JP2019512073A - 冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、電源を入れて、アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置を起動させ、冷却サイクルが始まり、機器は正常に運転するステップと、
次に、正常運転時、アンモニアガスリークが発生すると、アンモニアガス密度が空気密度より小さいため、アンモニアガス分子が上へ移動し、この時、冷凍装置内に取り付けられた高感度アンモニアガスセンサがアンモニアガス分子、各種のアンモニアガス濃度を検出し、異なる電気パラメータを出力し、回路で処理して、電気パラメータと周辺空気におけるアンモニアガス濃度とを対応させ、次に、アンモニアガス濃度の大きさに基づいて、
a、通常の動作を続けること、
b、微量のリークが発生すると、冷凍を停止して、制御端末に故障信号を送信すること、
c、大量のリークが発生すると、冷凍を停止して、灯が点滅して警報を出し、制御端末に故障信号を送信すること、
d、大量のリークが発生すると、冷凍を停止して、灯点滅+声音警報を実施し、制御端末に故障信号を送信すること、の後続処理を実施するステップと、
次に、いずれかの異常が発生すると、制御端末が直に信号を取得して、リアルタイムにメンテナンス処理を行うステップとを備える。
本発明に係るアンモニアガス検出は、引き出し式小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のために設計されるものであり、構造が合理的で、レイアウトが適当であると同時に、アンモニアガス濃度を検出してデータを収集して処理すると、各種の処置手段を起動させて、アンモニアガスリークによる損失を防止し、正確且つ迅速に判断でき、正確性は0.01PPMに達する。基準を超える濃度を正確に判断し、判断結果の表示が容易であり、視認性を向上させ、アンモニアガス濃度を検出する際に、精度要件に応じて、検出、制御すべきアンモニアガス濃度及び対処方式を設定でき、さらに、アンモニアガス検出器の数を必要に応じて設置することができ、複数の使用に適し、さらに単一のアンモニアガス濃度検出装置による誤判断を回避する。
まず、電源を入れて、アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置を起動させ、冷却サイクルが始まり、機器は正常に運転するステップと、
次に、正常運転時、アンモニアガスリークが発生すると、アンモニアガス密度が空気密度より小さいため、アンモニアガス分子が上へ移動し、この時、冷凍装置内に取り付けられた高感度アンモニアガスセンサがアンモニアガス分子、各種のアンモニアガス濃度を検出し、異なる電気パラメータを出力し、回路で処理して、電気パラメータと周囲空気におけるアンモニアガス濃度とを対応させ、次に、アンモニアガス濃度の大きさに基づいて、
a、濃度が20PPM未満である場合、通常の動作を続けること、
b、濃度が20PPMより大きいと、微量のリークが発生することを示し、冷凍を停止して、制御端末に故障信号を送信すること、
c、多量のリークが発生して、濃度が20PPMより大きいとともに、濃度が人体に長時間接触すると不快さを発生させる値を超えると、冷凍を停止して、灯が点滅して警報を出し、制御端末に故障信号を送信すること、
d、大量のリークが発生して、濃度が20PPMより大きいとともに、濃度が人体に短時間接触すると不快さを発生させる値を超えると、冷凍を停止して、灯点滅+声音警報を実施し、制御端末に故障信号を送信すること、の後続処理を実施するステップと、
次に、いずれかの異常が発生すると、制御端末が直に信号を取得して、リアルタイムにメンテナンス処理を行うステップと備える。
本発明に係る高感度アンモニアガスセンサに使用されるガス感受性材料はクリーンな空気において導電率が低い二酸化錫(SnO2)である。センサーが設置される環境にアンモニアガスが存在すると、センサーの導電率は空気中のアンモニアガス濃度の増加に伴い増大する。簡単な回路だけでは導電率の変化を該ガス濃度に対応した出力信号に変換できる。
ナノ材料は独自の特性や効果をたくさん持っており、アンモニアガス検出への応用が期待される。以下は、ナノ材料の応用の新規性及び進歩性を証明するために、ナノ材料の先進性を詳細に説明する。
物質のサイズが所定の程度まで小さい時、伝統的な力学の代わりとして量子力学を利用してその挙動を説明しなければならず、粉末粒子の寸法が10ミクロンから10ナノに低下すると、粒子径は1000倍に変わるが、体積に換算すると109と大きくなり、従って、両方の挙動上に有意的な差異は発生した。
