JPH03129267A - 空調機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１上夙肌朋光互 本発明は、排気源が容易に使用できる場所、例えば自動
車に適用される空調設備或いは住宅用の空調設備に関す
る。さらに詳しくは、排気駆動小型空調システムで冷媒
として空気を使用し、冷暖房兼用可能な空調機の提供に
関する。

′とその。　占 住宅用等に使用される充分確立された蒸気圧縮空調に替
るものとして、ここ数年来、モータ駆動空気循環式空調
が提案されている（例えば、米国特許第４２９５５１８
号及び欧州特許筒ＥＰ　４５１４４−Ａ２＞。

それと云うのも、それらは、多くの欠点があることが知
られている蒸気圧縮システムに比較して幾つかの利点が
有るからである。

第１に、蒸気圧縮装置のエバポレータは５“Ｃ内外の温
度で運転されるが、この装置の加熱能力は大気からエバ
ポレータへの熱伝達に依存しているので低い大気温度で
は著しく低下する。第２に、寒冷時には、エバポレータ
の伝熱面に氷が出来、圧力損失が増大し、又エバポレー
タ効率が低下する。第３に、蒸気圧縮装置は、クロロフ
ルオロヵリ、この問題は冷媒として空気を使用すること
により解決される。さらにＣＦＣｓは地球のオゾン層に
有害な影響を及ぼし、いわゆる温室効果による地球の温
暖化をもたらすと考えられている。

上記の利点にも拘らず、空気循環システムはなお、最近
のＣＦＣベースの空調によって与えられる市場に見るべ
き衝撃を作るに至らない。これは、その性能係数（ｃｏ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　
；　Ｃ。

０、Ｐ）の比較的な悪さに大きく起因している。しかし
又、空気循環設計は、以前は原動機として在来の電動モ
ータをベースにしており、それ故にスピードが比較的遅
く、かつ、それにより装置が大型化する。従来の空気循
環空調はしばしばｃ、ｏ、ｐ。

の改善の要求を充すため、再生熱交換器と組合せて使用
されているが、熱交換器の圧力損失の増加を考慮した場
合、改善は取るに足りない。このよ゛うな改善は又、付
随するサイズ、複雑さ、空調システムのコストの増大と
相殺した場合、利点は消えてしまうと思われる。

空気循環装置のＣ，０，Ｐの見るべき改善のための認め
られた方法は、逆流モード、即ち熱交換器の前にコンプ
レッサよりもタービンを冷媒空気の流れが流れるモード
で運転することである。しかし、この試みは、従来技術
では一般的ではながった。

それは多分、サイクル温度が熱交換器の氷結の問題を起
す可能性があるからと思われる。

従来の空気循環空調では、空気送り出し温度は大気条件
と運転条件に左右される。このことは安全性及び快適さ
の観点から、いくつかの使用条件では望ましくない。し
たがって、このような空調は、空気送り出し温度の制御
手段と組合せることによって改善される。

さらに、又、（例えば米国特許第４２９５５１８号お替
として数年にわたリモータ駆動の空気サイクルの空調装
置が提案されてきた。この理由は、これらの空１４１装
置が多（の欠点を有するものとじて知られている蒸気圧
縮空調装置に対して数々の利点を有するためである。

まず、蒸気圧縮装置の蒸発器は約５度で作動し、それは
大気から蒸発器への熱伝導によって左右されるため、そ
れら装置の能力は低温の大気温においては深刻な程損わ
れる。第２に、冷寒気候においては、蒸発器の伝熱面に
結氷して圧力頃を増加させ、また蒸発器の効率を低下さ
せる。第３に、蒸気圧縮装置はクロロフルオロカーボン
（ＣＦＣｓ）を冷媒として用いており、そのため冷媒の
漏れに関する製作上および保守上の問題をもたらし、こ
の問題は空気が冷媒として用いられた場合は著しく低減
される。さらに、ＣＦＣ，は地球のオゾン層に対して有
害であることが知られており、これはまた、所謂温室効
果により地球の温暖化の一因となりうるものと考えられ
ている。

空気サイクルの空調装置は利点があるものの、Φ ＣＦＣによる空調装置が現在供している市場に著しいイ
ンパクトを加えるに至らない。これは動作係数（Ｃ，Ｏ
，Ｐ）が比較的低いことが大きい理由であるが、また空
気サイクルは原動機として従来の電動モータを従来から
使用しており、そのため比較的低速で、従って大型の装
置であるためである。

従来技術の空気サイクル空調装置はｃ、ｏ、ｐ、を改良
するために再生型熱交換器を度々組み込んでいるが、熱
交換器の介在による損失の増加を考慮するとｃ、ｏ、ｐ
、の改良は最小である。そのような改良はまた、空調装
置のサイズ、複雑さ、およびコストの付随的な増加と相
殺すると減少する。

空気サイクル式装置のｃ、ｏ、ｐ、を著しく向上させる
認識された方法は逆流モードで作動する、即ち冷媒空気
が熱交換器の前にコンプレッサでなくタービンを貫流す
ることである。しがしながら、この方法は、多分、サイ
クル温度が低減することにより熱交換器における結氷問
題を発生させうるので従来の技術では一般的でない。

従来技術の空気サイクル空調装置においては、空気送り
出し温度が大気および作動条件により左右されるが、こ
れはある用途においては安全性および／または安楽性の
観点から望ましくない。従フてそのような空調装置はあ
る種の空気送り出し温度制御手段を組み込むことにより
改良される。

１里ｐ盟１ 本発明は、自動車等に一般的に使用されている蒸気圧縮
空調システムに代るシステムの適用を目指している。本
発明は、空調を必要とする空間としての負荷空間即ち負
荷空気スペース（空間）を冷却するための空気循環空調
機において、エンジンからの排気の供給により駆動可能
な排気タービン、膨張タービンに駆動結合され、所要動
力の少なくとも１部が該排気タービンにより与えられる
エアコンプレッサ、及び膨張タービンからの膨張空気を
受入れ、それを再圧縮のためにコンプレッサに送り出す
膨張空気熱交換器より成り、膨張空気熱交換器中の膨張
空気は、ファンで付勢された調整空気の負荷空気スペー
スの冷却を行なうため負荷空気スペースへの流れと熱交
換を行なう関係にあることを特徴とする。本発明による
空調装置は、負荷空気スペースの冷房又は暖房のため要
求に応じて同じ構成要素を使用し、その空調器は冷媒流
体として空気を使用するように設計するのが有利である
。冷暖房のモードの切換えには２方向弁を多く使用すれ
ば簡単に出来る。

膨張タービンとコンプレッサとは同軸上に搭載するのが
有利である。この軸にはさらに適当な供給源からの排気
によって運転される排気タービンも取付けられ、このよ
うにして膨張タービン及び軽 コンプレッサへの入力が行なわれる。小型＃量のユニッ
トを作るため、回転する構成要素は高い回転速度で運転
されるように設計することが望ましい。

以下、多くの実施例を記載するが、まず第１に最も基本
的な負荷又は調整された空気スペースを冷暖房するため
のシステムを説明する。サイズ、コスト、複雑さを極力
小さくするため再生熱交換器はすべての実施例から除外
されている。逆流暖冷房の実施例は、それらがｃ、ｏ、
ｐの改善をもたらすので示されている。逆流実施例の熱
交換器への着氷のおこりうる問題は、除湿装置の適切な
使用により、最少限に止めることができる。それでもな
お、熱交換器流路への徐々な着氷は起り得る。

そこで、逆流実施例における特別な関心事は除氷装置の
可能性のある組合せである。追加実施例は、逆流及び正
常流の配置における冷暖房両モードの調整空気の送り出
し温度の制御が可能である。

最後に、実施例には、英国特許出願第２２１７１１８Ａ
号に開示された型式の非常に高速の小型電動機が組合さ
れ、さらに前述の排気タービンが結合された実施例が含
まれている。これらの実施例では、排気中のエネルギー
が空調装置を設計点もしくはその近傍で運転するのに対
して不充分なエネルギーしか得られない場合でも、所要
の入力になるようにモータが自動的に選択され、２つの
駆動手段の切換えは、適切な軸継手によって行なわれる
。

さらに、本発明は、負荷空間の冷房又は暖房用の空調機
において、作動空気圧縮用コンプレッサ、作動空気膨張
用膨張タービン、 上記膨張タービンとコンプレッサとの間に配設され、コ
ンプレッサからの圧縮された作動空気から熱を捨てるた
め、又は膨張タービンからの作動空気に熱を伝達するた
めの熱交換器を有し、該熱交換器は大気の２次的供給部
を有し、熱交換空気はファンにより該熱交換器に供給さ
れ、空調機は暖房モードと冷房モードとに切換可能で、
その一方のモードでは、コンプレッサ又は膨張タービン
からの空気は負荷空気スペースに供給され、他方のモー
ドでは、熱交換器を通った２次的供給部からの空気は負
荷空気スペースに供給される。

本発明は、要求に応じて負荷空気スペースの暖房用又は
冷房用に供給されるものに対して同じ構成要素が使用さ
れ、冷媒流体として空気が使用され、冷房と暖房モード
の切換えは複数の２方向弁を用いて簡単に行なえるコン
パクトな空調機である。

本発明の主要構成要素は、 望ましくは同一のシャフトに取付けられ、高速度モータ
で駆動されるタービンとコンプレッサ、調整空気と大気
との間で熱伝達を行なう熱交換器、及び該熱交換器の大
気圧側を通って空気を駆動するファンである。

最近の永久磁石材料の発達は、例えば英国特許出願第２
２１７１１８Ａ号公報に開示された型式の超高速小型で
比較的高馬力の電気モータの開発を可能とした。

本明細書に開示する発明では、タービンとコンプレッサ
の結合体の駆動には、この型のモータが使用され、それ
によって装置をコンパクトにするため高速回転での運転
を可能とした。

以下、多くの実施例を記載するが、先ず負荷又は調整さ
れた空気スペースを冷暖房する最も基本的なシステムに
ついて説明する。このシステムは単純なオン／オフサー
モスタットで制御されており、再生熱交換器はサイズ、
コスト及び複雑さを極力小さくする観点からすべての図
示された実施例から除外されている。しかし、云う迄も
なく、それは本発明の範囲内にある。逆流暖房又は冷房
実施例が示されているが、この場合も簡単なオン／オフ
サーモスタット制御が採用されている。その理由は、こ
れらはｃ、　ｏ、　ｐ、の観点から改善をもたらすが故
である。逆流実施例の熱交換器への着氷のおこりうる問
題は、除湿器の適切な使用により減少させることができ
る。それにも拘らず、熱交換流路への徐々な着氷は起り
うる。そこで逆流実施例では除氷装置との組合せが示さ
れている。

