(57)【要約】【課題】従来の冷暖房システムを更に進化させ、電力使用量を大幅に削減しながら、十分な暖房効果と十分な冷房効果を発揮すること。【解決手段】熱媒体を振動回転させて液化させる螺旋状太管と、この螺旋状太管に接続され液熱媒体をスピン振動回転して減圧膨張させる螺旋状細管であって前記螺旋状太管より細径の螺旋状細管とを有する第１及び第２の速度‐熱変換器２０Ａ、２０Ｂと、熱媒体を圧縮するコンプレッサ１０と、圧縮された熱媒体の熱を放熱する放熱短配管３０と、前記放熱短配管３０に送り出された熱媒体を前記第２の速度‐熱変換器２０Ｂへ送り減圧膨張させて液熱媒体とし、この液熱媒体を熱交換器５０において熱交換する一方、前記圧縮された熱媒体を熱交換器５０へ送り、送り出された液熱媒体を前記第１の速度‐熱変換器２０Ａへ送り、この第１の速度‐熱変換器２０Ａにおいて減圧膨張させ気化させる。【選択図】図１
2019138583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒を螺旋回転して液化させる螺旋細管と、この螺旋細管に接続され熱媒を回転させて液化させる前記螺旋細管よりの太径の螺旋太管とを有する第１及び第２の速度‐熱変換器と、
熱媒を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサに接続され、前記コンプレッサの圧縮熱を放熱するミニ冷却器と、
熱交換器と、
前記ミニ冷却器と前記熱交換器との間における熱媒の経路に、前記第１の速度‐熱変換器と前記第２の速度‐熱変換器とのいずれかを切換接続するための切換弁と、
を具備することを特徴とする冷暖房システム。
【請求項２】
前記第１の速度‐熱変換器の螺旋細管の内径と前記第２の速度‐熱変換器の螺旋細管の内径とが異なることを特徴とする請求項１に記載の冷暖房システム。
【請求項３】
前記第１の速度‐熱変換器の螺旋細管の内径が前記第２の速度‐熱変換器の螺旋細管の内径よりも大径であることを特徴とする請求項２に記載の冷暖房システム。
【請求項４】
前記第１の速度‐熱変換器の螺旋太管の内径と前記第２の速度‐熱変換器の螺旋太管の内径とが異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷暖房システム。
【請求項５】
前記第１の速度‐熱変換器の螺旋太管の内径が前記第２の速度‐熱変換器の螺旋太管の内径よりも大径であることを特徴とする請求項４に記載の冷暖房システム。
【請求項６】
前記第１の速度‐熱変換器の螺旋太管側と前記第２の速度‐熱変換器の螺旋太管側とが前記コンプレッサ側に設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷暖房システム。
【請求項７】
暖房動作のときには、前記螺旋細管から前記螺旋太管へ向かって熱媒を流すように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷暖房システム。
【請求項８】
冷房動作のときには、前記螺旋太管から前記螺旋細管へ向かって熱媒を流すように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷暖房システム。
【請求項９】
前記螺旋細管と前記螺旋太管の内径が1.8〜4.0ｍｍであり、前記螺旋細管と前記螺旋太管の内壁に螺旋状溝が形成され、熱媒に振動スピン回転がかかることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、螺旋細管と、この螺旋細管に接続される上記螺旋細管よりの太径の螺旋太管とを有する速度‐熱変換器を用いた冷暖房システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
速度‐熱変換器及びこれを用いた冷暖房システムに関しては、本願の発明者が既に特許文献１等において提案している。この特許文献１に記載の通り、速度‐熱変換器は、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形成するものである。
【０００３】
本願の発明者は、上記特許文献１において、コンプレッサからの高温高圧熱媒を熱交換器に導入して環境に放熱し、上記直列管を介してコンプレッサに戻すことにより暖房システムを構成することを示した。また、熱交換器より得られる液熱媒を上記の螺旋細管で螺旋回転させて当該液熱媒を略気化し、更に螺旋太管において、上記螺旋細管にて形成された気化条件を維持しつつ気化作用を補助することにより、略気化された熱媒を完全気化する。このようにして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ことにより暖房システムを構築する。
【０００４】
