JP6675571B1 - Heating and cooling system using a device that rotates molecules by vibration - Google Patents
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Abstract
瞬時エネルギー変換装置1を適用した暖冷房システムは、高圧熱冷媒を縦振動回転させて液化させる螺旋状太管23と、螺旋状太管23に接続され、液冷媒を横振動回転させて中圧過冷却させる螺旋形状管22と、螺旋形状管22に接続され、液冷媒をスピン振動回転させて減圧膨張させる螺旋状細管21とを有する。また、冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された冷媒の熱を放熱させる渦巻管70と、を有する。The heating / cooling system to which the instantaneous energy conversion device 1 is applied is connected to the spiral thick tube 23 for spirally rotating the high-pressure heat refrigerant to liquefy, and the spiral thick tube 23, and horizontally vibrates the liquid refrigerant to rotate at medium pressure. It has a spiral-shaped tube 22 for supercooling, and a spiral thin tube 21 connected to the spiral-shaped tube 22 for spin-oscillating and rotating a liquid refrigerant to expand it under reduced pressure. Moreover, it has the compressor which compresses a refrigerant, and the spiral tube 70 which radiates the heat of the compressed refrigerant.
Description
本発明は、分子を振動回転させる装置を用いた暖冷房システムに関するものである。 The present invention relates to a heating / cooling system using a device for rotating molecules by vibration.
速度−熱変換器およびこれを用いた暖冷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または複数並列に配列して形成するものである。 The inventors of the present application have already proposed a speed-heat converter and a heating / cooling system using the same in Patent Document 1 and the like. As described in Patent Document 1, the speed-heat converter is formed by arranging one or more series tubes in which a spiral thin tube and a spiral thick tube are connected in series, or in parallel.
本願の発明者は、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、液化した液熱媒体を螺旋状細管で減圧気化し、さらに螺旋状太管において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気化された熱媒体を完全気化し、これにより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している。また、熱媒体を逆に流すことによって冷房システムとして利用することができることを示し、これによって全体として暖冷房システムを提供している。 In Patent Document 1, the inventor of the present application discloses that a heat medium discharged from a compressor is introduced into a heat exchanger to radiate heat to the environment, and a liquefied liquid heat medium is decompressed and vaporized by a spiral thin tube. Complete vaporization of the vaporized heat medium by assisting vaporization while maintaining the decompression condition formed by the spiral tubule, and introducing the resulting heat medium to the compressor directly or through a condenser. To build a heating system. In addition, it is shown that the heating medium can be used as a cooling system by flowing the heat medium in reverse, thereby providing a heating and cooling system as a whole.
本発明は、このような従来の暖冷房システムをさらに進化させ、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暖冷房システムを提供することを目的とする。 The present invention further evolves such a conventional heating and cooling system, and provides a heating and cooling system capable of exhibiting a sufficient heating effect and a sufficient cooling effect while significantly reducing power consumption. Aim.
前記目的は、以下(1)〜(5)の本発明により達成される。 The above object is achieved by the present invention of the following (1) to (5).
(1) 高圧の熱媒体を縦振動回転させて液化させる螺旋状太管と、
前記螺旋状太管に接続され、液熱媒体を横振動回転させて中圧過冷却させる螺旋形状管と、
前記螺旋形状管に接続され、前記液熱媒体をスピン振動回転させて減圧膨張させる螺旋状細管とを有することを特徴とする瞬時エネルギー変換装置。(1) a helical thick tube that liquefies by rotating a high-pressure heat medium by longitudinal vibration,
A helical pipe connected to the helical thick pipe, and laterally rotating the liquid heat medium to supercool the medium pressure;
A helical thin tube connected to the helical tube and configured to rotate the liquid heat medium by spin vibration rotation to reduce the pressure and expand the helical tube.
(2) 前記熱媒体を圧縮するコンプレッサと、
圧縮された前記熱媒体の熱を放熱させる渦巻管とを有する上記(1)に記載の瞬時エネルギー変換装置。(2) a compressor for compressing the heat medium;
The instantaneous energy conversion device according to (1), further including a spiral tube configured to release heat of the compressed heat medium.
(3) 前記螺旋状細管から前記螺旋状太管へ向かって前記熱媒体を流すように制御を行うことで暖房として機能する上記(1)または(2)に記載の瞬時エネルギー変換装置。 (3) The instantaneous energy conversion device according to (1) or (2), wherein the instantaneous energy conversion device functions as heating by controlling the flow of the heat medium from the spiral thin tube to the spiral thick tube.
