JP6908300B2

JP6908300B2 - 放射板

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Publication number: JP6908300B2
Application number: JP2019535546A
Authority: JP
Inventors: 植田　耕作; 耕作植田
Original assignee: UETA GENERAL INCORPORATED ASSOCIATION
Current assignee: UETA GENERAL INCORPORATED ASSOCIATION
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: JPWO2019030905A1; PH12020500277A1; WO2019030905A1

Description

本発明は、空調装置の熱交換器に用いる放射板に関する。

近年、地球の平均地上気温が上昇し、空調装置の設置が激増している。海外においても、生活水準の上昇に伴い、空調装置の普及が記録的に伸びている。しかし、電力供給が十分でなく停電も頻発している国もあり、消費電力が大きい空調装置の省電力化が要望されている。

従来、空調の省電力化としては、冷房の設定温度を高くし、断熱材により保冷効果や蓄熱効果を高めることで対応している。また、空調装置の熱交換器の機能を高める省電力技術が特許文献１に提案されている。

特開２０１４−２２４６２１号公報

特許文献１に記載の技術では、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を主成分とするセラミックス粉末を樹脂に混練して成形したネットが用いられている。ネットを空気の流通経路に装着することにより、通過する空気の温度を変化させて熱交換効率を高めることが記載されている。しかし、ネットの形状及び単位面積当たりの開口率については記載されているが、セラミックス粉末の種類や開口部の形状などが熱交換効率に与える影響については記載がない。

上記問題点を鑑み、本発明は、遠赤外線の放射率が高いセラミックス粉末を混練して成形した樹脂基体に複数の開口部を設け、開口部の周長を増加させることにより、冷却効率の向上が可能な放射板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、母材樹脂に炭酸カルシウムを主成分とする第１セラミックス粉を混練した樹脂基体を備え、複数の開口部を有する放射板であることを要旨とする。

第１セラミックス粉は、母材樹脂に対して３５±１０質量％配合されることが望ましい。また、二酸化ケイ素を主成分とする第２セラミックス粉を更に混練してもよい。この場合、第１セラミックス粉を前記第２セラミックス粉に対して６６．６質量％配合し、第１及び第２セラミックス粉が母材樹脂に対して３５±１０質量％配合されることが望ましい。更に、樹脂基体表面における複数の開口部の開口率が６０±５％で、複数の開口部それぞれの平面形状において、開口面積に対する周長の百分率で規定される周長率が３５％以上であることが望ましい。

本発明によれば、遠赤外線の放射率が高いセラミックス粉末を用い、開口部の周長を増加させることにより、冷却効率の向上が可能な放射板を提供することができる。

本発明の実施形態に係る放射板の一例を示す平面概略図である。図１に示した放射板に設けられた開口部の拡大図である。図１に示した放射板のＡ−Ａ断面を示す概略図である。本発明の実施形態に係る放射板に用いるセラミックス粉Ａの間接測定法による赤外線放射率測定結果の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る放射板に用いるセラミックス粉Ａのレーザ回折法による粒度分布測定結果の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る放射板に用いるセラミックス粉Ｂの間接測定法による赤外線放射率測定結果の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る放射板に用いるセラミックス粉Ｂのレーザ回折法による粒度分布測定結果の一例を示す図である。従来の放射板の一例を示す平面概略図である。本発明の実施形態に係る放射板の開口率と空調装置の節電効率との関係の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る放射板の開口部の開口面積と周長率との関係の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る放射板の周長率と空調装置の節電効率との関係の一例を示す図である。本発明のその他の実施形態に係る放射板の断面を示す概略図である。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

（実施形態）
本発明の実施形態に係る放射板は、例えば、空調装置の熱交換器に用いられ、図１〜図３に示すように、複数の開口部４を有する樹脂基体２を備える。樹脂基体２は、母材樹脂にセラミックス粉を混練して成形される。

樹脂基体２の母材樹脂として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニール（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）などの樹脂が用いられる。ＰＥは、耐火性、耐熱性、耐薬品性、低温脆性、防湿性などに優れ、加工性がよく安価である。ＰＥは軟化温度が低く、セラミックス粉を多量に配合しても流動性に優れ、複雑な形状に加工できる。実施形態では、母材樹脂としてＰＥを用いる。

