JPH0252401B2

JPH0252401B2 -

Info

Publication number: JPH0252401B2
Application number: JP29972186A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Chuda; Kazumi Sawada; Takeshi Tsushima
Original assignee: Shinryo Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Shinryo Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 1990-11-13
Also published as: JPS64701A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、水・親油性流体エマルシヨン、特に
エマルシヨンの転相現象を利用した定温度ヒータ
用あるいはスイツチ用に適した水・親油性流体エ
マルシヨンに関する。（従来の技術）発熱体の温度を一定に保つには、温度センサー
を利用して発熱体の動作をオン・オフすること、
あるいは温度に追随して発熱能力の変化する発熱
体を利用して自己制御させることが考えられる。
そして、その際に設定温度を変更するには、前者
の場合、オン・オフ操作の切り換え点を移動させ
ることにより行うことができるが、従来の電気ヒ
ータ等の制御系は制御対象、温度検出部、調節
部、操作部によつて構成されているため、厳密な
温度制御を行うには複雑な回路が必要となり、そ
の保守も含めて高価なものとなる欠点があつた。
一方、後者の場合には発熱体であるセラミツク半
導体ヒータなどの温度特性は一定であることから
使用目的に応じた設定温度の変更は実質上できな
い。（発明が解決しようとする問題点）そこで、本発明者らは、かかる従来の定温度ヒ
ータについて、次のような目標を設定した。１発熱部と制御部とが一体になつた例えば上述
のセラミツク半導体ヒータのように自己制御能
力を有すること。２任意にその設定温度を変更できること。３応答特性に優れ、精密な温度制御が何ら外部
の複雑な制御系を必要とすることなく可能であ
ること。（問題点を解決するための手段）そこで、かかる目標を達成すべく本発明者らは
種々検討を重ねたところ、非イオン系界面活性剤
を含むエマルシヨンの転相現象を利用することに
気付き、その可能性について検討を重ね、次のよ
うな知見を得た。すなわち、非イオン系界面活性剤をエマルシヨ
ンの乳化剤として用い、これに通電すると、常温
付近であればエマルシヨンはＯ／Ｗ型で導電性が
あり、通電によるジユール熱で昇温するが、ある
温度（転相温度）に達しＷ／Ｏ型に転相すると導
電性がなくなり、もはや通電しなくなる。したがつて、かかるエマルシヨン溶液内に電極
板を離間設置して通電すれば、そのエマルシヨン
がＯ／Ｗ型の間は、溶液自体電気低抗があるた
め、ジユール熱による発熱がみられ、昇温後、そ
の転相によつて不導体化することによりその発熱
を制御でき、結局、温度を一定に保つ定温度ヒー
タとしての機能を発揮するのである。このような転相現象による不導体化という特性
の不連続的変化は一種のスイツチ作用であつて、
そのようなエマルシヨンはスイツチ要素としての
機能をも発揮するのである。かくして、本発明の要旨とするところは、最も
広義には、水あるいは親水性流体と親油性流体の
エマルシヨンに水溶性の電解質と乳化剤を加えて
成る特定の温度で導電性を有するＯ／Ｗ型エマル
シヨンから非導電性Ｗ／Ｏ型エマルシヨンに転相
する転相現象を呈し、通電することにより転相温
度以下でヒータとして作動する水・親油性流体エ
マルシヨンである。また、別の面からは、本発明は、水あるいは親
水性流体と親油性流体のエマルシヨンに水溶性の
電解質と乳化剤を加えて成る、特定の温度で導電
性を有するＯ／Ｗ型エマルシヨンから非導電性
Ｗ／Ｏ型エマルシヨンに転相する転相現象により
転相温度でスイツチング作用を行う水・親油性流
体エマルシヨンである。本発明は、その具体的態様によれば、非イオン