(4) 前記螺旋状太管から前記螺旋状細管へ向かって前記熱媒体を流すように制御を行うことで冷房として機能する上記(1)または(2)に記載の瞬時エネルギー変換装置。 (4) The instantaneous energy conversion device according to (1) or (2), wherein the instantaneous energy conversion device functions as cooling by controlling the flow of the heat medium from the thick spiral tube to the thin spiral tube.
(5) 高圧の熱媒体を縦振動回転させて液化させる螺旋状太管と、液熱冷媒をスピン振動回転させて減圧膨張させる螺旋状細管との間に接続して用いられ、
前記液熱媒体を横振動回転させて中圧過冷却させる螺旋形状管を備えることを特徴とする瞬時エネルギー変換装置。(5) It is used by being connected between a helical thick tube that liquefies by rotating a high-pressure heat medium longitudinally and liquefied and a helical thin tube that spins and rotates the liquid heat refrigerant to decompress and expand;
An instantaneous energy conversion device, comprising: a helical tube that rotates the liquid heat medium in a transverse vibration and supercools the medium pressure.
図1に、好適な実施形態に係る瞬時エネルギー変換装置の構成を示す。本実施形態に係る瞬時エネルギー変換装置1は、暖冷房システムとして用いられ、熱媒体(冷媒)を圧縮するコンプレッサ10と、熱交換器50と、速度−熱変換器20と、渦巻管70と、を備える。なお、瞬時エネルギー変換装置1で用いる熱媒体としては、特に限定されず、例えば、HFC−134a、R−1234yf等を用いることができるが、オゾン破壊係数および地球温暖化係数が低く環境に優しいことから、特にR−1234yfを用いることが好ましい。
FIG. 1 shows a configuration of an instantaneous energy conversion device according to a preferred embodiment. The instantaneous energy conversion device 1 according to the present embodiment is used as a heating / cooling system, and compresses a heat medium (refrigerant), a
速度−熱変換器20は、図2に示すように、熱媒体の分子を縦振動回転させて熱媒体を液化させる螺旋状太管23と、螺旋状太管23の一端に接続され、液化した熱媒体(以下「液熱媒体」とも言う)の分子を横振動回転させて液熱媒体を中圧過冷却させる螺旋形状管22と、螺旋形状管22の一端に接続され、液熱媒体の分子をスピン振動回転させて液熱媒体を減圧膨張させる螺旋状細管21とを備える。つまり、螺旋状太管23と螺旋形状管22と螺旋状細管21とで熱媒体にそれぞれ異なる回転振動を生じさせる。これら3つの管21、22、23のうち、特に、螺旋形状管22は、形状管であり、熱媒体の熱によって内部が変形し、除熱すると形状が復帰する物理的特性を有する。
As shown in FIG. 2, the speed-
また、螺旋状太管23と螺旋形状管22とは中継管24により結合されており、螺旋形状管22と螺旋状細管21とは中継管25により結合されている。つまり、螺旋状太管23、螺旋形状管22および螺旋状細管21は、この順で直列に接続されている。なお、螺旋状太管23と螺旋形状管22と螺旋状細管21とが中継管24、25で接合されてなる直列管200は、図示の構成では、2本並列に設けられている。ただし、直列管200の本数は、特に限定されず、1本であってもよいし、3本以上並列に設けられていてもよい。直列管200の本数は、例えば、熱媒容量(暖房、冷房能力)に応じて設定することができる。
Further, the spiral
また、各直列管200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26が接続されている。また、各直列管200における螺旋状太管23側の端部には、これら複数の螺旋状太管23を結合する集合管27が接続されている。集合管26は、熱交換器50から導入される熱媒体を螺旋状細管21に淀みなく導入するためのバッファとして機能し、集合管27は、渦巻管70から導入される熱媒体を螺旋状太管23に淀みなく導入するためのバッファとして機能する。
A
螺旋状細管21の内径は、螺旋状太管23の内径よりも小径である。螺旋状細管21の内径は、螺旋状太管23の内径よりも小径であればよく、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、1〜5mm程度とすることができる。同様に、螺旋状太管23の内径は、螺旋状細管21の内径よりも大径であればよく、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、2〜10mm程度とすることができる。
The inner diameter of the helical
また、螺旋形状管22の内径は、螺旋状細管21および螺旋状太管23の内径との関係において特に制限されず、螺旋状細管21の内径よりも小径であってもよく、螺旋状細管21の内径以上かつ螺旋状太管23の内径以下であってもよく、螺旋状太管23の内径より大径であってもよい。図示の構成では、螺旋形状管22は、螺旋状細管21とほぼ同じ内径を有する。
The inner diameter of the
