JP2006090599A - Refrigerating apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigerating apparatus of excellent refrigerating efficiency using an air cycle that can acquire high refrigerating efficiency. <P>SOLUTION: The refrigerating apparatus 1 is composed of an adsorber 2a for dehumidifying moisture discharged from a refrigerating chamber 3; a compressor 2c for compressing dehumidified air supplied from the adsorber 2a through a dehumidified air supply line 2b; a waste heat recovering heat exchanger 2e for recovering the heat of compressed air discharged from the compressor 2c through a compressed air discharge line 2d; an expansion turbine 2g for adiabatically expanding heat-recovered air supplied from the waste heat recovering heat exchanger 2e through a heat-recovered air supply line 2f; and a refrigerating air supply line 2h for supplying the refrigerating chamber 3 with adiabatically expanded refrigerating air discharged from the expansion turbine 2g. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、空気サイクルを用いた冷凍装置に係り、より詳しくは、冷凍効率が優れ、しかも、高い冷凍能率を得ることを可能ならしめるようにした空気サイクルを用いた冷凍装置に関するものである。   The present invention relates to a refrigeration apparatus using an air cycle, and more particularly to a refrigeration apparatus using an air cycle that is excellent in refrigeration efficiency and can achieve high refrigeration efficiency.

フロン等の冷媒を用いず、空気サイクルを用いて被冷凍物を冷凍する冷凍装置がある。
このような冷凍装置としては、例えば後述する構成になるものが公知である。この従来例1に係る冷凍装置によれば、上記のとおり、フロンをはじめとする人口合成冷媒を使用することなく被冷凍物を冷凍することができるため、近年、地球環境への関心が高まる中で注目を集めている。
There is a refrigeration apparatus that freezes an object to be frozen using an air cycle without using a refrigerant such as Freon.
As such a refrigeration apparatus, for example, one having a configuration described later is known. According to the refrigeration apparatus according to Conventional Example 1, as described above, since the object to be frozen can be frozen without using a synthetic refrigerant such as chlorofluorocarbon, interest in the global environment has increased in recent years. Attracted attention.

即ち、これはエアサイクル冷房装置で、このエアサイクル冷房装置は、膨張機と熱交換器と圧縮機とが順に接続されて空気サイクルを行う回路を備えている。この回路には、第1の空気が空気サイクルの作動流体として取り込まれる。取り込まれた第1の空気は、膨張機によって大気圧以下に減圧されて低温となる。低温となった第1の空気は、熱交換機において第2の空気と熱交換を行う。この熱交換により第2の空気を冷却し、冷却した第2の空気を室内に供給して冷房を行うようにしている。熱交換器で第2の空気から吸熱した第1の空気は、圧縮機で大気圧まで圧縮されて上記回路から排出される。また、この空気調和装置は、膨張機がタービン装置で構成され、圧縮機がターボ圧縮機で構成されている。膨張機および圧縮機の各羽根車は、互いにタービン軸で連結されている。そして、タービン軸がモータにより駆動されるようになっている。また、空気が膨張する際の膨張仕事は、タービン軸を介して圧縮機の駆動力として回収されるように構成されている(例えば、特許文献1参照。)。   That is, this is an air cycle cooling device, and this air cycle cooling device includes a circuit that performs an air cycle by sequentially connecting an expander, a heat exchanger, and a compressor. In this circuit, the first air is taken in as the working fluid of the air cycle. The taken-in 1st air is pressure-reduced below atmospheric pressure with an expander, and becomes low temperature. The first air having a low temperature exchanges heat with the second air in the heat exchanger. The second air is cooled by this heat exchange, and the cooled second air is supplied into the room for cooling. The first air that has absorbed heat from the second air by the heat exchanger is compressed to the atmospheric pressure by the compressor and discharged from the circuit. In this air conditioner, the expander is constituted by a turbine device, and the compressor is constituted by a turbo compressor. The impellers of the expander and the compressor are connected to each other by a turbine shaft. The turbine shaft is driven by a motor. Moreover, the expansion work when air expand | swells is comprised so that it may collect | recover as drive force of a compressor via a turbine shaft (for example, refer patent document 1).

上記従来例1に係るエアサイクル冷房装置の場合には、取り込んだ空気をそのまま膨張機で膨張させるように構成されている。取り込んだ空気中には水分が含まれているため、膨張仕事の一部が凝縮熱として水分に奪われてしまい、膨張仕事を十分に回収することができないという問題があった。そして、膨張仕事の回収が不十分になるため、圧縮機を駆動するための動力が増大し、これに起因してCOP(成績係数)の低下を招くという問題があった。   In the case of the air cycle cooling device according to Conventional Example 1, the air taken in is directly expanded by an expander. Since the taken-in air contains moisture, there is a problem that a part of the expansion work is taken away by the moisture as heat of condensation, and the expansion work cannot be recovered sufficiently. And since collection | recovery of expansion work becomes inadequate, the motive power for driving a compressor increases, and there existed a problem of causing a fall of COP (coefficient of performance) resulting from this.