最後に、逆流及び正常流の配置における冷暖房角モード
の調整空気の送り出し温度の制御が可能となる実施例が
示されている。

本発明は自動車等の用途で一般的に用いられる蒸気圧縮
空調装置の代替を指向する。本発明は、エンジンからの
排気ガスの供給により駆動可能の排気タービンと、前記
排気タービンに駆動接続されたエアコンプレッサと、膨
張タービンに駆動接続された第２のコンプレッサと、前
記膨張タービンからの膨張空気を受け取り、直列配置の
前記２台のコンプレッサに送り再圧縮する膨張空気熱交
換器であって、該熱交換器における膨張空気は負荷空気
空間への空調空気のファンによる送風流と熱交換関係で
負荷空気空間を冷却する膨張空気熱交換器とを含む負荷
空気空間を冷却する空気サイクル空調装置を提供する。

（課題を解決するための手段） 本発明による空調装置は、必要に応じて負荷空気空間へ
冷房あるいは暖房を提供するために同じ要素を利用し、
空気を冷媒流体として用いるよう有利に構成できる。暖
房および冷房モードの切換えは多数の二方弁を用いて行
われる。コンパクトで、軽量の装置を提供するために回
転要素が高回転速度で作動するよう構成するのが好まし
いのが本発明の特徴である。

負荷空気空間を加熱あるいは冷却する最も基本的なシス
テムから始めて多数の実施例を記述しているが、サイズ
、コストおよび複雑さを最小にするために実施例の全て
から再生熱交換器は除外しである。逆流加熱および冷却
の実施例は動作係数に関して改良を提供するので示して
いる。逆流実施例における熱交換器の結氷の潜在的な問
題は除温器を適当に用いることにより最小とされる。そ
れにもかかわらず、熱交換器の通路が徐々に結氷しうる
が、逆流式実施例において特に興味あるのは解氷装置を
組み込みうろことである。別の実施例は逆流および順流
構成における冷却および加熱モードの双方に対して空調
空気送り出し温度の制御を可能とする。

最後に、必要に応じ圧縮プロセスに寄与しうるよう従来
のコンプレッサと直列に第３のエアコンブレフサを組み
入れた実施例が提供される。追加のコンプレッサは、英
国特許側第２２１７１１８Ａ号に開示のタイプの極めて
高速でコンパクトな電動モータあるいは動力入力のその
他の何らかの同様の手段に駆動接続されている。これら
の実施例は、設計ポイントあるいはその近傍で空調装置
を作動させる排ガスで得られるエネルギが十分でない場
れている。

のシ　なＵ 以下の説明では、各実施例に共通する構成要素は関係す
る各図に同じ符号で示すこととする。

第１図は、本発明による空気循環空調システム１０の冷
房モードでの図式系統図である。

作動空気は、 空気の湿度及び圧力を上昇させるコンブレフす１２； その中で大気の空気流へ熱が捨てられる圧縮空気熱交換
器１４： 圧縮され冷却された空気が膨張して最初の圧力に戻され
るタービン１６； その中で熱が調整空気流から吸収される膨張空気熱交換
器１８； 作動空気が閉ループを維持するように調整する２箇の２
方向弁２０．２２；及び 上記タービン１６と弁２２との間に位置し、熱交換器Ｉ
８内で結氷することを防止する除湿装置４ を有する閉ループを流れる。

調整空気は、調整された又は負荷空気空間２６より電動
ファン２８により引かれ、８亥ファン２８及び２方向弁
３０を経て膨張空気熱交換器１８を通って流れる。この
熱交換器１８内で作動空気に方向弁３２を経て、調整さ
れた空気空間２６に戻る。湿気は、調整空気の閉ループ
内でファン２８と熱交換器１８との間に配設された除湿
器３４により調整される。大気空気流は圧縮空気熱交換
器１４の低圧側に第２電動ファン３６により弁３２を経
て供給される。熱交換器１４内で作動空気流より熱が吸
収され、弁３０を経て大気中に戻される。

調整された空気スペース２６と２方向弁３０との間に配
設された第２除湿装置３４は、システムの冷房モードで
は使用されないが、暖房モードでのシステムに関連して
追って説明する。

作動空気は、タービン１６を通過する間、コンプレッサ
１２０所要動力の一部をシャフト３８を介して供給する
。コンプレッサ１２の運転に必要な残りの動力は、排気
源、例えば自動車の排気等から得られる。その排気は同
じシャフト３８に設けられた排気タービン４０を駆動す
るのに使用される。排気タービン４０は、与えられた任
務遂行のための回転構成要素のサイズを減少しこれによ
って空調システム１０の小型化をもたらすため、高回転
速度で運転されるように設計されている。

排気タービンを通過する排気の量は、バイパス管４２、
バイパスバルブ４４、バルブコントローラ４６、バルブ
アクチュエータ４８及び圧力センサ５０によって、空調
システム１０が設計された条件又はその近傍の条件で作
動するように制御される。

第２図は、それを達成するための望ましい制御システム
のブロック系統図である。設計作動条件は、コンプレッ
サ出口管５４に設けられた圧力センサ５０により計測さ
れた圧力とネガティブフィードバックサマー５２によっ
て比較される望ましいコンプレッサ出口側圧力の点から
工場で設定される。サマー５２は、バイパスコントロー
ルバルブ４４をアクチュエータ４８で制御する。これに
よって、排気タービン４０にバイパスすることが許容さ
れる排気の量が変えられる。この方法でコンプレッサ１
２への入力は、コンプレッサ出口側圧力が、上下限しき
い値交叉検知器５８によるフィードバック回路５６で決
定される工場で設定された圧力帯域に落着く迄制御され
る。−たん、計測された圧力がこの帯域の範囲内に落着
けば、スインチロ０が開かれてフィードバンクが零にな
り、その結果コントロールバルブ４４の電流設定は維持
される。計測された圧力が、その後、例えば自動車のエ
ンジンの条件が大幅に変化する等により設定された帯域
外に外れた時は、スイッチ６０が再び閉じ、バルブ４０
の調整が再び開始される。

上の段に述べた制御システムは、以下に記述するすべて
の実施例に組入れられる。コンプレッサ出口側圧力以外
のパラメータ、例えば回転速度あるいは圧縮比等のパラ
メータが作動条件の指標として使用可能であることは、
前述の本発明の範囲から外れるものではなく、この技術
分野の通常の知識を有する者にとっては容易に認められ
るところであろう。又、制御はバイパスバルブ４４とセ
ンサ５０との間に例えば自動車のターボチャージャで一
般的に採用されているような筒車な機械的リンクを使用
して、少ない出費で容易にできることも認められるであ
ろう。しかし、バルブセツティングは、ただ２つの別個
のセツティング、即ち全開と全閉とに限定される。

第１図に対して、調整空気は閉ループを循環する旨述べ
た。もし、閉ループの循環空気の代りに新鮮な空気を調
整空気スペース２６に供給することが要求される場合は
、外気を調整空気としてファン２８にダクトで接続し、
調整空気スペース２６から出る空気を外気にダクトで接
続することは当業者にとって容易に認められるところで
ある。

しかし、この方法での作動は本質的に湿度調整が不足す
る。膨張空気熱交換器１８は排気タービン４０とコンプ
レッサ１２との間でシールが不完全又はシールの故障に
より作動空気が混入した場合にも調整空気が作動空気か
ら分離されていることを保証している。

第３図は、第１図の空調システムが暖房モードに切換え
られた場合の図式系統図である。暖房モードへの切換え
はバルブ２０．２２．３０及び成される。前述の如く、
作動空気は弁２０、コンプレッサ１２、圧縮空気電熱交
換器１４の高圧側、タービン１６及び弁２２を通過する
。しかし、この場合は、空気は外気から取入れられ開ル
ープとして流れ、弁２２を経て外気へ戻される。この方
法により、タービン出口の低温に起因する結氷はシステ
ム外に追放され、したがって除湿装置２４は使用されて
いない。調整空気はファン３６により閉ループを駆動さ
れる。空気は調整された空気スペース２６より引かれ、
弁３０を経て、圧縮空気熱交換器１４の低圧側を通り、
そこで圧縮された作動空気の流れから熱が吸収される。

加熱された調整空気は次いでファン３６及び弁３２を経
て調整された空気スペース２６に戻る。湿気は、調整さ
れた空気スペース２６と弁３０との間に配設された除湿
装置３４′により制御される。熱交換器１８、ファン２
８及び除湿器３４はこのモードでは使用されない。それ
というのも、調整空気は作動空気と熱交換器１４で隔離
されている故である。冷房モードについては、調整空気
として循環空気よりも新鮮空気が要求される場合は、調
整空気を開ループとして外気より取入れ、次いで外気に
戻すように配管する簡単なことで済む。しかし、湿度調
整は本質的に不足するつ 特定の応用面では、例えば自動車工業のように暖房はエ
ンジンのヒートロスから供給され充分確立した方法が使
用されているものについては、冷房が空調の第１の任務
となっている。このような場合、空調システム１０は冷
房モードのみで運転するようにすることができ、そうす
ることにより、第１図に示した実施例から２方向弁２０
．２２．３０．３２及び除湿装置３４′を省略すること
ができ構成が簡素化される。

第４図及び第５図は、大多数の構成要素は第１図及び第
３図の装置と同じであるが、作動空気の流れの方向が逆
になった実施例を示す。このことはシステム１０のｃ、
　ｏ、　ｐの向上に顕著な効果がある。第４図及び第５
図では、熱交換器１４は膨張空気熱交換器となっており
、熱交換器１８は圧縮空気熱交換器となっている。

第４図は逆流空調機１０の冷房モード状態を示す図式系
統図である。第１図で述べたように、作（２ 動空気はコンプレッサ≠、圧縮空気熱交換器１４及びタ
ービン１６を有する回路を流れるが、本実施例では、空
気は外気より取入れられ外気に戻される開ループとなっ
ている。前述の如く、作動空気は外気より弁２２及び除
湿装置２４を経てタービン１６に入る。タービン１６内
で空気は膨張し、大気圧以下の圧力となって゛冷却され
る。次いで空気は膨張空気熱交換器１４を通過し、そこ
で空気は調整空気から熱を吸収し、コンプレッサ１２に
至り大気圧に圧縮され、最終的に弁２０を経て外気に戻
される。除湿装置２４は熱交換器１４内で着氷するのを
防ぐために必要である。

調整空気は調整された空気スペース２６からファン３６
により引出され、弁３２及び上記ファンを経て膨張空気
熱交換器１４０大気圧側を通り作動空気に熱を放出する
。調整空気は次いで調整された空気スペース２６に除湿
装置３４及び弁３０を経て戻る。除湿装置３４は閉ルー
プの調整空気の湿度調整を許容する。第１図及び第３図
の実施例と同様、回路を開ループとすることにより、外
気を調整空気として使用することも可能である。

しかし、この場合も、湿度調整は制約される。熱交換器
１８及びファン２８はこのモードでは使用されない。そ
れと云うのも調整空気は作動空気と熱交換器１４により
隔離されているからである。