また、図示の構成では、螺旋状細管21の螺旋径は、螺旋状太管23の螺旋径よりも小径である。螺旋状細管21の螺旋径は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、15〜20mm程度とすることができる。同様に、螺旋状太管23の螺旋径は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、35〜40mm程度とすることができる。ただし、螺旋状細管21および螺旋状太管23の螺旋径およびその大小関係は、これに限定されない。
In the illustrated configuration, the spiral diameter of the spiral
また、螺旋形状管22の螺旋径は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、螺旋状細管21および螺旋状太管23の螺旋径との関係においても特に制限されず、螺旋状細管21および螺旋状太管23の少なくとも一方よりも小径であってもよいし、大径であってもよい。図示の構成では、螺旋形状管22は、螺旋状細管21とほぼ同じ螺旋径を有する。
The helical diameter of the
また、図示の構成では、螺旋状細管21の全長は、螺旋状太管23の全長よりも短い。螺旋状細管21の全長は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、500〜1000mm程度とすることができる。同様に、螺旋状太管23の全長は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、例えば、1500〜2000mm程度とすることができる。ただし、螺旋状細管21および螺旋状太管23の全長およびその大小関係は、これに限定されない。
In the illustrated configuration, the entire length of the spiral
また、螺旋形状管22の全長は、熱媒容量等によって適宜設定することができ、螺旋状細管21および螺旋状太管23の全長との関係においても特に制限されず、螺旋状細管21および螺旋状太管23の少なくとも一方よりも短くてもよいし、長くてもよい。図示の構成では、螺旋形状管22は、螺旋状細管21とほぼ同じ全長を有する。
Further, the total length of the
以上のような螺旋状細管21、螺旋形状管22および螺旋状太管23は、例えば、以下のような方法により形成される。特許文献1で述べられていることではあるが、まず、銅管を準備し、この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)まで絞って直管を形成する。さらに、この直管を螺旋状に巻いて螺旋状管とすることにより、螺旋状細管21、螺旋形状管22および螺旋状太管23が形成される。
The helical
銅管を捩じることにより、図3に示すように、螺旋状細管21、螺旋形状管22および螺旋状太管23の内壁に傾斜した溝60が形成される。この溝60は、螺旋状太管23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される。さらには、溝60が形成された直管を螺旋状に巻くことにより、螺旋の外側においては全体として長さ方向へ引っ張られ、溝60のピッチが直管状態と比べて広がり、これとは反対に、螺旋の内側においては全体として長さ方向へ圧縮され、溝60のピッチが直管状態と比べて狭くなる。また、直管を螺旋状に巻く過程で、銅管を軸方向に捩じることにより、少なくとも1つの「くびれ」が形成される。なお、溝60の送り角度およびピッチや「くびれ」の形成位置および数は、螺旋状細管21、螺旋形状管22および螺旋状太管23でそれぞれ適宜設定される。
By twisting the copper tube, as shown in FIG. 3, an
このように、溝60のピッチが螺旋状管の外側と内側とで異なっていること、さらには、「くびれ」が形成されていることによって、螺旋状細管21では熱媒体がスピン振動回転し、螺旋形状管22では熱媒体が横振動回転し、螺旋状太管23では熱媒体が縦振動回転し、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である。言い換えると、螺旋状細管21では、その内部で熱媒体がスピン振動回転するように溝60の送り角度およびピッチや「くびれ」の形成位置および数が設定され、螺旋形状管22では、その内部で熱媒体が横振動回転するように溝60の送り角度およびピッチや「くびれ」の形成位置および数が設定され、螺旋状太管23では、その内部で熱媒体が縦振動回転するように溝60の送り角度およびピッチや「くびれ」の形成位置および数が設定されている。ただし、螺旋状細管21、螺旋形状管22および螺旋状太管23の構成や形成方法としては、それぞれ、その機能を発揮することができれば特に限定されない。
As described above, since the pitch of the
図1に示すように、集合管26(速度−熱変換器20の一端)とコンプレッサ10との間には熱交換器50が設けられている。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。また、集合管26と熱交換器50とは配管51で接続されており、コンプレッサ10と熱交換器50とは配管52で接続されている。配管51、52の内径は、螺旋状太管23より大径であればよく、例えば、螺旋状太管23の内径の3倍程度とすることができる。
As shown in FIG. 1, a
一方、集合管27(速度−熱変換器20の他端)とコンプレッサ10との間には渦巻管70が設けられている。渦巻管30は、例えば、コンプレッサ10の圧縮熱を放熱するためのもので、ファンにより冷却される。また、集合管27と渦巻管70とは配管71で接続されており、コンプレッサ10と渦巻管70とは配管72で接続されている。
On the other hand, a