ナノ粉末は超微粉末又は極細粉末とも呼ばれ、一般的に粒度100ナノ以下の粉末又は粒子を意味し、原子、分子及び巨視的な物体の間にある中間状態の固体粒子材料である。高密度磁気記録材料、ステルス吸収材料、磁性流体材料、放射線防護材料、単結晶シリコン及び精密光学デバイスの研磨材料、マイクロチップの熱伝達基板と配線材料、マイクロエレクトロニクスパッケージング材料、オプトエレクトロニクス材料、先進的な電池電極材料、太陽電池材料、効率的な触媒、効率的な燃焼助剤、センシティブコンポーネント、高靭性セラミック材料(落下しても割れることがないセラミックであって、セラミックエンジン等に用いられる)、ヒト用修復材料、抗癌剤等に利用可能である。
ナノ繊維は直径がナノスケールで長さが大きい線状材料である。マイクロワイヤー、マイクロファイバー(将来の量子コンピュータと光子コンピュータの重要な素子)材料、新型レーザ又は発光ダイオード材料等に利用可能である。
ナノ膜は粒子膜と緻密膜に分けられる。粒子膜は、ナノ粒子が粘着されて中間に極めて微細な隙間を残すフィルムである。緻密膜は膜層が緻密であって結晶粒のサイズがナノスケールであるフィルムである。ガス触媒(たとえば、自動車排気ガスの処理)材料、フィルタ材料、高密度磁気記録材料、感光材料、フラットディスプレイ材料、超伝導材料等に利用可能である。
ナノブロックはナノ粉末を高圧成形し又は金属液体を結晶させて得るナノ結晶材料である。主に、超高強度材料、インテリジェント金属材料等に用いられる。
専門家によれば、ナノ材料についての理解が始まったばかりで、それについてはほとんど知られていないほどである。個々の実験で示される各種の特殊な特性により、それは潜在力が期待できる分野であり、ナノ材料の開発が人間に前例のない有用な材料を提供することが期待できることは分かる。
球状粒子は、表面積と直径の平方成が正比例し、体積と直径の立方成が正比例するため、比表面積(表面積/体積)と直径が反比例する。粒子直径の減少に伴って、比表面積は大幅に増大し、それは、表面原子に占める百分率が著しく増加することを示す。直径が0.1ミクロンより大きい粒子は表面効果が無視できるが、寸法が0.1ミクロンより小さい場合は、表面原子の百分率は急激に増加し、さらに1グラムの超微粒子の表面積の総和は100平方メートルに達し、この場合、表面効果が無視できなくなる。
粒子寸法の量的変化に伴い、所定の条件下で粒子性質の質的変化を引き起こす。粒子寸法の減少による巨視的な物性の変化は小寸法効果と呼ばれる。超微粒子の場合、寸法が小さくなり、同時に比表面積も著しく増加し、下記一連の新規な性質を示す。
金が光波波長より小さい寸法に加工されると、富貴さを示す既存の光沢を失って黒色になる。実際には、すべての金属は超微粒子状態では黒色をしている。寸法が小さいほど、色は黒くなり、銀白色のプラチナ(白金)はプラチナブラック、金属クロムはクロムブラックになる。以上から明らかなように、金属超微粒子は光に対する反射率が極めて低く、通常、1%より低く、約数ミクロンの厚みになると、完全な消光が可能である。この特性を利用して、光熱、光電等の高効率変換材料として利用可能であり、太陽エネルギーを熱エネルギー、電気エネルギーに効率よく変換できる。また、赤外線感知素子、赤外線ステルス技術等にも利用可能である。
固体物質は、大寸法である時、融点が一定になり、超微細化後に融点が大幅に低下し、特に粒子が10ナノスケールより小さい時に顕著である。たとえば、金は、通常の融点が1064C℃であるが、粒子寸法が10ナノサイズに減少されると、27℃に低下し、2ナノサイズである時の融点が327℃程度であり、銀は、通常の融点が670℃であるが、超微銀粒子の融点が100℃よりも低い。従って、超微細銀粉末を用いて製造された導電性ペーストは低温焼結が可能であり、この時、素子の基板として耐高温性セラミック材料を使用しなくてもよく、さらにプラスチックが利用可能である。超微細銀粉末ペーストを用いると、膜厚は均一になり、被覆面積は大きくなり、材料を節約するとともに高品質を有する。日本川崎製鉄社は、パラジウムや銀等の貴金属の代わりとして0.1〜1ミクロンの銅、ニッケル超微粒子から成る導電性ペーストを使用する。超微粒子の融点が低下するという性質は粉末冶金工業においても好適である。たとえば、タングステン粒子に0.1重量%〜0.5重量%の超微細ニッケル粒子を添加することによって、焼結温度を3000℃から1200〜1300℃に低下させ、よって、低温で焼成して大電流トランジスタの基板を製造できるようになる。
