液質調整剤、これを用いた液質調整装置および水冷システム
【課題】イオン交換樹脂を用いなくても、長期間に渡って液体の交換を不要にする液質調整剤を提供する。
【解決手段】反応セル（液質調整剤）８０は、反応物質１１と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲル８３と、前記反応物質１１及び前記刺激応答性ゲル８３を封入するカプセル１２と、液体の性質の変化に応答して前記反応物質を前記液体中の物質と反応させるために前記刺激応答性ゲル８３に設けられた開閉部８４と、を有する。一つの例として、液体のｐＨ値が一定の値よりも低くなったときに、刺激応答性ゲルは収縮してカプセル内で反応物質に到達する経路８５を形成する。
【解決手段】反応セル（液質調整剤）８０は、反応物質１１と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲル８３と、前記反応物質１１及び前記刺激応答性ゲル８３を封入するカプセル１２と、液体の性質の変化に応答して前記反応物質を前記液体中の物質と反応させるために前記刺激応答性ゲル８３に設けられた開閉部８４と、を有する。一つの例として、液体のｐＨ値が一定の値よりも低くなったときに、刺激応答性ゲルは収縮してカプセル内で反応物質に到達する経路８５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液質調整剤、これを用いた液質調整装置および水冷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
循環系によって温度調整された液体を循環させるシステムでは、銅の配管が用いられることが多い。たとえばコンピュータ水冷システムでは、温度調整した冷媒をクーリングプレートに流し、ＣＰＵを冷却している。クーリングプレートや配管に銅が使用されている場合、冷媒である水には銅の腐食防止剤であるＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）を溶解させている。ＢＴＡは銅の表面に皮膜を形成し、腐食を防止する。この皮膜は冷媒がアルカリ性のときに安定であるため、冷媒にはＢＴＡの他に、ｐＨを弱アルカリ性にするために水酸化カリウム等のｐＨ調整剤が少量溶解されている。なんらかの影響でｐＨが酸性を示すようになると銅は腐食しやすい状態となるため、冷媒は常に中性〜弱アルカリ性に保っておく必要がある。
【０００３】
ところで、冷却装置への注水時やカプラの挿抜時に配管内に混入した空気を抜くため、配管には複数の空気抜き弁が設置されている。これらの空気抜き弁から大気中の気体が冷媒へ溶解する。たとえば大気中には二酸化炭素が存在しており、水溶液中に溶解すると、炭酸水素イオンや炭酸イオンとなり、冷媒は酸性に傾く。これにより銅は腐食しやすい状態となる。
【０００４】
これらのイオンを除去するため、系内にイオン交換樹脂を設置する方法が一般に用いられている。しかし、イオンの除去と同時に、冷媒に必要なカリウムやＢＴＡまで吸着されてしまうという問題がある。これに対し、初期状態において冷媒に多量の水酸化カリウムを溶解させておけば、強アルカリとなるため酸性にはなりにくい。しかし、この場合は導電率が高くなるため、逆に腐食が促進されてしまう。したがって、ｐＨが低下した場合には、イオン交換樹脂でイオンを除去後に、必要な成分を再添加する必要がある。
【０００５】
イオン交換樹脂を用いない場合は、冷媒の交換頻度が高くなる。同様の問題は、自動販売機の温度調整機構など、一般に配管によって液体を供給する任意の液体循環システムに生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９２５１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、イオン交換樹脂を用いなくても、長期間に渡って溶媒の交換を不要にする液質調整剤、これを用いた液質調整装置及び水冷システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の側面では、液質調整剤は、反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルと、液体の性質の変化に応答して前記反応物質を前記液体中の物質と反応させるために前記刺激応答性ゲルに設けられた開閉部と、を有する。
【０００９】
別の側面では、上述の液質調整剤を用いた液質調整装置を提供する。この液質調整装置は、
調整すべき液体を導入する第１配管と、調整した液体を流出させる第２配管との間に接続される調整槽と、
前記調整槽内でフィルタによって隔てられて液質調整剤を収容する反応槽と、
を有し、前記液質調整剤は、反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルとを有し、前記刺激応答性ゲルは前記液体の性質の変化に応答して膨張又は収縮することによって、前記反応物質を前記液体中の物質と反応させる。
【００１０】
さらに別の側面では、上述した液質調整剤を用いた水冷システムを提供する。水冷システムは、１以上の被冷却体と、前記被冷却体を冷却するための冷媒を循環させる循環系とを有し、前記冷媒中に、当該冷媒の比重よりも小さい比重を有する液質調整剤が混入されており、前記液質調整剤は、前記冷媒中の物質と反応する反応物質と、前記反応物質を包含するｐＨ応答性ゲルと、前記反応物質及びｐＨ応答性ゲルとを封入するカプセルとを含み、前記ｐＨ応答性ゲルは、前記冷媒のｐＨ値が一定値よりも小さくなったときに前記カプセル内で前記反応物質に至る経路を形成し、前記反応物質と前記冷媒中の物質とを反応させる。
【発明の効果】
【００１１】
冷却システムにおける冷媒の交換頻度を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の反応セルの構成を示す模式図である。
【図２】本発明が適用されるコンピュータ水冷システムの概略構成図である。
【図３】第１実施形態の反応セルが用いられる沈殿槽の概略構成図である。
【図４】冷媒の性質の変化に応答する反応物質の放出を説明するための図である。
【図５】第１実施形態の反応セルを用いた冷媒と、従来のｐＨ調整剤が添加された冷媒の経時変化を比較するグラフである。
【図６】第１実施形態の液質調整装置の変形例を示す図である。
【図７】第１実施例の液質調整装置を水冷式コンピュータシステムに適用した例を示す図である。
【図８】第２実施形態の反応セルの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の液質調整剤である反応セル１０の構成を示す模式図である。図１において、反応セル１０は、反応物質１１と、反応物質１１を包含する刺激応答性ゲル１３と、反応物質１１及び刺激応答性ゲル１３を封入するカプセル１２と、液体の性質の変化に応答して反応物質１１を液体中の物質と反応させるために刺激応答性ゲル１３に設けられた開閉部１４とを有する。開閉部１４は、液体の性質の変化に応答して刺激応答性ゲル１３の状態が変化したときに開いて、反応物質１１を液体に接触させる。
【００１４】
刺激応答性ゲルとは、外部の刺激に応答して形状や物性を著しく変える高分子ゲルである。外部刺激として光照射、電場印加、温度変化など多様な刺激がある。形状や物性の変化としても、膨張と収縮との間の可逆変化、ゲルとゾルとの可逆変化など、多様な変化がある。実施例では、液体の性質の変化に応じて膨張又は伸縮する刺激応答性ゲルを用いる。
