JPH04155A

JPH04155A - 空気圧縮形冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JPH04155A
Application number: JP9651890A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Yoshida; 正一吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1992-01-06

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は冷媒として空気を用いる空気圧縮形冷凍サイク
ル装置に係り、特に、低圧側の一部を大気に開放させた
空気圧縮形冷凍サイクル装置に関する。

（従来の技術）一般に、空気圧縮形冷凍サイクル装置の原理は空気の圧
縮と膨張に伴う発熱と吸熱を利用するものであり、従来
、この種の空気圧縮形冷凍サイクル装置としては第４図
に示すように構成されたものがある。

この空気圧縮形冷凍サイクル装置１は空気を圧縮するコ
ンプレッサ２、放熱器３、膨張装置４、吸熱器５を配管
６によりこの順に順次接続し、空気を循環させる閉じた
冷凍サイクルを構成している。

つまり、コンプレッサ２で圧縮された空気は発熱して高
温高圧の空気となって放熱器３で放熱し、低温高圧の空
気が膨張装置４に供給されて膨張し、その際に図示しな
いタービンを回転させ、回転軸４ａを介してコンプレッ
サ２を回転駆動する。

膨張装置４で減圧されて降温した低温低圧の空気は吸熱
器５内を通る際に周囲の外気から熱を吸熱して冷却し、
再び、コンプレッサ２の吸込側へ戻るようになっている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の空気圧縮形冷凍サイク
ル装置１では空気の顕熱を利用し、しかも、吸熱器５は
空気熱交換器よりなり、その熱交換の際にロスを伴うの
で、フロンを冷媒に用いる蒸気サイクルに比して効率が
悪く、冷蔵庫等に使われた程度で普及はしなかった。

一方、近年、フロンについては大気を汚染する点が問題
にされているが、前記空気サイクルについては大気汚染
の懸念がないという長所がある。

そこで本発明は前記事情を考慮してなされたもので、そ
の目的は簡単な構成により効率向上を図ることができる
と共に、大気汚染の懸念がない空気圧縮形冷凍サイクル
装置を提供することにある。

〔発明の構成〕（課題を解決するための手段）本発明は、従来の吸熱器５を大気に開放する大気開放形
に構成することにより、従来の熱交換ロスの削減を図っ
たものであり、次のように構成される。

つまり、本願の第１の発明は、空気を圧縮するコンプレ
ッサと、このコンプレッサからの高温高圧空気を放熱さ
せる放熱器と、この放熱器からの低温高圧空気を膨張さ
せてタービンを回転させ前記コンプレッサを駆動する膨
張装置と、この膨張装置からの低温低圧空気を大気に排
気する排気ユニットと、大気に開口して吸い込んだ空気
を前記コンプレッサの吸込側に供給する吸込ユニットき
を有することを特徴とする、また、本願の第２の発明は、第１の発明において、吹出
ユニットと吸込ユニットとを複数設けたことを特徴とす
る。

（作用）コンプレッサ１は空気を圧縮して発熱させることにより
、高温高圧空気にして放熱器に通し、ここで放熱させて
低温高圧空気を膨張装置に与える。

膨張装置は低温高圧空気を膨張させてタービンを回転さ
せ前記コンプレッサを駆動する。

この膨張装置で減圧されて降温した低温低圧空気は排気
ユニットから大気に排気され、その周囲空気の熱を吸熱
して周囲温度を低下させる。

そして、大気に開口する吸込ユニットにより吸い込まれ
た空気はコンプレッサの吸込側に吸い込まれ、ここで圧
縮されて前記作用を繰り返すことにより、放熱器周りの
周囲温度を昇温させる一方、排気ユニット周りの周囲温
度を低下させる。

したがって本発明によれば、放熱器の放熱作用を暖房に
利用できると共に、排気ユニットの吸熱作用を冷房や冷
却器等に利用することができる。

また、排気ユニットと吸込ユニットとを複数設けた場合
には前記冷房と暖房とを複数の空調空間（部屋等）で同
時に行なうことができ、ビル用の空気調和機として好適
ないわゆるマルチシステムに構成することができる。

しかも、冷媒として空気を用いて、フロンを用いないの
で、フロンのように大気を汚染させる懸念がなく、クリ
ーンである。

（実施例）以下本発明を第１図〜第３図に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す冷凍サイク
ル図であり、図において、空気圧縮形冷凍サイクル装置
１１は空気を圧縮して発熱させるコンプレッサ１２、空
気熱交換器より成る放熱器１３、図示しないタービンを
内蔵する膨張装置１４を配管１５ａ、１５ｂによりこの
順に順次接続している。