ところで、空気の圧縮に要する動力を低減してCOPを向上させるようにした空気調和装置が提案されている。以下、この従来例2に係る空気調和装置の概要を、その構成を示す概略構成図の図4を参照しながら説明する。図4に示す符号40は、空気調和装置である。この空気調和装置40は、空気サイクル部41と、除湿手段である除湿機構90と、内部熱交換器45を備えている。前記空気サイクル部41は、サイクル回路50を備えている。このサイクル回路50は、膨張機52と、熱交換器60と、圧縮機51とが順にダクト接続されてなり、吸熱空気が流れて空気サイクル動作を行うように構成されている。   By the way, an air conditioner has been proposed in which the power required for air compression is reduced to improve COP. Hereinafter, an outline of the air conditioner according to the second conventional example will be described with reference to FIG. 4 of a schematic configuration diagram showing the configuration thereof. The code | symbol 40 shown in FIG. 4 is an air conditioning apparatus. The air conditioner 40 includes an air cycle unit 41, a dehumidifying mechanism 90 that is a dehumidifying means, and an internal heat exchanger 45. The air cycle unit 41 includes a cycle circuit 50. The cycle circuit 50 is configured such that an expander 52, a heat exchanger 60, and a compressor 51 are duct-connected in order, and endothermic air flows to perform an air cycle operation.

前記サイクル回路50は、膨張機52の入口側に接続される入口ダクト53と、圧縮機51の出口側に接続される出口ダクト54とを備えている。入口ダクト53は、一端が室外に開口して室外空気を吸熱空気として取り込み、取り込んだ吸熱空気を膨張機52に供給する。出口ダクト54は、一端が室外に開口して圧縮機51からの吸熱空気を室外へ排出する。これら圧縮機51と膨張機52は、モータ65により駆動される回転軸66で連結されており、モータ65で駆動されるように構成されている。前記熱交換器60には、吸熱側通路62が区画形成されている。この吸熱側通路62は、一端が前記膨張機52と、他端が圧縮機51とそれぞれダクト接続され、内部に吸熱空気が流される。そして、この熱交換器60は、吸熱側通路62の吸熱空気と被冷却空気である室内空気とを熱交換させるように構成されている。   The cycle circuit 50 includes an inlet duct 53 connected to the inlet side of the expander 52 and an outlet duct 54 connected to the outlet side of the compressor 51. One end of the inlet duct 53 opens to the outside, takes in outdoor air as heat absorption air, and supplies the taken heat absorption air to the expander 52. One end of the outlet duct 54 opens to the outside and discharges the heat absorption air from the compressor 51 to the outside. The compressor 51 and the expander 52 are connected by a rotating shaft 66 driven by a motor 65, and are configured to be driven by the motor 65. A heat absorption side passage 62 is defined in the heat exchanger 60. One end of the heat absorption side passage 62 is duct-connected to the expander 52 and the other end is connected to the compressor 51, and the heat absorption air flows inside. The heat exchanger 60 is configured to exchange heat between the heat absorption air in the heat absorption side passage 62 and the indoor air that is the air to be cooled.

前記除湿機構90は、入口ダクト53および出口ダクト54の途中に設けられている。
この除湿機構90は、ロータ部材91、吸湿部92、放湿部93を備えており、ロータリー式の除湿器と同構成になっている。前記ロータ部材91は、円板状であって、かつ厚さ方向に空気を通過させるように構成されている。このロータ部材91は、水分を吸着する固体吸着剤を備え、通過する空気を固体吸着剤と接触させる湿度媒体を構成している。
また、ロータ部材91には、図示されていないが、駆動モータが連結され、この駆動モータで回転駆動されて吸湿部92と放湿部93との間を移動するように構成されている。
前記ロータ部材91の固体吸着剤は、多孔性の無機化合物を主成分として構成される。
The dehumidifying mechanism 90 is provided in the middle of the inlet duct 53 and the outlet duct 54.
The dehumidifying mechanism 90 includes a rotor member 91, a moisture absorbing unit 92, and a moisture releasing unit 93, and has the same configuration as a rotary type dehumidifier. The rotor member 91 has a disk shape and is configured to allow air to pass in the thickness direction. The rotor member 91 includes a solid adsorbent that adsorbs moisture, and constitutes a humidity medium that causes the air passing therethrough to contact the solid adsorbent.
Further, although not shown, the rotor member 91 is connected to a drive motor, and is configured to move between the moisture absorbing portion 92 and the moisture releasing portion 93 by being rotationally driven by the drive motor.
The solid adsorbent of the rotor member 91 is composed mainly of a porous inorganic compound.

