍ、内径：０．２５ｍｍ：フロンティアラボ社製）
キャリアガス：ヘリウム（１００ｋＰａ）
測定試料 ：炭化水素流体をそのまま利用（溶媒で希釈せずに利用）
試料注入量 ：０．２μＬ
検出器 ：水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）
検出器温度 ：３００℃
オーブン温度：４０℃で５分保持した後５℃／ｍｉｎの昇温速度で２８０℃まで昇温する。
測定装置 ：ＧＣ－２０１０（島津製作所社製）
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測定試料 ：炭化水素流体をそのまま利用（溶媒で希釈せずに利用）
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検出器 ：水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）
検出器温度 ：３００℃
オーブン温度：４０℃で５分保持した後５℃／ｍｉｎの昇温速度で２８０℃まで昇温する。
本発明にかかる炭化水素流体は、質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であるという条件（Ｉ）を満たす。質量基準の平均炭素数を１３以上とすることで、その値未満である場合と比較して、冷却用液体組成物の引火点をより高めることができる。他方、質量基準の平均炭素数を１６以下とすることで、その値を超えた場合と比較して、冷却用液体組成物の熱伝達係数をより高め、流動点をより低下させることが可能となり、冷却性能のより高い冷却用液体組成物を得ることが可能となる。なお、同様の観点でより高い効果が得られることから、炭化水素流体の質量基準の平均炭素数は１４以上１６以下（更に好ましくは１４．５以上１６以下）であることがより好ましい。
本発明にかかる炭化水素流体は、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上であるという条件（ＩＩ）を満たす。炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量を炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上とすることで、その値未満である場合と比較して、冷却用液体組成物の熱伝達係数、引火点、及び流動点をバランスよく向上させることができる。なお、同様の観点でより高い効果が得られることから、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量の炭化水素流体の全量に対する割合は、６０質量％以上（更に好ましくは７５質量％以上）であることがより好ましい。
前記炭化水素流体は、炭素数が１４以上１５以下の炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上（より好ましくは６０質量％以上、更に好ましくは７５質量％以上）のものであることが好ましい。炭素数が１４以上１５以下の炭化水素の合計量を前記下限値以上とすることで、熱伝達係数、引火点、及び流動点をさらにバランスよく向上させることが可能となる。
前記炭化水素流体は、炭素数が１２以下の炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して１０質量％以下（より好ましくは２質量％以下）のものであることが好ましい。炭素数が１２以下の炭化水素の合計量を前記上限値以下とすることで、引火点を更に向上させることが可能となる。
前記炭化水素流体は、炭素数が１６以上の炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して４４質量％以下（より好ましくは４０質量％以下）のものであることが好ましい。炭素数が１６以上の炭化水素の合計量を前記上限値以下とすることで、熱伝達係数を更に向上させつつ、流動点をより低下させることが可能となる。