第５図は、第４図に示す逆流空調装置１０の暖房モード
の図式系統図である。この装置は２方向弁２０．２２．
３０、及び３２のセツティングを適切に変えることによ
り、暖房モードに切換えることができる。作動空気は その中で作動空気が大気圧以下の圧力に膨張し冷却され
るタービン１６； その中で大気の流れから熱が吸収される膨張空気熱交換
器１４； 空気を最初の圧力に戻し、空気を加熱するコンプレッサ
１２； その中で熱が調整空気中に捨てられる圧縮空気熱交換器
１８； 作動空気の閉ループを維持するように調整される２方向
弁２０及び２２；及び 上記タービン１６と熱交換器１４との間に位置し、熱交
換器１４内で結氷するのを防止する除湿装置２４′ を有する閉ループを流れる。２方向弁２２とタービン１
６との間に設けられた除湿装置２４は暖房モードでは使
用されない。

調整空気は又この場合電動ファン２８により駆動される
閉ループを循環する。空気は調整された空気スペース２
６を後に除湿装置３４′を通り湿度調整を行ない、弁３
２を通った後熱交換器１８に入る。そこで空気は作動空
気の流れから熱を吸収する。加熱された調整用空気は次
いでファン２８及び弁３０を経て調整された空気スペー
ス２６に戻る。外気からの空気の流れは膨張空気熱交換
器１４の概ね大気圧側に第２電動ファン３６により弁３
２を経て供給される。膨張空気熱交換器内で作動空気の
流れから捨てられ、外気は配管により弁３０を経て外気
中に戻る。

逆流実施例において、氷点下の温度は膨張空気熱交換器
１４内で、広範囲の外気条件及び運転条件に対して遭遇
する。第３除湿装置６２はしたがって上記熱交換器１４
内での結氷を防止するために弁３２より上流側の大気の
流れ中に設けられる。

前述の各実施例と同様、外気を開ループを流れる調整空
気として利用することができるが、湿度調整はやはり制
約される。前述の如く、特定の利用分野、例えば自動車
に対する空調システムでは、冷房が空調機１０の第１の
任務である。このような場合、空調機１０は冷房モード
専用で運転することができる。それにより、第４図に示
す実施例から、圧縮空気熱交換器１８、ファン２８及び
２方向弁２０．２２．３０及び３２を省略することがで
き、それによって簡略化することができる。

冷暖房兼用で逆流型の実施例では、氷点下の温度に熱交
換器１４内で広範囲な大気条件及び運転条件に対して遭
遇することを述べた。したがって、除温機の存在にも拘
らず、熱交換器１４の伝熱面への徐々な着氷が起ると考
えられる。そこで、装置の性能は損なわれる。

第６図は、第４図の逆流冷房モードに着氷の問題を軽減
するため除氷装置を組合せて変形した実施例を示す図で
ある。通常の環境下にあっては、この空調機１０は第４
図で説明したように運転される。しかし、この場合、作
動空気側を横切る圧力低下は、除氷電子制御装置６６に
連結された差圧センサ６４により計測される。圧力低下
は開ループとなっていて氷に対する感受性の強い作動空
気側で計測される。もし、結氷により圧力低下が工場で
設定されたレベルに迄増加した場合は、電子制御装置６
６は主サイクルをＯＦＦにし、弁３０．３２及び６８の
セツティングを、空気がファン３６により熱空気源から
弁６８．３２及びファン３６を経て熱交換器１４を通り
、弁３ｏを経て外気に放出される如く駆動されるように
切換える。この方法により熱い空気は膨張空気熱交換器
１４から氷を除去し、熱交換器内に溜った水はド上 レン７０を経て排出される。熱空気源は譜用分野に応じ
て選定され、例えば自動車に適用される場合には、エン
ジンの排気マニホールドの周囲からの空気を利用すれば
よい。除氷モードは操作は、通常モードに切換える。

第７図は、第５図の逆流暖房モードの実施例に同じく除
氷装置を結合させた実施例を示す図である。この装置の
変形及び操作は基本的には第６図について述べた所と変
るところはない。しかし、この場合は、除氷モードに切
換えるに当って弁６８のセツティングを変えるだけでよ
い。そして、圧力低下は熱交換器１４の大気圧側を横切
って計測される。それと云うのもこの実施例では大気圧
側が結氷に最も感受性が高いからである。

第８図は第１図の実施例を調整空気に大幅な調整を許容
するように変形された実施例を示す図で加ダクト８０の
追加により、調整された空気の量を熱交換器１４０大気
圧側から出る熱空気流から変換し、かつ調整空気スペー
ス２６に導入された冷たい空気と混合することを許容す
る。この方法により、調整空気が放出される所での温度
を調整することができる。

第９図は、第８図の実施例に対する上述の放出空気温度
の制御を実施するための他の望ましい制御システムのブ
ロック図である。放出される空気の望ましい温度はユー
ザーが入力することもできるが、通常は工場で設定され
ている。ネガティブフィードバックサマー８２は、設定
温度を空気放出ダクトに設けられた温度センサ７８によ
り測定された温度と比較して、アクチュエータ７６によ
りバルブ７２の開度を調整し、それによってダクト８０
に導入される暖い空気の量を変更する。このようにして
空気の放出温度は調整される。温度の設定はフィードバ
ック回路８６に上下限しきい値クロス検知器８８で行な
い、調整は検知温度が設定された温度帯域に落着く迄行
なわれる。−たん、計測温度がこの温度帯域に落着けば
、スイッチ９０が開き、フィードバックを零にし制御弁
７２の流量セツティングを維持する。もし、その後例え
ば自動車のエンジンの条件の急変により温度が上記帯域
外に移動すれば、スイッチ９０が再び閉じて弁７２の調
料が再開される。

この方法での放出空気温度の制御はこの分野の通常の技
術者にとって冷熱空気の発生源によって決まる僅かな変
更により従来記述されている空調機の実例に適用可能で
あることは明白である。

特定の条件下、例えば自動車のアイドリングの間に対す
る適用等については、排気ガス中の利用可能なエネルギ
ーはこの空調機を設計点もしくはその近傍で運転するの
には不充分である可能性がある。

第１θ図には、第１図に示す実施例に上記の問題を克服
するための変形を施した実施例を示す。

第１図で説明した排気タービン駆動装置に加えて、英国
特許出願第２２１７１１８Ａ号に開示されている型式の
高速電気モータ１００が、排気エネルギーが低下した場
合の代替入力手段として追加されている。

この型の高速モータの使用は、従来型のモータを使用し
た場合に比較して、回転構成要素のサイズを著しく減少
させることができる。センサ１０２は排気のエネルギー
量の計量値として選ばれた適切なパラメータ、例えば、
自動車に適用した場合のエンジンの回転速度等のモニタ
ーとして使用され、電子制御装置１０４に結合されてい
る。

空調機１０を運転するのに充分な排気エネルギーが得ら
れる場合には、排気タービン４０はシャフト３８に軸継
手１０６により結合され、システムは第１図で説明した
ところに従って運転される。

しかし、もし、利用可能なエネルギーが工場で設定され
た最少値を下回った場合は、センサ１０２により計測さ
れると電子制御装置１０４は排気タービン４０を係合解
除軸継手１０６により軸との保合を解除し、高速度モー
タ１００を軸継手１０８により軸３８に結合する。高速
モータ１００への電力の入力も同様に行なわれる。電子
制御装置１０４は高速度モータ１００の運転を維持し、
これによってタービン１６及びコンプレッサ１２は一定
の設計速度で排気のエネルギー量が排気タービン駆動装
置を回転させるのに充分な値になり電子制御装置１０４
で排気タービンに切替えられる迄駆動される。

第１０図で説明した駆動装置もまた、当業者にとっては
従来記述されている空調装置の実施例に組合せることが
できることは明白であろう。

以下の説明では、各実施例に共通の構成要素は夫々関係
する図面に同じ符号で示すこととする。

第１１図は本発明による空気循環空調システム１１０の
冷房モードの状態を図式的に示す図である。作動空気は
調整された又は負荷空気スペース１１２から引かれ、２
方向弁１１６を介してコンプレッサ１１４に進む。コン
プレッサ１１４はその空気の温度及び圧力を上昇させ、
その空気は次いでコンプレッサの高圧側を経て空気熱交
換器１１８に至る。熱交換器１１８は作動空気から大気
に熱を伝達することを許容し、これによって作動空気の
温度を大気温度近傍迄引下げる。

熱交換器１１８を後にした作動空気はタービン１２６に
入る。作動空気はタービン１２６の中で膨張し大気圧に
戻る。膨張後、作動空気は概ね大気の温度よりも低温に
なり、２方向弁１２４を経て、調整された空気スペース
１１２に戻る。タービン１２６と調整された空気スペー
ス１１２との間には在来型の除湿器１２８が配設されて
おり、作動空気の湿度を制御することが可能となってい
る。もう一つの除湿器１２８′は冷房モードでは使用さ
れない。この機能は第１４図を参照して後述する。

大気の流れは電動ファン１２０により、２方向弁１２２
を経由して熱交換器１１８を通過する。

この大気の流れは次いで他の２方向弁１２４を経て大気
に戻される。

タービン１２６を通過する時、作動空気はシャフト１３
０を経由してコンプレッサ１１４にその所要動力の一部
を伝達することによって供給する。

コンプレッサ１１４を駆動するのに必要な動力の残りの
部分は、前述の英国特許出願第２２１７１１８Ａ号に記
載された型式の高速度モータ１３２により供給される。

以降記述する実施例のすべてにこのことは当て嵌まる。

モータ１３２は、タービン１２６とコンプレッサ１１４
との間でシャツ）１３０に取付けられており、その結果
、装置をコンパクトにすることができる。前記型式の高
速度モータ１３２（１００，０００ｒｐｔａのオーダー
である）の使用は、コンプレッサ１１４、タービン１２
６及びモータ１３２のサイズを、在来型のモータで同様
の装置を運転する場合に比して著しく減少することがで
きる。

図示の如く、作動空気は閉ループを循環するので、大気
が調整空気中に進入することを防止することができ、そ
の結果、湿度制御が容易になる。

しかし、もし、調整空気を閉ループを循環させるッサ１
１４に配管で導入し作動空気が開ループを流れるように
する簡単な事で対処できることはこの分野の技術者にと
っては容易に認められるであろう。しかし、このことは
、本質的に湿度制御が不充分になる難点がある。

第１１図には、システム１１０全体の制御に必要な電子
制御装置１３４が図式的に示されている。

第１２図はその適切な制御システムのブロック図である
。空調装置１１０は所望の空間温度を維持するためにオ
ン／オフ　サイクルで一定の標準設計速度で運転される
。所望の空間温度はユーザーによって、調整された空調
スペース１１２内に設けられたサーモスタット１３６に
入力される。ネガティブフィードバックサマー１３８は
所望の温度をサーモスタットサーミスタ１４０で計測さ
れた温度と比較し、室内温度が所望温度により決定され
る範囲又はサーモスタット１３６により設定される下限
を越えた場合はモータ制御電子装置をオン又はオフする
。ヒステリス回路１４２は、システムのサイクルがあま
り頻繁になり過ぎるのを防ぎ、それによって寿命の向上
を図っている。

第１３図は制御プロセスをグラフ的に示したものである
。モータ制御電子装置は、一定の周期で動作するように
設計されたオツシレータ１４４及び例えばサイリスク等
の満足して使用できるスイッチング回路１４６を備えて
いる。ファン１２０（第１１図）に対する電力はモータ
制御電子装置により同時に切換えられる。

