JP2008538602A

JP2008538602A - 着氷を防止するための装置および方法、ならびに着氷を妨げる製造物品

Info

Publication number: JP2008538602A
Application number: JP2007530210A
Authority: JP
Inventors: ウイツトマー，ダグラス・ピー; カレ，ジヨージフ; チヨルコシユ，テオドール・デイ; ジヤレル，ジヨージフ・エイ
Original assignee: ウオーターズ・インベストメンツ・リミテツド
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2008-10-30
Also published as: WO2006024032A2; GB2436932A; US9027635B2; DE112005001996T5; GB0703668D0; WO2006024032A3; US20090159751A1

Abstract

本発明の実施形態は、水をはじき且つ熱交換表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する被覆を有する熱交換表面を特徴とする。

Description

本発明は、着氷（ｉｃｅｂｕｉｌｄｕｐ）を防止するための装置および方法、ならびに熱交換器や航空機の操縦表面および揚力表面等の着氷を妨げる製造物品に関する。

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００４年８月２４日に出願された米国特許仮出願第６０／６０３，９３０号の優先権を主張するものである。この出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、着氷を防止する装置および方法、ならびに着氷を妨げる製造物品に関する。着氷を受ける装置は、温度制御を必要とする分析装置を含む。いくつかの計器は、ヒートシンクおよび熱交換器でペルチェ装置を利用する。熱交換器は、金属の高熱伝導率のために、一般に金属製である。これらの装置が、熱交換器周辺で循環する空気から熱を抽出するので、熱交換器の温度が低下する。空気中の水分である水が表面上で凝縮するように、温度は、低下されることがある。凝縮された水が、熱交換器の効率を低下させる。そして、熱交換器の温度がますます低くなる循環が生ずる。最終的には、氷の層または塊が、熱交換器の上に形成される。熱交換器の効果的な作動を回復するために、氷が除去される。

除湿器、空調機、冷蔵庫、および冷凍機は、着氷に関する問題を有する。氷が冷凍機内に任意の金属表面上に形成される。たとえば、氷は、金属棚および金属コンテナの上に形成され、冷凍機がコイルを有する場合、このようなコイルは氷の層を生ずる。氷が冷凍機内に蓄積し、利用可能で有用な空間を減少させ、効率を低下させ得る。

航空機の操縦表面および揚力表面上の着氷が問題である。本明細書において使用されるように、操縦表面は、航空機の航路を変化させることに関連した表面である。揚力表面は、翼などを指す。氷が、温度および空力効果のために、操縦表面および揚力表面に形成され付着する。航空機上の着氷は、数多くの大惨事と関連がある。

装置および航空機の着氷の問題を低減させる簡単な手段を有することが望ましい。

本発明の実施形態は、着氷を防止するための装置および方法、ならびに着氷を妨げる製造物品に向けられる。本発明の装置および製造物品は、熱交換器と、冷蔵および冷凍装置と、航空機の操縦表面および揚力表面とを含む。本発明の一実施形態は、空気から熱エネルギーを抽出するための装置を特徴とする。この装置は、熱エネルギーを吸収するための熱交換表面と、ほぼ疎水性の被覆の層とを有する。この層は、熱交換表面に、または熱交換表面上に固定される。被覆は、水をはじき且つ前記表面上の水の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する。低レベルの凝縮によって、着氷が防止される。

好ましい被覆は、フルオロポリマーである。特に好ましいフルオロポリマーは、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される。好ましくは、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンは、３つから６つのフッ素原子を有する。特に好ましいポリフルオロプロペンは、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである。

好ましくは、熱交換表面は、凝縮、冷蔵または冷凍のコイルか、ペルチェ装置に結合される熱交換器である。

好ましくは、熱交換器表面が、垂直に配置される。低い接触角のために、被覆上に形成する液滴が、急速に表面の表側を下降し滴下することが可能となる。

本発明のさらなる実施形態が、ペルチェ装置上の熱交換表面と冷蔵庫および冷凍機の構成部品とに着氷することを防止する方法に向けられる。方法が、熱交換表面上に実質的に疎水性の被覆の層を配置するステップを含む。被覆は、水をはじき且つ熱交換器の表面の表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する。

本明細書において使用されるように、冷蔵庫および冷凍機の構成部品は、工業用および家庭用の冷蔵庫、冷凍機、除湿器、および空調機を含む。

本発明の実施形態には、装置の一部または要素である構成部品が着氷されるという適用がある。たとえば、本発明の一実施形態は、着氷を妨げる冷凍機の構成部品に向けられるが、これに限定されるものではない。冷凍機の構成部品は、被覆を有する表面を備え、被覆は、水をはじき且つ表面上の水の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する。

