JP2008215795A - 可動式熱交換方式とそれを応用した、エアーコンディショナー、貯湯器、扇風機、その他熱交換器、熱の交換方式 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱交換コンデンサーを設置し、空気を吸引する構造か、押し出す構造であったため、その構造は極めて大きく小型化できない。そこで熱効率を高め、メンテナンス性を向上するとともに機器の小型化を図る。
【解決手段】今までの固定式熱交換器、及び、それに付随する熱交換用送風機等を一体化し、駆動軸の一方から熱交換用ファンの空洞部分に冷媒を通過させるか、又は膨張弁を駆動軸静止部分に位置し、そこより膨張弁により、熱交換ファン空洞部で膨張するようガスを噴出することで、羽根自体を冷却し、その羽根を回転させることにより、目的とするエアーコンディショナーや熱交換などに直接、応用し、その回転数の調節等を行うことで、除湿、減湿効果も兼ね備え、羽根を回転させることにより、そこを通過途上で直接熱交換することと、送風する機能を一体化することで、小型化を可能にした熱交換。
【選択図】図２
【解決手段】今までの固定式熱交換器、及び、それに付随する熱交換用送風機等を一体化し、駆動軸の一方から熱交換用ファンの空洞部分に冷媒を通過させるか、又は膨張弁を駆動軸静止部分に位置し、そこより膨張弁により、熱交換ファン空洞部で膨張するようガスを噴出することで、羽根自体を冷却し、その羽根を回転させることにより、目的とするエアーコンディショナーや熱交換などに直接、応用し、その回転数の調節等を行うことで、除湿、減湿効果も兼ね備え、羽根を回転させることにより、そこを通過途上で直接熱交換することと、送風する機能を一体化することで、小型化を可能にした熱交換。
【選択図】図２
Description
［０００１−１］
本発明の主体原理は、従来の熱交換方式は、冷却用、又はポンプ用、熱発生、及び熱吸収部分に熱交換器として単独なものが使用されていたのが現実であるが、本原理は、これらを覆し、従来あった熱交換用コンデンサーの役目を、熱交換のために必要な送風、或いは水流などを作り、熱交換器に接触して熱交換していたのが現実で、本原理では、このような従来のコンデンサーで、主たる熱の吸収、放熱における部分を送風、送水、インペラー、シロッコファン、リミットファン、軸流ファン、扇風ファンなどの送風用羽根の空洞部分で膨張（冷却）、又は収縮（温熱）させながら、コンデンサー自体を稼働回転させ、そこで直接的に熱交換を起こさせ、熱交換された冷気、暖気、冷水、温水等を、そのまま熱交換コンデンサー機能を持つ送風ファン自体で送風し、また熱交換も兼ね、別置き用熱交換器を持たず、各々送風ファン自体が熱交換器と送風、送水を両立させるため、極めて構造が簡単になり、また小型化も可能になる。特に、エアーコンディショナーなどの送風用ファンなどに応用した場合、ファン自体がコンデンサーなどで高い温度から低い温度まで全熱交換し、回転体のため、今までのようにコンデンサーが大きく、その間を通過させて、通過途上で熱交換を行っている方法では、熱交換表面積と、その熱交換通路を通る風量により、熱交換効率が、かなり左右され、ひいては高圧側冷却圧縮機に、かなりの負担をかけ、電気の（エネルギー）消費量が非常に多く、たとえインバーター方式にして、任意に負担を軽減しても、負荷側、つまり熱交換を行う環境により、かなり左右されていたが、これらの諸問題を同等抱えるものの、ファンの羽根自身による熱交換により、ファンの送風量（ファンの回転数）を調節することにより、ほぼ一定の負荷を直接的に取り出すため、極めて熱交換効率が良く、これらの現象を、さらに安定的に維持するため、リミットファン式熱交換器のような、一定の風量以上には達しない機構と原理を用いることにより、負荷一定をはかることができ、尚かつ、直接ファンより熱交換することで、交換効率が極めて良くなる。但し、それに使用される材質としては、熱伝導性を改善するような銅やアルミニウム合金、或いはアルミニウム等を用いて原理を構成するが、何れも回転移動体の空洞部分で、直接熱交換の場合、冷媒膨張させるが為、その膨張の流域は、熱交換ファン円周上に働く遠心力にわずかな影響を受け、羽根と空気、又は液体が接触する円周面が一番、冷媒の接近通路となり、その部分の熱交換能力は他の部分よりも比例して大きくなり、構成する材料の厚みや距離によって若干の違いは生じるものの、円心外周方向の熱交換効率というよりも、膨張吸熱率は他の部分よりも大きく、熱交換送風機、機構上、一番、外周部分に空気接触や液体接触も大きく、比例して熱交換が効率良くできるということにもなりうるものであり、これらを称して、直接熱交換方式と称したことである。
［０００１−２］
本熱交換器の基本的原理は、熱交換器と熱交換を必要とする空気や液体のようなものを送風、或いは移送するとき、必要に応じて冷媒を膨張させたり、また逆に冷媒を圧縮したりする部分を、今までの固定式熱交換器のように、熱交換フィンを水平垂直方向、或いは、その他方向に予め設置し、その内部より空気を減圧し、熱交換フィンの間を空気が通過することで熱交換を促進するか、フィンの内側よりファンなどを用い、外側に空気を送り出すことで熱交換をする方法と全く方法は異なり、本発明の主たる原理は、熱交換ファンの一方から冷媒、或いは冷水、或いは温媒体、温水などを、ロータリージョイントなどを用い、回転上で漏れを封止し、もう一方、膨張冷媒、冷水使用後冷水、又は圧縮冷媒、温水などの、もう一方の一端にも、ロータリージョイント的な封止回転体と固定体の一体封止体を設置し、その手前に回転動力伝達物（タイミングプーリー、Ｖベルトプーリー、その他回転伝達機構体を設け）これに対して送風用、又は熱交換用に用する駆動源として、インダクションモーター、ステッピングモーター、ＡＣサーボモーターなどから、各々送風用と熱交換用、回転エネルギー伝達機構（回転することで熱交換量を調節できる機構）を備え、当然、固定式熱交換器を持っていないため、本体自体が小型化でき、また熱交換フィンなどの回転数が、従来の物よりも回転が低くて、熱交換できるため、この方式を単数本の場合と、その同一機構の中に複数本の場合によって、熱交換能力の位分けが可能となり、又、直接熱交換を環境と一致させて回転熱交換送風することにより、構成される材質によっても多少異なるものの、全熱交換が可能となる。本原理で熱交換送風をすることにより、今までの空調器と異なり、熱交換部分が稼働するため、熱交換に所要する時間が極めて短く、安定した熱交換が可能となり、全熱交換する場合には、回転体熱交換部、表面温度１０℃以上を保つ回転数で回転させることにより、得られる温度コントロールは全熱交換体で行うため、自然の冷風や温風と比較して、同じ効果を得ることができ、例えば冷房に、この原理を使用した場合、空気中の水分を凝縮抽出せずに温度を下げることが可能となる。又、ドライ感を必要とする場合、熱交換送風機の回転数を落とし、熱交換回転フィン、表面温度１０℃以下に留め置くことで、大気に含まれる水分は回転体の表面で結露し、遠心力で、その周囲に付着した水分を円の外周端に持ち込むため、除湿器としても熱交換送風機の回転数の減速回転で可能になり、その上、小型化が実現でき、通常、エアーのインテーク側にフィルターを設け、そのフィルターを通した空気を、熱交換フィンの間を通し、熱交換を行う機構は全くいらず、これを称して、熱交換器レス熱交換回転フィン式直接熱交換とも言えるようなものであり、極めてスペースを小さくした熱交換方式であり、自動車のエアーコンディショナーや、家庭用、業務用などの、エアーコンディショナーなどに幅広く活用が可能で、冷媒も膨張目標距離が短く、オゾンに優しいニューフロンガスやガソリン、シンナー、アルコールなどといった冷媒を使用したり、冷媒で、いったん冷水を作って、そのブライン水を流したりした場合、回転数の調整により、ある一定の熱交換効率を定めておけば、室内などの目標温度に達したとき、温度センサーや湿度センサーにより、運転状況を変えることで、エアーコンディショナーの質を変更することが可能となり、回転数が遅くても熱交換器自体が回転するが為、回転したとき送風する比例的機構により、静粛性（騒音の無い、静かなコンディショナー）を構成することが可能となり、駆動部分で説明しましたが、タイミングプーリーやＶベルトプーリーを使う場合もあるが、中空モーターを動力伝達受け入れ部分に使用することで、直接熱交換ファンの回転数をロス無く駆動し、可変できる機構。