WO2000036345A1

WO2000036345A1 - Conditionneur d'air

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Publication number: WO2000036345A1
Application number: PCT/JP1999/006933
Authority: WO
Inventors: Chun-Cheng Piao; Manabu Yoshimi; Ryuichi Sakamoto; Kazuo Yonemoto; Shotaro Mishina; Akira Kamino
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2000-06-22
Also published as: US6792771B2; DE69931811T2; CN100458309C; CN1330756A; US20030209028A1; EP1143208A1; JP2000179963A; DE69931811D1; EP1143208B1; US6539744B1; EP1143208A4

Description

, 明細書空気調和装置技術分野

本発明は、空気を冷媒とする空気サイクルを利用した空気調和装置に関し、特に、効率向上策に係るものである。背景技術

従来より、特開昭 6 2 - 1 0 2 0 6 1号公報に開示されているように、空気を冷媒とする空気サイクル式の冷却装置が知られている。この種の冷却装置は、圧縮機と熱交換器と膨張機とを備え、圧縮機へ空気を吸入して圧縮し、圧縮された圧縮空気を熱交換器で冷却した後に膨張機で膨張させて低温の低温空気を得るように構成されている。そして、上記公報の冷却装置では、得られた冷却空気で室内の冷房を行うようにしている。また、上記冷却装置は、膨張機で膨張した低温空気に水を噴霧し、水の蒸発によって該低温空気の温度を更に低下させて冷却能力を増大させるようにしてい一解決課題一

しかしながら、従来の上記冷却装置では、圧縮機で圧縮された空気の冷却を外気との熱交換により行っていた。このため、上記冷却装置では、夏期には外気温が 3 5 °C 程度にまで上昇すると、圧縮空気の温度を 4 0 °C程度にまでしか下げることができない。従って、外気温が高い状態でも冷却能力を確保するために、圧縮機における圧縮比を大きくする必要があった。そして、これに起因して、圧縮機の駆動動力が嵩むため、冷却効率が悪い、即ち C O P (成績係数）が低いという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空気サイクルを利用した空気調和装置の冷却能力を維持しつつ C 0 Pを向上させることにある。 ₀ 発明の開示

本発明は、冷却後の圧縮空気の温度を低下させ、冷却能力を維持しつつ圧縮機動力を削減するようにしたものである。

具体的に、本発明が講じた第 1の解決手段は、空気を冷媒とする空気サイクルによって室内空気を冷却して冷房を行う空気調和装置を対象としている。そして、少なくとも室内空気を吸入して圧縮する圧縮機（21) と、該圧縮機（21) で圧縮された圧縮空気と室内から排出される排出空気とを熱交換させて該圧縮空気を冷却する冷却手段（30) と、該冷却手段（30) で冷却された圧縮空気を膨張させる膨張機（23) とを設け、該膨張機（23) で膨張して低温となった低温空気を室内に供給するものである。

また、本発明が講じた第 2の解決手段は、上記第 1の解決手段において、冷却手段（30) へ送られる排出空気を予め冷却するために該排出空気へ水分を供給する水分供給手段（41) を設けるものである。

また、本発明が講じた第 3の解決手段は、上記第 1の解決手段において、冷却手段（30) で水の蒸発潜熱を利用して圧縮空気の冷却が行われるように排出空気に水分を供給する水分供給手段（42) を設けるものである。

また、本発明が講じた第 4の解決手段は、上記第 2又は第 3の解決手段において、排出空気の相対湿度が冷却手段（30) から排出される際に 8 0 %以上で且つ 1 0 0 % 未満となるように、水分供給手段（41,42) が所定量の水分を該排出空気に供給することとするものである。

また、本発明が講じた第 5の解決手段は、上記第 2又は第 3の解決手段において、水分供給手段（41,42) を、水分が透過可能な透湿膜を介して排出空気に水分を供給するように構成するものである。

また、本発明が講じた第 6の解決手段は、上記第 1の解決手段において、空気中の水蒸気が水蒸気分圧の高い側から低い側へ透過可能に構成された分離膜を有し、圧縮空気に含まれる水蒸気を凝縮させずに該圧縮空気から分離する水分除去手段（22) を設けるものである。また、本発明が講じた第 7の解決手段は、上記第 6の解決手段において、水分除去手段（22) における分離膜の両側での水蒸気分圧差を確保するために該分離膜の一方側を減圧する減圧手段（36) を設けるものである。

また、本発明が講じた第 8の解決手段は、上記第 2〜第 5の何れか 1の解決手段において、空気中の水蒸気が水蒸気分圧の高い側から低い側へ透過可能に構成された分離膜を有し、圧縮空気に含まれる水蒸気を凝縮させずに該圧縮空気から分離する水分除去手段（22) を設けるものである。

また、本発明が講じた第 9の解決手段は、上記第 8の解決手段において、水分除去手段（22) における分離膜の両側での水蒸気分圧差を確保するために該分離膜の一方側を減圧する減圧手段（36) を設けるものである。

また、本発明が講じた第 1 0の解決手段は、上記第 6又は第 8の解決手段において、水分除去手段（22) を、分離膜の一方の表面と圧縮空気と接触させると共に他方の表面と排出空気とを接触させ、該圧縮空気に含まれる水蒸気が該排出空気へ移動するように構成されるものである。

