TW202229789A

TW202229789A - 調溫裝置、調溫裝置用靜電整流器及調溫裝置之效率改善方法

Info

Publication number: TW202229789A
Application number: TW110136866A
Authority: TW
Inventors: 小川修
Original assignee: 日商昴科技股份有限公司; 日商Ａｉｍ股份有限公司
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2022-08-01
Also published as: JP2022059806A; TWI824310B; JP2022060142A; JP6906213B1; KR20230078638A; WO2022071609A1

Abstract

本發明提供一種調溫裝置、靜電整流器及調溫裝置之冷卻效率改善方法，能夠解決介質的電氣問題，實現更高的冷卻效率。根據本發明之調溫裝置係具備：介質管，其係由導電材料製成，用於容納介質並使其循環；以及殼體，其係用於容納介質管，其中，所述調溫裝置係還具備靜電整流器，該靜電整流器係與介質管電氣連接，並供給以20kHz以上40kHz以下之頻率重複的脈衝狀之信號。還有，本發明之另一觀點係上述調溫裝置之冷卻效率改善方法，其中，藉由上述調溫裝置用靜電整流器向所述介質管供給以20kHz以上40kHz以下之頻率重複的脈衝狀之衰減波信號。

Description

調溫裝置、調溫裝置用靜電整流器及調溫裝置之效率改善方法

本發明涉及一種調溫裝置、調溫裝置用靜電整流器及調溫裝置之效率改善方法。更具體而言，係可適宜地適用於空調裝置等產品的調溫裝置、調溫裝置用靜電整流器及調溫裝置之效率改善方法。

在儲存食物等各種物質時，低溫儲存非常重要。作為用於該低溫儲存之設備，通常市面上銷售的有諸如冰箱或冷卻器等冷卻裝置。

通常，冷卻裝置係藉由對冷媒進行冷卻使該冷媒之冷熱直接或間接地供給至作為冷卻對象之物質(冷卻對象物質)從而能夠對冷卻對象物質進行冷卻。

此外，用於此目的之冷媒要求具有良好的穩定性和傳熱效率等，並且隨著近年來有關抑制對地球環境的影響之需要和需求變得越來越高，目前HFC(氫氟烴)等逐漸成為主流。例如，在下述專利文獻1等中描述了這些冷媒。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2010-121927號公報

[發明所欲解決之課題]

然而，上述冷媒雖然能夠滿足作為冷媒之要求性能，但在其使用電力量即冷媒之冷卻效率方面存在課題。

具體說明上述之課題如下：由於冷媒的分子結構中含有氟原子，在分子結構內不具有對稱性的情況下很多分子會具有極性，這種冷媒在冷媒管中流動時，由於冷媒與冷媒管之間的摩擦或冷媒分子之間的摩擦等原因會產生靜電。而且該靜電殘留在冷媒管之內表面並捕捉冷媒，這會導致冷媒的流動性降低。此外，冷媒自身也因該極性和靜電而聚集並形成團簇，這加劇了該問題。

對於這一課題，可考慮將冷媒管接地以釋放靜電，但如果這樣做，對冷媒管的所有電氣方面之處理都將被屏蔽，要採取進一步的電氣方面之對策將變得非常困難。

此外，雖然本課題係對冷媒進行了描述，但介質普遍存在上述課題。即，不僅在用於冷卻的介質(冷媒)中存在上述課題，在用於加熱的介質(加熱介質)中也存在上述課題。

於是，本發明之目的係在於，針對上述課題，提供一種調溫裝置、調溫裝置用靜電整流器及效率改善方法，能夠解決介質的電氣課題，實現更高的傳熱效率。 [解決課題之手段]

即，為了解決上述課題，根據本發明之一觀點之調溫裝置係具備：介質管，其係由導電材料製成，用於容納介質並使其循環；以及殼體，其係用於容納介質管，其中，所述調溫裝置係還具備靜電整流器，該靜電整流器係與介質管電氣連接，並供給以20kHz以上60kHz以下之頻率重複的脈衝狀之信號。