さらに、本発明にかかる炭化水素流体は、芳香族系の炭化水素を実質的に含まないものであること（より好ましくは、芳香族系の炭化水素の含有量が炭化水素流体の全量に対して１質量％以下となっていること）が好ましい。炭化水素流体が芳香族系の炭化水素を実質的に含まないものである場合、かかる炭化水素流体がそもそも、炭素数の異なる炭化水素の混合物（組成物）からなる流体であるため、その炭化水素流体は、基本的に、直鎖状の炭化水素及び／又は分岐鎖状の炭化水素及び／又は環状の炭化水素からなるものとなる。これにより熱伝達係数をより向上させることが可能となる。
また、本発明にかかる炭化水素流体は、実質的に分岐鎖状の飽和炭化水素及び／又は環状の飽和炭化水素からなるものとすることが好ましい（分岐鎖状の飽和炭化水素及び環状の飽和炭化水素の含有量（総量）が炭化水素流体の全量に対して９０質量％以上（更に好ましくは９４質量％以上）であることがより好ましい）。分岐鎖状の飽和炭化水素及び環状の飽和炭化水素の含有量（総量）を前記下限値以上とすることで、流動点をより低下させることが可能となる。
前記炭化水素流体は、直鎖状の飽和炭化水素の含有量（総量）が、炭化水素流体の全量に対して１０質量％以下（更に好ましくは６質量％以下）であることがより好ましい。直鎖状の飽和炭化水素の含有量が前記上限以下である場合には、流動点をより低下させることが可能となる。また、前記炭化水素流体は、分岐鎖状の飽和炭化水素及び／又は環状の飽和炭化水素と、炭化水素流体の全量に対して１０質量％以下（更に好ましくは６質量％以下）の直鎖状の飽和炭化水素からなるものが好ましい。なお、本明細書において、直鎖状の飽和炭化水素の含有量（総量）としては、前述のガスクロマトグラフィーによる炭化水素流体の分析法により求められる値を採用する。
前記炭化水素流体は、１５℃における密度が０．７７～０．８６ｇ／ｃｍ３（より好ましくは０．７９～０．８４ｇ／ｃｍ３）であるものが好ましい。１５℃における密度が前記上限以下である場合には、前記上限を超えた場合と比較して、熱・酸化安定性がより向上し、他方、１５℃における密度が前記下限値以上である場合には、前記下限値未満である場合と比較して、熱伝達係数をより高めることが可能となる。なお、本明細書において「１５℃における密度」とは、ＪＩＳ Ｋ ２２４９－１－１９９５に準拠して測定された１５℃での密度を意味する。
前記炭化水素流体としては、引火点が９０℃以上（より好ましくは１００℃以上、更に好ましくは１１０℃以上）であるものが好ましい。引火点を前記下限値以上とすることで、その値未満の場合と比較して、冷却液として利用する際の安全性がより高いものとなる。なお、本明細書において「引火点」とは、ＪＩＳ Ｋ ２２６５－３：２００７（ペンスキーマルテンス密閉法（ＰＭ法））に準拠して測定される引火点を意味する。
前記炭化水素流体としては、流動点が－２５℃以下（より好ましくは－３０℃、更に好ましくは－４０℃以下）であることが好ましい。流動点が前記上限値以下である場合には、その値を超えた場合と比較して、冷却液として利用する際に低温での使用可能温度域をより広げることが可能となる。なお、本明細書において「流動点」とは、ＪＩＳ Ｋ ２２６９－１９８７に準拠して測定された流動点を意味する。
本発明にかかる炭化水素流体は、上述のような条件（Ｉ）及び（ＩＩ）を満たす炭化水素の混合物（組成物）からなるものとすればよく、その製造方法は特に制限されるものではない。
本発明の冷却用液体組成物は前記炭化水素流体を含むものであればよく、本発明の目的を阻害しない範囲において、前記炭化水素流体以外にも、その用途等に応じて冷却液の分野において利用されている公知の添加剤を適宜含有していてもよい。前記添加剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、電気自動車の電池の冷却液に利用する場合、酸化防止剤、金属不活性化剤、界面活性剤、防錆剤、消泡剤等を挙げることができる。