また、本発明が講じた第 1 1の解決手段は、上記第 6〜第 9の何れか 1の解決手段において、水分除去手段（22) によって圧縮空気から分離された水分の一部又は全部を、膨張機（23) からの低温空気と共に室内に供給するものである。

また、本発明が講じた第 1 2の解決手段は、上記第 9の解決手段において、水分除去手段（22) によって圧縮空気から分離された水分の一部又は全部を、水分供給手段（41,42) によって排出空気へ供給するものである。

また、本発明が講じた第 1 3の解決手段は、上記第 6〜第 1 2の何れか 1の解決手段において、分離膜を、高分子膜により形成し、水分子の膜内部拡散によって水蒸気が透過するように構成するものである。

また、本発明が講じた第 1 4の解決手段は、上記第 6〜第 1 2の何れか 1の解決手段において、分離膜を、分子自由行程と同程度の大きさの孔を多数有し、水分子の毛管凝縮と拡散とによつて水蒸気が透過するように構成するものである。

また、本発明が講じた第 1 5の解決手段は、上記第 1〜第 1 4の何れか 1の解決手段において、圧縮機（21) が、室内空気と室外から室内へ供給される供給空気とを吸入するように構成されるものである。

また、本発明が講じた第 1 6の解決手段は、上記第 1〜第 1 5の何れか 1の解決手段において、膨張機（23) からの低温空気を室内空気と混合した後に室内へ供給するものである。

一作用一

上記第 1の解決手段では、圧縮機（21) が少なくとも室内空気を圧縮して高圧の圧縮空気とする。この圧縮空気は、冷却手段（30) で冷却された後に膨張機（23) で膨張し低温の低温空気となり、低温空気を室内に供給して室内の冷房を行う。ここで、換気等によって室内から排出される排出空気の温度は、室内温度とほぼ同じで、外気温度よりも低温である。そして、本解決手段では、冷却手段（30) において、外気よりも低温の排出空気によって圧縮空気を冷却する。

また、上記第 2の解決手段では、水分供給手段（41) が排出空気に水分を供給し、この水分の蒸発によって排出空気の温度を室内温度よりも更に低下させる。そして、冷却手段（30) では、室内温度よりも低温の排出空気と圧縮空気とを熱交換させる。

また、上記第 3の解決手段では、水分供給手段（42) が排出空気に水分を供給し、冷却手段（30) が排出空気の顕熱と水分の蒸発潜熱とを利用して圧縮空気を冷却する。つまり、冷却手段（30) では、圧縮空気が冷却される一方、排出空気が暖められると共に該排出空気に供給された水分が蒸発する。その際、水分の蒸発によつて排出空気の温度上昇が抑制され、排出空気と圧縮空気との温度差が維持される。

また、上記第 4の解決手段では、水分供給手段（41,42) によって、冷却手段（30) から排出される際に排出空気中で結露が生じない範囲で最大限の水分が排出空気へ供給される。従って、水分の蒸発潜熱を最大限利用して圧縮空気の冷却が行われる。

また、上記第 5の解決手段では、水分供給手段（41,42) によって、所定の透湿膜を介して水分が排出空気へ徐々に供給される。

また、上記第 6又は第 8の解決手段では、水分除去手段（22) によって、圧縮機（21) で圧縮された圧縮空気から水分が除去される。その際、水分除去手段（22) は所定の分離膜を有するため、上記圧縮空気中の水分は、水蒸気の状態を維持したまま該圧縮空気から分離される。

また、上記第 7又は第 9の解決手段では、減圧手段（36) による減圧によって、分離膜の両側における水蒸気分圧差が確保される。つまり、分離膜の一方の表面が圧縮空気と接触し、他方の表面側が減圧手段（36) によって減圧される。従って、分離膜の他方の表面側の水蒸気分圧は、圧縮空気の水蒸気分圧よりも低く維持される。

また、上記第 1 0の解決手段では、分離膜の一方の表面と圧縮空気とが、他方の表面と排出空気とがそれそれ接触する。従って、排出空気の水蒸気分圧が圧縮空気の水蒸気分圧よりも低い運転状態においては、外部から何らの作用を加えなくても圧縮空気中の水分が排出空気へと移動する。

また、上記第 1 1の解決手段では、圧縮空気から分離された水分が室内の加湿に利用される。ここで、圧縮空気から水分を分離することとすると、室内の湿度が次第に低下するおそれがある。これに対して、本解決手段では、分離した水分の一部又は全部を再び室内に戻すため、室内湿度の過度の低下が防止される。

また、上記第 1 2の解決手段では、圧縮空気から分離された水分が水分供給手段 (41,42) によって排出空気へ供給され、該水分の蒸発潜熱が冷却手段（30) における圧縮空気の冷却に利用される。

また、上記第 1 3又は第 1 4の解決手段では、分離膜が、所定の過程によって水蒸気を透過させるように構成される。

また、上記第 1 5の解決手段では、室外から室内へ供給される供給空気が、室内空気と共に圧縮機（21 ) へ供給される。この供給空気は換気のためのものであり、供給空気の温度は外気温とほぼ同じである。そして、この供給空気は室内空気と共に圧縮機（21)、冷却手段（30)、膨張機（23) と順に流れ、冷却された後に室内に供給される。

