(57)【要約】【課題】速度‐熱変換器及びそれを用いた暖房システム、冷暖房システムを提供する。【解決手段】螺旋細管と螺旋太管を直列に接続した直列管を１又は複数並列に配列して速度‐熱変換器を形成する。コンプレッサよりの高温高圧熱媒を熱交換器に導入して環境に放熱し、前記直列管を介してコンプレッサに戻す暖房システムを構成し、螺旋細管で、前記熱交換器より得られる液熱媒を螺旋回転させて気化条件を形成して当該液熱媒を略気化し、螺旋太管で、前記螺旋細管で形成された気化条件を維持しつつ気化作用を補助して略気化された熱媒を完全気化し、得られた気熱媒を直接もしくはコンデンサを介してコンプレッサに導入する暖房システムを提供する。また、熱媒を逆に流す構成を設けることによって冷暖房システムをも提供することができる。【選択図】図３
2010281558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサよりの高温高圧熱媒を熱交換器に導入して環境に放熱し、気熱媒としてコンプレッサに戻す暖房システムにおいて、
前記熱交換器より得られる液熱媒を螺旋回転させて気化条件を形成して当該液熱媒を略気化する螺旋細管と
前記螺旋細管で形成された気化条件を維持しつつ気化作用を補助し、略気化された熱媒を完全気化して直接もしくはコンデンサを介してコンプレッサに導入する前記螺旋細管より太径な螺旋太管と
を備えたことを特徴とする暖房システム。
【請求項２】
前記螺旋細管と螺旋太管を前記螺旋細管で気化する熱媒に対するバッファとなる中継管を介して接続した請求項１に記載の暖房システム。
【請求項３】
前記熱交換器から螺旋細管に流れ込む熱媒に対するバッファとなる集合管を備えた請求項１又は２に記載の暖房システム。
【請求項４】
前記螺旋細管と螺旋太管とを直列に接続した直列管を冷暖房対象空間容量に応じて複数本並列に配列し、両端を集合管で共通にした請求項１〜３のいずれかに記載の暖房システム。
【請求項５】
前記螺旋太管または螺旋細管の内壁にくびれを少なくとも１箇所設けた請求項１〜４のいずれかに記載の暖房システム。
【請求項６】
熱交換器より得られる液熱媒を螺旋回転させて気化条件を形成して当該液熱媒を略気化する螺旋細管と、
前記螺旋細管で形成された気化条件を維持しつつ気化作用を補助し、前記略気化された熱媒を完全気化して直接もしくはコンデンサを介してコンプレッサに導入する前記螺旋細管より太径な螺旋太管と
を備えたことを特徴とする速度‐熱変換器。
【請求項７】
前記螺旋細管と螺旋太管を前記螺旋細管で気化する熱媒に対するバッファとなる中継管で接続した請求項６に記載の速度‐熱変換器。
【請求項８】
前記熱交換器から螺旋細管に流れ込む熱媒に対するバッファとなる集合管を備えた、請求項６又は７に記載の速度‐熱変換器。
【請求項９】
上記螺旋細管と螺旋太管を直列に接続した直列管を冷暖房対象空間容量に応じて複数本並列に配列し、少なくとも熱交換器側を集合管で共通にした請求項６〜８いずれかに記載の速度‐熱変換器。
【請求項１０】
前記螺旋太管または螺旋細管の内壁にくびれを少なくとも１箇所設けた請求項６〜９のいずれかに記載の速度‐熱変換器。
【請求項１１】
コンプレッサよりの高温高圧熱媒を熱交換器に導入して環境に放熱し、気熱媒としてコンプレッサに戻す暖房サイクル、及びコンプレッサよりの高温高圧の気熱媒を液熱媒に変換し、熱交換器で環境から吸熱して気熱媒としてコンプレッサに戻す冷房サイクルを備えた冷暖房システムにおいて、
暖房時に、前記熱交換器より得られる液熱媒を螺旋回転させて気化条件を形成して当該液熱媒を略気化し、冷房時に、螺旋太管で形成された液化条件を維持しつつ、螺旋太管より得られる略液化された熱媒を更に冷却して完全液熱媒にして熱交換器に導入する螺旋細管と、
暖房時に、前記螺旋細管で形成された気化条件を維持しつつ気化作用を補助し、略気化された熱媒を完全気化して直接もしくはコンデンサを介してコンプレッサに導入し、冷房時に、コンデンサより得られる気液混合熱媒を螺旋回転させて液化条件を形成して当該気液混合熱媒を略液化し、前記螺旋細管に導入する、螺旋細管より太径な螺旋太管と
を備えたことを特徴とする冷暖房システム。
【請求項１２】
前記暖房時に螺旋細管と螺旋太管を前記螺旋細管で気化する熱媒に対するバッファとなる中継管を介して接続した、直列管を用いた請求項１１に記載の冷暖房システム。
【請求項１３】
前記暖房時に熱交換器から螺旋細管に流れ込む熱媒に対するバッファとなる集合管を備えた請求項１１又は１２に記載の冷暖房システム。
【請求項１４】
前記冷房時にコンデンサから螺旋太管に流れ込む気液混合熱媒に対するバッファとなる集合管を備えた請求項１１〜１３のいずれかに記載の冷暖房システム。
【請求項１５】
前記暖房時に螺旋細管と螺旋太管を直列に接続した直列管を冷暖房対象空間容量に応じて複数本並列に配列し、両端を集合管で共通にした請求項１１〜１４のいずれかに記載の冷暖房システム。
【請求項１６】
前記螺旋太管または螺旋細管の内壁にくびれを少なくとも１箇所設けた請求項１１〜１５のいずれかに記載の冷暖房システム。
【請求項１７】
