JP2715054B2 - コールドエアサプライユニット - Google Patents

コールドエアサプライユニット

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,移動可能なコールドエ
アサプライユニットに関する。より詳しくはマイナス5
℃〜マイナス45℃程度で1.0〜1.1気圧程度のコー
ルドエアを,製氷を必要とする施設や冷却を必要とする
施設に随意に供給できるようにしたコンパクトな低温空
気発生ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の一般的な冷凍サイクルはフロンや
アンモニア等の冷媒を用いて構成されるものであり,こ
れらの冷媒をクローズドサイクルで循環させるものであ
った。しかし,最も汎用されているフロンは環境破壊物
質であり,また冷凍サイクルを形成するためには15〜
20kg/cm2の高圧を必要とすることから,系全体の漏洩
防止や耐圧に重点が置かれた仕様で冷凍機やヒートポン
プユニットを構成するものであり,各種各様のものが使
用されている。
【0003】一方,フロンの如き冷媒を使用することな
く,空気を圧縮し冷却しそして膨張させることによって
低温空気を得る空気処理技術も知られている。例えば,
そのための圧縮機と膨張機に改善を加えたものとして特
開平5-113258号公報,特開平6-213521号公報や特公昭59
-52343号公報等に提案されたものがあり,処理空気中の
水分の分離に改善を加えたものとして特開平6-34212 号
公報や特開平5-223377号公報に提案されたものがあり,
装置の制御に関しては,特開昭63-315866 号公報,特開
平5-231732号公報,特開平5-223375号公報や特開平2-97
850 号公報等のものが知られ,また熱回収に関しては特
開平6-207755号公報や特開平6-213521号公報等に提案さ
れたものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】アイスリンクやボブス
レー施設等の冬期型スポーツ施設の施工や,定置型また
は移動型を問わず冷凍冷蔵庫やコンテナ等の冷凍冷蔵分
野において,フロンを使用しないで冷凍処理を実現する
ことが望まれるが,前記公報類に提案された空気式冷凍
方式にはそれぞれの特徴があるものの,現実には,かよ
うな空気式冷凍方式はこのような施設の施工に使用され
た実績はないと言っても過言ではない。
【0005】すなわち,施工現場に搬送可能で且つ取扱
い易く,しかも経済的なパッケージ化された空気式のコ
ールドエアサプライ装置なるものは市場に存在しない。
本発明はこの課題を解決せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】 本発明によれば,電動
モータ,空気圧縮機および空気膨張機を一体的に組合せ
てなる空気圧縮膨張装置と,水対空気熱交換器と,空気
対空気熱交換器とを一つのケーシング内に収納してな
り,前記の空気圧縮膨張装置がケーシング内の底盤上に
据付けられ,水対空気熱交換器と空気対空気熱交換器が
ケーシング内の上部空間に設置され,該ケーシング内に
おいてこれらの機器の間で空気圧5kg/cm以下,
好ましくは3kg/cm以下,さらに好ましくは2k
g/cm以下の空気配管が施され,コールドエア取出
し用接続口,レタンエア取入れ用接続口,冷却水取出し
用接続口および冷却水取入れ用接続口を備えている移動
可能なコールドエアサプライユニットを提供する。
【0007】ここで,空気圧縮膨張装置の圧縮機は二台
で構成することができ,そのさい,いずれの圧縮機も電
動モータの動力と膨張機の動力がギヤボックスを介して
伝達されるように設置する。また空気配管は樹脂管で構
成することができる。
【0008】
【作用】本発明のコールドエアサプライユニットは,水
と電力が入手できるところであれば,マイナス5℃〜マ
イナス45℃程度で1.0〜1.1気圧程度のコールドエ
アが直ちに得られ,フロン等の冷媒ガスを使用していな
いので,漏洩による環境汚染の心配は全くない。
【0009】本発明ユニットは一つのケーシング内に主
要機器としては空気圧縮膨張装置一体品,水対水熱交換