此外，在本觀點中，介質係優選為極性介質。

此外，在本觀點中，殼體和所述介質管係優選為電氣絕緣或經由電阻相連接。

此外，在本觀點中，脈衝狀之信號係優選為衰減波，該衰減波的周期為2MHz以上10MHz以下。

此外，根據本發明之另一觀點之調溫裝置用靜電整流器係供給以20kHz以上60kHz以下之頻率重複的脈衝狀之信號。

此外，根據本發明之另一觀點之調溫裝置之效率改善方法係，其中，調溫裝置係具備：介質管，其係由導電材料製成，用於容納介質並使其循環；以及殼體，其係用於容納介質管，其中，調溫裝置係還具備連接於所述介質管之靜電整流器，藉由該靜電整流器向所述介質管供給以20kHz以上60kHz以下之頻率重複的脈衝狀之信號。

此外，在本觀點中，該脈衝狀之信號係優選為衰減波，並且向所述介質管供給該衰減波的周期為2MHz以上10MHz以下之衰減波信號。

如上所述，本發明可提供一種調溫裝置、調溫裝置用靜電整流器以及調溫裝置之效率改善方法，能夠解決介質的電氣課題，實現更高的傳熱效率。

以下，將參照圖式詳細描述本發明之實施形態。然而，本發明係能夠藉由多種不同之形態實施，另外，對以下示出之實施形態及實施例中所描述的具體例子也可以適宜地進行變更和調整，並且不限於此。

(冷卻裝置) 圖1係示出了根據本實施形態之調溫裝置(以下稱為“本裝置”)的功能框圖。如圖所示，本調溫裝置1係具備：介質管2，其係由導電材料製成，用於容納介質並使其循環；以及殼體3，其係用於容納介質管2，其中，殼體3係與介質管2電氣絕緣，還具備連接於介質管2的靜電整流器4。

本調溫裝置可以係對被容納之對象物進行冷卻的冷卻裝置，也可以係進行加熱的加熱裝置，但從簡化說明之觀點，以冷卻裝置為例進行說明。即，本調溫裝置係包含冷卻裝置及加熱裝置之概念，在下述例子中稱“冷卻裝置”時根據需要可以解讀為“調溫裝置”，稱“冷媒”時根據需要可以解讀為“介質”。

當本調溫裝置1為製冷裝置時，可以採用多種形態的產品，例如冰箱、冷凍庫、空氣調節器(空調、冷卻器、半導體製造工程等之無塵室的空調)等空調裝置、冷水機、熱泵等。然而，在本實施形態中，為了簡化說明，將以冰箱作為具體例子進行說明。另外，冷卻裝置係通常利用對冷媒進行壓縮、凝縮液化、膨脹汽化和壓縮的製冷循環而進行冷卻的裝置。

如圖所示，本調溫裝置1係具備介質管2、殼體3以及靜電整流器4，但除此之外，優選地，作為調溫裝置1係還具有容納被冷卻或加熱之物(對象物)的保溫室5等。藉由具備保溫室5，可以將被冷卻物容納於保溫室5內並對其進行冷卻。另外，冷卻裝置係相當於冷藏室或冷凍室，加熱裝置係相當於加熱室。

此外，在本調溫裝置1中，介質管2係形成循環路徑，在循環路徑之中途與壓縮機6、散熱器7、冷卻器8等相連接。容納於介質管2內的介質係，在管內循環時，被壓縮機6壓縮而液化，藉由散熱器7從介質向外排放熱量，進一步，由冷卻器8吸收周圍的熱量(具體而言，保溫室5內的熱量)並使介質汽化。即，能夠向冷卻器8的周圍供給冷熱，並能夠發揮調溫裝置、即作為冷卻裝置之功能。

另外，在本調溫裝置1中，對介質沒有限定，但從能夠顯著地發揮調溫裝置1之效果的觀點，介質係優選為極性介質。介質為極性介質時，具有因其極性而介質效率高之特徵，另一方面存在由於其極性而形成介質團簇之課題。更具體而言，存在於介質分子中的氯、氟等鹵素元素因極性高容易與相鄰的介質分子相互作用而形成團簇。產生該團簇時，在介質管內產生以團簇為單位的流動，從而降低熱交換效率，不能充分發揮作為介質之作用。圖2係示出了團簇的示意圖。然而，如下文所述，藉由使用本調溫裝置和靜電整流器，能夠容易地消除介質分子之間的相互作用並消除團簇。這樣傳熱效率就得到了改善。因此，介質係優選為極性介質。

