知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024121946
(43)【公開日】2024-09-09
(54)【発明の名称】空気冷媒式空調機
(51)【国際特許分類】
F25B 9/00 20060101AFI20240902BHJP
F24F 3/044 20060101ALI20240902BHJP
F25B 9/06 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
F25B9/00 301
F24F3/044
F25B9/06 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023029205
(22)【出願日】2023-02-28
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001081
【氏名又は名称】弁理士法人クシブチ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】本間 雅也
(72)【発明者】
【氏名】田口 英俊
(72)【発明者】
【氏名】加藤 光洋
【テーマコード（参考）】
3L053
【Ｆターム（参考）】
3L053BB04
(57)【要約】
【課題】本開示は、高外気温の場合においても、空調性能を確保することができる空気冷媒式空調機を提供する。
【解決手段】空気を昇圧させる圧縮機１３と、空気を膨張させる膨張機１４と、空調空間３０に空気を送る送風機２５と、膨張機１４から吐出された空気と送風機２５から送られる空気とを熱交換する熱交換器２３と、を備え、空調空間３０から排気された空気によって膨張機１４の吸込側空気温度を低下させる。
【選択図】図２
【解決手段】空気を昇圧させる圧縮機１３と、空気を膨張させる膨張機１４と、空調空間３０に空気を送る送風機２５と、膨張機１４から吐出された空気と送風機２５から送られる空気とを熱交換する熱交換器２３と、を備え、空調空間３０から排気された空気によって膨張機１４の吸込側空気温度を低下させる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気を昇圧させる圧縮機と、空気を膨張させる膨張機と、空調空間に空気を送る送風機と、前記膨張機から吐出された空気と前記送風機から送られる空気とを熱交換する熱交換器と、を備え、
前記空調空間から排気された空気によって前記膨張機の吸込側空気温度を低下させる、
空気冷媒式空調機。
前記空調空間から排気された空気によって前記膨張機の吸込側空気温度を低下させる、
空気冷媒式空調機。
【請求項2】
前記空調空間から排気された空気を、前記膨張機の吸込側に還気させる還気流路を備えている、
請求項１に記載の空気冷媒式空調機。
請求項１に記載の空気冷媒式空調機。
【請求項3】
前記膨張機の吸込側に前記膨張機に導入させる外気の流量を調整する第１流量制御弁と、前記膨張機の吸込側に還気させる空気の流量を調整する第２流量制御弁とを備えている、
請求項２に記載の空気冷媒式空調機。
請求項２に記載の空気冷媒式空調機。
【請求項4】
外気温検出手段と、室内温度検出手段と、を備え、
外気温が室内温度以下の場合は前記第１流量制御弁を開き、前記第２流量制御弁を閉じる、
請求項３に記載の空気冷媒式空調機。
外気温が室内温度以下の場合は前記第１流量制御弁を開き、前記第２流量制御弁を閉じる、
請求項３に記載の空気冷媒式空調機。
【請求項5】
外気温検出手段と、室内温度検出手段とを備え、
外気温が室内温度より高い場合は、前記膨張機の吸込側の空気流量および前記還気流路の空気流量に基づいて、前記第１流量制御弁および前記第２流量制御弁の開度を調整する、
請求項３に記載の空気冷媒式空調機。
外気温が室内温度より高い場合は、前記膨張機の吸込側の空気流量および前記還気流路の空気流量に基づいて、前記第１流量制御弁および前記第２流量制御弁の開度を調整する、
請求項３に記載の空気冷媒式空調機。
【請求項6】
前記膨張機の吸込側に、前記膨張機の吸込側の空気と前記空調空間から排気された空気とを熱交換させる熱回収熱交換器を設けている、
請求項１に記載の空気冷媒式空調機。
請求項１に記載の空気冷媒式空調機。
【請求項7】
前記膨張機と前記熱回収熱交換器との間または、前記膨張機と、前記膨張機の吸込側と前記還気流路との合流部との間に水分除去手段を設けている、
請求項６に記載の空気冷媒式空調機。
請求項６に記載の空気冷媒式空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、空気冷媒式空調機に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、室内へ外気を送り込む室内ファンと、空気を加圧する第１の圧縮機と、第２の圧縮機と、高温空気を外気により冷却する第１の熱交換器と、膨張機と、膨張機で低温になった空気により室内ファンからの空気を冷却する第２の熱交換器とを備える空気冷媒式空調機を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１０－１７５５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、高外気温の場合においても、空調性能を確保することができる空気冷媒式空調機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示における空気冷媒式空調機は、空気を昇圧させる圧縮機と、空気を膨張させる膨張機と、空調空間に空気を送る送風機と、前記膨張機から吐出された空気と前記送風機から送られる空気とを熱交換する熱交換器と、を備え、前記空調空間から排気された空気によって前記膨張機の吸込側空気温度を低下させる。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、空調空間から排気された空気によって膨張機の吸込側空気温度を低下させることで、膨張機による膨張空気の温度を低下させることができる。そのため、熱交換器において空調空気配管を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施の形態１における空気冷媒式空調機を示す概略図
