JP6486409B2 - 空調機の運転方法及び網状樹脂成形体 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器における熱交換効率を高め得る空調機の運転方法及びこれに用いる樹脂成形体に関し、特に、熱交換器に導入される空気を帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得る空調機の運転方法及びこれに用いる樹脂成形体に関する。

熱交換器における熱交換効率を高めることでこれを含む空調機の動作効率を高めようとする試みがある。かかる試みのうち、加熱された循環冷媒を冷却させるための空調機の室外機の熱交換器（コンデンサ）において、水を熱交換器上に噴霧して蒸発（気化）させ、この気化熱によって熱交換器表面での抜熱を補助する方法が多く提案されている。

一方、特許文献１では、空調機の室外機の熱交換器（コンデンサ）に送られる風の温度を水の気化熱を利用して低下させる方法を開示している。コンデンサファンの上流側にあって、該ファンの風の流れに沿う方向に貫通した比較的大きな通気穴を複数形成されており且つ微細気孔を含むセラミック板からなるハニカム多孔体を与えるとしている。気孔内に保持させた水が気化することで少ない水の量でコンデンサファンへの風の温度を低下させる一方、比較的大きな通気穴を与えたことで風の圧力損失を小さく抑え、結果として、熱交換器における熱交換効率を高め得るとしている。

また、特許文献２では、空気の流通系を有する空調機の熱交換器において、空気の流通経路に与えられてこれを通過する空気流の温度等を変化させる焼成セラミックス粉末＋樹脂の複合材からなる板状の網状樹脂成形体を開示している。かかる網状樹脂成形体も特許文献１と同様に、風の圧力損失を小さく抑えるための比較的大きな通気穴を有する厚さ２〜３ｍｍ程度の板状の樹脂成形体であるが、釉薬とともに低温焼成して得られた焼成セラミックスを破砕した粉末をポリエチレンのような母材樹脂に２０％程度含有させることで、熱交換器における熱交換効率を高め得るとしている。

ところで、近年、熱交換器への空気の流通経路を形成する管路等における電荷の帯電状態がこれを通過する空気の流れ状態に影響を与え、結果として、該熱交換器における熱変換効率に影響を与えることがわかってきた。

例えば、特許文献３では、自動車用冷却装置において、非導電性合成樹脂材料からなるファンカバーに正の電荷が帯電することを抑止する自己放電式除電器を設置し、冷却効率を高める方法を開示している。非導電性の薄肉壁の表面の電圧値が高くなると、この表面に沿う空気の流れが変化し、空気流が薄肉壁の表面から離れやすくなり、冷却装置の冷却効率が低下してしまうのである。そこで、これを抑止し空気流を制御すべく、自己放電式除電器を設置するとしている。

特開２０１２−７２９５１号公報 特開２０１４−２２４６２１号公報 特開２０１６−１１７３８８号公報

空調機の室内機において、室内の空気を吸入し熱交換器で熱交換後、室内に戻すような場合においても、室内に向けられた化粧（フロント）パネルなどは樹脂からなることが一般的であるから、特許文献３と同様に帯電の問題が生じ得る。この点、特許文献２の樹脂成形体について明示はされていないが帯電状態をキャンセルする機能を有しているとすれば、乱れた空気流が本来の理想的な流れ状態に制御され、結果として、空調機の動作効率を高めているとも理解され得る。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、熱交換器に導入される空気を帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得る空調機の運転方法及びこれに用いる樹脂成形体を提供することにある。

本発明者は、特許文献２のような樹脂成形体において、これに与えられた焼成セラミックス粉末の空気流に与える物理的性質に着目するだけではなく、むしろ樹脂について着目した。すなわち、高々、２〜３ｍｍ程度の厚さの樹脂成形体を厚さ方向に空気流が通過しただけでこのように短い空気流路から、しかも、高々、数十％以上の焼成セラミックス粉末を含む樹脂の該空気流路の表面に裸出できた該焼成セラミックス粉末からの物理的性質の影響を大きく受けるとは考えづらいのである。その一方で、焼成セラミックス粉末の物理的性質の影響を高めるべく、樹脂成形体により多くの焼成セラミックス粉末を与えることは樹脂成形が不可能になってしまい、現実的でない。このような状況のなかで試行錯誤した結果本発明に到ったものである。

すなわち、本発明による空調機の運転方法は、熱交換器に導入される空気を帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得る空調機の運転方法であって、モンモリロナイト系粘土鉱物の未焼成粉体を溶解させたポリエチレン又はポリプロピレンの熱可塑性樹脂からなる板状であって厚さ方向に貫通する通気穴を有する網状樹脂成形体を前記熱交換器への空気流路をよぎるように与え、前記通気穴を通過させて前記空気を前記熱交換器に導入することを特徴とする。

