WO1999017065A1 - Conditionneur d'air du type a circuit d'air - Google Patents

Conditionneur d'air du type a circuit d'air Download PDF

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WO1999017065A1
WO1999017065A1 PCT/JP1998/003751 JP9803751W WO9917065A1 WO 1999017065 A1 WO1999017065 A1 WO 1999017065A1 JP 9803751 W JP9803751 W JP 9803751W WO 9917065 A1 WO9917065 A1 WO 9917065A1
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air
temperature
humidity
heat exchanger
dehumidifier
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PCT/JP1998/003751
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English (en)
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Inventor
Osamu Ochi
Original Assignee
Sharp Kabushiki Kaisha
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0085—Systems using a compressed air circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/004—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F2003/144—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by dehumidification only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/027—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
    • F25B2313/02743—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using three four-way valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant

Definitions

  • the present invention relates to an air cycle type air conditioner having at least a compressor, a motor, a heat exchanger, and an expander, exchanging heat with air taken in from a predetermined suction port, and blowing the air into a room from an air outlet.
  • Air cycle air conditioning that can simultaneously control temperature and humidity, prevent the inside of the air conditioner from shrinking, keep the air temperature below freezing point, and make the absolute humidity of the blown air higher than the intake air during heating
  • Background art can simultaneously control temperature and humidity, prevent the inside of the air conditioner from shrinking, keep the air temperature below freezing point, and make the absolute humidity of the blown air higher than the intake air during heating
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional air cycle type air conditioner.
  • This air cycle type air conditioner includes a compressor motor 2, a heat exchanger 3, an expander 4, a four-way valve 5-7 that switches the air transfer path during cooling operation or heating operation, an air intake port 8, and Includes air outlet 9.
  • the arrows indicated by solid lines indicate the air transport paths during the cooling operation.
  • Arrows indicated by broken lines indicate air transport paths during the heating operation.
  • the four-way valve 5 is a valve arranged to prevent the air suction from the suction port 8 from being exchanged with the air blowing from the air outlet 9 during the cooling operation and the heating operation.
  • the communication of the four-way valve 5 is switched as shown by a solid line, so that the suction port 8 is connected to the inlet of the compressor 1 via the four-way valve 6 and the four-way valve is also connected.
  • the outlet 9 is communicated with the outlet of the expander 4 via 7.
  • the communication of the four-way valve 5 is switched as shown by a broken line, so that the suction port 8 is connected to the inlet of the expander 4 through the four-way valve 7 and the air is blown out through the four-way valve 6.
  • the port 9 is connected to the outlet of the compressor 1.
  • the communication of the four-way valve 6 is switched as shown by the solid line.
  • the inlet of the compressor 1 is connected to the suction port 8 via the four-way valve 5, and the outlet of the compressor 1 is connected to the heat exchanger 3.
  • the heat exchanger 3 is connected to the inlet of the compressor 1 and the outlet of the compressor 1 is connected via the four-way valve 5. It is communicated with the outlet 9.
  • the communication of the four-way valve 7 is switched as shown by the solid line, so that the heat exchanger 3 is connected to the inlet of the expander 4 and the outlet of the expander 4 is connected via the four-way valve 5. It is communicated with the outlet 9.
  • the communication of the four-way valve 7 is switched as shown by a broken line, so that the suction port 8 is communicated with the inlet of the expander 4 via the four-way valve 5 and the outlet of the expander 4 is heat-exchanged. It is communicated to the container 3.
  • the air sucked from the suction port 8 is guided to the compressor 1 via the four-way valve 5 and the four-way valve 6, and is converted into high-temperature and high-pressure air by the compressor 1. Then, the high-temperature and high-pressure air is guided to the heat exchanger 3 via the four-way valve 6, where the heat is exchanged with cooling air or cooling water to be cooled. Further, the cooled high-pressure air is guided to the expander 4 through the four-way valve 7 and is adiabatically expanded in the expander 4 to become low-temperature normal-pressure air. It is blown out from the outlet 9 via.
  • the air sucked from the suction port 8 is guided to the expander 4 via the four-way valve 5 and the four-way valve 7, and is converted into low-temperature and low-pressure air by the expander 4.
  • the low-temperature and low-pressure air is guided to the heat exchanger 3 through the four-way valve 7, and heat-exchanges with the cooling air or the cooling water in the heat exchanger 3 to become normal-temperature and low-pressure air.
  • the low-temperature air at normal temperature is guided to the compressor 1 through the four-way valve 6 and is adiabatically expanded in the compressor 1 to be high-temperature normal-pressure air. It is blown out from outlet 9 through 5.
  • the compressor 1 is driven by the power of the motor 2 and the power generated by the expander 4.
  • the cooling operation and the heating operation are performed by using the compressor 1, the motor 2, the heat exchanger 3, the expander 4, and the three four-way valves 5 to 7. Switching between driving and driving.
  • various technologies have been proposed in order to improve the efficiency of the entire device.
  • the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-184409 discloses that the compressor 1 is cooled by the condensed water generated in the heat exchanger 3 or the expander 4 during the cooling operation, or the heat exchanger 3 is cooled. The condensed water is sprayed to evaporate the condensed water, and the heat exchanger 3 is cooled by the evaporation heat, thereby improving the efficiency of the entire air conditioner.
  • the present invention relates to an air cycle type air conditioner including control means for reducing the number of rotations of a motor 2 for driving a compressor 1 when the temperature of air falls below a predetermined temperature.
  • the absolute humidity of the outlet air be lower than the absolute humidity of the inlet air during cooling and higher than the absolute humidity of the inlet air during heating.
  • the absolute humidity of the blown air cannot be higher than that of the intake air during heating.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and a first object is to provide an air cycle type air conditioner capable of simultaneously controlling temperature and humidity.
  • a second object is to provide an air cycle type air conditioner that can prevent the occurrence of shrinkage inside the device without reducing the efficiency of the entire device even when the indoor humidity is high. is there.
  • a third object is to provide an air cycle type air conditioner in which ice particles are not blown out even when the air temperature is below the freezing point.
  • a fourth object is to provide an air cycle type air conditioner that can make the absolute humidity of blown air higher than that of intake air during heating. Disclosure of the invention
  • an air cycle type air conditioner comprises: a heat exchanger; compressing the intake air and conveying the compressed air to the heat exchanger; compressing the air conveyed from the heat exchanger and blowing air; A compressor that expands the suction air and conveys it to the heat exchanger, expands the air conveyed from the heat exchanger and conveys it as blown air, and drives the compressor and the expander.