【００１５】
第１実施形態では特に、刺激応答性ゲル１３は、液体（溶媒）のｐＨ値（水素イオン指数）の低下に応答して膨張するｐＨ応答性ゲル１３を選択する。この場合、後述するように、ｐＨ応答性ゲル１３の膨張に応じてカプセル１２が破壊され開閉部１４が分断して、反応物質１１を液体中に放出する。
【００１６】
ｐＨ値の低下は液体の酸性化を意味する。液体が酸性化すると配管の腐食が進行する。これを防止するために、反応物質１１として、液体の性質を弱アルカリ性に保つ物質を選択する。液体を酸性化する物質には様々なものがあるので、反応性物質１１は、液体に溶け込む酸性化物質（ガス）の種類に応じて選択される。たとえば、二酸化炭素が水に溶け込む環境では、反応物質１１として水酸化カルシウムを用いる。この場合、水酸化カルシウムと炭酸が反応して、炭酸カルシウムが沈殿し、液体は中和される。
Ｃａ（ＯＨ）2＋Ｈ2ＣＯ3 → ＣａＣＯ3＋２Ｈ2Ｏ （１）
【００１７】
工場の運転や火山の近傍で酸化硫黄ガスが水に溶け込む環境の場合は、反応物質１１として水酸化バリウムを用いる。この場合、水酸化バリウムと硫酸が反応して、硫酸バリウムが沈殿し、液体は中和される。
Ｂａ（ＯＨ）2＋Ｈ2ＳＯ4 →ＢａＳＯ4＋２Ｈ2Ｏ （２）
【００１８】
水酸化カルシウムや水酸化バリウムを初期状態から多量に溶解させておくと、液体の導電率が上昇し、かえって腐食を促進することになる。そこで、液体のｐＨ値が低下したときにだけ反応物質１１が液体中に溶解し、炭酸イオンや硫酸イオンを沈殿させるのが望ましい。
【００１９】
これを実現するために、第１実施形態では、液体のｐＨ値の低下に応答して膨張する刺激応答性ゲル１３を用いる。ｐＨの低下に応答して膨張するゲル材料として、塩基性基を有する高分子化合物、たとえば、アミノ酸基、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、第４級アンモニウム基などを有するポリマーを用いることができる。具体例としては、ジアルキルアミノアルキルアクリレート（例えば、ジメチルアミノエチルアクリレート）を主モノマーとするポリアクリレート、ジアルキルアミノアルキルメタクリレート（例えば、ジメチルアミノエチルアクリレート）を主モノマーとするポリアクリレート、アルキルジアリルアミン（例えば、メチルジアリルアミン）を主モノマーとするポリアクリレート、ジアルキルアミノアルキルアクリルアミド（例えば、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）を主モノマーとするポリアクリレート、ジアルキルアミノアルキルメタクリルルアミド（例えば、ジメチルアミノプロピルメタクリルルアミド）を主モノマーとするポリアクリレート、などのポリマーが挙げられる。
【００２０】
カプセル１２は、イオン透過性のある浸透膜（例えば、ポリアミドやポリビニルアルコール等の浸透膜）や濾紙状の多孔質体でできている。反応セル１３の直径は、たとえば数ミクロン〜数百ミクロンであり、水冷コンピュータシステムや自動販売機の配管の腐食を防止するために、冷媒の中に混入される。反応セル１３のサイズはそれが用いられるシステムの設計に応じて選択され、たとえば、水冷システムのフィンの隙間を通過することのできる大きさである。
【００２１】
このような反応セル１０を作製する方法として、（１）モノマーを出発原料として重合体を製造し、重合体に、反応物質１１を分散させた液体を包含させることにより製造する方法と、（２）高分子化合物を出発原料として架橋反応により重合体を製造し、重合体に反応物質１１を分散させた液体を包含させることにより製造する方法が挙げられる。
【００２２】
反応物質１１を分散させた液体としては、水、水とアルコールの混合液などが挙げられる。水を用いる場合は、精製した水を用いることが好ましく、例えば蒸留水を用いるのが好ましい。
【００２３】
反応物質１１を分散させた液体を重合体に包含させる方法としては、特に限定はないが、重合を液体中で行い、重合と同時に重合体中に液体を包含させる方法、重合体を液体中に浸漬する方法、重合体を液体で洗浄する方法などが挙げられ、これらの中の複数の方法を組み合わせても良い。通常は、製造した重合体中に含まれる未反応モノマー（出発原料として用いたもの）や未反応高分子化合物を取り除くとともに、重合体中に液体を包含させるために、重合体を液体で洗浄する方法が好ましい。
【００２４】
高分子化合物を出発原料としてｐＨ応答性ゲルを製造する場合は、通常は放射線を照射して重合体を得る。放射線としては、電子線、γ線、Ｘ線、紫外線などが挙げられるが、なかでも電子線、紫外線が好ましい。放射線を部分的に照射すれば、ゲルを分割して重合することができるので、放射線の部分照射により、ｐＨ応答ゲル１３に開閉部１４を設けることができる。
【００２５】
カプセル１２は、界面重合法、コアセルベーション法、界面沈殿法、液中乾燥法などが挙げられる。界面重合法は界面における重合反応をマイクロカプセル化に利用する。反応物質１１を包含するｐＨ応答ゲル１３を材料溶液中に分散させたときに、ｐＨ応答ゲル１３の表面でカプセル材料となるものを重合反応させる。
【００２６】
図２は、図１の反応セル１０をコンピュータ水冷システム２０に適用した構成例を示す図である。コンピュータ水冷システムは、１以上のコンピュータ、冷却水循環装置２２、液質調整装置としての沈殿槽３０、及びこれらを接続する配管２４を含む。冷却水循環装置２２は、熱交換器やポンプにより構成され、配管２４を通じてコンピュータ２３へ冷却水（冷媒）を供給する。
【００２７】
図３は、液質調整装置としての沈殿槽３０の構成を示す概略図である。沈殿槽３０は、配管２４ａによって導入される冷媒３１の液質を調整するための調整槽３５を有する。調整槽３５の内部には、フィルタ（濾紙）３２を介して反応槽３３が設けられ、反応槽３３には反応セル１０が多数存在する。冷媒３１は、フィルタ３２を通って反応槽３３内の反応セル１０と接触する。反応セル１０は、冷媒３１のｐＨ値が一定値以上の場合は、冷媒３１に対して作用しない。冷媒３１のｐＨ値が一定値よりも低くなった場合に、内包する反応物質１１を冷媒３１中に放出して、冷媒のｐＨ値を所定のレベルに回復する。放出された反応物質１１と冷媒３１中の物質との化学反応によって沈殿物が生成されるが、この沈殿物はフィルタ３２の存在により反応槽３３内にとどまる。調整槽３５内で液質が回復された冷媒は、配管２４ｂから循環系に流れ出て、コンピュータ２３を冷却する。
【００２８】
図４は、ｐＨ値の変化に応じた反応セル１０の変化を説明するための図である。図４（Ａ）は、冷媒３１のｐＨ値が７以上である場合の反応セル１０の状態、図４（Ｂ）は、冷媒３１のｐＨ値が７より低くなった場合の反応セル１０の状態を示す。上述のように、第１実施形態では、ポリアミドやポリビニルアルコール等の浸透膜カプセル１２内に封入されたｐＨ応答性ゲル１３は、ｐＨが７より低くなると膨張するゲルである。反応物質１１としては、水酸化カルシウムを用いる。
【００２９】