暖房時に、熱交換器より得られる液熱媒を螺旋回転させて気化条件を形成して当該液熱媒を略気化し、冷房時に、螺旋太管で形成された液化条件を維持しつつ、螺旋太管より得られる略液化された熱媒を更に冷却して完全液化して熱交換器に導入する螺旋細管と、
暖房時に、前記螺旋細管で形成された気化条件を維持しつつ気化作用を補助し、前記略気化された熱媒を完全気化して直接もしくはコンデンサを介してコンプレッサに導入し、冷房時に、コンデンサより得られる気液混合熱媒を螺旋回転させて液化条件を形成して当該気液混合熱媒を略液化し、前記螺旋細管に導入する、螺旋細管より太径な螺旋太管と
を備えたことを特徴とする速度‐熱変換器。
【請求項１８】
前記暖房時に螺旋細管と螺旋太管を前記螺旋細管で気化する熱媒に対するバッファとなる中継管を介して接続した請求項１７に記載の速度‐熱変換器。
【請求項１９】
前記暖房時に熱交換器から螺旋細管に流れ込む熱媒に対するバッファとなる集合管を備えた請求項１７又は１８に記載の速度‐熱変換器。
【請求項２０】
前記冷房時にコンデンサから螺旋太管に流れ込む気液混合熱媒に対するバッファとなる集合管を備えた請求項１７〜１９のいずれかに記載の速度‐熱変換器。
【請求項２１】
前記暖房時に螺旋細管と螺旋太管とを直列に接続した直列管を冷暖房対象空間容量に応じて複数本並列に配列し、両端を集合管で共通にした請求項１７〜２０のいずれかに記載の速度‐熱変換器。
【請求項２２】
前記螺旋太管または螺旋細管の内壁にくびれを少なくとも１箇所設けた請求項１７〜２１のいずれかに記載の速度‐熱変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度‐熱変換器及びそれを用いた暖房システム、冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン等の冷暖房システムは、システムの大小、用途に拘らず同じ原理に基づき、ほぼ同じ構成要素から構成されている。
【０００３】
図８は、現在、一般に家庭用エアコンの概略の構成図であり、図９はその動作を示す図である。
【０００４】
図８に示すように、コンプレッサ１に対して、コンデンサ１３、レシーバタンク１４、膨張弁１５、熱交換器３が媒体管で接続され、能力に応じた量の熱媒が封入される。
【０００５】
上記構成において、暖房サイクル（図９、矢印２１（ａ））では、まず、コンプレッサ１で気熱媒は圧縮され高温・高圧気熱媒となり熱交換器３に送られる。熱交換器３では、図９の熱交換器３の下方に示した熱媒の相変化説明図のように、熱媒は熱交換器３の入口付近では気体であるが、熱交換器３内を進むに従い、液化して液体が増え、熱交換器３の出口付近では略液化（90％液、10%気体）する。すなわち、熱交換器３では高温・高圧気熱媒が熱を環境に放出して冷却され、中温・液熱媒となり、膨張弁１５に導入される。
【０００６】
膨張弁１５を開くと、中温・液熱媒は気化され、コンプレッサ１によって引き圧になっているコンデンサ１３に入り、完全気化され、低温気熱媒となり、コンプレッサ１に入り、再び圧縮されて高温・高圧気熱媒となって循環する。
【０００７】
一方、冷房サイクル（矢印２１（ｂ））では、コンプレッサ１で気熱媒は圧縮され高温・高圧気熱媒となりコンデンサ１３に送られる。コンデンサ１３では高温・高圧気熱媒が熱を放出して冷却され、中温・液熱媒（大よそ90％液・10％ガス状態のまま）となり、これがレシーバタンク14に一端貯留され、膨張弁に導入される。
【０００８】
膨張弁１５を開くと、中温の液熱媒はコンプレッサ１によって吸引され減圧されている熱交換器３に入り、対象環境から熱を奪って、低温気熱媒となり、コンプレッサ１に入り、再び圧縮されて高温・高圧気熱媒となって循環する。
【０００９】
尚、膨張弁１５の代わりに、キャピラリチューブを使用することもあるが、この場合、例えば内径が0.8mm程度のきわめて細い管である。
【００１０】
前記の通り冷房サイクルでは、熱媒が熱交換器３で周囲の雰囲気から熱を吸収、ここで得た熱をコンデンサ１３で放熱して循環する。
【００１１】
本願出願人は国際公開第2007／318947号（特許文献１）において、１本の螺旋太管と２本の並列螺旋細管とを直列に接続して、冷凍システムに利用することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第2007／318947号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記国際公開第2007／318947（特許文献１）における速度‐熱変換器では、コンデンサでの液化率を５０％程度に留め（コンデンサ容量を小さくし）、螺旋太管内で液化条件を形成して、略完全に液化し、２本の螺旋細管で更に減圧して冷却された液冷媒を得るようになっている。
【００１４】