  • a motor a dehumidifier for dehumidifying the intake air, a first temperature / humidity measuring unit for measuring the temperature and humidity of the intake air, and a temperature / humidity measured by the first temperature / humidity measuring unit and the required temperature / humidity.
  • a control unit that calculates a dehumidification amount and controls the dehumidifier based on the dehumidification amount.
  • the suction air is dehumidified by the dehumidifier during the cooling operation, so that even if the air temperature is lowered by the heat exchanger and the expander, moisture is not condensed, and Overall efficiency is improved.
  • the air cycle type air conditioner further includes a second temperature / humidity measuring unit for measuring the temperature / humidity of the blown air, and the control unit controls the temperature of the blown air measured by the second temperature / humidity measuring unit. Based on the humidity and the required temperature and humidity, the number of rotations of the motor and the amount of dehumidification of the dehumidifier are controlled.
  • the motor rotation speed and the dehumidifying amount of the dehumidifier are controlled based on the temperature and humidity of the blown air measured by the second temperature and humidity measuring unit and the required temperature and humidity of the blown air. Humidity can be set to a desired value.
  • the air cycle air conditioner further supplies condensed water generated by dehumidification of the dehumidifier to at least one of a compressor, a motor, and a heat exchanger. Including piping.
  • the temperature at that point can be lowered and the temperature efficiency can be improved. Efficiency can be improved.
  • the efficiency of the compressor, the motor, and the heat exchanger is calculated, and the condensed water generated by the dehumidification of the dehumidifier is supplied to a portion having the lowest efficiency.
  • the temperature at that point can be reduced and the temperature efficiency can be improved. Overall efficiency can be improved.
  • an air cycle air conditioner comprises: a heat exchanger; compressing the intake air and conveying the compressed air to the heat exchanger; compressing the air conveyed from the heat exchanger and blowing the air; Drives a compressor that conveys as air, an expander that expands suction air and conveys it to the heat exchanger, expands air conveyed from the heat exchanger and conveys it as blown air, and a compressor and expander Motor, a humidifier for humidifying the blown air, a first temperature / humidity measuring unit for measuring the temperature / humidity of the suction air, and the temperature / humidity measured by the first temperature / humidity measuring unit. And a control unit that calculates the humidification amount from the temperature and the humidity and controls the humidifier based on the humidification amount.
  • the control unit calculates the humidification amount from the temperature and humidity measured by the first temperature and humidity measurement unit and the required temperature and humidity, and controls the humidifier based on the humidification amount. can do.
  • the air cycle type air conditioner further includes a second temperature / humidity measuring unit for measuring the temperature / humidity of the blown air, and the control unit controls the temperature of the blown air measured by the second temperature / humidity measuring unit. Based on the humidity and the required temperature and humidity, the number of rotations of the motor and the amount of humidification of the humidifier are controlled.
  • the motor rotation speed and the humidification amount of the humidifier are controlled based on the temperature and humidity of the blown air measured by the second temperature and humidity measurement unit and the required temperature and humidity of the blown air.
  • the humidity can be set to a desired value.
  • the air cycle air conditioner further includes a dehumidifier for dehumidifying the intake air, and at least one of a dehumidifier, a heat exchanger, and an expander. Piping for supplying condensed water to the humidifier.
  • the condensed water generated by at least one of the dehumidifier, the heat exchanger, and the expander can be used for hydration of the humidifier, and the efficiency of the entire apparatus can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a schematic configuration of a conventional air cycle type air conditioner.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining a schematic configuration of the air cycle type air conditioner according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram for explaining a schematic configuration of an air cycle type air conditioner according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram for explaining a schematic configuration of an air cycle type air conditioner according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram for explaining a schematic configuration of an air cycle type air conditioner according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining a schematic configuration of the air cycle type air conditioner according to the first embodiment of the present invention.
  • This air-cycle air conditioner has a compressor 1, a motor 2, a heat exchanger 3, an expander 4, a four-way valve 5 to 7 that switches the air transfer path during cooling operation or heating operation, and an air inlet 8 , Air outlet 9, dehumidifier 10, 10 temperature and humidity of air sucked from inlet 8 1st temperature and humidity measuring unit 12, 2 temperature and humidity of air blown from outlet 9 (2) Control unit 1 that controls motor 2 and dehumidifier 10 based on temperature and humidity measured by temperature and humidity measurement unit 15 and first and second temperature and humidity measurement unit 12 and second temperature and humidity measurement unit 15 Including 4.
  • the arrow indicated by the solid line indicates the air conveyance path during cooling operation. ing.
  • the arrows indicated by broken lines indicate the air transport paths during the heating operation.
  • the control unit 14 calculates the amount of dehumidification from the temperature and humidity of the air sucked from the eight inlets measured by the first temperature and humidity measurement unit 12 and the required temperature and humidity of the blown air.
  • the dehumidifier 10 is controlled based on the dehumidification amount.
  • the control unit 14 detects the difference between the temperature and humidity of the air blown out from the 9 outlets measured by the second temperature and humidity measurement unit 15 and the required temperature and humidity of the blown air. By controlling the rotation speed of the motor 2, the compression of the compressor 1 is controlled, and the dehumidification amount of the dehumidifier 10 is controlled. Next, the operation of the air cycle type air conditioner during the cooling operation will be described.
  • the temperature and humidity of the indoor air sucked through the suction port 8 are measured by the first temperature and humidity measuring unit 12.
  • the control unit 14 calculates the absolute humidity required for the blown air from the required temperature and humidity of the blown air, and calculates the absolute humidity of the indoor air measured by the first temperature and humidity measurement unit 12 and the absolute humidity required for the blown air. Calculate the difference from absolute humidity.
  • the control unit 14 calculates the flow rate of the suction air from the input or the number of revolutions of the compressor 1 and, based on the difference between the flow rate of the suction air and the absolute humidity, the dehumidifier 10 changes the flow rate of the suction air per unit time. Calculate the amount of water to be dehumidified.
  • the absolute humidity of the intake air is larger than the required absolute humidity of the blow-off air, so the water content calculated by the above calculation to achieve the required temperature and humidity of the blow-out air Only dehumidifier 10 dehumidifies.
  • the air cycle type air conditioner of this embodiment is used as a room air conditioner, the amount of dehumidification during cooling operation is usually about 2 g / sec or less. As 0, a dehumidifier with relatively low capacity such as a honeycomb rotor type dry dehumidifier or an adsorption type dehumidifier is sufficient.