前記無機化合物は、細孔径が0.1〜20nm程度で水分を吸着するものが選ばれる。
前記吸湿部92は入口ダクト53の途中に配設されているので、吸湿部92では、入口ダクト53内の吸熱空気がロータ部材91を通過し、吸熱空気中の水分がロータ部材91の固体吸着剤に吸着される。これによって、吸熱空気が除湿される。前記放湿部93は、出口ダクト54の途中に配設されているので、放湿部93では、出口ダクト54内の吸熱空気がロータ部材91を通過し、ロータ部材91の固体吸着剤に吸着された水分が脱着して吸熱空気中に放湿される。これによって、固体吸着剤が再生される。
As the inorganic compound, one that has a pore diameter of about 0.1 to 20 nm and adsorbs moisture is selected.
Since the hygroscopic portion 92 is disposed in the middle of the inlet duct 53, in the hygroscopic portion 92, the endothermic air in the inlet duct 53 passes through the rotor member 91, and the moisture in the endothermic air is solid adsorbed by the rotor member 91. Adsorbed to the agent. Thereby, the endothermic air is dehumidified. Since the moisture releasing portion 93 is disposed in the middle of the outlet duct 54, the heat absorbing air in the outlet duct 54 passes through the rotor member 91 and is adsorbed on the solid adsorbent of the rotor member 91 in the moisture releasing portion 93. The dehydrated moisture is desorbed and released into the endothermic air. Thereby, the solid adsorbent is regenerated.

上記構成になる空気調和装置40によれば、ロータ部材91の固体吸着剤により吸熱空気中の水分が予め除去されている。従って、膨張仕事の一部が凝縮熱として水分に奪われるようなことがないので、膨張仕事を十分に回収することができる。そして、膨張仕事の回収が十分であるため、圧縮機を駆動するための動力が増大するようなことがないから、COPが低下するような恐れもない(例えば、特許文献2参照。)。
特開平5−238489号公報 特開2000−314569号公報
According to the air conditioner 40 configured as described above, moisture in the endothermic air is removed in advance by the solid adsorbent of the rotor member 91. Therefore, since part of the expansion work is not lost to moisture as condensation heat, the expansion work can be sufficiently recovered. Since the expansion work is sufficiently collected, the power for driving the compressor does not increase, so there is no fear that the COP will decrease (see, for example, Patent Document 2).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-238489 JP 2000-314569 A

上記従来例2に係る空気調和装置によれば、上記のとおり、膨張仕事の一部が凝縮熱として水分に奪われるようなことがなく、膨張仕事を十分に回収することができるので優れている。しかしながら、空気サイクル内の冷凍部が大気以下となり、プロセス空気を冷凍室に直接吹き込むことができない。従って、被冷凍物と冷凍部との間に熱交換器が必要になるため冷凍効率が低下する。また、プロセス空気の圧力が低い状態でサイクルさせるため、高い冷凍能率を得ることができない。   According to the air conditioner according to the above-described conventional example 2, as described above, a part of the expansion work is not lost to moisture as condensation heat, and the expansion work can be sufficiently recovered, which is excellent. . However, the refrigeration part in the air cycle is below the atmosphere, and process air cannot be directly blown into the freezer compartment. Accordingly, since a heat exchanger is required between the object to be frozen and the refrigeration unit, the refrigeration efficiency is lowered. Further, since the process air is cycled at a low pressure, a high refrigeration efficiency cannot be obtained.

従って、本発明の目的は、冷凍効率が優れ、しかも、高い冷凍能率を得ることができる冷凍装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a refrigeration apparatus that is excellent in refrigeration efficiency and that can obtain a high refrigeration efficiency.

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために本発明の請求項1に係る冷凍装置が採用した手段は、冷凍室内で被冷却物を冷却する冷凍装置であって、前記冷凍室から排出される空気中の水分を除湿する除湿手段と、この除湿手段から除湿空気供給ラインを介して供給される除湿空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から圧縮空気吐出ラインを介して吐出される圧縮空気の熱を回収する廃熱回収用熱交換器と、この廃熱回収用熱交換器から熱回収後空気供給ラインを介して供給される熱回収後空気を断熱膨張させる膨張機と、この膨張機から排出される断熱膨張後の冷凍用空気を前記冷凍室に供給する冷凍用空気供給ラインとを備えてなることを特徴とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and therefore, the means employed by the refrigeration apparatus according to claim 1 of the present invention in order to solve the above problems is a refrigeration apparatus for cooling an object to be cooled in a freezer compartment. A dehumidifying means for dehumidifying moisture in the air discharged from the freezer compartment, a compressor for compressing dehumidified air supplied from the dehumidifying means via a dehumidified air supply line, and a compressor for compressing the dehumidified air. Waste heat recovery heat exchanger that recovers the heat of the compressed air discharged through the air discharge line, and post-heat recovery air supplied from the waste heat recovery heat exchanger via the post-heat recovery air supply line And a refrigerating air supply line for supplying the refrigerating air after adiabatic expansion discharged from the expander to the freezing chamber.