本発明の冷却用液体組成物において、前記炭化水素流体の含有量は特に制限されるものではないが、前記冷却用液体組成物の総量に対して９５質量％以上（より好ましくは９８質量％～１００質量％）であることが好ましい。前記炭化水素流体の含有量を前記下限値以上とすることで、その値未満である場合と比較して、冷却用液体組成物に、炭化水素流体が有する引火点や流動点等の特性をより反映させることが可能となる。なお、本発明の冷却用液体組成物は、その引火点が９０℃以上（より好ましくは１００℃以上、更に好ましくは１１０℃以上）で、かつ、その流動点が－２５℃以下（より好ましくは－３０℃、更に好ましくは－４０℃以下）であるものが好ましい。また、本発明の冷却用液体組成物は、前記炭化水素流体（炭化水素の組成物）のみからなるものとしてもよい。
本発明の冷却用液体組成物は、冷却性能、安全性及び低温性能の全てを高い水準でバランスよく有するものであるため、例えば、電気自動車の電池（バッテリー）、パワーコントロールユニット、モーター、オイルクーラー、トランスミッション等を冷却するための冷却液等として利用可能である。なお、本発明の冷却用液体組成物が有する熱伝達係数、引火点及び流動点の水準が、電気自動車の電池用の冷却液において要求される水準を満たすものとなることから（電気自動車の電池用の冷却液としての要求特性を満たすものとなることから）、本発明の冷却用液体組成物は電気自動車の電池用の冷却液に特に好適に利用できる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１～５及び比較例１～５）
表１に記載の組成を有する組成物をそれぞれ冷却用液体組成物とした（実施例１、実施例３～５及び比較例１～５においては炭化水素流体そのものを冷却用液体組成物とし、実施例２においては炭化水素流体と添加剤との混合物を冷却用液体組成物とした）。なお、表１記載の冷却用液体組成物の組成に関して、空欄部はその成分を含んでいないことを表す。更に、炭化水素流体に関して、各炭素数の炭化水素の含有量の単位の「ｉｎｍａｓｓ％」は炭化水素流体の全量に対する各炭素数の炭化水素の含有量（質量％）を表し、添加剤の含有量の単位の「ｍａｓｓ％」は冷却用液体組成物の全量（炭化水素流体と添加剤の合計量）に対する添加剤の含有量（質量％）を表す。なお、表１に記載の炭化水素流体中の炭化水素の炭素数、各炭素数の炭化水素の含有量（ｉｎｍａｓｓ％：質量％）、炭化水素流体の質量基準の平均炭素数、並びに、炭化水素流体の総量に対する炭素数１３以上１５以下の炭化水素の合計量の割合（ｉｎｍａｓｓ％：質量％）は、上述の「ガスクロマトグラフィーによる炭化水素流体の分析法」を採用して求めた値である。また、各実施例及び各比較例において用いた炭化水素流体は、利用した炭化水素流体の種類から、芳香族系の炭化水素を含まないものと認識される。さらに、各実施例及び各比較例において用いた炭化水素流体は、利用した炭化水素流体の種類、上記分析法による分析結果、並びに、上記分析法において炭素数が同じ炭化水素に関して分岐鎖状、環状、飽和（直鎖状のものを除く）及び不飽和といった構造までは特定できないこと、等から、主として、分岐鎖状の飽和炭化水素及び／又は環状の飽和炭化水素からなるものと認識される（なお、実施例１～５で利用した炭化水素流体はいずれも、上記分析法による分析により、直鎖状の飽和炭化水素の含有量は炭化水素流体の総量に対して６質量％以下となっていた）。
表１に記載の組成を有する組成物をそれぞれ冷却用液体組成物とした（実施例１、実施例３～５及び比較例１～５においては炭化水素流体そのものを冷却用液体組成物とし、実施例２においては炭化水素流体と添加剤との混合物を冷却用液体組成物とした）。なお、表１記載の冷却用液体組成物の組成に関して、空欄部はその成分を含んでいないことを表す。更に、炭化水素流体に関して、各炭素数の炭化水素の含有量の単位の「ｉｎｍａｓｓ％」は炭化水素流体の全量に対する各炭素数の炭化水素の含有量（質量％）を表し、添加剤の含有量の単位の「ｍａｓｓ％」は冷却用液体組成物の全量（炭化水素流体と添加剤の合計量）に対する添加剤の含有量（質量％）を表す。なお、表１に記載の炭化水素流体中の炭化水素の炭素数、各炭素数の炭化水素の含有量（ｉｎｍａｓｓ％：質量％）、炭化水素流体の質量基準の平均炭素数、並びに、炭化水素流体の総量に対する炭素数１３以上１５以下の炭化水素の合計量の割合（ｉｎｍａｓｓ％：質量％）は、上述の「ガスクロマトグラフィーによる炭化水素流体の分析法」を採用して求めた値である。