つまりＡＣで言えば、１００Ｖの場合、いったん三相に変流し、インバーターで周波数の変更を行うことにより、無理のない自由な回転流域を設定することができ、尚かつ、この場合でも、空気の通過抵抗が固定熱交換方式に比べて少なく、回転熱交換送風機構が求める稼働エネルギー量が非常に少なくて済み、自動車などにスペースを取らずに設置が容易で、今までの常識を塗り替えることができ、特に、自動車の冷房などに用いる場合、スペースが少なくて、今まで一台の大型ＤＣモーターでダクトを使い、必要方向に吹き出し口を設けていたものを、各個々の必要部分にＤＣ中空モーターなどを熱交換送風駆動源に使用することで、極端に小型化でき、各個々の必要部分に一台ずつ装備でき、消費電力の少ない本原理はカセットから可能で、今までのようにダクトを長い距離を持たせて引く必要はなく、要所要所に設置できるような小型化が可能になり、尚かつ、自動車などに使う場合、オールシーズン制を要求されるため、冬場は電磁弁の切り替えにより、暖房運転をすることも可能で、その場合、自動車に併せ持つ開放型圧縮機に対して、エンジンの温水をヒートポンプの補助的加熱エネルギーとして使用することで、暖房効率を上げることができ、圧縮機自体の仕事量を下げることが可能となり、間接的な省エネルギーにつながるものであり、その場合、現在の状態には、発電用としてオルガネーターが組み込まれているが、このオルガネーターもコスト優先で、一軸式で必要のない時は開放状態をとられているが、これはトータル的に考えると、オルガネーターを小型で複数式にすることで、無駄なエネルギーを使用しないことが可能になり、無系統の発電事情を作ることで、必要時、複数負荷であっても必要のない時は一連負荷で、電磁クラッチでオープン状態を作ることで、出力軸から得るエネルギー量を軽減でき、省エネルギーにつながるものである。今後、このように直接熱交換、尚かつ、送風を併せ持った、小型パッケージ熱交換器の普及により、車自体のメンテナンス性が向上し、尚かつ、これらに冷媒等を使用し、差圧を生じさせて、膨張時、熱を吸収するという方式の車一台に、エンジンの出力軸から直接エネルギーの配分をしていた方式を改め、故障の少ない小型パッケージ型圧縮機の普及が望める。これらは全て電気的に処理でき、パッケージ型の性質上、小型の場合、振動剛性などをあまり考慮に入れなくても、マウントキット等で保護、デザインされたメンテナンスしやすい場所に装着することが可能となり、本発明は、それらを担うものであること。
［０００１−３］
本発明の原理を応用した低回転扇風式直接熱交換方式と、羽根の表面の凹凸を、羽根の取り付け位置中央部より外側に向かって、内部は空洞となり得る凹凸部分を露出した形で、風切り時、熱交換効率を高める方法をとる場合もあるが、羽根をフラット状にして内部に空洞を設け、そこで冷媒を膨張させ、羽根自体を冷却体とし、その冷却体を軸流送風できる角度と熱交換効率の良い３次元形状を作り、それらの羽根で直接熱交換した空気を、その羽根自体で送風方向に回転させ、直接熱交換された冷気を、目的方向、又は首振りにより、冷風を送風することで、その周囲全体の雰囲気体を、エアーコンディショナーすることを目的とし、羽根に至る冷媒の圧縮機は送風用モーターの後部同軸に設置し、圧縮機を稼働させるが、その場合、圧縮機後方にガス封止型ロータリージョイントを設置し、一部自在冷媒ガスホースを使用し、室外に小型パッケージ型冷媒圧縮機を設け、室内空調を考慮に入れて、室外機を区画室内より外部に設け、そこに冷媒圧縮機、冷媒レシーバータンク、冷媒熱交換用コンデンサーなどから構成される室外機を持ち、それより送り込まれる高圧側冷媒を、送風熱交換ファンを駆動するための、モーターのシャフトの中央部を穴で貫通し、その手前に膨張弁を設置することで、モーターの内部冷却、及び直接熱交換ファン、冷媒ガス、膨張空洞部を潜り抜け、熱交換を終えた低圧側排出口は、熱交換送風ファン中央部に設けられたガス封止型ロータリージョイントを経て、放熱用コンデンサーを通過し、再度、圧縮機により圧縮され、高圧側に循環使用されるような方式と、放熱器手前で電磁弁切り替えをすることで冷媒を逆流させ、前記に述べた方法の全く逆の流れをたどり、暖房用直接熱交換扇風ファンとしても活用する場合があり、本原理で表現している内容の中で一番大切なのは、直接の熱交換と送風を兼ね備えた同一物を表現することであり、これをもって直接熱交換ファン方式冷風扇風機ということであり、記中、冷媒圧縮機と表現していますが、この圧縮機については、直接熱交換ファンの回転数と冷媒の吹き出し量、又は低圧側の減圧程度により負荷と想定されるため、本機器の圧縮機には、消費電力の少ない極めて小型の物が使用できる。又、同軸上ロータリー小型方式冷媒圧縮機等の使用も可能で、これらを使用する場合、全体をパッケージ化し、後方に水冷熱交換器を設け、室外に冷却水循環ポンプを持ったタンクと、そこで暖まった温水を風呂用などに使用する場合もあり、又、そうでない場合、ファン付き小型放熱器を設置して、大気に放熱させる場合もある。これらの方式は、シロッコファン、リミットファン、円心ファンなどで直接熱交換した場合でも、放熱コンデンサーの代わりに水を温め、風呂水の源水を予熱し、追い焚きして、夏場の省エネルギーをはかる場合があること。
［０００１−４］
本発明、本原理は、あくまで熱交換を送風、或いは循環等に用いる送風機そのものの送風可動部分に冷媒ガスかチラー水を通し、それを回転、またはスイングすることで、その表面で直接熱交換を行いながら気流体の強制的流れを作ることを同時に実施できる原理で、熱交換器自体が一定位置を維持せず、流体を動揺、若しくはスリップすることで熱交換し、熱交換と同時に熱交換された容積率が冷房の場合、減質、暖房の場合、膨張という動作を熱交換器自体が行うため、回転体（冷却用熱交換ファン）を駆動する電動機等に対して負荷変動が少なく、従来の固定コンデンサー方式の場合、冷却熱交換時、冷却された空気を凝縮された形で目的方向に対して飛ばそうとした場合、かなりの負荷変動があり、インバーターは使用されているものの、冷気の実際の比例排出は難しい部分があった。本原理は、それらの諸問題を解決し、冷暖合わせて熱交換冷却ファンの負荷変動は殆ど無く、速やかにインバーターにより、比例変動運転できるため、平均した電流の維持と回転による接触熱交換の量が増えることにより、羽根内部を膨張して通過する冷媒ガスの量と、熱交換冷却ファンが比例的に熱交換するため、インバータードライブで制御しやすく、又、尚かつ、本発明の原理中、熱交換冷暖熱ファンが本体には設置され、固定コンデンサーを必要としないため、デザイン的にも自由なデザインが可能で、特に今まで問題になっていた熱交換コンデンサー、固定式の場合、熱交換器にゴミ等が付着すると熱交換率が著しく落ち、圧縮機においては湿り運転になりがちで、湿り運転になった分だけ、エネルギーロスとなり、圧縮機に負担となり、圧縮機に装着されたモーターの負荷が大きくなり、大幅なエネルギーロスを起こしていたのが現状で、それらを解消するために、最近、固定用熱交換器については、その全面（空気吸い込み口）にフィルターを付けていたのが現状で、最近、そのフィルターを自動的に清掃する装置を実装している物も出てきたが、本発明の原理でいけば、その部分に大きなデザインの変更が可能になり、スライド式でも、回転式でも無い、新しいスタイルのエンドレス式フィルターの装着等が可能で、メンテナンス面でも極めて安価で、製作上、製作しやすい形のエアーコンディショナー等が可能になるものであり、この直接熱交換方式は、エアーコンディショナー等のみならず、羽根をフィン巻き、又はフィンチューブ等を使用したものを温水器などに設置し、逆に吸熱して熱交換し、液体中でも回転数を選択することで熱交換効率が極めて高くなる。その理由の一つに、今まで対流方式にて温水等を作っていたが、本原理の使用により、熱交換を相互に行うことが可能になり、貯湯方式などで効率の良い収熱をすることにより、サブ貯湯層に効率よく温水を貯湯することも可能で、特に深夜電力を活用した電気温水器、省エネルギー型ＩＨ温水器、ソーラー温水器等の貯湯層よりサブ貯湯層に効率よく熱の転嫁をはかることが可能になり、この場合、いろいろな方法はあるが、回転式ロータリー熱交換器を両方に相互に活用することで、効率の良い熱の転嫁をはかることもできるものである。即ち、エアーコンディショナーや扇風機、電気温水器、貯湯層から貯湯層への熱の転送、貯湯層を持つことで、その構造が極めて簡単で封止しやすく、貯湯層に真空断熱等を施すことで、より必要に応じた貯湯を複数個することが可能になり、温水器の設置スペースの限られた所へ設置が可能になり、より快適なライフスタイルを提案することができるものである。
