【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒の熱伝導率と熱拡散率を高める方法とその熱媒製品に係り、具体的には、超微細粒子固体が熱媒中に浮遊する如く混在してなる熱媒の熱伝導促進方法とその熱媒製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換を行う場合には、熱を与える側から与えられる側に熱交換器を介して高温側から低温側に熱伝導させる。熱交換器は、熱媒体を介して熱伝導される。この熱伝導効率を上げるために従来技術では殆どが熱交換器に様々な技術的設計を施し、具体的には熱交換器の熱伝達率、熱貫流効率を上げるために、熱交換器材や装置設計に工夫が主にハード側に集中している。これは結果として熱交換器の製造コストを上げる方向になり、更に汚れ、経年変化や劣化に対するメンテナンス経費もかかる。
【０００３】
例えば、熱交換器には銅、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ、チタン等の金属管（図３（ａ）に示す）やプレートが用いられているが、これ等の熱伝導率を向上するために従来技術では図３（ｂ）乃至（ｇ）に示すものや図４（ａ），（ｂ）及び図５，図６に示すものが採用されている。図３（ｂ）乃至（ｇ）は図３（ａ）に示す一般裸管の熱伝導率を向上するための工夫であり、熱伝達面積を増やす工夫と冷媒沸騰促進、流体の熱拡散とを計るものである。即ち、図３（ｂ）は外面にねじ溝を入れたもの、図３（ｃ）は外面にクロス溝を入れたもの、図３（ｄ）は内面にねじ溝を入れたもの、図３（ｅ）は内面にセレーションを施したもの、図３（ｆ）は外面にセレーションを施したもの、図３（ｇ）はローフィン（アルミフィン）加工をしたものである。以上により、熱媒の接触する金属管側の面積の増大と、冷媒沸騰、流体の熱拡散を促進化、それにより熱伝導率の向上を図っている。
【０００４】
また、図４（ａ），（ｂ）は熱媒と接触するステンレスプレート熱交換器の熱伝達面積を増大させるもので２枚のプレートに多数の膨出部を形成し、この内外面に熱媒を接触せしめて熱伝導率を向上するようにしたものである。
【０００５】
また、図５はプレート式の熱交換器の主要部を示したものであり、多数枚のプレートを並設せしめてユニットとして熱伝導率を高めるようにしたものである。また、図６は管にフィンを組み合わしてユニットとした熱交換器であり、フィンの枚数の増大やフィンの形状の工夫や管を蛇行させたり、管の表面積の増大と小型にユニット化を図る等の工夫をして熱伝導率の向上を図るようにした装置である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の熱交換器における熱伝導率の向上の手段としては管やフィン付管、プレートの器材の形状や組み合わせを工夫して熱伝達面積の増大と冷媒沸騰や熱拡散を計って熱伝導率を高めるもののみが採用されていた。この従来の手段では管やフィン付管、プレートの形成にコストがかかり、コスト高のものになると共に、経年劣化に上るスケールの発生，錆の発生が生じ易く、これ等の不純物を除去するためのフィルタが必要となる。しかしながら、フィルタの存在は熱伝導率の向上の妨げとなり、そのメンテナンスも必要となり、コスト高のものになる。一方、仮りに管やフィン付管、プレートの熱伝達面積を増大する方法を止めないまでも熱媒そのものの熱伝導率を簡単に高めるとすれば、効果的で比較的安価な熱伝導率の向上が図れる。また、この場合、フィルタを必要としないものであれば更に有効なものになる。管、フィン付管、プレート等の設計された熱交換器に、更に本発明の熱媒を使用することは更なる熱伝導効率の向上に繋がるものとなる。
【０００７】
本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、熱媒の中に超微細粒子固体を浮遊するか如く存在せしめ、この大きさ、混合率、内容等を工夫することにより、熱媒自体の熱伝導率と熱拡散率とを高め、効率的な熱交換器を形成し得るようにした熱媒の熱伝導促進方法と熱媒製品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】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、熱媒の熱伝導率と熱拡散率を高めるための熱伝導促進方法であって、前記熱媒の流体内に超微細粒子固体を浮遊するが如く混在させることを特徴とする。これにより、熱交換器表面と熱媒流体内の超微細粒子固体が固体接触と熱拡散により表面熱伝達係数と総合熱貫流率とを上げる働きをする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、前記超微細粒子固体が、少なくとも２０ミクロン以下の超微粒子であることを特徴とする。このサイズにすることにより粒子スケールとならず熱媒中に混在する。
【００１０】
また、請求項３の発明は、前記超微細粒子固体が、３重量％以下、好ましくは１重量％程度の添加であることを特徴とする。この程度の混入率効率的で、かつ経済的であることが実証されている。
【００１１】
また、請求項４の発明は、前記熱媒が、液体もしくは相変化の液化ガス熱媒又は永久ガス熱媒であることを特徴とする。熱媒がこれ等のガス熱媒の場合に極めて効果的であることが実証されている。