また、各実施例及び各比較例において用いた炭化水素流体は、利用した炭化水素流体の種類から、芳香族系の炭化水素を含まないものと認識される。さらに、各実施例及び各比較例において用いた炭化水素流体は、利用した炭化水素流体の種類、上記分析法による分析結果、並びに、上記分析法において炭素数が同じ炭化水素に関して分岐鎖状、環状、飽和（直鎖状のものを除く）及び不飽和といった構造までは特定できないこと、等から、主として、分岐鎖状の飽和炭化水素及び／又は環状の飽和炭化水素からなるものと認識される（なお、実施例１～５で利用した炭化水素流体はいずれも、上記分析法による分析により、直鎖状の飽和炭化水素の含有量は炭化水素流体の総量に対して６質量％以下となっていた）。
［各実施例等で得られた冷却用液体組成物の特性の評価方法について］
＜引火点の測定＞
各冷却用液体組成物の引火点を、ＪＩＳ Ｋ ２２６５－３：２００７（ペンスキーマルテンス密閉法（ＰＭ法））に準拠して測定した。得られた結果を表１に示す。なお、引火点が９０℃以上である場合に、引火点が高い水準にあるものと判断する。
＜引火点の測定＞
各冷却用液体組成物の引火点を、ＪＩＳ Ｋ ２２６５－３：２００７（ペンスキーマルテンス密閉法（ＰＭ法））に準拠して測定した。得られた結果を表１に示す。なお、引火点が９０℃以上である場合に、引火点が高い水準にあるものと判断する。
＜流動点の測定＞
各冷却用液体組成物の流動点を、ＪＩＳ Ｋ ２２６９－１９８７に準拠して測定した。得られた結果を表１に示す。なお、流動点が－２５℃以下である場合に、流動点が高い水準にあるものと判断する。
各冷却用液体組成物の流動点を、ＪＩＳ Ｋ ２２６９－１９８７に準拠して測定した。得られた結果を表１に示す。なお、流動点が－２５℃以下である場合に、流動点が高い水準にあるものと判断する。
＜熱伝達係数の測定＞
図１に示す装置を利用し、以下のようにして、各冷却用液体組成物の熱伝達係数をそれぞれ測定した。なお、図１は、冷却用液体組成物の熱伝達係数の測定に用いた装置を模式的に示す断面図である。また、図１に示す装置は、基本的に、容積が４０Ｌのステンレス製の容器１０と；容器１０内に導入された冷却用液体組成物からなる試料１１と；容器１０内に導入された試料１１の温度を調整するために設置された試料温度調節用のヒーター１２と；容器１０およびヒーター１２の周囲を覆う断熱材１３と；容器１０内の試料温度を確認するための温度センサ１４と；容器１０に接続されたＵ字型のアルミ管２１と：かかるアルミ管２１を利用して形成されてなる熱交換部２０（点線で囲まれた領域Ａ内の複数の構成要素からなる部分：各構成要素に関しては後述する）と；熱交換部２０に試料１１を流入させるためにアルミ管２１に設置された渦流ポンプ３０と；渦流ポンプ３０から排出される試料１１（熱交換部２０に流入する前の試料１１）の圧力を測定するためのブルドン管圧力計３１Ａと；熱交換部２０を通過した後の試料の圧力を測定するためのブルドン管圧力計３１Ｂと；熱交換部２０を通過した後の試料１１の流量を測定するための容量流量計３２と；熱交換部２０の入口の位置の試料１１の温度を測定するための熱電対３３Ａと；熱交換部２０の出口の位置の試料１１の温度を測定するための熱電対３３Ｂと；を備える。なお、図１に示す装置において、点線で囲まれた領域Ａ内に存在する熱交換部２０は、アルミ管２１と；熱交換部２０内のアルミ管２１を覆うように設けられた６個の熱交換用のヒーター２２と；熱交換部２０内のアルミ管２１と熱交換用のヒーター２２とを覆う断熱材２３と；アルミ管２１の管壁の温度を測定するための６個の熱電対２４Ａ～２４Ｆと；を備える。なお、図１においてアルミ管２１内の矢印はアルミ管内の試料１１の流れの方向を概念的に示すものである。