第１４図は第１１図の空調システムを暖房モードで運転
する場合の図式系統図である。暖房モードへの切換えは
弁１１６．１２２及び１２４のセツティングを適切に変
えるだけで達成される。前述の如く、作動空気はコンプ
レッサ１１４を通って熱交換器１１８の高圧側及びター
ビン１２６に進む。しかし、図の実施例の場合、空気は
大気であり、開ループを流れるので、タービン１２６を
出た後大気に戻される。このようにして、タービン出口
の低温により形成される氷はシステム外に放逐すること
ができる。

調整空気は調整された空気スペース１１２よりファン１
２０により引かれ、除湿器１２８′及び弁１２２を経て
熱交換器１１８に進み、そこで作動空気の流れから伝達
された熱によって昇温される。調整空気は次いで弁１２
４を経て調整された空気スペース１１２に配管により戻
る。除湿装置１２８′は調整空気の閉ループの湿度を制
御する。

冷房モードに関しては、もし新鮮な空気が調整された空
気スペース１１２に必要とされる場合には、調整空気に
対しては大気から配管で導入するだけの簡単なことで済
む。しかし、湿度調整はやはり不充分になる。冷房モー
ドで除湿器１２８′が余分であったのと同様、暖房モー
ドでは除湿器１２８が余分になる。暖房モードで電子制
御装置１３４は冷房モード（第１２及び１３図）の場合
と同様であるが、この場合はシステムは暖房のデマンド
に従ってオン及びオフに切替えられる。

第１５及び１６図は大多数の構成要素は第１１図及び第
１４図と同様であるが、作動空気の流れ方向が逆である
空気循環空調システム１１０を示す。このことは、シス
テム１１０のｃ、ｏ、ｐ、を著しく向上させる効果を有
する。

第１５図は、冷却モードにおける逆流空調システム１１
０の図式系統図である。第１１図の実施について作動空
気はコンプレッサ１１４、熱交換器１１８及びタービン
１２６を有する回路を流れると述べたが、この場合には
空気が大気から引込まれかつ戻される開ループとなって
いる。前述の如く、作動空気はまず弁１２４及び除湿器
１２８を経てタービン１２６に入り、そこで作動空気は
膨張し、それにより冷却され、大気圧以下になる。

作動空気は次いで熱交換器１１８を通り、そこで調整空
気より熱を吸収しコンプレッサ１１４に至り大気圧に戻
され、最終的に弁１１６を経て大気中に戻される。除湿
器１２８は冷房モードでのみ、熱交換器１１８に着氷す
るのを防止するために必要となる。

調整空気は、調整された空気スペース１１２から引かれ
、弁１２２及びファン１２０を経て、熱交換器１１８の
大気圧側を通り抜け、それにより熱を作動空気に捨てる
。調整空気は次いで除湿装置１４８及び弁１２４を経て
調整された空気スペース１１２に戻る。除湿装置１４８
は冷房モードで調整空気の閉ループの湿度調整を許容す
る。第１１図及び第１４図の実施例におけると同様、大
気を開ループ内の調整空気として使用することも可能で
あるが、湿度制御はこの場合も制約される。

第１６図は、第１５図の逆流空調装置１１０の暖房モー
ドを示す図式系統図である。装置は弁１１６．１２２及
び１２４のセツティングを適切に変えることによって、
暖房モードに切換えることができる。この実施例では、
第１１図の実施例と同様１１作動空気は調整空気でもあ
り調整された空気スペース１１２から引かれる。作動空
気は次いでタービン１２６を遣って膨張し熱交換器１１
８内で大気から熱を奪い、コンプレッサ１１４により大
気圧に戻り、弁１６を経て、上昇した温度で調整された
空気スペース１１２へ管を戻る。このモードでは除湿装
置１２８は余分である。熱交換器の出口に位置する除湿
装置１２８′は暖房モードで調整空気の閉ループ内の湿
度調整を行なう。

調整空気へ熱を捨てた大気は弁１２２及びファン１２０
を経て熱交換器１１８に導かれ、弁１２４を経て大気心
房る。このモードでは除湿装置１４８はやはり余分であ
る。第２除湿装置１４８′はファン１２０と熱交換器１
１８との間のダクトに設けられ、熱交換器１１８内で結
氷するのを防止する。

前記実施例の場合と同様に、もし循環空気よりも新鮮空
気が要求される場合は、大気を開ループ内の調整空気と
して使用すればよい。しかし、この場合は除湿装置１２
８は暖房モードではもはや余分である。しかし、空気入
口とタービン１２６との間には熱交換器１１８内での結
氷問題を防止するのに必要である。

第１５図及び第１６図の逆流実施例のための電子制御装
置１３４は第１１図の実施例用に記述したものと同じで
冷房と暖房の夫々の要求に応じて、オン／オフ　サイク
リング制御される。

第１５図及び第１６図の逆流実施例の冷房及び暖房の両
モードにおいて、氷点下の温度は広範囲の大気条件及び
運転条件に対して熱交換器１１８で遭遇する。したがっ
て、除湿器が存在するにも拘らず熱交換器１１８の伝熱
面に徐々に結氷することが起るものと思われる。これに
よりその性能は低下する。第１７図は、第１５図の逆流
実施例の冷房モードで除氷回路が結合されそれによって
この問題を緩和するようにした実施例を示すものである
。回路は、熱貯溜部１５０、例えば蓄熱レンガ、３つの
２方向弁１５２．１５４及び１５６及び適切な管路より
成る。通常の操作の間は主サイクル中の空気の流れは第
１５図に対して記述したものと大筋において同様である
。しかし、熱い空気がコンプレッサ１１４から出る時、
その空気は弁１１６及び１５２を経て熱貯溜部１５０を
通過するように導かれた後、弁１５４を経て大気に達す
る。その過程で空気はその熱の一部を熱貯溜部１５０に
与える。

熱交換器１１８の低圧側の上流部に位置する圧力センサ
１５８は熱交換器の流路のアイスプロ・ノ看→装Ｗ１３
４はメインサイクルをオフに切換え、かつ弁１２２．１
５２．１５４及び１５６のセツティングを、空気がファ
ン１２０により閉ループを熱貯溜部１５０から弁１５４
及び１５６を経て熱交換器１１８へ、そしてファン１２
０及び弁１２２及び１５２を経て熱貯溜部１５０へ戻る
ように一周するように変えられる。このようにして、熱
貯溜部１５０に貯溜された熱エネルギーは熱交換器１１
８の除氷に使用され、その結果出来た水は該熱交換器１
１８からドレン１６０を経て排出ムを通常操作モードに
切換える。

逆流暖房モードにおいてコンプレッサにより作られた熱
い空気は調整された空気スペース１１２の加熱に使用さ
れ、したがって、第１７図に対して記述した通常操作に
おいては熱貯溜部の加熱には使用することはできない。

第１７図のものと同様の除氷装置は使用可能と思われる
が、多分に非能率であろう。なぜなら、除氷モードは熱
い空気が熱貯溜部を通って導かれる初期段階と、その後
に続くかく貯えられた熱が熱交換器の除氷に使用される
第２段階とを必要とするからである。

そこで、第１８図には、第１６図に示すような逆流シス
テムの暖房モードで更に実際的な除氷システムを示す。

前記同様熱交換器１１８の上記の１３４はメインサイク
ルをオフにする。しかし、この場合は、除氷は適切なサ
イズの電気抵抗発熱要素１６２より熱交換器１１８に直
接熱を入力することによって達成される。この場合もそ
れにより発生した水は熱交換器よりドレン１６０を経て
排出する。除氷目的のための熱交換器への入熱は種々の
方法で達成出来ることは、この分野の技術者にとっては
容易に想到するところであろうが、基本的原理は同じで
ある。この試みは第１７図で説明した除氷回路の代りに
逆流冷房モードにも採用することができるということも
当業者の認めるところであろう。

第１９図は第１１図の実施例の調整された空気を大幅に
制御することができる実施例を示すものラ１６６、アク
チュエータ１６８、温度センサ１７０及び追加の配管１
７２の追加は、熱交換器１１８の大気圧側から出た熱い
空気の流れから制御される量の空気をそらせ、そしてダ
クト１７２を経て、タービン１２６から来た冷い空気と
混合することを許容する。この方法により調整空気が調
整された空気スペース１１２に放出される所での温度を
調整することができる。

第２０図は第１９図の実施例に対する望ましい追加の制
御システムのブロック図である。このシステムは先に第
１２図で説明したサーモスタットでの制御により空調装
置１１０がオンになっている時はいつでも使用すること
ができる。所望の空気放出温度はユーザーによっても入
力することができるが、しかし、通常は工場で設定され
ている。

ネガティブフィードバックサマー１７４はセントされた
温度を空気放出ダクｌ−１７６に設けられた温度センサ
１７０で計測した温度と比較し、弁１６１をアクチュエ
ータ１６日で調整し、ダクト１７２をそらされて通る熱
い空気の流量を変える。

空気の放出温度はこのようにして、上下限しきい値交叉
検値器１８０によりフィードバック回路１７８に設定さ
れた温度帯域内に落着く迄調整される。−旦計測された
温度がこの帯域内に落着けばスイッチ１８２は開いてフ
ィードバック量を零にし、制御弁１６４の現在のセツテ
ィングを維持する。もし温度がその後例えば外気条件の
変化により上記帯域から外れた場合、スイッチ１８２は
再び閉じて弁１６４の調整が再開される。

この方法による放出温度の制御がこれ迄に述べた種々の
実施例に熱い又は冷い空気がそらされる適切な点で決定
される僅かの変更により適用可能であることは、この分
野の技術者にとっては明白なことである。

第２１図は第１１図の実施例を冷房又は暖房モードで高
速モータ１３２の速度を変えることによって空気の放出
温度を制御するようにした変形実施例を示す図である。

モータ速度の変更はニアサイクル圧縮比及びひいてはサ
イクル温度を変化させ、これによって調整された空気ス
ペース１１２内での空気放出位置での温度を調整する手
段を提供することができる。第１１図の実施例に対する
変更は、空気放出ダクト１７６に配置された温度センサ
１７０及び制御システムの変更である。

第２２図は第２１図の実施例に対する制御システムの望
ましい変形制御システムを示すブロック図である。前述
の実施例と同様、調整された空気スペース１１２の温度
はサーモスタットでの制御によりユーザーが設定した温
度に維持される。しかし、この場合、可変周波数オシレ
ータ１８４は、空気放出センサ１７０により検知された
温度を、ユーザー又は工場設定の所望温度と比較するネ
ガティブフィードバックサマー１７４によるモータ速度
の調整を可能とする。この方法においてモータ速度、ひ
いては空気放出温度は上下限しきい値交叉検知器１８０
によるフィードバンク回路１７８内に設定された温度帯
域内に落着く迄調整される。

−旦、計測された空気放出温度がこの帯域内に落着けば
、スイッチ１８２が開きフィードバック量を零にし、そ
れにより現在のモータ速度を維持する。もしその後温度
が上記帯域から外れた場合はスイッチ１８２は再び閉じ
てモータ速度の調整が再開される。