［０００１−５］
本発明の回転に必要な動力の供給は、回転軸に直接セットできる中空減速器付きギヤードモーター、若しくは中空出力軸モーター、ＡＣ、ＤＣ何れかを用い、回転制御にはインバータードライブか電圧電流制御、又はサーボモーター、又はステッピングモーター、又はインダクションモーター、又は直流モーターなどを活用し、回転が自由自在か、数種類の選択回転ができるように調整できる機構を有するものとするが、その回転数は、気体の場合、その機器制御系に付随する温度センサーなどの信号により制御を行う場合と、液体のように一定の抵抗を有するものに対しては縁切り、又は連通する、もう一端の目標温度を温度設定器により温度を設定し、各々攪拌については回転式熱交換ファン、及び攪拌熱交換器の駆動モーターの電流値などの検知により、回転数を一定に保ったり、間欠回転すると共に、正方向回転、逆方向回転する場合もある。
［０００１−６］
本発明の熱交換用ファンの駆動方法は、重量バランス上、中央部に位置する（重心に位置するようにバランスウェートなどにより微調整を行う場合も用途によってある）部分に設置し、ブライン冷水、又は温水、直接膨張冷媒などが通過する通路は、その駆動軸の中央部に位置し、通路の径については、熱交換能力を左右するため、空洞部同様、双方のバランスを考慮して、通路の大きさを決め、回転仕切り部分には、ガス封止式ロータリージョイントを入り口側と出口側にセットし、その内側方向の可動部に軸受けを設置し、中空ほうろうモーターを使用する場合、もう一端の可動部は軸受けで受け、固定位置に設置し、熱交換送風ファンが独立して回転するような構造を有する、本発明を化学プラント、又は食品プラント、製油プラント、その他プラント装置などに活用した場合、凝縮通路や凝縮層に設置し、熱交換フィン部分に流す冷却媒体、温熱媒体等の温度を任意に変更して必要に応じた熱交換機能を果たすことと、能力を必要とする場合、フィン巻きチューブ、フィンチューブ、攪拌用フィンなどを装着し、熱交換効率と表面積を改善することがある。本発明で原理の基本性は、気体、液体などを中心的な視野に入れ、熱交換器自体を回転、一方向回転、正逆回転、熱交換部の揺動運動などにより、送風や攪拌などを各々用途に合わせて行い、回転数を変えることで能力を任意に変更したりすることができ、それらを単数個、複数個使用することで、殆ど直接、熱交換と送風、攪拌などを兼ねた回転体を基本とし、その回転体の可動部の一端、又は両端から中空ほうろうモーター、ＡＣ、ＤＣ可変式を使用し、特に攪拌などの場合、中空ギヤードモーターなどを使用し、可動軸を何れかの一端か両端から駆動し、回転させることで気体では風、液体では攪拌などを視野に入れ、更に重加重の場合、可動軸にタイミングプーリー、或いは単数個、複数個のＶベルト等を使用するか、チェーンやスプロケットを用いて動力伝達を行うこともあり、標準的に固定軸、即ち冷媒の入り口、冷媒の出口静止位置より行い、その中間部にガス液体封止式ロータリージョイントを設け、可動軸部は駆動用中空ほうろうモーターか軸受け機構を入り口、出口側駆動軸に設置し、固定し、中空ほうろうモーターを使用しない場合、スプロケット、或いはタイミングベルト、Ｖプーリー等の伝導形式を取る場合もあり、その目的に合わせて選択し、装着、機能させること。この場合において、回転シールロータリージョイント部分は使用目的に対して、カバープレートなどの封止機構を使用する場合もある。本発明を攪拌急速熱交換する場合、加熱器の付いた温水用タンク内に設置、必要に応じて回転熱交換し、攪拌又は動揺回転で、いち早く熱交換し、サブタンクと縁切りし、サブタンクにも同様本原理を活用し、同時に回転熱交換することにより、小型のラインポンプを有し、熱の交換効率を上げることと、源水自体を全く別の取水したものに縁切りし、熱交換を行う。この場合、小型の必要に応じたラインポンプや熱交換攪拌吸熱、排熱時、その効率と省エネルギーのため、各種の電気的、機械的変減速器を使用し、無理のない熱交換を行う。本発明をエアーコンディショナーなどに使用した場合、遠方に冷気、又は暖気を遠方に飛ばす場合、静音式ターボシロッコファン子機などを別途、吹き出し口の一部に使用し、運転する場合もある。
本発明の主体原理は、従来の熱交換方式は、冷却用、又はポンプ用、熱発生、及び熱吸収部分に熱交換器として単独なものが使用されていたのが現実であるが、本原理は、これらを覆し、従来あった熱交換用コンデンサーの役目を、熱交換のために必要な送風、或いは水流などを作り、熱交換器に接触して熱交換していたのが現実で、本原理では、このような従来のコンデンサーで、主たる熱の吸収、放熱における部分を送風、送水、インペラー、シロッコファン、リミットファン、軸流ファン、扇風ファンなどの送風用羽根の空洞部分で膨張（冷却）、又は収縮（温熱）させながら、コンデンサー自体を稼働回転させ、そこで直接的に熱交換を起こさせ、熱交換された冷気、暖気、冷水、温水等を、そのまま熱交換コンデンサー機能を持つ送風ファン自体で送風し、また熱交換も兼ね、別置き用熱交換器を持たず、各々送風ファン自体が熱交換器と送風、送水を両立させるため、極めて構造が簡単になり、また小型化も可能になる。特に、エアーコンディショナーなどの送風用ファンなどに応用した場合、ファン自体がコンデンサーなどで高い温度から低い温度まで全熱交換し、回転体のため、今までのようにコンデンサーが大きく、その間を通過させて、通過途上で熱交換を行っている方法では、熱交換表面積と、その熱交換通路を通る風量により、熱交換効率が、かなり左右され、ひいては高圧側冷却圧縮機に、かなりの負担をかけ、電気の（エネルギー）消費量が非常に多く、たとえインバーター方式にして、任意に負担を軽減しても、負荷側、つまり熱交換を行う環境により、かなり左右されていたが、これらの諸問題を同等抱えるものの、ファンの羽根自身による熱交換により、ファンの送風量（ファンの回転数）を調節することにより、ほぼ一定の負荷を直接的に取り出すため、極めて熱交換効率が良く、これらの現象を、さらに安定的に維持するため、リミットファン式熱交換器のような、一定の風量以上には達しない機構と原理を用いることにより、負荷一定をはかることができ、尚かつ、直接ファンより熱交換することで、交換効率が極めて良くなる。但し、それに使用される材質としては、熱伝導性を改善するような銅やアルミニウム合金、或いはアルミニウム等を用いて原理を構成するが、何れも回転移動体の空洞部分で、直接熱交換の場合、冷媒膨張させるが為、その膨張の流域は、熱交換ファン円周上に働く遠心力にわずかな影響を受け、羽根と空気、又は液体が接触する円周面が一番、冷媒の接近通路となり、その部分の熱交換能力は他の部分よりも比例して大きくなり、構成する材料の厚みや距離によって若干の違いは生じるものの、円心外周方向の熱交換効率というよりも、膨張吸熱率は他の部分よりも大きく、熱交換送風機、機構上、一番、外周部分に空気接触や液体接触も大きく、比例して熱交換が効率良くできるということにもなりうるものであり、これらを称して、直接熱交換方式と称したことである。
［０００１−２］
