JP6357598B1 - Air conditioning system - Google Patents
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Abstract
【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[PROBLEMS] To further improve a conventional air-conditioning system and exhibit a sufficient heating effect and a sufficient air-cooling effect while greatly reducing power consumption. A spiral thick tube that oscillates and rotates a heat medium to liquefy, and a spiral tubule that is connected to the spiral thick tube and spin-rotates and rotates the liquid heat medium to decompress and expand. First and second speed-heat converters 20A and 20B having a helical tube having a smaller diameter, a compressor 10 for compressing the heat medium, and a heat radiating short pipe 30 for radiating the heat of the compressed heat medium, The heat medium sent to the short heat radiating pipe 30 is sent to the second speed-heat converter 20B and decompressed and expanded to form a liquid heat medium, and the liquid heat medium is heat-exchanged in the heat exchanger 50, The compressed heat medium is sent to the heat exchanger 50, the sent liquid heat medium is sent to the first speed-heat converter 20A, and the first speed-heat converter 20A is decompressed and expanded to be vaporized. [Selection] Figure 1
Description
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。 This invention includes a spiral narrow tube, the speed and a helical JoFutoshikan of large diameter than the spiral narrow tube connected to the spiral narrow tube - relates heating and cooling system using hot converter.
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。
The inventor of the present application has already proposed a speed-heat converter and an air conditioning system using the same in
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。
The inventor of the present application shows in
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。 Further, it is shown that cooling can be performed by flowing the heat medium in reverse, thereby providing a cooling / heating system as a whole.
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。 As a result of extensive research on the above-described air conditioning system, the present inventor has found that it is sufficient to simply reverse the flow direction of the heat medium in a system in which the heat medium loops through the compressor, speed-heat converter, and heat exchanger. It was discovered that it was difficult to exhibit the heating effect and sufficient cooling effect.
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。 The present invention aims to further improve such a conventional air conditioning system and provide an air conditioning system capable of exhibiting a sufficient heating effect and a sufficient cooling effect while greatly reducing the amount of electric power used. .
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。
The cooling / heating system according to the present embodiment includes a spiral thick tube that vibrates and rotates a heat medium to liquefy, and a spiral thin tube that is connected to the spiral thick pipe and spin-rotates and rotates the liquid heat medium to decompress and expand. first and second speed having a small-diameter helical tubules than spiral JoFutoshikan - heat converter, a compressor for compressing a heat medium, a heat radiation short pipe for radiating heat of compressed heat medium, The heat medium sent to the heat radiating short pipe is sent to the second speed-heat converter and expanded under reduced pressure to exchange heat in the liquid heat medium in the heat exchanger, while the compressed heat medium is transferred to the heat exchanger. This is a heating and cooling system in which the liquid heat medium sent and sent is sent to the first speed-heat converter, and is decompressed and expanded in the first speed-heat converter .
The inner diameter of the spiral capillary of the first speed-heat converter is larger than the inner diameter of the spiral capillary of the second speed-heat converter.
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。
Embodiments of an air conditioning system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 1 shows a configuration of an air conditioning system according to the first embodiment. The air conditioning system according to the first embodiment includes a
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。
Although the first speed-heat converter 20A and the second speed-
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。
A
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。
The inner diameter of the spiral capillary 21 of the first speed-heat converter 20A is different from the inner diameter of the spiral capillary 21 of the second speed-
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。
The inner diameter of the spiral
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。
The first speed - heat converter inside diameter of the spiral
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。
Furthermore, the dimension of each part of the
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。
It goes without saying that the dimensions shown above are values that are appropriately changed depending on the cooling capacity and heating capacity of the cooling and heating system. Furthermore, the air conditioning system according to the present embodiment includes a heat radiation short pipe 30. The heat radiation short pipe 30 can be constituted by a mini-cooler having a capacity of about 1/20 of the capacity of a normally used capacitor. Further, the heat radiation short pipe 30 can be used only during the cooling operation. The heat dissipation short pipe 30 is provided to dissipate the compression heat of the
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。
Further, the air conditioning system according to the present embodiment is provided with a
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。
A heat exchanger 50 is provided between the first speed-
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。
The
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。
In the spiral
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。
Then, the
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。
On the other hand, when the spiral
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。
The gap between the grooves is different between the outside and the inside. Further, as described in
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。
Since the present embodiment is used as an air conditioning system, a switcher (four-way valve) 70 is provided between the input port and the output port of the
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。
The conditions of the
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。
Under the above conditions, at the time of heating, the heat medium is changed to a high-pressure high-temperature gas in the
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。
Further, at the time of cooling, the heat medium is compressed into a high-temperature gas in the
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。
The operation state in which the air conditioning system according to the present embodiment having the above configuration is applied to an automotive air conditioning system using Freon R134a is as follows. The rated cooling speed of the compressor, 940 rpm,
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。 In this embodiment, energy consumption can be reduced with high efficiency in both cooling and heating. The compressor pressure can be reduced by 20% to 40%, and the amount of power used can be reduced by 60 to 80% during heating and by a maximum of 60 to 80% even during cooling. In the present embodiment, the inner diameter of the spiral tubule and the spiral tubule is 1.8 to 4.0 mm, and the spiral groove on the inner wall of the spiral tubule and the spiral tubule has been described with reference to FIGS. By being formed in this way, the greatest feature is that spin vibration is applied to the heat medium and kinetic energy radiation is continuously generated.
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)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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。 A spiral thick tube that oscillates and rotates a heat medium to liquefy, and a spiral tubule that is connected to the spiral thick tube and spin-rotates and rotates the liquid heat medium to expand under reduced pressure, and has a diameter smaller than that of the spiral thick tube. First and second velocity-to-heat converters having spiral tubules ;
A compressor for compressing the heat medium ;
A heat dissipation short pipe that dissipates the heat of the compressed heat medium ;
The heat medium sent to the heat radiating short pipe is sent to the second speed-heat converter and expanded under reduced pressure to exchange heat in the liquid heat medium in the heat exchanger, while the compressed heat medium is transferred to the heat exchanger. A heating and cooling system for sending and feeding the liquid heat medium sent and sent to the first speed-to-heat converter, wherein the first speed-to-heat converter is decompressed and expanded and vaporized ;
The air conditioning system according to claim 1, wherein an inner diameter of the spiral capillary of the first speed-heat converter is larger than an inner diameter of the spiral capillary of the second speed-heat converter .
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