また、上記第 1 6の解決手段では、運転状態によって低温空気がかなりの低温となる場合があるが、この様な場合であっても低温空気と混合空気とが混合されるため、室内へ供給される際の温度はそれ程低くならない。

一効果—

従って、上記の解決手段によれば、排出空気によって圧縮空気を冷却しているため、外気によって冷却する場合に比して圧縮空気をより低温にまで冷却することができる。このため、冷却能力を維持しつつ圧縮機（21) への入力を削減することができ、 C O Pの向上を図ることができる。

この点について、図 3のグラフを参照しながら説明する。先ず、圧縮空気の冷却を外気によって行う場合、圧縮空気から外気へ放熱させるために圧縮比を大きくする必要がある。具体的に、空気を点 Aから点 B 'にまで圧縮する必要があり、圧縮機 (21) における圧縮仕事は Wcom'となる。圧縮空気は、点 B 'から点 C 'にまで冷却された後に、膨張機（23) で点 C 'から点 Dにまで膨張して低温空気となる。その際、膨張機 (23)で回収される回収仕事は Wexp'となる。従って、必要な入力は（ Wcom'— Wexp') となる。

これに対し、圧縮空気の冷却を外気よりも低温の排出空気で行う場合、圧縮比を低くしても圧縮空気から排出空気への放熱が可能である。具体的に、空気を点 Aから点 Bにまで圧縮すればよく、圧縮機（21) における圧縮仕事は Wcom となる。圧縮空気は、点 Bから点 Cにまで冷却された後に、膨張機（23) で点 Cから点 Dにまで膨張して低温空気となる。その際、膨張機（23) で回収される回収仕事は Wexp となる。従って、必要な入力は（Wcom— Wexp) となる。

このため、圧縮空気を排出空気で冷却することとすると、必要な入力は（Wcom' - Wexp') から（Wcom— Wexp) へと削減される。一方、何れの場合も、冷却能力は Qref となる。ここで、 C O Pは冷却能力を入力で除して得られるものである。従つて、圧縮空気の冷却を排出空気により行うこととすると、冷却能力を維持しつつ入力を削減することができ、 C O Pの向上が図られる。

また、上記第 2の解決手段によれば、室内温度より更に温度が低下した排出空気によって圧縮空気の冷却を行うことができる。このため、圧縮空気を一層低温にまで冷却することができ、 C O Pの更なる向上を図ることができる。 _n また、上記第 3の解決手段によれば、供給した水分の蒸発によって冷却手段（30) における排出空気の温度上昇を抑制することができる。このため、排出空気と圧縮空気との温度差を維持することができ、圧縮空気から排出空気への伝熱を促進することができる。この結果、圧縮空気を一層低温にまで冷却することができ、 C O Pの更なる向上を図ることができる。

また、上記第 4の解決手段によれば、排出空気中で結露が生じない範囲で水分の蒸発潜熱を最大限利用して圧縮空気を冷却することができる。このため、ドレン水の処理を行うことなく、水分の蒸発潜熱を利用して圧縮空気の冷却を行うことができる。

また、上記第 5の解決手段によれば、排出空気に水分を徐々に供給するため、供給した水分を排出空気中で確実に蒸発させることができる。このため、排出空気中に供給した水分が液相のまま残ることはない。従って、ドレン処理を一切考慮することなく、水分の蒸発潜熱を最大限利用して圧縮空気の冷却を行うことができる。

また、上記第 6又は第 8の解決手段によれば、圧縮空気から水分を分離した後に膨張機（23) へ送ることができる。このため、水分をあまり含まない圧縮空気を膨張させることができ、膨張後の低温空気中で結露が生じるのを防ぐことができる。この結果、液滴が低温空気と共に室内に吹き出す事態を生ずることなく、室内の冷房を行うことができる。

更に、本解決手段によれば、圧縮空気中の水分を、凝縮させることなく水蒸気のままで該圧縮空気から分離することができる。この結果、冷却能力を増大させることができ、これによつて C O Pの向上を図ることができる。

この点について、図 4のグラフを参照しながら説明する。先ず、圧縮空気から水分を除去しない場合、冷凍サイクルは点 A,点 B ,点 C '，点 D 'で示され、その際の冷却能力は Qrefとなる。これに対し、圧縮空気から水分を水蒸気のままで分離する場合、分離された水蒸気のもつェン夕ルビ分だけ、冷却後の圧縮空気のェン夕ルビを低下させることができる。具体的には、圧縮空気を点 Cの状態とすることができ、この場合の冷凍サイクルは、点 A,点 B ,点 C ,点 Dで示され、その際の冷却能力は Qref となる。一方、何れの場合も、圧縮機（21) での圧縮仕事と膨張機（23) での回収仕事とは g ほぼ同じであり、入力はほとんど変化しない。従って、入力を増やすことなく冷却能力を Qrefから Qref にまで増大させることができ、これによつて C〇 Pの向上が図られる。