かかる方法によれば、熱交換器に導入される空気を帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得るのである。

上記した発明において、前記網状樹脂成形体は一方の主面を接地電位としたときに他方の主面において負電位となることを特徴としてもよい。かかる方法によれば、熱交換器に導入される空気を確実に帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得るのである。

上記した発明において、前記通気穴の平面開口率を７０％以上とすることを特徴としてもよい。かかる方法によれば、熱交換器に導入される空気の流れを阻害せず、一方で、これを通過する空気との接触面積を減じても帯電制御できて該熱交換器における熱交換効率を高め得るのである。

上記した発明において、前記網状樹脂成形体は帯電集塵フィルタと前記熱交換器との間に与えられることを特徴としてもよい。かかる方法によれば、帯電集塵フィルタによる塵の影響を除去するとともに、熱交換器に導入される空気を確実に帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得るのである。

また、本発明による網状樹脂成形体は、熱交換器に導入される空気を帯電制御し該、熱可塑性樹脂からなる板状であって厚さ方向に貫通する通気穴を有しこれを通過させて空気を熱交換器に導入する網状樹脂成形体であって、モンモリロナイト系粘土鉱物の未焼成粉体を溶解させたポリエチレン又はポリプロピレンの熱可塑性樹脂からなることを特徴とする。

かかる網状樹脂成形体によれば、これを用いることで、熱交換器に導入される空気を帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得るのである。

上記した発明において、一方の主面を接地電位としたときに他方の主面において負電位となることを特徴としてもよい。かかる網状樹脂成形体によれば、これを用いることで、熱交換器に導入される空気を確実に帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得るのである。

上記した発明において、質量比で前記熱可塑性樹脂に対して前記粘土鉱物を２〜５％の範囲で含むことを特徴としてもよい。また、前記未焼成粉体は泥岩を粉砕したものであることを特徴としてもよい。更に、前記泥岩は、質量比で、少なくとも、ＳｉＯ_２を６０〜７０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜１５ｗｔ％含むことを特徴としてもよい。かかる網状樹脂成形体によれば、これを用いることで、熱交換器に導入される空気を確実に帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得るのである。

上記した発明において、前記通気穴の平面開口率を７０％以上とすることを特徴としてもよい。かかる網状樹脂成形体によれば、これを用いることで、熱交換器に導入される空気の流れを阻害せず、一方で、これを通過する空気との接触面積を減じても帯電制御できて該熱交換器における熱交換効率を高め得るのである。

本発明による１つの実施例に使用される空調機の断面図である。 網状樹脂成型体の（ａ）正面図及び（ｂ）側面図である。 網状樹脂成型体の製造方法を示すフロー図である。 網状樹脂成型体の電位測定結果の表である。 網状樹脂成型体の配置例を示す断面図である。

本発明による１つの実施例としての空調機の運転方法について、図１及び図２を用いて説明する。

図１に示すように、空調機１０は、空気の吸い込み口に取り付けられるグリル１と、フィルタ２と、網状樹脂成形体３と、熱交換機４とをそれぞれ空気流路５に順に配置して備える。特に、網状樹脂成型体３は、熱交換機４への空気流路５をよぎるように配置される。ここで、網状樹脂成型体３以外については、公知の空調機と同様であるので説明は省略する。

図２を併せて参照すると、網状樹脂成型体３は、モンモリロナイト系粘土鉱物の未焼成粉体を溶解させたポリエチレン（以降、ＰＥと称する）又はポリプロピレン（以降、ＰＰと称する）の熱可塑性樹脂からなり、厚さ方向に貫通する多数の円形の通気穴３１を有する板状体である。また、網状樹脂成型体３は、通気穴３１を設けない盲部３２や桟部３３を適宜備えていてもよい。本実施例では、四隅に盲部３２を備え、縦横それぞれ中央に桟部３３を備えている。また、桟部３３には、その強度を損ねない範囲で、適宜、貫通穴（不図示）が設けられていてもよい。

ここで、空調機１０を運転すると、空気は図示しないファンにより吸い込み口から空気流路５に吸い込まれ、グリル１及びフィルタ２をそれぞれ通過し、さらに網状樹脂成型体３を通過してから熱交換器４へ導入されて、フィン等の熱交換機４の表面でその内部の媒体と熱交換する。

空調機１０においては、網状樹脂成型体３を熱交換機４への空気流路５をよぎるように配置させることにより、熱交換効率を向上させ得ることが判っている。そのメカニズムの詳細は不明ではあるが、網状樹脂成型体３によって、以下のように熱交換機４に導入される空気の帯電制御をできているものと考えられる。