【図2】実施の形態１における空気冷媒式空調機を用いた冷凍サイクル回路の構成を示す図
【図3】実施の形態１における制御構成を示すブロック図
【図4】実施の形態１における動作を示すフローチャート
【図5】実施の形態２における空気冷媒式空調機を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【0008】
（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、室内へ外気を送り込む室内ファンと、空気を加圧する第１の圧縮機と、第２の圧縮機と、高温空気を外気により冷却する第１の熱交換器と、膨張機と、膨張機で低温になった空気により室内ファンからの空気を冷却する第２の熱交換器とを備え、室内からの還気によって室内ファン出口の空気を冷却することで第１の熱交換器と第２の熱交換器における熱交換量を低減することができ、熱交換器の小型化が図れる空気冷媒式空調機があった。
発明者らが本開示に想到するに至った当時、室内へ外気を送り込む室内ファンと、空気を加圧する第１の圧縮機と、第２の圧縮機と、高温空気を外気により冷却する第１の熱交換器と、膨張機と、膨張機で低温になった空気により室内ファンからの空気を冷却する第２の熱交換器とを備え、室内からの還気によって室内ファン出口の空気を冷却することで第１の熱交換器と第２の熱交換器における熱交換量を低減することができ、熱交換器の小型化が図れる空気冷媒式空調機があった。
【0009】
しかしながら、このような従来の技術では、膨張機入口空気は外気によって冷却されるため外気温度より低くすることはできず、膨張機出口空気温度を十分低下させることができない。よって、膨張機出口空気によって冷却されている室内ファンから空調室内に送風される空気温度も十分低下させることができない。特に高外気温の場合においては、それが顕著で、場合のよっては空調室の設定温度以下にできない可能性もある。よって、従来の構成では、特に高外気温において、空調性能が確保できないという課題を発明者らは発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。
本開示は、高外気温の場合においても、空調性能を確保することができる空気冷媒式空調機を提供する。
本開示は、高外気温の場合においても、空調性能を確保することができる空気冷媒式空調機を提供する。
【0010】
以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
【0011】
（実施の形態１）
以下、図面を用いて、実施の形態１を説明する。
［１－１－１．空気冷媒式空調機の構成］
図１は、実施の形態１における空気冷媒式空調機を示す概略図である。
図１に示すように、空気冷媒式空調機１は、筒状の筐体１０を備えている。筐体１０の内部には、回転シャフト１１が筐体１０の軸方向に沿って配置されている。回転シャフト１１は、筐体１０の両側に設けられた軸受（図示せず）により回転自在に支持されている。
回転シャフト１１には、回転シャフト１１を回転駆動するためのモータ１２が配置されている。
以下、図面を用いて、実施の形態１を説明する。
［１－１－１．空気冷媒式空調機の構成］
図１は、実施の形態１における空気冷媒式空調機を示す概略図である。
図１に示すように、空気冷媒式空調機１は、筒状の筐体１０を備えている。筐体１０の内部には、回転シャフト１１が筐体１０の軸方向に沿って配置されている。回転シャフト１１は、筐体１０の両側に設けられた軸受（図示せず）により回転自在に支持されている。
回転シャフト１１には、回転シャフト１１を回転駆動するためのモータ１２が配置されている。
【0012】
回転シャフト１１の一端には、圧縮機１３が設けられている。圧縮機１３は、回転シャフト１１の回転により回転駆動されるインペラ（図示せず）を備えている。
回転シャフト１１の他端には、膨張機１４が設けられている。膨張機１４は、回転シャフト１１の回転により回転駆動されるホイール（図示せず）を備えている。
回転シャフト１１の他端には、膨張機１４が設けられている。膨張機１４は、回転シャフト１１の回転により回転駆動されるホイール（図示せず）を備えている。
【0013】
筐体１０の圧縮機１３側の端部には、圧縮空気吸込口１５が設けられている。筐体１０の圧縮機１３側の側部には、圧縮空気吐出口１６が設けられている。
筐体１０の膨張機１４側の側部には、膨張空気吸込口１７が設けられている。筐体１０の膨張機１４側の端部には、膨張空気吐出口１８が設けられている。
そして、モータ１２を駆動して回転シャフト１１を回転駆動させることで、圧縮機１３のインペラおよび膨張機１４のホイールを一体に回転させる。これにより、圧縮空気吸込口１５から吸い込まれた空気は、インペラの回転により圧縮され、高温高圧空気として圧縮空気吐出口１６から吐出される。
一方、膨張空気吸込口１７から吸い込まれた空気は、ホイールの回転により膨張され、低温空気として膨張空気吐出口１８から吐出される。
筐体１０の膨張機１４側の側部には、膨張空気吸込口１７が設けられている。筐体１０の膨張機１４側の端部には、膨張空気吐出口１８が設けられている。
