JPH10500764A

JPH10500764A - 空気エネルギーの８字型循環空気調節装置−微分冷谷管の応用

Info

Publication number: JPH10500764A
Application number: JP7525331A
Authority: JP
Inventors: 阿明吉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 1998-01-20
Also published as: US5775114A; AU1804095A; CN1110394A; WO1995027177A1

Abstract

(57)【要約】一種の空気エネルギー・ヒートポンプＪ管、凝縮Ｊ管、低差圧エネルギー・コンバーション・ヒートポンプより構成されて、空気エネルギーを主な冷凍（製熱）循環動力（８字循環と略称する）としている全新鮮空気省エネルギー高級空気調節装置である。その理論的な熱力学エネルギー・コンバーション効率ＥＥＲ値は∞の方向にアプローチして、カルノーサイクル効率より遙かに高い。実際に空気調節装置システムの中で、ファン、循環ポンプエネルギー制御などのエネルギーを消耗する部品が要るので、実際のＥＥＲ値は２０−３５に達成できる。現在の空気調節装置の発展を厳しく制約している三つの難題（高エネルギー消耗のこと、フレオンの冷凍剤としての使用が制限されていること、室内空気調節品質の低いこと）は同時に解決することができる。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称空気エネルギーの８字型循環空気調節装置−微分冷谷管の応用技術分野この発明は冷凍設備、更に具体的に言えば、空気エネルギーを主な冷凍（製熱）循環動力としている低差圧ヒート・ポンプ空気調節装置（以下、８字機器と略称する）に関する。背景技術空気エネルギーとは自然空気の中に含まれている冷凍（製熱）用のエネルギーである。微分冷谷管（Ｊ管）は単位面積の熱流量が大きく、終点伝熱温度差をゼロに無限にアプローチさせる高効率換熱器である。８字機器は空気エネルギー・ヒートポンプＪ管、超凝縮Ｊ管、低圧差エネルギー・コンバージョン・ヒートポンプＭより構成された全新鮮空気調節装置で、その温度−エントロピ図は８字型の熱力学循環であるため、空気エネルギーを充分に利用できることによって、冷凍（製熱）の過程に必要な循環動力を補って、非常に高い熱力学循環効率を持っている。８字機器のもう一つの特徴は、空気調節での冷凍（製熱）量の輸出が１００％の室外新鮮空気を採用することにより、はじめて最高熱力学循環効率を得ることができる。熱力学第２法則に基づいて、熱量は自発的に高温物体から低温物体に伝導し、自発的には低温物体から高温物体に伝導できないことになっている。カルノー・サイクルやローレンツ・サイクルは熱力学効率の一番高い理想的な循環で、各種の空気調節装置の指導的な理論である。上記の理論にしたがって開発された現在の各種類の空気調節装置は、その冷凍過程が必ず高品質エネルギーを消費したり、疑したりする過程で、それにより現在の各種類の空気調節装置の熱力学循環効率がカルノー・サイクル効率より遙に低いことになっている。空気調節とは室内空気のエネルギー状態及び空気の品質を調節し、人体の快適性と生理衛生の要求とを満足させるものである。高エネルギー損失と低エネルギー・コンバージョン効率は現在の空気調節装置の最大欠陥である。２０ｍ²、２〜３人の部屋に対して、密閉式の気流循環を採用すると、必要な冷凍量はほぼ３５００Ｗである。現在のＥＥＲ値の高い蒸気圧縮式空気調整装置を使うと、消費電力は約１３００〜１７００Ｗである。室内空気の汚染は主に室内物品及び人体の生命代謝運動により発生する。密閉式気流循環は室内の汚気を吸入し、冷凍させてから、続けて室内に輸入するため、この気流循環の結果は汚濁状態が絶えず激しく在るような反復性的な悪循環で、人間の健康にとても不利である。もし、１００％の新鮮空気を使用する場合は、それだけ消費電力２倍以上にもなり、このように高い消費電力は普及的な民生用空気調節装置に対して現実的なことではなく、特に中国の電力施設は現在の空気調節装置の需要量を満足するものではない。発明の内容高品質の気体エネルギー調節は、現代の空気調節装置の唯一の活路である。