この渦巻管70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。瞬時エネルギー変換装置1によれば、コンプレッサ10の回転数を従来よりもはるかに低い1000rpm以下に抑えても、十分な暖冷房効果を発揮することができ、その分、コンプレッサ10の発熱を抑えることができる。そのため、渦巻管70は、十分に短く小型とすることができる。
This
また、本実施形態は、瞬時エネルギー変換装置1を暖冷房システムとして使用するものであるから、冷房時と暖房時とでコンプレッサ10の入力と出力を逆に切り替える機構が必要となる。そこで、コンプレッサ10の入力口と出力口とに切替器80(四方弁)が設けられている。
Further, in the present embodiment, since the instantaneous energy conversion device 1 is used as a heating and cooling system, a mechanism for switching the input and output of the
次に、暖房サイクルおよび冷房サイクルについて説明する。図1中の矢印Aで示す暖房時には、コンプレッサ10において熱媒体を高圧高温ガスとして、熱交換器50に導入する。なお、高圧とは、暖房サイクル内において相対的に高い圧力を意味し、高温も暖房サイクル内において相対的に高い温度を意味する。熱媒体は、熱交換器50において放熱し、中温の液体となる。液体となった熱媒体は、速度‐熱変換器20に導入される。そして、螺旋状細管21内での熱媒体のスピン回転振動によるエネルギー放射によって熱媒体が減圧膨張され、その下流に位置する中継管25内で熱媒体が略気化(ガス化)する。しかしながら、ここでは、未だ湿った状態の気化である。この略気化された熱媒体が螺旋形状管22および螺旋状太管23に順に導入され、螺旋形状管22内での熱媒体の横回転振動によるエネルギー放射および螺旋状太管23内での熱媒体の縦回転振動によるエネルギー放射によって完全に気化(ガス化)される。このようにしてガス化された熱媒体は、渦巻管70を通ってコンプレッサ10へ戻される。
Next, the heating cycle and the cooling cycle will be described. At the time of heating indicated by arrow A in FIG. 1, the heat medium is introduced into the
図1中の矢印Bで示す冷房時には、コンプレッサ10において熱媒体を高圧高温ガスとして、渦巻管70に導入する。渦巻管70では熱媒体からコンプレッサ10の熱が放熱され、熱媒体の流速を早くするため、速度−熱変換器20に導入される。そして、螺旋状太管23内での熱媒体の縦回転振動によるエネルギー放射によって熱媒体が略100%液化する。螺旋状太管23の下流側に接続された螺旋形状管22および螺旋状細管21も、螺旋状太管23と同様に熱媒体を液化させる機能を備えているが、ここでは、主に、液化した熱冷媒を減圧冷却している。具体的には、螺旋状太管23で略液化された熱媒体が螺旋形状管22に導入され、螺旋形状管22内での熱媒体の横回転振動によるエネルギー放射によって中圧過冷却される。なお、中圧とは、速度−熱変換器20の入口圧よりも低く出口圧よりも高いことを意味する。さらに、この中圧過冷却された熱媒体が螺旋状細管21に導入され、螺旋状細管21内での熱媒体のスピン回転振動によるエネルギー放射によって減圧膨張される。このようにして減圧膨張した液体の熱媒体は、熱交換器50に導入され、熱交換器50で熱交換されて気化(ガス化)し、コンプレッサ10へ戻される。なお、螺旋状細管21は、その内部で熱媒体をスピン回転振動させることにより熱媒体の流速を速くするため、従来の膨張弁のような機能を発揮する。これにより、熱交換器50での熱交換がより効果的に行われる。
During cooling shown by arrow B in FIG. 1, the heat medium is introduced into 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、螺旋形状管22および螺旋状太管23の条件を以下に示す。括弧内は、数値の範囲である。なお、下記の表1および表2に示す条件は一例であり、この条件は、求められる暖房能力および冷房能力に応じて適宜変更されることは言うまでもない。
The conditions of the
以上説明したように、本発明に係る瞬時エネルギー変換装置1によれば、膨張弁、コンデンサ、レシーバタンクの不要な暖冷房システムを構成することができる。また、螺旋状細管21、螺旋形状管22および螺旋状太管23のそれぞれで熱媒体の分子に回転振動がかかり、運動エネルギー放射が連続して生じるため、冷房およ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る。理論的には、コンプレッサ圧を20〜40%低減させることが可能であり、電力使用量を暖房時で60〜80%減、冷房時でも最高60〜80%減とすることが可能である。
As described above, according to the instantaneous energy conversion device 1 of the present invention, a heating / cooling system that does not require an expansion valve, a condenser, and a receiver tank can be configured. In addition, since rotation vibration is applied to the molecules of the heat medium in each of the helical
なお、本実施形態において、瞬時エネルギー変換装置1を暖冷房システムに適用した場合につい説明したが、これに限定されず、瞬時エネルギー変換装置1を暖房のみのシステムあるいは冷房のみのシステムに適用してもよい。また、本実施形態では、瞬時エネルギー変換装置1が渦巻管70を有しているが、渦巻管70は、省略してもよい。上述したように、コンプレッサ10から生じる熱が低いため、渦巻管70を用いなくても十分に暖冷房効果を発揮することができる。また、本明細書の理解において、特許文献1を参酌することができる。