また、上記第 7又は第 9の解決手段によれば、いかなる運転状態においても、減圧手段（36) によって分離膜の両側での水蒸気分圧差を確保することができる。従つて、分離膜によって圧縮空気から常に水蒸気を分離することができ、 C O Pの向上を図りつつ安定して運転を行うことができる。また、起動時においても分離膜両側での水蒸気分圧差を確保できる。従って、本解決手段によれば、起動してから充分な冷却能力が発揮されるまでの時間を短縮することができる。

また、上記第 1 0の解決手段によれば、圧縮空気から分離された水蒸気を排出空気と共に室外へ排出することができる。このため、分離した水蒸気を処理するための構成を必要とせず、構成の簡略化を図ることができる。

また、上記第 1 1の解決手段によれば、室内湿度が過度に低下するのを防ぐことができ、温度だけでなく湿度も所定範囲に維持して在室者の快適性を向上させることができる。

また、上記第 1 2の解決手段によれば、圧縮空気から分離した水分を冷却手段 (30) における圧縮空気の冷却に利用することができる。この結果、運転に要する水の量を削減することができる。

また、上記第 1 3又は第 1 4の解決手段によれば、所定の機能を有する分離膜を確実に構成することができる。

また、上記第 1 5の解決手段によれば、室内空気と共に供給空気を冷媒として利用して運転を行うことができる。

また、上記第 1 6の解決手段によれば、室内へ吹き出す空気の温度が過度に低くなるのを防ぐことができ、在室者の快適性を維持することができる。図面の簡単な説明

図 1は、実施形態に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。 _n 図 2は、実施形態に係る空気調和装置の動作を示す空気の状態図である。

図 3は、圧縮空気の温度の低減によって C 0 Pの向上が図られることを説明するための、空気サイクルにおける圧力とェン夕ルビの関係を示す特性図である。

図 4は、圧縮空気からの水蒸気の分離によって冷却能力の向上が図られることを説明するための、空気サイクルにおける圧力とェン夕ルビの関係を示す特性図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図 1に示すように、本実施形態の空気調和装置（10) は、サイクル側系統（20) と、排熱側系統（40) とによって構成されている。

上記サイクル側系統（20) は、圧縮機（21) と、熱交換器（30) と、水分除去器（22) と、膨張機（23) とを順にダクト接続して成り、空気サイクルによる冷凍動作を行うように構成されている。また、サイクル側系統（20) は、圧縮機（21) の入口側に接続される吸込ダクト（24) と、膨張機（23) の出口側に接続される吹出ダクト（25) とを備えている。この吸込ダクト（24) は、始端側で 2つに分岐され、室内空気と換気のために室外から供給される供給空気とを上記圧縮機（21) へ送るように構成されている。また、吹出ダクト（25) は、膨張機（23) からの低温空気を室内へ導くように構成されている。

上記排熱側系統（40) は、加湿冷却器（41) と上記熱交換器（30) とをダクト接続して構成されると共に、加湿冷却器（41) に接続される入口ダクト（43) と、熱交換器（30) に接続される出口ダクト（⁴⁴) とを備えている。この入口ダクト 3) は、一端が室内に開口すると共に、途中には一端で上記吹出ダクト（25) に接続する分岐ダクト（45) が接続されている。そして、入口ダクト（43) は、ダクト内を流れる室内空気のうち、一部を換気のために室内から排出される排出空気として加湿冷却器（41) へ導き、残りを吹出ダクト（25) 内へ送るように構成されている。また、出口ダクト（44) は、一端が室外に開口し、熱交換器（30) からの排出空気を室外へ排出するように構成されている。上記圧縮機（21) には、モータ（35) が連結ざれている。また、該圧縮機（21) は、上記膨張機（23) と連結されている。そして、圧縮機（21) は、モ一夕（35) の駆動力と、膨張機（23) で空気が膨張する際の膨張仕事とによって駆動されるように構成されている。

上記熱交換器（30) には、圧縮空気が流れる圧縮空気通路（31) と、排出空気が流れる排出空気通路（32) とが区画形成されている。この圧縮空気通路（31) は、一端が上記圧縮機（21) と、他端が上記水分除去器（22) とそれそれダクト接続されている。また、上記排出空気通路（32) は、一端が上記加湿冷却器（41) とダクト接続され、他端には上記出口ダクト（44) が接続されている。そして、この熱交換器（30) は、圧縮空気通路（31) の圧縮空気と、排出空気通路（32) の排出空気とを熱交換させるように構成されている。つまり、上記熱交換器（30) は、排出空気との熱交換によって圧縮空気を冷却する冷却手段を構成している。

また、上記熱交換器（30) には、加湿部（42) が設けられている。この加湿部 (42) では、排出空気通路（32) が透湿膜で形成され、該透湿膜を隔てて反対側に水側空間が形成されている。この水側空間には、水供給管（50) が接続され、該水供給管（50) を通じて水道水等が供給されている。また、上記透湿膜は水分が透過可能に構成され、この透湿膜を透過させて水側空間の水分を排出空気通路（32) の排出空気へ供給するようにしている。

そして、この加湿部（42) により供給された水分が排出空気中で蒸発し、これによって圧縮空気と熱交換する排出空気の温度上昇を抑制して、排出空気と圧縮空気との温度差を確保するようにしている。つまり、上記加湿部（42) は、蒸発潜熱を利用して圧縮空気を冷却するために排出空気へ水分を供給する水分供給手段（42) を構成している。