這裡雖然有重複部分，但詳細說明有關團簇的消除。如上所述，當使用極性介質時，由於介質分子中的不平衡電荷而產生試圖在分子之間結合的力。然而，由於該集團內的分子係在每次更換夥伴的同時形成團簇，因此藉由以具有一定動態性的模型添加自由電子(和電子)，可以使團簇變小，並且可以改善介質的效率。在這種情況下的圖像顯示在圖3中。

此外，在本調溫裝置1中，對極性介質沒有特別限定，但介質為冷媒時，可以例示R ₃₂(CH ₂F ₂)、R ₁₂₅(C ₂HF ₅)、以及它們的混合物，但不限於此。

此外，在調溫裝置1中，殼體3係能夠容納上述冷卻管2、保溫室5、壓縮機6、散熱器7、冷卻器8等之構件。藉由殼體3能夠將這些構成要件保持為一體。此外，殼體3係，在保持保溫室5的同時，可以具備用於放入取出保溫室5的滑動構件和門構件，進一步，優選地具備用於提高保溫室5的密封性的密封構件等。

此外，在調溫裝置1中，如上所述殼體3和介質管2係被電氣絕緣。具體而言，係指介質管2在其循環路徑中未進行接地的未接地之狀態。在一般的調溫裝置中，如果不進行接地，極有可能帶電，為了避免這種帶電引起的問題，將冷卻管2本身進行接地，或將容納該冷卻管2並與其電氣連接的殼體3進行接地。可是，在本調溫裝置1中，需要藉由後述的靜電整流器控制帶電狀態，因此將冷卻管2與殼體3維持在電氣絕緣且不接地之狀態。然而，介質管2需要容納於殼體3中，因此需要被物理接觸和保持。對於這些接觸和保持，可以使用具有電氣絕緣性能之物質，例如絕緣橡膠等將冷卻管2安裝於殼體3內部或其周圍。但是，即使在不完全電氣絕緣的情況下，只要是能夠充分傳遞來自靜電整流器之信號的狀態，也可以使其成為經由電阻進行電氣連接之狀態。

此外，本調溫裝置1中的靜電整流器4供給脈衝狀之信號。雖然有重複部分，但本調溫裝置1中的靜電整流器4所供給的信號係電壓(振幅)隨時間變化之電氣信號，該電氣信號的波形係脈衝狀之信號。“脈衝狀”係指每隔一段時間出現該信號。此外，在本調溫裝置中，脈衝狀之信號係更優選為衰減波信號，因衰減波信號可實現更有效的傳熱效率。這裡，“衰減波信號”係指振幅的大小隨時間減小的周期性重複之信號，但也可以包括脈衝和與其重疊的諧波。而且，在圖4示出了由靜電整流器4所產生的脈衝狀之衰減波信號之一例。

此外，在本調溫裝置1中，靜電整流器4係優選為供給以20kHz以上40kHz以下之頻率重複的脈衝狀之衰減波信號、更優選為供給以33kHz以下之頻率重複的脈衝狀之衰減波信號。該頻率係所謂的脈衝之頻率。就重複時間而言，以20μs以上50μs以下、更優選為以30μs以下之間隔供給脈衝狀之衰減波信號。關於這種效果，雖然只是推論，認為可能係藉由供給上述範圍的脈衝狀之信號，能夠將和電子脈動地供給至介質，這一現象以振動的形式傳遞到介質的團簇中，並施加力以分解團簇。使用衰減波，這種效果變得更加顯著。另外，在這裡，所謂的“和電子”係指用來中和極性的電子。

此外，在本調溫裝置1中，脈衝狀之信號為衰減波時，1個衰減波信號中之信號的周期優選為2MHz以上10MHz以下，更優選為5MHz以下。該頻率係指1個衰減波信號中的周期，按其時間間隔而言為0.1μs以上0.5μs以下，優選為0.2μs以下。關於追加這個範圍內的波的效果也與上述的脈衝狀之衰減波信號一樣，雖然只是推論，認為可能藉由使用衰減波信號，可以將脈衝的衝擊有效地傳遞到介質上。