系界面活性剤の乳化剤および電解質を添加した水
あるいは親水性流体と親油性流体のエマルシヨン
と、該エマルシヨン内に離間設置された電極対
と、該電極対に接続した電源系とから構成され、
前記エマルシヨンがＯ／Ｗ型であれば通電による
ジユール熱で昇温するが、転相温度に達して該エ
マルシヨンがＯ／Ｗ型に転相した後は不導体とな
り、通電しなくなり、もはや発熱はみられず、そ
のときの温度を一定に保つことのできる定温度ヒ
ータである。本発明は、そのさらに別の具体的態様によれ
ば、非イオン系界面活性剤の乳化剤および電解質
を添加した水あるいは親水性流体と親油性流体の
エマルシヨンと、該エマルシヨン内に離間設置さ
れた電極対とから構成され、前記エマルシヨンが
Ｏ／Ｗ型であれば通電するが、転相温度に達して
該エマルシヨンがＷ／Ｏ型に転相した後は不導体
となり、通電しなくなる、定温度スイツチであ
る。このようにエマルシヨンを収容し、電極を備え
た容器が発熱素子あるいは発熱体さらにはスイツ
チ素子として利用できるのである。その容器の形
態によつて円筒状、パネル状等任意の形状をとり
得るのである。ここに、エマルシヨンの乳化剤として用いられ
る非イオン系界面活性剤は、好ましくは酸化エチ
レン基を有するもので、(1)エーテル型としては、
アルキルおよびアルキルアリルポリオキシエチレ
ンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロ
ピルアルキルエーテル等が、(2)エーテルエステル
型としては、グリセリンエステルのポリオキシエ
チレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオ
キシエチレンエーテル等が、(3)エステル型として
は、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソ
ルビタンエステル等が、そして(4)含窒素型として
は、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオ
キシエチレン脂肪酸アミド等が例示される。このような非イオン系界面活性剤は、全重量に
対し、１〜40重量％、好ましくは、５〜20重量％
添加する。導電性を付与する電解質は、換言すれば水相の
電気抵抗を調節し、発熱量を制御するとともに転
相温度を変更するために添加するもので、NaC
、KC等のアルカリ金属塩、NaCO₃等の炭酸
塩、Na₂SO₄の硫酸塩等があり、その他酢酸ナト
リウム等の有機塩、イオン性界面活性剤等であつ
てもよい。しかし、電解質はエマルシヨンの一方
の相、つまり水相にのみ溶解するものでなければ
ならない。両者に溶解するものでは自己制御能が
なくなるからである。このような電解質の添加量は、一般には、Ｏ／
Ｗ型エマルシヨンで比抵抗が10〜10000Ωcm程度
となるようにすることが好ましい。本発明において使用する油は、本発明の性質上
電気絶縁性を呈するものであり、かつ水との混合
エマルシヨンを容易に形成するものであれば、特
に制限されないが、例えば、炭化水素油（例：ベ
ンゼン、シクロヘキサン、ノルマルヘプタン）、
油脂（例：脂肪酸のグリセリドを主成分とする動
植物油脂）、シクロパラフイン系鉱物油等が例示
される。油と水との混合比は特に制限されないが、Ｏ／
Ｗ型からＷ／Ｏ型への転相を容易にするには、
油：水の比は、５：１ないし１：５であり、ほぼ
１：１が好ましい。なお、本明細書においては説明の便宜上水また
は親水性流体として水を用いているが、他の親水
性流体を用いて親油性流体とのエマルシヨンを形
成してもよいことはもちろんである。（作用）次に、本発明をさらに添付図面を参照しながら
詳述する。第１図ａ，ｂおよびｃは、本発明において利用
するエマルシヨンの転相を模式的に示すそれぞれ
Ｏ／Ｗ型エマルシヨン、遷移状態のエマルシヨ
ン、そしてＷ／Ｏ型エマルシヨンの説明図であ
る。第１図ａに示すように、Ｏ／Ｗ型のエマルシヨ
ンの場合、白地で示す水の連続相の中に斜線領域
で示す油分が分散している。そして、その間にお
いて、で示す電解質が電離している。しか