そして、モータ１２を駆動して回転シャフト１１を回転駆動させることで、圧縮機１３のインペラおよび膨張機１４のホイールを一体に回転させる。これにより、圧縮空気吸込口１５から吸い込まれた空気は、インペラの回転により圧縮され、高温高圧空気として圧縮空気吐出口１６から吐出される。
一方、膨張空気吸込口１７から吸い込まれた空気は、ホイールの回転により膨張され、低温空気として膨張空気吐出口１８から吐出される。
【0014】
［１－１－２．空気冷媒式空調機を用いた冷凍サイクル回路の構成］
図２は、空気冷媒式空調機１を用いた冷凍サイクル回路の構成を示す図である。
図２に示すように、空気冷媒式空調機１の圧縮空気吐出口１６には、圧縮空気吐出配管２０が接続されている。空気冷媒式空調機１の膨張空気吸込口１７には、膨張空気吸込配管２１が接続されている。
図２は、空気冷媒式空調機１を用いた冷凍サイクル回路の構成を示す図である。
図２に示すように、空気冷媒式空調機１の圧縮空気吐出口１６には、圧縮空気吐出配管２０が接続されている。空気冷媒式空調機１の膨張空気吸込口１７には、膨張空気吸込配管２１が接続されている。
【0015】
空気冷媒式空調機１の膨張機１４の膨張空気吸込口１７と、圧縮機１３の圧縮空気吸込口１５とは、空気配管２２により接続されている。
空気配管２２の中途部には、熱交換器２３が設けられている。
熱交換器２３には、空気配管２２を流れる空気と熱交換する空調空気配管２４が設けられている。
空調空気配管２４の端部には、外部空気を空調空気配管２４に送る送風機２５が接続されている。
空気配管２２の中途部には、熱交換器２３が設けられている。
熱交換器２３には、空気配管２２を流れる空気と熱交換する空調空気配管２４が設けられている。
空調空気配管２４の端部には、外部空気を空調空気配管２４に送る送風機２５が接続されている。
【0016】
空調空間３０（本実施の形態においては、２つ）の天井部分には、空調空間３０の空気を吸い込む空気吸込口３１および空調空間３０に空気を吹き出す空気吹出口３２がそれぞれ設けられている。空気吹出口３２には、空調空気配管２４が接続されている。
これにより、送風機２５の駆動により、外部空気を空調空気配管２４を介して熱交換器２３に送り、空気配管２２と熱交換した空気を空気吹出口３２から空調空間３０に吹き出すことができるように構成されている。
これにより、送風機２５の駆動により、外部空気を空調空気配管２４を介して熱交換器２３に送り、空気配管２２と熱交換した空気を空気吹出口３２から空調空間３０に吹き出すことができるように構成されている。
【0017】
また、空気吸込口３１には、還気流路としての還気配管３３の一端が接続されている。還気配管３３の他端は、膨張空気吸込配管２１の中途部に接続されている。還気配管３３の中途部には、空調空間３０の空気を外部に排気する排気配管３４が接続されている。
また、本実施の形態においては、膨張空気吸込配管２１の中途部であって還気配管３３の合流部より上流側には、第１流量制御弁３５が設けられている。また、排気配管３４の中途部には、第２流量制御弁３６が設けられている。
また、本実施の形態においては、膨張空気吸込配管２１の中途部であって還気配管３３の合流部より上流側には、第１流量制御弁３５が設けられている。また、排気配管３４の中途部には、第２流量制御弁３６が設けられている。
【0018】
また、外気温Ｔ１を検出する外気温センサ３７および空調空間３０の室内温度Ｔ２を検出する室内温度センサ３８がそれぞれ設けられている。
【0019】
［１－１－３．制御構成］
次に、空気冷媒式空調機１の制御構成について説明する。
図３は、実施の形態１の制御構成を示すブロック図である。
図３に示すように、空気冷媒式空調機１は、制御部４０を備えている。
制御部４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、及び、記憶部を備える。制御部４０の記憶部は、揮発性のメモリ、及び、不揮発性記憶部を有する。揮発性のメモリは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。不揮発性記憶部は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク、フラッシュメモリー等で構成される。
また、制御部４０は、空気冷媒式空調機１の各部に対し、信号線等の有線の通信手段、または、無線通信回路等による無線の通信手段によって通信接続される。
制御部４０は、記憶部が記憶するプログラムを実行することにより、外気温センサ３７および室内温度センサ３８による検出値を取得して、モータ１２および送風機２５の駆動制御、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度制御を行う。
次に、空気冷媒式空調機１の制御構成について説明する。
図３は、実施の形態１の制御構成を示すブロック図である。
図３に示すように、空気冷媒式空調機１は、制御部４０を備えている。
制御部４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、及び、記憶部を備える。制御部４０の記憶部は、揮発性のメモリ、及び、不揮発性記憶部を有する。揮発性のメモリは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。不揮発性記憶部は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク、フラッシュメモリー等で構成される。
また、制御部４０は、空気冷媒式空調機１の各部に対し、信号線等の有線の通信手段、または、無線通信回路等による無線の通信手段によって通信接続される。
