(57)【要約】【課題】  冷媒回路に循環する冷媒の膨張過程での、膨張エネルギから生じる運動エネルギを高効率で圧力と温度のエネルギに変換することができ、また、それを利用した、より高効率で運転の可能な、ボルテックスチューブを用いた冷媒回路を提供することを目的とする。【解決手段】  圧縮機１と、第一四方弁２と、第一熱交換器３と、第二四方弁４と、第二熱交換器５と、ボルテックスチューブ６とを接続して冷媒回路を構成し、前記ボルテックスチューブ６を、チューブ本体７と、高温流体吐出口１４を開口した高温流体吐出部８と、拡開する円錐状に形成され低温流体吐出口１５を開口したディフューザ９と、ヘッド部１０とから構成するとともに前記ヘッド部１０に、高圧冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル１１を装着する。【選択図】図１
2008020140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のチューブ本体と、同チューブ本体の接線方向から流体を流入させるヘッド部と、前記チューブ本体の軸線方向の両端部に、高温流体吐出口及び低温流体吐出口とを夫々有するボルテックスチューブにおいて、
前記ヘッド部は、主流入口と副流入口とを備えてなり、前記主流入口から流入した流体により前記副流入口から他の流体を吸引することを特徴とするボルテックスチューブ。
【請求項２】
前記主流入口にはノズルが装着され、同ノズルの吐出孔を備えた先端部は、前記副流入口より、前記チューブ本体の近傍に位置していることを特徴とする請求項１に記載のボルテックスチューブ。
【請求項３】
圧縮機と、放熱熱交換器と、吸熱熱交換器と、前記ボルテックスチューブとを夫々接続して構成され
前記圧縮機の吸込側を前記ボルテックスチューブの高温流体吐出口に接続し、前記圧縮機の吐出側を前記放熱熱交換器の流入側に接続するとともに、前記ボルテックスチューブの低温流体吐出口を前記吸熱熱交換器の流入側に接続し、前記ヘッド部の主流入口を前記放熱熱交換器の流出側に接続し、前記副流入口を前記吸熱熱交換器の流出側に接続したことを特徴とする冷媒回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルテックスチューブ及び、それを用いた冷媒回路に係わり、より詳細には、冷媒の膨張エネルギを回収し、有効に活用して冷凍能力と省エネルギ性を向上させた構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒回路は、通常、圧縮機と、四方弁と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器とを順次接続して構成されている。前記減圧手段は、凝縮した冷媒を断熱膨張させて低温低圧の冷媒に変換させるようになっており、主に、細い冷媒管をコイル状に巻回したキャピラリチューブ、あるいは電子膨張弁等が用いられるようになっている。
【０００３】
前記キャピラリチューブは、管径と、全長とが一定に形成され、簡素な構造であるが、凝縮圧力、または蒸発圧力の可変制御が困難であり、また、冷媒の膨張エネルギを回収することはできなかった。前記電子膨張弁は、ニードルにより冷媒を絞り、低温低圧の状態に変換させるが、前記キャピラリチューブと同様に、冷媒の膨張エネルギを回収することはできなかった。
【０００４】
次に、膨張機構としてエジェクタを用いた冷媒回路の一例を図６に示す。図６で示す冷媒回路は、圧縮機３０と、放熱器３１と、エジェクタ３２と、気液分離器３４とを順次接続するとともに、同気液分離器３４の液相冷媒流出側に、減圧手段３５と、蒸発器３３とを接続している。同冷媒回路には、臨界圧力以上にまで昇圧される二酸化炭素冷媒が循環するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
