JP2944501B2 - コールドエアサプライユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，移動可能なコール
ドエアサプライユニットに係り，より詳しくはマイナス
５℃〜マイナス４５℃程度で１.０〜１.１気圧程度の常
圧に近いコールドエアを，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，機内
圧がそれほど高くないコンパクトな低温空気発生装置に
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。最も汎用されているフロン系の冷媒は環境破壊物
質であるし，冷凍サイクルを形成するためには１５〜２
０kg/cm²の高圧が必要である。したがって，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
ンプユニットが構成され，このような仕様の各種各様の
タイプのものが実用されている。

【０００３】一方，フロンの如き環境破壊物質の冷媒を
使用することなく，全く無害な空気そのものを圧縮し冷
却しそして断熱膨張させることによって低温空気を得る
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，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，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，特開平2-97850 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，特
開平6-213521号公報等に提案されたものがある。

【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
た実績はなかった。すなわち，施工現場に随意に搬送可
能で且つ誰でも取扱いでき，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。

【０００５】そこで，本発明はこの課題を解決せんとす
るものであり，空気と水があれば，場合によっては空気
と水と電気があれば，どこでも低温（マイナス５℃〜マ
イナス４５℃）でほぼ常圧の空気が得られるようなパッ
ケージ型コールドエアサプライ装置を提供しようとする
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，基本構
成として，原動機, 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，該ケーシング内においてこれらの機器の間で空気
圧５kg/cm²以下，好ましくは３kg/cm²以下，さらに好ま
しくは２kg/cm²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，前記の空気圧縮膨張装置は，一台
の原動機と，一台または複数台の片吸込単段ブロア型の
ターボ空気圧縮機と，ギヤボックスと，単段遠心式ター
ビンからなる空気膨張機とを組み合わせた一体品であ
り，該原動機の回転軸が空気圧縮機の駆動軸と空気膨張
機の回転軸にギヤボックス内のギヤ構造を介して異なる
ギヤ比で連結されている。原動機は回転動力を付与する
装置であり，電動モーターまたは内燃機関（エンジン）
が用いられる。この一体構造の空気圧縮膨張装置では空
気膨張機が行う仕事量が原動機動力の軽減量として回収
される。その動力回収比は最大５０％程度，通常は４２
〜４５％である。

【０００８】また，前記の空気対空気熱交換器は，樹脂
製の波板を熱交換面とするプレート型熱交換器である。
より具体的には，多数枚の樹脂製の波板を，各波板に形
成された波線の方向を平行にして積層すると共に，隣合
う波板の間では一方の波板の波の谷底と他方の波板の波
の山の稜線が接するように積層し，これによって該積層
体中の各段に多数の細管通路を形成し，或る段の各細管
通路に一方の空気を通気し，この段と隣合う段の各細管
通路に他方の空気を対向的に通気するようにした，熱交
換面が樹脂のプレート型熱交換器である。細管通路は，
好ましくは断面がほぼ正方形の通路に形成され，この通
路内にねじりリボンが挿入される。また樹脂製の波板の
積層物は，熱交換器ケーシングの内面との間に弾力性の
樹脂シートを介在させてそのケーシング内にセットされ
る。

【０００９】水対空気熱交換器は，空気圧縮機から吐出
する空気とユニット外部から供給される水とを熱交換す
るためのものであり，通常のフインアンドチューブプレ
ート型熱交換器が使用され，チューブプレート側に水が
通水される。

【００１０】本発明のコールドエアサプライユニット
は，これらの機器間を通流する空気の圧力は高くても５
kg/cm²までであり，通常は高いところでも２kg/cm²程度
であるから，これら機器間を結ぶ空気配管は樹脂製の管
を使用することができる。また空調用ダクトとして常用
されているスパイラルダクト等も使用できる。本明細書
および図面では空気圧の単位として説明の便宜上kg/cm²
と気圧が用いられているが，厳密には，１気圧＝１.０
３３kg/cm²である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明をより詳細に説述するため
に，添付の図面に従ってこれを説明する。