例えば、一般的に、グリルやフィルタは非導電性材料によって構成され、空調機の運転に伴い正に帯電しやすい。正に帯電したグリルやフィルタを空気が通過すると、特許文献３にも記載されているように、空気を正に帯電させて本来意図していたものと異なる流れを形成してしまい、その結果、熱交換機における熱交換効率を低下させてしまう。

これに対し、網状樹脂成型体３は、粘土鉱物を溶解させた樹脂であり、安定して負の電位を得やすいことが確認されており、正に帯電した空気の帯電状態を緩和するように帯電制御するものと考えられる。これにより、空気の流れを本来意図していたものに近づけ、空気が正に帯電することで低下した熱交換効率を向上させて本来の熱交換効率に近づけることができると考えられる。

ここで、網状樹脂成型体３の通気穴３１は、その平面開口率を７０％以上とすると、熱交換器４に導入される空気の流れを阻害せず好ましい。なお、通気穴３１は、平面視で円形ではなく六角形としてもよい。

このような網状樹脂成型体３の製造方法について図３を用いて説明する。

図３に示すように、粘土鉱物を溶解させた熱可塑性樹脂からなる網状樹脂成型体３は、例えば、射出成型によって得ることができる。詳細には、まず、未焼成のモンモリロナイト系粘土鉱物を含む泥岩を破砕装置で例えば５〜１０μｍの平均粒径となるまで粉砕して粉体を得て、ＰＥ又はＰＰと所定の比率で混合し、粘土鉱物入りの泥岩ペレットを作製する（Ｓ１）。次いで、泥岩ペレットの作製に用いたＰＥ又はＰＰのいずれかからなる樹脂ペレットと、泥岩ペレットとを所定の比率で配合し、混合ペレットを得る（Ｓ２）。この混合ペレットを射出成型機に投入し、射出成型機の内部で樹脂を溶融させつつ粘土鉱物粉体を樹脂と混錬し、網状樹脂成型体３の金型に射出して成形する（Ｓ３）。このようにして、網状樹脂成型体３を得ることで、網状樹脂成型体３を形成する熱可塑性樹脂は、粘土鉱物を溶解させて含むことができる。このように粘土鉱物を溶解させることで、網状樹脂成型体３の全面において空気の帯電制御をできるようにしている。すなわち、樹脂に粘土鉱物の粒子を単に分散させるのではなく、樹脂に粘土鉱物を溶解させて樹脂の性質を変化させることを意図している。

網状樹脂成型体３を形成する熱可塑性樹脂は、含有する粘土鉱物の量が少ないと空気の帯電制御の効果が小さく、粘土鉱物の量が多いと帯電制御の効果が飽和するとともに網状樹脂成型体３の成形が難しくなる。熱可塑性樹脂全体に対して粘土鉱物を質量比で２〜１０％含むようにされると好ましく、２〜５％含むようにされるとより好ましい。

また、モンモリロナイトは（Ｎａ，Ｃａ）_０．３３（Ａｌ，Ｍｇ）_２Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏの化学組成を有するが、モンモリロナイト系粘土鉱物を含む泥岩は、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３を主要な酸化物として多く含むとともに、Ｎａ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＳＯ_３、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＦｅＯ等の酸化物が他に含まれている。ここで、上記したようなモンモリロナイト系粘土鉱物を得るための泥岩は、質量比で、少なくとも、ＳｉＯ_２を６０〜７０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜１５ｗｔ％含むことが好ましい。このような成分組成であるとモンモリロナイトを多く含み、空気の帯電制御の効果を確実に得ることができる。

このような網状樹脂成型体３の電位測定を行ったので、その結果について図４を用いて説明する。

まず、樹脂としてＰＥを用いて、モンモリロナイト系粘土鉱物を質量比で１０％含有させて製造した網状樹脂成型体３の１つの通気孔３１の周囲の部分を略環状に切り出して、この環状体を試験片とした。試験片を銅板からなる接地電極の上に載置して下側の主面を接地電位とし、反対側の主面である上側の面についての電位を上面視で上下２か所（つまり、上面の水平方向に対向する２か所）で測定し、更に裏返して同様に２か所測定した。測定結果を図４「実施例」に示した。測定にはモンローエレクトロニクス社製の表面電位計（Ｉｓｏｐｒｏｂｅ−ｍｏｄｅｌ ２４４）とそのプローブ（ｍｏｄｅｌ １０１７）を用いた。また、「比較例」として、網状樹脂成型体３と同様の形状のＰＥのみからなる成型体から同様に環状体を切り出して、同様に電位を測定し、図４に示した。