図４（Ａ）に示すように、冷媒３１のｐＨが７以上のときはｐＨ応答性ゲル１３に変化はなく、開閉部１４は閉じている。ｐＨ応答性ゲル１３は冷媒を吸収しないため、反応セル１０内の反応物質はなんら系に作用しない。一方、冷媒３１の液質が酸性に傾いてｐＨが７より小さくなると、図４（Ｂ）に示すように、ｐＨ応答性ゲル１３が膨張し、カプセル１２を破壊する。ｐＨ応答ゲル１３は開閉部１４で分断され、反応物質（水酸化カルシウム）１１を冷媒３１中へ放出する。放出された反応物質１１は、冷媒３１中の炭酸イオンと反応して沈殿物を生成する（式（１）参照）。反応セル１０の破断及び冷媒中の物質との反応は、冷媒３１中の炭酸イオン濃度が低下してｐＨが７以上になるまで続く。反応槽３３はフィルタ（濾紙）３２を介しているため、破断後の反応セル１０や沈殿物が系内に流れ出ることはない。
【００３０】
図５（Ａ）は、第１実施形態の反応セル１０を用いた液質調整装置３０のｐＨ維持効果を示すグラフである。比較例として、図５（Ｂ）に、反応セル１０を用いない従来の冷却システムにおけるｐＨの経時変化を示す。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の双方の場合において、当初の液質が弱アルカリになるように少量のｐＨ調整剤（水酸化カリウム等）を添加して、ｐＨの初期値を９．０に設定してある。仮に水冷システムで冷媒のｐＨの運用範囲を６．５以上とした場合、図５（Ｂ）の例では、初期値９．０から徐々に低下し、６．５よりも低くなるＣ２の時点で冷媒の交換等の措置が必要である。Ｃ２の時期は配管の構造、弁の数等によって異なるが、半年から１年程度で交換が必要になる場合もある。
【００３１】
これに対して、第１実施形態の反応セル１０を用いた図５（Ａ）の場合は、初期値である９．０から徐々に低下し、ｐＨが７．０より低くなると、反応セル１０から反応物質１１が反応槽３３内に放出されて、ｐＨの自動調整が開始する。反応物質１１の放出は冷媒のｐＨが７．０以上に回復するまで続く。ｐＨが再び低下すると、反応物質１１の放出、ｐＨの回復、ｐＨの低下と繰り返す。この繰り返しは、反応セル１０が使用し尽くされるまで継続する。反応セルがすべて使用されると、冷媒のｐＨは徐々に低下する。ｐＨが６．５より小さくなると（グラフのＣ１の時点）、反応セル１０の交換や冷媒の交換等の処置を行う。Ｃ１の時点は、混入する反応セル１０の量、配管の構造、弁の数等によっても異なるが、図５（Ｂ）と同じサイズの沈殿槽、同じ配管構造を採用している場合に、冷媒の交換が５年以上の間不要になる。反応セル１０が十分に混入される場合は、製品の保証期間中は処置が不要になる。
【００３２】
図６は、第１実施形態の液質調整装置（沈殿槽）の変形例を示す図である。図６の例では、複数の沈殿槽４０−１、４０−２、４０−３を接続して液質調整装置４０を構成する。刺激応答性ゲル１３の反応が極端に敏感である場合や、反応槽３３でのイオンの拡散が速い場合、図３のような単槽構造だと、ｐＨが低下した際に一度に過剰の反応物質１１が反応セル１０から放出される可能性がある。これを解決するために、沈殿槽４０−ｎを複数接続する。冷媒３１のｐＨが低下すると、まず上流側の第１沈殿槽４０−１で反応が起こり、ｐＨが回復する。下流側の第２沈殿槽４０−２と第３沈殿槽４０−３には、ｐＨが回復した冷媒が流れるため、第２沈殿槽４０−２、第３沈殿槽４０−３では反応セル１０は反応しない。
【００３３】
第１沈殿槽４０−１の反応セル１０がすべて使用されると、第２沈殿槽４０−２で反応が開始する。第２沈殿槽４０−２の反応セル１０がすべて使用されると、第３沈殿槽４０−３で反応が始まる。このように、一度に過剰の反応物質１１が反応セル１０から放出されることを防止して、ｐＨ回復を分散して行うことにより、冷媒の交換頻度をさらに低減することができる。
【００３４】
図７は、図６の液質調整装置４０をコンピュータ水冷システムに適用した例を示す。図７では、沈殿槽４０−１〜４０−３を連続して接続するのではなく、コンピュータ２３のラックごとに配置する。特に大規模水冷システムでは、循環経路内でｐＨ値に分布が生じる可能性がある。沈殿槽４０−１〜４０−３を系内に分散して設置することにより、局所的にｐＨを回復することができる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態の反応セル８０を示す図である。第２実施形態では、刺激応答性ゲルとして、ｐＨの低下に応答して収縮するｐＨ応答性ゲル８３を採用する。反応セル８０は、水酸化カルシウム等の反応物質１１と、反応物質１１を包含するｐＨ応答性ゲル８３と、反応物質１１及びｐＨ応答性ゲル８３を封入するカプセル１２を有する。ｐＨ応答性ゲル８３は、環境の変化に応じて反応物質１１を外部環境と接触させるための開閉部８４を有する。開閉部８４は、ｐＨが７以上の場合は、図８（Ａ）に示すように閉じており、冷媒を内部へ通さない。一方、冷媒のｐＨが７未満になると、図８（Ｂ）に示すように、ｐＨ応答性ゲル８３の収縮にともなって開閉部８４に亀裂を生じさせ、液体導入用の経路（チャネル）８５を形成する。経路８５は反応物質１１に達し、これにより冷媒はカプセル１１から経路８５を通って反応物質１１に到達する。
【００３６】
カプセル１２はセルロース等の濾紙状の多孔質体であり、冷媒中に溶解する炭酸イオンもカプセル１２を通過して、反応物質１１に到達する。炭酸イオンはカプセル１２内で反応物質１１と反応して反応物資（炭酸カルシウム）を生成する。この反応物質は、カプセル１２を通過することができないので、カプセル１２内にとどまる。
【００３７】
ｐＨの低下に応答して収縮する刺激応答性ゲル（ｐＨ応答性ゲル）８３としては、酸性で可逆的に収縮するように、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基などの酸性基を有するポリマーが挙げられる。たとえば、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルホスホン酸、ビニルスルホン酸、２−メチル−２−（１−オキソ−２−プロペニル）アミノ−１−プロパンスルホン酸などを主モノマーとするポリマーである。
【００３８】
ｐＨ応答性ゲル８３を作製する際には、ｐＨ応答性ゲル８３の収縮によって反応物質１１に至る１以上の経路（チャネル）８５が形成されるように、１以上の部分に放射線の照射を行う。高分子化合物を出発原料としてｐＨ応答性ゲル８３を製造する場合、通常は電子線、γ線、Ｘ線、紫外線等の放射線を照射して重合体を得るが、このとき、１以上の箇所に部分的に放射線を照射することによって、開閉部８４を形成しておく。開閉部８４はｐＨが７以上のときは閉じており、反応セル８０は冷媒に対してなんら作用しない。冷媒のｐＨ値が７よりも低くなったときに、開閉部８４が開いて経路８５を形成する。ｐＨが７以上に回復すると、ｐＨ応答性ゲル８３は再び膨張するので、経路８５が閉じられる。これにより生成された炭酸カルシウムはカプセル１２の内部に閉じ込められる。
【００３９】
好ましくは、反応セル８０の比重は冷媒の比重以下であり、冷媒中に浮遊する。第２実施形態の場合、反応物質１１と冷媒中の物質との反応の結果生成される生成物（たとえば炭酸カルシウムや硫酸バリウム）は、カプセル１２内に閉じ込められたままなので、循環系の配管内に沈殿物を沈殿させることはない。したがって、図２のコンピュータ水冷システム２０において、沈殿槽３０を設けなくても、反応セル８０を冷媒に直接混入して、循環系により配管内を循環させることができる。反応セル８０を冷媒中に浮遊させて系内を循環させることにより、特に大規模冷却システムの循環系内でｐＨに分布が生じた場合でも、局所的にｐＨを回復することができる。
【００４０】