ピジョンズ、イルカ、バタフライ、ミツバチや水中に生きている走磁性細菌等の生体には超微細磁性粒子が存在することにより、このような生物は地球の磁場によりナビゲーションされて方向を識別でき、戻る能力を備える。超微細磁性粒子は本質的に生物学的磁気コンパスであり、水中に生きている走磁性細菌はそれによって栄養素が豊かな水底に移動する。電子顕微鏡研究により明らかなように、走磁性細菌の体内には通常直径が約2′10−2ミクロンの磁性酸化物粒子を含む。小寸法の超微細粒子は、磁性が大きな材料と異なり、大きな純鉄は保磁力が約80アンペア/メートルであるのに対して、粒子寸法が2′10−2ミクロン以下に減少すると、その保磁力は1千倍増加し、さらに寸法が減少され、たとえば約6′10−3ミクロンより小さくなると、保磁力はゼロに低下し、超常磁性を示す。超微細磁性粒子の高保磁力の特性を利用して、高記憶密度を有する磁気記録磁性粉として、テープ、ディスク、磁気カードや磁気鍵等に大幅に使用されている。超微細磁性粒子の超常磁性を利用してそれを用途が幅広い磁性液体に製造している。
セラミック材料は一般的に脆性を示すが、ナノ超微粒子をプレスしてなるナノセラミック材料は優れた靭性を有する。それは、ナノ材料が大きな界面を有し、界面での原子配列が混乱であり、原子が外力により変形する時に移動しやすくなり、従って優れた靭性と一定の延性を示し、セラミック材料に新規な力学性質を付与するためである。アメリカの学者の報告によれば、フッ化カルシウムナノ材料は室温で大幅に曲げられても破断することがない。研究から明らかなように、人の歯が高強度を有する原因は、リン酸カルシウム等のナノ材料で構成されることにある。ナノ結晶粒を示す金属は、従来の粗結晶粒子金属より3〜5倍硬い。さらに、金属−セラミック等の複合ナノ材料は、大きな範囲内で材料の力学特性を変えることができ、応用の将来性が期待できる。超微細粒子の小寸法効果は、さらに超伝導性、誘電特性、音響特性や化学的性質等の点にある。
各種元素の原子は特定のスペクトル線を有し、たとえば、ナトリウム原子は黄色スペクトル線を有する。原子モデルと量子力学では、エネルギーレベルの概念を用いて合理的に解釈したとおり、無数の原子で固体を構成する時、独立した原子のエネルギーレベルは合併してバンドになり、電子の数が多いため、バンド中のエネルギーレベルの距離が極めて小さいことから、連続的なものとすることができ、バンド理論により、大きな金属、半導体、インシュレータの間の関係と区別は説明されており、原子、分子及び大きな固体の間にある超微粒子は、大きな材料中の連続的なバンドが破裂されて独立したエネルギーレベルになり、エネルギーレベル間の距離が粒子寸法の減少に伴い増大する。熱エネルギー、電界エネルギー又は磁場エネルギーが平均なエネルギーレベルの距離より小さい場合、巨視的な物体と異なる一連の異常な特性を示し、それは量子寸法効果と呼ばれる。たとえば、導電性金属は、超微粒子の場合にインシュレータになり、磁気モーメントの大きさが粒子中の電子の奇数か偶数に関わり、量子寸法効果のマクロ的な現象として、比熱も異常に変化し、スペクトル線が短波長方向へ移動する。従って、超微粒子は、低温条件下では既存のマクロ法則が成立できないため、量子効果を配慮する必要がある。電子は粒子性も波動性も有するため、トンネリング効果が存在する。一部のマクロ物理量、たとえば微粒子の磁化強度、量子コヒーレントデバイスにおける磁束量等もトンネリング効果を示し、マクロ的な量子トンネリング効果と呼ばれる。量子寸法効果、マクロ的な量子トンネリング効果は将来のマイクロエレクトロニクス、光電子デバイスの基盤となり、又は現在のマイクロエレクトロニクスデバイスのさらなる小型化の限界を決定し、マイクロエレクトロニクスデバイスをさらに小型化する時に上記量子効果を配慮しなければならない。たとえば、半導体集積回路を製造する場合、回路寸法が電子波長に近いと、電子はトンネリング効果によってデバイスから漏れて、デバイスが正常に動作できなくなり、代表的な回路の許容限界寸法が約0.25ミクロンである。開発された量子共鳴トンネルトランジスタは量子効果を用いて製造される次世代デバイスである。
Claims (10)
- 冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法であって、
容器本体を備え、前記容器本体の後部に小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置が設置され、冷凍装置内に少なくとも1つの高感度アンモニアガスセンサが取り付けられ、前記アンモニアガスセンサは制御パネルに接続され、前記制御パネルはさらに本体温度プローブが設置され、前記制御パネル上にさらに無線又は有線通信モジュールが設置され、前記制御パネルは警報点滅灯に接続され、前記制御パネルはブザーに接続され、