前記圧縮機３０で高温高圧となった二酸化炭素冷媒は、前記放熱器３１に流入し、周囲に熱を放出して冷却される。冷却された冷媒は前記エジェクタ３２に流入し、同エジェクタ３２で断熱膨張して前記気液分離器３４に流入し、気相冷媒と液相冷媒とに分離されるようになっている。前記エジェクタ３２は、ノズルと混合部とディフューザとを備え、前記ノズルは前記放熱器３１からの高圧冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換させるようになっており、前記混合部は前記放熱器３１からの冷媒と前記蒸発器３３からの冷媒を混合させるようになっている。また、前記ディフューザでは動圧が静圧に変換されるようになっている。
【０００６】
前記気液分離器３４で分離した液相冷媒は、前記減圧手段３５を介して前記蒸発器３３に流入し、周囲の熱を吸収して蒸発し、蒸発した二酸化炭素冷媒は前記エジェクタ３２に再び流入するようになっている。前記気液分離器３４で分離した気相冷媒は、吸込圧が高い状態で前記圧縮機３０に再び還流するようになっている。これにより、前記エジェクタ３２の膨張エネルギを有効に利用して成績係数の高い冷媒回路を形成するようになっている。
【０００７】
しかしながら、前記エジェクタ３２は、膨張エネルギの一部を回収し、前記圧縮機３０の吸込圧力を高めて、圧縮比を減少させる機能を有するが、エジェクタによる膨張エネルギの利用は、冷媒の運動エネルギの一部を圧力エネルギに変換させるに過ぎなかった。これらのことにより、冷媒の膨張過程での、膨張エネルギから生じる運動エネルギを、高効率及び有効な機構によって、圧力と温度エネルギに変換することが望まれており、また、それを利用した、より高効率で運転の可能な冷媒回路が求められていた。
【特許文献１】特開２００２−３１８０１９号（１３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、冷媒回路に循環する冷媒の膨張過程での、膨張エネルギから生じる運動エネルギを高効率で圧力と温度のエネルギに変換することができ、また、それを利用した、より高効率で運転の可能な冷媒回路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】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、円筒状のチューブ本体と、同チューブ本体の接線方向から流体を流入させるヘッド部と、前記チューブ本体の軸線方向の両端部に、高温流体吐出口及び低温流体吐出口とを夫々有するボルテックスチューブにおいて、前記ヘッド部は、主流入口と副流入口とを備えてなり、前記主流入口から流入した流体により前記副流入口から他の流体を吸引する構成となっている。また、前記主流入口にはノズルが装着され、同ノズルの吐出孔を備えた先端部は、前記副流入口より、前記チューブ本体の近傍に位置している構成となっている。また、圧縮機と、放熱熱交換器と、吸熱熱交換器と、前記ボルテックスチューブとを夫々接続して構成され、前記圧縮機の吸込側を前記ボルテックスチューブの高温流体吐出口に接続し、前記圧縮機の吐出側を前記放熱熱交換器の流入側に接続するとともに、前記ボルテックスチューブの低温流体吐出口を前記吸熱熱交換器の流入側に接続し、前記ヘッド部の主流入口を前記放熱熱交換器の流出側に接続し、前記副流入口を前記吸熱熱交換器の流出側に接続した構成となっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、請求項１に関わる発明は、円筒状のチューブ本体と、同チューブ本体の接線方向から流体を流入させるヘッド部と、前記チューブ本体の軸線方向の両端部に、高温流体吐出口及び低温流体吐出口とを夫々有するボルテックスチューブにおいて、前記ヘッド部は、主流入口と副流入口とを備えてなり、前記主流入口から流入した流体により前記副流入口から他の流体を吸引する構成により、前記ヘッド部から流入した流体及び他の流体を前記チューブ本体でのボルテックス効果により高温流体と低温流体に効率よく分離することができるようになっている。