第１実施形態および第２実施形態では、冷媒中のｐＨ値の変化に応じて膨張、収縮する刺激応答性ゲルを用いて、液質調整剤および液質調整装置を構成した。本発明はこれに限定されず、たとえば、液体の導電率の変化に応じて反応物質を放出させる構成とすることも可能である。この場合は、刺激応答性ゲルとして、光照射または電場印可などの外部刺激により収縮または膨張する高分子化合物を使用する。沈殿槽に、液体の導電率が一定値以上に上昇したことを検知するセンサを設け、センサの出力をトリガとして光照射または電場印可を行う照射源または電場印可源を設置する。光照射または電場の印加により刺激応答性ゲルを膨張または収縮させて、反応物質を液体中の導電性イオンと反応させる。このような構成によっても、液体の液質を所望のレベルに維持することができる。
【００４１】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルと、液体の性質の変化に応答して前記反応物質を前記液体中の物質と反応させるために前記刺激応答性ゲルに設けられた開閉部と、を有することを特徴とする液質調整剤。
（付記２)
前記刺激応答性ゲルは、前記液体の性質の変化に応答して膨張または収縮することによって、前記開閉部を開放して前記反応物質を前記液体に接触させることを特徴とする付記１に記載の液質調整剤。
（付記３）
前記刺激応答性ゲルは、前記液体のｐＨ値が低下したときに収縮し、前記開閉部は、前記刺激応答性ゲルの収縮によって、前記カプセル内に前記反応物質に到達する経路を形成することを特徴とする付記２に記載の液質調整剤。
（付記４）
前記カプセルは多孔質体であり、前記液体中の物質を通過させることを特徴とする付記３に記載の液質調整剤。
（付記５）
前記刺激応答性ゲルは、前記反応物質と前記液体中の物質との反応によって前記ｐＨ値が回復した場合に膨張して、前記反応により生成された生成物を前記カプセル内に閉じ込めることを特徴とする付記４に記載の液質調整剤。
（付記６）
前記刺激応答性ゲルは、前記液体のｐＨが低下したときに膨張し、前記開閉部は、前記刺激応答性ゲルの膨張によって、前記カプセル及び前記刺激応答性ゲルを破断させることを特徴とする付記２に記載の液質調整剤。
（付記７）
前記反応物質は水酸化カルシウムであり、前記液体中に溶解する炭酸ガスと反応することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の液質調整剤。
（付記８）
前記反応物質は水酸化バリウムであり、前記液体中に溶解する酸化硫黄ガスと反応することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の液質調整剤。
（付記９）
前記液質調整剤の比重は、前記液体の比重よりも小さいことを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の液質調整剤。
（付記１０）
前記液質調整剤は、水冷システムの循環経路に使用されることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の液質調整剤。
（付記１１）
調整すべき液体を導入する第１配管と調整した液体を流出させる第２配管との間に接続される調整槽と、
前記調整槽内でフィルタによって隔てられて液質調整剤を収容する反応槽と、
を有する液質調整装置であって、
前記液質調整剤は、反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルとを有し、前記刺激応答性ゲルは前記液体の性質の変化に応答して膨張又は収縮することによって、前記反応物質を前記液体中の物質と反応させることを特徴とする液質調装置。
（付記１２）
前記調整槽は、複数の調整槽が接続されたものであり、各調整槽の前記反応槽内に、前記液質調整剤が収容されていることを特徴とする付記１２に記載の液質調整装置。
（付記１３）
１以上の被冷却体と、前記被冷却体を冷却するための冷媒を循環させる循環系とを有し、前記冷媒中に、当該冷媒の比重よりも小さい比重を有する液質調整剤が混入されており、前記液質調整剤は、前記冷媒中の物質と反応する反応物質と、前記反応物質を包含するｐＨ応答性ゲルと、前記反応物質及びｐＨ応答性ゲルとを封入するカプセルとを含み、前記ｐＨ応答性ゲルは、前記冷媒のｐＨ値が一定値よりも小さくなったときに前記カプセル内で前記反応物質に至る経路を形成し、前記反応物質と前記冷媒中の物質とを反応させることを特徴とする水冷システム。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
液体の液質の調整が求められるシステム、たとえばコンピュータ水冷システム、自動販売機の冷却システム等に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、８０ 反応セル（液質調整剤）
１１ 反応物質
１２ カプセル
１３、８３ ｐＨ応答性ゲル（刺激応答性ゲル）
１４、８４ 開閉部
８５ 経路（チャネル）
３０、４０、４０−１、４０−２、４０−３ 沈殿槽（液質調整装置）
３１ 冷媒
３２ フィルタ
３３ 反応槽
３５ 調整槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液質調整剤、これを用いた液質調整装置および水冷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
循環系によって温度調整された液体を循環させるシステムでは、銅の配管が用いられることが多い。たとえばコンピュータ水冷システムでは、温度調整した冷媒をクーリングプレートに流し、ＣＰＵを冷却している。クーリングプレートや配管に銅が使用されている場合、冷媒である水には銅の腐食防止剤であるＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）を溶解させている。ＢＴＡは銅の表面に皮膜を形成し、腐食を防止する。この皮膜は冷媒がアルカリ性のときに安定であるため、冷媒にはＢＴＡの他に、ｐＨを弱アルカリ性にするために水酸化カリウム等のｐＨ調整剤が少量溶解されている。なんらかの影響でｐＨが酸性を示すようになると銅は腐食しやすい状態となるため、冷媒は常に中性〜弱アルカリ性に保っておく必要がある。
【０００３】
ところで、冷却装置への注水時やカプラの挿抜時に配管内に混入した空気を抜くため、配管には複数の空気抜き弁が設置されている。これらの空気抜き弁から大気中の気体が冷媒へ溶解する。たとえば大気中には二酸化炭素が存在しており、水溶液中に溶解すると、炭酸水素イオンや炭酸イオンとなり、冷媒は酸性に傾く。これにより銅は腐食しやすい状態となる。
【０００４】
これらのイオンを除去するため、系内にイオン交換樹脂を設置する方法が一般に用いられている。しかし、イオンの除去と同時に、冷媒に必要なカリウムやＢＴＡまで吸着されてしまうという問題がある。これに対し、初期状態において冷媒に多量の水酸化カリウムを溶解させておけば、強アルカリとなるため酸性にはなりにくい。しかし、この場合は導電率が高くなるため、逆に腐食が促進されてしまう。したがって、ｐＨが低下した場合には、イオン交換樹脂でイオンを除去後に、必要な成分を再添加する必要がある。
【０００５】