この方法による空気放出温度の制御もまた第１５図、乃
至第２０図に示した空調システムの実施例に通用できる
ことは、この分野の技術者にとっては、容易に理解でき
ることであろう。

以下の説明において、各種実施例に対して共通の要素は
、同じ参照番号を用いて言及しかつ関連図面に示す。

第２３図は冷却モードにおける本発明の空気サイクルの
空調装置２１０の概略線図である。作動空気は空気の温
度と圧力とを上昇させる最初のコンプレッサ２１２と、
作動空気の温度と圧力をさらに上昇させる第２のコンプ
レッサ２１４と、熱が大気の空気の流れに放出される圧
縮空気熱交換器２１６と、圧縮され、かつ冷却された空
気が元の圧力に膨張して戻されるタービン２１８と、熱
が空調用空気流から吸収される膨張空気熱交換器２２０
と、熱交換器２１６とタービン２１８との間に位置され
熱交換器２２０において結氷を防止する除湿装置２２２
とを含む閉鎖ループ内を流れる。

電気駆動ファン２２４の作用により閉鎖ループ内を空調
用空気が流れる。該空気は負荷空気空間２２６から吸引
され二方弁２２８を介して膨張空気熱交換器２２０を通
る。熱は熱交換器２２０内の作動空気の流れに放出され
、冷却された空調用空気はファン２２４と別の二方弁２
３０とを介して負荷空気空間２２６へ戻る。空調用空気
の湿度は負荷空気空間２２６と熱交換器２２０との間に
位置した除湿装置２３２により制御される。

大気の空気の流れは第２の電動ファン２３４により、か
つ弁２２８を介して圧縮空気熱交換器２１６の低圧側を
通して送られる。空気の流れは熱交換器２１６において
作動空気の流れから熱を吸収し、次いで弁２３０を介し
て大気へ戻される。

二方弁２２８と熱交換器２２０との間の第３の除湿装置
２６２は本システムの冷却モードでは用いられないが、
加熱モードにおいては以下説明するように本システムと
関連する。

シャフト２３６を介して運ばれる作動空気はタービン２
１８を通る際仕事をして最初のコンプレッサ２１２の必
要な動力を提供する。本システム２１０へ入力される動
力は第２のコンプレッサ２１４を介するが、該コンプレ
ッサはコンプレッサ２１４と同じシャフト２４０に装着
された排気タービン２３８により駆動される。排気ター
ビン２３８の方は、例えば自動車の排ガスのような適当
な供給源からの排気ガスにより駆動される。排気タービ
ン２３８は高回転速度で作動するよう作られ、そのため
所定のデユティに対す回転要素のサイズを低減させ、そ
のためコンパクトな空調装置２１０を提供する。

排気タービン２３８を通る排気ガスの量はバイパスダク
ト２４２、バイパス制御弁２４４、弁制御装置２４６、
弁アクチユエータ２４８および圧力センサ２５０により
制御されることにより空調装置２１０の作動は設計条件
あるいはその近くに保たれる。また、コンプレッサ２１
２．２１４への動力入力についての前記説明は以下説明
の実施例の各々にも適用される。

第２４図は本発明を達成するための好適制御システムの
ブロック線図である。設計作動条件は希望するコンプレ
ッサの出力圧力に関して工場でセットずみであり、該出
力圧力は負のフィードバック総和器２５２により、コン
プレッサの出口ダクト２５４に位置した圧力センサ２５
０により測定した圧力と対比される。総和器２５２はア
クチュエータ２４８によりバイパス制御弁２４４を調整
することにより排気タービン２３８を分岐しうる排気ガ
スの量を変える。このように、コンプレッサ２１４へ人
力される動力は、コンプレッサの出口圧力が、高位／低
位限界継合検出器２５８によりフィードバック回路２５
６において画成された工場でセットの圧力幅内に位置す
るまで調整される。前記幅内に一旦測定した圧力が位置
すると、スイッチ２６０は開放してフィードバンクを使
用禁止にし、制御弁２４４の現在のセツティングを保持
する。測定された圧力が続いて、例えば自動車のエンジ
ンの状態の顕著な変化により前記幅から外れると、スイ
ッチ２６０が再び閉鎖して、弁２４４の調整が再開され
る。

前節に記載の制御装置は以下説明の実施例の全てに組み
入れられている。当該技術分野の専門家には、例えば回
転速度あるいは圧縮比のようなコンプレッサの出口圧力
以外のパラメータを、本明細書に記載の本発明の範囲を
逸脱することなく作動条件の測定として用いることがで
きることが認ホ゛ められる。また、例えば自動車のターギチャージを用い
ることによりより安価で制御を行いうろこに限定される
。

第２３図に関して説明するように、空調用空気は閉鎖ル
ープを循環する。閉鎖ループ内の循環空気でなく新鮮な
空気を負荷空気空間２２６へ供給することが要求される
とすれば、当該技術分野の専門家には、それは大気を除
湿器Ｗ２３２を介して膨張空気熱交換器２２０へ、かつ
負荷空気空間２２６を出ていく空気を大気に戻すことは
簡単なことであることが認められる。膨張空気熱交換器
２２０は、排気タービン２３８とコンプレッサ２１４と
の間の非効率なシールあるいはシールの故障により作動
空気が汚染されるようになった場合、汚染した空気を作
動空気から遮断することを保証する。

必要に応じて１作動空気が開放ループを流れる、即ち大
気が最初のコンプレッサ２１２へ導かれ、かつ膨張空気
熱交換器２２０を出ていくとき大気へ戻るようにするこ
とも可能である。しかしながら、このように作動するこ
とはサイクル効率に対して若干不具合である。

第２５図は加熱モードで作動するよう切り換えられた第
２３図に示す空調系の概路線図である。

これは二方弁２２８と２３０のセツティングを適当に単
純に変えることにより達成される。作動空気の閉鎖ルー
プは、この場合熱が熱交換器２１６における空調用空気
に放出され、熱交換器２２０中の大気の流れから吸収さ
れることを除いて第２３図に示すものと同じである。空
調用空気は閉鎖ループ内を、この場合電気駆動ファン２
３４の作用により再び流れる。空気は負荷空気空間２２
６から吸引され、二方弁２２８とファン２３４を介して
圧縮空気熱交換器２１６の低圧側を通される。

熱は熱交換器２１６内で作動空気の流れから吸収され、
加熱された空調用空気は二方弁２３０を介して負荷空気
空間２２６へ戻される。空調用空気の湿度は除湿装置２
３２により再び制御される。

大気の流れはファン２２４の作用により、かつ弁２２８
を介して膨張空気熱交換器２２０の低圧側を貫流する。

前記空気は熱交換器２２０において作動空気の流れに熱
を放出し、次いでファン２２４と弁２３０とを介して大
気へ戻される。典型的な冷寒気候状況下では熱交換器２
２０を出ていく大気の温度はサブゼロであり、従って熱
交換器での結氷を防止するために弁２２８と熱交換器２
２０との間に第３の除湿装置２６２が含まれる。

冷却モードと同様、もし循環空気でなく新鮮な空気が空
調用に必要とされるのであれば、空気を大気から導き、
その後開放ループに戻すことは簡単である。このことは
作動空気についてもいえることで、加熱モードにおいて
は作動空気を開放ループに入れて作動することによりサ
イクル効率が僅かに向上する。

ある用途においては、冷却あるいは加熱のいずれかが必
要とされ、双方は必要とされない。例えば自動車工業に
おいては、加熱の方は十分実績のある方法を用いてエン
ジンの熱損失がら得られるので、冷却のみが必要とされ
る。そのような場合には、空調装置２１０は冷却あるい
は加熱モードのみのいずれかにおいて作動するよう修正
することにより第２３図と第２５図とにおける実施例を
簡素化しうろことが認められる。

第２６図と第２７図とは、要素の大部分が第２３図と第
２５図とに示すものと同じであって、主要な差異は作動
空気の流れ方向が逆転しているのみである空気サイクル
空調装置２１０の実施例を示す。この実施例は本システ
ム２１０の動作係数を顕著に改良する効果を有する。第
２６図と第２７図とにおいては、熱交換器２１６は膨張
空気熱交換器で、熱交換器２２０は圧縮空気熱交換器で
ある。

第２６図は冷却モードにおける逆流空調装置２１０の概
路線図である。この場合、閉鎖ループでの作動と比較し
て前記システムの効率を著しく向上させるので、作動空
気は開放ループを流れる。

開放ループは、二方弁２６４と除湿装置２２２とを介し
て大気から空気を吸引し、サブ大気圧まで膨張すること
により冷却するタービン２１８と、空調空気の流れから
熱が吸収される膨張空気熱交換器２１６と、空気を大気
圧へ部分的に再圧縮する最初のコンプレッサ２１４と、
再圧縮を完成させ二方弁２６６を介して大気へ排出する
第２のコンプレッサ２１２とを含む。除湿器２２２は熱
交換器２１６において本誌しないようにする。

空調用空気は電動ファン２３４の作用により閉鎖ループ
を流れる。空気は負荷空気空間２２６から吸引され除湿
器２３２、二方弁２２８およびファン２３４を介して膨
張空気熱交換器２１６を通る。熱交換器２１６において
熱は作動空気の流れに放出され、冷却された空調用空気
は二方弁２３０を介して負荷空気空間２２６へ戻る。空
調用空気の湿度を低減するために除湿器２３２が用いら
れる。

第２３図および第２５図に示す実施例と同様に、開放ル
ープにおいて空調用空気として新鮮な空気を用いうろこ
とが認められる。熱交換器２２０とファン２２４とはこ
の実施例においては用いられず、加熱モードにおける本
システムに関連して下記説明する。

第２７図は加熱モードにおいて作動するよう切り換えら
れた第２６図に示す空調システムの概略線図である。こ
の実施例は単に、適当に二方弁２２８．２３０．２６４
および２６６のセツティングを変えることにより達成さ
れる。作動空気回路は、ループが閉鎖され、第２のコン
プレッサ２１２を出ていく空気が弁２６６を介して圧縮
空気熱交換器２２０を介して導かれ、弁２６４と除湿装
置２２２とを介してタービン２１８へ戻されることを除
いて第２６図に示すものと類似である。

熱は熱交換器２２０内で空調用空気の流れに放出され、
膨張空気熱交換器２１６内で大気の空気の流れから吸収
される。

空調用空気は再び閉鎖ループを流れるが、このときは電
動ファン２２４の作用を受ける。空気は、負荷空気空間
２２６から吸引され、除湿装置２３２と二方弁２２８と
を介して圧縮空気熱交換器２２０を通る。

熱は熱交換器２２０内で作動空気の流れから吸収され、
加熱された空調用空気はファン２２４とり、弁２２８と
ファン２３４とを介して膨張空気熱交換器２１６を貫流
する。大気の流れは熱交換器２１６内で作動空気の流れ
に熱を放出し、弁２３０を介して大気へ戻る。