し、一定温度の転相温度になると、第１図ｂに示
すように水と油とが互いに混ざり合つた遷移状態
になる。このときの液中の水相は油相でかなり区
切られているため電流が流れにくくなつている。
そして転相温度より高い温度になると第１図ｃに
示すようにＷ／Ｏ型エマルシヨンに転相し、油の
相がこれまでと逆転して連続相となり、全体的に
見ると電解質が水相に隔離、閉じ込められた状態
になり、導電性を失う。この現象を利用すること
により転相温度以上になると自動的に電流の流れ
なくなる温度スイツチを作ることができる。ま
た、ヒータとして見た場合、第１図ｂの状態でジ
ユール熱による発熱とヒータの放熱とがつりあつ
たところで一定に保たれるのである。このような現象は転相（phase inversion）と
いい、非イオン系界面活性剤を使用したエマルシ
ヨンに特有のものであり、非イオン界面活性剤が
加温されると水溶性から油溶性に転換するために
生じるのである。つまり、転相温度以下ではＯ／
Ｗ型、転相温度以上ではＷ／Ｏ型のエマルシヨン
が生成するのである。これは、非イオン系界面活
性剤に含まれる親水基と水分子との水素結合が高
温になると切断され、界面活性剤自身の親水性が
弱くなり、親油性を呈するようになるためであ
る。このときの転相温度は、そのエマルシヨンに特
有の値をとり、通常±１℃程度の範囲で常に一定
となる。その変更はエマルシヨン化する水と油と
の組合せの種類、混合比によつて行いうるばかり
でなく、電解質の種類、添加量、そして界面活性
剤の種類、量によつて変えることができる。つまり、界面活性剤および電解質の種類、添加
量を変えることによつて、定温度ヒータとしての
あるいは定温度スイツチとしての設定温度を任意
に変更できるのである。第２図は、本発明にかかる定温度ヒータの構造
の概略図であり、図中、発熱体を構成するヒータ
槽１０に収容されているのは、電解質含有エマル
シヨン１２であつて、これは乳化剤（非イオン界
面活性剤）を配合することによつてエマルシヨン
化したものである。図中、、で電解質を示
す。このエマルシヨンには炭素板電極１４，１４
が対向して設置されており、これら両電極の間に
外部電源１６から電流を流した場合、Ｏ／Ｗ型エ
マルシヨンであるかぎり、連続相である水相の有
する電気抵抗によつてジユール熱が発生し、ヒー
タとしての機能を発揮する。なお、前述のように、ヒータ槽１０は管状、パ
ネル状等、適宜形状をとる。例えば、第３図ａは、本発明の変更例である全
体が管状のヒータ槽２０を一部破壊して示す略式
斜視図であり、第３図ｂはその略式平面図であ
る。管体から構成されるヒータ槽２０は両端が閉じ
られ、内部に水・親油性流体エマルシヨン（図示
せず）が充填されており、内壁近傍には周縁に沿
つて複数の電極棒２４が立設されている。電極棒
２４は一端が封止栓２６内に埋設され、他端は適
宜外部電源（図示せず）に接続するため電気絶縁
体製の封止栓２８を貫通して設けられている。なお、上記ヒータ槽２０にはエマルシヨンの供
給および排出口（図示せず）を設け、これらを経
てエマルシヨンの組成等を変更して設定温度を変
えるようにしてもよい。第４図ａはさらに別の変更例を一部破壊して示
す斜視図であり、２重管壁の構造をもつたヒータ
槽３０はそれぞれ電極を構成する外壁３２、内壁
３４に囲まれた環状空間３６内に本発明にかかる
エマルシヨンが充填されている。環状空間３６は
電気絶縁性材料からなる封止栓３８，４０によつ
て両端が閉じられている。外壁３２、内壁３４を
経て内部に発生した熱が放出される。なお、以上の説明は定温度ヒータについてであ
るが、定温度スイツチに関しても同様であること
は当業者には容易に理解されよう。その他、本発明の具体例については多くの変更
例が考えられるが、それらは本発明の趣旨および
精神に反しない限りいずれも本発明の範囲内のも
のである。次に、本発明を実施例に関連させてさらに詳述
する。実施例転相本例では、転相がどのような温度で生じるかに
ついて予備実験を行つた。まず、水：シクロヘキ
サンの混合比が１：１の混合エマルシヨンを調整
した。乳化剤としてポリオキシエチレンアルキル