制御部４０は、記憶部が記憶するプログラムを実行することにより、外気温センサ３７および室内温度センサ３８による検出値を取得して、モータ１２および送風機２５の駆動制御、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度制御を行う。
【0020】
［１－２．動作］
次に、本実施の形態の動作についてフローチャートを参照して説明する。
図４は、実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
まず、冷房運転を行う場合、運転を開始すると（ＳＡ１）、制御部４０は、外気温センサ３７および室内温度センサ３８からの検出値を取得し、外気温センサ３７および室内温度センサ３８によって得られる外気温Ｔ１と空調空間３０の室内温度Ｔ２とを比較する（ＳＡ２）。
そして、外気温Ｔ１が空調空間２０室内温度Ｔ２より低いと判断した場合は（ＳＡ２：ＹＥＳ）、制御部４０は、送風機２５のみを駆動し（ＳＡ３）、第１流量制御弁３５を閉にするとともに、第２流量制御弁３６を開にする（ＳＡ４）。
次に、本実施の形態の動作についてフローチャートを参照して説明する。
図４は、実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
まず、冷房運転を行う場合、運転を開始すると（ＳＡ１）、制御部４０は、外気温センサ３７および室内温度センサ３８からの検出値を取得し、外気温センサ３７および室内温度センサ３８によって得られる外気温Ｔ１と空調空間３０の室内温度Ｔ２とを比較する（ＳＡ２）。
そして、外気温Ｔ１が空調空間２０室内温度Ｔ２より低いと判断した場合は（ＳＡ２：ＹＥＳ）、制御部４０は、送風機２５のみを駆動し（ＳＡ３）、第１流量制御弁３５を閉にするとともに、第２流量制御弁３６を開にする（ＳＡ４）。
【0021】
このように制御することで、空気冷媒式空調機１の膨張機１４による空気の吸込は停止され、送風機２５の駆動により、外部空気が熱交換器２３による熱交換を行わずに、直接空調空間３０に送られる。
これにより、外気温Ｔ１が空調空間３０の室内温度Ｔ２より低い場合は、外部空気をそのまま空調空間３０に送ることで、空調空間３０の冷却を行うことができる。
これにより、外気温Ｔ１が空調空間３０の室内温度Ｔ２より低い場合は、外部空気をそのまま空調空間３０に送ることで、空調空間３０の冷却を行うことができる。
【0022】
また、外気温Ｔ１が空調空間３０の室内温度Ｔ２以上であると判断した場合は（ＳＡ２：ＮＯ）、制御部４０は、モータ１２および送風機２５を駆動する（ＳＡ５）。
モータ１２を駆動することで、膨張機１４および圧縮機１３が駆動され、膨張空気吸込口１７から吸い込まれた空気は、ホイールの回転により膨張され、低温空気として膨張空気吐出口１８から空気配管２２に送られる。空気配管２２に送られた空気は、熱交換器２３を介して圧縮機１３の圧縮空気吸込口１５に送られ、圧縮機１３から外部に排出される。
モータ１２を駆動することで、膨張機１４および圧縮機１３が駆動され、膨張空気吸込口１７から吸い込まれた空気は、ホイールの回転により膨張され、低温空気として膨張空気吐出口１８から空気配管２２に送られる。空気配管２２に送られた空気は、熱交換器２３を介して圧縮機１３の圧縮空気吸込口１５に送られ、圧縮機１３から外部に排出される。
【0023】
一方、送風機２５の駆動により、外部空気は空調空気配管２４に取り込まれて熱交換器２３に送られる。
空調空気配管２４から熱交換器２３に送られる空調空気は、熱交換器２３において、膨張機１４から送られる低温の膨張空気と熱交換し、冷却されて空気吹出口３２から空調空間３０に送られる。
これらの動作により、空調空間３０の冷房が行われる。
空調空気配管２４から熱交換器２３に送られる空調空気は、熱交換器２３において、膨張機１４から送られる低温の膨張空気と熱交換し、冷却されて空気吹出口３２から空調空間３０に送られる。
これらの動作により、空調空間３０の冷房が行われる。
【0024】
この場合に、制御部４０は、モータ１２および送風機２５の回転数に基づいて、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度を調整する（ＳＡ６）。
モータ１２および送風機２５の回転数に基づくことで、膨張機１４による膨張空気の流量および送風機２５による外部空気の流量を認識することができる。
モータ１２および送風機２５の回転数に基づくことで、膨張機１４による膨張空気の流量および送風機２５による外部空気の流量を認識することができる。
【0025】
例えば、膨張機１４による膨張空気の吸込流量が送風機２５による外気流量より多い場合は、第１流量制御弁３５の開度を開くとともに、第２流量制御弁３６も開に制御する。これにより、膨張機１４による吸込量が増大し、膨張空気の吸込流量が増大する。
また、膨張機１４による膨張空気の吸込流量が送風機２５による外気流量より少ない場合は、第１流量制御弁３５の開度を少なくするとともに、第２流量制御弁３６を開に制御する。これにより、膨張機１４による吸込量を少なくし、膨張機１４による吸い込みきれない空気は、排気配管３４および第２流量制御弁３６を介して外部に排出される。
この場合に、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度は、膨張機１４の吐出側の空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合が調整される。