【００１２】
また、請求項５の発明は、前記超微細粒子固体が、金属、無機物質、有機物質のいずれかの物質からなることを特徴とする。本発明は前記のように殆どの物質が用いられ、実施の容易化が図れる。
【００１３】
また、請求項６の発明は、前記超微細粒子固体が、好ましくは、２０ナノメータ以下のグラファイトクラスタダイヤモンド、もしくはクラスタダイヤモンドのいずれかのものからなること、更には２０ミクロン以下のミクロダイヤ、グラファイト、モリブデン、セラミック、ＳＩＣ、ＭｇＯ、ＡｌＯの固体のいずれかのものからなることを特徴とする。クラスタダイヤモンドが最適ではあるが、その他の各種の固体が用いられ、適用性の拡大化が図れる。
【００１４】
また、請求項７の発明は、前記熱媒が、水、エチレングリコール、ブライン、リチュームブロマイド、油又はその混合液体であり、液化ガス熱媒は、ＨＦＣ又はその混合熱媒、自然熱媒であることを特徴とする。前記のように、適用される熱媒の範囲は広く、すべての熱交換器に適用される。
【００１５】
また、請求項８の発明は、前記超微細粒子固体が、２０ナノメータ以下であり、潤滑性を有するものからなることを特徴とする。超微細粒子固体が潤滑性を有するものからなることにより経年変化防止や発錆防止が可能になる。
【００１６】
また、請求項９の発明は、冷凍サイクル、ヒートポンプサイクル、吸収式サイクル、ヒートパイプ又は熱伝達循環系に用いられる熱媒が、前記請求項１乃至８のいずれかに記載の熱媒からなることを特徴とする。各種の熱伝達循環系に適用され、用途範囲は広い。
【００１７】
また、請求項１０の発明は、請求項９に用いられる冷凍サイクル、ヒートポンプサイクル、吸収式サイクル、ヒートパイプ又は熱伝達循環系に用いられる潤滑油に、前記請求項８に記載の超微細粒子固体が混入してなることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１の発明は、前記請求項６に記載の超微細粒子固体が、導電率が低く、熱伝導率が高い性質であることを特徴とする。以上の性質を有する超微細粒子固体を用いることにより熱伝導率の向上が図れる。
【００１９】
また、請求項１２の発明は、熱伝導率と熱拡散率が促進されている熱媒製品であって、該製品は、熱媒流体内に超微細粒子固体が浮遊するがごとく混在したものからなることを特徴とする。これにより、熱伝導率の高い熱媒を比較的簡単に作ることができる。
【００２０】
また、請求項１３の発明は、前記超微細粒子固体が、少なくとも２０ミクロン以下の超微粒子であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１４の発明は、前記超微細粒子固体が、３重量％以下、好ましくは１重量％程度の添加であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１５の発明は、前記熱媒が、液体もしくは相変化の液化ガス熱媒又は永久ガス熱媒であることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１６の発明は、前記超微細粒子固体が、金属、無機物質、有機物質のいずれかの物質からなることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１７の発明は、前記超微細粒子固体が、好ましくは、２０ナノメータ以下のグラファイトクラスタダイヤモンド、もしくはクラスタダイヤモンドのいずれかのものからなること、更には２０ミクロン以下のミクロダイヤ、グラファイト、モリブデン、セラミック、ＳＩＣ、ＭｇＯ、ＡｌＯのいずれのものからなることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１８の発明は、熱媒が、水、エチレングリコール、ブライン、リチュームブロマイド、油又はそれらの混合液体等であり、液化ガス熱媒が、ＨＦＣ熱媒又はその混合熱媒、自然熱媒であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１９の発明は、前記超微細粒子固体が、２０ナノメータ以下であり、潤滑性を有するものからなることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項２０の発明は、冷凍サイクル、ヒートポンプサイクル、吸収式サイクル、ヒートパイプあるいは熱交換循環系に用いられる熱媒が、前記請求項１２乃至１９のいずれかに記載の熱媒製品であることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項２１の発明は、請求項２０に用いられる冷凍サイクル、ヒートポンプサイクル、吸収式サイクル、ヒートパイプに用いられる潤滑油に、前記請求項１９に記載の超微細粒子固体が混入してなることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項２２の発明は、請求項１７に記載の超微細粒子固体が、導電率が低く、熱伝導率が高い性質であることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱媒の熱伝導促進方法とその熱媒製品の実施の形態を図面を参照して詳述する。本発明は、熱交換器の熱伝導用の流体ガス体状の熱媒それ自体を熱伝導率や熱貫流率や熱拡散率の高いものにし、熱伝導促進を図るようにしたものである。勿論、これに従来技術の熱伝達面積の増大を図る熱交換器手段を加味してもよい。超微細粒子固体を混在する場合にはフィルタ等が必要にならず、超微細粒子固体は極めて微粒子のため流体の抵抗にならずスケールとならない。