イオン交換樹脂を用いない場合は、冷媒の交換頻度が高くなる。同様の問題は、自動販売機の温度調整機構など、一般に配管によって液体を供給する任意の液体循環システムに生じ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９２５１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、イオン交換樹脂を用いなくても、長期間に渡って溶媒の交換を不要にする液質調整剤、これを用いた液質調整装置及び水冷システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の側面では、液質調整剤は、反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルと、液体の性質の変化に応答して前記反応物質を前記液体中の物質と反応させるために前記刺激応答性ゲルに設けられた開閉部と、を有する。
【０００９】
別の側面では、上述の液質調整剤を用いた液質調整装置を提供する。この液質調整装置は、
調整すべき液体を導入する第１配管と、調整した液体を流出させる第２配管との間に接続される調整槽と、
前記調整槽内でフィルタによって隔てられて液質調整剤を収容する反応槽と、
を有し、前記液質調整剤は、反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルとを有し、前記刺激応答性ゲルは前記液体の性質の変化に応答して膨張又は収縮することによって、前記反応物質を前記液体中の物質と反応させる。
【００１０】
さらに別の側面では、上述した液質調整剤を用いた水冷システムを提供する。水冷システムは、１以上の被冷却体と、前記被冷却体を冷却するための冷媒を循環させる循環系とを有し、前記冷媒中に、当該冷媒の比重よりも小さい比重を有する液質調整剤が混入されており、前記液質調整剤は、前記冷媒中の物質と反応する反応物質と、前記反応物質を包含するｐＨ応答性ゲルと、前記反応物質及びｐＨ応答性ゲルとを封入するカプセルとを含み、前記ｐＨ応答性ゲルは、前記冷媒のｐＨ値が一定値よりも小さくなったときに前記カプセル内で前記反応物質に至る経路を形成し、前記反応物質と前記冷媒中の物質とを反応させる。
【発明の効果】
【００１１】
冷却システムにおける冷媒の交換頻度を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の反応セルの構成を示す模式図である。
【図２】本発明が適用されるコンピュータ水冷システムの概略構成図である。
【図３】第１実施形態の反応セルが用いられる沈殿槽の概略構成図である。
【図４】冷媒の性質の変化に応答する反応物質の放出を説明するための図である。
【図５】第１実施形態の反応セルを用いた冷媒と、従来のｐＨ調整剤が添加された冷媒の経時変化を比較するグラフである。
【図６】第１実施形態の液質調整装置の変形例を示す図である。
【図７】第１実施例の液質調整装置を水冷式コンピュータシステムに適用した例を示す図である。
【図８】第２実施形態の反応セルの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の液質調整剤である反応セル１０の構成を示す模式図である。図１において、反応セル１０は、反応物質１１と、反応物質１１を包含する刺激応答性ゲル１３と、反応物質１１及び刺激応答性ゲル１３を封入するカプセル１２と、液体の性質の変化に応答して反応物質１１を液体中の物質と反応させるために刺激応答性ゲル１３に設けられた開閉部１４とを有する。開閉部１４は、液体の性質の変化に応答して刺激応答性ゲル１３の状態が変化したときに開いて、反応物質１１を液体に接触させる。
【００１４】
刺激応答性ゲルとは、外部の刺激に応答して形状や物性を著しく変える高分子ゲルである。外部刺激として光照射、電場印加、温度変化など多様な刺激がある。形状や物性の変化としても、膨張と収縮との間の可逆変化、ゲルとゾルとの可逆変化など、多様な変化がある。実施例では、液体の性質の変化に応じて膨張又は伸縮する刺激応答性ゲルを用いる。
【００１５】
第１実施形態では特に、刺激応答性ゲル１３は、液体（溶媒）のｐＨ値（水素イオン指数）の低下に応答して膨張するｐＨ応答性ゲル１３を選択する。この場合、後述するように、ｐＨ応答性ゲル１３の膨張に応じてカプセル１２が破壊され開閉部１４が分断して、反応物質１１を液体中に放出する。
【００１６】
ｐＨ値の低下は液体の酸性化を意味する。液体が酸性化すると配管の腐食が進行する。これを防止するために、反応物質１１として、液体の性質を弱アルカリ性に保つ物質を選択する。液体を酸性化する物質には様々なものがあるので、反応性物質１１は、液体に溶け込む酸性化物質（ガス）の種類に応じて選択される。たとえば、二酸化炭素が水に溶け込む環境では、反応物質１１として水酸化カルシウムを用いる。この場合、水酸化カルシウムと炭酸が反応して、炭酸カルシウムが沈殿し、液体は中和される。
Ｃａ（ＯＨ）2＋Ｈ2ＣＯ3 → ＣａＣＯ3＋２Ｈ2Ｏ （１）
【００１７】
工場の運転や火山の近傍で酸化硫黄ガスが水に溶け込む環境の場合は、反応物質１１として水酸化バリウムを用いる。この場合、水酸化バリウムと硫酸が反応して、硫酸バリウムが沈殿し、液体は中和される。
Ｂａ（ＯＨ）2＋Ｈ2ＳＯ4 →ＢａＳＯ4＋２Ｈ2Ｏ （２）
【００１８】
水酸化カルシウムや水酸化バリウムを初期状態から多量に溶解させておくと、液体の導電率が上昇し、かえって腐食を促進することになる。そこで、液体のｐＨ値が低下したときにだけ反応物質１１が液体中に溶解し、炭酸イオンや硫酸イオンを沈殿させるのが望ましい。
【００１９】
これを実現するために、第１実施形態では、液体のｐＨ値の低下に応答して膨張する刺激応答性ゲル１３を用いる。ｐＨの低下に応答して膨張するゲル材料として、塩基性基を有する高分子化合物、たとえば、アミノ酸基、第一級アミノ基、第二級アミノ基、第三級アミノ基、第４級アンモニウム基などを有するポリマーを用いることができる。具体例としては、ジアルキルアミノアルキルアクリレート（例えば、ジメチルアミノエチルアクリレート）を主モノマーとするポリアクリレート、ジアルキルアミノアルキルメタクリレート（例えば、ジメチルアミノエチルアクリレート）を主モノマーとするポリアクリレート、アルキルジアリルアミン（例えば、メチルジアリルアミン）を主モノマーとするポリアクリレート、ジアルキルアミノアルキルアクリルアミド（例えば、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）を主モノマーとするポリアクリレート、ジアルキルアミノアルキルメタクリルルアミド（例えば、ジメチルアミノプロピルメタクリルルアミド）を主モノマーとするポリアクリレート、などのポリマーが挙げられる。
【００２０】
カプセル１２は、イオン透過性のある浸透膜（例えば、ポリアミドやポリビニルアルコール等の浸透膜）や濾紙状の多孔質体でできている。反応セル１３の直径は、たとえば数ミクロン〜数百ミクロンであり、水冷コンピュータシステムや自動販売機の配管の腐食を防止するために、冷媒の中に混入される。反応セル１３のサイズはそれが用いられるシステムの設計に応じて選択され、たとえば、水冷システムのフィンの隙間を通過することのできる大きさである。
【００２１】
このような反応セル１０を作製する方法として、（１）モノマーを出発原料として重合体を製造し、重合体に、反応物質１１を分散させた液体を包含させることにより製造する方法と、（２）高分子化合物を出発原料として架橋反応により重合体を製造し、重合体に反応物質１１を分散させた液体を包含させることにより製造する方法が挙げられる。