In this embodiment, the case where the instantaneous energy conversion device 1 is applied to a heating and cooling system has been described. However, the present invention is not limited to this, and the instantaneous energy conversion device 1 is applied to a heating only system or a cooling only system. Is also good. Further, in the present embodiment, the instantaneous energy conversion device 1 has the
以上のように、本発明に係る瞬時エネルギー変換装置1は、高圧熱冷媒を縦振動回転させて液化させる螺旋状太管23と、螺旋状太管23に接続され、液冷媒を横振動回転させて中圧過冷却させる螺旋形状管22と、螺旋形状管22に接続され、液冷媒をスピン振動回転させて減圧膨張させる螺旋状細管21とを有する。そのため、電力使用量を大幅に削減することができる。したがって、その産業上の利用可能性は大きい。
As described above, the instantaneous energy conversion device 1 according to the present invention includes the spiral
1 瞬時エネルギー変換装置
10 コンプレッサ
20 熱変換器
200 直列管
21 螺旋状細管
22 螺旋形状管
23 螺旋状太管
24 中継管
25 中継管
26 集合管
27 集合管
30 渦巻管
50 熱交換器
51 配管
52 配管
60 溝
70 渦巻管
71 配管
72 配管
80 切替器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Instantaneous
Claims (5)
前記螺旋状太管に接続され、前記冷媒の分子を振動および回転させ、中圧常温で液化させる螺旋形状管と、
前記螺旋形状管に接続され、前記冷媒の分子を振動および回転させ、熱放射をさせる螺旋状細管とを有することを特徴とする瞬時エネルギー変換装置。 A thick spiral tube that vibrates and rotates molecules of the refrigerant discharged from the compressor and liquefies at medium pressure and room temperature,
A spiral tube connected to the spiral thick tube, vibrating and rotating the molecules of the refrigerant , and liquefying at a medium pressure and normal temperature,
A helical tubing connected to the helical tube and vibrating and rotating the molecules of the refrigerant to radiate heat.
圧縮された前記熱媒体の熱を放熱させる渦巻管とを有する請求項1に記載の瞬時エネルギー変換装置。 A compressor for compressing the heat medium,
The instantaneous energy conversion device according to claim 1, further comprising: a spiral tube configured to release heat of the compressed heat medium.
前記冷媒の分子を振動および回転させ、中圧常温で液化させる螺旋形状管を備えることを特徴とする瞬時エネルギー変換装置。
Vibrating and rotating the molecules of the refrigerant discharged from the compressor, between a helical thick tube that liquefies gas at medium pressure and room temperature, and a helical thin tube that vibrates and rotates the molecules of the refrigerant to radiate heat Connected and used
An instantaneous energy conversion device comprising a helical tube that vibrates and rotates the molecules of the refrigerant to liquefy at a medium pressure and an ordinary temperature.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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PCT/JP2019/021802 WO2020240847A2 (en) | 2019-05-31 | 2019-05-31 | Heating and cooling system using molecular rovibration device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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