また、上記加湿部（42) は、熱交換器（30) の排出空気通路（32) の出口における排出空気の湿度が 8 0 %以上 1 0 0 %未満となるように、所定量の水分を排出空気へ供給するように構成されている。これによつて、室外へ排出される際に排出空気中で結露が生じない範囲で、排出空気へ水分を供給するようにしている。 U 上記水分除去器（22) は、分離膜を有し、この分離膜によって隔てられた高圧空間と低圧空間とを備えている。この高圧空間は、入口側が上記熱交換器（30) の圧縮空気通路（31 ) と、出口側が上記膨張機（23) とそれそれダクト接続されている。従って、この高圧空間には、上記熱交換器（30 ) で冷却された圧縮空気が流れる。そして、この水分除去器（22) は、該圧縮空気中の水蒸気が上記分離膜を透過することによって、該水蒸気を高圧空間側から低圧空間側へ移動させるように構成されている。つまり、水分除去器（22) は、上記圧縮空気から水分を除去する水分除去手段を構成している。

上記分離膜は、フッ素樹脂等の高分子膜によって形成されている。そして、該分離膜は、水分子の膜内部拡散によって水蒸気が透過するように構成されている。尚、この分離膜を、キセロゲル等から成るガス分離用多孔膜によって形成してもよい。この場合、圧縮空気中の水蒸気は、水分子の毛管凝縮と拡散とによって分離膜を透過する。

上記加湿冷却器（41 ) は、透湿膜を有し、この透湿膜によって隔てられた空気側空間と水側空間とを備えている。この空気側空間は、入口側に上記入口ダクト（43) が接続され、出口側が上記熱交換器（30) の排出空気通路（32) とダクト接続されている。従って、空気側空間には排出空気が流れる。また、水側空間には、水供給管

( 50) が接続され、該水供給管（50) を通じて水道水等が供給されている。一方、上記透湿膜は水分が透過可能に構成され、この透湿膜を透過させて水側空間の水分を空気側空間の排出空気へ供給するようにしている。そして、この加湿冷却器（41 ) は、排出空気へ供給した水分の蒸発によって、該排出空気の温度を低下させるように構成されている。つまり、上記加湿冷却器（41) は、排出空気を予め冷却して上記熱交換器（30) へ送るための水分供給手段（41) を構成している。

上記水分除去器（22) の低圧空間には、真空ポンプ（36) が接続されている。この真空ポンプ（36) は、該低圧空間を減圧するためのものであって、低圧空間と高圧空間との水蒸気分圧差を確保する減圧手段を構成している。

また、上記真空ポンプ（36)の出口側には、第 1水配管（51) と第 2水配管（52) とが接続されている。第 1水配管（51) は、上記加湿冷却器（41) の水側空間、及び上記熱交換器（30) の加湿部（42) の水側空間に接続し、水分除去器（22) で圧縮空気から分離した水分を両水側空間へ供給するように構成されている。一方、第 2 水配管（52) は、上記分岐ダクト（45) に接続し、水分除去器（22) で圧縮空気から分離した水分を、室内空気と共に吹出ダクト（25) 内の低温空気へ供給するように構成されている。

一運転動作一

次に、上記空気調和装置（10) の運転動作について、図 2を参照しながら説明する。

上記サイクル側系統（20) において、モ一夕（35) で圧縮機（21) を駆動すると、吸込ダクト（24) を通じて室内空気と供給空気とが圧縮機（21) に供給される。具体的に、流量： M0の供給空気と流量： Mの室内空気とが混合され、圧縮機（21) へ供給される。圧縮機（21) では、供給された空気が点 1から点 2に亘つて圧縮され、流量： M0 + Mの圧縮空気が生成する。この圧縮空気は、上記熱交換器（30) の圧縮空気通路（31) へ送られる。

上記熱交換器（30) では、圧縮空気が圧縮空気通路（31 ) を流れる間に排出空気通路（32) の排出空気と熱交換を行う。これによつて、圧縮空気は、点 2から点 3に亘つて冷却される。この冷却された圧縮空気は、水分除去器（22) の高圧空間へと導かれる。

上記水分除去器（22) では、点 3から点 3，に亘つて圧縮空気から水分： d m が除去され、該圧縮空気のェン夕ルビが低下する。具体的に、水分除去器（22) では、低圧空間が真空ポンプ（36) で減圧され、低圧空間の水蒸気分圧が高圧空間の水蒸気分圧よりも常に低く維持されている。このため、両空間の水蒸気分圧差によつて圧縮空気中の水蒸気が分離膜を透過し、圧縮空気から水分が除去される。その際、圧縮空気中の水蒸気は、凝縮することなく水蒸気の状態ままで圧縮空気から分離される。従って、分離された水蒸気のェン夕ルビ分だけ圧縮空気のェン夕ルビが低下する。