更に、熱媒を逆に流すことによって冷房とすることができることを示し、これによって全体として冷暖房システムを提供するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５４５８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者は上記の冷暖房システムについて鋭意研究を重ねた結果、コンプレッサ、速度‐熱変換器、熱交換器を熱媒がループするシステムにおいて、単に熱媒の流れる向きを逆にしただけでは十分な暖房効果と十分な冷房効果を発揮し難いことを発見した。
【０００７】
本発明はこのような従来の冷暖房システムを更に進化させ、電力使用量を大幅に削減しながら、十分な暖房効果と十分な冷房効果を発揮することのできる冷暖房システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る冷暖房システムは、熱媒を螺旋回転して液化させる螺旋細管と、この螺旋細管に接続され熱媒を回転させて液化させる前記螺旋細管よりの太径の螺旋太管とを有する第１及び第２の速度‐熱変換器と、熱媒を圧縮するコンプレッサと、前記コンプレッサに接続され、前記コンプレッサの圧縮熱を放熱するミニ冷却器と、熱交換器と、前記ミニ冷却器と前記熱交換器との間における熱媒の経路に、前記第１の速度‐熱変換器と前記第２の速度‐熱変換器とのいずれかを切換接続するための切換弁と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る冷暖房システムでは、前記第１の速度‐熱変換器の螺旋細管の内径と前記第２の速度‐熱変換器の螺旋細管の内径とが異なることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る冷暖房システムでは、前記第１の速度‐熱変換器の螺旋細管の内径が前記第２の速度‐熱変換器の螺旋細管の内径よりも大径であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る冷暖房システムでは、前記第１の速度‐熱変換器の螺旋太管の内径と前記第２の速度‐熱変換器の螺旋太管の内径とが異なることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る冷暖房システムでは、前記第１の速度‐熱変換器の螺旋太管の内径が前記第２の速度‐熱変換器の螺旋太管の内径よりも大径であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る冷暖房システムでは、前記第１の速度‐熱変換器の螺旋太管側と前記第２の速度‐熱変換器の螺旋太管側とが前記コンプレッサ側に設けられることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る冷暖房システムでは、暖房動作のときには、前記螺旋細管から前記螺旋太管へ向かって熱媒を流すように制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る冷暖房システムでは、冷房動作のときには、前記螺旋太管から前記螺旋細管へ向かって熱媒を流すように制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る冷暖房システムでは、前記螺旋細管と前記螺旋太管の内径が1.8〜4.0ｍｍであり、前記螺旋細管と前記螺旋太管の内壁に螺旋状溝が形成され、熱媒に振動スピン回転がかかることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１の速度‐熱変換器と第２の速度‐熱変換器と、切換接続するための切換弁とを備えているため、暖房の場合に適切な動作をする上記速度‐熱変換器を第１の速度‐熱変換器と上記第２の速度‐熱変換器のいずれか一方とし、冷房の適切な動作をする速度‐熱変換器を上第１の速度‐熱変換器と上記第２の速度‐熱変換器のいずれか他方とすることにより、電力使用量を大幅に削減しながら、十分な暖房効果と十分な冷房効果を発揮させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の要部構成を示す正面図。
【図３】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の要部である螺旋管を直管とした場合の溝構造を示す断面図。
【図４】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の要部である螺旋管における外側の溝構造を示す断面図。
【図５】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の要部である螺旋管における内側の溝構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下添付図面を参照して、本発明に係る冷暖房システムの実施形態を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１には、第１の実施形態に係る冷暖房システムの構成を示す。第１の実施形態に係る冷暖房システムは、熱媒を圧縮するコンプレッサ１０を備え、第１の速度‐熱変換器２０Ａと第２の速度‐熱変換器２０Ｂを備える。