放熱器１３はコンプレッサ１２からの高温高圧空気を通
して放熱作用を行なうものであり、これを空調空間（室
内等）に配置することにより、暖房等を行なうことがで
きる。

膨張装置１４は放熱器１３からの低温高圧空気を膨張さ
せることにより、空気自体を降温させると共に、図示し
ないタービンを回転させ、そのタービンの回転軸１４ａ
に連動自在に連結されたコンプレッサ１２を駆動するよ
うになっている。

そして、コンプレッサ１２の吸込口側には大気に開口す
る吸込ユニット１６を配管１５ｃを介して接続する一方
、膨張装置１４の空気排出口側には大気に開放する排気
ユニット１７を配管１５ｄを介して接続している。排気
ユニット１７は膨張装置１４からの低温低圧空気を室内
等の空調空間に排出することにより、その周囲空気から
熱を吸熱し、冷却作用を行なうものであり、冷房等を行
なうことができる。

また、コンプレッサ１２と放熱器１３とを接続する配管
１５ａの途中には開閉ダンパ１８を具備して大気に開口
する換気ユニット１９を接続している。

次に本実施例の作用を暖房運転と冷房運転を行なう場合
に分けて説明する。

まず、本実施例により暖房運転を行なう場合には少なく
とも放熱器１３と換気ユニット１９とを室内側に配置す
る一方、換気ユニット１６と排気ユニット１７とを室外
側に配置する。

そして、コンプレッサ１２を運転すると、吸込ユニット
１６により外気から新鮮空気が吸い込まれ、ここで圧縮
されて高温高圧の空気として放熱器１３に流入する。

放熱器１３では高温高圧の空気を通すことにより、放熱
させて、周囲空気を加温し、暖風を室内に送風すること
により暖房を行なうことができる。

そして、放熱器１３で放熱した空気は低温高圧空気とな
って膨張装置１４に流入する。

膨張装置１４では低温高圧空気が膨張して図示しないタ
ービンを回転させ、そのタービンの回転軸１４ａを介し
てコンプレッサ１２を回転駆動する。

膨張装置１４で膨張し、かつ仕事をした低圧低温空気は
排気ユニット１７から外気へ排出される。

そして、再び吸込ユニット１６から新鮮な外気が吸い込
まれて、再びコンプレッサ１２で圧縮され、以後、前記
作用を繰り返すことにより、放熱器１３での放熱作用に
より暖房運転を連続して行なうことができる。

また、開閉ダンパ１８を適宜開放することにより、吸込
ユニット１６から吸い込んだ新鮮な外気を換気ユニット
１９から室内へ供給して、換気を行なうことができる。

次に、本実施例により冷房運転を行なう場合には、少な
くとも吸込ユニット１６と排気ユニット１７とを室内側
に配置する一方、放熱器１３と換気ユニット１９を室外
側に配置する。

そして、コンプレッサ１２を運転すると、ここで圧縮さ
れた高温高圧の空気が放熱器１３内を通る際に放熱して
低温高圧の空気となる。

この低温高圧の空気は膨張装置１４内で膨張して、ター
ビンを回転させ、その回転力を回転軸１４ａを介してコ
ンプレッサ１２に与えて駆動する。

膨張装置１４で膨張し、かつ仕事をした低温低圧空気は
排気ユニット１７から室内へ排気されて、室内を冷房す
る。

また、室内の空気は吸込ユニット１６からコンプレッサ
１２の吸込側へ吸い込まれて、ここで再び圧縮され、以
後前記作用を繰り返すことにより、冷房運転を連続して
行なうことができる。

また、開閉ダンパ１８を開けることにより、吸込ユニッ
ト１６から吸い込んだ室内空気の一部を換気ユニット１
９から外気へ排出することができる。

また、排気ユニット１７は直接室内等の空調空間へ低温
空気を排出して、第４図で示す従来例の吸熱器５のよう
に空気熱交換器を介して熱交換しないので、熱交換ロス
を削減することができる。

第２図は前記実施例の温度ＴとエンタルピＳとの関係を
示すＴ−ｓ線図であり、図中１〜４の温度差は排気ユニ
ット１７の吸熱温度Ｔａを示し、図中２−３の温度差は
放熱器１３の放熱温度Ｔｂ。

図中実線で囲まれた面積は前記空気圧縮形冷凍サイクル
装置１に投入された熱量Ｔｃをそれぞれ示している。

なお、前記放熱器１３を暖房に利用する場合にはこの放
熱器１３から膨張装置１４内へ流入する低温低圧の空気
が露付または着霜を生ずるおそれがあるので、配管１５
ｂ内を断熱することにより、その内壁に結露や着霜が発
生するのを防止することができる。