その後、圧縮空気は膨張機（23) へと送られる。この膨張機（23) では、圧縮空気が点 3 ' から点 4に豆って膨張し、低温空気となる。そして、この低温空気が吹出ダクト（25) を通じて室内に供給され、これによつて室内が冷房される。その際、吹出ダクト（25) 内には、分岐ダクト（45) を通じて室内空気が送られる。従って、低温空気は、所定量の室内空気と混合された後に室内に供給される。

一方、上記排熱側系統（40) では、入口ダクト（43) を通じて、流量： M0の排出空気が上記加湿冷却器（41) の空気側空間へ送られる。つまり、供給空気と同流量の排出空気が、加湿冷却器（41) へ送られる。

この加湿冷却器（41) では、点 5において排出空気へ流量： mlの水分を供給し、供給された水分が排出空気中で蒸発する。これによつて、排出空気が室内温度よりも低温となる。そして、温度の低下した排出空気が、熱交換器（30) の排出空気通路 (32) へ送られる。

上記熱交換器（30) の排出空気通路（32) では、排出空気が点 6から点 7に亘つて圧縮空気通路（31) の圧縮空気と熱交換を行う。つまり、この熱交換器（30) において、圧縮空気は、上記加湿冷却器（41 ) からの低温の排出空気によって冷却される。

更に、上記熱交換器（30) では、加湿部（42) において排出空気通路（32) の排出空気へ流量： m2の水分が供給される。この供給された水分は、排出空気通路（32) 内の排出空気中で蒸発し、該排出空気の温度上昇が抑制される。従って、熱交換器 (30) 内での圧縮空気と排出空気の温度差が保たれ、圧縮空気の冷却が確実に行われる。

ここで、本実施形態では、サイクル側系統（20) には室内空気と換気用の供給空気とを混合したものが流れる一方、排熱側系統（40) には換気用の排出空気だけが流れる。従って、上記熱交換器（30) では、流量： M0 + Mの圧縮空気と、流量： M0 の排出空気とが熱交換を行うこととなる。つまり、圧縮空気よりも流量の少ない排出空気で圧縮空気の冷却を行うこととなり、圧縮空気を充分に冷却できないおそれがある。

これに対し、本実施形態では、上記加湿冷却器（41) 及び加湿部（42) において排出空気に水分を供給している。このため、上記排出空気通路（32) 内の排出空気の熱容量は、供給された流量： ml + m2 の水蒸気のェン夕ルビ分だけ増大する。従って、本実施形態では、排熱側系統（40) には換気用の排出空気だけを流しても、圧縮空気の充分な冷却が可能である。

更に、上記加湿部（42) では、排出空気通路（32) の出口における排出空気の湿度が 8 0 %以上 1 0 0 %未満となるように、所定量の水分が排出空気へ供給される。つまり、室外へ排出される際に排出空気中で結露が生じない範囲で、排出空気へ水分が供給される。従って、ドレン処理を不要としつつ、水の蒸発潜熱を最大限利用して圧縮空気の冷却が行われる。

その後、上記熱交換器（30) で圧縮空気と熱交換した排出空気は、出口ダクト (44) を通じて室外へ排出される。つまり、本実施形態では、換気のために室内から室外へ排出される排出空気を利用して圧縮空気の冷却が行われる。

また、水分除去器（22) で圧縮空気から分離された水分は、一部が第 1水配管 (51) へ流れ、残りが第 2水配管（52) へ流れる。第 1水配管（51) へ流れた水分は、更に分流されて、上記加湿冷却器（41) の水側空間と、上記熱交換器（30) の加湿部（42) の水側空間とに導かれる。そして、加湿冷却器（41 ) に導かれた水分は、透湿膜を介して排出空気に供給され、該排出空気の冷却に利用される。一方、加湿部（42) に導かれた水分は、透湿膜を介して排出空気に供給され、熱交換器（30) 内での排出空気の温度上昇を抑制するのに利用される。また、第 2水配管（52) へ流れた水分は、上記分岐ダクト（45) 内に導かれ、室内空気及び低温空気と共に室内へ供給されて、室内の加湿に利用される。

一実施形態の効果 - 本実施形態では、外気温度よりも低温の排出空気を加湿冷却器（41) で更に冷却し、その後に熱交換器（30) で圧縮空気と熱交換させるようにしている。このため、外気によって冷却する場合に比して圧縮空気をより低温にまで冷却することができる。また、熱交換器（30) の加湿部（42) によって、熱交換器（30) における排出空気の温度上昇を抑制するようにしている。このため、排出空気と圧縮空気との温度差を維持することができ、圧縮空気から排出空気への伝熱を促進することができる。従って、本実施形態によれば、圧縮機（21 ) で圧縮された圧縮空気を、より低温にまで確実に冷却することができる。このため、冷却能力を維持しつつ圧縮機（21) での圧縮比を低減させることができ、圧縮機（21) への入力を削減できる。この結果、 C O Pを向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、換気のために室内から排出される排出空気を利用して圧縮空気の冷却を行っている。つまり、排出空気を単に室外に排出するのではなく、排出空気の冷熱を圧縮空気に回収するようにしている。このため、室内の空調負荷をあまり増大させることなく換気を行うことができ、エネルギーのロスを低減することが出来る。