本熱交換器の基本的原理は、熱交換器と熱交換を必要とする空気や液体のようなものを送風、或いは移送するとき、必要に応じて冷媒を膨張させたり、また逆に冷媒を圧縮したりする部分を、今までの固定式熱交換器のように、熱交換フィンを水平垂直方向、或いは、その他方向に予め設置し、その内部より空気を減圧し、熱交換フィンの間を空気が通過することで熱交換を促進するか、フィンの内側よりファンなどを用い、外側に空気を送り出すことで熱交換をする方法と全く方法は異なり、本発明の主たる原理は、熱交換ファンの一方から冷媒、或いは冷水、或いは温媒体、温水などを、ロータリージョイントなどを用い、回転上で漏れを封止し、もう一方、膨張冷媒、冷水使用後冷水、又は圧縮冷媒、温水などの、もう一方の一端にも、ロータリージョイント的な封止回転体と固定体の一体封止体を設置し、その手前に回転動力伝達物（タイミングプーリー、Ｖベルトプーリー、その他回転伝達機構体を設け）これに対して送風用、又は熱交換用に用する駆動源として、インダクションモーター、ステッピングモーター、ＡＣサーボモーターなどから、各々送風用と熱交換用、回転エネルギー伝達機構（回転することで熱交換量を調節できる機構）を備え、当然、固定式熱交換器を持っていないため、本体自体が小型化でき、また熱交換フィンなどの回転数が、従来の物よりも回転が低くて、熱交換できるため、この方式を単数本の場合と、その同一機構の中に複数本の場合によって、熱交換能力の位分けが可能となり、又、直接熱交換を環境と一致させて回転熱交換送風することにより、構成される材質によっても多少異なるものの、全熱交換が可能となる。本原理で熱交換送風をすることにより、今までの空調器と異なり、熱交換部分が稼働するため、熱交換に所要する時間が極めて短く、安定した熱交換が可能となり、全熱交換する場合には、回転体熱交換部、表面温度１０℃以上を保つ回転数で回転させることにより、得られる温度コントロールは全熱交換体で行うため、自然の冷風や温風と比較して、同じ効果を得ることができ、例えば冷房に、この原理を使用した場合、空気中の水分を凝縮抽出せずに温度を下げることが可能となる。又、ドライ感を必要とする場合、熱交換送風機の回転数を落とし、熱交換回転フィン、表面温度１０℃以下に留め置くことで、大気に含まれる水分は回転体の表面で結露し、遠心力で、その周囲に付着した水分を円の外周端に持ち込むため、除湿器としても熱交換送風機の回転数の減速回転で可能になり、その上、小型化が実現でき、通常、エアーのインテーク側にフィルターを設け、そのフィルターを通した空気を、熱交換フィンの間を通し、熱交換を行う機構は全くいらず、これを称して、熱交換器レス熱交換回転フィン式直接熱交換とも言えるようなものであり、極めてスペースを小さくした熱交換方式であり、自動車のエアーコンディショナーや、家庭用、業務用などの、エアーコンディショナーなどに幅広く活用が可能で、冷媒も膨張目標距離が短く、オゾンに優しいニューフロンガスやガソリン、シンナー、アルコールなどといった冷媒を使用したり、冷媒で、いったん冷水を作って、そのブライン水を流したりした場合、回転数の調整により、ある一定の熱交換効率を定めておけば、室内などの目標温度に達したとき、温度センサーや湿度センサーにより、運転状況を変えることで、エアーコンディショナーの質を変更することが可能となり、回転数が遅くても熱交換器自体が回転するが為、回転したとき送風する比例的機構により、静粛性（騒音の無い、静かなコンディショナー）を構成することが可能となり、駆動部分で説明しましたが、タイミングプーリーやＶベルトプーリーを使う場合もあるが、中空モーターを動力伝達受け入れ部分に使用することで、直接熱交換ファンの回転数をロス無く駆動し、可変できる機構。つまりＡＣで言えば、１００Ｖの場合、いったん三相に変流し、インバーターで周波数の変更を行うことにより、無理のない自由な回転流域を設定することができ、尚かつ、この場合でも、空気の通過抵抗が固定熱交換方式に比べて少なく、回転熱交換送風機構が求める稼働エネルギー量が非常に少なくて済み、自動車などにスペースを取らずに設置が容易で、今までの常識を塗り替えることができ、特に、自動車の冷房などに用いる場合、スペースが少なくて、今まで一台の大型ＤＣモーターでダクトを使い、必要方向に吹き出し口を設けていたものを、各個々の必要部分にＤＣ中空モーターなどを熱交換送風駆動源に使用することで、極端に小型化でき、各個々の必要部分に一台ずつ装備でき、消費電力の少ない本原理はカセットから可能で、今までのようにダクトを長い距離を持たせて引く必要はなく、要所要所に設置できるような小型化が可能になり、尚かつ、自動車などに使う場合、オールシーズン制を要求されるため、冬場は電磁弁の切り替えにより、暖房運転をすることも可能で、その場合、自動車に併せ持つ開放型圧縮機に対して、エンジンの温水をヒートポンプの補助的加熱エネルギーとして使用することで、暖房効率を上げることができ、圧縮機自体の仕事量を下げることが可能となり、間接的な省エネルギーにつながるものであり、その場合、現在の状態には、発電用としてオルガネーターが組み込まれているが、このオルガネーターもコスト優先で、一軸式で必要のない時は開放状態をとられているが、これはトータル的に考えると、オルガネーターを小型で複数式にすることで、無駄なエネルギーを使用しないことが可能になり、無系統の発電事情を作ることで、必要時、複数負荷であっても必要のない時は一連負荷で、電磁クラッチでオープン状態を作ることで、出力軸から得るエネルギー量を軽減でき、省エネルギーにつながるものである。今後、このように直接熱交換、尚かつ、送風を併せ持った、小型パッケージ熱交換器の普及により、車自体のメンテナンス性が向上し、尚かつ、これらに冷媒等を使用し、差圧を生じさせて、膨張時、熱を吸収するという方式の車一台に、エンジンの出力軸から直接エネルギーの配分をしていた方式を改め、故障の少ない小型パッケージ型圧縮機の普及が望める。これらは全て電気的に処理でき、パッケージ型の性質上、小型の場合、振動剛性などをあまり考慮に入れなくても、マウントキット等で保護、デザインされたメンテナンスしやすい場所に装着することが可能となり、本発明は、それらを担うものであること。
［０００１−３］
本発明の原理を応用した低回転扇風式直接熱交換方式と、羽根の表面の凹凸を、羽根の取り付け位置中央部より外側に向かって、内部は空洞となり得る凹凸部分を露出した形で、風切り時、熱交換効率を高める方法をとる場合もあるが、羽根をフラット状にして内部に空洞を設け、そこで冷媒を膨張させ、羽根自体を冷却体とし、その冷却体を軸流送風できる角度と熱交換効率の良い３次元形状を作り、それらの羽根で直接熱交換した空気を、その羽根自体で送風方向に回転させ、直接熱交換された冷気を、目的方向、又は首振りにより、冷風を送風することで、その周囲全体の雰囲気体を、エアーコンディショナーすることを目的とし、羽根に至る冷媒の圧縮機は送風用モーターの後部同軸に設置し、圧縮機を稼働させるが、その場合、圧縮機後方にガス封止型ロータリージョイントを設置し、一部自在冷媒ガスホースを使用し、室外に小型パッケージ型冷媒圧縮機を設け、室内空調を考慮に入れて、室外機を区画室内より外部に設け、そこに冷媒圧縮機、冷媒レシーバータンク、冷媒熱交換用コンデンサーなどから構成される室外機を持ち、それより送り込まれる高圧側冷媒を、送風熱交換ファンを駆動するための、モーターのシャフトの中央部を穴で貫通し、その手前に膨張弁を設置することで、モーターの内部冷却、及び直接熱交換ファン、冷媒ガス、膨張空洞部を潜り抜け、熱交換を終えた低圧側排出口は、熱交換送風ファン中央部に設けられたガス封止型ロータリージョイントを経て、放熱用コンデンサーを通過し、再度、圧縮機により圧縮され、高圧側に循環使用されるような方式と、放熱器手前で電磁弁切り替えをすることで冷媒を逆流させ、前記に述べた方法の全く逆の流れをたどり、暖房用直接熱交換扇風ファンとしても活用する場合があり、本原理で表現している内容の中で一番大切なのは、直接の熱交換と送風を兼ね備えた同一物を表現することであり、これをもって直接熱交換ファン方式冷風扇風機ということであり、記中、冷媒圧縮機と表現していますが、この圧縮機については、直接熱交換ファンの回転数と冷媒の吹き出し量、又は低圧側の減圧程度により負荷と想定されるため、本機器の圧縮機には、消費電力の少ない極めて小型の物が使用できる。又、同軸上ロータリー小型方式冷媒圧縮機等の使用も可能で、これらを使用する場合、全体をパッケージ化し、後方に水冷熱交換器を設け、室外に冷却水循環ポンプを持ったタンクと、そこで暖まった温水を風呂用などに使用する場合もあり、又、そうでない場合、ファン付き小型放熱器を設置して、大気に放熱させる場合もある。これらの方式は、シロッコファン、リミットファン、円心ファンなどで直接熱交換した場合でも、放熱コンデンサーの代わりに水を温め、風呂水の源水を予熱し、追い焚きして、夏場の省エネルギーをはかる場合があること。