此外，本調溫裝置1的靜電整流器4係從電源，具體而言外部電源，更具體而言家用電源接收電力，並產生上述脈衝狀之衰減波信號，藉由與介質管電氣接觸將該衰減波信號經由介質管供給至介質。作為靜電整流器4的結構只要能夠產生如上所述之衰減波信號就不受限定，例如可以藉由圖5所示的電路來實現。

如本圖5所示之電路圖所示，靜電整流器4係至少具有與外部的交流電源連接並將該交流電源轉換為直流的AD轉換器41、產生基礎信號的信號發生器42、接收這些輸入的運算放大器43、以及傳遞運算放大器43之輸出的輸出端44而構成。由此，能夠從電源接收電力並從輸出端將上述信號供給至冷卻管。此外，可以在上述器件之間適宜地配置用於調整電壓等的電容器和電阻器。

此外，在本調溫裝置1中，靜電整流器4係能夠電氣連接於介質管2之周圍並向介質供給電荷。更具體而言，能夠藉由使靜電整流器之輸出端與介質管相接觸來供給電荷。在這種情況下，使輸出端接觸的位置只要位於導電性介質管的循環路徑內，可以係任意位置，但考慮到供給電荷的效率，優選為比氣體狀態之部位更靠近氣體狀態之部位，更優選為該部位處於冷卻狀態。即，優選為配置在壓縮機和散熱器之間。

然而，本調溫裝置1的特徵之一係具備靜電整流器4，而其它構成要件可以使用市售的產品。即，也可以在通常市面上銷售的冰箱等調溫裝置上實施殼體與介質管的絕緣處理之後，安裝靜電整流器4以供給上述信號。由此，可以容易地進行改進。

(冷卻效率改善方法) 由以上之說明可知，使用本調溫裝置1的調溫裝置之冷卻效率改善方法(以下稱為“本方法”)雖然已明瞭，但為了更加清楚地理解，對本方法進行說明。從上面之描述可知，本方法係一種調溫裝置之效率改善方法，所述調溫裝置係具備：介質管，其係由導電材料製成，用於容納介質並使其循環；以及殼體，其係用於容納介質管，其中，殼體和介質管係電氣絕緣，調溫裝置係還具備靜電整流器，藉由該靜電整流器將以20kHz以上40kHz以下之頻率重複的脈衝狀之衰減波信號且衰減波內的周期為2MHz以上10MHz以下之衰減波信號供給至介質管，其效果如上所述。

如上所述，本調溫裝置1以及本方法能夠解決介質的電氣課題，並實現更高的傳熱效率。

(其他形態) 以冰箱為例描述了上述調溫裝置1，但上述調溫裝置1只要係具有靜電整流器4以及形成供介質循環之循環路徑的冷卻管就不受限定，例如也可以適用於使用了所謂的冷卻塔(Cooling Tower)的冷卻系統中。這種情況的示意圖示於圖6中。

如圖所示之冷卻系統係例如配置於大廈等建築物內，包括在建築物內部分支並鋪設的介質管和安裝在大樓屋頂上的冷卻塔而構成。介質管鋪設於建築物內部，與被冷卻物接觸並吸收其熱。而且，藉由在冷卻塔中排放該吸收的熱量，能夠冷卻建築物內部以及建築物內的被冷卻物中的至少一個。而且，如上所述，可以藉由將靜電整流器連接至冷卻管、將上述信號施加至介質並供給電荷來提高和改善冷卻效率。還有，當冷卻系統為冷卻塔、介質為水時，也具有能夠藉由脈衝狀之信號去除因水中含有的鈣、鎂等產生的附著於管道壁上之水垢的效果。

另外，在本實施形態中，如上所述，從使說明容易理解之觀點，以冷卻裝置為例進行了說明，但也可以將其適用於加熱裝置。作為該加熱裝置可包括但不限於地熱裝置、熱水供應裝置、鍋爐等。 [實施例]