冷暖房効果を得るためには以下に説明するように、上記速度‐熱変換器で熱媒に対して冷房時に液化条件を形成するとともに、暖房時に気化条件を形成する必要がある。ところが、上記の構成は冷凍効果を得るための構成であり、冷媒を逆に流しても、熱交換器３で形成される液熱媒に対して速度‐熱変換器内で気化条件を形成することはできず、充分な暖房効果を得ることはできない。従って、当該速度‐熱変換器を冷暖房システムあるいは暖房単独のシステムに用いることはできなかった。加えて、特許文献１に示した冷凍システムに対して、熱媒を逆に流すと、螺旋太管からは気液混合熱媒しか得られず（気熱媒は得られず）、コンプレッサを壊す恐れがあった。その原因は以下、本願の説明において開示するように、暖房時の速度‐熱変換器両端の圧力差とその圧力差を保つ構成、例えば、螺旋太管と螺旋細管の内径、大短管、分岐管、集合管の長さや内径にある。
【００１５】
一方、上記従来のエアコンにおける冷暖房システムの暖房サイクルでは、膨張弁、コンデンサ及びレシーバタンクを必要とし、システム価格を上げる要因になっていた。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題点を解消するためになされたものであり、速度‐熱変換器を用いて暖房システムあるいは冷暖房システムを提供することを目的とするものであり、更には、膨張弁、レシーバタンク、コンデンサを不要にした暖房システム、さらに、コンデンサの容積を小さくするとともに、膨張弁とレシーバタンクを不要にした冷暖房システムを提供することを目的とものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
コンプレッサよりの高温高圧熱媒を熱交換器に導入して環境に放熱し、気熱媒としてコンプレッサに戻す暖房システムを前提とする。
【００１８】
まず、このシステムに使用される速度‐熱変換器は以下の螺旋細管と螺旋太管を直列に接続した直列管で構成され、この直列管は暖房あるいは冷房対象空間の容量に対応した本数並列に接続されることになる。
【００１９】
暖房サイクルにおいては、前記螺旋細管は、熱交換器より得られる液熱媒を螺旋回転させて気化条件を形成して当該液熱媒を略気化し、螺旋太管は、螺旋細管より太径であって、当該螺旋細管で形成された気化条件を維持しつつ、前記略気化された熱媒を完全気化して直接もしくはコンデンサを介してコンプレッサに導入するようになっている。
【００２０】
一方、冷房サイクルにおいては、コンデンサより得られた気液混合熱媒を、螺旋太管で液化条件を形成して略液化し、更に、螺旋細管で前記液化条件を維持しつつ更に温度を下げ、低圧の熱交換器に導入するようになっている。
【００２１】
上記速度‐熱変換器を暖房サイクルに適用するときは、液熱媒を熱交換器から螺旋細管（以下に説明するように螺旋細管は熱交換器と螺旋細管を結ぶ媒体管に比して極めて細い）に滞りなく供給する必要上、液熱媒に対するバッファ機能を有する容積の集合管を螺旋細管の熱交換器側に設ける必要がある。また、上記螺旋細管を抜けた熱媒は一機に気化する（膨張する）ので、螺旋細管と螺旋太管の間に上記気化する熱媒を収容する容積の中継管を備える構成とする。
【００２２】
逆に、上記速度‐熱変換器を冷房サイクルに適用するときは、気液混合熱媒を螺旋太管に滞りなく供給する必要上、気液混合熱媒に対するバッファ機能を有する容積の集合管を螺旋太管（以下に説明するように螺旋太管はコンデンサと螺旋太管を結ぶ媒体管に比して細い）のコンデンサ側に設ける必要がある。
【００２３】
従って、当該速度‐熱変換器を冷暖房システムに適用するときは、当該速度‐熱変換器の両端の集合管と、中継管の内容積比は、１直列管あたり略１：１：１となる。
【００２４】
このシステムは、暖房又は冷房単独のシステムとしてもよいし、あるいはコンプレッサの入力と出力を逆にする機構を設けて冷暖房兼用のシステムとすることもできる。
【発明の効果】
【００２５】
暖房サイクルにおいて、コンプレッサで高温高圧の気体にされた熱媒は熱交換器で環境に熱を供給し、直列管に液熱媒となって流れ込む。このとき、直列管の螺旋細管から螺旋太管へ熱媒（液熱媒）が流れるときは、螺旋細管内で温度圧力とも低下し、中継管内で気化条件が形成されて気化する。更に、螺旋太管で完全気化してコンプレッサに導入される。冷房サイクルにおいては、コンプレッサで高温高圧に圧縮された気熱媒はコンデンサで気液混合熱媒にされ、螺旋太管内で液化条件を形成するで、気液混合熱媒は液化し、更に、螺旋細管で温度を下げて完全液化して熱交換器に導入される。ここで環境から吸熱して気体になった熱媒は再びコンプレッサに導入される。
【００２６】
これによって、膨張弁、コンデンサ、レシーバタンクの不要な暖房単独のシステム、あるいは膨張弁、レシーバタンクがなく、コンデンサ容量の小さい冷暖房システムを構成することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】気液相関図を示す図である。
【図２】速度‐熱変換器の平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図４】暖房時の温度、圧力の遷移を示す図である。
【図５】冷房時の温度、圧力の遷移を示す図である。
【図６】溝構造を示す断面図である。
【図７】集合管と中継管のサイズを示す図である。
【図８】従来の冷暖房システムの構成図である。