【００３１】
まず、本発明の熱媒の適用されている冷凍サイクル循環系の構造を図１に示す。冷凍圧縮機１からの高圧吐出管８に熱媒が排出され、シェルアンドチューブ式凝縮器２に入り凝縮され、この凝縮液は冷媒液管９より膨脹弁１０を介してシェルアンドチューブ式蒸発器４に入り、減圧されて冷媒液は蒸発し、冷媒ガスは低圧吸入管１７を介して冷凍圧縮機１内に吸引される。
【００３２】
シェルアンドチューブ式凝縮器２は、高圧吐出管８からの冷媒高圧ガス１９の入るシェルとこのシェル内に配管されて冷媒高圧ガス１９との熱交換を行うための凝縮器内熱交換チューブ３等とからなり、凝縮器内熱交換チューブ３内にはクーリングタワ６から冷却水ポンプ１４を介して凝縮器冷却水１８が導入され、循環する。なお、この凝縮器冷却水１８が本発明における熱媒に相当する。また、本冷凍装置の液化ガス冷媒に超微細粒子固体を混入した冷媒も本発明の熱媒に相当する。
【００３３】
また、シェルアンドチューブ式蒸発器４は蒸発器内ブライン冷媒１２の導入されるシェルアンドチューブ式蒸発器４とこの中に配管され冷媒ガスが導入される蒸発器内熱交換チューブ５等とからなり、蒸発器内熱交換チューブ５内には冷媒液管９より膨脹弁１０を介して冷媒ガス１１が導入され、シェルアンドチューブ式蒸発器４内には空気冷却器７のファンコイル式冷却器１３から蒸発器内ブライン冷媒１２が導入され、この蒸発器内ブライン冷媒１２はブラインポンプ１５を介して空気冷却器７側に戻され、空気冷却器ファン１６により冷却されて循環する。この蒸発器内ブライン冷媒１２が本発明の熱媒に当たる。なお、図２は凝縮器内熱交換チューブ３や蒸発器内熱交換チューブ５内の従来冷媒高圧ガス１９とその中に混在する超微細粒子固体２０を模式的に示した拡大断面図である。また、本冷凍装置の液化ガス冷媒に超微細粒子固体を混入した冷媒も本発明の熱媒に相当する。
【００３４】
従来技術では熱媒としては混じり気のない純粋な流体（清浄性）を採用していたが本発明はこの熱媒に工夫を施したものである。本発明の熱媒としては、例えば、超微細粒子固体２０を流体内に混在させたものであり、この超微細粒子固体２０は２０ミクロン以下のミクロダイヤ、グラファイト、モリブデン、セラミック、ＳＩＣ、ＭｇＯ、ＡｌＯ等の金属、無機物質、有機物質からなり、好ましくは２０ナノメータ以下のグラファイトクラスタダイヤモンド（ＧＣＤ）やクラスタダイヤモンド（ＣＤ）が用いられる。なお、この超微細粒子固体２０は流体中に沈殿することなく浮遊状態で混在する。次の表１は従来のものと本発明の場合における熱伝導率と熱拡散率等の差を示すための試験結果を示す。この試験は熱媒として蒸留水を用い、これにクラスタダイヤモンド（ＣＤ）又はグラファイトクラスタダイヤモンド（ＧＣＤ）又はミクロダイヤモンドを混在したものと、混在させない蒸留水とを比較したものであり、ホットディスク法によって行った。なお、試験温度は２３℃である。また、試験結果としては夫々について熱拡散率（ｍｍ２／ｓ）、温度上昇（℃）、比熱（ＭＪ／ｍ３Ｋ）及び熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）を求めた。また、ＣＤは５ｎｍであり、ＧＣＤは１０乃至１５ｎｍを用い、ミクロダイヤモンドは１２乃至２２ミクロンのものを用いた。また、混入率は１重量％とした。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１に示すように、ＧＣＤを１重量％混入したものは熱伝導率が１．３２２となり、従来の蒸留水のみの場合の１．００１に較べて３２％向上し、熱拡散率は１２３％向上した。また、ミクロダイヤモンドの場合もＧＣＤとほぼ同一の効果が上げられた。一方、ＣＤは熱伝導率、熱拡散率、比熱がミクロダイヤやＧＣＤと較べて低下の傾向にあったが、これはＣＤが凝集状態にあって親水性に欠け、ポーラス状の空隙に空気が含まれたために保温効果と断熱効果に働いたための結果であり、ＣＤの凝集分散と溶液の親水性を図ることによって改善される。ＧＣＤはＣＤを核として外面を２乃至５ｎｍのグラファイトが被覆されており、グラファイトが親水効果の結果良好となった。また、ミクロダイヤ（１２乃至２２ミクロン）はダイヤミクロン固体でダイヤ固体そのものであるため熱伝導効果等が良好になったものである。熱拡散率が良好なことは熱を熱媒中に速やかに分散し熱伝達を促進することになる。
【００３７】
流体中に固体が混入して物体に抵触する場合は、固体接触をするため熱伝導率は増加する。特に、ダイヤの熱伝導率は２４００Ｗ／ｍＫであり、銅は３９８Ｗ／ｍＫであるので約５〜６倍銅より熱伝導率は高い。これにより２０ミクロン以下のダイヤ超微細粒子固体、好ましくは２０ｎｍ以下のＧＣＤ，ＣＤの超微細粒子固体を熱媒中に３重量％以下、好ましくは１重量％を混入した熱媒を使用することにより、熱伝導率を増進させることができた。また、その熱媒促進剤を混入した熱媒流体が本発明の熱媒製品となる。熱拡散率の高いことで更に均質な温度分布となり、熱の均等な伝達を行なうことになる。