在此，對上述調溫裝置進行了實際試制，並確認了其效果。下面將對此進行描述。

首先，實際製作上述圖所示的靜電整流器的電路，並產生脈衝狀之衰減波信號。圖7係示出了實際產生的脈衝狀之衰減波信號。本圖係對由示波器所產生的信號波的觀察結果。另外，圖中，(B)係(A)的局部放大圖。其結果，每40μs施加一個脈衝狀之信號，詳細檢查該脈衝狀之信號的內部，確認到衰減波具有200ns(0.2μs)的周期。

接著，將上述製作的靜電整流器的輸出連接到電極，將其放入作為極性介質的一個例子的裝滿水的水槽中，確認了其氧化還原電位、pH等各物性。另外，圖8係表示該實驗系統的圖，圖9係表示其中氧化還原電位(ORP電位)的結果。

如本圖所示，藉由靜電整流器投入脈衝狀之衰減波，確認到ORP電位隨時間降低，對其他物性值幾乎沒有影響。

而且，在這種狀態下，對連接到電極的水施加冷熱並確認冷卻效率，確認到在沒有連接到靜電整流器的狀態下，溫度僅下降約3度，而在連接到靜電整流器的狀態下，溫度下降了約6度。即，根據本實施例，能夠確認到調溫裝置和靜電整流器的效果。 [產業上之可利用性]

本發明作為調溫裝置、靜電整流器和調溫裝置之冷卻效率改善方法在產業上具有可利用性。

1:調溫裝置 2:介質管 3:殼體 4:靜電整流器 5:保溫室 6:壓縮機 7:散熱器 8:冷卻器

[圖1]係根據實施形態之調溫裝置的功能框圖。 [圖2]係有關所形成的介質之團簇的示意圖。 [圖3]係介質之團簇變小時的示意圖。 [圖4]係示出了根據實施形態之調溫裝置的靜電整流器所產生的脈衝狀衰減波信號的波形之一例的圖。 [圖5]係示出了根據實施形態之調溫裝置的靜電整流器的電路之一例的圖。 [圖6]係示出了根據實施形態之調溫裝置的另一例的圖。 [圖7]係示出了根據實施例之由靜電整流器所產生的波形信號的圖。 [圖8]係示出了實施例中之實驗系統的圖。 [圖9]係示出了實施例中之實驗結果的圖。

1:調溫裝置

2:介質管

3:殼體

4:靜電整流器

5:保溫室

6:壓縮機

7:散熱器

8:冷卻器

Claims

一種調溫裝置係具備：介質管，其係由導電材料製成，用於容納介質使其循環；以及殼體，其係用於容納所述介質管，其中，所述調溫裝置係還具備靜電整流器，該靜電整流器係與所述介質管電氣連接，並供給以20kHz以上60kHz以下之頻率重複的脈衝狀之信號。
如請求項1所述之調溫裝置，其中，所述介質為極性介質。
如請求項1所述之調溫裝置，其中，所述殼體與所述介質管係電氣絕緣或經由電阻相連接。
如請求項3所述之調溫裝置，其中，所述脈衝狀之信號為衰減波，所述衰減波的周期為2MHz以上10MHz以下。
如請求項1所述之調溫裝置，其中，所述調溫裝置為空調裝置。
一種調溫裝置用靜電整流器，其中，所述調溫裝置用靜電整流器係供給以20kHz以上60kHz以下之頻率重複的脈衝狀之信號。
如請求項6所述之調溫裝置用靜電整流器，其中，所述脈衝狀之信號為衰減波，所述衰減波的周期為2MHz以上10MHz以下。
一種調溫裝置之效率改善方法，其中，所述調溫裝置係具備：介質管，其係由導電材料製成，用於容納介質並使其循環；以及殼體，其係用於容納所述介質管，其中，所述調溫裝置係還具備連接於所述介質管之靜電整流器，藉由所述靜電整流器向所述介質管供給以20kHz以上60kHz以下之頻率重複的脈衝狀之信號。
如請求項8所述之調溫裝置之效率改善方法，其中，所述脈衝狀之信號為衰減波，並且向所述介質管供給該衰減波的周期為2MHz以上10MHz以下之衰減波信號。
如請求項8所述之調溫裝置之效率改善方法，其中，所述調溫裝置為空調裝置。