【００２０】
第１の速度‐熱変換器２０Ａと第２の速度‐熱変換器２０Ｂは、各部の寸法が異なるものの、構成要素は同一である。これらの速度‐熱変換器２０Ａ、２０Ｂは、図２に示すように、熱媒を螺旋回転して液化させる螺旋細管２１と、熱媒を回転させて液化させる上記螺旋細管よりの太径の螺旋太管２２とを有する。螺旋細管２１と螺旋太管２２とは、中継管２３により結合されている。螺旋細管２１と螺旋太管２２と中継管２３による直列管は、ここでは２本並列に設けられているが、３本以上並列に設けられていてもよい。
【００２１】
各直列管における螺旋細管２１側の端部には、これら複数の螺旋細管２１を結合する集合管２４が接続されている。また、各直列管における螺旋太管２２側の端部には、これら複数の螺旋太管２２を結合する集合管２５が接続されている。
【００２２】
上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋細管２１の内径と上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋細管２１の内径とが異なるものである。上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋細管２１の内径が上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋細管の内径よりも大径である。
【００２３】
上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋太管２２の内径と上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋太管２２の内径とが異なる。上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋太管２２の内径が上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋太管２２の内径よりも大径である。
【００２４】
上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋細管２１の内径と上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋細管２１の内径、上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋太管２２の内径と上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋太管２２の内径などの寸法の一例を以下に示す。括弧内は、数値の範囲である。
【００２５】
【表１】
2019138583.tif 000003
【００２６】
【表２】
2019138583.tif 000004
【００２７】
更に、集合管２４、２５の各部の寸法、中継管２３の各部の寸法を以下に示す。
【００２８】
【表３】
2019138583.tif 000005
【００２９】
【表４】
2019138583.tif 000006
【００３０】
以上示した寸法は、冷暖房システムの冷房能力や暖房能力によって適宜変更される値であることは言うまでもない。更に、本実施形態に係る冷暖房システムでは、ミニ冷却器３０を備えている。このミニ冷却器３０は、通常用いられるコンデンサの能力の２０分の１程度の能力の冷却器で構成することができる。また、この冷却器３０は、冷房運転のときのみに用いるようにすることができる。このミニ冷却器３０は、コンプレッサ１０の圧縮熱を放熱するために設けられている。従ってミニ冷却器３０を、図１に示すように熱交換器５０と同じ位置に所定長の配管３０Ａとして設け、この所定長の配管を熱交換器５０のファンにより冷却する構造とすることができる。この場合の所定長は、熱交換器５０を構成する配管の長さが１とすれば、同じ径の配管を用いる場合には２０分の１の長さの配管を設けて冷却器３０を構成することができる。
【００３１】
更に、本実施形態に係る冷暖房システムには、切換弁４０が備えられている。この切換弁４０は、上記ミニ冷却器３０と熱交換器５０との間における熱媒の経路に、上記第１の速度‐熱変換器２０Ａと上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂとのいずれかを切換接続するためものである。本実施形態では、ミニ冷却器３０を上記第１の速度‐熱変換器２０Ａに接続するか、ミニ冷却器３０を上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂに接続するかを切り換えるように構成されている。
【００３２】
上記第１の速度‐熱変換器２０Ａ及び上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂと、コンプレッサ１０との間には、熱交換器５０が設けられる。熱交換器５０は例えば外気等に放熱を行うもので、ファンにより冷却される。コンプレッサ１０とミニ冷却器３０との間は配管１１により接続され、ミニ冷却器３０と切換弁４０との間は配管３１により接続されている。