【００３８】
本熱媒は特に２０ｎｍ以下のＣＤ、ＧＣＤの混入した冷媒は、冷媒サイクル、ヒートポンプサイクル、吸収式冷凍機ヒートパイプの冷媒に使用することによって少なくとも３０％以上の熱伝導増加を図ることが可能となった。
【００３９】
熱媒としては、水、エチレングリコール、ブライン、リチュムブロマイド、油等或はそれら混合体、冷媒として液化ガスは、ＨＦＣ又はそれら混合熱媒、自然熱媒のアンモニヤ、空気プロパン等が用いられ、前記熱媒に前記超微細粒子固体が混入してなる流体熱媒によって熱伝導率が増加する。
【００４０】
特超微細粒子固体が２０ｎｍ以下であるグラファイトクラスタダイヤモンド又はクラスタダイヤモンドでこのもの自体が循滑性を有しており、潤滑油に混入すれば（１乃至３重量％）循滑性を増進させる性質を持つ。本超微細粒子固体２０を熱媒に混入（３重量％以下）することは前記に述べる如く熱伝導率を増加させると同時に超微粒のため流体中に沈殿することなく浮遊し、弁等の機材に熱媒と共に混入しても循滑性があるため摺動部を傷付けることはない。また、硬い微粒子は管内面にミクロ的に固体接触し、流体に熱伝達を促進し、流体中の熱撹散を助長する。管内外面の流体接触面のスケール膜をはぎ滞積させないので汚れが生じない。
【００４１】
冷凍サイクル、ヒートポンプサイクルなどの冷却側又は加熱側に熱媒流体により循環回路があるが、その回路の水又はエチレングリコール液中に超微細粒子固体を混入することにより、熱交換器との熱伝導率効果を上げることになる。また吸収式ヒートパイプの熱媒に混入して効果を上げることができる。
【００４２】
冷凍サイクルの冷凍機、ポンプの潤滑油に本超微細粒子固体が熱媒と共に混入する場合、主に冷凍機の場合は冷凍サイクルの熱伝導率効果を上げるばかりでなく、潤滑油に、超微細粒子固体の混入による循滑性を促進することができる。
【００４３】
また、超微細粒子固体のクラスタダイヤモンドやグラファイトクラスタダイヤモンドは前記の如く熱伝導性が高く、導電性が低いことにより、熱伝導が良いばかりでなく熱媒の流動中の電触による弊害を起こさない。
【００４４】
以上の如く、この熱媒は市販している熱媒中に超微細粒子固体を混入したものであり、熱伝導率並びに熱拡散率を促進する熱媒製品が作られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の如く、超微細粒子固体を熱媒中に混入して熱伝導の促進に繋がることは熱交換機器の機材の加工技術に頼ることなく、容易にしかも３０％以上の熱効率及び１２３％の熱拡散率とを増加させ、超微細粒子固体の混入量が３重量％以下、好ましくは１重量％で良いと云うコスト的に誠に安価な熱伝導促進剤である。超微細粒子固体（２０ｎｍ）のために熱媒流体中に何らの抵抗なく流体と共に分離することなく循環する。経年后の管中の汚れが付かないので、汚れ係数も落ちない。潤滑性もあるので、冷凍機、ポンプ等の稼動部の損傷はなく、反って潤滑性が増進する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍サイクルシェルエンドチューブ式の全体構成図。
【図２】超微細粒子固体の混在している熱媒の存在している冷却管を示す模式的拡大断面図。
【図３】（ａ）は従来の冷却水の流通する管の模式的斜視図、（ｂ）乃至（ｇ）は管の熱伝達面積を増加させる手段を有する従来から採用されている冷却管を示す模式的斜視図。
【図４】熱伝達面積を増大させる手段のあるプレート式の冷却プレートを示す模式的斜視図（ａ）及び（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図（ｂ）。
【図５】プレートフィン式の熱交換機を示す模式的斜視図。
【図６】プレートフィンコイル式の熱交換器を示す模式的斜視図。
【符号の説明】
１ 冷凍圧縮機
２ シェルアンドチューブ式凝縮
３ 凝縮器内熱交換チューブ
４ シェルアンドチューブ式蒸発器
５ 蒸発器内熱交換チューブ
６ クーリングタワ
７ 空気冷却器
８ 高圧吐出管
９ 冷媒液管
１０ 膨脹弁
１１ 冷凍ガス
１２ 蒸発器内ブライン冷媒
１３ フィンコイル式冷却器
１４ 冷却水ポンプ
１５ ブラインポンプ
１６ 空気冷却器ファン
１７ 低圧吸入管
１８ 凝縮器冷却水
１９ 冷媒高圧ガス
２０ 超微細粒子固体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for increasing the thermal conductivity and thermal diffusivity of a heat medium and a heat medium product thereof. Specifically, the heat medium of a heat medium in which ultrafine solid particles are mixed so as to float in the heat medium. The present invention relates to a conduction promoting method and a heat medium product thereof.