また、請求項２に関わる発明は、前記主流入口にノズルを装着し、同ノズルの吐出孔を備えた先端部は、前記副流入口より前記チューブ本体の近傍に位置する構成とすることにより、前記ノズルの吐出孔から高速で吹き出す流体が膨張、減圧し前記副流入口から他の流体を吸引するエジェクタ効果をより効率的に作用させることができるようになっている。また、前記ヘッド部から流入した流体及び他の流体を前記チューブ本体でのボルテックス効果により高温流体と低温流体に分離する過程で、このようなエジェクタ効果によって得られた流体の膨張エネルギを圧力、温度のエネルギに効率的に変換することができるようになっている。また、請求項３に関わる発明は、圧縮機と、放熱熱交換器と、吸熱熱交換器と、前記ボルテックスチューブとを夫々接続して冷媒回路を構成し、前記圧縮機の吸込側を前記ボルテックスチューブの高温流体吐出口に接続し、前記圧縮機の吐出側を前記放熱熱交換器の流入側に接続するとともに、前記ボルテックスチューブの低温流体吐出口を前記吸熱熱交換器の流入側に接続し、前記ヘッド部の主流入口を前記放熱熱交換器の流出側に接続し、前記副流入口を前記吸熱熱交換器の流出側に接続した構成とすることにより、冷媒回路に循環する冷媒の膨張過程で生じる膨張エネルギが、本発明によるボルテックスチューブによって冷媒回路で直接利用できる圧力、温度のエネルギに変換され、有効に利用することができ、冷媒回路のＣＯＰ（成績係数）を向上させることができるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明によるボルテックスチューブを備えた冷媒回路の一例で、冷房運転時の冷媒の流れを示す図であり、図２は同ボルテックスチューブを示す断面図であり、図３は、本発明によるボルテックスチューブを備えた冷媒回路の他の例での暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。図４は冷媒回路内での圧力変化を示す図であり、また、図５は、冷凍サイクルを表した図である。また、以下の説明では、冷媒回路を循環する冷媒は、二酸化炭素冷媒を用いるものとする。
【００１３】
本発明によるボルテックスチューブを備えた冷媒回路は、図１で示すように、圧縮機１と、第一四方弁２と、第一熱交換器３と、第二四方弁４と、第二熱交換器５と、ボルテックスチューブ６とを接続して構成されている。前記圧縮機１の吐出側は前記第一四方弁２の第一ポート２ａに接続され、同第一四方弁２の第二ポート２ｂは、前記第一熱交換器３の第一接続部３ａに接続されている。同第一熱交換器３の第二接続部３ｂは前記第二四方弁４の第一ポート４ａに接続され、同第二四方弁４の第二ポート４ｂは、前記ボルテックスチューブ６のヘッド部１０の頭部に装着された、ノズル１１の主流入口１１ａに接続されている。尚、前記第一熱交換器３と第二熱交換器５とは、第一四方弁２及び第二四方弁４の流路切換手段により，例えば蒸発器としての吸熱熱交換器と、例えばガスクーラーあるいは凝縮器としての放熱熱交換器との機能が相互に入れ替わり、同一冷媒回路で、冷房運転と暖房運転の切換が行えるようになっている。尚、冷房運転、暖房運転のいずれか一方の運転でよい場合は、前記第一四方弁２及び第二四方弁４の流路切換手段は不要である。
【００１４】
前記第一四方弁２の第三ポート２ｃは、前記第二熱交換器５の第二接続部５ｂに接続され、また、同第一四方弁２の第四ポート２ｄは前記ボルテックスチューブ６のヘッド部１０側面に設けられた副流入口１２に接続されている。前記第二熱交換器５の第一接続部５ａは、前記第二四方弁４の第四ポート４ｄに接続され、また、同第二四方弁４の第三ポート４ｃは前記ボルテックスチューブ６の低温流体吐出口１５に接続されている。同ボルテックスチューブ６の高温流体吐出口１４は前記圧縮機１の流入側に接続されている。