【００３３】
また、切換弁４０と第１の速度‐熱変換器２０Ａの間は、配管４１により接続されており、切換弁４０と第２の速度‐熱変換器２０Ｂの間は、配管４２により接続されている。更に、第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋細管２１側には、配管２８が接続されており、第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋細管２１側には、配管２６が接続されており、配管２８と配管２６とは結合点２７において配管５１に接続されている。この配管５１は熱交換器５０に接続されている。熱交換器５０とコンプレッサ１０との間は、配管５２により接続されている。各配管の太さは、第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋太管２２より大径であればよく、例えば、第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋太管２２の内径の３倍程度であればよい。
【００３４】
上記の第１の速度‐熱変換器２０Ａと第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋細管２１と螺旋太管２２には、例えば銅管にピアノ線を入れ込んで、銅管をピアノ線の外径（太さ）まで絞って管を形成するため、内壁に図３に示すような溝６０が形成される。この溝６０は螺旋太管２２側から螺旋細管２１側へ向かって左旋回しながら進むように形成することができる。
【００３５】
そして、直管状態から螺旋管へ捩じって螺旋細管２１と螺旋太管２２を形成する。このとき、螺旋管の外側においては全体として長さ方向へ引っ張られることから、溝６０と隣接する溝６０との間隔は図４に示すように直管状態のときに比べて広がる。
【００３６】
一方、直管状態から螺旋管へ捩じって螺旋細管２１と螺旋太管２２を形成するときに、螺旋管の内側においては全体として長さ方向に対して縮められるように加工されることから、溝６０と隣接する溝６０との間隔は図４に示すように直管状態のときに比べて狭くなる。
【００３７】
この溝の間隔が外側と内側において異なっていること、更に、特許文献１において述べられていることであるが、銅管を軸方向へ捩じるときに生じるくびれなどによって熱媒に振動スピン回転がかかることにより速度‐熱変換器における熱変換に特別の好適な影響を与えるものと考えられる。
【００３８】
本実施形態は、冷暖房システムとして使用するものであるから、冷房時と暖房時ではコンプレッサ１０の入力と出力を逆に切り替える機構としてコンプレッサ１０の入力口と出力口に、切替器７０を備えている。暖房時には、切換弁４０を操作して熱媒が第１の速度‐熱変換器２０Ａのみへ流れるようにし、第２の速度‐熱変換器２０Ｂは使用しない。冷房時には、切換弁４０を操作して熱媒が第２の速度‐熱変換器２０Ｂのみへ流れるようにし、第１の速度‐熱変換器２０Ａは使用しない。
【００３９】
暖房時と冷房時の、コンプレッサ１０、熱交換器５０、螺旋細管２１、螺旋太管２２の条件を以下に示す。括弧内は、数値の範囲である。
【００４０】
【表５】
2019138583.tif 000007
【００４１】
【表６】
2019138583.tif 000008
【００４２】
上記の条件において、暖房時には、コンプレッサ１０において熱媒を高圧高温ガスにして、熱交換器５０で放熱して常温の液体となる。次に、第１の速度‐熱変換器２０Ａへ進み、振動スピン回転によるエネルギー放射により温度が２０度から３０度下がることによる熱媒はガスにしてミニ冷却器３０においてコンプレッサ１０の熱のみを放熱させてコンプレッサ１０へ戻る。
【００４３】
また、冷房時には、コンプレッサ１０において熱媒を圧縮して高温ガスとし、ミニ冷却器３０においてコンプレッサ１０の熱のみを放熱させて液化する。次に、第２の速度‐熱変換器２０Ｂへ進み、振動スピン回転により熱媒を液化させ液体のまま温度低下させて熱交換器５０へ送り込み、熱交換させて全ガスとしコンプレッサ１０へ戻る。
【００４４】
上記構成に係る本実施形態に係る冷暖房システムを、フロンR134ａを用いた自動車用冷暖房システムに適用した運用状況は、以下の如くである。コンプレッサの定格回転数、940ｒｐｍ、高圧10Kg（約10〜12Kg）、低圧2.0Kg（約2.0〜2.5Kg）の自動車用冷房システムにおいて、本実施形態を適用した場合に満足のできる冷房温度となった。また、暖房サイクルの場合には、自動車用であるので比較すべき従来例は存在しない。コンプレッサの定格回転数940ｒｐｍ（約10 Kg）前後で噴出し口から54℃の温風が得られた。即ち、定格２４〜３０Ａのモータに対し、本実施形態では５Ａ程度のモータで十分な冷房暖房効果を得ることができ、20％〜17％程消費電力が少なくなっている。
【００４５】