そうでないと、人間の生理衛生の要求に満足できない。冷凍過程のエネルギー・コンバージョン効率はこの課題の焦点で、またエンジニアがそのため何世紀も奮闘してきた目標である。冷凍された空気のエネルギー（室外の熱空気のエネルギーはもっと高い）の助けを借りて、冷凍循環に必要なエネルギーを補いながら、エネルギーを消耗する消耗冷凍過程は逆にエネルギーの貯蔵と動力の発生という過程になる。（取得したエネルギー）≧（冷凍のための必要エネルギー）である限り、冷凍システムを自動的に運転させることができる。そのため、もちろん高い蒸発温度と低い凝縮温度が必要であり、換熱過程で空気調節装置に必要な冷（熱）谷温度を取るべきである。この発明は、空気エネルギー・ヒートポンプＪ管（Ｊ₁）、超凝縮Ｊ管（Ｊ₂）、低差圧エネルギー・コンバージョン・ヒートポンプ（Ｍ）より構成されて、冷凍された空気エネルギーが充分に利用できることによって、これを冷凍用の熱力学循環動力としている全新鮮空気（輸入する冷たい空気は全く室外の新鮮空気である）、全換気（凝縮空気は全く室内の空気である）という８字型循環空気調節装置（８字機器と略称する）である。その特徴はＴＳ図で、作業物質はＴ₁− Ｔ₂の連続的な不等温吸熱アーク線とＴ₃−Ｔ₄の連続的な不等温放熱アーク線がＪ点に交差して、作業物質の流動方向は冷凍される空気（Ｔ₂−Ｔ₁）と凝縮空気（Ｔ₄−Ｔ₃）の流動方向に反対し、温度変化は同期的で、かつ伝熱温度差はゼロにアプローチし、作業物質は冷凍剤Ｘと吸収剤ｉより組み合わせる作業物質対である。Ｔ₁は冷谷温度、Ｔ₂は熱谷温度（室外環境温度）、Ｔ₃は凝縮空気の排気温度、Ｔ₄は室内空気の湿球温度である。図面の簡単な説明図１は８字循環温度エントロピＴＳ図である。図２は理想的なカルノー・サイクル、ローレンツ・サイクルと８字循環のＴＳ対比図である。図３は８字機器の冷凍過程の概念図である。質が非共沸混合冷凍剤であるローレンツ冷凍機のＴＳ比較図である。図５は図４に対応する圧力エンタルピーｐｈ比較図である。図６は刀字型Ｔ−Ｓ循環図である。図７は窓型８字機器である。発明の最良の実施方式図１は８字循環の温度エントロピＴＳ図である。冷凍循環の中でＴ₂は熱谷温度、すなわち室外空気乾球温度である。Ｔ₂＝Ｔ_k （熱谷は最高温度点である）。Ｔ₁は冷谷温度で、すなわち冷風輸出温度である。Ｔ₁＝Ｔ₀（冷谷は最低温度点である）。Ｔ₄は空気調節部屋の空気湿球温度である。Ｔ₃は凝縮空気の排気温度である。Ｉ区は１−Ｊ−２過程である。これは、冷凍作業物質対がＴ₀−Ｔ_kの連続的な変温吸熱（空気エネルギーの貯蔵）過程である。それに対応する冷凍される空気側はII区である。II区は２−Ｊ−１過程である。これは冷凍される空気がＴ_k− Ｔ₀の連続的な変温放熱過程である。 III区は３−Ｊ−４過程である。これは冷凍作業物質対がＴ₃−Ｔ₄の連続的な変温放熱過程である。それに対応するIV区は４−Ｊ−３過程である。これは凝縮空気がＴ₄−Ｔ₃の連続的な変温完全湿吸熱過程である。２−３は高温から低温まで絶熱ポンプ輸送である。４−１は絶熱膨張過程である。 △_1J4の面積は冷凍循環に必要なワークＷ₁である。△_2J3の面積は冷凍循環から取られる空気エネルギーＷ₂である。Ｗ₂は有効正味ワークである。Ｊ点は冷凍作業物質対の吸熱線と放熱線の交差点である。逆時針回り方向の△_1J4は８字循環での冷凍機である。時針回り方向の△_2J3は８字循環での空気エネルギー発動機である。Ｊ点は冷凍機と空気エネルギー発動機の直列点である。冷凍循環の必需な補償ワークはＷ₁−Ｗ₂＝△Ｗである。熱力学性能係数はＥＥＲ＝Ｑｍ／△Ｗで、Ｑｍは冷凍量である。Ｗ₂≧Ｗ₁となる時に、空気エネルギーＷ₂にたよって、自動的に運転する。この時はＥＥＲ→∞である。冷谷温度Ｔ₀が降下するにつれて、Ｔ₄も下向し、Ｊ点も下向する。Ｗ₁とＷ₂は同時に増加し、△Ｗ＝Ｗ₁−Ｗ₂は増加するのではない。したがって、８字循環はワークを消費する冷凍過程で、同時に空気エネルギーＷ₂を取得するようになる。図２は理想的なカルノー・サイクル、ローレンツ・サイクルと８字循環のＴＳ対比図である。同一のＴ_kとＴ_oの条件で、カルノー・サイクルは消費ワークが最大で、冷凍量が最小である。８字循環は冷凍量が最大で、消費ワークが最小である。ローレンツ・サイクルはカルノー・サイクルと８字循環の間にある。