【００１５】
次に、前記ボルテックスチューブ６の構造について説明する。図２で示すように、ボルテックスチューブ６は、内部空間を有する円筒状に形成されたチューブ本体７と、同チューブ本体７の一端に膨出するように設けられ、高温流体吐出口１４を開口した高温流体吐出部８と、前記チューブ本体７の他端に、拡開する円錐状に形成され、前記低温流体吐出口１５を開口したディフューザ９と、前記チューブ本体７の側面から、同チューブ本体７に直交するように突出して設けられたヘッド部１０とからなっている。
【００１６】
前記ディフューザ９は、同ディフューザ９に供給される冷媒の流速を落とし、冷媒の速度エネルギを圧力エネルギに変換して冷媒圧力を上昇させる作用を有している。前記ヘッド部１０には冷媒が流入する主流入口１１ａを穿設し、流路断面積が絞られたノズル１１が装着されており、同ノズル１１は、流入する高圧冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して、冷媒の流速を増加させるとともに、圧力を減少させる、所謂減圧膨張の作用を有している。また、同ヘッド部１０の側面には、前記第一四方弁２の第四ポート２ｄに接続される副流入口１２が設けられ、流路断面積が絞られた前記ノズル１１を通過し、同ノズル１１先端部の吐出孔１１ｂから吐出される減圧膨張した冷媒流体のエジェクタ効果により、前記ヘッド部１０内は負圧状態となり、同負圧状態により、前記第一四方弁２から冷媒流体が同副流入口１２に吸引されるようになっている。また、前記主流入口１１ａにノズル１１を装着し、同ノズル１１の吐出孔１１ｂを備えた先端部は、前記副流入口１２より前記チューブ本体７の近傍に位置する構成とすることにより、前記ノズル１１の吐出孔から高速で吹き出す流体が膨張、減圧し前記副流入口１２から他の流体を吸引するエジェクタ効果をより効率的に作用させることができるようになっている。同副流入口１２から流入した冷媒は、前記ノズル１１から流入した冷媒と、混合部１３にて混合し、前記チューブ本体７に混合した状態で流入し、効率良く渦流を発生させ、このようなエジェクタ効果によって得られた流体の膨張エネルギを圧力、温度のエネルギに効率的に変換することができるようになっている。
【００１７】
次に、前記ボルテックスチューブ６の動作及び作用について説明する。前記チューブ本体７内は、流入した冷媒を高温高圧の冷媒と、低温低圧の冷媒とに分離させる分離空間となっている。前記ノズル１１と前記副流入口１２とから流入した冷媒は、上記したように前記混合部１３で混合した後、前記チューブ本体７に接線方向から流入する。同チューブ本体７に流入した冷媒は、図２で示すように、分離空間の内壁面に沿って高速回転する渦流となって前記高温吐出部８に向かい、前記高温流体吐出口１４から高温高圧の流体となって流出するようになっている。
【００１８】
分離空間の内壁面に沿って高速回転する渦流の一部は、前記高温吐出部８に設けられた円錐形のバルブ体８ａにより、流れ方向を反転するようになっている。高速回転する渦流が遠心力の作用により中心部が空洞状態となっていることにより、前記バルブ体８ａにより流れを反転された冷媒は、低温低圧の流体となって前記チューブ本体７の中心部を通り前記ディフューザ９に向かうようになっている。同ディフューザ９は、冷媒流体の速度エネルギを圧力エネルギに変換して冷媒圧力を上昇させながら前記低温流体吐出口１５から冷媒を流出させるようになっている。
【００１９】