このように膨張空気の流量と外部空気の流量に基づいて、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度を制御することにより、効率のよい冷房運転を行うことができる。
また、膨張機１４による膨張空気の吸込流量が送風機２５による外気流量より少ない場合は、第１流量制御弁３５の開度を少なくするとともに、第２流量制御弁３６を開に制御する。これにより、膨張機１４による吸込量を少なくし、膨張機１４による吸い込みきれない空気は、排気配管３４および第２流量制御弁３６を介して外部に排出される。
この場合に、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度は、膨張機１４の吐出側の空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合が調整される。
このように膨張空気の流量と外部空気の流量に基づいて、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度を制御することにより、効率のよい冷房運転を行うことができる。
【0026】
そして、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の制御をした後は、制御部４０は、室内温度センサ３８によって得られる外気温Ｔ１と空調空間３０の室内温度Ｔ２とを比較する処理を継続して行う（ＳＡ２）。
【0027】
なお、本実施の形態においては、モータ１２および送風機２５の回転数に基づくそれぞれの空気の流量に基づいて、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度調整を行うようにしているが、例えば、膨張機１４による膨張空気および排気空気の温度を加味して、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度調整を行うようにしてもよい。
また、バイパス配管と膨張空気配管との合流部に内部容量の大きいチャンバを設置し、膨張機１４に送られる膨張空気と排気空気とをチャンバ内で合流させて、流速を低下させた状態で、膨張機１４に送るようにしてもよい。
また、バイパス配管と膨張空気配管との合流部に内部容量の大きいチャンバを設置し、膨張機１４に送られる膨張空気と排気空気とをチャンバ内で合流させて、流速を低下させた状態で、膨張機１４に送るようにしてもよい。
【0028】
また、還気配管３３の還気配管３３と排気配管３４との接続部より下流側に第３の流量制御弁を設けるようにしてもよい。
この場合には、第３の流量制御弁により、還気配管３３と排気配管３４との接続部より下流側における空気の流量を調整することができる。
また、還気配管３３と排気配管３４との接続部に、還気配管３３または排気配管３４への空気の流れを切り換える２方向切換弁を設けるようにしてもよい。
この場合には、２方向切換弁を設けて還気配管３３または排気配管３４への空気の流れを切り換えることで、還気配管３３から送られる空気を、膨張空気吸込配管２１を介して膨張機１４に戻すか、排気配管３４により外部に排出するかを選択することができる。
この場合には、第３の流量制御弁により、還気配管３３と排気配管３４との接続部より下流側における空気の流量を調整することができる。
また、還気配管３３と排気配管３４との接続部に、還気配管３３または排気配管３４への空気の流れを切り換える２方向切換弁を設けるようにしてもよい。
この場合には、２方向切換弁を設けて還気配管３３または排気配管３４への空気の流れを切り換えることで、還気配管３３から送られる空気を、膨張空気吸込配管２１を介して膨張機１４に戻すか、排気配管３４により外部に排出するかを選択することができる。
【0029】
［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態においては、空気を昇圧させる圧縮機１３と、空気を膨張させる膨張機１４と、空調空間３０に空気を送る送風機２５と、膨張機１４から吐出された空気と送風機２５から送られる空気とを熱交換する熱交換器２３と、を備え、空調空間３０から排気された空気によって膨張機１４の吸込側空気温度を低下させる。
これにより、空調空間３０から排気された空気によって膨張機１４の吸込側空気温度を低下させることができるので、膨張機１４による膨張空気の温度を低下させることができる。そのため、熱交換器２３において空調空気配管２４を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間３０に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
以上のように、本実施の形態においては、空気を昇圧させる圧縮機１３と、空気を膨張させる膨張機１４と、空調空間３０に空気を送る送風機２５と、膨張機１４から吐出された空気と送風機２５から送られる空気とを熱交換する熱交換器２３と、を備え、空調空間３０から排気された空気によって膨張機１４の吸込側空気温度を低下させる。
これにより、空調空間３０から排気された空気によって膨張機１４の吸込側空気温度を低下させることができるので、膨張機１４による膨張空気の温度を低下させることができる。そのため、熱交換器２３において空調空気配管２４を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間３０に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
【0030】
また、本実施の形態においては、空調空間３０から排気された空気を、膨張機１４の吸込側に還気させる還気配管３３（還気流路）を備えている。