図１に示す装置を利用し、以下のようにして、各冷却用液体組成物の熱伝達係数をそれぞれ測定した。なお、図１は、冷却用液体組成物の熱伝達係数の測定に用いた装置を模式的に示す断面図である。また、図１に示す装置は、基本的に、容積が４０Ｌのステンレス製の容器１０と；容器１０内に導入された冷却用液体組成物からなる試料１１と；容器１０内に導入された試料１１の温度を調整するために設置された試料温度調節用のヒーター１２と；容器１０およびヒーター１２の周囲を覆う断熱材１３と；容器１０内の試料温度を確認するための温度センサ１４と；容器１０に接続されたＵ字型のアルミ管２１と：かかるアルミ管２１を利用して形成されてなる熱交換部２０（点線で囲まれた領域Ａ内の複数の構成要素からなる部分：各構成要素に関しては後述する）と；熱交換部２０に試料１１を流入させるためにアルミ管２１に設置された渦流ポンプ３０と；渦流ポンプ３０から排出される試料１１（熱交換部２０に流入する前の試料１１）の圧力を測定するためのブルドン管圧力計３１Ａと；熱交換部２０を通過した後の試料の圧力を測定するためのブルドン管圧力計３１Ｂと；熱交換部２０を通過した後の試料１１の流量を測定するための容量流量計３２と；熱交換部２０の入口の位置の試料１１の温度を測定するための熱電対３３Ａと；熱交換部２０の出口の位置の試料１１の温度を測定するための熱電対３３Ｂと；を備える。なお、図１に示す装置において、点線で囲まれた領域Ａ内に存在する熱交換部２０は、アルミ管２１と；熱交換部２０内のアルミ管２１を覆うように設けられた６個の熱交換用のヒーター２２と；熱交換部２０内のアルミ管２１と熱交換用のヒーター２２とを覆う断熱材２３と；アルミ管２１の管壁の温度を測定するための６個の熱電対２４Ａ～２４Ｆと；を備える。なお、図１においてアルミ管２１内の矢印はアルミ管内の試料１１の流れの方向を概念的に示すものである。
ここにおいて、試料温度調節用のヒーター１２としては発熱量が１０００Ｗのヒーターを用い、熱交換用のヒーター２２としては発熱量が１１８０Ｗの管用のマントルヒーター（ヒーターの厚み：１ｍｍ）を６個用い、熱交換部２０内のアルミ管２１を均一に加熱できるように、熱交換部２０内のアルミ管２１の外壁の全体を覆うように配置させた。また、Ｕ字型のアルミ管２１は、内径が１０ｍｍで、かつ、管壁の厚みが１ｍｍのものを利用し、熱交換部２０におけるアルミ管２１の全長（熱交換部２０の入口から出口までの長さ）が４．８６ｍとなるようにして利用した。また、熱交換部２０において、アルミ管２１の管壁の温度を測定するための６個の熱電対２４Ａ～２４Ｆは、入口から０．４８ｍの地点から０．７８ｍごとに等間隔となるようにしながら、アルミ管２１の管壁に接するように設置した。また、渦流ポンプ３０としては、流量：０．０２ｍ３／ｍｉｎの条件で、熱交換部２０中のアルミ管２１内に試料１１を導入できるようなものを利用した。また、ブルドン管圧力計３１Ａは、熱交換部２０の入口近傍に配置して熱交換部２０に流入する試料１１の圧力を測定するために利用した。他方、ブルドン管圧力計３１Ｂは、熱交換部２０の出口近傍に配置して熱交換部２０から排出される試料１１の圧力を測定するために利用した。また、容量流量計３２は、熱交換部２０を通過後、容器に流入する試料１１の流量を確認するために利用した。
また、測定に際しては、図１に示す装置を用い、試料１１として冷却用液体組成物３６Ｌを容器１０内に投入した後、容器１０内の試料１１の温度が４０℃（一定）となるように、温度センサ１４で温度を確認しながら試料温度調節用のヒーター１２を運転させ、さらに、熱交換部２０に流量：０．０１ｍ３／ｍｉｎの条件で試料１１が流入するように渦流ポンプ３０を運転させた。また、熱交換部２０においては、６個の熱交換用のヒーター２２（発熱量：１１８０Ｗ）をデューティー比が０．２となるように周期的に運転させて、アルミ管２１の管壁を加熱した。このようなヒーター１２、ヒーター２２及び渦流ポンプ３０の運転を連続的に行って、定常状態とした後、熱交換部２０において、６個の熱電対２４Ａ～２４Ｆを利用して、６箇所においてアルミ管２１の管壁の温度を測定し、測定された温度の平均値を求めることにより、アルミ管２１の管壁温度（Ｔｈ：６箇所の平均値）を求めた。また、定常状態となった後に、熱電対３３Ａ及び熱電対３３Ｂを用いて、熱交換部２０の入口の位置の試料１１（熱交換部２０に流入する試料１１）の温度［試料入口温度（Ｔｉｎ）］と、熱交換部２０の出口の位置の試料１１（熱交換部２０から排出される試料１１）の温度［試料出口温度（Ｔｏｕｔ）］を測定し、その平均値を求めることにより、熱交換部２０内の試料温度（Ｔｃ）を求めた。なお、試料温度（Ｔｃ）を求めるための計算式は下記式：