[0002]
[Prior art]
When heat exchange is performed, heat is transferred from the high-temperature side to the low-temperature side via the heat exchanger from the heat-applying side to the heat-applying side. The heat exchanger is thermally conducted through the heat medium. In order to increase the heat transfer efficiency, most of the conventional techniques employ various technical designs for heat exchangers. Specifically, in order to increase the heat transfer coefficient and heat transmission efficiency of the heat exchanger, heat exchanger materials and devices are used. The ingenuity of the design is concentrated mainly on the hardware side. This tends to increase the cost of manufacturing the heat exchanger, and also increases maintenance costs for contamination, aging and deterioration.
[0003]
For example, metal tubes (shown in FIG. 3 (a)) or plates made of copper, aluminum, iron, SUS, titanium, etc., are used for the heat exchanger. The technology shown in FIGS. 3 (b) to 3 (g) and those shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) and FIGS. 5 and 6 are employed. 3 (b) to 3 (g) show a device for improving the thermal conductivity of the general bare tube shown in FIG. 3 (a). To measure. That is, FIG. 3 (b) shows a case where a thread groove is formed on the outer surface, FIG. 3 (c) shows a case where a cross groove is formed on the outer surface, FIG. 3 (d) shows a case where a screw groove is formed on the inner surface, and FIG. 3E shows the case where the inner surface is serrated, FIG. 3F shows the case where the outer surface is serrated, and FIG. 3G shows the case where the low fin (aluminum fin) is processed. As described above, the area of the metal tube contacting the heat medium is increased, and the boiling of the refrigerant and the heat diffusion of the fluid are promoted, thereby improving the heat conductivity.
[0004]
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show an increase in the heat transfer area of the stainless plate heat exchanger in contact with the heat medium. The heat conductivity is improved by contacting a medium.
[0005]
FIG. 5 shows a main part of a plate-type heat exchanger, in which a large number of plates are arranged in parallel to increase the thermal conductivity as a unit. FIG. 6 shows a heat exchanger formed as a unit by combining tubes with fins. The number of fins is increased, the shape of the fins is devised, the tube is meandered, and the surface area of the tube is increased and the unit is reduced in size. This device is designed to improve the thermal conductivity by devising such measures.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, as a means of improving the thermal conductivity of the conventional heat exchanger, the shape and combination of pipes, finned pipes, and plates are devised to increase the heat transfer area and measure the refrigerant boiling and heat diffusion. Only those that increase the thermal conductivity have been employed. In this conventional means, it is costly to form pipes, finned pipes and plates, and the cost is high. In addition, scale and rust are easily generated due to aging. Filter is required. However, the presence of the filter hinders the improvement of the thermal conductivity, necessitating its maintenance, and increasing the cost. On the other hand, if the heat conductivity of the heat medium itself can be easily increased without stopping the method of increasing the heat transfer area of the tube, the finned tube, and the plate, an effective and relatively inexpensive heat conductivity can be obtained. Improvement can be achieved. In this case, if a filter is not required, it is more effective. Further use of the heat medium of the present invention in a designed heat exchanger such as a tube, a finned tube, and a plate leads to a further improvement in heat transfer efficiency.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and allows ultrafine solid particles to exist as if suspended in a heat medium, and by devising the size, mixing ratio, contents, etc. It is an object of the present invention to provide a method of promoting heat conduction of a heat medium and a heat medium product that can increase the heat conductivity and the thermal diffusivity of the medium itself and form an efficient heat exchanger.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for promoting heat conduction for increasing the heat conductivity and the thermal diffusivity of a heat medium, wherein the heat medium has a superconductivity in a fluid of the heat medium. It is characterized in that fine-particle solids are mixed so as to float. Thereby, the ultra-fine particle solids in the heat exchanger surface and the heat transfer fluid serve to increase the surface heat transfer coefficient and the total heat transmission coefficient by solid contact and heat diffusion.
[0009]
The invention of claim 2 is characterized in that the ultrafine solid particles are ultrafine particles of at least 20 microns or less. With this size, the particles do not become a particle scale but are mixed in the heat medium.