Ｔ_kとＴ₀の温度差が大きければ、上記の対比差も明らかになる。Ｊ管の伝熱過程は充分で、無限微分的な不等温過程である。その終点伝熱温度差は無限にゼロにアプローチする。したがって、１−Ｊ−２と３−Ｊ−４は可逆的な連続変温工程だと思われる。８字循環は二つの可逆的な連続変温と二つの等エントロピ過程より構成される。図３は８字機器の冷凍過程の概念図である。図３を参照して下さい。Ｊ₁は空気エネルギー・ヒートポンプＪ管で、Ｊ₂は超凝縮Ｊ管で、Ｍは低圧差エネルギー・コンバーション・ヒートポンプで、１３は液化ガス輸送管で、１６は輸液管で、１７は節流弁で、３は作業物質分配管で、４は間隔片で、５は熱伝導片で、６は膜状蒸発面で、７は波紋熱伝導片で、８は挟板で、９は蓄水盤で、１０は接水盤で、１１は回路管で、１２は送気ファンで、１４は排気調節窓片で、１８はノズルで、１９は排気ファンで、２０はｄＸｎ微分絶熱片で、２１はｄＹｎ微分絶熱片である。Ｊ₁は熱伝導片によって熱交換する。図２で平行に配列された平面状の金属熱伝導片はＪ₁をＩ区とII区に分けている。Ｉ区は熱伝導片とｄＸｎ微分絶熱片より構成されて、Ｔ_o−Ｔ_kの冷凍作業物質が無限微分する不等温吸熱（エネルギー貯蔵）区（ｄＸｎ流路）である。II区は熱伝導片と波紋熱伝導片より構成されて、Ｔ_k−Ｔ_oの冷凍される空気が無限微分する不等温放熱区（ｄＹｎ流路）である。波紋熱伝導片は薄金属材料で作られて、ｄＹｎ方向の熱伝導量がゼロに見られて、ｄＹｎ方向に熱伝導片を多くのバー型の温度区域に絶熱してカットすることができる。また、熱伝導片と空気の熱交換面積を増大する。ｄＸｎ微分絶熱片は熱抵抗の大きい非金属材料で作られて、ｄＸｎ方向に熱伝導片を多くのバー型の漸度区域に絶熱してカットする。したがって、熱伝導片は、ｄＸｎ、ｄＹｎ方向に無数の（ｄＸｎ、ｄＹｎ）微等温熱伝導面に絶熱してカットされて、如何なる微等温面とそれに隣接する微等温面（ｄＸ_n+1、ｄＹｎ）或いは（ｄＸｎ、ｄＹ_n _-1 ）の温度は等しくないし、その温度差もゼロにアプローチする。Ｊ₁の熱伝導面は無限微分で、且つ不等温熱伝導面であるため、Ｊ₁はＴ_o−Ｔ_k（或いはＴ_k− Ｔ_o）の連続的な変温熱伝導面で、両側の変温過程が同期的だと考えられる。熱谷温度Ｔ_kでの室外空気ａ₁は送気ファン推進力でａ₂の方向に沿って、II区のｄＹｎ流路の中で充分に連続的に変温し、熱伝導片を加熱する。冷谷温度Ｔ_o まで放熱された冷風ａ₃は排気調節窓片を通って室内に輸入する。その冷凍される過程はＴ−Ｓ図で２−Ｊ−１（Ｔ_k−Ｔ_o）の連続的な変温放熱過程に対応する。吸収剤ｉと冷凍剤Ｘよりなる希薄溶液ｇ₁は輸液管によって均一に分配されている。各作業物質分配管はノズルからＩ区で平行に配列された各ｄＸｎ流路に噴射し、ｇ₁→ｇ₁₂→ｇ₂方向にしたがって流動し、回路管はｄＸｎ流路の曲がり角の所である。ｇ₁→ｇ₁₂→ｇ₂のｄＸｎ流路での吸熱過程はＴ−Ｓ図で１−Ｊ−２（Ｔ_o−Ｔ_k）に対応する連続的な変温吸熱過程である。等圧状態Ｐ₁ではｇ₁はＴ₀ 冷谷温度から充分に連続的に変温し、熱谷温度Ｔ_kまで製熱される。ｇ₁に含まれている液体冷凍剤Ｘは次第に加熱温度Ｔ_k−Ｔ_o＝△Ｔという蒸気態冷凍剤になるように吸熱し蒸発される。ｇ₁もそれだけ加熱温度△Ｔのｇ₂濃溶液に製熱される。Ｊ₁の熱交換過程は微等温面で行って、各微等温面はその熱伝導片の両側の冷凍作業物質対ｉ、Ｘと冷凍される空気の温度をできるだけ等温度にアプローチさせて、その終点伝熱温度差は必ずゼロにアプローチするから、冷凍作業物質対のＴ_o−Ｔ_kの吸熱過程は無熱損失的可逆過程である。熱交換に実際に応用されるＪ₁ はその伝熱温度差が０．１−０．５℃で、伝熱温度差→０という厳しすぎる要求が要らない。Ｊ₁のヒートポンプ性は次のように表されている。ｇ₂とＸ₂は強く加熱し、Ｔ_o −Ｔ_kの可逆吸熱過程で△Ｔの空気エネルギーＷ₂を貯藏して、その冷凍過程はまたエネルギー貯蔵の複合過程である。Ｊ₂も熱伝導片によって熱交換する。図２で平行に配列された平面状金属熱伝導片はＪ₂をIII区とIV区に分ける。III区は熱伝導片とｄＸｎ微分絶熱片よりなる冷凍作業物質対ｇ₂とｘ₂がＴ₃−Ｔ₄の無限微分不等温で、ｇ₁に凝縮し液化された放熱区（ｄＸｎ流路）である。Ｔ−Ｓ図は３−Ｊ−４に対応する。III区に対応する凝縮空気側はIV区である。