まず、電源を入れて、アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置を起動させ、冷却サイクルが始まり、機器は正常に運転するステップと、
次に、正常運転時、アンモニアガスリークが発生する場合、アンモニアガス密度が空気密度より小さいため、アンモニアガス分子が上へ移動し、このとき、冷凍装置内に取り付けられた高感度アンモニアガスセンサがアンモニアガス分子、各種のアンモニアガス濃度を検出し、異なる電気パラメータを出力し、回路で処理して、電気パラメータと周辺空気におけるアンモニアガス濃度とを対応させ、次に、アンモニアガス濃度の大きさに基づいて、
a、通常の動作を続けること、
b、微量のリークが発生すると、冷凍を停止して、制御端末に故障信号を送信すること、
c、大量のリークが発生すると、冷凍を停止して、灯が点滅して警報を出し、制御端末に故障信号を送信すること、
d、大量のリークが発生すると、冷凍を停止して、灯点滅+声音警報を行い、制御端末に故障信号を送信すること、の後続処理を実施するステップと、
次に、いずれかの異常が発生する場合、制御端末が直に信号を取得して、リアルタイムにメンテナンス処理を行うステップとを備えることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用的小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法であって、
前記高感度アンモニアガスセンサは、相補型金属酸化膜半導体チップ型アンモニアガスセンサであり、前記高感度アンモニアガスセンサ内にナノフィルム型ガス感受性材料が取り付けられていることを特徴とする使用方法。 - 前記ナノフィルム型ガス感受性材料は二酸化錫ナノフィルム、銅フタロシアニンフィルム及び銅フタロシアニン/二酸化錫複合膜のうちの一つ又は複数種の複合物であることを特徴とする請求項2に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法。
- 前記ナノフィルム型ガス感受性材料は成膜粒子が均一で、大きさが1−5nmであることを特徴とする請求項2又は3に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法。
- 前記無線又は有線通信モジュールは、SDカードスロット、モデム、電池、マイクロプロセッサー、ROMを備え、高感度アンモニアガスセンサによりアンモニアガスリークがある設定値に達すると検出されると、通信モジュールはワイアレスネットワークに自動的に接続されて、予め設定される番号又は宿直室にコールすることを特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法。
- 前記ナノフィルム型ガス感受性材料内にニッケル元素が1−50%含まれていることを特徴とする請求項2に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法。
- 前記ナノフィルム型ガス感受性材料内にアルミニウム元素が1−50%含まれていることを特徴とする請求項2に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法。
- 前記ナノフィルム型ガス感受性材料はコバルト元素を1−50%含み、コバルトイオンのドーピングによりSnO2の結晶構造を変えることがなく、被検出ガスに対して高感度と優れた応答−回復特性を有することを特徴とする請求項2に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法。
- 前記ナノフィルム型ガス感受性材料内にニッケルコバルト合金粉末が1−50%ドーピングされていることを特徴とする請求項6−8のいずれか1項に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法。
- 前記ナノフィルム型ガス感受性材料内にグラフェン元素が1−50%含まれていることを特徴とする請求項2に記載の冷蔵庫、ワインキャビネット又はクーラー専用の小型アンモニア冷凍型拡散吸収式冷凍装置のアンモニアリークのリアルタイムな検出対処方法の使用方法。
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