  • the suction air dehumidified by the dehumidifier 10 is guided to the compressor 1 via the four-way valve 5 and the four-way valve 6, and is converted into high-temperature and high-pressure air by the compressor 1. Then, the high-temperature and high-pressure air is guided to the heat exchanger 3 via the four-way valve 6, where the heat is exchanged with cooling air or cooling water to be cooled. In addition, this cooled high pressure The air is guided to the expander 4 through the four-way valve 7, adiabatically expanded in the expander 4 to become low-temperature, normal-pressure air, and then blown out from the outlet 9 through the four-way valve 7 and the four-way valve 5. It is.
  • the control unit 14 detects the difference between the temperature and humidity of the blown air measured by the second temperature and humidity measurement unit 15 and the required temperature and humidity of the blown air, and reduces the difference. Then, the rotation speed of the motor 2 and the dehumidification amount of the dehumidifier 10 are controlled.
  • the air cycle type air conditioner of the present embodiment since the suction air is dehumidified by the dehumidifier 10, the air temperature is reduced by the heat exchanger 3 and the expander 4. No water is condensed, and the efficiency of the entire system is improved. In addition, the difference between the temperature and humidity of the blown air measured by the second temperature and humidity measuring section 15 and the required temperature and humidity of the blown air is detected, and the rotation speed of the motor 2 is reduced to reduce the difference. Since the dehumidification amount of the dehumidifier 10 is controlled, the temperature and humidity of the blown air can be set to desired values. Furthermore, since the suction air is dehumidified by the dehumidifier 10, cracks are less likely to occur inside the device, and ice particles are not generated even when the air temperature is lower than the freezing point.
  • FIG. 3 is a block diagram for explaining a schematic configuration of an air cycle type air conditioner according to a second embodiment of the present invention.
  • the air cycle type air conditioner of this embodiment is different from the air cycle type air conditioner of the first embodiment shown in FIG. 2 in that the condensed water generated by the dehumidification of the dehumidifier 10 is compressed by the compressor 1 and the motor 2.
  • the only difference is that piping 1 and 3 for supplying heat to the heat exchanger 3 have been added. Therefore, the detailed description of the overlapping configurations and functions will not be repeated.
  • the arrows shown by solid lines indicate the air transport paths during the cooling operation.
  • the arrows indicated by broken lines indicate the air transport paths during the heating operation.
  • the arrow shown by the thick line indicates the transport path of the condensed water generated by the dehumidifier 10.
  • the condensed water generated by the dehumidification of the dehumidifier 10 is supplied to the compressor 1, the motor 2 and the heat exchanger 3 by the pipe 13 to cool them. As described above, since this condensed water is about 2 g Z sec, the inner diameter of pipe 13 is about 2-3 mm. Flexible resin tubes can be used. Note that a small pump may be used as the power for transporting the condensed water, or the dehumidifier 10 may be disposed above the compressor 1, the motor 2, and the heat exchanger 3, and its potential energy may be reduced. May be used.
  • the condensed water generated by the dehumidification of the dehumidifier 10 is supplied to the compressor 1, the motor 2 and the heat exchanger 3 by the pipe 13 and evaporates to remove the heat of each.
  • the temperature efficiency of the compressor 1, the motor 2, and the heat exchanger 3 is improved, and the efficiency of the entire apparatus is improved.
  • the temperature efficiency of the compressor 1, the motor 2, and the heat exchanger 3 also changes depending on conditions such as the flow rate of the intake air and the outside air temperature, the compressor 1, the motor 2, and the By mainly supplying condensed water to the portion of the heat exchanger 3 where the temperature efficiency is poorest, the efficiency of the entire apparatus can be further improved.
  • the heat insulation efficiency of the compressor 1 can be calculated from the measurement results of the air temperature at the inlet and the outlet of the compressor 1 and the compression ratio of the compressor 1.
  • the efficiency of the motor 2 can be obtained by calculating the correlation between the surface temperature of the motor 2 and the efficiency in advance, and measuring the surface temperature of the motor 2.
  • the temperature efficiency of the heat exchanger 3 is measured by measuring the temperature of the inlet and outlet of the heat exchanger 3 on the refrigerant air (refrigerant water) side and the temperature of the inlet and outlet of the heat exchanger 3 on the cooling side. Can be calculated.
  • the condensed water generated by the dehumidification of the dehumidifier 10 is supplied to the compressor 1, the motor 2, and the heat exchanger 3, It was possible to improve the temperature efficiency by lowering the temperature at each point, and to improve the efficiency of the entire device.
  • FIG. 4 is a block diagram for explaining a schematic configuration of an air cycle type air conditioner according to a third embodiment of the present invention.
  • the air cycle type air conditioner of the present embodiment is different from the air cycle type air conditioner of the first embodiment shown in FIG. 2 in that the dehumidifier 10 is omitted, the four-way valve 5 and the second temperature and humidity measurement are performed.
  • the only difference is that the humidifier 11 is provided between the humidifier 11 and the part 15. Therefore, the detailed description of the overlapping configurations and functions will not be repeated.
  • the arrows indicated by solid lines indicate the air transport paths during the cooling operation.
  • the arrows indicated by broken lines indicate the air transport paths during the heating operation.
  • the control unit 14 calculates the humidification amount from the temperature and humidity of the air sucked from the suction port 8 measured by the first temperature and humidity measurement unit 12 and the required temperature and humidity of the blown air.
  • the humidifier 11 is controlled based on the humidification amount. Further, the control unit 14 detects the difference between the temperature and humidity of the air blown out from the outlet 9 measured by the second temperature and humidity measurement unit 15 and the required temperature and humidity of the blown air, The number of rotations of the motor 2 is controlled to control the expansion of the expander 4 and the amount of humidification of the humidifier 11 is controlled.
  • the temperature and humidity of the indoor air sucked through the suction port 8 are measured by the first temperature and humidity measuring unit 12.
  • the control unit 14 calculates the absolute humidity required for the blown air from the required temperature and humidity of the blown air, and calculates the absolute humidity of the indoor air measured by the first temperature and humidity measurement unit 12 and the absolute humidity required for the blown air. Calculate the difference from absolute humidity. Then, the control unit 14 calculates the flow rate of the intake air from the input or the number of revolutions of the expander 4, and from the difference between the flow rate of the intake air and the absolute humidity, the humidifier 11 converts the intake air into the intake air per unit time. Calculate the amount of water to be humidified.
  • the absolute humidity of the intake air is smaller than the required absolute humidity of the blown air, so the water content calculated by the above calculation to achieve the required temperature and humidity of the blown air Humidification only by humidifier 1 1 1
  • the humidifier 11 a steam blowing type using heater heating or a water spray type humidifier using an ultrasonic vibrator can be used.