次に、前記冷媒回路の冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。図１で示すように、前記圧縮機１で圧縮され高温高圧となった冷媒は、矢印で示すように、前記第一四方弁２の第一ポート２ａと第二ポート２ｂとを介して前記第一接続部３ａから、冷房運転時、放熱熱交換器として機能する前記第一熱交換器３に流入する。同第一熱交換器３で熱を放出して冷却された冷媒は前記第二接続部３ｂから流出し、前記第二四方弁４の第一ポート４ａと第二ポート４ｂとを介して前記ボルテックスチューブ６のヘッド部１０に装着された前記ノズル１１に流入するようになっている。尚、冷媒回路に循環する冷媒が二酸化炭素冷媒ではなく、通常のエアコンで使用されるＲ２２，Ｒ４１０Ａ等の冷媒とする場合は、通常の冷媒回路と同様に、前記第一熱交換器３は室外熱交換器とし、前記第二熱交換器５は室内熱交換器としてもよい。
【００２０】
前記ヘッド部１０に装着された前記ノズル１１の主流入口１１ａに流入した冷媒は、上記したように、前記チューブ本体７に流入し、分離空間の内壁面に沿って高速回転する渦流となって昇圧されつつ前記高温流体吐出口１４から高温高圧の流体となって流出するようになっている。また、分離空間の内壁面に沿って高速回転する渦流の一部は、流れ方向を反転し、低温低圧の流体となって前記チューブ本体７の中心部を通り前記ディフューザ９に向かい、冷媒圧力を上昇させながら前記低温流体吐出口１５から流出するようになっている。
【００２１】
前記低温流体吐出口１５から流出した低温低圧の冷媒は、前記第二四方弁４の第三ポート４ｃと第四ポート４ｄとを介して前記第一接続部５ａから、吸熱熱交換器として機能する前記第二熱交換器５に流入する。同第二熱交換器５に流入した冷媒は、周囲の熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記第一四方弁２の第三ポート２ｃと第四ポート２ｄとを介して前記ボルテックスチューブ６のヘッド部１０に設けられた副流入口１２に流入するようになっている。これ以降、前記主流入口１１ａと前記副流入口１２から流入した冷媒流体は混合して、前記チューブ本体７で渦流を発生させるようになっている。
【００２２】
上記したような冷媒の循環が継続して行なわれることにより、前記ボルテックスチューブ６により冷媒の膨張過程で生じる膨張エネルギが、冷媒回路で直接利用できる圧力、温度のエネルギに変換されて前記ボルテックスチューブ６内の冷媒に作用し、その結果、同ボルテックスチューブ６の高温流体吐出口１４から前記圧縮機１に対し高圧の冷媒を供給することにより、圧縮機の吸込圧が高まり、その分圧縮機の負荷が減少する。つまり膨張エネルギの回収が行なわれ、より効率的でＣＯＰ（成績係数）の高い冷媒回路を実現できるようになっている。
【００２３】
次に、暖房運転について説明する。暖房運転時、図３で示すように、前記第一四方弁２は図１で示す状態から、切換られて、第一ポート２ａと第三ポート２ｃとが連結され、第二ポート２ｂと第四ポート２ｄとが連結されるようになっている。また、前記第二四方弁４も同様に切換られて、第一ポート４ａと第三ポート４ｃとが連結され、第二ポート４ｂと第四ポート４ｄとが連結されるようになっている。
【００２４】
前記圧縮機１で圧縮され高温高圧となった冷媒は、矢印で示すように、前記第一四方弁２の第一ポート２ａと第三ポート２ｃとを介して前記第二接続部５ｂから、暖房運転時、放熱熱交換器として機能する前記第二熱交換器５に流入する。同第二熱交換器５で、周囲に熱を放出して冷却された冷媒は前記第一接続部５ａから流出し、前記第二四方弁４の第四ポート４ｄと第二ポート４ｂとを介して前記ボルテックスチューブ６のヘッド部１０に装着されたノズル１１に流入するようになっている。
【００２５】