本実施形態では、冷房及び暖房共に高効率でエネルギー消費の低減を図ることができた。コンプレッサ圧を２０％〜４０％低減させることができ、電力使用量は暖房時で６０〜８０％減、冷房時でも最高６０〜８０％減とすることが可能である。本実施形態は、螺旋細管と螺旋太管の内径が1.8〜4.0ｍｍであり、上記螺旋細管と上記螺旋太管の内壁に螺旋状溝が図３〜図５を用いて説明したように形成されることで、熱媒に振動スピン回転がかかり、運動エネルギー放射が連続して生じることが最大の特徴である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  コンプレッサ
１１  配管
２０Ａ  第１の速度‐熱変換器
２０Ｂ  第２の速度‐熱変換器
２１  螺旋細管
２２  螺旋太管
２３  中継管
２４、２５  集合管
２６、２８  配管
３０  ミニ冷却器
４０  切換弁
５０  熱交換器
６０  溝
７０  切替器
【図１】
2019138583.tif 000009
【図２】
2019138583.tif 000010
【図３】
2019138583.tif 000011
【図４】
2019138583.tif 000012
【図５】
2019138583.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月27日(2018.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
また、冷房時には、コンプレッサ１０において熱媒を圧縮して高温ガスとし、ミニ冷却器３０においてコンプレッサ１０の熱を放熱する。次に、第２の速度‐熱変換器２０Ｂへ進み、振動スピン回転により熱媒を液化させ液体のまま温度低下させて熱交換器５０へ送り込み、熱交換させて全ガスとしコンプレッサ１０へ戻る。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
上記構成に係る本実施形態に係る冷暖房システムを、フロンR134ａを用いた自動車用冷暖房システムに適用した運用状況は、以下の如くである。コンプレッサの定格回転数、940ｒｐｍ、高圧10Kg（約10〜12Kg）、低圧2.0Kg（約2.0〜2.5Kg）の自動車用冷房システムにおいて、本実施形態を適用した場合に満足のできる冷房温度となった。また、暖房サイクルの場合には、自動車用であるので比較すべき従来例は存在しない。コンプレッサの定格回転数970ｒｐｍ（約10 Kg）前後で噴出し口から54℃の温風が得られた。即ち、定格２４〜３０Ａのモータに対し、本実施形態では５Ａ程度のモータで十分な冷房暖房効果を得ることができ、80％程の消費電力削減を図ることができた。
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月31日(2018.5.31)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を振動回転させて液化させる螺旋状太管と、この螺旋状太管に接続され液熱媒体をスピン振動回転して減圧膨張させる螺旋状細管であって前記螺旋状太管より細径の螺旋状細管とを有する第１及び第２の速度‐熱変換器と、
熱媒体を圧縮するコンプレッサと、
圧縮された熱媒体の熱を放熱する放熱短配管と、
前記放熱短配管に送り出された熱媒体を前記第２の速度‐熱変換器へ送り減圧膨張させて液熱媒体を熱交換器において熱交換する一方、前記圧縮された熱媒体を熱交換器へ送り、送り出された液熱媒体を前記第１の速度‐熱変換器へ送り、この第１の速度‐熱変換器において減圧膨張させ気化させる冷暖房システムであって、
前記第１の速度‐熱変換器の螺旋状細管の内径が前記第２の速度‐熱変換器の螺旋状細管の内径よりも大径であることを特徴とする冷暖房システム。
【請求項２】
前記第１の速度‐熱変換器の螺旋状太管の内径が前記第２の速度‐熱変換器の螺旋状太管の内径よりも大径であることを特徴とする請求項１に記載の冷暖房システム。
【請求項３】
前記第１の速度‐熱変換器の螺旋状細管側と前記第２の速度‐熱変換器の螺旋状太管側とが前記コンプレッサの吐出側に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の冷暖房システム。
【請求項４】
暖房動作のときには、前記第１の速度‐熱変換器における前記螺旋状細管から前記螺旋状太管へ向かって熱媒を流すように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷暖房システム。
【請求項５】
冷房動作のときには、前記第２の速度‐熱変換器における前記螺旋状太管から前記螺旋状細管へ向かって熱媒を流すように制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷暖房システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、螺旋状細管と、この螺旋状細管に接続される上記螺旋状細管よりの太径の螺旋状太管とを有する速度‐熱変換器を用いた冷暖房システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