[0010]
The invention of claim 3 is characterized in that the ultrafine particle solid is added in an amount of 3% by weight or less, preferably about 1% by weight. This degree of contamination has proven to be efficient and economical.
[0011]
The invention according to claim 4 is characterized in that the heat medium is a liquid or a phase-change liquefied gas heat medium or a permanent gas heat medium. It has proven to be very effective when the heating medium is one of these gas heating mediums.
[0012]
The invention according to claim 5 is characterized in that the ultrafine particle solid is made of any one of a metal, an inorganic substance, and an organic substance. In the present invention, most of the substances are used as described above, and the implementation can be facilitated.
[0013]
The invention according to claim 6 is characterized in that the ultrafine particle solid is preferably made of graphite cluster diamond of 20 nanometers or less, or one of cluster diamonds, and further, microdiamond, graphite of 20 microns or less, It is characterized by being made of any one of molybdenum, ceramic, SIC, MgO and AlO solids. Although cluster diamond is optimal, various other solids are used, and the applicability can be expanded.
[0014]
In the invention according to claim 7, the heat medium is water, ethylene glycol, brine, lithium bromide, oil or a liquid mixture thereof, and the liquefied gas heat medium is HFC or a heat medium mixture thereof or a natural heat medium. It is characterized by the following. As described above, the range of the applied heat medium is wide, and is applied to all heat exchangers.
[0015]
The invention according to claim 8 is characterized in that the ultrafine particle solid is 20 nanometers or less and has lubricity. Since the ultrafine particle solid has lubricity, it is possible to prevent aging and rust.
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, a heat medium used in a refrigeration cycle, a heat pump cycle, an absorption cycle, a heat pipe or a heat transfer circulating system comprises the heat medium according to any one of the first to eighth aspects. It is characterized by. It is applied to various heat transfer circulation systems and has a wide range of applications.
[0017]
The invention according to claim 10 provides the lubricating oil used in a refrigeration cycle, a heat pump cycle, an absorption cycle, a heat pipe or a heat transfer circulation system according to claim 9, wherein the ultrafine particle solid according to claim 8 is used. Is mixed.
[0018]
An eleventh aspect of the present invention is characterized in that the ultrafine particle solid according to the sixth aspect has a property of low electrical conductivity and high thermal conductivity. By using the ultrafine particle solid having the above properties, the thermal conductivity can be improved.
[0019]
A twelfth aspect of the present invention is a heat transfer medium product in which the heat conductivity and the heat diffusivity are promoted. It is characterized by becoming. This makes it possible to relatively easily produce a heat medium having a high thermal conductivity.
[0020]
The invention of claim 13 is characterized in that the ultrafine solid particles are ultrafine particles of at least 20 microns or less.
[0021]
The invention according to claim 14 is characterized in that the ultrafine particle solid is added in an amount of 3% by weight or less, preferably about 1% by weight.
[0022]
The invention according to claim 15 is characterized in that the heat medium is a liquid or a phase-change liquefied gas heat medium or a permanent gas heat medium.
[0023]
The invention of claim 16 is characterized in that the ultrafine particle solid is made of any one of a metal, an inorganic substance, and an organic substance.
[0024]
Further, the invention according to claim 17 is characterized in that the ultrafine particle solid is preferably made of any one of graphite cluster diamond of 20 nanometers or less, or cluster diamond, and further, microdiamond, graphite of 20 microns or less, It is characterized by being made of any one of molybdenum, ceramic, SIC, MgO and AlO.
[0025]
In the invention of claim 18, the heat medium is water, ethylene glycol, brine, lithium bromide, oil or a liquid mixture thereof, and the liquefied gas heat medium is an HFC heat medium or a heat medium mixture thereof, and natural heat. It is a medium.
[0026]
Further, the invention of claim 19 is characterized in that the ultrafine particle solid is 20 nanometers or less and has lubricity.
[0027]
According to a twentieth aspect of the present invention, the heat medium used in a refrigeration cycle, a heat pump cycle, an absorption cycle, a heat pipe or a heat exchange circulation system is the heat medium product according to any one of the twelfth to nineteenth aspects. It is characterized by the following.
[0028]
According to a twenty-first aspect of the present invention, the ultrafine particle solid according to the nineteenth aspect is mixed with a lubricating oil used in a refrigeration cycle, a heat pump cycle, an absorption cycle, and a heat pipe used in the twentieth aspect. It is characterized by the following.
[0029]
The invention according to claim 22 is characterized in that the ultrafine particle solid according to claim 17 has properties of low electrical conductivity and high thermal conductivity.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a method for promoting heat conduction of a heat medium and a heat medium product thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. According to the present invention, the heat medium in the form of a fluid gas for heat conduction of the heat exchanger itself has a high heat conductivity, a high heat transmission rate and a high heat diffusivity to promote heat conduction. Of course, a heat exchanger means for increasing the heat transfer area of the prior art may be added to this. When ultra-fine particle solids are mixed, a filter or the like is not required, and since ultra-fine particle solids are extremely fine particles, they do not become fluid resistance and do not become scales.