エーテルおよびアルキルアリルエーテル（または
高級アルコールエーテル）を主成分とするエマル
ゲン（花王（株）商品名）を５重量％添加した。このようにして調整した混合エマルシヨンに対
して100Vの電圧を印加して徐々に加熱し、Ｏ／
Ｗ型からＷ／Ｏ型に転相する温度を決定した。結果は第１表および第５図にグラフにまとめて
示す。なお、第１表における曇点とは、界面活性
剤のみを水に溶かしたときのデータである。電解質として添加するNaCの量を0.2重量％
から2.0重量％にまで変えるにしたがい転相温度
が約10℃変更された。また、界面活性剤に種類に
よつても15〜20℃の温度差が見られた。

【表】温度制御水：シクロヘキサンの混合比が１：１であり、
乳化剤としてエマルゲン709（花王（株）商品名）
５重量％、電解質としてNaC0.4重量％を添加
した混合エマルシヨンを調整した。このときの
Ｏ／Ｗ型エマルシヨンの比抵抗は135Ωcmであつ
た。第２図に示す装置を使用して、この混合エマル
シヨンに印加電圧100Vで通電を開始し、定温度
ヒータとしての自己温度制御特性を評価した。エマルシヨンの温度と消費電力との関係を求
め、第６図にグラフにまとめて示す。ほゞ55℃および58℃近傍で電流が流れなくな
り、１種のスイツチ作用が見られ温度の自己制御
が行われているのが分かる。同様にして、今度は、添加電解質の量を0.6重
量％に変えたほかは、上述の場合と同様にして時
間に対し電流、電圧そして温度の関係をみたとこ
ろ、第７図にグラフで示すような結果を得た。電流印加後、ほぼ10分間で一定温度に到達し、
電流値もその後は殆ど変わらなかつた。（発明の効果）以上詳述してきたように、本発明による混合エ
マルシヨンを定温度ヒータに利用すれば、従来の
多くの定温度ヒータが備えているような制御系に
おける検出部、調節部、操作部などの機構が不要
なため、構造も簡単となり、製造コストも低く抑
えることができる。さらに、定温度スイツチに適用した場合も含め
て、本発明によれば、応答性が非常に敏感で、外
部負荷による温度変化に素早く反応できる。しかも、乳化剤および電解質の種類や添加濃
度、さらにはエマルシヨンの温合比によつて設定
温度を幅広く任意に選択できる。そして、設定温
度に達した後の消費電力が少なく、省エネルギー
に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、第１図ｂおよび第１図ｃは、本発明
において利用するエマルシヨンの転相を模式的に
示す説明図；第２図は、本発明にかかる定温度ヒ
ータの構造の概略図；第３図ａおよび第３図ｂ
は、本発明の変更例を一部破壊して示すそれぞれ
略式斜視図および平面図；第４図ａおよび第４図
ｂは、本発明のさらに別の変更例を一部破壊して
示すそれぞれ略式斜視図および平面図；および第
５図ないし第７図は、本発明の実施例の実験結果
をまとめて示すグラフである。１０……ヒータ槽、１２……エマルシヨン、１
４……電極、１６……外部電源。

Claims

【特許請求の範囲】１水あるいは親水性流体と親油性流体とのエマ
ルシヨンに水溶性の電解質と乳化剤を加えて成る
特定の温度で導電性を有するＯ／Ｗ型エマルシヨ
ンから非導電性Ｗ／Ｏ型エマルシヨンに転相する
転相現象を呈し、通電することにより転相温度以
下でヒータとして作動する水・親油性流体エマル
シヨン。２前記乳化剤が非イオン性界面活性剤である特
許請求の範囲第１項記載の水・親油性流体エマル
シヨン。３前記親油性流体が炭化水素油あるいは油脂で
ある特許請求の範囲第１項または第２項記載の
水・親油性流体エマルシヨン。４水あるいは親水性流体と親油性流体とのエマ
ルシヨンに水溶性の電解質と乳化剤を加えて成
る、特定の温度で導電性を有するＯ／Ｗ型エマル
シヨンから非導電性Ｗ／Ｏ型エマルシヨンに転相
する転相現象により転相温度でスイツチング作用
を行う水・親油性流体エマルシヨン。５前記乳化剤が非イオン性界面活性剤である特
許請求の範囲第４項記載の水・親油性流体エマル
シヨン。６前記親油性流体が炭化水素油あるいは油脂で
ある特許請求の範囲第４項または第５項記載の
水・親油性流体エマルシヨン。