  • the suction air humidified by the humidifier 11 is guided to the expander 4 via the four-way valve 5 and the four-way valve 7, and is converted into low-temperature and low-pressure air by the expander 4. Then, the low-temperature and low-pressure air is guided to the heat exchanger 3 via the four-way valve 7, and exchanges heat with the cooling air or the cooling water in the heat exchanger 3 to be at room temperature. Further, the low-pressure air at normal temperature is guided to the compressor 1 through the four-way valve 6, compressed into high-temperature normal-pressure air in the compressor 1, and then transmitted through the four-way valve 6 and the four-way valve 5. It is blown out from outlet 9.
  • the control unit 14 detects the difference between the temperature and humidity of the blown air measured by the second temperature and humidity measurement unit 15 and the required temperature and humidity of the blown air, and controls the motor so as to reduce the difference.
  • the number of rotations of 2 and the amount of humidification of the humidifier 1 1 are controlled.
  • the temperature and humidity of the blown air measured by the second temperature and humidity measuring unit 15 and the required temperature and humidity of the blown air are different. Since the difference is detected and the rotation speed of the motor 2 and the humidification amount of the humidifier 10 are controlled to reduce the difference, the temperature and humidity of the blown air can be set to desired values.
  • FIG. 5 is a block diagram for explaining a schematic configuration of an air cycle type air conditioner according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the air cycle type air conditioner of the present embodiment is different from the air cycle type air conditioner of the first embodiment shown in FIG. 2 in that a humidifier 11 is provided between the four-way valve 5 and the outlet 9.
  • a pipe 14 for supplying the condensed water generated in the dehumidifier 10, the heat exchanger 3 and the expander 4 to the humidifier 11 has been added. Therefore, the detailed description of the overlapping configurations and functions will not be repeated.
  • the arrows indicated by solid lines indicate the air transport paths during the cooling operation. Arrows indicated by broken lines indicate air transport paths during the heating operation. Further, the arrows indicated by the thick lines indicate the transport path of the condensed water generated in the dehumidifier 10, the heat exchanger 3, and the expander 4.
  • the condensed water generated in the dehumidifier 10, the heat exchanger 3, and the expander 4 is supplied to the humidifier 11 by the pipe 14 and used for hydration of the humidifier 11.
  • a flexible resin tube having an inner diameter of about 2 to 3 mm can be used as the pipe 14.
  • a small pump may be used as the power for conveying the condensed water, or the humidifier 11 may be disposed below the dehumidifier 10, the heat exchanger 3, and the expander 4, and the position thereof may be adjusted. Energy may be used.
  • the condensed water generated in the dehumidifier 10, the heat exchanger 3, and the expander 4 is supplied to the humidifier 11 1 It can be used for water replenishment, and the efficiency of the entire system can be improved.