冷凍機のトレイおよび棚等の典型的なアルミニウムおよびスチールの構成部品が、特に着氷を受けやすい。

本発明のさらなる実施形態は、たとえばペルチェ熱交換装置等の、温度を制御するための装置を備える。装置は、ヒートシンクと、ヒートシンクと熱連絡している１つ以上の熱交換器フィンとを備える。熱交換器フィンは、被覆を有し、被覆は、水をはじき且つ表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する。

好ましくは、ヒートシンクがペルチェ熱交換装置と熱連絡している。そして、好ましくは、１つ以上のフィンが、垂直に配置される表面を有する。

本発明のさらなる実施形態は、着氷の可能性を有する揚力表面および操縦表面を有する航空機に向けられる。航空機は、被覆を有する操縦表面および揚力表面を有し、被覆は、水をはじき且つ表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する。

本明細書において使用されるように、操縦表面という用語は、航空機の方向を変化させるのに調整される表面を含む。揚力表面は、翼などの航空機を上昇させるのに関連付けられる表面である。

本発明の実施形態は、操縦表面および揚力表面上の着氷を減少するように航空機を維持する方法に向けられる。方法は、被覆を塗布するステップを含み、被覆は、水をはじき且つ表面上の凝縮の形成防止するために、水よりも低い表面張力を有する。

好ましくは、被覆は、ペイント状の被覆として塗布される。このようなペイント状の被覆は、指示薬顔料を有するのが好ましい。指示薬顔料は、どの表面が組成を受けたかを示す。そして、乾燥すると、指示薬顔料は、摩耗および被覆の状態を示す。

これらおよび他の特徴および利点は、図面を見て以下の本発明の詳細な説明を読むと、当業者にとって明らかになるであろう。

本発明の実施形態は、着氷を防止するための装置および方法、ならびに着氷を妨げる製造物品に向けられる。当業者は、本発明は、着氷が問題となり得る任意の装置に広く適用されることを認識する。たとえば、本発明の実施形態は、熱交換器と、冷蔵冷凍装置と、航空機の操縦表面および揚力表面とに関して適用するが、これらに限定されるものではない。熱交換器は、分析装置および医療分野において使用される。

ここで図１を参照すると、熱エネルギーを空気から抽出するための装置が、符号１１によって表されている。装置１１は、以下の主要な要素を備える。すなわち、熱交換器アセンブリ１３と、層１５と、ヒートシンク１７と、ペルチェ装置２１とである。ペルチェ装置２１は、ヒートシンク１７からエネルギーを抽出するために電流を使用する。ヒートシンクは、熱交換器アセンブリ１３と熱連絡している。ペルチェ装置、ヒートシンク、および熱交換アセンブリは、良く知られている技術であり、数多くの売主から入手可能である。

本明細書において使用されるように、「熱連絡」という用語は、熱エネルギーの交換があることを意味する。

この説明に関連して、ペルチェ装置２１は、関心のある対象物（図示せず）を加熱するために使用される。したがって、熱がヒートシンク１７および熱交換器アセンブリ１３から抽出される。熱エネルギーが、熱交換器アセンブリ１３から抽出されるので、熱交換器アセンブリ１３の温度が低下される。

熱交換器アセンブリ１３が、熱交換表面２５を提供するフィン２３を有する。１つ以上のフィン２３が、熱交換表面２５の周囲の空気から熱エネルギーを吸収する。熱交換表面２５の周囲の空気が、温度降下を受ける。水蒸気が、熱交換表面２５の周囲で凝縮する傾向があり、液滴を、そして空気および熱交換表面が十分に低い場合には、氷を形成する。水および氷は、不十分なヒートシンクである。したがって、より多くの熱をヒートシンク１７および熱交換アセンブリ１３から引き抜くために、ペルチェ装置２１は電力を供給される。熱交換表面２５の温度が、さらに低下し、さらなる氷が形成される。

ここで図２を参照すると、本発明の実施形態は、熱交換表面２５および実質的に疎水性の被覆の層１５を特徴とする。層１５は、ペイントとして熱交換表面２５に固定され、または熱交換表面２５上に固定される。層１５は、水をはじき且つ熱交換表面２５に、より正確には、層１５と空気との界面３１に水の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する。低レベルの凝縮によって着氷が防止される。

好ましくは、層１５は、水の表面張力より下である２０℃で約７５．０５×１０^−３Ｎ／ｍ（７５．０５ダイン／ｃｍ）の表面エネルギーを有する界面３１を有する。好ましくは、界面３１は、９０度より小さい水との接触角を有する。

好ましい被覆は、フルオロポリマーである。特に好ましいフルオロポリマーは、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される。ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンの化合物は、いくつかの売主から入手可能である。ポリフルオロプロペン化合物と関連する一般的な商品名は、テフロン（登録商標）（デュポン社、Ｄｅｌａｗａｒｅ，ＵＳＡ）である。好ましくは、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンは、３つから６つのフッ素原子を有する。特に好ましいポリフルオロプロペンは、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである。