本発明の請求項2に係る冷凍装置が採用した手段は、請求項1に記載の冷凍装置において、前記廃熱回収用熱交換器で前記圧縮空気の熱と熱交換して高温になった高温空気を、前記除湿手段に供給する除湿剤再生用空気供給ラインを備えてなることを特徴とするものである。   The means employed by the refrigeration apparatus according to claim 2 of the present invention is the refrigeration apparatus according to claim 1, wherein the waste heat recovery heat exchanger exchanges heat with the heat of the compressed air to obtain a high temperature. A dehumidifying agent regeneration air supply line for supplying air to the dehumidifying means is provided.

本発明の請求項3に係る冷凍装置が採用した手段は、請求項1または2のうちの何れか一つの項に記載の冷凍装置において、前記除湿空気供給ラインを流れる除湿空気と、前記熱回収後空気供給ラインを流れる熱回収後空気とを熱交換させて、この熱回収後空気を冷却する熱回収熱交換器を設けたことを特徴とするものである。   The means employed by the refrigeration apparatus according to claim 3 of the present invention is the refrigeration apparatus according to any one of claims 1 and 2, wherein the dehumidified air flowing through the dehumidified air supply line and the heat recovery are provided. A heat recovery heat exchanger is provided in which heat is exchanged with the air after heat recovery flowing through the rear air supply line, and the air after this heat recovery is cooled.

本発明の請求項1乃至3に係る冷凍装置は、冷凍室から排出され、除湿手段で水分が除湿された除湿空気を圧縮機で圧縮し、圧縮された圧縮空気の熱を廃熱回収用熱交換器で回収した熱回収後空気を膨張機により断熱膨張させて低温の冷凍用空気を得る構成である。
従って、プロ空気の圧力が大気圧以下になることがなく、断熱膨張により低温になった冷凍用空気を冷凍室に直接供給して、冷凍室内の被冷凍物を冷凍することができるから、冷凍効率が向上する。また、冷凍室の空気流出口から出て、除湿手段、圧縮機、廃熱回収用熱交換器、膨張機を経て冷凍室の冷凍用空気流入口に流入するまでのプロセス空気の圧力が高いため、冷凍能力が高い。
The refrigeration apparatus according to claims 1 to 3 of the present invention compresses the dehumidified air discharged from the freezer compartment and dehumidified by the dehumidifying means with a compressor, and the heat of the compressed air is used as waste heat recovery heat. In this configuration, the air after heat recovery recovered by the exchanger is adiabatically expanded by an expander to obtain low-temperature freezing air.
Therefore, since the pressure of the professional air does not fall below the atmospheric pressure and the freezing air that has become low temperature due to adiabatic expansion can be directly supplied to the freezing room, the object to be frozen in the freezing room can be frozen. Efficiency is improved. In addition, because the pressure of the process air is high until it flows out from the air outlet of the freezer compartment and flows into the freezer inlet of the freezer compartment through the dehumidifying means, compressor, waste heat recovery heat exchanger, and expander High refrigerating capacity.

本発明の請求項2に係る冷凍装置は、廃熱回収用熱交換器で圧縮空気と熱交換した空気を、除湿手段に供給する除湿剤再生空気供給ラインを備えている。従って、廃熱を除湿剤の再生に有効活用することができ、しかも膨張機に供給される圧縮空気の温度を下げることができるから、断熱膨張後の冷凍用空気の温度をより低温にすることができる。   The refrigeration apparatus according to claim 2 of the present invention includes a dehumidifying agent regeneration air supply line for supplying the dehumidifying means with the air heat-exchanged with the compressed air in the waste heat recovery heat exchanger. Therefore, waste heat can be effectively used for regeneration of the dehumidifying agent, and the temperature of the compressed air supplied to the expander can be lowered, so that the temperature of the refrigeration air after adiabatic expansion is lowered. Can do.

本発明の請求項3に係る冷凍装置は、冷凍室から排出され、除湿手段で水分が除湿されて除湿空気供給ラインを流れる除湿空気と、前記熱回収後空気供給ラインを流れる熱回収後空気とを熱交換させて、この熱回収後空気をさらに冷却する熱回収熱交換器が設けられている。従って、膨張機に対してより低温の圧縮空気を供給することができ、断熱膨張後の冷凍用空気の温度をより低温にすることができるから、冷凍室により低温の冷凍用空気を供給することができる。   The refrigeration apparatus according to claim 3 of the present invention includes dehumidified air discharged from the freezer compartment, dehumidified by the dehumidifying means and flowing through the dehumidified air supply line, and post-heat recovery air flowing through the post-heat recovery air supply line, The heat recovery heat exchanger is further provided for further cooling the air after the heat recovery. Accordingly, it is possible to supply lower-temperature compressed air to the expander, and to lower the temperature of the refrigerating air after adiabatic expansion. Can do.