速度‐熱変換器及びこれを用いた冷暖房システムに関しては、本願の発明者が既に特許文献１等において提案している。この特許文献１に記載の通り、速度‐熱変換器は、螺旋状細管と螺旋状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形成するものである。
【０００３】
本願の発明者は、上記特許文献１において、コンプレッサから吐出した熱媒体を熱交換器に導入して環境に放熱し、上記直列管を介してコンプレッサに戻すことにより暖房システムを構成することを示した。また、コンプレッサから吐出した熱媒体を熱交換器へ導入し、液化した液熱媒体を螺旋状細管で減圧気化し、更に螺旋状太管において、上記螺旋状細管にて形成された減圧条件を維持しつつ気化作用を補助することにより、略気化された熱媒体を完全気化する。このようにして得られた熱媒体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ことにより暖房システムを構築する。
【０００４】
更に、熱媒体を逆に流すことによって冷房とすることができることを示し、これによって全体として冷暖房システムを提供するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５４５８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者は上記の冷暖房システムについて鋭意研究を重ねた結果、コンプレッサ、速度‐熱変換器、熱交換器を熱媒体がループするシステムにおいて、単に熱媒体の流れる向きを逆にしただけでは十分な暖房効果と十分な冷房効果を発揮し難いことを発見した。
【０００７】
本発明はこのような従来の冷暖房システムを更に進化させ、電力使用量を大幅に削減しながら、十分な暖房効果と十分な冷房効果を発揮することのできる冷暖房システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る冷暖房システムは熱媒体を振動回転させて液化させる螺旋状太管と、この螺旋状太管に接続され液熱媒体をスピン振動回転して減圧膨張させる螺旋状細管であって前記螺旋状太管より細径の螺旋状細管とを有する第１及び第２の速度‐熱変換器と、熱媒体を圧縮するコンプレッサと、圧縮された熱媒体の熱を放熱する放熱短配管と、前記放熱短配管に送り出された熱媒体を前記第２の速度‐熱変換器へ送り減圧膨張させて液熱媒体を熱交換器において熱交換する一方、前記圧縮された熱媒体を熱交換器へ送り、送り出された液熱媒体を前記第１の速度‐熱変換器へ送り、この第１の速度‐熱変換器において減圧膨張させ気化させる冷暖房システムである。
そして、前記第１の速度‐熱変換器の螺旋状細管の内径が前記第２の速度‐熱変換器の螺旋状細管の内径よりも大径であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の要部構成を示す正面図。
【図３】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の要部である螺旋状管を直管とした場合の溝構造を示す断面図。
【図４】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の要部である螺旋状管における外側の溝構造を示す断面図。
【図５】本発明に係る冷暖房システムの実施形態の要部である螺旋状管における内側の溝構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下添付図面を参照して、本発明に係る冷暖房システムの実施形態を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１には、第１の実施形態に係る冷暖房システムの構成を示す。第１の実施形態に係る冷暖房システムは、熱媒体を圧縮するコンプレッサ１０を備え、第１の速度‐熱変換器２０Ａと第２の速度‐熱変換器２０Ｂを備える。
【００１１】
第１の速度‐熱変換器２０Ａと第２の速度‐熱変換器２０Ｂは、各部の寸法が異なるものの、構成要素は同一である。これらの速度‐熱変換器２０Ａ、２０Ｂは、図２に示すように、熱媒体を振動回転させて液化させる螺旋状太管２２と、液熱媒体を振動回転して減圧膨張させる螺旋状細管２１とを有する。ここにおける振動回転は、述べるようにスピン振動回転であると思料される。螺旋状細管２１は、上記螺旋状太管２２より細径である。螺旋状細管２１と螺旋状太管２２とは、中継管２３により結合されている。螺旋状細管２１と螺旋状太管２２と中継管２３による直列管は、ここでは２本並列に設けられているが、３本以上並列に設けられていてもよい。
【００１２】
各直列管における螺旋状細管２１側の端部には、これら複数の螺旋状細管２１を結合する集合管２４が接続されている。また、各直列管における螺旋状太管２２側の端部には、これら複数の螺旋状太管２２を結合する集合管２５が接続されている。