器および空気対空気熱交換器を収納した簡単な構成を有
しパッケージ化されたものであるから,移動可能で使い
易く操作性もよい。またパッケージ化されているゆえに
防振処理および防音処理を施すことができるので,空気
処理装置としては騒音の少ないユニットに構成できる。
【0010】空気圧縮膨張装置は,電動モータ, 空気圧
縮機および空気膨張機を一体的に組合せて一つの装置に
まとめたものであるから,個々が独立して設置されるも
のに比べてパッケージ化に有利である。
【0011】 空気対空気熱交換器は,本発明ユニット
において熱回収熱交換器として有利に機能するものであ
る。これは,ユニット内の機器類のうち最も容積が大き
なものとなるが,軽量な熱交換素材例えば樹脂素材を用
いて構成することができるからユニット全体の荷重を増
加させない。水対空気熱交換器は,圧縮機を出た高温高
圧空気を水で冷却するためのものである。これは通常の
フインチューブ型熱交換器で充分に機能する
【0012】 本発明ユニットは,駆動部をもつ機械部
分すなわち空気圧縮膨張装置がケーシングの底部に,容
積の大きな水対空気熱交換器と空気対空気熱交換器がケ
ーシング内の上部空間に設置してある。このため,ケー
シング内の下部空間には空気圧縮膨張装置の周囲にゆと
りのある空間が形成され,配管群がこの空間にゆとりを
もって配設できると共に,重量物の空気圧縮膨張装置が
下方に,軽量な空気対空気熱交換器が上部に位置するこ
とから重心が安定し,ユニットの移動と設置作業を安定
して行うことができる。また,この種の空気処理装置の
最も厄介な問題である騒音と振動についても,水対空気
熱交換器と空気対空気熱交換器がこれを緩和する作用を
果たすと共にケーシング自身が防音壁として機能する。
【0013】ユニット内の配管は5kg/cm2以下の低圧配
管でよく,金属管を使用する必要はない。このため樹脂
管(例えば塩ビ管,ポリエチレン管,ポリプロピレン
管)等を用いて安価に仕上がる。樹脂系フレキシブル管
やゴム系チューブ等の可撓性管も随意に使用できる。こ
のため,パッケージ化を行なうさいに配管の自由度が増
し,コンパクト化が図れる。また樹脂系やゴム系のフレ
キシブル管が使用できることは,急な曲がりを解消する
ことになり,通風時の圧力損失を減らし,性能の向上に
も寄与する。
【0014】本発明ユニットの現場での据付けに当たっ
ては,ユニットに取付けられたコールドエア取出し用接
続口とレタンエア取入れ用接続口に空気配管を接続し,
冷却水取出し用と取入れ用の接続口に水配管を接続する
だけでよく,あとは電源を入れればコールドエアを任意
に取り出すことができる。また前記の接続はバンド締め
等の簡易な操作でよく,高度な技術を全く必要としない
ので,現場との取り合い施工性が極めて良好となる。
【0015】また,本発明ユニットの使用目的によって
は,本ユニットに除湿器を横置きしたり制御盤を付属さ
せることによって,目的にかなった処理操作を行なうこ
とができる。
【0016】以下に図面に示した本発明ユニットの実施
例について説明する。
【0017】
【実施例】図1は,本発明に従うパッケージ化されたコ
ールドエアサプライユニットの1実施例を透視図的に示
したものである。図示のように,本発明ユニットは,直
方体形状の一つのケーシング1内において,電動モータ
2,二台の圧縮機3aと3b,ギヤボックス4および膨
張機5を一体的に組み合わせた空気圧縮膨張装置Aを,
ケーシング底盤6の上に据付け,ケーシング1内の上部
空間に水対空気熱交換器Bと空気対空気熱交換器Cを配
置してなり,これらの機器の間で空気圧5kg/cm2以下の
空気配管(図1には破線で示す)が施され,コールドエ
ア取出し用接続口7,レタンエア取入れ用接続口8,冷
却水取出し用接続口10および冷却水取入れ用接続口9
を備えている。
【0018】このユニットの側方に設置されるボックス
Dは制御盤を収納するためのものであり,本ユニットの
使用目的に応じてオプションで付設される。この制御盤
には図示しないが例えば空気圧縮膨張装置のインバータ
制御を行なうための制御機器類や,温度調節計,湿度調
節計,圧力調節計,風量調節計,電源装置等が備えられ
る。
【0019】図1のコールドエアサプライユニットは,