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Description

明細書 エアサイクル式空気調和装置 技術分野
本発明は、 少なくとも圧縮機、 モータ、 熱交換器および膨張機を有し、 所定の 吸込み口から吸込んだ空気を熱交換して吹出し口から室内に吹出すエアサイクル 式空気調和装置に関し、 特に、 温度と湿度とを同時に制御でき、 空気調和装置内 部の鲭びを防止し、 空気温度を氷点温度以下にでき、 暖房時の吸込み空気よりも 吹出し空気の絶対湿度を高くできるエアサイクル式空気調和装置に関する。 背景技術
近年、 冷房および暖房を切り替えて運転できるエアサイクル式空気調和装置が 広く普及している。 図 1は、 従来のエアサイクル式空気調和装置の概略構成を示 すブロック図である。 このエアサイクル式空気調和装置は、 圧縮機 モータ 2、 熱交換器 3、 膨張機 4、 冷房運転時または暖房運転時における空気の搬送経路を 切り替える四方弁 5〜 7、 空気の吸込み口 8、 および空気の吹出し口 9を含む。 図 1において、 実線で示す矢印は、 冷房運転時における空気の搬送経路を示し ている。 また、 破線で示す矢印は、 暖房運転時における空気の搬送経路を示して レ、る。 四方弁 5は、 冷房運転時および暖房運転時において、 吸込み口 8による空 気の吸込みと吹出し口 9による空気の吹出しとが入れ替わらないようにするため に配設された弁である。
具体的には、 冷房運転時に、 四方弁 5の連通を実線で示すように切り替えるこ とによって、 四方弁 6を介して吸込み口 8が圧縮機 1の入口に連通されるととも に、 四方弁 7を介して吹出し口 9が膨張機 4の出口に連通される。 一方、 暖房運 転時には、 四方弁 5の連通を破線で示すように切り替えることによって、 四方弁 7を介して吸込み口 8が膨張機 4の入口に連通されるとともに、 四方弁 6を介し て吹出し口 9が圧縮機 1の出口に連通される。
また、 冷房運転時に、 四方弁 6の連通を実線で示すように切り替えることによ つて、 四方弁 5を介して圧縮機 1の入口が吸込み口 8に連通されるとともに、 圧 縮機 1の出口が熱交換器 3に連通される。 一方、 暖房運転時には、 四方弁 6の連 通を破線で示すように切り替えることによって、 熱交換器 3が圧縮機 1の入口に 連通されるとともに、 四方弁 5を介して圧縮機 1の出口が吹出し口 9に連通され る。
さらには、 冷房運転時に、 四方弁 7の連通を実線で示すように切り替えること によって、 熱交換器 3が膨張機 4の入口に連通されるとともに、 四方弁 5を介し て膨張機 4の出口が吹出し口 9に連通される。 一方、 暖房運転時には、 四方弁 7 の連通を破線で示すように切り替えることによって、 四方弁 5を介して吸込み口 8が膨張機 4の入口に連通されるとともに、 膨張機 4の出口が熱交換器 3に連通 される。
このように、 冷房運転時には、 吸込み口 8から吸込まれた空気が、 四方弁 5お よび四方弁 6を介して圧縮機 1に導かれ、 圧縮機 1によって高温高圧の空気とさ れる。 そして、 この高温高圧の空気が、 四方弁 6を介して熱交換器 3に導かれ、 熱交換器 3において冷却空気または冷却水と熱交換されて冷却される。 さらに、 この冷却された高圧空気が、 四方弁 7を介して膨張機 4に導かれ、 膨張機 4にお いて断熱膨張されて低温常圧の空気とされた後、 四方弁 7および四方弁 5を介し て吹出し口 9から吹出される。
一方、 暖房運転時には、 吸込み口 8から吸込まれた空気が、 四方弁 5および四 方弁 7を介して膨張機 4に導かれ、 膨張機 4によって低温低圧の空気とされる。 そして、 この低温低圧の空気が、 四方弁 7を介して熱交換器 3に導かれ、 熱交換 器 3において冷却空気または冷却水と熱交換されて常温低圧の空気とされる。 さ らに、 この常温低圧の空気が、 四方弁 6を介して圧縮機 1に導かれ、 圧縮機 1に おいて断熱膨張されて高温常圧の空気とされた後、 四方弁 6および四方弁 5を介 して吹出し口 9から吹出される。 なお、 圧縮機 1は、 モータ 2の動力および膨張 機 4によって発生した動力によって駆動される。
以上説明したように、 従来のエアサイクル式空気調和装置においては、 圧縮機 1、 モータ 2、 熱交換器 3、 膨張機 4、 および 3つの四方弁 5〜7を用いること により、 冷房運転と暖房運転とを切り替えている。 ところで、 上述した従来のエアサイクル式空気調和装置において、 装置全体の 効率を向上させるために、 各種技術が提案されている。 たとえば、 特開平 4 _ 1 8 4 0 4 9号公報に開示された発明は、 冷房運転時に熱交換機 3または膨張機 4 において発生した凝縮水で圧縮機 1を冷却したり、 熱交換器 3に凝縮水を噴霧し て凝縮水を蒸発させ、 その蒸発熱によって熱交換器 3を冷却することにより、 空 気調和装置全体の効率を向上させるものである。
また、 特開平 5— 2 2 3 3 7 5号公報に蘭示された発明は、 膨張機 4から流出 される空気に含有される水分の氷結を防止するために、 膨張機 4から流出された 空気の温度が所定温度以下となった場合に、 圧縮機 1を駆動するモータ 2の回転 数を減少させる制御手段を備えたエアサイクル式空気調和装置に関するものであ る。
しかし、 従来からエアサイクル式空気調和装置には以下の問題点があつたが、 これらの問題点は上述した技術によっては解決されていない。
( 1 ) 室内から吸込む空気の温湿度と、 要求される室内へ吹出す空気の温度とに よって吹出し空気の湿度が一義的に決定されるため、 空気調和装置の性能として 重要となる温度と湿度とを同時に制御することができない。
( 2 ) 冷房時に、 熱交換器 3または膨張機 4において吸込み空気に含まれる水分 も同時に冷却して凝縮させるため、 室内の湿度が高い場合には空気調和装置全体 の効率が低下するとともに、 空気調和装置内部に鲭びが発生する原因にもなる。
( 3 ) 空気調和装置に吸込まれる空気の温度が低い場合には、 膨張機 4から流出 された空気が室内に戻るときに、 氷粒が吹出し口 9から吹出される等の不具合が あるため、 空気温度を氷点温度以下にすることができない。
( 4 ) 一般に、 吹出し空気の絶対湿度は、 冷房時には吸込み空気の絶対湿度より も低く、 暖房時には吸込み空気の絶対湿度よりも高くすることが望ましい。 しか し、 従来の空気調和装置においては、 暖房時に吸込み空気よりも吹出し空気の絶 対湿度を高くすることができない。
本発明は、 上記問題点を解決するためになされたものであり、 第 1の目的は、 温度と湿度とを同時に制御することが可能なエアサイクル式空気調和装置を提供 することである。 第 2の目的は、 室内の湿度が高い場合にも装置全体の効率が低下することなく、 かつ装置内部で鲭びの発生を防止することが可能なエアサイクル式空気調和装置 を提供することである。
第 3の目的は、 空気温度を氷点以下にしても氷粒が吹出されないエアサイクル 式空気調和装置を提供する事である。