IV区は熱伝導片とｄＹｎ微分絶熱片よりなる凝縮空気がＴ₄−Ｔ₃の無限微分不等温で、完全湿吸熱区（ｄＹｎ流路）である。Ｔ−Ｓ図は４−Ｊ−３に対応する。熱伝導片の外側に多孔吸水材料で作られた膜状蒸発面が張ってあり、その膜面は良い水搬送性と吸水性及び大きい多孔表面積を持っている。水搬送性は膜状蒸発面と熱伝導片の伝熱係数を向上させることができる。多孔性は大きい湿蒸発表面積を形成することができる。こうして、凝縮過程は温度の低い完全湿吸熱過程になる。湿空気の定圧比熱ＣＰ₁は乾空気の定圧比熱ＣＰ₂よりかなり大きいから、Ｔ₄−Ｔ₃の温度上昇は小さい。ｄＸｎ微分絶熱片とｄＹｎ微分絶熱片はみな熱抵抗の大きい非金属材料を使用し作られて、熱伝導片の両面は無数の（ｄＸｎ、ｄＹｎ）微等温熱伝導面に微分絶熱でカットされるから、Ｊ₂の熱伝導片はＴ₄− Ｔ₃（或いはＴ₃−Ｔ₄）の連続的な変温熱伝導面になる。Ｊ₁から輸出される冷風ａ₃は室内で熱、湿量を摂取し、人間の快適に必要な温度、湿度ａ₄になってから、排気ファンによってIV区のｄＹｎ流路に強制的に吸入されて、ａ₅方向に沿って膜状蒸発面で水蒸気を充分に吸収し、湿球温度Ｔ₄から湿球温度Ｔ₃の飽和状態ａ₆に上昇されて、それから大気に排出される。Ｊ₁から流出される（圧力がＰ₁である）ｇ₂とＸ₂はＭポンプによってＰ₂になって、液化ガス輸送管を通ってＪ₂の各作業物質分配管に分配され、ノズルよりI II区のｄＸｎ流路に噴射される、ｇ₂→ｇ₁の方向に沿って、充分に連続的に不等温放熱し、次第に過冷希薄液ｇ₁に液化されて、ｇ₁は輸液管と節流弁を通ってＪ₁ に流入する・・・・このように繰り返して循環する。Ｊ₂の熱交換過程も無限微分の微不等温熱伝導面で行って、その終点伝熱温度差は→０である。したがって、Ｔ₃−Ｔ₄の凝縮される過程とそれに対応するＴ₄ −Ｔ₃の凝縮空気湿吸熱過程は全て可逆連続的な変温過程で、それに両側の変温は同期的である。加熱濃液ｇ₂はＴ₃−Ｔ₄の低い温度の凝縮状態でその表面分圧がＰ₂より相当低くて、気態冷凍Ｘ₂を激しく吸収し、それを液化し放熱させるような能力を持っている。したがって、Ｊ₂の超凝縮性は低温と低圧凝縮の二つの面で表現されている。これはｇ₂に貯藏されるＷ₂とＴ₃−Ｔ₄の低温凝縮という二重作用だからである。また、超凝縮はｇ₁希薄溶液を過冷させ、冷凍量が増大されて、Ｔ_oをもっと降下させる。こうして、システムの良性循環をさらに促進する。Ｊ₂は８字循環システムの中に存在された負圧発動機ということがわかっている。実際の循環でＪ₁−Ｊ₂の不等温伝熱温度差は０．１−０．５℃で、伝熱温度差 →０という厳しすぎる要求が要らない。だから、１−Ｊ−２と３−Ｊ−４の過程で相変わらず少量の不可逆ＥＮＥＲＧＹ損失が存在している。もう一方、冷凍作業物質が流体を繰り返して流動し、分配される時に必ず摩擦抵抗力が存在して、４−１過程等エントロピ過程ではなくて、等エンタルピーの節流降圧過程である。その外、不可逆ＥＮＥＲＧＹ損失も存在している。上述の如く、不可逆過程で形成されるＥＮＥＲＧＹ損失はシステムの正味ワークの損失△Ｗ₁に示されている。だから、８字機器熱力学循環に補償すべきワークＷｍ＝（△Ｗ₁＋△Ｗ）。Ｗｍは理想的な８字循環に補償すべき△Ｗより大きい。Ｗｍは低圧差エネルギー・コンバーションヒートポンプＭより提供される。Ｍの吸入排出役割は液体ｇ₂蒸気体Ｘ₂を同時にＰ₁からＰ₂に増圧し、Ｊ₂の入口に輸送する。吸収剤と冷凍剤よりなる作業物質体は図３によって熱力学的に運行させて、エネルギー輸送とエネルギー・コンバーションの過程を完成する。Ｊ₁とＪ₂の伝熱温度差が極めて小さくて、Ｊ₂の超凝縮作用Ｐ−Ｐ₁＝△Ｐの差圧が低いから、４−１過程での等エンタルピ節流ＥＮＥＲＧＹ損失と冷凍作業物質の流体摩擦抵抗力によるＥＮＥＲＧＹ損失も小さい。したがって、システムの総正味ワーク損失△Ｗ₁も小さい。こうして、８字機器は極めて高い理論的なＥＥＲ値があるだけでなく、高い熱力学的完全度がある。標準の試験動作状況の条件で、その実際のＥＥＲｍ＝Ｑｍ／Ｗｍは２０−３５に達成できる。較図である。図５はそれに対応する圧力エンタルピーＰｈ比較図である。現在の市販カルノーとローレンツ冷凍機（大型な空気調節設備を除く）は皆、風冷式凝縮器と風冷式蒸発器を採用している。