【図９】従来の冷暖房サイクルの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
液体から気体、気体から液体への遷移は、当該液体が置かれた空間の圧が低い程気化温度が低くなり、図1に示すような気液曲線を描くことが出来る。液体を気体に変換するためには、図1に従えば、液体を、温度を高く、圧力を低い条件（気化条件という）に導入すればよいことになり（矢印A1 ,A2 ,A3方向）、逆に、気体を液体に変換するためには、図1に従えば、気体を、温度を低く、圧力を高い条件（液化条件という）に導入すればよいことになる（矢印B1 ,B2 ,B3方向）。
【００２９】
更に、管を螺旋状（コイル状）に巻いた螺旋管に高速で気液混合の熱媒を流すと、液熱媒は遠心力で、螺旋管の外側に集中し、気熱媒は螺旋管の内側に集中して、気液が分離することになる。この状態では、気熱媒が液熱媒の速度に応じて吸引され、螺旋管の下流ほど管内の圧力・温度とも低くなる。液熱媒のみを流す場合であっても、液熱媒は遠心力で、螺旋管の外側に集中し、残りの空間は真空に近い状態となって（あるいは液熱媒から蒸発する気熱媒が存在するかもしれない）螺旋管の下流ほど管内の圧力・温度とも低くなる。
【００３０】
ここで、圧力の低下の度合いが温度の低下の度合いより大きいと、暖房サイクルにおける上記気化条件が形成され易くなり、逆に、温度の低下の度合いが圧力の低下の度合いより大きいと、冷房サイクルにおける液化条件が形成され易くなる。
【００３１】
（速度‐熱変換器）
以上の観点から以下の速度‐熱変換器が構成される。尚、以下の温度、圧力（表２にも集約）はフロン134ａを使用する場合の例示である。また、表１に示す各部のサイズは、2000ＫCal／hourの能力を想定しており、フロンR134ａを使用する場合の熱媒量は700ｇである。尚、表１、２中｛  ｝内の数字は｛下限〜上限｝を示し、｛  ｝の無い数字は実施例である。実施例しか記載されていない場合（例えば螺旋太管、螺旋細管の巻数）であっても、実施例の値に限定されるものではなく、その値を中心として幾分の幅をもつことはもちろんである。また、表１の集合管５、９、中継管７の内容積の意味を明確にするために、図７を示した。
【００３２】
まず、本願で使用する速度‐熱変換器は、図２に示すように構成された直列管を基本構成としている。
【００３３】
螺旋細管６と螺旋太管８が中継管７を介して直列に接続され直列管５０が構成される。この直列管５０が熱媒容量（暖房、冷房能力）に応じた本数（図２、図３に示す場合２本）、並列に組み合わされ、螺旋細管側の端が集合管５で纏められて以下に説明する熱交換機３に導く媒体管１０に接続され、また、前記螺旋太管８の端が集合管９で纏められて、コンデンサ１１に通じる媒体管４に接続される。
【００３４】
暖房サイクルにおいて、螺旋細管６から螺旋太管８に向かって液熱媒を高速で流す場合、上記において説明したように、液体の速度エネルギによって螺旋細管６の下流になる程温度・圧力とも低くなる。
【００３５】
ここで、螺旋細管６の入口と出口の圧力差を大きく（以下の実施の形態では入口1.1ＭＰａ、出口0.24 ＭＰａ）し、螺旋細管６の長さを螺旋太管８に対して比較的短く（以下の実施の形態では螺旋太管８が2300ｍｍに対して螺旋細管６は730mm）、かつ、断面積を螺旋太管８に対して比較的小さく（以下の実施の形態では螺旋太管８が9.0ｍｍ2に対して螺旋細管６の断面積は2.3ｍｍ2）する。
【００３６】
さらに、中継管７のサイズを表１に示すように大きく、すなわち、単に螺旋細管６と螺旋細管８を接続する機能ではなく、当該中継管７で発生する気体を収容できる大きさとしている。これによって、螺旋細管６内では、熱交換器３からの液熱媒の圧力、温度とも低くなり、中継管７で図1における気化条件を形成し、熱媒の気化が促進される。すなわち、螺旋細管６及び中継管７での圧力を低下させようとするベクトルと温度を低下させようとするベクトルのバランスが気化条件を形成するポイントに落ち着くと推定される（図1の矢印Ａ１参照）。
【００３７】
上記のように、螺旋細管６、螺旋太管８、中継管７、集合管５のサイズさらに、コンプレッサの吸引側と吐出側の圧力差等の条件を整えると、熱媒は螺旋細管６で減圧、冷却され、中継管７内で略気化する（図４の実線矢印ａ参照）。しかしながら、ここでは未だ湿った状態の気化であり、従って、中継管７の下流には螺旋太管８を接続して、中継管７で発生した気体（体積が大きくなっている）を完全に気化するようにしている。
【００３８】
逆に、冷房サイクルにおいて、集合管９側の圧力を高く、集合管５側の圧力を低くして、螺旋太管８から螺旋細管６に向かって気液混合熱媒を高速で流す場合、前記同様、螺旋太管８内での熱媒の速度エネルギによって螺旋太管８の下流ほど温度、圧力ともに下がることになる。ここで、螺旋太管８の両端に係る圧力差を比較的小さくし（以下の実施の形態では螺旋太管８の入口圧1.0ＭＰａ、出口圧0.8ＭＰａ）、螺旋太管８の長さを比較的長くし、かつ螺旋太管８の断面積を比較的大きくする（上記暖房サイクル時の記述参照）と、螺旋太管８内では液化条件が形成され、熱媒の液化が促進される。すなわち、螺旋太管８の圧力を低下させようとするベクトルと温度を低下させようとするベクトルのバランスが液化条件を形成するポイント（図1の矢印Ｂ１参照）に落ち着くと推定される。