第 4の目的は、 暖房時に吸込み空気よりも吹出し空気の絶対湿度を高くするこ とが可能なエアサイクル式空気調和装置を提供することである。 発明の開示
本発明のある局面に従えば、 エアサイクル式空気調和装置は、 熱交換器と、 吸 込み空気を圧縮して熱交換器に搬送し、 熱交換器から搬送された空気を圧縮して 吹出し空気として搬送する圧縮機と、 吸込み空気を膨張して熱交換器に搬送し、 熱交換器から搬送された空気を膨張して吹出し空気として搬送する膨張機と、 圧 縮機および膨張機を駆動するモータと、 吸込み空気を除湿する除湿機と、 吸込み 空気の温湿度を測定する第 1の温湿度測定部と、 第 1の温湿度測定部によって測 定された温湿度および要求される温湿度から除湿量を算出し、 この除湿量に基づ いて除湿機を制御する制御部とを含んでいる。
このような構成にすることにより、 冷房運転時に除湿機によつて吸込み空気が 除湿されるので、 熱交換器および膨張機によって空気温度が低温とされても水分 が凝縮されることがなく、 装置全体の効率が向上する。
好ましくは、 エアサイクル式空気調和装置はさらに吹出し空気の温湿度を測定 するための第 2の温湿度測定部を含み、 制御部は第 2の温湿度測定部によって測 定された吹出し空気の温湿度および要求される温湿度に基づいて、 モータの回転 数および除湿機の除湿量を制御する。
第 2温湿度測定部によって測定された吹出し空気の温湿度と、 要求される吹出 し空気の温湿度とに基づいてモータの回転数と除湿機の除湿量を制御するので、 吹出し空気の温度および湿度を所望の値にすることが可能となる。
好ましくは、 エアサイクル式空気調和装置はさらに除湿機の除湿によって生成 された凝縮水を圧縮機、 モータおよび熱交換器のうち少なくとも 1つに供給する 配管を含む。
除湿機の除湿によって発生した凝縮水を、 圧縮機、 モータおよび熱交換器の少 なくとも 1つに供給することにより、 その個所の温度を下げて温度効率を向上さ せることができ、 装置全体の効率を向上させることができる。
好ましくは、 圧縮機、 モータおよび熱交換器の効率を算出し、 効率が最も悪い 箇所に除湿機の除湿によつて生成された凝縮水を供給する。
除湿機の除湿によって発生した凝縮水を、 圧縮機、 モータおよび熱交換器のう ち最も効率が悪い箇所に供給することにより、 その個所の温度を下げて温度効率 を向上させることができ、 装置全体の効率を向上させることができる。
本発明の別の局面に従えば、 エアサイクル式空気調和装置は、 熱交換器と、 吸 込み空気を圧縮して熱交換器に搬送し、 熱交換器から搬送された空気を圧縮して 吹出し空気として搬送する圧縮機と、 吸込み空気を膨張して熱交換器に搬送し、 熱交換器から搬送された空気を膨張して吹出し空気として搬送する膨張機と、 圧 縮機および膨張機を駆動するモータと、 吹出し空気を加湿する加湿機と、 吸込み 空気の温湿度を測定するための第 1の温湿度測定部と、 第 1の温湿度測定部によ つて測定された温湿度および要求される温湿度から加湿量を算出し、 加湿量に基 づいて加湿機を制御する制御部とを含む。
制御部は、 第 1の温湿度測定部によって測定された温湿度および要求される温 湿度から加湿量を算出し、 この加湿量に基づいて加湿機を制御するので、 室内を 所望の温湿度にすることができる。
好ましくは、 エアサイクル式空気調和装置はさらに吹出し空気の温湿度を測定 するための第 2の温湿度測定部を含み、 制御部は、 第 2の温湿度測定部によって 測定された吹出し空気の温湿度および要求される温湿度に基づいて、 モータの回 転数および加湿機の加湿量を制御する。
第 2温湿度測定部によって測定された吹出し空気の温湿度と、 要求される吹出 し空気の温湿度とに基づいてモータの回転数と加湿機の加湿量を制御するので、 吹出し空気の温度および湿度を所望の値にすることができる。
好ましくは、 エアサイクル式空気調和装置はさらに吸込み空気を除湿する除湿 機と、 除湿機、 熱交換器および膨張機のうち少なくとも 1つによって生成された 凝縮水を加湿機に供給するための配管とを含む。
除湿機、 熱交換器および膨張機のうち少なくとも 1つによって生成された凝縮 水を、 加湿器の水分補給に利用することができ、 装置全体の効率を向上させるこ とができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 従来のエアサイクル式空気調和装置の概略構成を説明するためのプロ ック図である。
図 2は、 本発明の第 1実施例におけるエアサイクル式空気調和装置の概略構成 を説明するためのブロック図である。
図 3は、 本発明の第 2実施例におけるエアサイクル式空気調和装置の概略構成 を説明するためのブロック図である。
図 4は、 本発明の第 3実施例におけるエアサイクル式空気調和装置の概略構成 を説明するためのプロック図である。
図 5は、 本発明の第 4実施例におけるエアサイクル式空気調和装置の概略構成 を説明するためのブロック図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説明するために、 添付の図面にしたがつてこれを説明する。 (実施例 1 )
図 2は、 本発明の第 1実施例におけるエアサイクル式空気調和装置の概略構成 を説明するためのブロック図である。 このエアサイクル式空気調和装置は、 圧縮 機 1、 モータ 2、 熱交換器 3、 膨張機 4、 冷房運転時または暖房運転時における 空気の搬送経路を切り替える四方弁 5〜 7、 空気の吸込み口 8、 空気の吹出し口 9、 除湿機 1 0、 吸込み口 8から吸込んだ空気の温湿度を測定する第 1温湿度測 定部 1 2、 吹出し口 9から吹出される空気の温湿度を測定する第 2温湿度測定部 1 5、 および第 1温湿度測定部 1 2と第 2温湿度測定部 1 5とによって測定され た温湿度に基づいてモータ 2と除湿機 1 0とを制御する制御部 1 4を含む。
図 2において、 実線で示す矢印は、 冷房運転時における空気の搬送経路を示し ている。 また、 破線で示す矢印は、 暖房運転時における空気の搬送経路を示して いる。 なお、 本実施例におけるエアサイクル式空気調和装置において、 図 1に示 す従来のエアサイクル式空気調和装置と同じ構成および機能を有する部品には同 じ参照符号を付し、 その構成および機能についての詳細な説明は繰返さなレ、。 制御部 1 4は、 第 1温湿度測定部 1 2によつて測定された吸込み口 8カゝら吸込 まれた空気の温湿度と、 要求される吹出し空気の温湿度とから除湿量を計算し、 この除湿量に基づいて除湿機 1 0を制御する。 また、 制御部 1 4は、 第 2温湿度 測定部 1 5によつて測定された吹出し口 9カゝら吹出される空気の温湿度と、 要求 される吹出し空気の温湿度との差を検知することにより、 モータ 2の回転数を制 御して圧縮機 1の圧縮を制御するとともに、 除湿機 1 0の除湿量を制御する。 次に、 このエアサイクル式空気調和装置の冷房運転時における動作について説 明する。 吸込み口 8から吸込まれた室内の空気は、 第 1温湿度測定部 1 2によつ てその温湿度が測定される。 制御部 1 4は、 要求される吹出し空気の温湿度から 吹出し空気に必要な絶対湿度を計算し、 第 1温湿度測定部 1 2によって測定され た室内空気の絶対湿度と、 吹出し空気に必要な絶対湿度との差を計算する。