好ましいポリフルオロプロペンである、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンは、フルオロカーボン溶媒において０．１％から５％の溶液である。０．２％の溶液が、商品名ＮＹＥＢＡＲ−ＴＹＰＥＱ（ナイルーブリカンツ社、Ｆａｉｒｈａｖｅｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，ＵＳＡ）で販売されている。熱交換表面を１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペン溶液に浸漬し、溶液を熱交換表面２５に刷毛塗りし、または溶液を熱交換表面２５に噴霧することによって、溶液が熱交換表面２５に塗布される。キャリヤ溶媒は、約５分で蒸発する。熱交換表面２５は、好ましくは約１００℃で１５分間加熱され、より耐久性のある耐磨耗性の層１５が生じる。１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンの層１５は、無色である。

好ましくは、熱交換器表面２５が垂直に配置される。低い接触角のために、被覆上に形成する液滴が、急速に表面の表側を下降し、滴下することが可能となる。液滴が、熱交換表面２５に付着し氷を形成することはない。熱交換表面２５の効率は、氷の形成に好都合である湿潤状態においてさえ実質的に変化しないままである。

熱交換表面２５が、図１において図示されるようなペルチェ装置２１に関して記載されている。しかしながら、当業者は、ペルチェ装置２１、ヒートシンク１７、および熱交換アセンブリ１５は、凝縮、冷蔵、または冷凍のコイルや、他の熱交換器装置（図示せず）を備え得ることを容易に認識する。凝縮、冷蔵および冷凍のコイルならびに構成部品は、工業用および家庭用の冷蔵庫、冷凍機、除湿器、および空調機のコイルおよび構成部品を含む。

本発明の実施形態には、装置の要素が熱交換表面２５として作用するため、装置の一部または要素である構成部品が着氷を受ける適用がある。ここで図２を参照すると、たとえば、棚、トレイ、区画の仕切板および壁は、熱交換表面２５として作用するが、これらに限定されるものではない。このような棚、区画の仕切板および壁は、たいてい、たとえばアルミニウムなどの金属製である。冷凍機の作動中、棚、区画の仕切板および壁が、凍結温度に維持される。より高い蒸気圧を有する雰囲気にさらされると、このような空気および水からのこれらの表面吸収熱エネルギーは、凝縮して氷の層を形成する。

本発明の一実施形態は、着氷を妨げる冷凍機の構成部品に向けられる。冷凍機の構成部品は、水をはじき且つ表面上の水の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する層１５を有する表面２５を具備する。

本発明の使用は、ペルチェ装置、凝縮、冷蔵および冷凍機の構成部品の熱交換表面上の着氷を防止する方法に関して記載される。方法が、熱交換表面２５上に実質的に疎水性の被覆の層１５を配置するステップを含む。層は、水をはじき且つ層１５と空気との界面３１で凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する。

好ましい層１５は、フルオロポリマーである。特に好ましいフルオロポリマーは、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される。好ましくは、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンは、３つから６つのフッ素原子を有する。特に好ましいポリフルオロプロペンは、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである。

ここで図３を参照すると、本発明のさらなる実施形態が、航空機の揚力表面および操縦表面への着氷を防止することに向けられる。揚力表面３３および操縦表面３５を有する航空機３１が表されている。揚力表面３３および操縦表面３５には、着氷の可能性がある。航空機の揚力表面３３および操縦表面３５上の着氷は、深刻な航空機災害の潜在的原因として確認されている。氷は堆積し、航空機３１に重量を追加する。揚力表面３３の輪郭（図示せず）が変更され、より少ない揚力を供給する。作動方向に連動する操縦表面３５は、移動できなくなり得る。

示されるように、航空機は、水をはじき且つ操縦表面３５および揚力表面３３上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を備えた層１５’を有する、操縦表面３５および揚力表面３３を具備する。

本明細書において使用されているように、操縦表面という用語は、航空機の方向を変化させるのに調整される表面３５を備える。揚力表面は、たとえば翼など３３の、航空機を上昇させることに関連付けられる表面である。

特に好ましいポリフルオロプロペンは、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである。この好ましいポリフルオロプロペンは、刷毛塗りされるか、噴霧されるなどして操縦表面３５およびまたは揚力表面３３に塗布されることができる。好ましい層は、層の摩耗を示す指示薬顔料を有する。

本発明の動作は、操縦表面３５および揚力表面３３上の着氷を減少させるように航空機３１を維持する方法に関して記載される。方法は、水をはじき且つ操縦表面３５および／または揚力表面３３上の凝縮の形成を防止するために、水より低い表面張力を有する被覆を塗布するステップを含む。