[0031]
First, the structure of a refrigeration cycle circulation system to which the heat medium of the present invention is applied is shown in FIG. The heat medium is discharged from the refrigerating compressor 1 to the high-pressure discharge pipe 8 and condensed into the shell-and-tube condenser 2, and the condensate is supplied from the refrigerant liquid pipe 9 via the expansion valve 10 to the shell-and-tube evaporator. 4, the pressure is reduced, the refrigerant liquid evaporates, and the refrigerant gas is sucked into the refrigerating compressor 1 through the low-pressure suction pipe 17.
[0032]
The shell-and-tube condenser 2 includes a shell in which the refrigerant high-pressure gas 19 from the high-pressure discharge pipe 8 enters, and a heat-exchange tube 3 in the condenser for performing heat exchange with the refrigerant high-pressure gas 19 that is provided in the shell. The condenser cooling water 18 is introduced into the condenser heat exchange tube 3 from the cooling tower 6 via the cooling water pump 14 and circulates. The condenser cooling water 18 corresponds to a heat medium in the present invention. Further, a refrigerant in which ultrafine particle solids are mixed into the liquefied gas refrigerant of the present refrigeration apparatus also corresponds to the heat medium of the present invention.
[0033]
The shell-and-tube type evaporator 4 includes a shell-and-tube type evaporator 4 into which the brine refrigerant 12 in the evaporator is introduced, and a heat exchange tube 5 in the evaporator through which the refrigerant gas is introduced. The refrigerant gas 11 is introduced into the heat exchange tube 5 in the evaporator from the refrigerant liquid pipe 9 through the expansion valve 10, and the fan coil type cooler 13 of the air cooler 7 is introduced into the shell and tube evaporator 4. , The brine refrigerant 12 in the evaporator is introduced. The brine refrigerant 12 in the evaporator is returned to the air cooler 7 via the brine pump 15, cooled by the air cooler fan 16 and circulated. The brine refrigerant 12 in the evaporator corresponds to the heat medium of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view schematically showing the conventional refrigerant high-pressure gas 19 in the heat exchange tube 3 in the condenser and the heat exchange tube 5 in the evaporator and the ultrafine particle solids 20 mixed therein. Further, a refrigerant in which ultrafine particle solids are mixed into the liquefied gas refrigerant of the present refrigeration apparatus also corresponds to the heat medium of the present invention.
[0034]
In the prior art, a pure fluid (cleanliness) without being mixed was adopted as a heat medium, but the present invention is devised to this heat medium. As the heat medium of the present invention, for example, ultrafine particle solids 20 are mixed in a fluid, and the ultrafine particle solids 20 are microdiamond, graphite, molybdenum, ceramic, SIC, MgO, 20 μm or less. A graphite cluster diamond (GCD) or cluster diamond (CD) having a size of 20 nanometers or less, which is made of a metal such as AlO, an inorganic substance, or an organic substance, is preferably used. Note that the ultrafine particle solids 20 are mixed in a floating state without settling in a fluid. Table 1 below shows the test results for showing the difference between the thermal conductivity and the thermal diffusivity between the conventional case and the present invention. In this test, distilled water was used as a heat medium, and a mixture of cluster diamond (CD), graphite cluster diamond (GCD), or microdiamond with distilled water was compared with distilled water. went. The test temperature is 23 ° C. As the test results, the thermal diffusivity (mm 2 / s), temperature rise (° C.), specific heat (MJ / m 3 K), and thermal conductivity (W / mK) were determined for each. The CD was 5 nm, the GCD was 10 to 15 nm, and the micro diamond was 12 to 22 microns. The mixing ratio was 1% by weight.
[0035]
[Table 1]
[0036]
As shown in Table 1, the mixture containing 1% by weight of GCD has a thermal conductivity of 1.322, which is 32% higher than that of the conventional distilled water alone of 1.001, and the thermal diffusivity is 123%. Improved. Also, in the case of micro diamond, almost the same effect as that of GCD was obtained. On the other hand, CD had a tendency to decrease in thermal conductivity, thermal diffusivity, and specific heat as compared with microdiamond and GCD. This is a result of the effect of the inclusion on the heat retaining effect and the heat insulating effect, and is improved by the coagulation and dispersion of CD and the hydrophilicity of the solution. The outer surface of GCD is coated with graphite of 2 to 5 nm with CD as a nucleus, and the graphite has a good hydrophilic effect as a result. The microdiamond (12 to 22 microns) is a diamond micron solid and is a diamond solid itself, so that the heat conduction effect and the like are improved. A good thermal diffusivity allows heat to be quickly dispersed in the heat medium to promote heat transfer.