風冷式凝縮器の凝縮温度が室外環境温度より１３〜１５℃高く、風冷式蒸発器の蒸発温度が冷風出口温度より８〜１２℃低く、８字機器のＪ管伝熱度差が０．１〜０．５℃であるため、同じ冷風輸出温度と同じ環境温度Ｔ_kの前提で、カルノーとローレンツ冷凍機の凝縮温度はＴ_kより大きく、凝縮圧力はＰ₂より大きく、蒸発温度はＴ₀より低く、蒸発圧力はＰ₁ より低いようになる。図４と図５の対比より実際の冷凍システムの中で、凝縮圧力が高くなるにつれて、蒸発温度が低くなり、消費電力も大きくなって、しかし冷凍量がかえって小さくなることが知られている。カルノー冷凍機の消費電力をＷ_c、冷凍量をＱ_c、ＥＥＲ_c、ローレンツ冷凍機の消費電力をＷ_L、冷凍量をＱ_L、ＥＥＲ_L、８字機器の消費電力をＷｍ、冷凍量をＱｍ、ＥＥＲｍとすれば、∵Ｗ_c＞Ｗ_L＞Ｗｍ、Ｑｍ＞Ｑ_L＞Ｑ_c、∴ＥＥＲｍ＞ＥＥＲL＞ＥＥＲ_c。８字機器は大きな吸気加熱温度をもっていて、この部分の熱量が吸収剤の温度上昇より搬送されるから、８字機器は熱容量が大きくて、伝熱係数が高い吸収剤を選ぶべきである。８字機器は大きな過冷温度（超凝縮作用の結果）をもっているから、冷凍量ＱｍはＱ_cとＱ_Lより相当大きい。カルノー、ローレンツ冷凍機のＥＥＲ値が低くて、１００％新鮮空気を採用することができないが、８字機器はただ１００％新鮮空気を採用する時にのみ、最適な熱力学循環効率を示している。図３を参照して、含湿量Ｘ₁の室外空気ａ₁がＪ₁の申で冷谷温度Ｔ₀まで放熱されるａ₃冷風になって、ａ₃含湿量がＸ₂に降下されて、Ｋ₉毎の輸入冷風の凝縮水量はＸ₁−Ｘ₂＝△Ｘ₁である。△Ｘ₁は接水盤に滴って、水道管から蓄水盤に流入して、ポンプによって、定時に、定量に、ズルよりＪ₂の膜状蒸発面に噴射される。Ｊ₂の凝縮は湿吸熱過程で、含湿量Ｘ₃の室内空気ａ₄がＪ₂の膜状蒸発面から水蒸気を吸収し、含湿量Ｘ₄の湿空気ａ₆に変わって、室外に排出される。そのＫ₉ 毎の排出空気の消費水量はＸ₄−Ｘ₃＝△Ｘ₂である。８字機器は単位時間で輸入空気と排出空気が等量的であるため、△Ｘ₁＝△Ｘ₂になると、水平衡点である。自然空気の含湿量Ｘ₁と室内の湿負荷Ｘ₃−Ｘ₂が予測できないし（ダイナミック）から、蓄水盤の申の積水量は△Ｘ₂＞△Ｘ₁の時に自動的に給水装置で補充されて、△Ｘ₁＞Ｘ₂の時に自動的にあふれ出る。図３、図６を参照して、Ｊ₁を室内機とし、Ｊ₂を室外機とする時にＪ₁の冷凍される空気は室内空気の密閉循環気流で、Ｊ₂の凝縮空気は室外から吸収されて、また室外に排出される（現在のセパレート型空気調節装置に相当する）。この時、８字機器のＴ−Ｓ図は図６の刀字型のＴ−Ｓ循環図（刀字機器と略称する）に変わった。Ｔ₂は室内空気の乾球温度である。Ｔ_sは室外空気の湿球温度である。Ｔ₃はＪ₂の排気湿球温度である。Ｔ₀＝Ｔ₁は冷谷温度で、Ｊ₁の輸出冷風温度でもある。刀字機器は実際に運営される時にＴ₂が変化する。Ｔ₂＝Ｔ₃の時、Ｊ点はＴ₂、Ｔ₃点と一つの点に重なり合って、Ｗ＝Ｏである。Ｔ₃＞Ｔ₂の時、Ｊ点は消失してしまう。刀字機器と８字機器は同一のシステムで、二つの可逆に近似する連続変温過程である絶熱ポンプ排出過程と等エンタルピー節流過程より構成されている。８字機器と刀字機器は同じ冷谷温度Ｔ₀に設定されている。Ｔ₂＜Ｔ_k、Ｔ_kが室外環境温度で、Ｔ_s＞Ｔ₄、Ｔ₄が室内空気湿球温度である。つまり、刀字機器の熱谷温度が８字機器より低く、凝縮温度が８字機器より高いから、冷凍過程の中で、刀字機器の得られる空気エネルギーＷ’₂は８字機器より小さくて、刀字機器Ｍのシステムに輸入するパワーＷ’ｍが８字機器に必要なパワーＷｍより大きくすべきである。但し、刀字機器もエネルギーを消耗する冷凍過程で空気エネルギーを貯蔵することができて、Ｊ₁のヒートポンプ性とＪ₂の超凝縮性も相変わらず存在して、伝熱過程での不可逆損失が小さいから、高い熱力学循環効率とＥＥＲ値を持っている。刀字機器の中で冷凍作業物質対を非共沸混合冷凍剤に変えると、図６の刀字型環に必要なパワーＷ_Lが２Ｗ’ｍより大きく（Ｗ_L＞２Ｗ’ｍ）、吸熱線１−２’ 以下の面積が刀字機器の吸熱線１−Ｊ−２以下の面積より小さいから、刀字機器の性能係数ＥＥＲはローレンツ冷凍機のＥＥＲよりも倍以上になる。刀字機器の作業物質を共沸冷凍剤或いは単一な冷凍剤に変えると、刀字型循環はカルノー循環に退化され、その性能係数ＥＥＲはもっと降下されていく。