樹脂基体２に含まれるセラミックス粉は、吸収した熱エネルギを遠赤外領域の波長が４μｍ〜１４μｍの育成光線に変えて空気中に熱放射する。セラミックス粉の遠赤外線の放射特性は産地、粒度などにより異なる。例えば、ある産地のセラミックス粉Ａ（第１セラミックス粉）は、図４に示すように、波長が４μｍ寄りの遠赤外線の放射率が高い。第１セラミックス粉は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）が９９％以上で主成分であり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）が０．５％以下で含有されている。実施形態に用いる第１セラミックス粉の粒子径は、図５に示すように、１０μｍ以下である。

また、他の産地のセラミックス粉Ｂ（第２セラミックス粉）は、図６に示すように、波長が１４μｍ寄りの遠赤外線の放射率が高い。第２セラミックス粉は、ＳｉＯ₂が約６７％で主成分であり、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が約１５％、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）が約４％、酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）が約４％、酸化カルシウム（ＣａＯ）が約３％、酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）が約３％、酸化マグネシウム（Ｍｇ₂Ｏ）が約２％、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）が約０．５％で含有されている。実施形態に用いる第２セラミックス粉の粒子径は、図７に示すように、１０μｍ以下である。

第１セラミックス粉は、全般的に遠赤外線放射率が高く、また材料も安価である。しかし、図４に示したように、波長が５ミクロンｍ〜１５μｍの範囲で部分的に放射率が低いところがある。一方、第２セラミックス粉は材料コストが第１セラミックス粉に比べて高価ではあるが、図６に示したように、波長が５ミクロンｍ〜１５μｍの範囲で放射率が比較的高い。したがって、放射板としては、第１セラミックス粉単体でも十分な効果を実現できるが、第１セラミックス粉を主として、第２セラミックス粉を補助的に追加することがより望ましい。

セラミックス粉は、母材樹脂に５０質量％以上配合しても、遠赤外線放射率の増加は微小で、冷却効果の改善も僅かしか認められない。実施形態に係る樹脂基体２では、コスト増も配慮して、母材樹脂に対して第１セラミックス粉を３５±１０質量％配合する。あるいは、第１及び第２セラミックス粉を混合して用いる場合、第１セラミックス粉を第２セラミックス粉に対して６６．６質量％以上混合したセラミックス粉を３５±１０質量％配合することが望ましい。第１セラミックス粉に配合する第２セラミックス粉を１／３質量比率以上に増加しても冷却効果の改善は少なく、また製造コストの増加を招いてしまう。

開口部４の平面形状は、図２に示すように、正方形を基本図形として、正方形の各辺に矩形状の突起６が設置されている。正方形は１辺の長さがＬである。突起６は各辺の中央部に設けられ、幅がＷで、対辺に向かう長さがＰである。開口部４の角部は半径Ｒで角丸加工されている。図３に示すように、樹脂基体２の厚さはＴである。なお、開口部４の平面形状は正方形に限定されず、多角形あるいは円形であってもよい。開口部４の角部は角丸加工に限定されず、面取り加工であってもよく、あるいは角部の加工を施さなくてもよい。また、突起６は少なくとも１辺に設ければよく、突起６の形状も限定されない。

放射板の形状は長方形であり、外周に凸部１０ａ及び凹部１０ｂが設けられている。放射板の１辺に設けられた凸部１０ａ及び凹部１０ｂは、それぞれ対辺の凹部１０ｂ及び凸部１０ａに嵌め合わせ可能である。凸部１０ａ及び凹部１０ｂを用いてつなぎ合せることにより、放射板を熱交換器の形状に容易に合わせて設置することができる。

(放射板の製造方法)
実施形態に係る放射板の一例を説明する。まず、第２セラミックス粉に対して第１セラミックス粉を約６７％以上配合したセラミックス粉を準備する。母材樹脂のＰＥ樹脂に対するセラミックス粉の質量比を８０：２０として加熱された混練装置に投入し、均一になるまで十分に攪拌混練する。混練された材料を直径３ｍｍの多孔ノズルから押し出しながら連続して切断して、直径が約３ｍｍ、長さが約２．５ｍｍのペレットを作製し、マスターバッチとする。