以下、本発明の形態1に係る冷凍装置を、添付図面を参照しながら説明する。図1は本発明の形態1に係る冷凍装置の構成を示す概略構成図である。   Hereinafter, the refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a refrigeration apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示す符号1は、本発明の形態1に係る空気サイクルを利用する冷凍装置であって、この冷凍装置1は、後述する構成になる空気サイクル回路2を備えている。この空気サイクル回路2は、冷凍室3の空気流出口3aから排出される空気中の水分を除湿する除湿手段である吸着器2aを備えている。そして、この吸着器2aから除湿空気供給ライン2bを介して供給される除湿空気を圧縮する圧縮機2cを備えると共に、この圧縮機2cから圧縮空気吐出ライン2dを介して吐出される圧縮空気の熱を回収する廃熱回収用熱交換器2eを備えている。   Reference numeral 1 shown in FIG. 1 is a refrigeration apparatus using an air cycle according to Embodiment 1 of the present invention, and this refrigeration apparatus 1 includes an air cycle circuit 2 having a configuration to be described later. The air cycle circuit 2 includes an adsorber 2 a that is a dehumidifying means for dehumidifying moisture in the air discharged from the air outlet 3 a of the freezer compartment 3. The compressor 2c compresses the dehumidified air supplied from the adsorber 2a via the dehumidified air supply line 2b, and heat of the compressed air discharged from the compressor 2c via the compressed air discharge line 2d. The waste heat recovery heat exchanger 2e is recovered.

さらに、この廃熱回収用熱交換器2eから熱回収後空気供給ライン2fを介して供給される熱回収後空気を断熱膨張させる膨張機である膨張タービン2gを備えると共に、この膨張タービン2gから排出される断熱膨張後の冷凍用空気を前記冷凍室3の冷凍用空気入口3bに供給する冷凍用空気供給ライン2hを備えている。前記圧縮機2cと膨張タービン2gとは、従来例2と同様に、駆動モータ5により回転される回転軸6で回転されるように構成されている。   Further, the heat exchanger 2e for waste heat recovery is provided with an expansion turbine 2g that is an expander for adiabatically expanding the air after heat recovery supplied via the air supply line 2f after heat recovery, and discharged from the expansion turbine 2g. The refrigerating air supply line 2h for supplying the refrigerating air after adiabatic expansion to the refrigerating air inlet 3b of the freezing chamber 3 is provided. The compressor 2c and the expansion turbine 2g are configured to be rotated by a rotating shaft 6 that is rotated by a drive motor 5 in the same manner as in the second conventional example.

また、この冷凍装置1は前記吸着器2aの図示しない吸着剤(除湿剤)に吸着された水分を除去する除湿剤再生用空気(以下、吸着材再生用空気という。)を供給する除湿剤再生用空気供給ラインである吸着剤再生ライン4を備えている。この吸着剤再生ライン4は、前記廃熱回収用熱交換器2eを介して前記吸着器2aに連通しており、吸引した外気の空気を廃熱回収用熱交換器2eで回収した圧縮空気の熱と熱交換させることにより高温の吸着材再生用空気とし、この吸着材再生用空気を吸着器2aに供給し、吸着剤再生後の水分を含んだ吸着材再生用空気を吸着器2aから大気中に放出するように構成されている。
なお、この吸着器2aは従来と同様であって、ロータリー式の構成で、吸着剤は多孔性の無機化合物を主成分とする固体吸着剤である。
Further, the refrigeration apparatus 1 dehumidifier regeneration that supplies dehumidifier regeneration air (hereinafter referred to as adsorbent regeneration air) that removes moisture adsorbed by an adsorbent (dehumidifier) (not shown) of the adsorber 2a. An adsorbent regeneration line 4 that is an air supply line is provided. The adsorbent regeneration line 4 communicates with the adsorber 2a via the waste heat recovery heat exchanger 2e, and the compressed air recovered by the waste heat recovery heat exchanger 2e Heat is exchanged with heat to generate high-temperature adsorbent regeneration air, and this adsorbent regeneration air is supplied to the adsorber 2a, and the adsorbent regeneration air containing moisture after regeneration of the adsorbent is discharged from the adsorber 2a to the atmosphere. It is configured to release inside.
The adsorber 2a is the same as the conventional one, and has a rotary configuration, and the adsorbent is a solid adsorbent mainly composed of a porous inorganic compound.