冷凍能力が10冷凍トン,コールドエア取出し用接続口
7から取り出されるコールドエアの温度が−20℃で風
量が1.5kg/secの容量のものであり,ケーシングの高
さは2.4m,奥行き1.5m,幅3.5mを標準寸法と
しており,トラック輸送ができる。
【0020】図2は,図1のユニットの略断面図であ
り,ケーシング内に収納される機器間の接続状態を示し
ている。図中の符号は図1で説明したものと同じものを
表している。図示のように,レタンエア取入れ用接続口
8から取入れられた空気は,管路イを経て空気対空気熱
交換器Cに入り,熱交換器Cを出たあとは管路ロを経て
圧縮機3a,3bに入る。圧縮機3a,3bからは管路
ハを経て水対空気熱交換器Bに入り,次いで管路ニを経
て空気対空気熱交換器Cに入り,管路ホを経て膨張機5
に導かれ,管路ヘを経てコールドエア取出し用接続口7
に導かれる。これらの管路イ〜ヘのうち最も高圧になる
のは圧縮機3から膨張機5に至る管路ハ,ニおよびホで
あるが,それでも,本ユニットの場合には高々2気圧程
度であるので,これらの管路も樹脂管で構成してある。
それ以外の管路イ,ロおよびヘは1気圧〜1.2気圧程
度であり,やはり樹脂管で構成してある。
【0021】また図2に示したように,一体化された空
気圧縮膨張装置Aは基板11の上に防振盤12を介して
組立てられており,ケーシング1の内面は吸音板13が
一面に張り渡してある。なお図には見えないが,ケーシ
ング1には点検用扉が設けられ,またケーシング1内で
発生する熱を放出するためのガラリが設けてある。
【0022】図3は,本発明ユニットの稼動態様を説明
するための機器配置系統図であり,図中の符号は前記同
様のものを表している。図3を参照しつつ先ず本発明ユ
ニットの心臓部である空気圧縮膨張装置Aについて説明
すると,電動モータ2はかご型三相誘導電動機が用いら
れており,その軸動力はギヤボックス4を介して圧縮機
3に伝達される。
【0023】圧縮機3はターボ式の圧縮機二台が使用さ
れており,各圧縮機3aと3bはギヤボックス4を介し
て動力が伝達される。図例では圧縮機3aと3bにギヤ
ボックス4を介して電動モータ2の軸動力と,膨張機5
の回転動力が伝達されるようになっている。すなわち,
圧縮機3aと3bは動力回収機として機能する。ギヤボ
ックス4内には,膨張機5の回転数を変速して圧縮機3
aと3bに伝達する変速機が設置され,そのギヤ比の選
定により最も効率よく動力回収できるようにしてある。
膨張機5はタービン型のものが使用されている。
【0024】なお,図示の実施例では圧縮機3aと3b
はギヤボックス4を介して並列的に配置されたものが使
用されているが,必ずしも並列的に連結されている必要
はない。極端な例では一台の圧縮機で100%圧縮機能
を果たす構成としてもよい。そのさいも膨張機から動力
回収ができるようにしておくのがよい。なお,圧縮機と
膨張機は図示のターボ式やタービン式のものに限られる
訳ではなく,従来より空気圧縮機・膨張機として知られ
ているもの例えばスクリユー式のものも使用可能であ
る。いずれにしても,本発明ユニットでは,電動モータ
2,圧縮機3,ギヤボックス4および膨張機5を一台の
装置として一体的に組み合わせたものを用いる。
【0025】水対空気熱交換器Bは通常のフインチュー
ブ型の熱交換器が使用されており,チューブ側に冷却水
が通水される。
【0026】空気対空気熱交換器Cは樹脂素材を熱伝達
板とした直交流型のものが使用されている。すなわち,
図4にその原理を示したように,樹脂製のコルゲート板
14と15をそれらの波線が直交するように交互に積層
すると共に,各コルゲート板の間に隔壁板16を介在さ
せたブロックを構成することによって直交する多数の空
気通路17と18を形成したものであり,2系統の空気
をこれら直交する空気通路17と18に流すことによっ
て互いに混合することなく効率よく熱交換することがで
きる。かようなブロック型の空気対空気熱交換器の構造
自体は良く知られており,本発明ユニットでは,その熱
交換素材は必ずしも金属製ではなくてもよく,樹脂製の
ものでも使用することができる。また,必ずしも直交流
型でなくても向流型や傾斜流型に熱交換するものであっ
てもよい。