【００３９】
ここで、螺旋太管８、螺旋細管６、集合管５、中継管７、集合管９のサイズ、コンプレッサの吸引側と吐出側の圧力差等の条件を整えると、螺旋太管８内で略液化ができる(図５の破線矢印ａ参照)。当該螺旋太管８で発生した液体（体積が著しく小さくなっている）を、より小さい径の螺旋細管６に導くと、更に熱媒液の温度を下げることができることになる(図５の破線矢印ｂ参照)。
【００４０】
（冷暖房システム）
以下、本発明の実施形態の好ましい例について添付図面を参照しながら説明する。
【００４１】
図３は、本実施の形態に係る速度‐熱変換器３０を用いた冷暖房システムの構成図である。ここで、冷却あるいは暖房対象の空間で熱交換する装置を「熱交換器」と称し、冷房時にコンプレッサの出力を一部液化し、暖房時にコンプレッサに導入される熱媒を気化する装置を「コンデンサ」と称している。
【００４２】
前記速度‐熱変換器３０は、図２に示すように、２本の直列管５０を並列にし、当該直列管５０の螺旋細管６側を集合管５で纏めて、媒体管１０を介して熱交換機３に接続し、更に、螺旋太管８側を集合管９で纏めて、媒体管４を介してコンデンサ１１に接続している。上記熱交換器３の他方は媒体管１２を介してコンプレッサ１の一方に接続され、また、上記コンデンサ１１の他方は媒体管２を介してコンプレッサ１の他方に接続されている。ここでコンデンサ１１は、上記従来のコンデンサに比して半分から１／１０程度の大きさで足り、また、膨張器１５、レシーバタンク１４は不要である。
【００４３】
また、集合管５と集合管９のサイズは略同じサイズ（内体積）とし、上記した中継管７の倍程度の大きさとなる。但し、１本の直列管５０あたりに換算すると、集合管５：中継管７：集合管９のサイズ（内体積）は略１：１：１となり、その理由は以下に動作とともに説明する。
【００４４】
以下当該冷暖房システムの暖房サイクルについて説明する。
【００４５】
コンプレッサ１で圧縮された高温高圧（温度80〜90℃、好ましくは85℃近辺、圧力1.0〜1.2ＭＰａ、好ましくは1.1ＭＰａ近辺、図４の実線矢印ｂ参照）の熱媒は従来と同様熱交換器３に入力され、ここで、熱を放出して中温（温度40〜45℃、好ましくは41℃近辺、図４の実線矢印ｃ参照）の液熱媒（略液体）になる。
【００４６】
尚、上記コンプレッサ１は過熱運転され、熱媒不足の状態で運転することによって、上記温度を達成するようになっている。
【００４７】
この液熱媒を前記速度‐熱変換器３０の集合管５を介して２本の螺旋細管６に導入する。前記のように、螺旋細管６の下流には中継管７を介して径の太い螺旋太管８（螺旋細管の断面積に対して３〜６倍、好ましくは４倍近辺）が接続されている。
【００４８】
更に、上記螺旋太管８は集合管９を介して、コンデンサ１１に接続され、このコンデンサ１１の他方端はコンプレッサ１の吸引側に接続される。当該コンプレッサ１は当該暖房サイクルではコンデンサ１１側を負圧で引くようにして、その入口と出口の圧力勾配を大きく（上記のように出口圧力1.0〜1.2ＭＰａ、好ましくは1.1ＭＰａ近辺、入口圧0.2〜0.3ＭＰａこのましくは0.24ＭＰａ近辺、従って圧力勾配は0.7〜1.0MPa程度）している。この構成により、螺旋細管６内では、下流ほど温度、圧力とも低くなり、この螺旋細管６の下流に接続された中継管７で、図1に示す気化条件を形成している。すなわち、螺旋細管６、及び中継管７内の圧力を低下させようとするベクトルと温度を低下させようとするベクトルのバランスが、図1に示す気化条件を形成する状態を維持するものと推定される。
【００４９】
ここにおいて、熱交換器３よりの液熱媒は、集合管５で分岐されて、螺旋細管６に導入される。ここで圧力と温度が低下し、中継管７で更に圧力が低くなるので、中継管７でほぼ100パーセント気化する。このときの熱媒温度は、温度0〜8℃、好ましくは５℃近辺であり、中継管７内の圧力は0.2〜0.3ＭＰａ、好ましくは0.24ＭＰａ近辺である（図４の実線矢印ａ参照）。
【００５０】
尚、上記の集合管５は熱交換器３より流れ込む液熱媒を細い螺旋細管６（本実施の形態では1.7mm（表１参照））に導入するのであるから、液熱媒に対する溜め（バッファ）機能を持つ必要がある。そこで、ここでは、内径Ｄ1は10mm〜20mm、内径の最大部の長さＬ1は30mm〜70mm、好ましくは内径14.3mm前後、長さ50mm前後（Ｄ1、Ｌ1は図７参照）の内容積を持つようにしている。このサイズは、１本当たりの直列管５０に換算すると中継管７の内容積と略同じとなる。集合管５の内容積が上記、内径と長さで決定される容積より小さいと、上記バッファ機能が不足し、熱交換器３よりの液熱媒が媒体管１０内に溢れることになり、熱媒の循環を阻害し不都合である。また、集合管５の内容積が上記より大きくなるのは許容されるが、上記バッファ機能を満足する以上のサイズにしても意味がないことになる。
【００５１】
