JPWO2019030905A1 - Radiant plate - Google Patents
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Abstract
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。放射板は、複数の開口部(4)を有する樹脂基体(2)を備え、樹脂基体(2)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て成形される。Provided is a radiation plate capable of improving cooling efficiency by using a ceramic powder having a high emissivity of far infrared rays and increasing the circumference of an opening. The radiation plate includes a resin substrate (2) having a plurality of openings (4), and the resin substrate (2) is formed by kneading a matrix resin with a first ceramic powder containing calcium carbonate as a main component. ..
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。 The present invention relates to a radiation plate used for a heat exchanger of an air conditioner.
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。 In recent years, the average surface temperature of the earth has risen, and the number of air conditioners installed has increased dramatically. Even overseas, the spread of air conditioners has increased record-setting due to rising living standards. However, in some countries, where the power supply is insufficient and power outages frequently occur, there is a demand for power saving of air conditioners that consume large amounts of power.
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。
Conventionally, the power saving of air conditioning has been dealt with by increasing the set temperature of cooling and enhancing the cold insulation effect and the heat storage effect by a heat insulating material. Further,
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。In the technique described in
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。 In view of the above problems, the present invention improves cooling efficiency by providing a plurality of openings in a resin base formed by kneading and molding a ceramic powder having a high emissivity of far infrared rays and increasing the circumferential length of the openings. It is intended to provide a radiation plate capable of
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。 In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a radiating plate having a plurality of openings, which is provided with a resin substrate in which a base material resin is kneaded with a first ceramic powder containing calcium carbonate as a main component. Use as a summary.
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。 It is desirable that the first ceramic powder is blended in an amount of 35±10 mass% with respect to the base material resin. Further, the second ceramic powder containing silicon dioxide as a main component may be further kneaded. In this case, it is preferable that the first ceramic powder is mixed with the second ceramic powder in an amount of 66.6 mass% and the first and second ceramic powders are mixed with the base resin in an amount of 35±10 mass %. Further, the aperture ratio of the plurality of openings on the surface of the resin substrate is 60±5%, and in the planar shape of each of the plurality of openings, the perimeter ratio defined by the percentage of the perimeter with respect to the opening area is 35% or more. Is desirable.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a radiation plate capable of improving cooling efficiency by using ceramic powder having a high emissivity of far infrared rays and increasing the circumferential length of the opening.
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。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and the relationship between the thickness and width of layers, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. Further, it is needless to say that the drawings include parts in which dimensional relationships and ratios are different from each other.
(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。(Embodiment)
The radiation plate according to the embodiment of the present invention is used, for example, in a heat exchanger of an air conditioner, and includes a
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。
As a base material resin of the
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。The ceramic powder contained in the
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。Further, as shown in FIG. 6, the ceramic powder B (second ceramic powder) from other producing areas has a high emissivity of far infrared rays having a wavelength near 14 μm. The second ceramic powder is made up of about 67% of SiO 2 , which is the main component, about 15% of alumina (Al 2 O 3 ), about 4% of ferric oxide (Fe 2 O 3 ), and sodium oxide (Na 2 O) about 4%, calcium oxide (CaO) about 3%, potassium oxide (K 2 O) about 3%, magnesium oxide (Mg 2 O) about 2%, titanium dioxide (TiO 2 ) about 0%. It is contained at 0.5%. The particle diameter of the second ceramic powder used in the embodiment is 10 μm or less, as shown in FIG. 7.
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。 The first ceramic powder generally has a high far-infrared emissivity, and the material is inexpensive. However, as shown in FIG. 4, the emissivity is partially low in the wavelength range of 5 μm to 15 μm. On the other hand, although the material cost of the second ceramic powder is higher than that of the first ceramic powder, as shown in FIG. 6, the emissivity is relatively high in the wavelength range of 5 μm to 15 μm. Therefore, as the radiation plate, the first ceramic powder alone can achieve a sufficient effect, but it is more desirable to mainly add the first ceramic powder and supplementarily add the second ceramic powder.
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。
Even if 50% by mass or more of the ceramic powder is blended with the base material resin, the far infrared ray emissivity is slightly increased, and the cooling effect is only slightly improved. In the
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。
As shown in FIG. 2, the planar shape of the
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。
The radiating plate has a rectangular shape, and a
(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。(Method for manufacturing radiation plate)
An example of the radiation plate according to the embodiment will be described. First, a ceramic powder in which the first ceramic powder is mixed in an amount of about 67% or more with respect to the second ceramic powder is prepared. The mass ratio of the ceramic powder to the PE resin of the base resin is 80:20, and the mixture is put into a heated kneading device and sufficiently kneaded until uniform. The kneaded material is continuously extruded while being extruded from a multi-hole nozzle having a diameter of 3 mm to prepare pellets having a diameter of about 3 mm and a length of about 2.5 mm, which is used as a master batch.
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。 Pellets prepared as a masterbatch containing about 80% by mass of ceramic powder and PE resin-only pellets were mixed in a mixer so that the target compounding ratio, for example, about 35% by mass of ceramic powder, was mixed, Use pellets with the mixing ratio.
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。 The pellets in the normal mixing ratio are heated to a temperature at which they can flow in an injection molding machine. The mold is pushed into the mold from the injection molding machine, and after cooling, the molded radiation plate is taken out from the mold. In this way, the radiation plate according to the embodiment is manufactured. As shown in FIGS. 5 and 7, the ceramic powder has a fine particle diameter of 10 μm or less, so that it can be easily kneaded with the base material resin. Further, even if the ceramic powder is kneaded with the base material resin in a high proportion of 30% by mass or more, the surface of the molded radiation plate can be made smooth because the particle diameter is small.
(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。(Example)
In order to increase the cooling efficiency of the radiation plate, it is necessary to increase the far infrared ray emissivity of the
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。
In the conventional radiation plate, the shape of the plurality of
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。However, even if the opening area of the
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。The
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。In order to evaluate the cooling efficiency of the radiation plate according to the embodiment, the radiation plate was attached to the air intake side of the outdoor unit of the air conditioner to measure the power saving efficiency of the air conditioner. The mixing ratio of the first and second ceramic powders contained in the
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。FIG. 11 shows the relationship between the circumference ratio of the radiation plate and the power saving efficiency of the air conditioner according to the embodiment. As a comparative example, FIG. 11 also shows the evaluation results of the radiation plate having the square and perfect circle shapes shown in FIG. 10 and having the
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。 In order not to reduce the cooling efficiency, it is desirable that the aperture ratio is 60%±5% and the circumferential length ratio is 35% or more. As shown in FIG. 10, when the aperture ratio is increased, the circumference ratio is decreased. For example, when the aperture ratio exceeds 60% and becomes large, the cooling efficiency is reduced due to the decrease in the circumference ratio.
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。
As described above, according to the embodiment, the ceramic powder mixed with the base material resin has a high far-infrared emissivity. Further, in the
(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。(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described by way of embodiments, but it should not be understood that the descriptions and drawings forming a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.
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。
In the embodiment, as shown in FIG. 3, the peripheral portion of the
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。 As described above, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the matters specifying the invention according to the scope of claims appropriate from this disclosure.
2…樹脂基体
4…開口部
6…突起
8…周縁部2...
Claims (10)
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