再び、もし空調用に循環空気でなく新鮮な空気が必要と
される場合、空気を大気から誘引し、次いで開放ループ
に戻すことは筒車である。これはまた作動空気について
もいえることで、第２６図に示す位置で弁２６４を単に
出ていくことにより達成できる。しかしながら、第２７
図に示す実施例は、開放ループにおける作動空気での作
動はこの加熱モードでのサイクルの効率に対して僅かに
不具合であるため、好ましいものである。

前述のように、ある用途では冷却あるいは加熱のいずれ
かを必要とし、双方を必要とすることはない。そのよう
な場合、空調装置２１０は冷却あるいは加熱モードのい
ずれかのみで作動するよう修正でき、第２６図と第２７
図とに示す実施例を簡素化する。

例えば自動車のアイドリングの間のような、ある種の作
動条件下においては排気ガスで利用しうるエネルギは設
計点あるいはその近傍において空調装置２１０を駆動す
るに不十分である。第２８図は、前記問題を克服するた
めに修正された第２３図の実施例を示す。付加的なコン
プレッサ６８ Ｍは低排気エネルギ条件下で使用する動力人力の追加の
手段として作動空気回路に組み込まれている。コンプレ
ッサ２６８は英国特許側第２２１７１１８Ａ号に記載の
タイプの電動高速モータ２７０により駆動される。高回
転速度用に構成することは、従来のモータにより動力を
受ける類似のコンプレッサ／モータ装置と比較して回転
要素のサイズを著しく小さくするため好ましいことであ
る。

しかしながら、例えば従来のモータあるいはスーパチャ
ージしたコンプレッサのような追加の動力人力を提供す
る代替的な方法を用いて同じ目的を達成しうろことが認
められる。

空調装置２１０の動力要求に対応するに十分な排気エネ
ルギは得られるので、コンプレッサ２６８とモータ２７
０とは使用されず、本システムは第２３図で示すように
作動する。しかしながら、もし、コンプレッサ２１４の
出口においてセンサ２５０により測定された圧力が予め
セットした最少値以下に低下し、最大エネルギが排気ガ
スから抽出されている、即ち排気バイパス弁２４４が全
閉されているとすれば高速モータ２７０への電力の人力
が制御電子装置２７２により開始される。制御電子装置
２７２はモータ２７０、従ってコンプレッサ２６８を、
本システムを設計条件あるいはその近傍で作動させるに
適した速度で駆動する。この状態は、排気ガスのエネル
ギ容量が、制御電子装置２７２がモータ２７０を非作動
とさせるに十分上昇するまでＮ！続する。２個の逆止弁
２７４と２７６とが、正確な作動空気流方向が保たれる
よう保証する。

第２８図について記載の動力入力のための追加の手段は
これまで説明した全ての空調装置の実施例に組み込むこ
とができる。

第２６図および第２７図とに示す逆流実施例においては
、広範囲の大気条件および作動条件にわたり膨張空気熱
交換器２１６においてサブゼロ温度が経験される。従っ
て、除湿装置２２２および２３２の存在にもかかわらず
、熱交換器２１６の伝熱面において徐々に結氷が発生し
、その性能を損うことがありうる。

第２９図は、解氷設備を組み込み、前記問題を軽減する
よう修正された第２６図に示す逆流冷却モード実施例を
示す。通常の環境での空調装置２１０の作動は第２６図
について説明したようなものである。しかしながら、こ
の場合、膨張空気熱交換器２１６の作動空気側にわたる
圧力低下は解氷制御電子装置２８０と連通する差圧セン
サ２７８により測定される。圧力低下は作動空気側で測
定されるが、それは結氷に対してより敏感であるためで
ある。もし、氷の形成により、圧力低下が工場でセット
したレベルまで上昇するとすれば、制御電子装置２８０
が主サイクルをオフに切り換え、弁２３０と２８２のセ
ツティングを変え、そのため空気は弁２８２とファン２
３４とを介して熱交換器２１６を通して高温空気源から
ファン２３４により弁２３０を介して大気へ押し出され
る。このように、高温空気が膨張空気熱交換器２１６の
解氷を行い、その結果出来た水はドレイン２８４を介し
て熱交換器を出ていく。高温空気源は用途に応じて変わ
り、例えば排気マニホルドの周りからの空気を自動車用
に用いることができる。解氷モードでの作動は、解氷を
完了するに十分な工場でセットした時間′ｍ続し、その
後制御電子装置２８０は本システムを通常モードに切り
換えて戻す。

第３０図は、また解氷装置を組み込むよう修正された第
２７図に示す逆流加熱モード実施例を示す。本システム
の修正と作動とは第２９図について説明したものと基本
的に同じである。しかしながら、この場合、解氷モード
に切り換える場合弁２８２を変えることだけが必要で、
圧力低下は熱交換器２１６の大気側にわたって測定され
る。それは本実施例においては、開放ループであるため
結氷に対して最も敏感であるためである。

第３１図は、空調用空気の温度をより制御できるように
修正された第２３図に示す実施例を示す。

制御弁２８６、弁制御装置２８８、弁装置２９０、温度
センサ２９２および追加のダクト２９４を追加すること
により制御された量の空気が熱交換器２１６の大気圧側
を出る高温の空気の流れから分岐され、かつダクト２９
４を介して負荷空気空間２２６まで送られつつある冷い
空気と混合できるようにする。このように、空調用空気
が送られる温度を調整することができる。

第３２図は、第３１図に示す実施例について説明した空
気送り込み温度制御を実行する好適な付加的制御システ
ムのブロック線図である。好ましい空気送り込み温度は
ユーザにより入力できるものの通常は工場でセットされ
る。負のフィードバック総和器２９６はセントされた温
度を空気送りダクト２９８に位置した温度セ亭す２９２
で測定した温度と比較し、かつアクチュエータ２９０に
より弁２８６を調整することによりダクト２９４を通し
て送られた高温空気の量を変える。このように空気送り
出し温度は、高／低レベル限界継合検出器３０２により
フィードバック回路３００において画成された温度幅内
に入るまで調整される。

測定された温度がこの幅内に一旦入ると、スイフチ３０
４が開放してフィードバックを使用禁止にし、従って制
御弁２８６の現在のセ・ンテイングを保つ。その後もし
、温度が、例えば自動車のエンジンの状態の十分な変化
により前記幅から外れるとすれば、スイッチ３０４が再
び閉鎖され、弁２８６の調整が再開する。