【００１３】
上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状細管２１の内径と上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋状細管２１の内径とが異なるものである。上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状細管２１の内径が上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋状細管の内径よりも大径である。
【００１４】
上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状太管２２の内径と上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋状太管２２の内径とが異なる。上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状太管２２の内径が上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋状太管２２の内径よりも大径である。
【００１５】
上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状細管２１の内径と上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋状細管２１の内径、上記第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状太管２２の内径と上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋状太管２２の内径などの寸法の一例を以下に示す。括弧内は、数値の範囲である。
【００１６】
【表１】
2019138583.tif 000014
【００１７】
【表２】
2019138583.tif 000015
【００１８】
更に、集合管２４、２５の各部の寸法、中継管２３の各部の寸法を以下に示す。
【００１９】
【表３】
2019138583.tif 000016
【００２０】
【表４】
2019138583.tif 000017
【００２１】
以上示した寸法は、冷暖房システムの冷房能力や暖房能力によって適宜変更される値であることは言うまでもない。更に、本実施形態に係る冷暖房システムでは、放熱短配管３０を備えている。この放熱短配管３０は、通常用いられるコンデンサの能力の２０分の１程度の能力のミニ冷却器で構成することができる。また、この放熱短配管３０は、冷房運転のときのみに用いるようにすることができる。この放熱短配管３０は、コンプレッサ１０の圧縮熱を放熱するために設けられている。従って放熱短配管３０を、図１に示すように熱交換器５０と同じ位置に所定長の配管３０Ａとして設け、この所定長の配管を熱交換器５０のファンにより冷却する構造とすることができる。この場合の所定長は、熱交換器５０を構成する配管の長さが１とすれば、同じ径の配管を用いる場合には２０分の１の長さの配管を設けて放熱短配管３０を構成することができる。
【００２２】
更に、本実施形態に係る冷暖房システムには、切換弁４０が備えられている。この切換弁４０は、上記放熱短配管３０と熱交換器５０との間における熱媒体の経路に、上記第１の速度‐熱変換器２０Ａと上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂとのいずれかを切換接続するためものである。本実施形態では、放熱短配管３０を上記第１の速度‐熱変換器２０Ａに接続するか、放熱短配管３０を上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂに接続するかを切り換えるように構成されている。
【００２３】
上記第１の速度‐熱変換器２０Ａ及び上記第２の速度‐熱変換器２０Ｂと、コンプレッサ１０との間には、熱交換器５０が設けられる。熱交換器５０は例えば外気等に放熱を行うもので、ファンにより冷却される。コンプレッサ１０と放熱短配管３０との間は配管１１により接続され、放熱短配管３０と切換弁４０との間は配管３１により接続されている。
【００２４】
また、切換弁４０と第１の速度‐熱変換器２０Ａの間は、配管４１により接続されており、切換弁４０と第２の速度‐熱変換器２０Ｂの間は、配管４２により接続されている。更に、第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状細管２１側には、配管２８が接続されており、第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋状細管２１側には、配管２６が接続されており、配管２８と配管２６とは結合点２７において配管５１に接続されている。この配管５１は熱交換器５０に接続されている。熱交換器５０とコンプレッサ１０との間は、配管５２により接続されている。各配管の太さは、第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状太管２２より大径であればよく、例えば、第１の速度‐熱変換器２０Ａの螺旋状太管２２の内径の３倍程度であればよい。