これにより、空調空間３０から排気された空気が膨張機１４の吸込側の空気に直接混合されるため、膨張機１４の吸込側の空気温度を効率良く低下させることができる。そのため、熱交換器２３において空調空気配管２４を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間３０に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
これにより、空調空間３０から排気された空気が膨張機１４の吸込側の空気に直接混合されるため、膨張機１４の吸込側の空気温度を効率良く低下させることができる。そのため、熱交換器２３において空調空気配管２４を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間３０に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
【0031】
また、本実施の形態においては、膨張機１４の吸込側に膨張機１４に導入させる外気の流量を調整する第１流量制御弁３５と、膨張機１４の吸込側に還気させる空気の流量を調整する第２流量制御弁３６とを備えている。
これにより、第１流量制御弁３５と第２流量制御弁３６との開閉により、膨張機１４の出口空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合を調整することができる。そのため、運転状態に応じて空調性能を更に確保することができる。
これにより、第１流量制御弁３５と第２流量制御弁３６との開閉により、膨張機１４の出口空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合を調整することができる。そのため、運転状態に応じて空調性能を更に確保することができる。
【0032】
また、本実施の形態においては、外気温センサ３７（外気温検出手段）と、室内温度センサ３８（室内温度検出手段）と、を備え、外気温が室内温度以下の場合は第１流量制御弁３５を開き、第２流量制御弁３６を閉じる。
これにより、第１流量制御弁３５と第２流量制御弁３６との開閉により、膨張機１４の出口空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合を調整することができる。そのため、運転状態に応じて空調性能を更に確保することができる。
これにより、第１流量制御弁３５と第２流量制御弁３６との開閉により、膨張機１４の出口空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合を調整することができる。そのため、運転状態に応じて空調性能を更に確保することができる。
【0033】
また、本実施の形態においては、外気温センサ３７（外気温検出手段）と、室内温度センサ３８（室内温度検出手段）と、を備え、外気温が室内温度より高い場合は、膨張機１４の吸込側の空気流量および還気配管３３（還気流路）の空気流量に基づいて、第１流量制御弁３５および第２流量制御弁３６の開度を調整する。
これにより、外気温や室内温度が変動した場合においても、空調空間３０に送られる空気温度が最も低くなるように制御できるため、空調性能を更に確保することができる。
これにより、外気温や室内温度が変動した場合においても、空調空間３０に送られる空気温度が最も低くなるように制御できるため、空調性能を更に確保することができる。
【0034】
（実施の形態２）
次に、本開示の実施の形態２を説明する。
［２－１．構成］
図５は、実施の形態２における空気冷媒式空調機を示す概略図である。
図５に示すように、本実施の形態においては、膨張空気吸込配管２１を流れる空気と、還気配管３３を流れる空気とを熱交換する熱回収熱交換器５０を備えている。
その他の構成は、実施の形態１と同様であるため同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
［２－２．作用］
本実施の形態において冷房運転を行う場合、実施の形態１と同様に、制御部４０により、モータ１２を駆動して膨張機１４および圧縮機１３を駆動するとともに、送風機２５を駆動する。
これにより、膨張空気吸込口１７から吸い込まれた空気は、ホイールの回転により膨張され、低温空気として膨張空気吐出口１８から空気配管２２に送られる。空気配管２２に送られた空気は、熱交換器２３を介して圧縮機１３の圧縮空気吸込口１５に送られ、圧縮機１３から外部に排出される。
次に、本開示の実施の形態２を説明する。
［２－１．構成］
図５は、実施の形態２における空気冷媒式空調機を示す概略図である。
図５に示すように、本実施の形態においては、膨張空気吸込配管２１を流れる空気と、還気配管３３を流れる空気とを熱交換する熱回収熱交換器５０を備えている。
その他の構成は、実施の形態１と同様であるため同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
［２－２．作用］
本実施の形態において冷房運転を行う場合、実施の形態１と同様に、制御部４０により、モータ１２を駆動して膨張機１４および圧縮機１３を駆動するとともに、送風機２５を駆動する。
これにより、膨張空気吸込口１７から吸い込まれた空気は、ホイールの回転により膨張され、低温空気として膨張空気吐出口１８から空気配管２２に送られる。空気配管２２に送られた空気は、熱交換器２３を介して圧縮機１３の圧縮空気吸込口１５に送られ、圧縮機１３から外部に排出される。
【0035】
一方、送風機２５の駆動により、外部空気は空調空気配管２４に取り込まれて熱交換器２３に送られる。空調空気配管２４から熱交換器２３に送られる空調空気は、熱交換器２３において、膨張機１４から送られる低温の膨張空気と熱交換し、冷却されて空気吐出口３２から空調空間３０に送られる。