Ｔｃ＝（Ｔｏｕｔ＋Ｔｉｎ）／２
の通りである。
Ｔｃ＝（Ｔｏｕｔ＋Ｔｉｎ）／２
の通りである。
なお、図１に示す装置において、熱交換部２０内において、試料１１と接するアルミ管の管壁表面の面積（熱交換面積（Ａ））は、熱交換部２０におけるアルミ管の全長が４．８６ｍであり、かつ、アルミ管の内径が０．０１ｍ（１０ｍｍ）であることから、０．１５３ｍ２であることが分かる。熱交換面積（Ａ）を求めるための計算式は下記式：
Ａ＝４．８６ｍ（全長）×０．０１ｍ（内径）×３．１４（円周率）＝０．１５３ｍ２
の通りである。さらに、熱交換部２０における熱交換量（Ｑ）は、発熱量が１１８０Ｗのヒーター２２を６個、デューティー比が０．２となるようにして用いていることから、１４１６Ｗであることが分かる。熱交換量（Ｑ）を求めるための計算式は下記式：
Ｑ＝１１８０Ｗ（熱量）×６（個数）×０．２（デューティー比）＝１４１６Ｗ
の通りである。
Ａ＝４．８６ｍ（全長）×０．０１ｍ（内径）×３．１４（円周率）＝０．１５３ｍ２
の通りである。さらに、熱交換部２０における熱交換量（Ｑ）は、発熱量が１１８０Ｗのヒーター２２を６個、デューティー比が０．２となるようにして用いていることから、１４１６Ｗであることが分かる。熱交換量（Ｑ）を求めるための計算式は下記式：
Ｑ＝１１８０Ｗ（熱量）×６（個数）×０．２（デューティー比）＝１４１６Ｗ
の通りである。
このようにして、各試料（冷却用液体組成物）ごとに、熱交換部２０の試料温度（Ｔｃ）及び熱交換部２０のアルミ管の管壁温度（Ｔｈ）の値を測定した後、熱交換部２０における熱交換量（Ｑ）の計算値及び熱交換部２０の熱交換面積（Ａ）の計算値を利用して、各冷却用液体組成物の熱伝達係数（単位：Ｗ／ｍ２・Ｋ）をそれぞれ求めた。なお、冷却用液体組成物の熱伝達係数（単位：Ｗ／ｍ２・Ｋ）の計算には、下記式（Ｉ）：
ｈ＝Ｑ／｛Ａ（Ｔｈ－Ｔｃ）｝ （Ｉ）
〔式（Ｉ）中、ｈは冷却用液体組成物の熱伝達係数であり、Ｔｃは前記試料温度（熱交換部２０内の測定値）であり、Ｔｈは前記管壁温度（熱交換部２０内の測定値）であり、Ｑは上記熱交換量（計算値：１４１６ｗ）であり、Ａは上記熱交換面積（計算値：０．１５３ｍ２）である。〕
を利用した。得られた結果を表１に示す。なお、熱伝達係数の値が大きな値になるほど、その冷却用液体組成物の冷却特性がより高いものであるといえる。かかる観点から、熱伝達係数の値が１１００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上である場合に熱伝達係数が高い水準にあるものと判断する。
ｈ＝Ｑ／｛Ａ（Ｔｈ－Ｔｃ）｝ （Ｉ）
〔式（Ｉ）中、ｈは冷却用液体組成物の熱伝達係数であり、Ｔｃは前記試料温度（熱交換部２０内の測定値）であり、Ｔｈは前記管壁温度（熱交換部２０内の測定値）であり、Ｑは上記熱交換量（計算値：１４１６ｗ）であり、Ａは上記熱交換面積（計算値：０．１５３ｍ２）である。〕
を利用した。得られた結果を表１に示す。なお、熱伝達係数の値が大きな値になるほど、その冷却用液体組成物の冷却特性がより高いものであるといえる。かかる観点から、熱伝達係数の値が１１００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上である場合に熱伝達係数が高い水準にあるものと判断する。
表１に示した結果から明らかなように、冷却用液体組成物に、質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であり、かつ、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上である炭化水素流体を用いた場合（実施例１～５）には、冷却用液体組成物が有する熱伝達係数、引火点及び流動点がいずれも高い水準のものとなり、冷却用液体組成物は、これらの特性を高水準でバランスよく有するものとなることが分かった。