以下、本発明の形態1に係る冷凍装置1の作用態様を説明する。冷凍室3の空気流出口3aから排出された空気は吸着器2aにより水分が除湿され、除湿空気は除湿空気供給ライン2bを介して圧縮機2cに供給される。供給された除湿空気はこの圧縮機2cにより大気圧の約3倍の圧力に圧縮され、圧縮された圧縮空気は圧縮空気吐出ライン2dを介して廃熱交換用熱交換器2eに供給される。この廃熱交換用熱交換器2eにおいて、圧縮空気は吸着材再生ライン4を流れる空気を高温にし、自身は低温になり、熱回収後空気として熱回収後空気供給ライン2fを介して膨張タービン2gに流入する。そして、この膨張タービン2gで断熱膨張されて、除湿率に応じた温度の冷凍用空気となって冷凍用空気供給ライン2hを介して冷凍室3の冷凍用空気流入口3bに流入する。   Hereinafter, the operation mode of the refrigeration apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described. The air discharged from the air outlet 3a of the freezer compartment 3 is dehumidified by the adsorber 2a, and the dehumidified air is supplied to the compressor 2c via the dehumidified air supply line 2b. The supplied dehumidified air is compressed to a pressure about three times the atmospheric pressure by the compressor 2c, and the compressed air is supplied to the waste heat exchange heat exchanger 2e via the compressed air discharge line 2d. In this heat exchanger 2e for waste heat exchange, the compressed air raises the temperature of the air flowing through the adsorbent regeneration line 4 to a high temperature, and the compressed air becomes a low temperature. Flow into. And it is adiabatically expanded by this expansion turbine 2g, becomes freezing air having a temperature corresponding to the dehumidification rate, and flows into the freezing air inlet 3b of the freezing room 3 through the freezing air supply line 2h.

本発明の形態1においては、膨張タービン2gに供給される熱回収後空気は、予め除湿されているので、断熱膨張する際に水分が凝縮、凝固するようなことがなく、しかも除湿による空気の飽和温度の低下により、より低温の冷凍用空気を冷凍室3に供給することができる。また、膨張タービン2gの出口における断熱膨張後の冷凍用空気の圧力は大気圧と同圧である。従って、大気圧と同圧の冷凍用空気を直接被冷却物に吹き付けて供給することができるから、従来の熱交換器を介した間接冷凍方式よりも、冷凍装置と被冷凍物との熱交換効率が向上する。また、廃熱を吸着剤の再生に有効活用することができ、極めて経済的である。   In Embodiment 1 of the present invention, the air after heat recovery supplied to the expansion turbine 2g is dehumidified in advance, so that moisture does not condense and solidify during adiabatic expansion, and the air generated by dehumidification By lowering the saturation temperature, it is possible to supply cooler freezing air to the freezer compartment 3. The pressure of the refrigeration air after adiabatic expansion at the outlet of the expansion turbine 2g is the same as the atmospheric pressure. Therefore, since the refrigeration air having the same pressure as the atmospheric pressure can be directly blown and supplied to the object to be cooled, the heat exchange between the refrigeration apparatus and the object to be frozen can be performed rather than the indirect refrigeration method via the conventional heat exchanger. Efficiency is improved. In addition, waste heat can be effectively utilized for regeneration of the adsorbent, which is extremely economical.

次に、本発明の形態2に係る冷凍装置を、添付図面を参照しながら説明する。図2は本発明の形態2に係る冷凍装置の構成を示す概略構成図、図3は除湿空気の除湿率(%)に対する冷凍用空気温度の関係説明図である。なお、本実施の形態2が上記形態1と相違するところは、空気サイクル回路に熱回収熱交換器が設けられている点にあり、これ以外はすべて上記形態1と同構成であるから、上記形態1と同一のものに同一符号を付し、かつ同一名称をも以って、主としてその相違する点について説明する。   Next, a refrigeration apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the refrigeration apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram of the relationship between the refrigeration air temperature and the dehumidification rate (%) of the dehumidified air. The second embodiment is different from the first embodiment in that a heat recovery heat exchanger is provided in the air cycle circuit, and all other configurations are the same as those in the first embodiment. The same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the differences will be mainly described with the same names.

図1と図2との比較において良く理解されるように、冷凍室3の空気流出口3aから排出され、吸着器2aで水分が除湿されて除湿空気供給ライン2bを流れる除湿空気と、前記熱回収後空気供給ライン2fを流れる熱回収後空気とを熱交換させて、この熱回収後空気をさらに冷却する熱回収熱交換器2iが設けられている。   As well understood in the comparison between FIG. 1 and FIG. 2, the dehumidified air discharged from the air outlet 3a of the freezer compartment 3 and dehumidified by the adsorber 2a and flowing through the dehumidified air supply line 2b, and the heat There is provided a heat recovery heat exchanger 2i for exchanging heat with the air after heat recovery flowing through the post-recovery air supply line 2f and further cooling the air after heat recovery.