そして、 制御部 1 4は、 圧縮機 1の入力または回転数から吸込み空気の流量を 算出し、 この吸い込み空気の流量と絶対湿度の差とから、 除湿機 1 0が単位時間 当たりに吸込み空気から除湿すべき水分量を計算する。 一般に、 冷房運転時には、 吸込み空気の絶対湿度が、 要求される吹出し空気の絶対湿度よりも大きいため、 要求される吹出し空気の温湿度を実現するために、 上述した計算によって求めら れた水分量だけ除湿機 1 0によって除湿する。 なお、 使用条件によっても異なる 力 本実施例におけるエアサイクル式空気調和装置をルームエアコンとして使用 する場合には、 冷房運転時における除湿量が通常 2 g / s e c程度以下であるの で、 除湿機 1 0としてハニカムロータ式の乾式除湿機や、 吸着式除湿機など比較 的能力の低い除湿機で足りる。
除湿機 1 0によって除湿された吸込み空気は、 四方弁 5および四方弁 6を介し て圧縮機 1に導かれ、 圧縮機 1によって高温高圧の空気とされる。 そして、 この 高温高圧の空気が、 四方弁 6を介して熱交換器 3に導かれ、 熱交換器 3において 冷却空気または冷却水と熱交換されて冷却される。 さらに、 この冷却された高圧 空気が、 四方弁 7を介して膨張機 4に導かれ、 膨張機 4において断熱膨張されて 低温常圧の空気とされた後、 四方弁 7および四方弁 5を介して吹出し口 9から吹 出される。
また、 制御部 1 4は、 第 2温湿度測定部 1 5によつて測定された吹出し空気の 温湿度と、 要求される吹出し空気の温湿度との差を検知し、 この差を小さくする ようにモータ 2の回転数と除湿機 1 0の除湿量を制御する。
以上説明したように、 本実施例におけるエアサイクル式空気調和装置によれば、 除湿機 1 0によって吸込み空気が除湿されるので、 熱交換器 3および膨張機 4に よって空気温度が低温とされても水分が凝縮されることがなく、 装置全体の効率 が向上する。 また、 第 2温湿度測定部 1 5によって測定された吹出し空気の温湿 度と、 要求される吹出し空気の温湿度との差を検知し、 この差を小さくするよう にモータ 2の回転数と除湿機 1 0の除湿量を制御するので、 吹出し空気の温度お よび湿度を所望の値にすることが可能となる。 さらには、 除湿機 1 0によって吸 込み空気が除湿されるので、 装置内部に鲭びが発生しにくくなり、 空気温度を氷 点以下にしても氷粒が発生しなくなる。
(実施例 2 )
図 3は、 本発明の第 2実施例におけるエアサイクル式空気調和装置の概略構成 を説明するためのプロック図である。 本実施例におけるエアサイクル式空気調和 装置は、 図 2に示す第 1実施例におけるエアサイクル式空気調和装置と比較して、 除湿機 1 0の除湿によって発生した凝縮水を圧縮機 1、 モータ 2および熱交換器 3に供給する配管 1 3が追加ざれた点のみが異なる。 したがって、 重複する構成 および機能についての詳細な説明は繰返さない。
図 3において、 実線で示す矢印は、 冷房運転時における空気の搬送経路を示し ている。 また、 破線で示す矢印は、 暖房運転時における空気の搬送経路を示して いる。 さらには、 太線で示す矢印は、 除湿機 1 0によって発生した凝縮水の搬送 経路を示している。
除湿機 1 0の除湿によって発生した凝縮水は、 配管 1 3によって圧縮機 1、 モ ータ 2および熱交換器 3に供給されて、 それぞれを冷却する。 上述したように、 この凝縮水は 2 g Z s e c程度であるので、 配管 1 3として内径 2〜 3 mm程度 のフレキシブルな樹脂製チューブが利用できる。 なお、 この凝縮水を搬送する動 力として、 小型のポンプを利用しても良いし、 除湿機 1 0を圧縮機 1、 モータ 2 および熱交換器 3より上方に配設して、 その位置エネルギーを利用しても良い。 除湿機 1 0の除湿によって発生した凝縮水は、 配管 1 3によって圧縮機 1、 モ —タ 2および熱交換器 3に供給され、 蒸発してそれぞれの熱を奪う。 したがって、 圧縮機 1、 モータ 2および熱交換器 3の温度効率が向上し、 装置全体の効率が向 上することになる。 し力 し、 圧縮機 1、 モータ 2および熱交換器 3の温度効率は、 吸込み空気の流量や外気温度等の条件によっても変化するため、 装置の運転状況 に応じて圧縮機 1、 モータ 2および熱交換器 3のうち、 最も温度効率が悪くなつ ている箇所に凝縮水を重点的に供給することにより、 さらに装置全体の効率を向 上させることができる。
ここで、 圧縮機 1の断熱効率は、 圧縮機 1の入口および出口の空気温度の測定 結果と、 圧縮機 1の圧縮比とから計算することができる。 また、 モータ 2の効率 は、 予めモータ 2の表面温度と効率との相関を求めておき、 モータ 2の表面温度 を測定することによってモータ 2の効率を求めることができる。 さらには、 熱交 換器 3の温度効率は、 熱交換器 3の冷媒空気 （冷媒水） 側の入口および出口の温 度と、 熱交換器 3の冷却側の入口および出口の温度とを測定することによって算 出することができる。
以上説明したように、 本実施例におけるエアサイクル式空気調和装置によれば、 除湿機 1 0の除湿によって発生した凝縮水を、 圧縮機 1、 モータ 2および熱交換 器 3に供給することにより、 各個所の温度を下げて温度効率を向上させることが でき、 装置全体の効率を向上させることが可能となった。
(実施例 3 )
図 4は、 本発明の第 3実施例におけるエアサイクル式空気調和装置の概略構成 を説明するためのブロック図である。 本実施例におけるエアサイクル式空気調和 装置は、 図 2に示す第 1実施例におけるエアサイクル式空気調和装置と比較して、 除湿機 1 0を削除した点および四方弁 5と第 2温湿度測定部 1 5との間に加湿器 1 1が配設された点のみが異なる。 したがって、 重複する構成および機能につい ての詳細な説明は繰返さない。 図 4において、 実線で示す矢印は、 冷房運転時における空気の搬送経路を示し ている。 また、 破線で示す矢印は、 暖房運転時における空気の搬送経路を示して いる。
制御部 1 4は、 第 1温湿度測定部 1 2によつて測定された吸込み口 8から吸込 まれた空気の温湿度と、 要求される吹出し空気の温湿度とから加湿量を計算し、 この加湿量に基づいて加湿機 1 1を制御する。 また、 制御部 1 4は、 第 2温湿度 測定部 1 5によって測定された吹出し口 9から吹出される空気の温湿度と、 要求 される吹出し空気の温湿度との差を検知することにより、 モータ 2の回転数を制 御して膨張機 4の膨張を制御するとともに、 加湿機 1 1の加湿量を制御する。 次に、 このエアサイクル式空気調和装置の暖房運転時における動作について説 明する。 吸込み口 8から吸込まれた室内の空気は、 第 1温湿度測定部 1 2によつ てその温湿度が測定される。 制御部 1 4は、 要求される吹出し空気の温湿度から 吹出し空気に必要な絶対湿度を計算し、 第 1温湿度測定部 1 2によって測定され た室内空気の絶対湿度と、 吹出し空気に必要な絶対湿度との差を計算する。 そして、 制御部 1 4は、 膨張機 4の入力または回転数から吸込み空気の流量を 算出し、 この吸い込み空気の流量と絶対湿度の差とから、 加湿機 1 1が単位時間 当たりに吸込み空気に加湿すべき水分量を計算する。 一般に、 暖房運転時には、 吸込み空気の絶対湿度が、 要求される吹出し空気の絶対湿度よりも小さいため、 要求される吹出し空気の温湿度を実現するために、 上述した計算によって求めら れた水分量だけ加湿機 1 1によって加湿する。 なお、 この加湿器 1 1として、 ヒ ータ加熱による蒸気吹出し式や、 超音波振動子を用いた水噴霧式の加湿器が使用 できる。
