JPH0823454B2 - 閉鎖系空間用空調装置 - Google Patents

閉鎖系空間用空調装置

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JPH0823454B2
JPH0823454B2 JP2340097A JP34009790A JPH0823454B2 JP H0823454 B2 JPH0823454 B2 JP H0823454B2 JP 2340097 A JP2340097 A JP 2340097A JP 34009790 A JP34009790 A JP 34009790A JP H0823454 B2 JPH0823454 B2 JP H0823454B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本願発明は、例えば月面基地や宇宙ステーションなど
のような閉鎖系空間内の空気を温度調節するための閉鎖
系空間用空調装置に関するものである。
(発明の技術的背景) 一般に空調装置においては室内の空気を冷却する際に
吸熱した作動熱媒体からその熱を放出させるために、室
外に放熱用熱交換器を設置し、該放熱用熱交換器を外気
で冷却することによって熱媒体から熱を放出させるよう
になっている。この場合、当該放熱用熱交換器に対して
はファンにより強制送風して大量の熱交換用空気を供給
するようにして居るため、当該熱交換用空気と放熱用熱
交換器内を流通する熱交換器との間の温度差がそれほど
大きくなくても十分に熱媒体から熱を放出させることが
できる。
これに対して、もしファンによる強制送風なしに、放
熱用熱交換器からの自然放熱だけで熱媒体から熱を放出
させようとした場合は、きわめて放熱面積の大きい熱交
換器を必要とすることになる。
(発明が解決しようとする課題) ところで、例えば月面基地や宇宙ステーションなどの
ような大気圏外構造物に付設される空調装置について考
察すると、該空調装置に設けられる放熱用熱交換器は、
地球上と異なり大気の存在しない真空中に設置せざるを
得ないため、必然的にその放熱形態は熱輻射のみによら
ざるを得ず、その結果、大型の放熱用熱交換器を必要と
するようになる。
しかし、月面基地や宇宙ステーションは本来その輸送
コストの巨額さから考えるとき、いかに必要性があると
はいえ、空調装置の放熱用熱交換器や熱媒体用配管など
についてその大型化が許容される余地はない。
(発明の目的) 本願発明は上記のような技術的背景の下になされたも
のであって、例えば上述した月面基地や宇宙ステーショ
ンのような閉鎖系空間のための空調装置を可及的に小型
軽量化して提供し得るようにすることを目的とするもの
である。
(課題を解決するための手段) 本願発明の閉鎖系空間用空調装置は、上記目的を達成
するために例えば第1図に例示される次のような技術的
課題解決手段を備えて構成されている。
(1) 請求項1記載の発明に係る閉鎖系空間用空調装
置は、例えば第1図に示されるように、それぞれ閉鎖系
空間内に設置された第1の吸熱熱交換器および第1の放
熱熱交換器を備え、フロンガスを熱媒体として使用する
フロンヒートポンプ方式の第1の冷凍サイクルと、閉鎖
系空間内に設置された第2の吸熱熱交換器と大気のない
閉鎖系空間外に設置された熱輻射式の第2の放熱熱交換
器を備え、高温で動作可能なフッ素系アルコール類を熱
媒体として使用するアルコールヒートポンプ方式の第2
の冷凍サイクルとの2つの空気調和システムを、上記第
1の放熱熱交換器と上記第2の吸熱熱交換器を介して相
互に組み合わせることにより2元冷凍サイクルの空気調
和システムを構成したことを特徴とするものである。
(2) 請求項2記載の発明に係る閉鎖系空間用空調装
置は、上記の第2の冷凍サイクルが複数の圧縮機を備え
た多段圧縮構造を採用して構成されていることを特徴と
するものである。
(作 用) 上記本願発明の閉鎖系空間用空調装置の構成では、そ
れぞれ閉鎖系空間内に設置された第1の吸熱熱交換器お
よび第1の放熱熱交換器を備え、通常のフロンガスを熱
媒体とするフロンヒートポンプ方式の第1の冷凍サイク
ルの空調システムに対し、閉鎖系空間内に設けられた第
2の吸熱熱交換器および大気のない閉鎖系空間外に設け
られた熱輻射式の第2の放熱熱交換器を備え、例えば15
0℃程度の高温ででも使用可能なフッ素系アルコールを