前記ボルテックスチューブ６のヘッド部１０に流入した冷媒は、上記したように、前記チューブ本体７に流入し、分離空間の内壁面に沿って高速回転する渦流となって昇圧されつつ前記高温流体吐出口１４から高温高圧の流体となって流出するようになっている。また、分離空間の内壁面に沿って高速回転する渦流の一部は、前記バルブ体８ａにより、流れ方向を反転し、低温低圧の流体となって前記チューブ本体７の中心部を通り前記ディフューザ９に向かい、冷媒圧力を上昇させながら前記低温流体吐出口１５から流出するようになっている。暖房運転においても、冷房運転と同様に、前記ボルテックスチューブ６により冷媒の膨張過程で生じる膨張エネルギが、冷媒回路で直接利用できる圧力、温度のエネルギに変換されて前記ボルテックスチューブ６内の冷媒に作用し、その結果、同ボルテックスチューブ６の高温流体吐出口１４から前記圧縮機１に対し高圧の冷媒を供給することにより、圧縮機の吸込圧が高まり、その分圧縮機の負荷が減少する。つまり膨張エネルギの回収が行なわれ、より効率的でＣＯＰ（成績係数）の高い冷媒回路を実現できるようになっている。
【００２６】
前記低温流体吐出口１５から流出した低温低圧の冷媒は、前記第二四方弁４の第三ポート４ｃと第一ポート４ａとを介して前記第二接続部３ｂから、暖房運転時、吸熱熱交換器として機能する前記第一熱交換器３に流入する。同第一熱交換器３に流入した冷媒は、周囲の熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記第一四方弁２の第二ポート２ｂと第四ポート２ｄとを介して前記ボルテックスチューブ６のヘッド部１０に設けられた副流入口１２に流入するようになっている。
【００２７】
次に、前記ボルテックスチューブ６内の冷媒の圧力変化について、図１の冷媒回路を例に説明する。図４（Ａ）で示すように、前記ボルテックスチューブ６のノズル１１に流入した冷媒は、流速が急激に上昇する一方、圧力がＰＨからＰＬに急速に降下するようになっている。これにより、蒸発器としての前記第二熱交換器５から流出した圧力ＰＥの冷媒が、ＰＬ＜ＰＥであることにより、前記ヘッド部１０側面の副流入口１２に吸引され、ノズル１１からの冷媒と、副流入口１２からの冷媒は前記混合部１３で混合するとともに、圧力が若干上昇するようになっている。
【００２８】
前記混合部１３で混合した冷媒は、前記チューブ本体７で高速回転する渦流となって圧力がＰＨＩまで上昇しながら前記高温流体吐出口１４から高温高圧の流体となって流出するようになっている。また、前記バルブ体８ａの作用により流れ方向を反転した冷媒は、前記ディフューザ９により、圧力をＰＤまで上昇させながら前記低温流体吐出口１５から流出するようになっている。
【００２９】
冷媒回路内での圧力変化は、図４（Ｂ）の矢印で示すように、前記圧縮機１では、冷媒圧力は、ＰＨＩからＰＨＯまで上昇し、次に、前記第一熱交換器３で若干低下した後、前記ボルテックスチューブ６のノズル１１で冷媒圧力はＰＬまで急激に降下するようになっている。前記チューブ本体７に流入し高速回転する渦流は、圧力をＰＨＩまで上昇させながら前記圧縮機１に還流するようになっている。また、流れ方向を反転した冷媒は、前記ディフューザ９により圧力をＰＤまで上昇させながら流出し、前記蒸発器５で、周囲の熱を吸収しながら蒸発し、圧力をＰＥまで低下させ、前記副流入口１２から吸引されるようになっている。
【００３０】
図５は、当該冷媒回路における、縦軸が圧力、横軸がエンタルピを示す冷凍サイクル線図である。本図中で、実線矢印で示されたサイクル（１→２→・・・→１１）が本発明によるボルテックスチューブを用いた冷凍サイクル線図であり、点線矢印で示されたサイクル（１３→１４→３→１２）が従来の膨張弁を用いた冷凍サイクル線図である。まず、本発明による冷凍サイクル線図について説明する。１から２に至る過程は圧縮機１による冷媒ガスの圧縮過程であり、２から３はガスクーラーによる冷媒ガスの冷却過程である。３から４までの冷媒圧力と温度の変化の過程は、前記第一熱交換器３から流出した冷媒が、前記ボルテックスチューブ６のノズル１１を通過する過程である。４から５は前記混合部１３での冷媒のエンタルピ変化の過程であり、５から６を経て１に至る過程は前記チューブ本体７での壁面に沿う流れの温度、圧力変化の過程である。５から７を経て８に至る過程は、前記チューブ本体７で流れを反転して中心部を流れる過程での冷媒の温度、圧力、エンタルピ変化を示すものであり、８から９は前記ディフューザ９での昇圧の過程を示し、９から１０は前記蒸発器５での、冷媒の蒸発と圧力低下の過程を示している。一方、図５の１３→１４→３→１２で示す従来の膨張弁を用いた冷凍サイクル線図では、１３→１４は圧縮機による冷媒ガスの圧縮過程を示し、１４→３はガスクーラーによる冷媒ガスの冷却過程を示している。３→１２は膨張弁による膨張（減圧）の過程を示し、１２→１３は蒸発器における冷媒の蒸発過程を示している。