つまり、本実施例では除霜手段が不要であり、また、排
気ユニット１７を冷房に利用する場合についても低温空
気の排出部に水滴回収装置を設けておけば除湿できるの
で、除湿手段も不要になる。

そして、本実施例では、冷媒として空気を使用しフロン
ガスを使用しないので、大気汚染の懸念がない。

また、排気ユニット１７は第４図で示す従来例の吸熱器
５のように熱交換器を用いずに、直接大気へ低温空気を
放出するので、熱交換ロスが殆どなく、効率は従来例の
約２倍向上させることができる。

さらに、排気ユニット１７では、空気式熱交換器を設け
ないので、熱交換器への着霜を防止することができ、連
続して暖房運転を行なうことができる。

さらにまた、本実施例の冷房運転時にも低温空気を大気
圧の室内に排出するので、除湿効率もほぼ１００％に達
する。

また、送風機を不要とし例えば自然対流暖房や冷房等が
可能であり、冷媒そのものが空気であるために冷凍サイ
クル機器の構成が簡単であり、小型化を図ることができ
る。

第３図は本発明の他の実施例の空気圧縮形冷凍サイクル
装置２１の構成を示しており、これは前記実施例１１の
排気ユニット１７を複数台１７ａ。

１７ｂ、１７ｃ・・・設けると共に、吸込ユニットを複
数台１６ａ、１６ｂ・・・設けた点に特徴があり、これ
以外は前記実施例とほぼ同様であるので、第３図中、第
１図と共通する部分には同一符号を付して、その重複し
た説明を省略している。

この空気圧縮形冷凍サイクル装置２１は例えばビル用の
マルチエアコンシステム等に好適なものであり、複数台
の排気ユニット１７ａ、１７ｂ。

１７ｃには開閉ダンパ２２ａ、２２ｂ、２２ｃｍ・−を
それぞれ設けており、排気量を適宜調整できるようにな
っている。

また、複数台の吸込ユニット１６ａ、１６ｂの一方を図
示しない建屋外の外気に開口させることにより、この吸
込ユニット１６ｂより外気を吸い込み、空調空間を換気
することもできる。

そして、少なくとも複数台の排気ユニット１７ａ、１７
ｂ、　　１７ｃｍ　と吸込ユニット１６ａ、、１６ｂと
を室内側に配置する一方、放熱器１３を室外側に配置す
ることにより、前記実施例とほぼ同様に冷房運転を行な
うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本願の第１、第２の発明は、排気ユ
ニットを排気ユニットから低温低圧空気を大気圧の室内
等に直接排出させるので、熱交換器等を介在させた従来
例に比して、熱交換ロスを殆ど防止でき、その分、空調
効率を高めることができる。

また、冷媒が空気であるので、フロンガスを使用した蒸
気サイクルに比して、大気を汚染するという懸念がなく
、クリーンである。

さらに、冷媒が空気であるので、冷凍サイクル機器の構
成を単純かつ小型軽量化することができる等、種々の実
用的効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空気圧縮形冷凍サイクル装置の一
実施例の構成を示す冷凍サイクル図、第２図は第１図で
示す実施例のＴ−ｓ線図、第３図は本発明の他の実施例
の冷凍サイクル図、第４図は従来の空気圧縮形冷凍サイ
クル装置の冷凍サイクル図である。１１．２１・・・空気圧縮形冷凍サイクル装置、１２・
・・コンプレッサ、１３・・・放熱器、１４・・・膨張
装置、１５ａ〜１５ｃ・・・配管、１６．　１６ａ、　
　１６ｂ・・・吸込ユニット、１７．１７ａ〜１７ｃ・
・・排気ユニット。ト、哨＠　哩

Claims

【特許請求の範囲】１、空気を圧縮するコンプレッサと、このコンプレッサ
からの高温高圧空気を放熱させる放熱器と、この放熱器
からの低温高圧空気を膨張させてタービンを回転させ前
記コンプレッサを駆動する膨張装置と、この膨張装置か
らの低温低圧空気を大気に排気する排気ユニットと、大
気に開口して吸い込んだ空気を前記コンプレッサの吸込
側に供給する吸込ユニットとを有することを特徴とする
空気圧縮形冷凍サイクル装置。２、排気ユニットと吸込ユニットとを複数設けたことを
特徴とする請求項１記載の空気圧縮形冷凍サイクル装置
。