図４に示すように、「実施例」においては一方の主面の接地電位に対して反対側の主面では負の電位を安定的に示す。これに対し「比較例」では正の電位を部分的に含むなど不安定である。また、計４か所の電位の平均値も「実施例」の方が負の電位として絶対値が大きい。つまり、粘土鉱物を溶解させて含む「実施例」によれば、一方の主面を接地電位としたときに他方の主面において安定的に負電位となる。つまり、「実施例」による網状樹脂製成型体３によれば、正に帯電した空気の帯電状態を緩和するように帯電制御できるのである。

一般に、粘土鉱物は負に荷電しており陽イオン交換能を有するが、モンモリロナイト系粘土鉱物は陽イオン交換容量が比較的大きく、これによって網状樹脂成型体３を安定的に負の電位にすることができるものと考えられる。また、未焼成体であることで熱可塑性樹脂の内部で細かく分散して溶解することができるものと考えられる。これは、焼成体であるセラミックス粉末を分散させるとＰＥ又はＰＰのいずれであっても光の透過性を失うが、粘土鉱物の未焼成粉体を溶解させた網状樹脂成型体３は光の透過性を失わないからである。

以上のような網状樹脂成型体３の空調機における具体的な配置について図５を用いて説明する。

図５に示すように、空調機２０は天井埋め込み型の室内機である。本体２１は天井１１に埋め込まれ、その内部にモータ２２とモータ２２により回転されるファン２３を備える。かかるファン２３の回転により、空気は、本体２１の中央下部の吸込み口１２を介して下側の室内から吸い込まれ、外周側の熱交換機４に導入されて熱交換し、外周側の吹出し口１３から室内に戻される。ここで吸込み口１２にはグリル１及びフィルタ２が下から順にはめ込まれており、さらにその上に熱交換機４へ向かう空気の流路をよぎるように網状樹脂成型体３が配置される。

このような配置とすることで、吸い込まれた空気がグリル１やフィルタ２によって正に帯電しても、グリル１やフィルタ２と、熱交換機４との間に配置される網状樹脂成型体３を通過させることで正に帯電した空気の帯電状態を緩和するように帯電制御できる。

また、フィルタ２が通過する空気を正に帯電させる帯電集塵フィルタである場合でも、フィルタ２と熱交換機４との間に網状樹脂成型体３を配置させるので、正に帯電した空気の帯電状態を緩和するように帯電制御できる。

また、網状樹脂成型体３は、空調機の熱交換機への空気流路をよぎるように配置することで、他の形式の空調機であっても、また、室内機又は室外機のいずれであっても同様に使用でき、熱交換効率を向上させ得る。

以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれらの例に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

３ 網状樹脂成型体
４ 熱交換機
５ 空気流路
１０、２０ 空調機

Claims (10)

1. 熱交換器に導入される空気を帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得る空調機の運転方法であって、
   モンモリロナイト系粘土鉱物の未焼成粉体を溶解させたポリエチレン又はポリプロピレンの熱可塑性樹脂からなる板状であって厚さ方向に貫通する通気穴を有する網状樹脂成形体を前記熱交換器への空気流路をよぎるように与え、前記通気穴を通過させて前記空気を前記熱交換器に導入することを特徴とする空調機の運転方法。
2. 前記網状樹脂成形体は一方の主面を接地電位としたときに他方の主面において負電位となることを特徴とする請求項１記載の空調機の運転方法。
3. 前記通気穴の平面開口率を７０％以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調機の運転方法。
4. 前記網状樹脂成形体は帯電集塵フィルタと前記熱交換器との間に与えられることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載の空調機の運転方法。
5. 熱交換器に導入される空気を帯電制御し該熱交換器における熱交換効率を高め得る空調機の運転方法に用いられ、熱可塑性樹脂からなる板状であって厚さ方向に貫通する通気穴を有しこれを通過させて空気を熱交換器に導入する網状樹脂成形体であって、
   モンモリロナイト系粘土鉱物の未焼成粉体を溶解させたポリエチレン又はポリプロピレンの熱可塑性樹脂からなることを特徴とする網状樹脂成形体。
6. 一方の主面を接地電位としたときに他方の主面において負電位となることを特徴とする請求項５記載の網状樹脂成形体。
7. 質量比で前記熱可塑性樹脂に対して前記粘土鉱物を２〜５％の範囲で含むことを特徴とする請求項６記載の網状樹脂成形体。
8. 前記未焼成粉体は泥岩を粉砕したものであることを特徴とする請求項７記載の網状樹脂成形体。
9. 前記泥岩は、質量比で、少なくとも、ＳｉＯ_２を６０〜７０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３を１０〜１５ｗｔ％含むことを特徴とする請求項８記載の網状樹脂成形体。
10. 前記通気穴の平面開口率を７０％以上とすることを特徴とする請求項５乃至９のうちの１つに記載の網状樹脂成形体。

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