当該技術分野の専門家には、高温空気あるいは冷い空気
がそこから送り出される適当な点により決める僅かな修
正を施して、前述の空調装置の実施例の全てに対して前
述のように空気送り出し温度を制御しうろことが明らか
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排気駆動空気循環空調システムで
乾燥閉ループ内の空気を用いて負荷空気スペースを冷却
するものの図式系統図、第２図は第１図の空調システム
に入力される所要動力を得るための望ましい制御システ
ムのブロック図・ 第３図は第１図に示す空調システムの暖房モード時を示
す図式系統図、 第４図は本発明による排気駆動逆流空気循環空調システ
ムで、乾燥閉ループ内空気を用いて負荷空気スペースを
冷却するものの図式系統図、第５図は第４図に示す空調
システムの暖房モード時を示す図式系統図、 第６図は第４図に示す空調システムの膨張空気熱交換器
に冷房モード熱交換器、除氷装置が追加されたものの図
式系統図、 第７図は第５図に示す空調システムの膨張空気熱交換器
に暖房モード熱交換器除氷装置が追加されたものの図式
系統図、 第８図は第１図の空調システムの空気放出塩の制御を許
容するように変形した実施例の図式系統図 第９図は第８図の空調システムで所望の空気放出温度を
得るのに必要な望ましい制御システムのブロック図、 第１０図は第１図に示す空調システムを排気エネルギー
の低下にも使用可能とするため、排気駆動手段に高速度
モータを組合せて変形した実施例の図式系統図 である。 第１１図は本発明による乾燥閉ループ内の空気を使用し
負荷空気スペースを冷房するための空調システムの実施
例の図式系統図、 第１２図は第１１図に示した空調システムに使用するに
適したサーモスタット制御システムのブロック図、 第１３図は第１２図の制御システムの使用により得られ
る典型的な温度制御の一例を示す曲線図、第１４図は第
１１図の空調システムで、乾燥閉ループ内の空気を使用
し負荷空気スペースの暖房を行なう暖房モードとした場
合の図式系統図、第１５図は乾燥閉ループ内の空気を用
いて負荷空気スペースの冷房を行なうための逆流空気循
環空調システムの図式系統図、 第１６図は第１５図の空調システムで、乾燥閉ループ内
の空気を用いて負荷空気スペースの暖房第１７図は本発
明による逆頂窒気硝環冨供ソステムの負荷空気スペース
を冷房する冷房モードで、熱貯溜部に熱の一部を貯溜し
熱交換器の除氷サイクルに使用するものの図式系統図、 第１８図は本発明による逆流空気循環空調システムの負
荷空裔ス・−スを暖房する暖房モードで、熱交換器の除
氷の目的で加熱要素を設けたものの図式系統図、 第１９図は第１１図の空調システムの冷房モードで熱交
換器からの熱い２次空気の量を制御し冷たい調整空気と
混合して空気の放出温度の制御が可能となるように変更
したものの図式系統図、第２０図は第１９図の空調シス
テムから所望の温度の放出空気を得るための望ましい制
御システムのブロック図、 第２１図は第１１図の空調システムの高速モータの速度
を可変に制御することにより空気の放出温度を制？１１
できるように変更したものの図式系統図、 第２２図は第２１図の空調システムの所望の空気放出温
度を得るためのサーモスフ・７ト制御を含むシステム全
体の望ましい制御システムのブロック図である。 第２３図は、乾燥した閉鎖ループ中で空気を使用する９
Ｌ荷空気空間を冷却するための本発明による排気駆動の
空気サイクル空調システムの環路線図、 第２４図は第２３図に示す空調システムへ必要な動力を
入力するための好適制御システムのブロック線図、 第２５図は加熱モードにおける第２３図に示す空気サイ
クル空調システムの環路線図、第２６図は乾燥した閉鎖
ループで空気を使用する負荷空気空間を冷却するための
本発明による排気駆動の逆流空気サイクル空調システム
の環路線図、 第２７図は加熱モードにおける第２６図に示す逆流空気
サイクルの空調システムの環路線図、第２８図は低排気
ガスエネルギ条件下で使用するために動力人力の追加の
手段として高速モータにより駆動される追加のエアコン
プレッサを組み入れるよう修正した第２３図に示す空調
システムの環路線図、 第２９図は膨張空気熱交換器と関連した冷却モードの熱
交換器の解氷装置を追加した、第２６図に示す逆流空気
サイクル空調システムの環路線図、第３０図は膨張空気
熱交換器と関連した加熱モードの熱交換器の解氷装置を
追加した、第２７図に示す逆流空気サイクル空調システ
ムの環路線図、第３１図は空気送り出し温度を制御でき
るよう修正した第２３図に示す空調システムの環路線図
、および 第３２図は第３１図に示す空調システムから希望する空
気送り出し温度を得るに必要な好適制御システムのブロ
ック線図である。 図中： １０・−空調システム　　　１２−・コンプレッサ１４
−・圧縮空気熱交換器　１６−タービン１８−膨張空気
熱交換器 ２０．２２，３０．３２−・２方向弁 ２４．３４．６２・−除湿装置 負荷空気空間（調整された空気空間） ３６−・ファン　　　４０−・−排気タービンバイパス
管４４・−・バイパス弁 圧力センサ ８６−　フィードバック回路 スイッチ　　　　　７２−・・制御弁 ダクト　　　　　１００−高速度モータ〇−空調システ
ム ２−・−負荷空気スペース ４−・コンプレッサ １２２、１２４．１５２．１５４．１５６　−２方向弁
８−熱交換器　　　１２０・・ファン ６　・タービン ８．１２８’−除湿装置 ２−高速モータ　　１３４−・・電子制御装置６−・サ
ーモスタット ８．１４８’−一除湿装置 ０・・熱貯溜部　　　１５８・・圧力センサ０−　ドレ
ン　　　　１６４−・制御弁８−゛フィードバック回路 ２６・ ２８゜ ２ ０ ５６゜ ０ ８０・ １ １ １ １６ １ ２ ２ ３ ３ ４ ５ ６ ７ ８ １ １ １ ２ ２ ２ ２ ３ ４ ４ ２−スイッチ　　　２１０−空調システム２−　コンプ
レッサ　２１４−・コンプレッサ６−圧縮空気熱交換器 ８・・・タービン ０・・−膨張空気熱交換器 ２．２３２，２６２−除湿装置 ６−負荷空気領域 ８．２３０−一・三方弁 ８・・−排気タービン　２４４−バイパス弁６−弁制御
装置 ８−弁アクチユエータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）負荷空気スペースを冷却するための空気循環空調
   機において、 エンジンからの排気の供給により駆動可能な排気タービ
   ン、 膨張タービンに駆動結合され、所要動力の少くとも一部
   が上記排気タービンにより与えられエアコンプレッサ、
   及び 膨張タービンからの膨張空気を受入れ、それを再圧縮の
   ためにコンプレッサに送り出す膨張空気熱交換器 を有し、 上記膨張空気熱交換器中の膨張空気は、ファンで付勢さ
   れた調整空気の負荷空気スペースの冷却を行なうための
   該負荷空気スペースへの流れと熱交換を行なう関係にあ
   る ことを特徴とする空調機。 （２）請求項１に記載の空調機において、 上記の負荷スペースの暖房及び冷房のための暖房及び冷
   房モードの間の切換えが可能であり、さらにコンプレッ
   サからの圧縮空気を受入れそれを膨張タービンへ送り出
   す圧縮空気熱交換器を有し、該圧縮空気熱交換器内の圧
   縮空気は、システムが暖房モードにある時は上記負荷空
   気スペースを暖房するためのファンで付勢された調整空
   気の上記負荷空気スペースへの流れと熱交換を行なう関
   係にあり、かつ、膨張空気熱交換器内の膨張空気はファ
   ンで付勢された調整空気の上記負荷空気スペースへの流
   れと、システムが冷房モードにある時にのみ熱交換を行
   なう関係にあることを特徴とする空調機。 （３）請求項２に記載の空調機において、冷房及び暖房
   の両モードにおける上記膨張タービンへの空気の供給が
   上記コンプレッサからの圧縮空気熱交換器を経由する圧
   縮空気の供給であることを特徴とする空調システム。 （４）請求項２に記載の空調機において、冷房モードに
   おける膨張タービンへの空気の供給は大気圧下の大気の
   供給であり、暖房モードにおける上記膨張タービンへの
   空気の供給は上記の圧縮空気熱交換器を経由する上記コ
   ンプレッサからの圧縮空気の供給であることを特徴とす
   る空調機。 （５）請求項２乃至４のいずれか１項に記載の空調シス
   テムにおいて、ファンで付勢された調整空気の流れは共
   に概ね大気圧であることを特徴とする空調機。 （６）請求項２乃至５のいずれか１項に記載の空調機に
   おいて、 暖房モードでは膨張空気熱交換器を通る調整空気を駆動
   し、冷房モードでは上記膨張空気熱交換器を通る大気を
   駆動するための第１ファンと、 冷房モードでは膨張空気熱交換器を通る調整空気を駆動
   し、暖房モードでは圧縮空気熱交換器を通る大気を駆動
   する第２ファンとを 有することを特徴とする空調機。 （７）請求項６に記載の空調機において、上記のファン
   から上記の熱交換器への空気の流れは、システムの冷暖
   房モードの切換えと一致して操作可能な４個の２方弁に
   より制御されることを特徴とする空調機。 （８）請求項６又は７に記載の空調機において、冷房モ
   ードと暖房モードとにおいて作動空気の湿度を制御する
   ために、更に上記膨張タービンと膨張空気熱交換器との
   間に除湿装置を設けたことを特徴とする空調機。 （９）請求項８に記載の空調機において、冷房モードで
   調整空気の湿度を制御するため、さらに第２ファンと膨
   張空気熱交換器との間に除湿装置を設けたことを特徴と
   する空調機。 （１０）請求項８又は９に記載の空調機において、暖房
   モードで調整空気の湿度を制御するため、さらに負荷空
   気スペースと圧縮空気熱交換器との間に除湿装置を設け
   たことを特徴とする空調機。 （１１）請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の空調
   機において、コンプレッサへの所望の入力量を維持する
   ため、排気タービンを通過する総排気量の割合を自動的
   に調整するための制御システムにより制御される排気タ
   ービンバイパス弁を設けたことを特徴とする空調機。 （１２）請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の空調
   機において、排気の流量がシステムを駆動するのに不充
   分な場合にコンプレッサを駆動するためさらに高速度電
   動機を設けるとともに、上記電動機の始動と同期させて
   、上記排気タービンの上記コンプレッサからの結合を外
   す手段を設けたことを特徴とする空調機。 （１３）請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の空調
   機において、さらに、負荷空気スペースの温度制御のた
   め、加熱された大気の制御された流れを上記負荷空気ス
   ペースから放出される冷却された調整空気に選択的に付
   加する手段を設けたことを特徴とする空調機。 （１４）請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の空調
   機において、さらに圧縮空気熱交換器用除氷装置を有し
   、該除氷装置は、 膨張空気熱交換器を通る少なくとも１つの空気の流れの
   入口と出口との圧力差を検知するための圧力差検知器、 該圧力差検知器により検知された圧力差に応答するコン
   トローラ、 加熱空気源、及び 圧力差に応じて膨張空気熱交換器内の氷を融解するため
   加熱された空気をファンで付勢され膨張空気熱交換器を
   通る空気流に導く少くとも１つの２方向弁 を有することを特徴とする空調機。 （１５）負荷空気スペースの冷房又は暖房のための空気
   循環空調機において、 大気圧下で供給された作動空気を圧縮するためのコンプ
   レッサ、 冷房モードにおいて圧縮された作動空気から概ね大気圧
   の大気の流れへ熱を捨てる第１熱交換器、 上記の圧縮され冷却された作動空気を膨張させて大気圧
   に戻し、上記コンプレッサを運転するための動力の一部
   を与えるためのタービン、冷却モードで、概ね大気圧下
   の調整空気から上記の膨張した作動空気に熱を移転させ
   るとともに、上記調整空気流を上記作動空気流から隔離
   するための第２熱交換器、 冷房モードで、上記の大気を上記の第１熱交換器を通っ
   て駆動し、暖房モードで上記の調整空気を上記負荷及び
   上記第１熱交換器を通って駆動するための第１ファン、 冷房モードで上記調整空気を上記第２熱交換器及び上記
   負荷を通って駆動する第２ファン、排気の供給により駆
   動され、それによって上記コンプレッサの所要動力の中
   上記タービンにより与えられない部分を与える排気ター
   ビン、冷房モードで上記作動空気を閉ループ内を上記第
   ２熱交換器から上記コンプレッサ、第１熱交換器及びタ
   ービンを通り上記第２熱交換器に戻るように導く手段、 冷房モードで上記の大気を開ループ内を大気より上記第
   １ファン及び第１熱交換器を経て大気に戻るように導く
   手段、 同じく冷房モードで上記調整空気を閉ループ内を上記の
   負荷より第２ファン及び第２熱交換器を通って上記負荷
   に戻すように導く手段、暖房モードで上記作動空気を開
   ループ内を大気から上記コンプレッサ、第１熱交換器及
   びタービンを通り大気に戻るように導く手段、 同じく暖房モードで上記調整空気を閉ループ内を上記負
   荷より上記第１熱交換器及び第１ファンを通って上記負
   荷に戻すように導く手段を有することを特徴とする空調
   機。 （１６）負荷空気スペースの冷房又は暖房のための空気
   循環空調システムにおいて、 大気圧下で供給された作動空気を膨張させ、コンプレッ