マスターバッチとして作製された、セラミックス粉が約８０質量％配合されたペレットと、ＰＥ樹脂のみのペレットとを目的配合率、例えばセラミックス粉が約３５質量％となるように混合機において混合し、正規配合比率のペレットとする。

正規配合比率のペレットを射出成形機で流動可能な温度に加熱する。射出成形機から金型に押し込み充填し、冷却後成形された放射板を金型から取り出す。このようにして、実施形態に係る放射板が製造される。セラミックス粉の粒子径は、図５及び図７に示したように、１０μｍ以下と細かいので、母材樹脂に容易に混練することができる。また、セラミックス粉を３０質量％以上の高い比率で母材樹脂に混練しても、粒子径が細かいので成形された放射板の表面を滑らかにすることができる。

（実施例）
放射板の冷却効率を増大させるには、樹脂基体２の遠赤外線放射率を増加させる必要がある。空調装置の室外機や室内機の空気取り入れ側に放射板を設置する場合、樹脂基体２の厚さＴは２ｍｍ〜３ｍｍが望ましい。厚さＴが２ｍｍより薄いと、放射板に流入する空気との接触面積が減少して遠赤外線放射率が低減する。厚さＴが３ｍｍより厚いと、空気の送風抵抗が増大して冷却効果が抑制される。また、加工の容易さを考慮すると、暑さＴは２．４ｍｍ±１ｍｍが望ましい。

従来の放射板では、樹脂基体２に配置する複数の開口部４ａの形状は、例えば、図８に示すように正六角形である。あるいは、開口部４ａの形状は正方形でも真円形でもよい。樹脂基体２全表面積に対する複数の開口部４ａの開口面積の百分率で規定される開口率が小さいと送風抵抗が増大し、冷却効率が低下する。従来の放射板では、冷却効率を増加させるために、各開口部４ａの開口面積を大きくして開口率を増加させることで対応していた。

しかし、開口部４ａの開口面積を増加させても、冷却効果を逆に減少させる場合もある。冷却効果を増加させるには、空気が樹脂基体２と接触する面積を増加させ、遠赤外線の放射量を増加させる必要がある。図１０の表に示すように、開口部４、４ａの平面形状において、開口面積に対する周長の百分率で規定される周長率は、開口面積の増加により減少する。例えば、従来の開口部４ａの周長率は、開口面積が約１５８ｍｍ²では、正方形が約３２％で大きく、正六角形で約３０％、真円で約２９％と小さい。開口面積が約２５３ｍｍ²と増加すると、周長率は、正方形が約２５％、正六角形が約２３％、真円が約２２％と、いずれも減少する。

図１０に示した実施例の開口部４の形状は、図２と同様の形状である。開口面積が約１５８ｍｍ²では、長さＬ〜１３．５ｍｍ、幅Ｗ〜２．４ｍｍ、長さＰ〜１．６ｍｍ、半径Ｒ〜１．２ｍｍである。開口面積が約２５３ｍｍ²では、長さＬ〜１７ｍｍ、幅Ｗ〜３ｍｍ、長さＰ〜２ｍｍ、半径Ｒ〜１．５ｍｍである。図１０の表に示すように、実施例に係る開口部４の周長及び周長率は、従来の開口部４ａで一番大きな正方形と比べて、いずれも約４４％〜約４７％大きい。

実施形態に係る放射板の冷却効率を評価するため、空調装置の室外機の空気取り入れ側に放射板を取り付けて空調装置の節電効率を測定した。樹脂基体２に含有される第１及び第２セラミックス粉の混合比は２：１である。放射板には、図１０の表に示した開口面積が約２５３ｍｍ²の開口部４が設けられている。図９には、実施形態に係る放射板の開口率と、空調装置の節電効率の関係を示す。図９の表に示すように、開口率が約４０％で節電効率が約３％〜約９％、開口率が約５０％で節電効率が約１４％〜約２１％、開口率が約６０％で節電効率が約２０％〜約３６％と、開口率の増加とともに節電効率も増加する。