中継管７のサイズは、ここで一機に気化する熱媒の体積膨張を受け止める（バッファ機能）ことができる大きさ、内径Ｄ2は10mm〜20mm、内径の最大部の長さＬ2は15mm〜35mm（Ｄ2、Ｌ2は図７参照）、好ましくは内径14.0mm前後、長さ25mm前後の内容積を持つようにしている。中継管７の内容積が上記、内径と長さで決定される容積より小さいと、上記バッファ機能が不足し、液体から気体に変化して膨張する熱媒を収容しきれなくなり、媒体循環を阻害することになる。また、中継管７の内容積が上記より大きくなると、媒体循環に途切れが生じ不都合となる。
【００５２】
上記中継管７内で気化された熱媒は、いわば湿った状態の気熱媒であり、この気熱媒はさらに螺旋太管８に導入され、当該螺旋太管８で完全に気化されて、更に下流のコンデンサ１１、コンプレッサ１に導入される。上記螺旋太管８からコンデンサ１１までの温度変化は、２℃程度しかなく、コンプレッサ１の入口では７℃近辺の気熱媒となっている。
【００５３】
尚、上記暖房サイクルでの、媒体管１０からの液冷媒の流れを円滑にするための螺旋細管６のサイズは内径1.2〜3mm、好ましくは1.7mm近辺である。また、集合管９はこの暖房サイクルでは単に得られた気熱媒をコンデンサ１１に導入するのみの機能であるので、大きな容積を必要とするものではない。但し、後述する冷房サイクルで大きな容積を必要とするので、ここでは集合管５と同じサイズ（あるいはそれ以上のサイズ）になっている。
【００５４】
また、上記のように熱媒がコンデンサ１１に入る前に既に全量気化しているので、暖房サイクルではコンデンサ１１は本来不要となる。
【００５５】
次に、冷房サイクルについて説明する。
【００５６】
コンプレッサ１で高温高圧に圧縮された気熱媒（0.9〜1.1ＭＰａ、好ましくは1.0ＭＰａ近辺、温度39〜55℃、好ましくは50℃近辺、図５の破線矢印ｄ参照）は、コンデンサ１１で冷却されて気液混合熱媒（例えば液体５０%、気体５０%、温度40℃近辺、図５の破線矢印ｅ参照）となる。尚、ここでは従来のように熱媒の略全部を液熱媒にする必要がないので、コンデンサの容量は従来に比して半分から10分の１程度の大きさでよいことになる。
【００５７】
この気液混合熱媒は速度‐熱変換器３０の螺旋太管８に導入される。前記に説明したように、螺旋太管８内では、螺旋太管８の下流に接続した螺旋細管６と熱交換器３を介してコンプレッサ１で吸引されており、しかも、螺旋太管８の入口と出口の圧力勾配を小さく（入口0.9〜1.1ＭＰａ、好ましくは1.0ＭＰａ近辺、出口0.7〜0.9ＭＰａ、好ましくは0.8ＭＰａ近辺、従って圧力勾配は最大0.4MPa）、その長さを長く（螺旋細管730mmに対して2300mm）している。この構成により、上記したように気液は分離して螺旋太管８内を流れ、螺旋太管８の下流ほど温度、圧力とも低くなるが、上記の構造的な条件（螺旋太管８、螺旋細管６、集合管５のサイズ等）、温度、圧力の条件下では、螺旋太管８内は図1の液化条件が形成されることになる。すなわち、螺旋太管８内の圧力を低下させようとするベクトルと、温度を低下させようとするベクトルのバランスは前記図1における液化条件を形成するポイントに維持されるものと推定される。
【００５８】
このときの条件を適正にすると、螺旋太管８で略100%液化することができ、当該螺旋太管８からは（出口温度36〜38℃、好ましくは37℃近辺、0.7〜0.9ＭＰａ、好ましくは0.8ＭＰａ近辺）略液化した熱媒が得られる(図５の破線矢印ａ参照)。
【００５９】
尚、集合管９はここでは、コンデンサ１１から導入される気液混合熱媒を淀みなく螺旋太管８に導入する必要があるので、前記集合管５と同じサイズとしている。すなわち、集合管９は、上記のようにコンデンサ１１からの気液混合熱媒を媒体管４（ここでは内径7.7mm）を介して、それより細い螺旋太管８（ここでは3.4mm）に導入しているのであるから、そこでの熱媒の流れを確保するためのバッファ機能を備える必要があり、上記集合管５と同じ内容積（内径10〜20mm、長さ30mm〜70mm、好ましくは内径14.0mm前後、長さ50mm前後の内容積：図７参照）になるようにしている。集合管９の内容積が上記、内径と長さで決定される容積より小さいと、上記バッファ機能が不足し、コンデンサ１１よりの液熱媒が媒体管４内に溢れることになり、熱媒の循環を阻害し不都合である。また、集合管９の内容積が上記より大きくなるのはかまわないが、上記バッファ機能を満足する以上のサイズにしても意味がない。但し、コンデンサ１１からは気液混合熱媒が導入されるので、液熱媒のみをバッファする集合管５より倍程度まで大きいサイズまで許容される。
【００６０】
螺旋太管８の下流に接続されている螺旋細管６も液化機能を備えているが、ここでは、上記のように螺旋太管８で得られた液熱媒を減圧冷却して、その出口温度・圧力は温度-2℃〜5℃（好ましくは１℃近辺）圧力0.2〜0.3ＭＰａ（好ましくは0.24ＭＰａ近辺）となる(図５の破線矢印ｂ参照)。
【００６１】
このように冷却された液熱媒は冷媒管１０を介して熱交換器３に導入され、ここで膨張（環境から熱を吸収）するとともに気体となって（図５矢印ｃ参照）、コンプレッサ１に返されることになる。
【００６２】