熱媒体とするアルコールヒートポンプ方式の第2の冷凍
サイクルの空調システムを、上記第1の放熱熱交換器と
第2の吸熱熱交換器を介して相互に組合わせることによ
って2元冷凍サイクルの空気調和システムを構成してい
る。
したがって、先に述べた大気の存在しない閉鎖空間外
部の熱輻射式の第2の放熱熱交換器の冷凍入口温度が例
えば約150℃程度の高温になり、同第2の放熱熱交換器
側冷凍サイクルの運転温度を上げることができるように
なるので、同第2の放熱熱交換器の面積が従来の1元冷
凍サイクルの場合の1/2程度まで小型化することが可能
となる。
そのため、地球からの運搬も楽になり、例えば月面基
地用の空気調和装置として特に適したものとなる。
また、上記第2の冷凍サイクル側の圧縮部を複数の圧
縮機によって構成し、多段圧縮するようにすると、上記
熱媒体の温度をさらに可及的に高くすることができるよ
うになり、上記の作用をより有効に実現することができ
る。
(発明の効果) 従って、上記本願発明の閉鎖系空間用空調装置による
と、月面上等閉鎖系空間外部の熱輻射式放熱熱交換器の
放熱面積を大幅に縮小小型化することができ、かつ軽量
化が可能となる。その結果、運搬等も楽になる。
(実施例) 第1図は、本願発明の実施例に係る閉鎖系空間用空調
装置の構成並びに作用を示している。
第1図には月面基地での居住棟となる建物1が示され
ている。この建物1内には室内空間(特許請求の範囲中
の閉鎖系空間に該当する)2を冷房する空調装置を収容
するための機械室9が設けられている。
この実施例における空調装置は本願各発明を適用して
次のように構成されている。
すなわち、図示実施例の空調装置は、フロンガス(例
えばR22)などの第1の熱媒体Rを作動熱媒体とする第
1熱媒体循環系(第1の冷凍サイクル)Xと、例えば15
0℃程度の高温で使用可能な5フッ化プロパノール等の
フッ素系アルコールよりなる第2の熱媒体Hを作動熱媒
体とする第2熱媒体循環系(第2の冷凍サイクル)Yと
の組み合わせにより構成されている。
第1熱媒体循環系Xは、室内空間2の空気A1から吸熱
してこれを冷却する作用をする第1の吸熱熱交換器10
と、該第1の吸熱熱交換器10で吸収した室内空気A1の熱
を第2熱媒体循環系Yを循環流通する第2の熱媒体Hへ
向けて放熱する作用をする第1の放熱熱交換器15とをそ
なえ、且つそれらの両熱交換器10,15の間にフロンガス
圧縮機16とフロンガス膨張弁17とを介在せしめてフロン
ヒートポンプ方式の空調機に構成されている。この第1
熱媒体循環系Xの第1の吸熱熱交換器10には室内空気A1
を循環させるためのファン40が付設されている。
居住棟建物1には天井パネル3の上方に通風ダクト4
が設けられており、上記ファン40はダクト41により上記
通風ダクト4と接続されている。そして、天井パネル3
には必要数の空気吹出口5,5・・が形成されている。
一方、第2熱媒体循環系Yは、前述の第1の放熱熱交
換器15と熱交換して第1の熱媒体Rから放熱される熱を
吸熱する第2の吸熱熱交換器21と、上記第2の熱媒体H
が上記第1の熱媒体Rから吸収した熱を宇宙空間へ向け
て輻射放熱する第2の放熱熱交換器25とをそなえ、且つ
第2の吸熱熱交換器21と第2の放熱熱交換器25を接続す
る一方側の管路(往路)28,29中に上記第2の熱媒体H
を昇圧昇温させる作用をする第1、第2の圧縮機23a,23
bを設け、さらに上記両熱交換器21,25間を接続する他方
側の管路(復路)33,34中に上記第2の熱媒体Hを膨張
させてその圧力及び温度を降下させる第1、第2の膨張
弁31,32が、また該第1、第2の膨張弁31,32の間に中間
熱交換器としての気液分離機能をもった凝縮機30が設け
られて構成されている。上記第1、第2の圧縮機23a,23
bはモータで駆動されている。なお、第2の放熱熱交換
器25は上述の建物1外に設置されている。
次に図示実施例の閉鎖系空間用空調装置の作用を説明
すると、この空調装置では、ファン40の運転により室内
空気A(温度Ta1=30〜35℃)が第1の吸熱熱交換器10
を通過するとき、該室内空気A1は第1の吸熱熱交換器10
を流通する第1の熱媒体Rと熱交換して冷却され(温度
Ta2=15〜20℃)、さらにダクト41及び天井パネル3裏
側のダクト4を通って吹出口5から室内空間2へ吹き出
される。
第1の吸熱熱交換器10に対してはフロンガス膨張弁17