これに対して、冷却用液体組成物に、質量基準の平均炭素数が１６を超えた値となるとともに、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％未満となっている炭化水素流体を用いた場合（比較例１）には、熱伝達係数及び流動点を共に十分な水準のもの（前述の判断基準において高い水準と判断できるもの）とすることができなかった。また、冷却用液体組成物に、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上だが、質量基準の平均炭素数が１３未満である炭化水素流体を用いた場合（比較例２）には、引火点を十分な水準のものとすることができなかった。また、冷却用液体組成物に、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上だが、質量基準の平均炭素数が１６を越えている炭化水素流体を用いた場合（比較例５）には、熱伝達係数及び流動点を共に十分な水準のものとすることができなかった。更に、冷却用液体組成物に、質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であるが、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％未満となっている炭化水素流体を用いた場合（比較例３及び４）には、引火点を十分な水準のものとすることができなかった。
このような結果から、質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であり、かつ、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上である炭化水素流体を含む本発明の冷却用液体組成物によって、熱伝達係数、引火点及び流動点の全ての特性を十分に高い水準のものとすることができ、これらの特性をバランスよく有するものとすることができることが確認された。
引火点が９０℃以上であり、流動点が－２５℃以下であり、かつ、熱伝達係数が１１００Ｗ／ｍ２・Ｋ以上となるような場合には、電気自動車の電池用の冷却用の液体として要求される特性（冷却性や安全性等）を満たすものとなると考えられる。また、炭化水素流体を冷却用液体組成物に利用して水を含有させなかった場合には、絶縁や防錆の対策を別途図る必要もなく、さらに電池がリチウムイオン電池である場合に、仮に電池が破損しても冷却用液体組成物がリチウムと反応する心配もない。そのため、炭化水素流体を利用する場合には、その冷却用液体組成物に電池を直接浸漬させて冷却するように利用することも可能となる。このような観点から、上記本発明の冷却用液体組成物は、特に、電気自動車の電池（バッテリー）用の冷却液として好適に利用できることが分かる。
以上説明したように、本発明によれば、冷却性能（高熱伝達係数であること）、安全性（高引火点であること）及び低温性能（低流動点であること）の全てを高い水準でバランスよく有する冷却用液体組成物を提供することが可能となる。したがって、本発明の冷却用液体組成物は、冷却用の液体により冷却する手法を採用する各種機器（例えば、ハイブリット車のモーターや電気自動車の電池等）に用いる冷却液等として特に有用である。
１０…容器、１１…試料、１２…試料温度調節用のヒーター、１３…断熱材、１４…温度センサ、２０…熱交換部、２１…アルミ管、２２…熱交換用のヒーター、２３…断熱材、２４Ａ～２４Ｆ…熱電対、３０…渦流ポンプ、３１Ａ及び３１Ｂ…ブルドン管圧力計、３２…容量流量計、３３Ａ及び３３Ｂ…熱電対。
Claims (3)
- 質量基準の平均炭素数が１３以上１６以下であり、かつ、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して５０質量％以上である炭化水素流体を含むことを特徴とする冷却用液体組成物。
- 前記炭化水素流体は、炭素数が１３以上１５以下である炭化水素の合計量が炭化水素流体の全量に対して６０質量％以上のものであることを特徴とする請求項１に記載の冷却用液体組成物。
- 前記炭化水素流体の質量基準の平均炭素数が１４以上１６以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却用液体組成物。
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