ローレンツ冷凍機とカルノー冷凍機は冷凍過程中で空気エネルギーを利用し、Ｊ₁のヒートポンプ性とＪ₂の超凝縮性をなくすことができないから、８字機器と刀字機器はただ冷凍作業物質対を使用する時にのみ高い性能係数を得ることができる。８字機器はウインド式機器に作ることができる。図７はウインド式８字機器である。図７を参照して、申心線以上はＪ₁（空気エネルギー・ヒートポンプＪ管）部分で、中心線以下はＪ₂（超凝縮Ｊ管）部分である。２２は水濾過器で、２３はポンプで、２４は電磁制御弁で、２５はＪ管挟板で、２６は製熱ノズルで、２７は回流板で、２８は排気調節窓片で、９は蓄水盤である。その外の番号は図３の名称と一致する。Ｊ管挟板はＪ管の組立てに用いられる。室外の自然空気は送風ファンによって駆動され、Ｊ₁のｄＹｎ流路を通って冷谷温度Ｔ₀まで放熱されるａ₃が室内に輸入されて、室内空気ａ₄は排気ファンの吸い込み役割で排気調節窓片を経由し、Ｊ₂のｄＹｎ流路の膜状蒸発面から湿気と熱を吸収されてから、ａ₆の形態で大気に排出されている。Ｊ₁とＪ₂の回流板はｄＸｎ流路を分隔させて、冷凍作業物質対をＪ管の内でＵ字型のように流動させていることになる。冷凍される時に、ノズルは定時に、定量にＪ₂の膜状蒸発面に噴霧し、即時に膜状蒸発面を潤している。ポンプは定時に、断続的に電磁制御弁に給水され、電磁制御弁は冷凍する時にノズルに給水されて、製熱する時に製熱、ノズルに給水されている。水濾過器は雑物が給水システムに入るのを防ぐことができる。８字機器は製熱（ヒートポンプ）に用いられる時にＪ₁は相変わらず空気エネルギー、ヒートポンプＪ管で、ただ冷谷を室外に転向する。Ｊ₂は相変わらず超凝縮Ｊ管で、しかし形成された熱谷を室内に転入するため、以下の変換をしなければならない。１．Ｊ₁とＪ₂の冷凍作業物質の入口を同時に出口に切り換え、出口を同時に切り換えて、冷凍作業物質対を逆方向に運行させる。２．送出のファンを逆方向に運転させ、排気ファンになって、室内から室外に排気する、室内空気はＪ₁のｄＹｎ流路を通って冷谷温度まで放熱されてから大気に排出されている。排気ファンを逆方向に運転させ、送気ファンになって、室外新鮮空気はＪ₂ のｄＹｎ流路を通って熱谷温度まで吸熱、吸湿されてから室内に輸入される。３．Ｊ₁の左側とＪ₂の右側にする製熱ノズルは電磁制御弁とポンプの役割で定時にＪ₁とＪ₂に噴霧し、Ｊ₂の膜状蒸発面を湿し、即時にＪ₁のｄＹｎ流路内の積霜を溶かす。蓄水盤に適量にグリセリン（甘油）或いはエチレン・グリコールの溶液を入れて、Ｊ₁とＪ₂の熱交換性能を増強し、Ｊ₁のｄＹｎ流路に氷塊が形成されることを防ぐ。８字機器と刀字機器はＪ管の伝熱温度差が小さく、凝縮温度が低く、温度上昇が小さいため、ローレンツ循環とカルノー循環として用いられる時に、現在の市販空気調節装置に比べて、その性能係数ＥＥＲを大幅に上げることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．一種の空気エネルギーヒートポンプＪ管（Ｊ₁）、超凝縮Ｊ管（Ｊ₂）、低差圧エネルギー・コンバーション・ヒートポンプより構成されて、冷凍される空気エネルギーを充分に利用し、冷凍熱力循環動力とすることができる全新鮮空気（輸入冷風は全て室外新鮮空気である）、全換気（凝縮空気は全て室内空気である）の８字型循環空気調節装置（８字機器と略称する）である。その特徴はＴＳ図で作業物質はＴ₁−Ｔ₂からの連続不等温吸熱アーク線とＴ₃−Ｔ₄からの連続不等温放熱アーク線がＪ点に交差されて、作業物質の流動方向は冷凍される空気（Ｔ₂ −Ｔ₁）と凝縮空気（Ｔ₄−Ｔ₃）の流動方向に反対し、温度変化が同期的で、伝熱温度差ゼロにアプローチし、作業物質は冷凍剤Ｘと吸収剤ｉよりなる作業物質対であることになる。その中で、Ｔ₁は冷谷温度で、Ｔ₂は熱谷温度、室外環境温度で、Ｔ₃は凝縮空気の排気温度で、Ｔ₄は室内空気の湿球温度である。２．請求項１で述べた８字型循環空気調節装置である。Ｔ₁−Ｔ₂からの可逆の等圧（Ｐ₁）連続不等温吸熱過程とＴ₃−Ｔ₄からの可逆の等圧（Ｐ₂）連続不等温放熱とＴ₂−Ｔ₃からの絶熱ポンプ圧過程とＴ₄−Ｔ₁からの絶熱膨張過程（実際に８字機器は等エンタルピー節流である）より構成されている。