【００３１】
ここで、それぞれの冷凍サイクル線図を比較すると、本発明によるボルテックスチューブを用いた冷凍サイクルのほうが圧縮機へ流入する冷媒の圧力が△ｐ（１、１３の圧力差）分だけ高いことがわかる。これは、従来の膨張弁を用いた冷凍サイクルで無駄に消費されていた冷媒の膨張エネルギが、本発明によるボルテックスチューブによって冷凍サイクルで直接利用できる圧力、温度のエネルギに変換され、有効に利用できる（無駄に消費されていたエネルギが回収できる）ことを示している。従って本発明によるボルテックスチューブを冷凍サイクルに用いることで、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）を向上させることができるようになっている。また図５では圧縮機の流入側での冷媒の状態を表す点１を飽和蒸気線上に図示しているが、冷凍サイクルの制御、構成により、さらに過熱領域（図５中の点１を含む乾き飽和蒸気線より右の領域）に移動させることで冷凍サイクルのＣＯＰをより向上させることができる。例えば点１を線１３−１４上に平行移動させたとすると、従来の膨張弁を用いた冷凍サイクルに比べて△ｐ分だけ少ない圧縮機の仕事で冷媒の状態を点１４に遷移させることができるので、冷凍サイクルのＣＯＰをより向上させることができるようになっている。
【００３２】
以上、説明したが、冷媒回路の構成は本実施例に限定されるものではなく、例えば冷媒流路の切り換えが必要ない場合は、本実施例での四方弁は不要である。また、冷媒回路には、二酸化炭素冷媒が循環するものとして説明したが、本願はこれに限定されるものでなく、例えば、純化合物冷媒、二酸化炭素冷媒以外の自然冷媒、あるいは、ナノスケール粒子を混合した冷媒が循環するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による渦流管サイクルの冷媒回路である。
【図２】ボルテックス（渦流管）チューブを示す断面図である。
【図３】暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路である。
【図４】冷媒回路内での圧力変化を示す図である。
【図５】当該冷媒回路のサイクル線図である。
【図６】従来の冷媒回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  圧縮機
２  第一四方弁
２ａ  第一ポート
２ｂ  第二ポート
２ｃ  第三ポート
２ｄ  第四ポート
３  第一熱交換器
３ａ  第一接続部
３ｂ  第二接続部
４  第二四方弁
４ａ  第一ポート
４ｂ  第二ポート
４ｃ  第三ポート
４ｄ  第四ポート
５  第二熱交換器
５ａ  第一接続部
５ｂ  第二接続部
６  ボルテックスチューブ
７  チューブ本体
８  高温流体吐出部
８ａ  バルブ体
９  ディフューザ
１０  ヘッド部
１１  ノズル
１１ａ  主流入口
１１ｂ  吐出口
１２  副流入口
１３  混合部
１４  高温流体吐出口
１５  低温流体吐出口
【図１】
2008020140.tif 000003
【図２】
2008020140.tif 000004
【図３】
2008020140.tif 000005
【図４】
2008020140.tif 000006
【図５】
2008020140.tif 000007
【図６】
2008020140.tif 000008