これらの動作により、空調空間３０の冷房が行われる。
これらの動作により、空調空間３０の冷房が行われる。
【0036】
そして、空調空間３０の冷却を行った空気は、空調空気吸込口から還気配管３３に吸い込まれ、熱回収熱交換器５０に送られる。
熱回収熱交換器５０において、還気配管３３を流れる低温の空気と、膨張空気吸込配管２１を流れる空気と熱交換することで、膨張機１４に送られる空気の温度を低下させることができる。
熱回収熱交換器５０において、還気配管３３を流れる低温の空気と、膨張空気吸込配管２１を流れる空気と熱交換することで、膨張機１４に送られる空気の温度を低下させることができる。
【0037】
以上述べたように、本実施の形態においては、膨張機１４の吸込側に、膨張機１４の吸込側の空気と空調空間３０から排気された空気とを熱交換させる熱回収熱交換器５０を設けている。
これにより、熱回収熱交換器５０により膨張機１４に送られる空気の温度を低下させることができるので、膨張機１４による膨張空気の温度を低下させることができ、熱交換器２３による熱交換により、空調空間３０へ流入する空気温度を低下させることができる。そのため、空調性能を確保することができる。
これにより、熱回収熱交換器５０により膨張機１４に送られる空気の温度を低下させることができるので、膨張機１４による膨張空気の温度を低下させることができ、熱交換器２３による熱交換により、空調空間３０へ流入する空気温度を低下させることができる。そのため、空調性能を確保することができる。
【0038】
なお、膨張機１４と熱回収熱交換器５０との間または、膨張機１４と、膨張空気吸込配管２１と還気流路との合流部との間に水分除去手段を設けるようにしてもよい。ここで、水分除去手段としては、例えば、気液分離器、除湿器などが考えられる。さらに、水分除去手段として、熱回収熱交換器５０自体に、排水バルブを備えた排水部を設ける構成であってもよい。
このように水分除去手段を設けることで、空調空間３０から排気された空気によって膨張機１４の吸込側の空気が冷却されることで、ドレン水が発生した場合に、ドレン水を除去することができる。
そのため、ドレン水を含んだ空気が膨張機１４に流れることを抑制することができ、膨張機１４の性能低下を抑制できるため、空調性能を更に確保できる。
このように水分除去手段を設けることで、空調空間３０から排気された空気によって膨張機１４の吸込側の空気が冷却されることで、ドレン水が発生した場合に、ドレン水を除去することができる。
そのため、ドレン水を含んだ空気が膨張機１４に流れることを抑制することができ、膨張機１４の性能低下を抑制できるため、空調性能を更に確保できる。
【0039】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１および実施の形態２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１および実施の形態２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１および実施の形態２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１および実施の形態２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【0040】
（付記）
以上の実施の形態の記載により、下記の技術が開示される。
（技術１）空気を昇圧させる圧縮機と、空気を膨張させる膨張機と、空調空間に空気を送る送風機と、前記膨張機から吐出された空気と前記送風機から送られる空気とを熱交換する熱交換器と、を備え、前記空調空間から排気された空気によって前記膨張機の吸込側空気温度を低下させる、空気冷媒式空調機。
この構成により、空調空間から排気された空気によって膨張機の吸込側空気温度を低下させることができるので、膨張機による膨張空気の温度を低下させることができる。そのため、熱交換器において空調空気配管を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
以上の実施の形態の記載により、下記の技術が開示される。
（技術１）空気を昇圧させる圧縮機と、空気を膨張させる膨張機と、空調空間に空気を送る送風機と、前記膨張機から吐出された空気と前記送風機から送られる空気とを熱交換する熱交換器と、を備え、前記空調空間から排気された空気によって前記膨張機の吸込側空気温度を低下させる、空気冷媒式空調機。
この構成により、空調空間から排気された空気によって膨張機の吸込側空気温度を低下させることができるので、膨張機による膨張空気の温度を低下させることができる。そのため、熱交換器において空調空気配管を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
【0041】
（技術２）前記空調空間から排気された空気を、前記膨張機の吸込側に還気させる還気流路を備えている、技術１に記載の空気冷媒式空調機。
この構成により、空調空間から排気された空気が膨張機の吸込側の空気に直接混合されるため、膨張機の吸込側の空気温度を効率良く低下させることができる。そのため、熱交換器２３において空調空気配管を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
この構成により、空調空間から排気された空気が膨張機の吸込側の空気に直接混合されるため、膨張機の吸込側の空気温度を効率良く低下させることができる。そのため、熱交換器２３において空調空気配管を流れる空気をより冷却することができ、高外気温の場合においても、空調空間に送られる空気温度を低下させることができ、空調性能を確保することができる。