   サを駆動する動力の一部を供給するためのタービン、 冷房モードで概ね大気圧下の調整空気流より熱を上記の
   膨張した作動空気に伝達し、暖房モードで概ね大気圧下
   の大気の流れより上記の作動空気に熱を伝達し、膨張し
   加熱された作動空気を大気圧に戻す第１熱交換器、 暖房モードで上記作動空気より概ね大気圧下の調整空気
   流に熱を捨て、同時に上記調整空気流を上記作動空気流
   から隔離する第２熱交換器、冷房モードでは上記調整空
   気を上記第１熱交換器及び上記負荷を通って駆動し、暖
   房モードでは上記大気を上記第１熱交換器を通って駆動
   する第１ファン、 暖房モードで上記調整空気を上記負荷及び上記第２熱交
   換器を通って駆動する第２ファン、排気の供給により駆
   動され、それによって上記タービンより供給されなかっ
   たコンプレッサ所要動力の部分を供給する排気タービン 冷房モードで上記作動空気を開ループ内を大気から上記
   タービン、第１熱交換器及びコンプレッサを通って大気
   に戻るように導く手段、同じく冷房モードで上記調整空
   気を閉ループ内を上記負荷より上記第１ファン及び第１
   熱交換器を通って上記負荷に戻るように導く手段、暖房
   モードで上記作動空気を閉ループ内を上記第２熱交換器
   から上記タービン、第１熱交換器及びコンプレッサを通
   り上記第２熱交換器に戻るように導く手段、 同じく暖房モードで上記大気を開ループ内を大気から上
   記第１ファン及び第１熱交換器を通って大気に戻るよう
   に導く手段、及び 同じく暖房モードで上記調整空気を閉ループ内を上記負
   荷から上記第２熱交換器及び第２ファンを通って上記負
   荷に戻るように導く手段を有することを特徴とする空調
   機。 （１７）負荷空気スペースの冷房又は暖房用空気循環空
   調機において、 作動空気圧縮用コンプレッサ、 作動空気膨張用膨張タービン、 上記膨張タービンとコンプレッサとの間に配設され、コ
   ンプレッサからの圧縮された作動空気から熱を捨てるた
   め、又は膨張タービンからの作動空気に熱を伝達するた
   めの熱交換器 を有し、 該熱交換器は大気の２次的供給部を有し、熱交換空気は
   ファンにより該熱交換器に供給され、空調システムは暖
   房モードと冷房モードとに切換可能で、その一方のモー
   ドでは、コンプレッサ又は膨張タービンからの空気は負
   荷空気スペースに供給され、他方のモードでは、熱交換
   器を通った２次的供給部からの空気は負荷空気スペース
   に供給されることを特徴とする空調機。 （１８）請求項１７に記載の空調機において、暖房モー
   ドと冷房モードとの間の切換えは３個の２方向弁により
   制御されることを特徴とする空調機。 （１９）請求項１７又は１８に記載の空調機において、
   上記のコンプレッサと膨張タービンとが高速電動機で駆
   動される一本の共通のシャフトに設けられていることを
   特徴とする空調機。 （２０）請求項１９に記載の空調機において、上記電動
   機は約１００，０００ｒ．ｐ．ｍ．の定格速度で運転さ
   れ、負荷空気スペースの温度制御用制御システムは、名
   目所望負荷温度を維持するため、負荷空気スペースに配
   置されたサーモスタットに応答して、上記電動機を自動
   的にオンとオフとに切換えることを特徴とする空調機。 （２１）請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の空
   調機において、負荷空気スペースの温度制御用制御機は
   、名目所望負荷温度を維持するために、負荷空気スペー
   スに配置されたサーモスタットに応答して、上記電動機
   の速度を自動的に変化させることを特徴とする空調機。 （２２）請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の空
   調機において、負荷空気スペースの温度制御用制御機は
   、冷房モード時は、所望負荷温度を維持するため、負荷
   空気スペースに放出される冷房された空気中に制御され
   た量の加熱された空気を放出することを特徴とする空調
   機。 （２３）請求項１７乃至２２項のいずれか１項に記載の
   空調機において、上記コンプレッサは熱交換器を通して
   膨張タービンに空気を放出し；冷房モードでは上記膨張
   タービンは負荷空気スペースに空気を放出し、熱交換器
   からの２次供給は大気に放出され；暖房モードでは上記
   膨張タービンは大気に空気を放出し、熱交換器からの２
   次供給は負荷空気スペースに放出されることを特徴とす
   る空調機。 （２４）請求項２３に記載の空調機において、冷房モー
   ドでの空気の湿度制御のため、膨張タービンと負荷空気
   スペースとの間に第１除湿装置が設けられ、暖房モード
   での空気の湿度制御のため、負荷空気スペースとファン
   との間に第２除湿装置を設けたことを特徴とする空調機
   。 （２５）請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の空
   調機において、膨張タービンは熱交換器を通して空気を
   コンプレッサに送り；冷房モードではコンプレッサから
   の空気は大気に放出され、熱交換器からの２次供給は負
   荷空気スペースに供給され；暖房モードではコンプレッ
   サからの空気は負荷空気スペースに送られ、熱交換器か
   らの２次供給は大気に放出されることを特徴とする空調
   機。 （２６）請求項２５に記載の空調機において、冷房モー
   ドでの湿度制御のため熱交換器と負荷空気スペースとの
   間に湿度制御装置が設けられ、暖房モードでの湿度制御
   のため、熱交換器とコンプレッサとの間に湿度制御装置
   が設けられていることを特徴とする空調機。（２７）請
   求項２５又は２６に記載の空調機において、冷房モード
   で熱交換器の着氷を回避するため、大気取入口と膨張タ
   ービンとの間に湿度制御装置が設けられ、暖房モードで
   熱交換器の着氷を回避するためファンと熱交換器との間
   に湿度制御装置が設けられていることを特徴とする空調
   機。 （２８）請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の空
   調機において、冷房モードでコンプレッサからの排気に
   より加熱される熱貯溜部からの熱、又は暖房モードで電
   熱コイルからの熱を使用して、膨張タービンから熱交換
   器を通って流れる空気の圧力を検知する制御回路に応答
   して熱交換器内空気流路のアイスブロッキングの融解を
   行なうことを特徴とする空調機。 （２９）エンジンからの排気ガスの供給により駆動可能
   の排気タービンと、前記排気タービンに駆動接続された
   エアコンプレッサと、膨張タービンに駆動接続された第
   ２のコンプレッサと、前記膨張タービンから膨張した空
   気を受け取り、それを再圧縮するために、直列配置の２
   台のコンプレッサへ送る膨張空気熱交換器とを含み、直
   列配置の前記の２台のコンプレッサにより発生した空気
   流が前記膨張タービンを駆動し、前記膨張空気熱交換器
   における膨張した空気が空調用空気のファンで負荷空気
   室内へ送られる流れと熱交換関係にあり前記負荷空気空
   間を冷却することを特徴とする負荷空気空間を冷却する
   空気サイクルの空調機。 （３０）請求項２９に記載の空調機において、前記負荷
   空気空間を冷却あるいは加熱するために冷却モードと加
   熱モードとの間で切り換え可能であり、前記コンプレッ
   サからの完全に再圧縮された空気を受け取りそれを膨張
   タービンまで送るための圧縮空気熱交換器をさらに含み
   、前記空調システムが負荷空気空間を加熱する加熱モー
   ドにあるとき前記圧縮空気熱交換器における圧縮空気が
   前記負荷空気空間へファンで送られる空調用空気と熱交
   換関係にあり、前記システムが冷却モードにあるときの
   み膨張空気熱交換器の膨張空気が前記負荷空気空間へフ
   ァンで送られる空調用空気の流れと熱交換関係にあるか
   とを特徴とする空調機。 （３１）請求項３０に記載の空調機において、冷却モー
   ドと加熱モードの双方において膨張タービンへの空気の
   供給が圧縮空気熱交換器を介しての排気タービン駆動コ
   ンプレッサからの圧縮空気の供給であることを特徴とす
   る空調機。 （３２）請求項３１に記載の空調機において、加熱モー
   ドにおいて圧縮空気熱交換器を通して空調用空気を圧送
   し、かつ冷却モードにおいて圧縮空気熱交換器を通して
   大気を圧送する第１のファンと、冷却モードにおいて膨
   張空気熱交換器を通して空調用空気を圧送し、加熱モー
   ドにおいて膨張空気熱交換器を通して大気を圧送する第
   ２のファンとをさらに含むことを特徴とする空調機。 （３３）請求項３２に記載の空調機において、空気の流
   れが、冷却モードと加熱モードの間で前記システムを切
   り換えるよう同調して作動可能の２個の二方弁により制
   御されることを特徴とする空調機。 （３４）請求項３１に記載の空調機において、膨張空気
   熱交換器における結氷を阻止し、空調用空気の湿度を制
   御するよう適当に位置した多数の除湿装置をさらに含む
   ことを特徴とする空調機。 （３５）請求項３１に記載の空調機において、冷却モー
   ドにおいて前記負荷空気空間へ送られる冷却された空調
   空気に加熱された空気の制御された流れを、かつ加熱モ
   ードにおいて前記負荷空気空間へ送られる加熱された空
   調空気に冷却された空気の制御された流れを選択的に追
   加することにより前記負荷空気空間の温度を制御する手
   段をさらに含むことを特徴とする空調機。 （３６）請求項３１に記載の空調機において、膨脹空気
   熱交換器用の解氷装置をさらに含み、前記解氷装置は膨
   張空気熱交換器を通る少なくとも一方の空気の流れの入
   口圧と出口圧との間の差圧を検出する差圧センサと、検
   出された差圧に応答する制御装置と、加熱された空気の
   供給源と、制御装置により制御されて加熱された空気を
   ファンにより送られる空気の流れとして膨張空気熱交換
   器を通して導き前記熱交換器内の氷を差圧に応答して融
   解する少なくとも１個の二方弁とを含むことを特徴とす
   る空調機。 （３７）請求項３１に記載の空調機において、制御シス
   テムにより制御され排気タービンを通る全体の排気ガス
   の比例分を自動的に調整し前記空調システムへの希望す
   る動力入力を保つ排気タービンバイパス弁をさらに含む
   ことを特徴とする空調機。 （３８）請求項３１に記載の空調機において、前記空調
   システムの動力要件に完全に対応するには排気ガス流量
   が不十分であるときはいつでも前記空調機に追加の動力
   入力を供給する、高速モータで駆動される追加のエアコ
   ンプレッサあるいはその他の適当な手段をさらに含むこ
   とを特徴とする空調機。 （３９）請求項３０に記載の空調機において、冷却モー
   ドにおける膨張タービンへの空気の供給は大気圧での大
   気の供給であり、加熱モードにおける膨張タービンへの
   空気の供給は圧縮空気熱交換器を介する膨張タービン駆
   動のコンプレッサからの圧縮空気の供給であることを特
   徴とする空調機。 （４０）請求項３９に記載の空調機において、加熱モー
   ドにおいて圧縮空気熱交換器を介して空調用空気を圧送
   する第１のファンと、冷却モードにおいて膨張空気熱交
   換器を介して空調用空気を、加熱モードにおいて膨張空
   気熱交換器を介して大気を圧送する第２のファンを含む
   ことを特徴とする空調システム。 （４１）請求項４０に記載の空調機において、空気の流
   れは、冷却モードと加熱モードとの間で前記空調機を切
   り換えるよう同調して作動可能の４個の二方弁により制
   御されることを特徴とする空調機。 （４２）請求項３９に記載の空調機において、膨張空気
   熱交換器における結氷を阻止し、空調用空気の湿度を制
   御するよう適当に位置した多数の除湿装置をさらに含む
   ことを特徴とする空調機。 （４３）請求項３９に記載の空調機において、冷却モー
   ドにおいて前記負荷空気空間へ送られる冷却された空調
   用空気に制御された流量の加熱空気を、かつ加熱モード
   において前記負荷空気空間に送られた加熱された空調用
   空気に制御された流量の冷却空気を選択的に追加するこ
   とにより前記負荷空気空間を温度制御する手段をさらに
   含むことを特徴とする空調機。 （４４）請求項３９に記載の空調機において、膨張空気
   熱交換器用の解氷装置をさらに含み、前記解氷装置が、
   膨張空気熱交換器を通る少なくとも一方の空気の流れの
   入口および出口圧の差を検出する差圧センサと、検出さ
   れた差圧に応答する制御装置と、加熱された空気の供給
   源と、制御装置により制御され、膨張空気熱交換器を通
   るファンで送られる空気の流れに加熱された空気を導き
   差圧に応答して前記熱交換器内の氷を融解する少なくと
   も１個の二方弁を含むことを特徴とする空調機。 （４５）請求項３９に記載の空調機において、制御シス
   テムにより制御され、排気タービンを通る全体の排気ガ
   スの比例分を自動的に調整して希望する動力を前記空調
   システムに入力し続けることを特徴とする空調システム
   。 （４６）請求項３９に記載の空調機において、排気ガス
   流量が前記空調システムの動力要件に完全に対応するに
   は不十分であるときはいつも前記システムに追加の動力
   入力を提供するための、高速モータにより駆動される追
   加のエアコンプレッサあるいはその他の適当な手段をさ
   らに含むことを特徴とする空調機。