その特徴はＴＳ図でＴ₁−Ｔ₄のアーク線とＴ₃−Ｔ₄のアーク線がＪ点に交差されて、Ｊ点の右上側の時針回り方向の△_3JZ面積は空気エネルギー発動機が得た正味パワーＷ₂であって、Ｊ点の左下側の逆時針回り方向の△_1J4面積は冷凍機に必需な正味パワーＷ₁であって、Ｗ₂≧Ｗ₁の時に性能係数ＥＥＲ→∞で、Ｔ₁が降下されると同時に、Ｔ₄ とＪ点も降下されてＷ₁とＷ₂は同時に相応して増大されることになる。３．請求項１で述べた８字型循環空気調節装置である。Ｊ₁は熱伝導片（５）で熱伝導されて、普段、配列された平面状金属熱伝導片（５）の両側はそれぞれＩ区とII区であって、Ｉ区は熱伝導片（５）とｄＸｎ微分絶熱片（２０）よりなるｄＸｎ流路で、作業物質がＴ₁−Ｔ₂からの無限微分不等温吸熱（エネルギー貯蔵と製熱される）区であって、II区は熱伝導片（５）と波紋熱伝熱片（７）よりなるｄＹｎ流路で、冷凍される空気がＴ₂−Ｔ₁からの無限微分不等温放熱区である。その特徴はｄＸｎ微分絶熱片（２０）は熱抵抗の大きい非金属材料で作られた波紋型絶熱分割片で、ｄＸｎ方向で熱伝導片（５）の換熱温度区を絶熱に分割することができて、波紋熱伝導片（７）は薄い金属材料でプレス成形された波紋型フィンで、そのｄＹｎ方向の熱伝導量をゼロにみなして、ｄＹｎ方向で熱伝導（５）の換熱温度区を絶熱に分割し、熱伝導片（５）と冷凍される空気の換熱面積を増大することができるから、熱伝導片（５）はｄＸｎとｄＹｎによって無数の微等温面に絶熱に分割されて各微等温面（ｄＸｎ、ｄＹｎ）と隣接の微等温面はその温度が不等で温度差もゼロにアプローチするため、作業物質のＴ₁−Ｔ₂ からの吸熱アーク線と冷凍される空気のＴ₂−Ｔ₁からの放熱アーク線は流動方向の反対な重合曲線で、作業物質の吸熱過程は冷凍される空気の加熱過程であることになる。４．請求項３で述べた８字型循環空気調節装置である。Ｊ₁のｄＹｎ流路はその作業物質の入口と出口が作業物質分配管（３）で、作業物質分配管（３）の上に作業物質流体分配孔が均一に分布されて、ｄＹｎ流路の出口が並列されてから、液化ガス輸送管（１３）に接続され、ｄＸｎ流路の入口が並列されてから、輸液管（１６）に接続され、還流板（２７）がｄＸｎ流路の分割に用いられ、還流管（１１）がｄＸｎ流路の曲がりかどで、作業物質が還流板の両側でＵ字型の形で流動している。その特徴は圧力がＰ₂であるＸとｉよりなる希薄溶液ｇ₁は輸液管（１６）で節流弁（１７）によって等エンタルピー節流され、Ｐ₁に降圧されて、Ｊ₁の入口で各作業物質分配管（３）に均一に分配され、その上の流体分配孔から平行に配列されるｄＸｎ流路に噴入されて、ｇ₁はｄＹｎ流路の流動過程でI I区のｄＹｎ流路の冷凍される空気によってＴ₁からＴ₂まで充分に連続的に（加熱温度がＴ₂−Ｔ₁＝△Ｔである）加熱蒸気Ｘ₂と濃溶液ｇ₂に加熱され、ｄＹｎ流路の冷凍される空気も室外温度Ｔ₂から冷谷温度Ｔ₁まで放熱され、室内に輸入して、ｇ₂とＸ₂が流体分配孔よりｄＹｎ流路の出口にある作業物質分配管（３）に流入し、合流してから液化ガス輸送管（１３）に入って、ＭポンプでＰ₂に昇圧されて、Ｊ₂の入口に送られるから、Ｊ₁のヒートポンプ性は作業物質ｇ₁がｇ₂とＸ₂に製熱される過程の中で、△Ｔ部分の熱量を搬送するだけではなくて、Ｗ₂部分の空気エネルギーも貯藏されることに示されることになる。５．請求項１で述べた８字型循環空気調節装置である。Ｊ₂も熱伝導片（５）で熱伝導されて、その平行に配列された金属熱伝導片（５）の両側にそれぞれｄＸｎ流路とｄＹｎ流路があって、ｄＸｎ流路は熱伝導片（５）とｄＸｎ微分絶熱片（２０）より構成され、ｄＹｎ流路は膜状蒸発面（６）の貼られた熱伝導片（５）とｄＹｎ微分絶熱片（２１）より構成されて、ｄＸｎ流路は作業物質ｇ₂とＸ₂ がＴ₃からＴ₄まで無限微分不等温放熱されて希薄溶液ｇ₁を凝縮液化する放熱区であって、ｄＹｎ流路は凝縮空気がＴ₄からＴ₃までの完全湿吸熱区であって、ｄＸｎ微分絶熱片（２０）とｄＹｎ微分絶熱片（２１）は熱抵抗の大きい非金属材料で作られた波紋型絶熱片であるため、Ｊ₂熱伝導片（５）と膜状蒸発面（６）はｄＸｎとｄＹｎによって絶熱に分割されて、無限多い微等温面で、作業物質の放熱アーク線Ｔ₃−Ｔ₄と凝縮空気の吸熱アーク線は流動方向が反対的な重畳曲線である。６．請求項５で述べた８字型循環空気調節装置である。