尚、螺旋太管８と螺旋細管６とは管の内径が異なるが、螺旋太管８内で気液混合熱媒が液熱媒に変化しているので熱媒の体積は小さくなっており、中継管７に、上記暖房サイクル時に必要とした容積は当該冷房サイクルでは不要である。また、集合管５についても、液になった熱媒を太い冷媒管１０に流し込むだけであるので、暖房サイクルに要した容積は不要である。
【００６３】
尚、冷房サイクルの熱媒の流れを円滑にするには、螺旋太管８の総断面積（１本の断面積×本数）は媒体管４の断面積より小さくなり、ここでは媒体管４の内径7.7mmに対して螺旋太管８の内径は2.2〜8.0 mm、好ましくは3.4mm近辺となっている。このサイズは上記螺旋細管６のサイズ（内径1.2〜3mm、好ましくは1.7mm近辺）に対応している。
【００６４】
図６は螺旋太管、螺旋細管の軸方向断面を示すものである。
【００６５】
上記の説明では速度‐熱変換器30を構成する螺旋太管８と螺旋細管６の内面に加工がない場合を想定しているが、本願の効果を得るためには、螺旋太管８と螺旋細管６の内面に凹凸が形成されることが好ましい。
【００６６】
内径の細い銅管を製造するときは、管径を統一する目的で、所定径の銅管にピアノ線を差し込んで当該銅管をピアノ線の径まで絞り、その後、ピアノ線を抜き取るようになっている。従って、銅管の内壁には、ピアノ線（例えば断面が４角）を抜き取った後の溝４０が斜めに形成されている。本実施の形態では、図６に示すようにこの溝４０を所定間隔ごとにくびれさせる加工をしている。このくびれ４１は、例えば、上記銅線を螺旋に巻く過程で、銅管を軸方向に捻ることによって、形成される。またこのくびれは、は少なくとも1箇所形成されるが、本願実施の形態では螺旋太管８で等間隔に複数箇所（例えば４箇所）、螺旋細管６でも等間隔に複数箇所形成（例えば３箇所）されている。
【００６７】
このくびれ４１によって、螺旋太管、螺旋細管を流れる熱媒は乱流となって攪拌され、気化条件、液化条件としての効果をより発揮することになる。ちなみに、このくびれ４１を入れないときは、上記実施の形態で記載している効果より劣る効果しか得られない。尚、上記溝の深さは0.1mm程度、幅は0.5〜２ｍｍ程度である。
【００６８】
以上の実施の形態において、使用する各部位のサイズを表にまとめると、１表のようなサイズになり、温度、圧力は２表のようになる。尚、表１、２において括弧｛  ｝内の数字は可能な範囲を示している。括弧｛  ｝内の数字が開示されていない場合であっても、開示された特定の値に限定されるものではなく、その近辺の値であれば充分である。
【００６９】
以上、フロンR-134ａを用いたときの740Ｗ相当機種のエアコンでは、従来は1000ｇの熱媒量で、高圧が1.4Mpa程度であるのに対して、本発明では冷房時の高圧が1.0Mpa、暖房時の高圧が1.1Mpaとなり、その分大幅に電力を節約することができることになる。加えて、従来のエアコンでは暖房時に充分な温度が得られないために、補助ヒータを付設しているが、この補助ヒータを使用しなくても充分な温度を得られる点でも電力の節約になる。
【００７０】
【表１】
2010281558.tif 000003
【００７１】
【表２】
2010281558.tif 000004
【００７２】
（その他の実施の形態）
上記構成に係るフロンR143ａを用いた自動車用冷暖房システムの運用状況を以下に例示する。
【００７３】
コンプレッサの定格回転数、2700ｒｐｍ、高圧、14〜16Kg（約1.4〜1.6Mpa）、低圧2.0〜3Kg（約0.2〜0.3Mpa）の自動車用冷房システムに対して、本発明を適用した場合、同じコンプレッサで1520ｒｐｍ前後（約1.0Mpa）で満足のできる冷房温度となり、1800ｒｐｍでは過剰冷却となった。また、暖房サイクルでは（自動車用であるので従来はなし）1570ｒｐｍ（約1.1Mpa）前後で噴出し口から57℃の温風が得られた。すなわち、冷房サイクルで40％〜60％程圧力が小さくなっており、それだけ消費電力が少なくなっている。
【００７４】
また、図４には740W、熱媒はフロンR410a、熱媒量は800ｇ（推定能力2500Kcal/hour、コンプレッサ吐出圧2.5Mpa、吸引圧1.05Mpa）のエアコンに、本願発明を適用した場合の暖房サイクルの温度―圧力遷移（図４右）も併記している。
【００７５】
直列管３０は、前記のフロン１３４aの実施の形態と同様２本であり、管径等の条件も全く同様である。また、熱媒量は、560ｇ、コンプレッサの圧力条件は、吐出圧が2.1Mpa、吸引圧が0.9Mpaとなり、温度条件は、R１３４aの場合と同じであり、符号A、B、C はR１３４aの場合の温度―圧力遷移を示す符号ａ、ｂ、ｃに対応している。
【００７６】
また、図５には上記の場合の冷房時の温度―圧力遷移（図５右）も併記している。コンプレッサの圧力条件は、吐出圧が2. 0Mpa、吸引圧が0.9Mpaとなり、温度条件は、図５に示す１３４aの場合と同じであり、符号A、B、C、D、E はR１３４aの場合の温度―圧力遷移を示す符号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、eに対応している。