また、上記熱交換器（30) の加湿部（42) によって、排出空気中で結露が生じない範囲で水分の蒸発潜熱を最大限利用して圧縮空気を冷却することができる。このため、ドレン水の処理を行うことなく、水分の蒸発潜熱を利用して圧縮空気の冷却を行うことができる。

また、本実施形態では、圧縮空気よりも流量の少ない排出空気で圧縮空気の冷却を行うこととなる。しかしながら、上述のように、排出空気に供給した水分の蒸発潜熱を利用して圧縮空気の冷却を行うことができるため、この場合であっても、圧縮空気を充分に冷却することが可能となる。

また、上記加湿冷却部と熱交換器（30) の加湿部（42) とは、透湿膜を介して排出空気に水分を徐々に供給するようにしている。このため、供給した水分を排出空気中で確実に蒸発させることができ、排出空気中に供給した水分が液相のまま残ることはない。従って、ドレン処理を一切考慮することなく、水分の蒸発潜熱を最大限利用して圧縮空気の冷却を行うことができる。

また、上記水分除去器（22) によって圧縮空気から水分を分離した後に、該圧縮空気を膨張機（23) へ送ることができる。このため、水分をあまり含まない圧縮空気を膨張させることができ、膨張後の低温空気中で結露が生じるのを防ぐことができる。この結果、液滴が低温空気と共に室内に吹き出す事態を生ずることなく、室内の冷房を行うことができる。

更に、水分除去器（22) によれば、圧縮空気中の水分を、凝縮させることなく水蒸気のままで該圧縮空気から分離することができる。このため、膨張機（23) へ送られる圧縮空気のェン夕ルビを一層低下させることができる。この結果、冷却能力を増大させることができ、 C O Pの一層の向上を図ることができる。

また、水分除去器（22) の低圧空間を真空ポンプ（36) で減圧するようにしているため、低圧空間と高圧空間の水蒸気分圧差を常に確保することができる。従って、常に圧縮空気中の水蒸気が分離膜を透過し、これによつて圧縮空気からの水蒸気の分離を確実に行うことができる。この結果、安定して C O Pの向上を図ることができる。また、起動時においても分離膜両側での水蒸気分圧差を確保できるため、起動してから充分な冷却能力が発揮されるまでの時間を短縮することができる。

また、圧縮空気から分離した水分を第 2水配管（52) を通じて低温空気へ供給している。このため、室内湿度が過度に低下するのを防ぐことができ、温度だけでなく湿度も所定範囲に維持して在室者の快適性を向上させることができる。

また、圧縮空気から分離した水分を第 1水配管（51) を通じて加湿冷却器（41) 及び加湿部（42) に供給している。そして、この水分を、加湿冷却器（41) 及び加湿部（42) において排出空気へ供給することができ、圧縮空気から分離した水分を熱交換器（30) における圧縮空気の冷却に利用することができる。この結果、運転に要する水の量を削減することができる。

また、低温空気と室内空気とを混合して室内に供給するようにしている。このため、室内へ吹き出す空気の温度が過度に低くなるのを防ぐことができ、在室者の快適性を維持することができる。

一第 1の変形例一

上記実施形態では、膨張機（23) からの低温空気と室内空気とを混合してから室内に供給するようにしているが、これに代えて、低温空気だけを室内に供給するようにしてもよい。つまり、運転条件によっては、低温空気がそれ程低温と成らない場合（例えば 1 5 °C程度の場合）がある。この様な場合には、低温空気だけを室内に供給しても在室者に不快感を与えるおそれがないため、室内空気と混合することなく低温空気だけを室内に吹き出すようにしてもよい。

—第 2の変形例一

また、上記実施形態では、水分除去器（22) で圧縮空気から分離した水分を、第 1水配管（51) を通じて排出空気に、第 2水配管（52) を通じて低温空気にそれそれ供給している。しかしながら、必ずしも両方に供給しなくてもよく、排出空気と低温空気の何れか一方に供給してもよい。

一第 3の変形例一

また、上記実施形態では、水分除去器（22) で圧縮空気から分離した水分を、加湿冷却器（41) 及び加湿部（42) に供給するようにしている。これに対し、第 1 水配管（51) の一端を入口ダクト（43) に接続し、該入口ダクト（43) 内の排出空気に上記分離した水分を供給するようにしてもよい。また、第 1水配管（51) の一端を出口ダクト（44) に接続し、熱交換器（30) において圧縮空気と熱交換した後の排出空気に上記分離した水分を供給するようにしてもよい。

—第 4の変形例—

また、上記実施形態では、水分除去器（22) を、サイクル側系統（20) における熱交換器（30) と膨張機（23) の間に設けるようにしている。これに対し、圧縮機（21) と熱交換器（30) の間に水分除去器（22) を設け、熱交換器（30) で冷却される前の圧縮空気から水分を分離するようにしてもよい。また、本変形例においても、上記第 3の変形例と同様に、圧縮空気から分離した水分を入口ダクト（43) 内の排出空気に供給てもよいし、出口ダクト（44) 内の排出空気に供給するようにしてもよい。