【００２５】
上記の第１の速度‐熱変換器２０Ａと第２の速度‐熱変換器２０Ｂの螺旋状細管２１と螺旋状太管２２には、例えば銅管にピアノ線を入れ込んで、銅管をピアノ線の外径（太さ）まで絞って管を形成するため、内壁に図３に示すような溝６０が形成される。この溝６０は螺旋状太管２２側から螺旋状細管２１側へ向かって左旋回しながら進むように形成することができる。
【００２６】
そして、直管状態から螺旋状管へ捩じって螺旋状細管２１と螺旋状太管２２を形成する。このとき、螺旋状管の外側においては全体として長さ方向へ引っ張られることから、溝６０と隣接する溝６０との間隔は図４に示すように直管状態のときに比べて広がる。
【００２７】
一方、直管状態から螺旋状管へ捩じって螺旋状細管２１と螺旋状太管２２を形成するときに、螺旋状管の内側においては全体として長さ方向に対して縮められるように加工されることから、溝６０と隣接する溝６０との間隔は図４に示すように直管状態のときに比べて狭くなる。
【００２８】
この溝の間隔が外側と内側において異なっていること、更に、特許文献１において述べられていることであるが、銅管を軸方向へ捩じるときに生じるくびれなどによって熱媒体にスピン振動回転がかかることにより速度‐熱変換器における熱変換に特別の好適な影響を与えるものと考えられる。
【００２９】
本実施形態は、冷暖房システムとして使用するものであるから、冷房時と暖房時ではコンプレッサ１０の入力と出力を逆に切り替える機構としてコンプレッサ１０の入力口と出力口に、切替器（四方弁）７０を備えている。暖房時には、切換弁４０を操作して熱媒体が第１の速度‐熱変換器２０Ａのみへ流れるようにし、第２の速度‐熱変換器２０Ｂは使用しない。冷房時には、切換弁４０を操作して熱媒体が第２の速度‐熱変換器２０Ｂのみへ流れるようにし、第１の速度‐熱変換器２０Ａは使用しない。
【００３０】
暖房時と冷房時の、コンプレッサ１０、熱交換器５０、螺旋状細管２１、螺旋状太管２２の条件を以下に示す。括弧内は、数値の範囲である。
【００３１】
【表５】
2019138583.tif 000018
【００３２】
【表６】
2019138583.tif 000019
【００３３】
上記の条件において、暖房時には、コンプレッサ１０において熱媒体を高圧高温ガスにして、熱交換器５０で放熱して常温の液体となる。次に、第１の速度‐熱変換器２０Ａへ進み、スピン振動回転によるエネルギー放射により減圧膨張によって、熱媒体はガス化して放熱短配管３０を介してコンプレッサ１０へ戻る。
【００３４】
また、冷房時には、コンプレッサ１０において熱媒体を圧縮して高温ガスとし、放熱短配管３０においてコンプレッサ１０の熱を放熱させ熱媒体を得る。次に、熱媒体は第２の速度‐熱変換器２０Ｂへ送られ、スピン振動回転により減圧膨張させられ、液体のまま温度低下させて熱交換器５０へ送り込み、熱交換されて全ガスとされコンプレッサ１０へ戻る。
【００３５】
上記構成に係る本実施形態に係る冷暖房システムを、フロンR134ａを用いた自動車用冷暖房システムに適用した運用状況は、以下の如くである。コンプレッサの定格回転数、940ｒｐｍ、高圧10Kg（約10〜12Kg）、低圧2.0Kg（約2.0〜2.5Kg）の自動車用冷房システムにおいて、本実施形態を適用した場合に満足のできる冷房温度となった。また、暖房サイクルの場合には、自動車用であるので比較すべき従来例は存在しない。コンプレッサの定格回転数940ｒｐｍ（約10 Kg）前後で噴出し口から54℃の温風が得られた。即ち、定格２４〜３０Ａのモータに対し、本実施形態では５Ａ程度のモータで十分な冷房暖房効果を得ることができ、80％程の消費電力削減を図ることができた。即ち、電力使用量を大幅に削減しながら、十分な暖房効果と十分な冷房効果を発揮することが期待される。
【００３６】
本実施形態では、冷房及び暖房共に高効率でエネルギー消費の低減を図ることができた。コンプレッサ圧を２０％〜４０％低減させることができ、電力使用量は暖房時で６０〜８０％減、冷房時でも最高６０〜８０％減とすることが可能である。本実施形態は、螺旋状細管と螺旋状太管の内径が1.8〜4.0ｍｍであり、上記螺旋状細管と上記螺旋状太管の内壁に螺旋状溝が図３〜図５を用いて説明したように形成されることで、熱媒体にスピン振動回転がかかり、運動エネルギー放射が連続して生じることが最大の特徴である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  コンプレッサ
１１  配管
２０Ａ  第１の速度‐熱変換器
２０Ｂ  第２の速度‐熱変換器
２１  螺旋状細管
２２  螺旋状太管
２３  中継管
２４、２５  集合管
２６、２８  配管
３０  放熱短配管
４０  切換弁
５０  熱交換器
６０  溝
７０  切替器（四方弁）