【００７７】
上記の構成で、冷房時、暖房時の高い方の圧力は20％程度小さく、また、暖房時には補助ヒータを使用する必要がないことを考慮すると、大幅なエネルギー消費を節約していることなる。
【００７８】
尚、上記において冷暖房システムについて説明したが、本願は暖房のみのシステム、あるいは冷房のみのシステムに使用することを妨げるものではない。冷暖房システムとして使用するときは、冷房時と暖房時ではコンプレッサ１の入力と出力を逆に切り替える機構（図３、切替器１６）が必要なことはいうまでもないことである。また、このように冷暖房兼用のシステムとする場合は、上記集合管５、中継管７、集合管９の内容積の比率は１直列管あたり１：１：１となる。但し、暖房システムとしてのみ利用するときは、集合管９は各螺旋太管８と媒体管１０との接続機能さえあればよい。また、冷房システムとしてのみ利用する場合は、上記したように、上記中継管７は単に螺旋太管８と螺旋細管６との接続機能を持たせれば足り、集合管５も螺旋太管６と媒体管１０との接続機能のみを備えれば足りる。
【００７９】
以上説明したように、本発明によれば、膨張弁、コンデンサ、レシーバタンクの不要な暖房単独のシステム、あるいは膨張弁、レシーバタンクがなく、コンデンサの小さい冷暖房システムを構成することができる効果がある。
【００８０】
また、従来に比して、コンプレッサ圧が20％〜40%ちいさくなり、暖房時に補助ヒータが不要な点を考慮すると、電力使用量は暖房時で６０〜８０％減、冷房時は最高５０〜７０％減となる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明は、膨張弁、コンデンサ、レシーバタンクの不要な暖房単独のシステム、あるいは膨張弁、レシーバタンクがなく、コンデンサの小さい冷暖房システムを構成することができる効果がある。また、電力使用量を大幅に削減することができる効果がある。したがって、その産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００８２】
１  コンプレッサ
２、４、１０  媒体管
３  熱交換器
３−１  ファン
５  集合管
６  螺旋状細管
７  中継管
８  螺旋状管
９  集合管
１１  コンデンサ
１１−１  ミニファン
１２  サクション管（媒体管）
１３  コンデンサ
１３−１  ファン
１４  レシーバタンク
【図１】
2010281558.tif 000005
【図２】
2010281558.tif 000006
【図３】
2010281558.tif 000007
【図４】
2010281558.tif 000008
【図５】
2010281558.tif 000009
【図６】
2010281558.tif 000010
【図７】
2010281558.tif 000011
【図８】
2010281558.tif 000012
【図９】
2010281558.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月23日(2010.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記螺旋太管または螺旋細管の内壁に各管を軸方向に捻ることによって形成されるくびれを少なくとも１箇所設けた請求項１〜４のいずれかに記載の暖房システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記螺旋太管または螺旋細管の内壁に各管を軸方向に捻ることによって形成されるくびれを少なくとも１箇所設けた請求項６〜９のいずれかに記載の速度‐熱変換器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１６】
前記螺旋太管または螺旋細管の内壁に各管を軸方向に捻ることによって形成されるくびれを少なくとも１箇所設けた請求項１１〜１５のいずれかに記載の冷暖房システム。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２２】
前記螺旋太管または螺旋細管の内壁に各管を軸方向に捻ることによって形成されるくびれを少なくとも１箇所設けた請求項１７〜２１のいずれかに記載の速度‐熱変換器。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
内径の細い銅管を製造するときは、管径を統一する目的で、所定径の銅管にピアノ線を差し込んで当該銅管をピアノ線の径まで絞り、その後、ピアノ線を抜き取るようになっている。従って、銅管の内壁には、ピアノ線（例えば断面が４角）を抜き取った後の溝４０が斜めに形成されている。本実施の形態では、図６に示すようにこの溝４０を所定間隔ごとにくびれさせる加工をしている。このくびれ４１は、例えば、上記銅管を螺旋に巻く過程で、銅管を軸方向に捻ることによって、形成される。またこのくびれは、少なくとも1箇所形成されるが、本願実施の形態では螺旋太管８で等間隔に複数箇所（例えば４箇所
）、螺旋細管６でも等間隔に複数箇所形成（例えば３箇所）されている。