従って、膨張タービン2gに対してより低温の圧縮空気を供給することができ、断熱膨張後の冷凍用空気の温度をより低温にすることができるから、冷凍室により低温の冷凍用空気を供給することができる。   Accordingly, the compressed air at a lower temperature can be supplied to the expansion turbine 2g, and the temperature of the refrigerating air after the adiabatic expansion can be lowered, so that the low-temperature refrigerating air is supplied from the freezer compartment. be able to.

より具体的には、図2中に記載されているとおり、凍室3の空気流出口3aから排出された空気(0.1MPa,−30℃,1.74E−0.5kg/kg)は吸着器2aにより水分が除湿され、除湿空気(−29.98℃,1.0E−0.5kg/kg)は除湿空気供給ライン2bを介して熱回収熱交換器2iに流入し、40℃の除湿空気として圧縮機2cに供給される。供給された40℃の除湿空気はこの圧縮機2cにより大気圧の約3倍の圧力に圧縮され、圧縮された圧縮空気(0.3MPa,132.4℃)は圧縮空気吐出ライン2dを介して廃熱交換用熱交換器2eに供給される。なお、1.74E−0.5kg/kgや1.0E−0.5kg/kgにおけるkg/kgは、空気1kg当たりの水の重量を意味するものである。   More specifically, as described in FIG. 2, the air discharged from the air outlet 3a of the freezing chamber 3 (0.1 MPa, −30 ° C., 1.74E−0.5 kg / kg) is adsorbed. The dehumidified air (-29.98 ° C, 1.0E-0.5kg / kg) flows into the heat recovery heat exchanger 2i through the dehumidified air supply line 2b and is dehumidified at 40 ° C. The air is supplied to the compressor 2c. The supplied dehumidified air at 40 ° C. is compressed by this compressor 2c to a pressure approximately three times the atmospheric pressure, and the compressed air (0.3 MPa, 132.4 ° C.) is compressed via the compressed air discharge line 2d. It is supplied to the heat exchanger 2e for waste heat exchange. In addition, kg / kg in 1.74E-0.5 kg / kg and 1.0E-0.5 kg / kg means the weight of water per 1 kg of air.

前記廃熱交換用熱交換器2eにおいて、圧縮空気は吸着材再生ライン4を流れる空気を高温にし、自身は39.7℃の低温になり、熱回収後空気として熱回収後空気供給ライン2fを介して熱回収熱交換器2iに流入し、熱交換により−30.3℃になって膨張タービン2gに流入する。そして、この膨張タービン2gで断熱膨張されて、除湿率に応じた温度の冷凍用空気(0.1MPa,−70.9℃)となって冷凍用空気供給ライン2hを介して冷凍室3の冷凍用空気流入口3bに流入する。なお、この冷凍室3の冷凍用空気流入口3bにおける冷凍用空気は、0.1MPa,−60℃,1.0E−0.5kg/kgである。   In the heat exchanger 2e for waste heat exchange, the compressed air raises the temperature of the air flowing through the adsorbent regeneration line 4 to a high temperature of 39.7 ° C., and the post-heat recovery air supply line 2f is used as the post-heat recovery air. It flows into the heat recovery heat exchanger 2i through the heat exchange, becomes -30.3 ° C. by heat exchange, and flows into the expansion turbine 2g. And it is adiabatically expanded by this expansion turbine 2g, becomes freezing air (0.1 MPa, −70.9 ° C.) having a temperature corresponding to the dehumidification rate, and freezes the freezing room 3 through the freezing air supply line 2h. Flows into the air inlet 3b. The freezing air at the freezing air inlet 3b of the freezing chamber 3 is 0.1 MPa, −60 ° C., 1.0E−0.5 kg / kg.

圧縮機に供給する除湿空気の除湿率(%)に対する冷凍用空気温度の関係は、縦軸に冷凍用空気温度(℃)をとり、横軸に除湿空気の除湿率(%)をとって示す、その関係説明図の図3に示すとおりである。即ち、この図3によれば、圧縮機に供給する除湿空気の除湿率が高くなるほどより低温の冷凍用空気を冷凍室3に供給し得ることが示されている。
より具体的には、本発明の形態2では、除湿空気の除湿率が0%の場合には約−57℃の冷凍用空気を、除湿空気の除湿率が25%の場合には約−65℃の冷凍用空気を、除湿空気の除湿率が42%の場合には約−70.9℃の冷凍用空気を冷凍室3に供給することができる。このように、より低温の冷凍用空気を冷凍室3に供給することができるのは、除湿により空気の飽和温度が低下するためである。
The relationship of the refrigeration air temperature to the dehumidification rate (%) of the dehumidified air supplied to the compressor is indicated by taking the refrigeration air temperature (° C) on the vertical axis and the dehumidification rate (%) on the horizontal axis. The relationship is as shown in FIG. That is, according to FIG. 3, it is shown that the lower the temperature of the dehumidifying air supplied to the compressor, the lower the temperature of the freezing air that can be supplied to the freezing chamber 3.
More specifically, in Embodiment 2 of the present invention, when the dehumidification rate of the dehumidified air is 0%, the freezing air at about −57 ° C. is used, and when the dehumidification rate of the dehumidified air is 25%, about −65. When the dehumidification rate of the dehumidified air is 42%, the freezing air at about −70.9 ° C. can be supplied to the freezing chamber 3. The reason why the lower temperature freezing air can be supplied to the freezer compartment 3 is that the saturation temperature of the air decreases due to dehumidification.