【0042】
（技術３）前記膨張機の吸込側に前記膨張機に導入させる外気の流量を調整する第１流量制御弁と、前記膨張機の吸込側に還気させる空気の流量を調整する第２流量制御弁とを備えている、技術２に記載の空気冷媒式空調機。
この構成により、第１流量制御弁と第２流量制御弁との開閉により、膨張機の出口空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合を調整することができる。そのため、運転状態に応じて空調性能を更に確保することができる。
この構成により、第１流量制御弁と第２流量制御弁との開閉により、膨張機の出口空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合を調整することができる。そのため、運転状態に応じて空調性能を更に確保することができる。
【0043】
（技術４）外気温検出手段と、室内温度検出手段と、を備え、外気温が室内温度以下の場合は前記第１流量制御弁を開き、前記第２流量制御弁を閉じる、技術３に記載の空気冷媒式空調機。
この構成により、第１流量制御弁と第２流量制御弁との開閉により、膨張機の出口空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合を調整することができる。そのため、運転状態に応じて空調性能を更に確保することができる。
この構成により、第１流量制御弁と第２流量制御弁との開閉により、膨張機の出口空気温度が最も低くなるように外気と還気との混合割合を調整することができる。そのため、運転状態に応じて空調性能を更に確保することができる。
【0044】
（技術５）外気温検出手段と、室内温度検出手段とを備え、外気温が室内温度より高い場合は、前記膨張機の吸込側の空気流量および前記還気流路の空気流量に基づいて、前記第１流量制御弁および前記第２流量制御弁の開度を調整する、技術３または技術４に記載の空気冷媒式空調機。
この構成により、外気温や室内温度が変動した場合においても、空調空間に送られる空気温度が最も低くなるように制御できるため、空調性能を更に確保することができる。
この構成により、外気温や室内温度が変動した場合においても、空調空間に送られる空気温度が最も低くなるように制御できるため、空調性能を更に確保することができる。
【0045】
（技術６）前記膨張機の吸込側に、前記膨張機の吸込側の空気と前記空調空間から排気された空気とを熱交換させる熱回収熱交換器を設けている、技術１から技術５のいずれか一項に記載の空気冷媒式空調機。
この構成により、熱回収熱交換器により膨張機に送られる空気の温度を低下させることができるので、膨張機による膨張空気の温度を低下させることができ、熱交換器による熱交換により、空調空間へ流入する空気温度を低下させることができる。そのため、空調性能を確保することができる。
この構成により、熱回収熱交換器により膨張機に送られる空気の温度を低下させることができるので、膨張機による膨張空気の温度を低下させることができ、熱交換器による熱交換により、空調空間へ流入する空気温度を低下させることができる。そのため、空調性能を確保することができる。
【0046】
（技術７）前記膨張機と前記熱回収熱交換器との間または、前記膨張機と、前記膨張機の吸込側と前記還気流路との合流部との間に水分除去手段を設けている、技術６に記載の空気冷媒式空調機。
この構成により、水分除去手段を設けることで、空調空間から排気された空気によって膨張機の吸込側の空気が冷却されることで、ドレン水が発生した場合に、ドレン水を除去することができる。そのため、ドレン水を含んだ空気が膨張機に流れることを抑制することができ、膨張機の性能低下を抑制できるため、空調性能を更に確保できる。
この構成により、水分除去手段を設けることで、空調空間から排気された空気によって膨張機の吸込側の空気が冷却されることで、ドレン水が発生した場合に、ドレン水を除去することができる。そのため、ドレン水を含んだ空気が膨張機に流れることを抑制することができ、膨張機の性能低下を抑制できるため、空調性能を更に確保できる。
【産業上の利用可能性】
【0047】
本開示は、高外気温の場合においても、空調性能を確保することができる空気冷媒式空調機として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【0048】
１ 空気冷媒式空調機
１０ 筐体
１１ 回転シャフト
１２ モータ
１３ 圧縮機
１４ 膨張機
１５ 圧縮空気吸込口
１６ 圧縮空気吐出口
１７ 膨張空気吸込口
１８ 膨張空気吐出口
２０ 圧縮空気吐出配管
２１ 膨張空気吸込配管
２２ 空気配管
２３ 熱交換器
２４ 空調空気配管
２５ 送風機
３０ 空調空間
３０ 直接空調空間
３１ 空気吸込口
３２ 空気吹出口
３３ 還気配管
３４ 排気配管
３５ 第１流量制御弁
３６ 第２流量制御弁
３７ 外気温センサ
３８ 室内温度センサ
４０ 制御部
５０ 熱回収熱交換器
１０ 筐体
１１ 回転シャフト
１２ モータ
１３ 圧縮機
１４ 膨張機
１５ 圧縮空気吸込口
１６ 圧縮空気吐出口
１７ 膨張空気吸込口
１８ 膨張空気吐出口
２０ 圧縮空気吐出配管
２１ 膨張空気吸込配管
２２ 空気配管
２３ 熱交換器
２４ 空調空気配管
２５ 送風機
３０ 空調空間
３０ 直接空調空間
３１ 空気吸込口
３２ 空気吹出口
３３ 還気配管
３４ 排気配管
３５ 第１流量制御弁
３６ 第２流量制御弁
３７ 外気温センサ
３８ 室内温度センサ
４０ 制御部
５０ 熱回収熱交換器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】