［０００１−４］
本発明、本原理は、あくまで熱交換を送風、或いは循環等に用いる送風機そのものの送風可動部分に冷媒ガスかチラー水を通し、それを回転、またはスイングすることで、その表面で直接熱交換を行いながら気流体の強制的流れを作ることを同時に実施できる原理で、熱交換器自体が一定位置を維持せず、流体を動揺、若しくはスリップすることで熱交換し、熱交換と同時に熱交換された容積率が冷房の場合、減質、暖房の場合、膨張という動作を熱交換器自体が行うため、回転体（冷却用熱交換ファン）を駆動する電動機等に対して負荷変動が少なく、従来の固定コンデンサー方式の場合、冷却熱交換時、冷却された空気を凝縮された形で目的方向に対して飛ばそうとした場合、かなりの負荷変動があり、インバーターは使用されているものの、冷気の実際の比例排出は難しい部分があった。本原理は、それらの諸問題を解決し、冷暖合わせて熱交換冷却ファンの負荷変動は殆ど無く、速やかにインバーターにより、比例変動運転できるため、平均した電流の維持と回転による接触熱交換の量が増えることにより、羽根内部を膨張して通過する冷媒ガスの量と、熱交換冷却ファンが比例的に熱交換するため、インバータードライブで制御しやすく、又、尚かつ、本発明の原理中、熱交換冷暖熱ファンが本体には設置され、固定コンデンサーを必要としないため、デザイン的にも自由なデザインが可能で、特に今まで問題になっていた熱交換コンデンサー、固定式の場合、熱交換器にゴミ等が付着すると熱交換率が著しく落ち、圧縮機においては湿り運転になりがちで、湿り運転になった分だけ、エネルギーロスとなり、圧縮機に負担となり、圧縮機に装着されたモーターの負荷が大きくなり、大幅なエネルギーロスを起こしていたのが現状で、それらを解消するために、最近、固定用熱交換器については、その全面（空気吸い込み口）にフィルターを付けていたのが現状で、最近、そのフィルターを自動的に清掃する装置を実装している物も出てきたが、本発明の原理でいけば、その部分に大きなデザインの変更が可能になり、スライド式でも、回転式でも無い、新しいスタイルのエンドレス式フィルターの装着等が可能で、メンテナンス面でも極めて安価で、製作上、製作しやすい形のエアーコンディショナー等が可能になるものであり、この直接熱交換方式は、エアーコンディショナー等のみならず、羽根をフィン巻き、又はフィンチューブ等を使用したものを温水器などに設置し、逆に吸熱して熱交換し、液体中でも回転数を選択することで熱交換効率が極めて高くなる。その理由の一つに、今まで対流方式にて温水等を作っていたが、本原理の使用により、熱交換を相互に行うことが可能になり、貯湯方式などで効率の良い収熱をすることにより、サブ貯湯層に効率よく温水を貯湯することも可能で、特に深夜電力を活用した電気温水器、省エネルギー型ＩＨ温水器、ソーラー温水器等の貯湯層よりサブ貯湯層に効率よく熱の転嫁をはかることが可能になり、この場合、いろいろな方法はあるが、回転式ロータリー熱交換器を両方に相互に活用することで、効率の良い熱の転嫁をはかることもできるものである。即ち、エアーコンディショナーや扇風機、電気温水器、貯湯層から貯湯層への熱の転送、貯湯層を持つことで、その構造が極めて簡単で封止しやすく、貯湯層に真空断熱等を施すことで、より必要に応じた貯湯を複数個することが可能になり、温水器の設置スペースの限られた所へ設置が可能になり、より快適なライフスタイルを提案することができるものである。
［０００１−５］
本発明の回転に必要な動力の供給は、回転軸に直接セットできる中空減速器付きギヤードモーター、若しくは中空出力軸モーター、ＡＣ、ＤＣ何れかを用い、回転制御にはインバータードライブか電圧電流制御、又はサーボモーター、又はステッピングモーター、又はインダクションモーター、又は直流モーターなどを活用し、回転が自由自在か、数種類の選択回転ができるように調整できる機構を有するものとするが、その回転数は、気体の場合、その機器制御系に付随する温度センサーなどの信号により制御を行う場合と、液体のように一定の抵抗を有するものに対しては縁切り、又は連通する、もう一端の目標温度を温度設定器により温度を設定し、各々攪拌については回転式熱交換ファン、及び攪拌熱交換器の駆動モーターの電流値などの検知により、回転数を一定に保ったり、間欠回転すると共に、正方向回転、逆方向回転する場合もある。
［０００１−６］
本発明の熱交換用ファンの駆動方法は、重量バランス上、中央部に位置する（重心に位置するようにバランスウェートなどにより微調整を行う場合も用途によってある）部分に設置し、ブライン冷水、又は温水、直接膨張冷媒などが通過する通路は、その駆動軸の中央部に位置し、通路の径については、熱交換能力を左右するため、空洞部同様、双方のバランスを考慮して、通路の大きさを決め、回転仕切り部分には、ガス封止式ロータリージョイントを入り口側と出口側にセットし、その内側方向の可動部に軸受けを設置し、中空ほうろうモーターを使用する場合、もう一端の可動部は軸受けで受け、固定位置に設置し、熱交換送風ファンが独立して回転するような構造を有する、本発明を化学プラント、又は食品プラント、製油プラント、その他プラント装置などに活用した場合、凝縮通路や凝縮層に設置し、熱交換フィン部分に流す冷却媒体、温熱媒体等の温度を任意に変更して必要に応じた熱交換機能を果たすことと、能力を必要とする場合、フィン巻きチューブ、フィンチューブ、攪拌用フィンなどを装着し、熱交換効率と表面積を改善することがある。本発明で原理の基本性は、気体、液体などを中心的な視野に入れ、熱交換器自体を回転、一方向回転、正逆回転、熱交換部の揺動運動などにより、送風や攪拌などを各々用途に合わせて行い、回転数を変えることで能力を任意に変更したりすることができ、それらを単数個、複数個使用することで、殆ど直接、熱交換と送風、攪拌などを兼ねた回転体を基本とし、その回転体の可動部の一端、又は両端から中空ほうろうモーター、ＡＣ、ＤＣ可変式を使用し、特に攪拌などの場合、中空ギヤードモーターなどを使用し、可動軸を何れかの一端か両端から駆動し、回転させることで気体では風、液体では攪拌などを視野に入れ、更に重加重の場合、可動軸にタイミングプーリー、或いは単数個、複数個のＶベルト等を使用するか、チェーンやスプロケットを用いて動力伝達を行うこともあり、標準的に固定軸、即ち冷媒の入り口、冷媒の出口静止位置より行い、その中間部にガス液体封止式ロータリージョイントを設け、可動軸部は駆動用中空ほうろうモーターか軸受け機構を入り口、出口側駆動軸に設置し、固定し、中空ほうろうモーターを使用しない場合、スプロケット、或いはタイミングベルト、Ｖプーリー等の伝導形式を取る場合もあり、その目的に合わせて選択し、装着、機能させること。この場合において、回転シールロータリージョイント部分は使用目的に対して、カバープレートなどの封止機構を使用する場合もある。本発明を攪拌急速熱交換する場合、加熱器の付いた温水用タンク内に設置、必要に応じて回転熱交換し、攪拌又は動揺回転で、いち早く熱交換し、サブタンクと縁切りし、サブタンクにも同様本原理を活用し、同時に回転熱交換することにより、小型のラインポンプを有し、熱の交換効率を上げることと、源水自体を全く別の取水したものに縁切りし、熱交換を行う。この場合、小型の必要に応じたラインポンプや熱交換攪拌吸熱、排熱時、その効率と省エネルギーのため、各種の電気的、機械的変減速器を使用し、無理のない熱交換を行う。本発明をエアーコンディショナーなどに使用した場合、遠方に冷気、又は暖気を遠方に飛ばす場合、静音式ターボシロッコファン子機などを別途、吹き出し口の一部に使用し、運転する場合もある。