から管路14を通って膨張せしめられた上記フロンガスよ
りなる低温の第1の熱媒体R(R1)が供給される。この
第1の熱媒体R(R1)は室内空気A1との熱交換(吸熱)
により蒸発せしめられ、ガス状(R2)になって管路11を
通ってフロンガス圧縮機16の低圧側へ供給される(温度
Tr2=5〜7℃)。該昇温ガスR(R2)は、フロンガス
圧縮機16で圧縮されて、高温の液体となり、該液化され
た熱媒体R(R3)は管路12を通って第1の放熱熱交換器
15へ送られ、そこで第2の吸熱熱交換器21内を流通する
低温状態の第2の熱媒体H(H5)と熱交換(放熱)して
冷却せしめられ、温度の低下した熱媒体R(R4)とな
り、やがて管路13を通ってフロンガス膨張弁17へ還流す
る。
次に、第2熱媒体循環系Yにおける第2の熱媒体Hの
循環流通について説明すると、この第2の熱媒体(フッ
素系アルコール)Hは第2の吸熱熱交換器21において上
記第1の熱媒体R(R3)と熱交換(吸熱)して一次的に
昇温(温度Ta1=50℃)したあと、矢印H(H1)で示す
ように管路28を経て先ず第1の圧縮機23aに至り、該第
1の圧縮機23aによって昇圧昇温せしめられる(圧力Ph2
=1.8〜2.0ata、温度Ta2=110〜120℃)。このようにし
て或る温度Ta2まで昇圧昇温せしめられた圧縮気体状態
の第2の熱媒体H(H2)は、上記凝縮器30で一次的に冷
却された後に更に第2の圧縮機23bで圧縮昇温されて一
段と温度Ta3が高い(Ta3=150℃)圧縮気体H(H3)と
なって管路29を介し屋外側の第2の放熱熱交換器25に供
給される。
そして、該第2の放熱熱交換器25によって上記第2の
熱媒体Hの高温(Ta3=150℃)の熱が効果的に真空状態
の屋外スペース中に輻射放熱されて凝縮する。この時の
放熱効果は、当該第2の放熱熱交換器25の入口側第2の
熱媒体H(H3)の温度が高いほど効率が高くなるが、本
実施例の場合には上述の如く圧縮機を2段に組み合わ
せ、多段圧縮することによって熱媒体H(H3)の温度を
十分に高くするようにしているので該放熱効果が特に高
くなる。その結果、該第2の放熱熱交換器25の大きさ
も、より小さくて済むようになる。
以上のようにして放熱され、温度が低下した第2の熱
媒体H(H4)は、やがて、第1の膨張弁33で膨張せしめ
られて減圧された後、凝縮器30で凝縮され、更に第2の
膨張弁34で膨張され減圧された上で、より低温の低圧液
体H(H5)となって上述の第2の吸熱熱交換器21に供給
されて、第1の熱媒体(R(R3)と効率良く熱交換され
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願発明の実施例にかかる閉鎖系空間用空調装
置の構成を示す概略図である。 1……建物 2……室内空気 3……天井パネル 4……ダクト 9……機械室 10……第1の吸熱熱交換器 15……第1の放熱熱交換器 16……フロンガス圧縮機 17……フロンガス膨張弁 21……第2の吸熱熱交換器 23a……第1の圧縮機 23b……第2の圧縮機 25……第2の放熱熱交換器 30……凝縮器 31……第1の膨張弁 32……第2の膨張弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】それぞれ閉鎖系空間内に設置された第1の
    吸熱熱交換器および第1の放熱熱交換器を備え、フロン
    ガスを熱媒体として使用するフロンヒートポンプ方式の
    第1の冷凍サイクルと、閉鎖系空間内に設置された第2
    の吸熱熱交換器および大気のない閉鎖系空間外に設置さ
    れた熱輻射式の第2の放熱熱交換器を備え、高温で動作
    可能なフッ素系アルコール類を熱媒体として使用するア
    ルコールヒートポンプ方式の第2の冷凍サイクルとの2
    つの空気調和システムを、上記第1の放熱熱交換器と上
    記第2の吸熱熱交換器を介して相互に組み合わせること
    により2元冷凍サイクルの空気調和システムを構成した
    ことを特徴とする閉鎖系空間用空調装置。
  2. 【請求項2】第2の冷凍サイクルは複数の圧縮機を使用
    し、多段圧縮構造を採用していることを特徴とする請求
    項1記載の閉鎖系空間用空調装置。
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