【００２２】
反応物質１１を分散させた液体としては、水、水とアルコールの混合液などが挙げられる。水を用いる場合は、精製した水を用いることが好ましく、例えば蒸留水を用いるのが好ましい。
【００２３】
反応物質１１を分散させた液体を重合体に包含させる方法としては、特に限定はないが、重合を液体中で行い、重合と同時に重合体中に液体を包含させる方法、重合体を液体中に浸漬する方法、重合体を液体で洗浄する方法などが挙げられ、これらの中の複数の方法を組み合わせても良い。通常は、製造した重合体中に含まれる未反応モノマー（出発原料として用いたもの）や未反応高分子化合物を取り除くとともに、重合体中に液体を包含させるために、重合体を液体で洗浄する方法が好ましい。
【００２４】
高分子化合物を出発原料としてｐＨ応答性ゲルを製造する場合は、通常は放射線を照射して重合体を得る。放射線としては、電子線、γ線、Ｘ線、紫外線などが挙げられるが、なかでも電子線、紫外線が好ましい。放射線を部分的に照射すれば、ゲルを分割して重合することができるので、放射線の部分照射により、ｐＨ応答ゲル１３に開閉部１４を設けることができる。
【００２５】
カプセル１２は、界面重合法、コアセルベーション法、界面沈殿法、液中乾燥法などが挙げられる。界面重合法は界面における重合反応をマイクロカプセル化に利用する。反応物質１１を包含するｐＨ応答ゲル１３を材料溶液中に分散させたときに、ｐＨ応答ゲル１３の表面でカプセル材料となるものを重合反応させる。
【００２６】
図２は、図１の反応セル１０をコンピュータ水冷システム２０に適用した構成例を示す図である。コンピュータ水冷システムは、１以上のコンピュータ、冷却水循環装置２２、液質調整装置としての沈殿槽３０、及びこれらを接続する配管２４を含む。冷却水循環装置２２は、熱交換器やポンプにより構成され、配管２４を通じてコンピュータ２３へ冷却水（冷媒）を供給する。
【００２７】
図３は、液質調整装置としての沈殿槽３０の構成を示す概略図である。沈殿槽３０は、配管２４ａによって導入される冷媒３１の液質を調整するための調整槽３５を有する。調整槽３５の内部には、フィルタ（濾紙）３２を介して反応槽３３が設けられ、反応槽３３には反応セル１０が多数存在する。冷媒３１は、フィルタ３２を通って反応槽３３内の反応セル１０と接触する。反応セル１０は、冷媒３１のｐＨ値が一定値以上の場合は、冷媒３１に対して作用しない。冷媒３１のｐＨ値が一定値よりも低くなった場合に、内包する反応物質１１を冷媒３１中に放出して、冷媒のｐＨ値を所定のレベルに回復する。放出された反応物質１１と冷媒３１中の物質との化学反応によって沈殿物が生成されるが、この沈殿物はフィルタ３２の存在により反応槽３３内にとどまる。調整槽３５内で液質が回復された冷媒は、配管２４ｂから循環系に流れ出て、コンピュータ２３を冷却する。
【００２８】
図４は、ｐＨ値の変化に応じた反応セル１０の変化を説明するための図である。図４（Ａ）は、冷媒３１のｐＨ値が７以上である場合の反応セル１０の状態、図４（Ｂ）は、冷媒３１のｐＨ値が７より低くなった場合の反応セル１０の状態を示す。上述のように、第１実施形態では、ポリアミドやポリビニルアルコール等の浸透膜カプセル１２内に封入されたｐＨ応答性ゲル１３は、ｐＨが７より低くなると膨張するゲルである。反応物質１１としては、水酸化カルシウムを用いる。
【００２９】
図４（Ａ）に示すように、冷媒３１のｐＨが７以上のときはｐＨ応答性ゲル１３に変化はなく、開閉部１４は閉じている。ｐＨ応答性ゲル１３は冷媒を吸収しないため、反応セル１０内の反応物質はなんら系に作用しない。一方、冷媒３１の液質が酸性に傾いてｐＨが７より小さくなると、図４（Ｂ）に示すように、ｐＨ応答性ゲル１３が膨張し、カプセル１２を破壊する。ｐＨ応答ゲル１３は開閉部１４で分断され、反応物質（水酸化カルシウム）１１を冷媒３１中へ放出する。放出された反応物質１１は、冷媒３１中の炭酸イオンと反応して沈殿物を生成する（式（１）参照）。反応セル１０の破断及び冷媒中の物質との反応は、冷媒３１中の炭酸イオン濃度が低下してｐＨが７以上になるまで続く。反応槽３３はフィルタ（濾紙）３２を介しているため、破断後の反応セル１０や沈殿物が系内に流れ出ることはない。
【００３０】
図５（Ａ）は、第１実施形態の反応セル１０を用いた液質調整装置３０のｐＨ維持効果を示すグラフである。比較例として、図５（Ｂ）に、反応セル１０を用いない従来の冷却システムにおけるｐＨの経時変化を示す。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の双方の場合において、当初の液質が弱アルカリになるように少量のｐＨ調整剤（水酸化カリウム等）を添加して、ｐＨの初期値を９．０に設定してある。仮に水冷システムで冷媒のｐＨの運用範囲を６．５以上とした場合、図５（Ｂ）の例では、初期値９．０から徐々に低下し、６．５よりも低くなるＣ２の時点で冷媒の交換等の措置が必要である。Ｃ２の時期は配管の構造、弁の数等によって異なるが、半年から１年程度で交換が必要になる場合もある。
【００３１】
これに対して、第１実施形態の反応セル１０を用いた図５（Ａ）の場合は、初期値である９．０から徐々に低下し、ｐＨが７．０より低くなると、反応セル１０から反応物質１１が反応槽３３内に放出されて、ｐＨの自動調整が開始する。反応物質１１の放出は冷媒のｐＨが７．０以上に回復するまで続く。ｐＨが再び低下すると、反応物質１１の放出、ｐＨの回復、ｐＨの低下と繰り返す。この繰り返しは、反応セル１０が使用し尽くされるまで継続する。反応セルがすべて使用されると、冷媒のｐＨは徐々に低下する。ｐＨが６．５より小さくなると（グラフのＣ１の時点）、反応セル１０の交換や冷媒の交換等の処置を行う。Ｃ１の時点は、混入する反応セル１０の量、配管の構造、弁の数等によっても異なるが、図５（Ｂ）と同じサイズの沈殿槽、同じ配管構造を採用している場合に、冷媒の交換が５年以上の間不要になる。反応セル１０が十分に混入される場合は、製品の保証期間中は処置が不要になる。
【００３２】
図６は、第１実施形態の液質調整装置（沈殿槽）の変形例を示す図である。図６の例では、複数の沈殿槽４０−１、４０−２、４０−３を接続して液質調整装置４０を構成する。刺激応答性ゲル１３の反応が極端に敏感である場合や、反応槽３３でのイオンの拡散が速い場合、図３のような単槽構造だと、ｐＨが低下した際に一度に過剰の反応物質１１が反応セル１０から放出される可能性がある。これを解決するために、沈殿槽４０−ｎを複数接続する。冷媒３１のｐＨが低下すると、まず上流側の第１沈殿槽４０−１で反応が起こり、ｐＨが回復する。下流側の第２沈殿槽４０−２と第３沈殿槽４０−３には、ｐＨが回復した冷媒が流れるため、第２沈殿槽４０−２、第３沈殿槽４０−３では反応セル１０は反応しない。
【００３３】
第１沈殿槽４０−１の反応セル１０がすべて使用されると、第２沈殿槽４０−２で反応が開始する。第２沈殿槽４０−２の反応セル１０がすべて使用されると、第３沈殿槽４０−３で反応が始まる。このように、一度に過剰の反応物質１１が反応セル１０から放出されることを防止して、ｐＨ回復を分散して行うことにより、冷媒の交換頻度をさらに低減することができる。
【００３４】