今まで様々な熱交換技術はあったが、時代は、まさに省エネルギー、省スペース、機能向上など、様々な諸問題が山積し、実績のある従来の熱交換方式を少しでも効率の良いものにするよう形状的、電気的、電子的に改善を加えられてきたが、なかなか熱交換自体の方式を変えることができなかった。これらを本原理は全く新しい視野から発明し、エアーコンディショナーや扇風機等はもとより、熱交換の効率の良さを活用することで、多目的に本発明の熱交換技術が普及するような時代となってきた。その最大の目的は、従来の固定概念を打ち破り、本原理を活用することで、デザイン上、ある程度自由なデザインが可能となり、機能上、省エネルギー効果を機構的面で出すことができるようになり、又、本原理は、使いやすい電気エネルギーに基づくコントロール性が極めて高く、自由自在に使えるというところに、従来にはなかった技術的な背景を元に構築されたもので、本原理は今後、家庭用品ばかりではなく、工業用、産業用、民生用、全ての分野で本原理を活用することで、今まで熱交換という意味では交換面積、材質、負荷率等で、ある程度固定されていたものが、殆どオールマイティーに使用できるようになり、尚かつ、その機能効率は、使用の仕方一つで極めて高い発展性があり、本原理の可動式熱交換送風、或いは熱交換層湯の、熱の移動や間接湯沸かし器等に幅広く活用が可能で、明細書で述べた自動車などに普及させることで、本原理の量産効果でコストダウンが図れ、今まで固定式熱交換器を使用し、それに対して送風機に依存していたシステムを一新することで、デザインや機能上、又、省エネルギー上、大きなメリットを秘めた原理である。
今まで熱交換器と言えば、その熱交換する表面積と、それに類して使用される材質、放熱性の良いアルミニウム、又はアルミニウム合金、熱伝導性の高い銅、銅合金などを加工、形成し、その用途に合わせて熱交換容積を設定し、形成したものを固定し、固定した熱交換コンデンサー、又は銅パイプなどを主体に伝導の良い性質を活用し、それに放熱性に優れたアルミニウム合金やアルミニウムフィンなどを接合し、それを固定して片側から減圧して、気体の場合、（空気）などを、その隙間を通過させ、適度な抵抗と渦流を起こさせ、熱交換を促してきたが、それらを構築するには、まず熱交換の母体となる熱交換コンデンサーなるものを構築し、それに対して、一方から加圧して空気を通過させるか、又は一方から減圧して空気を通過し、熱交換してきたり、工業用では銅管などをハニカム状にセットし、その銅管内に冷水や温水を通し、強制的通気方法や自然的凝縮方法に用いられてきたが、これらの方法では効率に限りがあり、またメンテナンス性も極めて悪く、前記の場合、必ずフィルターを使用しないと、著しく熱交換器（コンデンサー）をゴミで放熱、又は吸熱表面を著しく縮小するため、かなり空気抵抗の高いフィルターを付ける必要性があり、最近では、フィルターの目詰まりを自動化する傾向にあるが、メンテナンス部分を増やす結果となる（可動部を多くする）などの理由から、これに代わる方法が本発明の原理である。又、後記の場合、固定されていて、ハニカム状に効率よく配分するには大変なスペース。又、これらが目的中、表面に汚れなどが付着した場合、機能低下は言うまでもない。これらの機能低下を解消するため、固定式のあらゆる方法で熱交換面積を上げる方法として、フィンやフィン巻きなどを施し、余裕を持った熱交換方式を取るが為、そのスペースは相当量に及ぶもので、これらに必要となるメンテナンスのフィンやフィン巻きを施すことで、更に複雑化させ、メンテナンス性が極めて悪化し、そのような状況を回避し、更に小型化を目指すのが本発明の原理である。
本発明は、エアーコンディショナーや扇風機、及び液体、気体を問わず、熱を供給するか、熱を吸収して冷却する場合、回転可動体の送風、及び送水、可動部分にフィン、又は複数個の熱交換羽根を取り付け、その羽根の内部を入り口の一端より膨張させながら冷媒を、それらの可動翼内部を中空にし、中空中を冷媒、若しくは、それに相当するブラインチラー水、又は温水等を通過させ、その可動部の構成される材質は熱伝導率が良く、放熱にも富み、それらの有利点を活用し、可動部の中心に位置する冷却用媒体供給管、兼、回転可動シャフト中一端より、中空ほうろうモーターを設置して、回転体に回転を与えるエネルギー源として活用するか、可動シャフトにタイミングプーリー、或いはＶベルトプーリーを取り付け、可動シャフトより別の位置から可動シャフトにエネルギーの伝達をし、可動シャフトを回すことで、その可動シャフトの両端に、封止式ロータリージョイントなどを取り付け、回転可動部、つまり熱交換回転可動部が速やかに回転できるよう構造を構成し、それらからなる直接熱交換回転送風送液機構を構成し、従来、固定式熱交換コンデンサーと送風吸引ファンなどを、一体化に近い状態にせしめた場合、全体の構造的ボリュームは大変大きなものになり、固定式コンデンサーの性能を維持するため、フィンの隙間の調整、或いは全体の表面積、つまり熱交換面積を設定するのが大変な作業になり、それを装置構成するのに多くの部品や複雑な構成をしていた。本発明は、これらの諸問題を覆し、回転可動送風熱交換を全て一体化し、回転体の中に送風翼を持ち、翼を持たない場合でも、回転方向に抵抗を持つことで送風、或いは送液する構造を作り、更に、その送風、送液体の接触するファンと称する部分を内側より冷却、又は加熱し、熱交換しながら送風や送液しようとする原理であり、この原理を使用することで、熱交換と送風、送液機構が一体化し、極めてコンパクトで自由なデザインが可能となり、メンテナンス性や静粛性、熱交換においては熱交換時のロスが無く、フリー能力設定が可能となり、熱交換回転送風、及び送液ファン、及びポンプ攪拌収熱、攪拌放熱なども可能になり、熱交換ファン自体の回転数も外周の大きさによって変わってくるが、極めて低速になり、静粛性に優れ、均一な熱交換が可能になるのが本原理の解決の一例である。
本発明の効果は、今まで凝縮や冷却、熱の伝達などを固定式熱交換器で熱交換していたものを、回転や揺動などを行う羽根やチューブに直接、冷却媒体を通し、或いは直接、それらの羽根、チューブ等の中空体中で膨張させることにより、その膨張した羽根やチューブなどが回転運動やスイング運動することにより、それらが送風や、凝縮の場合、凝縮物の動揺と同時に熱交換し、その熱交換は直接、熱交換にあたるため、熱交換効率が極めて良く、同じように回転の場合、羽根内に空洞を設け、羽根自体を冷却し、羽根を回転することで空気との摩擦現象を促進し、熱交換器自体が回転することで熱交換効率が高いと共に、熱交換時間が短縮でき、今までのように固定型熱交換器に一方をブロアー等で減圧し、熱交換器の隙間を通過して熱交換を促していた方法に対して、明細書にあるように熱交換と送風を兼ね備えることで小型化が可能になり、省エネルギー面でもエネルギーの節約が比例して図れ、本原理を活用することで従来に比べ、かなりの小型化が見込め、また同軸上に中空軸モーターなどを設置し、ダイレクトドライブが可能となり、送風量と熱交換量を殆ど自由に選択でき、回転を低速にすることで、熱交換体のファンや中空フィンが過剰に冷却され、除湿効果も選択できる小型高効率熱交換装置で、これらの回転機構を直接とらえることで、温水器などの別給水、それに対して、主となる温水発生源タンクより効率の良い熱交換をし、その熱を縁切りしたセパレートタンクなどの内部に同等の熱交換器を設置し、熱交換することで素早い熱交換が可能となり、同時にタンク内に貯湯する湯や薬液などの温度を離れた場所の主装置より効率よく熱を運ぶことができ、また運んだ熱を効率よく熱交換することを可能にし、場所のない場合でも複数個の貯湯タンク等に同一温度の貯湯を可能にするもので、その場合の熱交換効率が高いため、今までのように大がかりな熱交換装置を使う必要が無く、各々タンクに回転体のフィン付きかフィン無し銅管複数個の回転体を回転させ、その中を縁切りした一方タンクの上水を通したり、薬液を通したりすることで、素早い熱交換が可能となった。又、コストが安くて、どこにでも存在する扇風機相当の若干高いコストで、低回転で冷風や温風を直接熱交換により得ることができ、個々に使用できるため、かなりの省エネルギーがはかれるものである。この場合、同軸上に小型圧縮機を設置することで送風モーターの回転数に比例して圧縮機が圧送するため、この場合でもかなりの省エネルギーが図れ、更に自動車などの冷暖房にパッケージ型圧縮機と可動型送風用熱交換器を使用することで、今までのようにダクトでの配管がいらなくなり、メンテナンス性も向上し、デザイン上でも無理が無く、また同時に省エネルギーも可能になる。