—第 5の変形例—

また、上記実施形態では、水分除去器（22) の低圧空間を真空ポンプ（36) で減圧すると共に、水分除去器（22) で圧縮空気から分離した水分を室内の加湿ゃ排出空気の冷却等に利用している。これに対し、真空ポンプ（36) を設けず、水分除去器（22) の構成を変更して、該水分除去器（22) を、圧縮空気中の水蒸気が分離膜を透過して排出空気へ移動するように構成してもよい。

つまり、水分除去器には、分離膜によって隔てられたサイクル側空間と排熱側空間とを設ける。このサイクル側空間には、上記熱交換器（30) で冷却された圧縮空気を導くようにする。一方、排熱側空間には、排熱側系統（40) の入口ダクト（43) を接続し、該入口ダクト（43) の途中に排熱側空間を配置する。尚、この場合、加湿冷却器（41) 及び加湿部（42) には水供給管（50) のみを接続し、外部からの水道水等だけを加湿冷却器（41) 及び加湿部（42) に供給するようにする。

そして、サイクル側空間と排熱側空間の水蒸気分圧差によって圧縮空気中の水蒸気が分離膜を透過して排出空気へ移動し、この分離された水蒸気が排出空気と共に室外へ排出される。従って、本変形例では、ドレン処理が不要となる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係る空気調和装置は、室内を冷房するものとして有用であり、特に、空気サイクルによる冷房運転を行うものに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 空気を冷媒とする空気サイクルによって室内空気を冷却して冷房を行う空気調和装置であって、

少なくとも室内空気を吸入して圧縮する圧縮機 (21) と、

該圧縮機（21) で圧縮された圧縮空気と室内から排出される排出空気とを熱交換させて該圧縮空気を冷却する冷却手段（30) と、

該冷却手段（30) で冷却された圧縮空気を膨張させる膨張機（23) とを備え、該膨張機（23) で膨張して低温となった低温空気を室内に供給する空気調和装置。

2 . 冷却手段（30) へ送られる排出空気を予め冷却するために該排出空気へ水分を供給する水分供給手段（41) を備えている請求の範囲第 1項記載の空気調和装置。

3 . 冷却手段（30) で水の蒸発潜熱を利用して圧縮空気の冷却が行われるように排出空気に水分を供給する水分供給手段（42) を備えている請求の範囲第 1項記載の空気調和装置。

4 . 水分供給手段（41,42) は、排出空気の相対湿度が冷却手段（30) から排出される際に 8 0 %以上で且つ 1 0 0 %未満となるように、所定量の水分を該排出空気に供給する請求の範囲第 2項又は第 3項記載の空気調和装置。

5 . 水分供給手段（41,42) は、水分が透過可能な透湿膜を介して排出空気に水分を供給する請求の範囲第 2項又は第 3項記載の空気調和装置。

6 . 空気中の水蒸気が水蒸気分圧の高い側から低い側へ透過可能に構成された分離膜を有し、圧縮空気に含まれる水蒸気を凝縮させずに該圧縮空気から分離する水分除去手段（22) を備えている請求の範囲第 1項記載の空気調和装置。

7 . 水分除去手段（22) における分離膜の両側での水蒸気分圧差を確保するために該分離膜の一方側を減圧する減圧手段（36) を備えている請求の範囲第 6項記載の空気調和装置。

8 . 空気中の水蒸気が水蒸気分圧の高い側から低い側へ透過可能に構成された分離膜を有し、圧縮空気に含まれる水蒸気を凝縮させずに該圧縮空気から分離する水分除去手段（22) を備えている請求の範囲第 2項から第 5項の何れか 1つに記載の空気調和装置。

9 . 水分除去手段（22) における分離膜の両側での水蒸気分圧差を確保するために該分離膜の一方側を減圧する減圧手段（36) を備えている請求の範囲第 8項記載の空気調和装置。

1 0 . 水分除去手段（22) は、分離膜の一方の表面と圧縮空気と接触させると共に他方の表面と排出空気とを接触させ、該圧縮空気に含まれる水蒸気が該排出空気へ移動するように構成される請求の範囲第 6項又は第 8項記載の空気調和装置。

1 1 . 水分除去手段（22) によって圧縮空気から分離された水分の一部又は全部を、膨張機（23) からの低温空気と共に室内に供給する請求の範囲第 6項から第 9項の何れか 1つに記載の空気調和装置。

1 2 . 水分除去手段（22) によって圧縮空気から分離された水分の一部又は全部を、水分供給手段（41,42) によって排出空気へ供給する請求の範囲第 9項記載の空気調

1 3 . 分離膜は、高分子膜から成り、水分子の膜内部拡散によって水蒸気が透過するように構成される請求の範囲第 6項から第 1 2項の何れか 1つに記載の空気調和装置 c

1 4 . 分離膜は、分子自由行程と同程度の大きさの孔を多数有し、水分子の毛管凝縮と拡散とによって水蒸気が透過するように構成される請求の範囲第 6項から第 1 2項の何れか 1つに記載の空気調和装置。

1 5 . 圧縮機（21) は、室内空気と室外から室内へ供給される供給空気とを吸入するように構成される請求の範囲第 1項力ら第 1 4項の何れか 1つに記載の空気調和装

1 6 . 膨張機（23) からの低温空気を室内空気と混合した後に室内へ供給する請求の範囲第 1項から第 1 5項の何れか 1つに記載の空気調和装置。