図７は、図６の液質調整装置４０をコンピュータ水冷システムに適用した例を示す。図７では、沈殿槽４０−１〜４０−３を連続して接続するのではなく、コンピュータ２３のラックごとに配置する。特に大規模水冷システムでは、循環経路内でｐＨ値に分布が生じる可能性がある。沈殿槽４０−１〜４０−３を系内に分散して設置することにより、局所的にｐＨを回復することができる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態の反応セル８０を示す図である。第２実施形態では、刺激応答性ゲルとして、ｐＨの低下に応答して収縮するｐＨ応答性ゲル８３を採用する。反応セル８０は、水酸化カルシウム等の反応物質１１と、反応物質１１を包含するｐＨ応答性ゲル８３と、反応物質１１及びｐＨ応答性ゲル８３を封入するカプセル１２を有する。ｐＨ応答性ゲル８３は、環境の変化に応じて反応物質１１を外部環境と接触させるための開閉部８４を有する。開閉部８４は、ｐＨが７以上の場合は、図８（Ａ）に示すように閉じており、冷媒を内部へ通さない。一方、冷媒のｐＨが７未満になると、図８（Ｂ）に示すように、ｐＨ応答性ゲル８３の収縮にともなって開閉部８４に亀裂を生じさせ、液体導入用の経路（チャネル）８５を形成する。経路８５は反応物質１１に達し、これにより冷媒はカプセル１１から経路８５を通って反応物質１１に到達する。
【００３６】
カプセル１２はセルロース等の濾紙状の多孔質体であり、冷媒中に溶解する炭酸イオンもカプセル１２を通過して、反応物質１１に到達する。炭酸イオンはカプセル１２内で反応物質１１と反応して反応物資（炭酸カルシウム）を生成する。この反応物質は、カプセル１２を通過することができないので、カプセル１２内にとどまる。
【００３７】
ｐＨの低下に応答して収縮する刺激応答性ゲル（ｐＨ応答性ゲル）８３としては、酸性で可逆的に収縮するように、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基などの酸性基を有するポリマーが挙げられる。たとえば、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルホスホン酸、ビニルスルホン酸、２−メチル−２−（１−オキソ−２−プロペニル）アミノ−１−プロパンスルホン酸などを主モノマーとするポリマーである。
【００３８】
ｐＨ応答性ゲル８３を作製する際には、ｐＨ応答性ゲル８３の収縮によって反応物質１１に至る１以上の経路（チャネル）８５が形成されるように、１以上の部分に放射線の照射を行う。高分子化合物を出発原料としてｐＨ応答性ゲル８３を製造する場合、通常は電子線、γ線、Ｘ線、紫外線等の放射線を照射して重合体を得るが、このとき、１以上の箇所に部分的に放射線を照射することによって、開閉部８４を形成しておく。開閉部８４はｐＨが７以上のときは閉じており、反応セル８０は冷媒に対してなんら作用しない。冷媒のｐＨ値が７よりも低くなったときに、開閉部８４が開いて経路８５を形成する。ｐＨが７以上に回復すると、ｐＨ応答性ゲル８３は再び膨張するので、経路８５が閉じられる。これにより生成された炭酸カルシウムはカプセル１２の内部に閉じ込められる。
【００３９】
好ましくは、反応セル８０の比重は冷媒の比重以下であり、冷媒中に浮遊する。第２実施形態の場合、反応物質１１と冷媒中の物質との反応の結果生成される生成物（たとえば炭酸カルシウムや硫酸バリウム）は、カプセル１２内に閉じ込められたままなので、循環系の配管内に沈殿物を沈殿させることはない。したがって、図２のコンピュータ水冷システム２０において、沈殿槽３０を設けなくても、反応セル８０を冷媒に直接混入して、循環系により配管内を循環させることができる。反応セル８０を冷媒中に浮遊させて系内を循環させることにより、特に大規模冷却システムの循環系内でｐＨに分布が生じた場合でも、局所的にｐＨを回復することができる。
【００４０】
第１実施形態および第２実施形態では、冷媒中のｐＨ値の変化に応じて膨張、収縮する刺激応答性ゲルを用いて、液質調整剤および液質調整装置を構成した。本発明はこれに限定されず、たとえば、液体の導電率の変化に応じて反応物質を放出させる構成とすることも可能である。この場合は、刺激応答性ゲルとして、光照射または電場印可などの外部刺激により収縮または膨張する高分子化合物を使用する。沈殿槽に、液体の導電率が一定値以上に上昇したことを検知するセンサを設け、センサの出力をトリガとして光照射または電場印可を行う照射源または電場印可源を設置する。光照射または電場の印加により刺激応答性ゲルを膨張または収縮させて、反応物質を液体中の導電性イオンと反応させる。このような構成によっても、液体の液質を所望のレベルに維持することができる。
【００４１】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルと、液体の性質の変化に応答して前記反応物質を前記液体中の物質と反応させるために前記刺激応答性ゲルに設けられた開閉部と、を有することを特徴とする液質調整剤。
（付記２)
前記刺激応答性ゲルは、前記液体の性質の変化に応答して膨張または収縮することによって、前記開閉部を開放して前記反応物質を前記液体に接触させることを特徴とする付記１に記載の液質調整剤。
（付記３）
前記刺激応答性ゲルは、前記液体のｐＨ値が低下したときに収縮し、前記開閉部は、前記刺激応答性ゲルの収縮によって、前記カプセル内に前記反応物質に到達する経路を形成することを特徴とする付記２に記載の液質調整剤。
（付記４）
前記カプセルは多孔質体であり、前記液体中の物質を通過させることを特徴とする付記３に記載の液質調整剤。
（付記５）
前記刺激応答性ゲルは、前記反応物質と前記液体中の物質との反応によって前記ｐＨ値が回復した場合に膨張して、前記反応により生成された生成物を前記カプセル内に閉じ込めることを特徴とする付記４に記載の液質調整剤。
（付記６）
前記刺激応答性ゲルは、前記液体のｐＨが低下したときに膨張し、前記開閉部は、前記刺激応答性ゲルの膨張によって、前記カプセル及び前記刺激応答性ゲルを破断させることを特徴とする付記２に記載の液質調整剤。
（付記７）
前記反応物質は水酸化カルシウムであり、前記液体中に溶解する炭酸ガスと反応することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の液質調整剤。
（付記８）
前記反応物質は水酸化バリウムであり、前記液体中に溶解する酸化硫黄ガスと反応することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の液質調整剤。
（付記９）
前記液質調整剤の比重は、前記液体の比重よりも小さいことを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の液質調整剤。
（付記１０）
前記液質調整剤は、水冷システムの循環経路に使用されることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の液質調整剤。
（付記１１）
調整すべき液体を導入する第１配管と調整した液体を流出させる第２配管との間に接続される調整槽と、
前記調整槽内でフィルタによって隔てられて液質調整剤を収容する反応槽と、
を有する液質調整装置であって、
前記液質調整剤は、反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルとを有し、前記刺激応答性ゲルは前記液体の性質の変化に応答して膨張又は収縮することによって、前記反応物質を前記液体中の物質と反応させることを特徴とする液質調装置。
（付記１２）