[0037]
When a solid is mixed into the fluid and collides with an object, the solid contacts the solid to increase the thermal conductivity. In particular, the thermal conductivity of diamond is 2400 W / mK, and copper is 398 W / mK, so that the thermal conductivity is about 5 to 6 times higher than that of copper. By using a heating medium in which a diamond ultra-fine particle solid of 20 μm or less, preferably a GCD or CD ultra-fine particle solid of 20 nm or less is mixed in a heating medium at 3% by weight or less, preferably 1% by weight. The thermal conductivity could be improved. Further, the heat medium fluid mixed with the heat medium promoter becomes the heat medium product of the present invention. The higher thermal diffusivity results in a more uniform temperature distribution, and uniform heat transfer.
[0038]
It is possible to increase the heat conduction by at least 30% or more by using the refrigerant containing CD and GCD having a diameter of 20 nm or less as a refrigerant in a refrigerant cycle, a heat pump cycle, and an absorption refrigerator heat pipe. became.
[0039]
As the heat medium, water, ethylene glycol, brine, lithium bromide, oil or a mixture thereof, or a liquefied gas as a refrigerant, HFC or a mixed heat medium thereof, ammonia as a natural heat medium, air propane, etc. The thermal conductivity is increased by the fluid heat medium in which the ultrafine solid particles are mixed in the heat medium.
[0040]
A graphite cluster diamond or a cluster diamond having a super-fine particle solid of 20 nm or less, which itself has lubricity and, when mixed into a lubricating oil (1 to 3% by weight), has the property of enhancing lubricity. have. Mixing the ultra-fine particle solid 20 into a heat medium (3% by weight or less) increases the thermal conductivity as described above, and at the same time, floats without precipitating in the fluid due to the ultra-fine particles, and equipment such as valves. Even when mixed with the heat medium, the sliding portion is not damaged because of the lubricity. Further, the hard fine particles make microscopic solid contact with the inner surface of the tube, promote heat transfer to the fluid, and promote heat dispersion in the fluid. Since the scale film on the fluid contact surface on the inner and outer surfaces of the pipe is not peeled and accumulated, no contamination occurs.
[0041]
There is a circulation circuit with a heat medium fluid on the cooling side or heating side such as a refrigeration cycle and a heat pump cycle. By mixing ultra-fine particle solids in water or ethylene glycol liquid of the circuit, heat conduction with the heat exchanger is achieved. Will increase the rate effect. In addition, the effect can be improved by mixing with the heat medium of the absorption heat pipe.
[0042]
When this ultrafine particle solid is mixed with the heat medium into the lubricating oil of the refrigeration cycle refrigerator and pump, mainly in the case of the refrigerator, not only the heat conductivity effect of the refrigeration cycle is improved, but also the It is possible to promote lubricity due to mixing of solid particles.
[0043]
In addition, ultra-fine particle solid cluster diamond and graphite cluster diamond have high thermal conductivity and low conductivity as described above, so that not only good thermal conductivity but also no adverse effect due to contact during the flow of the heat medium is caused. .
[0044]
As described above, this heat medium is obtained by mixing ultrafine particle solids into a commercially available heat medium, and a heat medium product that promotes heat conductivity and heat diffusivity is produced.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, mixing the ultrafine particle solids into the heat medium and promoting heat conduction can be easily performed without depending on the processing technology of the equipment of the heat exchange equipment, with a heat efficiency of 30% or more and a heat efficiency of 123%. It is a heat transfer promoter which is very inexpensive in that it increases the diffusivity and the amount of ultrafine particle solids mixed is 3% by weight or less, preferably 1% by weight. It circulates in the heat transfer fluid without separation with the fluid without any resistance due to the ultrafine particulate solid (20 nm). The dirt coefficient does not decrease because the dirt in the tube does not adhere after aging. Since there is also lubricity, there is no damage to operating parts such as refrigerators and pumps, and the lubricity is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a refrigeration cycle shell end tube type of the present invention.
FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view showing a cooling pipe in which a heat medium mixed with ultrafine particle solids is present.
FIG. 3 (a) is a schematic perspective view of a conventional pipe through which cooling water flows, and FIGS. 3 (b) to 3 (g) show a conventional cooling pipe having means for increasing the heat transfer area of the pipe. FIG.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a plate-type cooling plate having a means for increasing a heat transfer area, and FIG. 4A is an enlarged cross-sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a plate fin type heat exchanger.
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a plate fin coil type heat exchanger.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 Refrigeration compressor 2 Shell and tube condenser 3 Heat exchange tube in condenser 4 Shell and tube evaporator 5 Heat exchange tube in evaporator 6 Cooling tower 7 Air cooler 8 High pressure discharge pipe 9 Refrigerant liquid pipe 10 Expansion valve 11 Refrigerated gas 12 Brine refrigerant in evaporator 13 Fin coil type cooler 14 Cooling water pump 15 Brine pump 16 Air cooler fan 17 Low pressure suction pipe 18 Condenser cooling water 19 Refrigerant high pressure gas 20 Ultra fine particle solid