本原理を使用して熱分解ガスなどの熱交換、及び凝縮通路等に通過速度を上げ、尚かつ、熱交換効率を考慮し、メッキ銅管、又は薄肉ステンレス管に、約５ミリ間隔でフィンを取り付けたチューブを円周上に数本設置し、駆動軸よりロータリージョイントを得て、冷媒を通過させた熱交換器を回転させることで、従来のメッキ銅管をハニカム状に固定して設置、熱交換していたものを、本原理、可動式熱交換器を使用することで、従来の５分の１の容積で、従来以上の完全な凝縮、熱交換を実現することができ、又、装置デザインも小型化でき、完全凝縮を可能にした上、凝縮室に送る過程で凝縮通路の大きさも従来の１０分の１と、かなりの小型化ができ、更に通路中に設けた回転式熱交換送風ポンプにより、今まで酸化物等が混入しやすかったものを酸化物のない凝縮物として回収できるようになった。この原理を更に発展させ、家庭用エアーコンディショナー、業務用エアーコンディショナーなどに回転式直接熱交換方式を使用試験したが、やはり同じような効果を得、大型の固定式熱交換器に比べて、回転式熱交換冷却器は極めて効率の良い結果を生み出し、今後、自動車用などの用途に応用することにより、コストダウンと高い熱交換性性能を活用し、いろいろ自由なデザインができることを可能にした。
図１の符号の説明
▲１▼．冷媒、及び温媒体膨張、及び放熱部
▲２▼．送風ファン
▲３▼．安全ネット
▲４▼．封止ロータリージョイント
▲５▼．入り口、出口仕切り
▲６▼．膨張ガス出口
▲７▼．冷媒排出部、及び温媒入り口
▲８▼．冷媒膨張管（キャピラリーチューブ）、又は膨張弁
▲９▼．中空駆動軸軸受け
▲１０▼．冷媒排出管、又は温媒体挿入管
▲１１▼．中空冷媒温媒通路
▲１２▼．後部軸受け
▲１３▼．スラスト軸受け
▲１４▼．圧縮ポンプ
▲１５▼．ロータリージョイント
▲１６▼．封止式ワンタッチ継ぎ手
▲１７▼．モーター用電源ケーブル
▲１８▼．リザーブタンク
▲１９▼．コンデンサー放熱用ファン
▲２０▼．ファンモーター
▲２１▼．冷温媒放熱吸熱用コンデンサー
▲２２▼．冷温媒放熱吸熱用コンデンサー
図２の符号の説明
▲１▼．温水、又は冷水、冷媒、温媒入り口
▲２▼．膨張弁
▲３▼．ロータリー封止ジョイント
▲４▼．タイミングプーリー、又はＶプーリー、又はスプロケット
▲５▼．固定用軸受け
▲６▼．冷媒、温媒通路
▲７▼．冷媒膨張、温媒凝縮通路
▲８▼．冷媒出口
▲９▼．軸受け
▲１０▼．ロータリー封止ジョイント
▲１１▼．冷温媒出口
▲１２▼．冷温媒膨張凝縮通路
▲１３▼．駆動シャフト
▲１４▼．冷温媒膨張凝縮通路
▲１５▼．中空フィン
図３の符号の説明
▲１▼．冷温媒入り口
▲２▼．膨張弁
▲３▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲４▼．タイミングプーリー、又はＶプーリー、又はスプロケット
▲５▼．軸受け
▲６▼．冷温媒通路
▲７▼．冷温媒中空熱交換フィン
▲８▼．冷温媒出口
▲９▼．軸受け
▲１０▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲１１▼．冷温媒排出口
▲１２▼．媒体通路、及びファン回転用ステー
▲１３▼．駆動シャフト、兼冷温媒供給排出部
▲１４▼．冷温媒分配部
▲１５▼．中空リミットファン
図４の符号の説明
▲１▼．冷温媒入り口
▲２▼．膨張弁
▲３▼．ロータリージョイント、又は封止型回転ジョイント
▲４▼．タイミングプーリー、又はＶプーリー、又はスプロケット装着部
▲５▼．軸受け
▲６▼．冷温媒分散位置
▲７▼．冷温媒通路、又は内部中空冷温媒集合部
▲８▼．冷温媒集合部
▲９▼．軸受け
▲１０▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲１１▼．冷温媒排出口
▲１２▼．冷温媒分配集合通路
▲１３▼．駆動シャフト
▲１４▼．中空冷温媒膨張凝縮部分フィン
図５の符号の説明
▲１▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲２▼．中空ほうろうモーター、又は中空ほうろう減速器付きモーター
▲３▼．軸受け
▲４▼．フィン付き熱交換チューブ
▲５▼．熱交換チューブ
▲６▼．軸受け
▲７▼．駆動シャフト
▲８▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲９▼．送風フィン
図６の符号の説明
▲１▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲２▼．駆動用中空ほうろうモーター、又は中空ほうろう減速器付きモーター
▲３▼．軸受け
▲４▼．フィンチューブ
▲５▼．フィンチューブ
▲６▼．軸受け
▲７▼．駆動シャフト
▲８▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
図７の符号の説明
▲１▼．水入り口
▲２▼．ＩＨヒーター、又は抵抗式ヒーターによる加熱器
▲３▼．エアー抜き
▲４▼．熱伝導棒
▲５▼．ロータリー熱交換器
▲６▼．温水タンク
▲７▼．断熱カバー、及び断熱部
▲８▼．熱交換用媒体循環ポンプ
▲９▼．水入り口
▲１０▼．ドレン加圧逃し弁
▲１１▼．点検バルブ
▲１２▼．点検バルブ
▲１３▼．循環熱交換媒体貯蔵タンク、及びバルブ
▲１４▼．軸受け、及びロータリージョイント
▲１５▼．点検口フランジ押さえ
▲１６▼．ロータリージョイント、及び中空ほうろう減速器付きモーター
▲１▼．冷媒、及び温媒体膨張、及び放熱部
▲２▼．送風ファン
▲３▼．安全ネット
▲４▼．封止ロータリージョイント
▲５▼．入り口、出口仕切り
▲６▼．膨張ガス出口
▲７▼．冷媒排出部、及び温媒入り口
▲８▼．冷媒膨張管（キャピラリーチューブ）、又は膨張弁
▲９▼．中空駆動軸軸受け
▲１０▼．冷媒排出管、又は温媒体挿入管
▲１１▼．中空冷媒温媒通路
▲１２▼．後部軸受け
▲１３▼．スラスト軸受け
▲１４▼．圧縮ポンプ
▲１５▼．ロータリージョイント
▲１６▼．封止式ワンタッチ継ぎ手
▲１７▼．モーター用電源ケーブル
▲１８▼．リザーブタンク
▲１９▼．コンデンサー放熱用ファン
▲２０▼．ファンモーター
▲２１▼．冷温媒放熱吸熱用コンデンサー
▲２２▼．冷温媒放熱吸熱用コンデンサー
図２の符号の説明
▲１▼．温水、又は冷水、冷媒、温媒入り口
▲２▼．膨張弁
▲３▼．ロータリー封止ジョイント
▲４▼．タイミングプーリー、又はＶプーリー、又はスプロケット
▲５▼．固定用軸受け
▲６▼．冷媒、温媒通路
▲７▼．冷媒膨張、温媒凝縮通路
▲８▼．冷媒出口
▲９▼．軸受け
▲１０▼．ロータリー封止ジョイント
▲１１▼．冷温媒出口
▲１２▼．冷温媒膨張凝縮通路
▲１３▼．駆動シャフト
▲１４▼．冷温媒膨張凝縮通路
▲１５▼．中空フィン
図３の符号の説明
▲１▼．冷温媒入り口
▲２▼．膨張弁
▲３▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲４▼．タイミングプーリー、又はＶプーリー、又はスプロケット
▲５▼．軸受け
▲６▼．冷温媒通路
▲７▼．冷温媒中空熱交換フィン
▲８▼．冷温媒出口
▲９▼．軸受け
▲１０▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲１１▼．冷温媒排出口
▲１２▼．媒体通路、及びファン回転用ステー
▲１３▼．駆動シャフト、兼冷温媒供給排出部
▲１４▼．冷温媒分配部
▲１５▼．中空リミットファン
図４の符号の説明
▲１▼．冷温媒入り口
▲２▼．膨張弁
▲３▼．ロータリージョイント、又は封止型回転ジョイント
▲４▼．タイミングプーリー、又はＶプーリー、又はスプロケット装着部
▲５▼．軸受け
▲６▼．冷温媒分散位置
▲７▼．冷温媒通路、又は内部中空冷温媒集合部
▲８▼．冷温媒集合部
▲９▼．軸受け
▲１０▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲１１▼．冷温媒排出口
▲１２▼．冷温媒分配集合通路
▲１３▼．駆動シャフト
▲１４▼．中空冷温媒膨張凝縮部分フィン
図５の符号の説明
▲１▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲２▼．中空ほうろうモーター、又は中空ほうろう減速器付きモーター
▲３▼．軸受け
▲４▼．フィン付き熱交換チューブ
▲５▼．熱交換チューブ
▲６▼．軸受け
▲７▼．駆動シャフト