前記調整槽は、複数の調整槽が接続されたものであり、各調整槽の前記反応槽内に、前記液質調整剤が収容されていることを特徴とする付記１２に記載の液質調整装置。
（付記１３）
１以上の被冷却体と、前記被冷却体を冷却するための冷媒を循環させる循環系とを有し、前記冷媒中に、当該冷媒の比重よりも小さい比重を有する液質調整剤が混入されており、前記液質調整剤は、前記冷媒中の物質と反応する反応物質と、前記反応物質を包含するｐＨ応答性ゲルと、前記反応物質及びｐＨ応答性ゲルとを封入するカプセルとを含み、前記ｐＨ応答性ゲルは、前記冷媒のｐＨ値が一定値よりも小さくなったときに前記カプセル内で前記反応物質に至る経路を形成し、前記反応物質と前記冷媒中の物質とを反応させることを特徴とする水冷システム。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
液体の液質の調整が求められるシステム、たとえばコンピュータ水冷システム、自動販売機の冷却システム等に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、８０ 反応セル（液質調整剤）
１１ 反応物質
１２ カプセル
１３、８３ ｐＨ応答性ゲル（刺激応答性ゲル）
１４、８４ 開閉部
８５ 経路（チャネル）
３０、４０、４０−１、４０−２、４０−３ 沈殿槽（液質調整装置）
３１ 冷媒
３２ フィルタ
３３ 反応槽
３５ 調整槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルと、液体の性質の変化に応答して前記反応物質を前記液体中の物質と反応させるために前記刺激応答性ゲルに設けられた開閉部と、を有することを特徴とする液質調整剤。
【請求項２】
前記刺激応答性ゲルは、前記液体の性質の変化に応答して膨張または収縮することによって、前記開閉部を開放して前記反応物質を前記液体に接触させることを特徴とする請求項１に記載の液質調整剤。
【請求項３】
前記刺激応答性ゲルは、前記液体のｐＨ値が低下したときに収縮し、前記開閉部は、前記刺激応答性ゲルの収縮によって、前記カプセル内に前記反応物質に到達する経路を形成することを特徴とする請求項２に記載の液質調整剤。
【請求項４】
前記カプセルは多孔質体であり、前記液体中の物質を通過させることを特徴とする請求項３に記載の液質調整剤。
【請求項５】
前記刺激応答性ゲルは、前記反応物質と前記液体中の物質との反応によって前記ｐＨ値が回復した場合に膨張して前記開閉部を閉じ、前記反応により生成された生成物を前記カプセル内に閉じ込めることを特徴とする請求項４に記載の液質調整剤。
【請求項６】
前記刺激応答性ゲルは、前記液体のｐＨが低下したときに膨張し、前記開閉部は、前記刺激応答性ゲルの膨張によって、前記カプセル及び前記刺激応答性ゲルを破断させることを特徴とする請求項２に記載の液質調整剤。
【請求項７】
調整すべき液体を導入する第１配管と、調整した液体を流出させる第２配管との間に接続される調整槽と、
前記調整槽内でフィルタによって隔てられて液質調整剤を収容する反応槽と、
を有する液質調整装置であって、
前記液質調整剤は、反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルとを有し、前記刺激応答性ゲルは前記液体の性質の変化に応答して膨張又は収縮することによって、前記反応物質を前記液体中の物質と反応させることを特徴とする液質調装置。
【請求項８】
１以上の被冷却体と、前記被冷却体を冷却するための冷媒を循環させる循環系とを有し、前記冷媒中に、当該冷媒の比重よりも小さい比重を有する液質調整剤が混入されており、前記液質調整剤は、前記冷媒中の物質と反応する反応物質と、前記反応物質を包含するｐＨ応答性ゲルと、前記反応物質及びｐＨ応答性ゲルとを封入するカプセルとを含み、前記ｐＨ応答性ゲルは、前記冷媒のｐＨ値が一定値よりも小さくなったときに前記カプセル内で前記反応物質に至る経路を形成し、前記反応物質と前記冷媒中の物質とを反応させることを特徴とする水冷システム。
【請求項１】
反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルと、液体の性質の変化に応答して前記反応物質を前記液体中の物質と反応させるために前記刺激応答性ゲルに設けられた開閉部と、を有することを特徴とする液質調整剤。
【請求項２】
前記刺激応答性ゲルは、前記液体の性質の変化に応答して膨張または収縮することによって、前記開閉部を開放して前記反応物質を前記液体に接触させることを特徴とする請求項１に記載の液質調整剤。
【請求項３】
前記刺激応答性ゲルは、前記液体のｐＨ値が低下したときに収縮し、前記開閉部は、前記刺激応答性ゲルの収縮によって、前記カプセル内に前記反応物質に到達する経路を形成することを特徴とする請求項２に記載の液質調整剤。
【請求項４】
前記カプセルは多孔質体であり、前記液体中の物質を通過させることを特徴とする請求項３に記載の液質調整剤。
【請求項５】
前記刺激応答性ゲルは、前記反応物質と前記液体中の物質との反応によって前記ｐＨ値が回復した場合に膨張して前記開閉部を閉じ、前記反応により生成された生成物を前記カプセル内に閉じ込めることを特徴とする請求項４に記載の液質調整剤。
【請求項６】
前記刺激応答性ゲルは、前記液体のｐＨが低下したときに膨張し、前記開閉部は、前記刺激応答性ゲルの膨張によって、前記カプセル及び前記刺激応答性ゲルを破断させることを特徴とする請求項２に記載の液質調整剤。
【請求項７】
調整すべき液体を導入する第１配管と、調整した液体を流出させる第２配管との間に接続される調整槽と、
前記調整槽内でフィルタによって隔てられて液質調整剤を収容する反応槽と、
を有する液質調整装置であって、
前記液質調整剤は、反応物質と、前記反応物質を包含する刺激応答性ゲルと、前記反応物質及び前記刺激応答性ゲルを封入するカプセルとを有し、前記刺激応答性ゲルは前記液体の性質の変化に応答して膨張又は収縮することによって、前記反応物質を前記液体中の物質と反応させることを特徴とする液質調装置。
【請求項８】
１以上の被冷却体と、前記被冷却体を冷却するための冷媒を循環させる循環系とを有し、前記冷媒中に、当該冷媒の比重よりも小さい比重を有する液質調整剤が混入されており、前記液質調整剤は、前記冷媒中の物質と反応する反応物質と、前記反応物質を包含するｐＨ応答性ゲルと、前記反応物質及びｐＨ応答性ゲルとを封入するカプセルとを含み、前記ｐＨ応答性ゲルは、前記冷媒のｐＨ値が一定値よりも小さくなったときに前記カプセル内で前記反応物質に至る経路を形成し、前記反応物質と前記冷媒中の物質とを反応させることを特徴とする水冷システム。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図３】
【図６】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図３】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２０２１９８（Ｐ２０１１−２０２１９８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８０６０（Ｐ２０１０−６８０６０）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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