【0027】本発明ユニットにおいて,この空気対空気
熱交換器Cの作用は極めて重要である。すなわち,製氷
等の施設負荷20(図3)に対して本発明ユニットから
送気されたコールドエアは,該負荷20を経て本ユニッ
トに戻ってくるさいに,その還気は外気温度よりも一般
に低温である。したがって,この還気と膨張機5に入る
前の高圧空気とを該空気対空気熱交換器Cで熱交換する
ことにより,効率よくコールドエアを作り出すことがで
きる。
【0028】冷却能力が10冷凍トンの本発明ユニット
の場合,外気温度が30℃の時,本ユニットから取り出
されるコールドエアの温度=−20℃,風量=1.5kg/
secのときの各機器で処理される温度状態の例を挙げる
と表1のとおりである。ただし,負荷側から戻る還気温
度を5℃とする。
【0029】
【0030】
【発明の効果】本発明のパッケージ化されたコールドエ
アサプライユニットは工場で生産ができるものであり,
このユニットを,製氷を必要とする現場例えば仮設スケ
ートリンクやボブスレー競技コースに搬送して稼動すれ
ば,その現場で零℃以下のコールドエアを自在に取り出
すことができ,これを用いて簡単に製氷ができる。
【0031】また,各種の冷凍冷蔵施設においても,本
発明ユニットを据付けて稼動すれば目的とする冷凍雰囲
気を簡単に形成することができる。
【0032】そして,本発明ユニットは冷媒として空気
を使用するものであるから,漏洩による環境汚染の問題
はない。またそれゆえに,完全無欠な配管を必要としな
いという特徴がある。このために取扱作業や現場での据
付け取り合い接続工事において熟練者を必要とせず,通
常の現場作業員でも施工可能である。しかも,負荷側と
の接続工事は空気配管と冷却水の接続および電源接続だ
けでよく,操作が簡単であると共に,その接続はユニッ
トの3面方向すなわち前後,左右,上下どの位置でも現
場に合わせて設置が可能であるから,現場に合わせての
取り合いが良好である。
【0033】このようなことから,これまで製氷や冷凍
冷蔵施設においてフロン使用の冷凍機を用いていた分野
において,本発明ユニットは,空気を用いた新しい冷却
冷凍施設の普及に大いに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従うパッケージ化されたコールドエア
サプライユニットの1実施例を示す透視斜視図である。
【図2】図1のユニットの略断面図である。
【図3】本発明ユニットの稼動態様を説明するための機
器配置系統図である。
【図4】本発明ユニットで用いる空気対空気熱交換器の
原理を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ケーシング 2 電動モータ 3 圧縮機 4 ギヤボックス 5 膨張機 6 底盤 7 サプライエア取出し用接続口 8 レタンエア取入れ用接続口 9 冷却水取入れ用接続口 10 冷却水取出し用接続口 11 空気圧縮膨張装置の基板 12 防振板 13 吸音板 A 空気圧縮膨張装置 B 水対空気熱交換器 C 空気対空気熱交換器 D 制御盤用ボックス

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動モータ,空気圧縮機および空気膨張
    機を一体的に組合せてなる空気圧縮膨張装置と,水対空
    気熱交換器と,空気対空気熱交換器とを一つのケーシン
    グ内に収納してなり,前記の空気圧縮膨張装置がケーシ
    ング内の底盤上に据付けられ,水対空気熱交換器と空気
    対空気熱交換器がケーシング内の上部空間に設置され
    該ケーシング内においてこれらの機器の間で空気圧5k
    g/cm以下の空気配管が施され,コールドエア取出
    し用接続口,レタンエア取入れ用接続口,冷却水取出し
    用接続口および冷却水取入れ用接続口を備えてなる移動
    可能なコールドエアサプライユニット。
  2. 【請求項2】 空気配管は樹脂管で構成され,該空気配
    管内の空気圧は3kg/cm 以下に制御されている
    求項1に記載のコールドエアサプライユニット。
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