したがって、本発明の実施形態が、好ましい装置に関して記載され、本明細書における教示から逸脱することなく、本発明が修正および変更されることができるということを理解しつつ、装置および方法が、図面およびこの詳細な考察において表される。それゆえに、本発明は、本明細書に説明される詳細な細部に制限されるべきではなく、請求項およびそれらの同等物の主題を含むべきである。

ペルチェ熱交換装置の形をした、本発明の特徴を具体化する装置を表す。本発明の特徴を有する熱交換器フィンを断面図で表す。本発明の特徴を具体化する航空機を表す。

Claims

空気から熱エネルギーを抽出するための装置であって、
ａ．熱エネルギーを吸収するための熱交換表面と、
ｂ．前記熱交換表面上の実質的に疎水性の被覆の層とを備え、前記被覆が、水をはじき且つ前記熱交換表面上の水の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する、装置。
前記被覆が、フルオロポリマーである、請求項１に記載の装置。
前記フルオロポリマーが、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される、請求項２に記載の装置。
前記ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンが、３つから６つのフッ素原子を有する、請求項３に記載の装置。
前記ポリフルオロプロペンが、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである、請求項３に記載の装置。
前記熱交換表面が、凝縮、冷蔵、または冷凍コイルである、請求項１に記載の装置。
前記熱交換表面が、垂直に配置される、請求項１に記載の装置。
冷凍機の構成部品上の着氷を防止する方法であって、
実質的に疎水性の被覆の層を配置するステップを含み、前記被覆が、水をはじき且つ前記冷凍機の構成部品の表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する、方法。
前記被覆が、フルオロポリマーである、請求項８に記載の方法。
前記フルオロポリマーが、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される、請求項９に記載の方法。
前記ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンが、３つから６つのフッ素原子を有する、請求項１０に記載の方法。
前記ポリフルオロプロペンが、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである、請求項１１に記載の方法。
着氷を妨げる冷凍機の構成部品であって、被覆を有するハウジングを備え、被覆が、水をはじき且つ表面上の水の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する、冷凍機の構成部品。
前記被覆が、フルオロポリマーである、請求項１３に記載の装置。
前記フルオロポリマーが、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される、請求項１４に記載の装置。
前記ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンが、３つから６つのフッ素原子を有する、請求項１５に記載の装置。
前記ポリフルオロプロペンが、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである、請求項１６に記載の装置。
機器の温度を制御するための装置であって、
ａ．連結されるペルチェ熱交換装置と、
ｂ．前記ペルチェ熱交換装置と熱連絡しているヒートシンクと、
ｃ．前記ヒートシンクと熱連絡し、且つ被覆を有する１つ以上の交換器フィンとを備え、前記被覆が、水をはじき且つ表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する、装置。
前記被覆が、フルオロポリマーである、請求項１８に記載の装置。
前記フルオロポリマーが、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される、請求項１９に記載の装置。
前記ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンが、３つから６つのフッ素原子を有する、請求項２０に記載の装置。
前記ポリフルオロプロペンが、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである、請求項２１に記載の装置。
前記１つ以上のフィンが、垂直に配置される表面を有する、請求項１８に記載の装置。
被覆を有する操縦表面および揚力表面を有する航空機であって、被覆が、水をはじき且つ前記操縦表面および揚力表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する、航空機。
前記被覆が、フルオロポリマーである、請求項２４に記載の航空機。
前記フルオロポリマーが、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される、請求項２５に記載の航空機。
前記ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンが、３つから６つのフッ素原子を有する、請求項２６に記載の航空機。
前記ポリフルオロプロペンが、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである、請求項２７に記載の航空機。
操縦表面および揚力表面上の着氷を減少するように航空機を維持する方法であって、
被覆を塗布するステップを含み、被覆が、水をはじき且つ前記操縦表面および揚力表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する、方法。
前記被覆が、フルオロポリマーである、請求項２９に記載の方法。
前記フルオロポリマーが、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される、請求項３０に記載の方法。
前記ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンが、３つから６つのフッ素原子を有する、請求項３１に記載の方法。
前記ポリフルオロプロペンが、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである、請求項３２に記載の方法。
ペイント状の被覆であって、
水をはじき且つ表面上の凝縮の形成を防止するために、水よりも低い表面張力を有する組成の溶液と、
どの表面が組成を受けたかを示す指示薬顔料とを含み、乾燥すると、前記指示薬顔料が、摩耗および組成の状態を示す、ペイント状の被覆。
前記被覆が、フルオロポリマーである、請求項３４に記載の被覆。
前記フルオロポリマーが、ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンのモノマーから誘導される、請求項３６に記載の被覆。
前記ポリフルオロエチレンおよびポリフルオロプロペンが、３つから６つのフッ素原子を有する、請求項３６に記載の被覆。
前記ポリフルオロプロペンが、１，１，２，３，３，３ヘキサフルオロプロペンである、請求項３７に記載の被覆。