図１１には、実施形態に係る放射板の周長率と空調装置の節電効率との関係を示す。図１１には、比較例として、図１０に示した正方形及び真円の形状で開口面積が約２５３ｍｍ²の開口部４ａが配置された放射板についても評価結果を示している。開口率は、実施例及び比較例ともに約６０％である。図１１の表に示すように、実施例は、周長率が約３６％で節電効率が約２０％〜約３６％である。比較例では、周長率は、正方形で約２５％、及び真円で約２２％であり、それぞれの節電効率は、約１５％〜約２８％、及び約１２％〜約２４％である。このように、周長率の増加により節電効率が増加する。

冷却効率を低減させないためには、開口率を６０％±５％として、周長率を３５％以上とすることが望ましい。図１０に示したように、開口率を増加すると、周長率は減少する。例えば、開口率が６０％を超えて大きくなると、周長率の低下により、冷却効率は低減してしまう。

以上説明したように、実施形態によれば、母材樹脂に混合するセラミックス粉は高い遠赤外線放射率を有する。また、樹脂基体２には、正方形を基本図形として、正方形の各辺に矩形状の突起６が設置された開口部４を配置し、開口率の増加に伴う周長率の低下を抑制している。その結果、冷却効率の向上が可能な放射板を実現することができる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は、実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

実施形態では、図３に示したように、開口部４の周縁部が略直角に形成されている。この場合、開口部４の周縁部で空気の流れが乱されて送風抵抗が増大し、冷却効率が低下する可能性がある。図１２に示すように、樹脂基体２の一面側において、突起６を含めた開口部４の周縁部８が丸み付けされている。例えば、空調装置の室外機において、周縁部８が丸み付けされた一面側から空気を取り入れるように放射板を装着する。空気は周縁部８が丸み付けされた開口部４をスムーズに流入することができ、冷却効率の低下を抑制することが可能となる。なお、丸み付けは、半径０．５ｍｍ〜２ｍｍが望ましく、半径１ｍｍ±０．１ｍｍがより望ましい。丸み付けの半径が０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲外になると、送風抵抗が顕著になる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

２…樹脂基体
４…開口部
６…突起
８…周縁部

Claims

複数の開口部を有する樹脂基体を備え、空調装置の熱交換器に用いられ空気が流入する放射板であって、
該樹脂基体は、母材樹脂に炭酸カルシウムを主成分とする第１セラミックス粉と二酸化ケイ素を主成分とする第２セラミックス粉とを含み、
前記第１セラミックス粉と前記第２セラミックス粉とは、遠赤外線の放射率が高い波長が異なり、その遠赤外線の放射率が高い波長が、前記第２セラミックス粉に比べて、前記第１セラミックス粉の方が相対的に波長が低い側に寄っていることを特徴とする放射板。
前記樹脂基体は、前記第１及び第２セラミックス粉が、前記母材樹脂に対して３５±１０質量％配合されていることを特徴とする請求項１に記載の放射板。
前記放射板は、前記空調装置の空気取り入れ側に設置された請求項１又は請求項２に記載の放射板。
前記第１及び第２セラミックス粉それぞれの粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射板。
前記第１セラミックス粉が、前記第２セラミックス粉に対して６６．６質量％以上配合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射板。
前記樹脂基体表面における前記複数の開口部の開口率が６０±５％で、前記複数の開口部それぞれの平面形状において、開口面積に対する周長の百分率で規定される周長率が３５％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射板。
前記平面形状は、正多角形を基本図形として、前記正多角形の少なくとも１辺に該１辺から対辺に向かう突起が設置されていることを特徴とする請求項７に記載の放射板。
前記平面形状は、正方形を基本図形として、前記正方形の各辺に該各辺から対辺に向かう矩形状の突起が設置されていることを特徴とする請求項７に記載の放射板。
前記樹脂基体表面側において、前記複数の開口部それぞれの周縁部が丸み付けされていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の放射板。