▲８▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲９▼．送風フィン
図６の符号の説明
▲１▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
▲２▼．駆動用中空ほうろうモーター、又は中空ほうろう減速器付きモーター
▲３▼．軸受け
▲４▼．フィンチューブ
▲５▼．フィンチューブ
▲６▼．軸受け
▲７▼．駆動シャフト
▲８▼．ロータリージョイント、又は封止回転ジョイント
図７の符号の説明
▲１▼．水入り口
▲２▼．ＩＨヒーター、又は抵抗式ヒーターによる加熱器
▲３▼．エアー抜き
▲４▼．熱伝導棒
▲５▼．ロータリー熱交換器
▲６▼．温水タンク
▲７▼．断熱カバー、及び断熱部
▲８▼．熱交換用媒体循環ポンプ
▲９▼．水入り口
▲１０▼．ドレン加圧逃し弁
▲１１▼．点検バルブ
▲１２▼．点検バルブ
▲１３▼．循環熱交換媒体貯蔵タンク、及びバルブ
▲１４▼．軸受け、及びロータリージョイント
▲１５▼．点検口フランジ押さえ
▲１６▼．ロータリージョイント、及び中空ほうろう減速器付きモーター
Claims (10)
- 本発明の熱交換ファンは、一端から冷水、又は温水、又は冷媒、冷媒ガスなどを駆動軸の中央部より送風ファンのフィン部分、空洞部を通過して熱交換し、又は膨張することにより、冷却し、温冷媒にて加熱し、駆動軸を中心に正方向回転、正逆回転させることにより、逆回転することもある。送風を行ったり、攪拌熱交換を行ったりし、より効率的に熱交換し、エアーコンディショナーなどの場合、本発明の機構、単数個、複数個使用することで、送風と冷暖房を行うこと。
- 本発明の熱交換用ファンの駆動方法は、重量バランス上、中央部に位置する（重心に位置するようにバランスウェートなどにより微調整を行う場合も用途によってある）部分に設置し、ブライン冷水、又は温水、直接膨張冷媒などが通過する通路は、その駆動軸の中央部に位置し、通路の径については、熱交換能力を左右するため、空洞部同様、双方のバランスを考慮して、通路の大きさを決め、回転仕切り部分には、ガス封止式ロータリージョイントを入り口側と出口側にセットし、その内側方向の可動部に軸受けを設置し、中空ほうろうモーターを使用する場合、もう一端の可動部は軸受けで受け、固定位置に設置し、熱交換送風ファンが独立して回転するような構造を有すること。
- 本原理の回転に必要な動力の供給は、回転軸に直接セットできる中空減速器付きギヤードモーター、若しくは中空出力軸モーター、ＡＣ、ＤＣ何れかを用い、回転制御にはインバータードライブか電圧電流制御、又はサーボモーター、又はステッピングモーター、又はインダクションモーター、又は直流モーターなどを活用し、回転が自由自在か、数種類の選択回転ができるように調整できる機構を有するものとするが、その回転数は、気体の場合、その機器制御系に付随する温度センサーなどの信号により制御を行う場合と、液体のように一定の抵抗を有するものに対しては縁切り、又は連通する、もう一端の目標温度を温度設定器により温度を設定し、各々攪拌については回転式熱交換ファン、及び攪拌熱交換器の駆動モーターの電流値などの検知により、回転数を一定に保ったり、間欠回転すると共に、正方向回転、逆方向回転する場合もあること。
- 本原理の熱交換方式を使用する際、例、軸流扇風方式の使用に際しても熱交換器内を通過する媒体は、ニューフロンガス、ガソリン、ベンジン、アルコール、ブライン水、水、温水、温冷媒などを活用することがあり、この活用にあたっては、熱原理の根源である圧縮機等を使用した場合、扇風機型のように駆動軸後方静止位置に直接、圧縮機、リザーブタンク、膨張弁、キャピラリーチューブ等を配置する場合と室内外で区分し、圧縮機、リザーブタンク、放熱用コンデンサー等の冷媒、吸引、圧縮、放熱機構については、室外に導く場合があることと、それに伴って、自在冷媒用チューブを一部使用する場合のあること。
- 本原理をエアーコンディショナーなどに使用した場合、遠方に冷気、又は暖気を遠方に飛ばす場合、静音式ターボシロッコファン子機などを別途、吹き出し口の一部に使用し、運転する場合もあること。
- 本原理を攪拌急速熱交換する場合、加熱器の付いた温水用タンク内に設置、必要に応じて回転熱交換し、攪拌又は動揺回転で、いち早く熱交換し、サブタンクと縁切りし、サブタンクにも同様本原理を活用し、同時に回転熱交換することにより、小型のラインポンプを有し、熱の交換効率を上げることと、源水自体を全く別の取水したものに縁切りし、熱交換を行う。この場合、小型の必要に応じたラインポンプや熱交換攪拌吸熱、排熱時、その効率と省エネルギーのため、各種の電気的、機械的変減速器を使用し、無理のない熱交換を行うこと。
- 本原理を化学プラント、又は食品プラント、製油プラント、その他プラント装置などに活用した場合、凝縮通路や凝縮層に設置し、熱交換フィン部分に流す冷却媒体、温熱媒体等の温度を任意に変更して必要に応じた熱交換機能を果たすことと、能力を必要とする場合、フィン巻きチューブ、フィンチューブ、攪拌用フィンなどを装着し、熱交換効率と表面積を改善することがあること。
- 本原理を車載用に使用する場合、本原理の機構（回転式冷却熱交換ファン、及びフィン）を必要、且つ、デザイン的に、又、製造上、容易に装着、或いは設置でき、それらの冷暖機構の一部をなす圧縮機や放熱器を複数個使用し、メンテナンス性、効率面での考慮を加え、本原理を上部に位置し、下部にパッケージ型圧縮機などをマウントキットなどを用い、下部のデザイン的、機能的に優れた部分に装着できることと、これに伴う電源の確保は負荷抵抗を段階的に軽減できる複合型オルガネーターかオルガネーター等を活用し、省エネルギーをはかりえる構造を兼ね備え、メンテナンス性にも優れた機構より、エネルギーの供給を受ける場合もあること。
- 本原理の基本性は、気体、液体などを中心的な視野に入れ、熱交換器自体を回転、一方向回転、正逆回転、熱交換部の揺動運動などにより、送風や攪拌などを各々用途に合わせて行い、回転数を変えることで能力を任意に変更したりすることができ、それらを単数個、複数個使用することで、殆ど直接、熱交換と送風、攪拌などを兼ねた回転体を基本とし、その回転体の可動部の一端、又は両端から中空ほうろうモーター、ＡＣ、ＤＣ可変式を使用したり、固定式を使用する場合もある。特に攪拌などの場合、中空ギヤードモーターなどを使用し、可動軸を何れかの一端か両端から駆動し、回転させることで気体では風、液体では攪拌などを視野に入れ、更に重加重の場合、可動軸にタイミングプーリー、或いは単数個、複数個のＶベルト等を使用するか、チェーンやスプロケットを用いて動力伝達を行うこともあり、標準的に固定軸、即ち冷媒の入り口、冷媒の出口静止位置より行い、その中間部にガス液体封止式ロータリージョイントか封止シールを設け、可動軸部は駆動用中空ほうろうモーターか軸受け機構を入り口、出口側駆動軸に設置し、固定し、中空ほうろうモーターを使用しない場合、スプロケット、或いはタイミングベルト、Ｖプーリー等の伝導形式を取る場合もあり、その目的に合わせて選択し、装着、機能させること。この場合において、回転シールロータリージョイント部分は使用目的に対して、カバープレートなどの封止機構を使用する場合もあること。
- 本原理の使用により、熱交換を相互に行うことが可能になり、貯湯方式などで効率の良い収熱をすることにより、サブ貯湯層に効率よく温水を貯湯することも可能で、特に深夜電力を活用した電気温水器、省エネルギー型ＩＨ温水器、ソーラー温水器等の貯湯層よりサブ貯湯層に効率よく熱の転嫁をはかることが可能になり、この場合、いろいろな方法はあるが、回転式ロータリー熱交換器を両方に相互に活用することで、効率の良い熱の転嫁をはかることもできるものである。即ち、エアーコンディショナーや扇風機、電気温水器、貯湯層から貯湯層への熱の転送、貯湯層を持つことで、その構造が極めて簡単で封止しやすく、貯湯層に真空断熱等を施すことで、より必要に応じた貯湯を複数個することが可能になり、温水器の設置スペースの限られた所へ設置が可能になり、より快適なライフスタイルを提案することができるものであること。
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