以上では、吸着器2aの吸着剤が、多孔性の無機化合物を主成分とする固体吸着剤である場合を例として説明したが、例えば臭化リチウム、塩水酸リチウム、水酸化ナトリウム等の吸収材や、気体分離膜等の分離膜を用いることができる。   In the above, the case where the adsorbent of the adsorber 2a is a solid adsorbent mainly composed of a porous inorganic compound has been described as an example. However, for example, an absorbent such as lithium bromide, lithium hydrate, sodium hydroxide, or the like Alternatively, a separation membrane such as a gas separation membrane can be used.

本発明の形態1に係る冷凍装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the freezing apparatus which concerns on form 1 of this invention. 本発明の形態2に係る冷凍装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the freezing apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の形態2に係り、除湿空気の除湿率(%)に対する冷凍用空気温度の関係説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of the relationship of the refrigeration air temperature to the dehumidification rate (%) of the dehumidified air according to the second embodiment of the present invention. 従来例2に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the air conditioning apparatus which concerns on the prior art example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1…冷凍装置
2…空気サイクル回路,2a…吸着器,2b…除湿空気供給ライン,2c…圧縮機,2d…圧縮空気供給ライン,2e…廃熱交換用熱交換器,2f…熱回収後空気供給ライン,2g…膨張タービン,2h…冷凍用空気供給ライン,2i…熱回収熱交換器
3…冷凍室,3a…空気流出口,3b…冷凍用空気流入口
4…吸着剤再生ライン
5…電動モータ
6…回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Refrigeration apparatus 2 ... Air cycle circuit, 2a ... Adsorber, 2b ... Dehumidified air supply line, 2c ... Compressor, 2d ... Compressed air supply line, 2e ... Heat exchanger for waste heat exchange, 2f ... Air after heat recovery Supply line, 2g ... expansion turbine, 2h ... refrigeration air supply line, 2i ... heat recovery heat exchanger 3 ... freezing room, 3a ... air outlet, 3b ... refrigeration air inlet 4 ... adsorbent regeneration line 5 ... electric Motor 6 ... Rotating shaft

Claims (3)

冷凍室内で被冷却物を冷却する冷凍装置であって、前記冷凍室から排出される空気中の水分を除湿する除湿手段と、この除湿手段から除湿空気供給ラインを介して供給される除湿空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機から圧縮空気吐出ラインを介して吐出される圧縮空気の熱を回収する廃熱回収用熱交換器と、この廃熱回収用熱交換器から熱回収後空気供給ラインを介して供給される熱回収後空気を断熱膨張させる膨張機と、この膨張機から排出される断熱膨張後の冷凍用空気を前記冷凍室に供給する冷凍用空気供給ラインとを備えてなることを特徴とする冷凍装置。   A refrigeration apparatus for cooling an object to be cooled in a freezer compartment, comprising dehumidifying means for dehumidifying moisture in air discharged from the freezer compartment, and dehumidified air supplied from the dehumidifying means via a dehumidified air supply line Compressor to compress, waste heat recovery heat exchanger that recovers heat of compressed air discharged from this compressor through compressed air discharge line, and air supply after heat recovery from this waste heat recovery heat exchanger An expander that adiabatically expands the air after heat recovery supplied through the line, and a refrigerating air supply line that supplies the refrigerating air after adiabatic expansion discharged from the expander to the freezer compartment. A refrigeration apparatus characterized by that. 前記廃熱回収用熱交換器で前記圧縮空気の熱と熱交換して高温になった高温空気を、前記除湿手段に供給する除湿剤再生用空気供給ラインを備えてなることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。   A dehumidifying agent regeneration air supply line for supplying high-temperature air, which has been heated to a high temperature by heat exchange with the heat of the compressed air in the waste heat recovery heat exchanger, is provided. Item 2. The refrigeration apparatus according to item 1. 前記除湿空気供給ラインを流れる除湿空気と、前記熱回収後空気供給ラインを流れる熱回収後空気とを熱交換させて、この熱回収後空気を冷却する熱回収熱交換器を設けたことを特徴とする請求項1または2のうちの何れか一つの項に記載の冷凍装置。

A heat recovery heat exchanger is provided that heat-exchanges dehumidified air flowing through the dehumidified air supply line and post-heat recovery air flowing through the post-heat recovery air supply line, and cools the air after heat recovery. The refrigeration apparatus according to any one of claims 1 and 2.

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