Ｊ₂のｄＸｎ流路は請求項４で述べたＪ₁のｄＸｎ流路と同じで、出口と入口に均一に作業物質流体分配孔の分布された作業物質分配管（３）があって、ｄＸｎ流路の入口に並列に液化ガス輸送管（１３）が接続され、出口に輸液管（１６）が接続されて、ＭポンプによってＰ₂まで昇圧されたｇ₂とＸ₂は液化ガス輸送管（１３）を経由し、Ｊ₂の入口に入って、Ｊ₂によって凝縮されたｇ₁はＪ₂の出口から輸液管（１６）に送られ、節流弁（１７）を流れ、Ｊ₁の入口に送られる。・・・このように往復循環されている。７．請求項５で述べた８字型循環空気調節装置である。その特徴はＪ₂の膜状蒸発面（６）は多孔的な吸水性の良い材料で作られ、その膜面が立派な水搬送性、吸水性と大きな蒸発表面積を有して、水搬送性と吸水性は膜状蒸発面（６）と熱伝導片（５）の換熱係数を大幅に向上できて、多孔性は極めて大きい水蒸発表面積を形成できて、ｄＹｎ流路を完全に湿吸熱的な凝縮気体の吸熱流路に成して、Ｔ₂の凝縮が完全的な湿吸熱過程だから、Ｔ₄からＴ₃まで温度上昇が小さくて、温度が低いことになる。８．請求項１で述べた８字型循環空気調節装置である。その特徴はＪ₂の超凝縮性はＪ₂の低温凝縮とｄＸｎ流路での低圧凝縮の二つの方面に示されて、加熱温度が△Ｔである濃溶液は低い凝縮温度（Ｔ₄−Ｔ₃）の冷却でその表面分圧がＰ₂ より遙かに低く、蒸発状態の冷凍剤Ｘ₂を強く吸収し、それを液化し、低圧の下で高温へ放熱される能力を有して、Ｊ₂の流路の凝縮圧力Ｐ₂を大幅に降下させることができるから、請求項２で述べられた空気エネルギー発動機は実際にＪ₂のｄＸｎ流路に存在する負圧発動機であることになる。９．請求項１で述べた８字型循環空気調節装置である。その特徴は低差圧エネルギー・コンバーション・ヒートポンプ（Ｍ）Ｍは低差圧作業物質ｇ₂とＸ₂の液化ガス輸送ポンプであるｇ₂とＸ₂は液体及びガスを同時に輸送することもできるし、ｇ₂及びＸ₂を別々に輸送することもできることになる。１０．請求項１で述べた８字型循環空気調節装置である。Ｊ₁とＪ₂は分離して据付されると、分離型８字機器になり、合併して据付されると、ウインドー型８字機器になって、Ｊ₁を室内機（冷却される空気は密閉式気流循環である）とし、Ｊ₂を室外凝縮器（凝縮空気は室外から吸入される）とすると、その特徴は８字循環はＪ₁によって取得される空気エネルギーが減少し、凝縮温度が上がるため、刀字型のＴＳ循環図（刀字機器と略称する）に転化されて、刀字機器はＷ₂が減少し、Ｗ₁が増大するから、その熱力循環性能係数ＥＥＲが８字機器に比べると１／２ＥＥＲ_Mに降下されるようになる。但し、刀字機器と８字機器は同一的なシステムであるので、Ｊ₁のヒートポンプ性とＪ₂の超凝縮性が相変わらず存在し、且つ、システムの不可逆エクスセージェルが小さいため、相らず高い性能係数と熱力学な強みを有していることになる。１１．請求項１で述べた８字型循環空気調節装置である。ヒートポンプ（製熱機器）として応用する場合に、その特徴はＪ₁が相変わらず空気エネルギー・ヒートポンプＪ管で、室内空気を冷谷温度まで冷却させてから室外に排出されて、Ｊ₂ が相変わらず超凝縮Ｊ管で、室外空気を熱谷温度まで加熱させてから室内に輸送されて、それと同時に、Ｊ₁とＪ₂の作業物質の入口を出口に同時に切り換え、出口を入口に同時に切り換え、Ｊ₂の排気ファン（１９）を逆回転し、室内に送風させ、Ｊ₁の送気ファン（１２）を逆回転し、室外に排気させて、Ｊ₁の左側とＪ₂の右側にある製熱ノズル（２６）がポンプ（２３）と電磁制御弁（２４）の役割でＪ₁とＪ₂に定時に定量に噴霧して、Ｊ₂の膜状蒸発面を適時に湿し、Ｊ₁のｄＹｎ流路での積霜を定時に溶かして、蓄水盤（９）の中に適量にグリセリン或いはエチレン・グリコールを入れ、Ｊ₂とＪ₁の熱交換係数を向上し、Ｊ₁のｄＹｎ流路に氷塊が形成されることを防ぐことになる。１２．請求項１或いは１１で述べた８字機器と刀字機器である。その特徴は冷凍作業物質が単一な作業物質あるいは共沸作業物質に取り替えられると、カルノー冷凍機に退化され、冷凍作業物質が非共沸作業物質に取り替えられると、ローレンツ冷凍機に退化されるようになって、その場合に、Ｊ₁のヒートポンプ性とＪ₂ の超凝縮性は消失して、冷凍（製熱）過程は正味パワーを消費するばかりの過程になってしまう。但し、Ｊ管の伝熱温度差が小さくて、Ｊ₂の湿凝縮過程の温度が低く、温度上昇が小さいから、その熱力学な強みは現在の空気調節装置に比べて、依然として存在する。