加湿機 1 1によって加湿された吸込み空気は、 四方弁 5および四方弁 7を介し て膨張機 4に導かれ、 膨張機 4によって低温低圧の空気とされる。 そして、 この 低温低圧の空気が、 四方弁 7を介して熱交換器 3に導かれ、 熱交換器 3において 冷却空気または冷却水と熱交換されて常温とされる。 さらに、 この常温の低圧空 気が、 四方弁 6を介して圧縮機 1に導かれ、 圧縮機 1において圧縮されて高温常 圧の空気とされた後、 四方弁 6および四方弁 5を介して吹出し口 9から吹出され る。 また、 制御部 1 4は、 第 2温湿度測定部 1 5によって測定された吹出し空気の 温湿度と、 要求される吹出し空気の温湿度との差を検知し、 この差を小さくする ようにモータ 2の回転数と加湿機 1 1の加湿量を制御する。
以上説明したように、 本実施例におけるエアサイクル式空気調和装置によれば、 第 2温湿度測定部 1 5によって測定された吹出し空気の温湿度と、 要求される吹 出し空気の温湿度との差を検知し、 この差を小さくするようにモータ 2の回転数 と加湿機 1 0の加湿量を制御するので、 吹出し空気の温度および湿度を所望の値 にすることが可能となる。
(実施例 4 )
図 5は、 本発明の第 4実施例におけるエアサイクル式空気調和装置の概略構成 を説明するためのプロック図である。 本実施例におけるエアサイクル式空気調和 装置は、 図 2に示す第 1実施例におけるェアサイクル式空気調和装置と比較して、 四方弁 5と吹出し口 9との間に加湿器 1 1が配設された点と、 除湿機 1 0、 熱交 換器 3および膨張機 4において発生した凝縮水を加湿器 1 1に供給する配管 1 4 が追加された点のみが異なる。 したがって、 重複する構成および機能についての 詳細な説明は繰返さない。
図 5において、 実線で示す矢印は、 冷房運転時における空気の搬送経路を示し ている。 また、 破線で示す矢印は、 暖房運転時における空気の搬送経路を示して レ、る。 さらには、 太線で示す矢印は、 除湿機 1 0、 熱交換器 3および膨張機 4に おいて発生した凝縮水の搬送経路を示している。
除湿機 1 0、 熱交換器 3および膨張機 4において発生した凝縮水は、 配管 1 4 によって加湿器 1 1に供給されて、 加湿器 1 1の水分補給に利用される。 実施例 2におけるエアサイクル式空気調和装置と同様に、 配管 1 4として内径 2〜3 m m程度のフレキシブルな樹脂製チューブが利用できる。 なお、 この凝縮水を搬送 する動力として、 小型のポンプを利用しても良いし、 加湿機 1 1を除湿機 1 0、 熱交換器 3および膨張機 4より下方に配設して、 その位置エネルギーを利用して も良い。
以上説明したように、 本実施例におけるエアサイクル式空気調和装置によれば、 除湿機 1 0、 熱交換器 3および膨張機 4において発生した凝縮水を、 加湿器 1 1 の水分補給に利用することができ、 装置全体の効率を向上させることが可能とな つた。

Claims

請求の範囲
1. 熱交換器 (3) と、
吸込み空気を圧縮して前記熱交換器 (3) に搬送し、 前記熱交換器 (3) から 搬送された空気を圧縮して吹出し空気として搬送する圧縮機 （1) と、
吸込み空気を膨張して前記熱交換器 (3) に搬送し、 前記熱交換器 (3) から 搬送された空気を膨張して吹出し空気として搬送する膨張機 （4) と、
前記圧縮機 （1) および膨張機 （4) を駆動するモータ （2) と、
前記吸込み空気を除湿する除湿機 （10) と、
前記吸込み空気の温湿度を測定するための第 1の温湿度測定手段 （12) と、 前記第 1の温湿度測定手段 （12) によつて測定された温湿度および要求され る温湿度から除湿量を算出し、 該除湿量に基づいて前記除湿機 （10) を制御す る制御手段 （14) とを含むエアサイクル式空気調和装置。
2. 前記エアサイクル式空気調和装置はさらに、 前記吹出し空気の温湿度を測定 するための第 2の温湿度測定手段 （15) を含み、
前記制御手段は、 前記第 2の温湿度測定手段 （15) によって測定された吹出 し空気の温湿度および前記要求される温湿度に基づいて、 前記モータ （2) の回 転数および前記除湿機 （10) の除湿量を制御する、 請求項 1記載のエアサイク ル式空気調和装置。
3. 前記エアサイクル式空気調和装置はさらに、 前記除湿機 （10) の除湿によ つて生成された凝縮水を前記圧縮機 (1) 、 モータ （2) および熱交換器 (3) のうち少なくとも 1つに供給する配管 （13) を含む、 請求項 1記載のエアサイ クル式空気調和装置。
4. 前記エアサイクル式空気調和装置はさらに、 前記圧縮機 （1) 、 モータ (2) および熱交換器 (3) の効率を算出し、 効率が最も悪い箇所に前記除湿機
(10) の除湿によって生成された凝縮水を供給する供給手段を含む、 請求項 1 記載のエアサイクル式空気調和装置。
5. 熱交換器 (3) と、
吸込み空気を圧縮して前記熱交換器 (3) に搬送し、 前記熱交換器 (3) から 搬送された空気を圧縮して吹出し空気として搬送する圧縮機 （1) と、 吸込み空気を膨張して前記熱交換器 (3) に搬送し、 前記熱交換器 (3) から 搬送された空気を膨張して吹出し空気として搬送する膨張機 （4) と、
前記圧縮機 （1) および膨張機 （4) を駆動するモータ （2) と、
前記吹出し空気を加湿する加湿機 （1 1) と、
前記吸込み空気の温湿度を測定するための第 1の温湿度測定手段 （12) と、 前記第 1の温湿度測定手段 （1 2) によって測定された温湿度および要求され る温湿度から加湿量を算出し、 該加湿量に基づいて前記加湿機 （1 1) を制御す る制御手段 （14) とを含むエアサイクル式空気調和装置。
6. 前記エアサイクル式空気調和装置はさらに、 前記吹出し空気の温湿度を測定 するための第 2の温湿度測定手段 （1 5) を含み、
前記制御手段は、 前記第 2の温湿度測定手段 （1 5) によって測定された吹出 し空気の温湿度および前記要求される温湿度に基づいて、 前記モータ （2) の回 転数および前記加湿機 （1 1) の加湿量を制御する、 請求項 5記載のエアサイク ル式空気調和装置。
7. 前記エアサイクル式空気調和装置はさらに、 前記吸込み空気を除湿する除湿 機 （1 0) と、
前記除湿機 （1 0) 、 熱交換器 (3) および膨張機 （4) のうち少なくとも 1 つによって生成された凝縮水を前記加湿機 （1 1) に供給するための供給手段と を含む、 請求項 5記載のエアサイクル式空気調和装置。
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