【００１２】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。このユニットは，直方体形状の一つ
のケーシング１内において，原動機としての電動モータ
２，圧縮機３（本例では３ａと３ｂの二台からなる），
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，これらの機器の間で空
気圧５kg/cm²以下の空気配管Ｉ〜VIが施されている。そ
して，ケーシング１の外面に，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，冷却水取入れ用
接続口９および冷却水取出し用接続口１０を備えてい
る。

【００１３】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。

【００１４】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，完成された単品としてトラック輸送ができ
る。

【００１５】図２は，図１のユニット内に収納される機
器の接続状態を図解的に示した該ユニットの略断面図で
あり，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。この図に見られるように，レタンエア取入れ
用接続口８から本ユニット内に取入れられた空気は，管
路（Ｉ）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（II）を経て圧縮機３ａ，３ｂに入
る。圧縮機３ａ，３ｂからは管路（III)を経て水対空気
熱交換器Ｂに入り，次いで管路（IV）を経て空気対空気
熱交換器Ｃに入り，管路（Ｖ）を経て膨張機５に導か
れ，管路（VI）を経てコールドエア取出し用接続口７に
導かれる。

【００１６】これらの管路（Ｉ）〜（VI）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（III),
(IV）および（Ｖ）であるが，それでも，本ユニットの
場合には高々２気圧（ほぼ２kg/cm²）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
（Ｉ),（II）および（Ｖ）はほぼ１気圧であり, 高くて
も１.２気圧程度であって，やはり樹脂管で構成してあ
る。

【００１７】一体化された空気圧縮膨張装置Ａは基板１
１の上に組立てられており，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。

【００１８】図３は，機器間の空気経路を図２より更に
簡略化して示した系統図であり，図中の符号は前記同様
のものを表している。本ユニットの稼働によって管路
（VI）に流れるほぼ大気圧に近い低温空気は，コールド
エア取出し用接続口７に必要長さの風道を接続すること
によって，負荷２０に送気される。また負荷２０からの
レタンエアは，負荷側から必要長さの風道をレタンエア
取入れ用接続口８に接続することによって，管路（Ｉ）
に取入れられる。この負荷は冷却を必要とする施設を意
味するが，本ユニットで製造された低温空気を負荷側の
熱交換器を介して間接的に冷却するようにしてもよい
し，本ユニットで製造された低温空気を負荷側の雰囲気
中に吹出して，該雰囲気を直接的に冷却するようにして
もよい。この雰囲気が冷凍庫である場合の例については
後記の図１４〜図１５を参照し説明する。

【００１９】図４は，本ユニット内に設置される空気圧
縮膨張装置Ａの構造例を示した一部切欠の略断面図であ
り，図中の空気圧縮機３ａの奥には図示されていないも
う一台の圧縮機３ｂが存在する。一台の電動機（図示さ
れていないが，かご型三相誘導電動機が使用されてい
る）の回転軸２Ｓはギヤボックス４内のギヤを介して各
圧縮機３および膨張機５の回転軸に，後述の図５に示す
ように連結されている。圧縮機３は片吸込単段ブロア型
のターボ圧縮機であり，同一のものが二台並置されてい
る。いずれの圧縮機でも，付与されるインペラー１４の
高速回転によって，胴部の流入口１５から吸い込まれた
空気は，圧縮されて流出口１６から吐出する。膨張機５
は単段遠心式タービンであり，流入口１７からこの膨張
機５内に流入した圧縮空気はインペラー１８に回転動力
を付与しながらほぼ大気圧に近い常圧まで断熱膨張して
流出口１９から流出する。図４中の２１は，軸受系およ
びギヤ系に潤滑油を循環させるための潤滑油ユニットを
示している。

【００２０】図５は，ギヤボックス４内にセットされた
ギヤの連結状態を図解的に示したものである。図例のも
のでは，電動モータ２の回転軸２Ｓの主ギヤ２２から，
圧縮機３ａの回転軸２３ａに対して，増速ギヤ列２４
ａ，２５ａ，２６ａおよび２７ａを介して連結され，ま
た圧縮機３ｂの回転軸２３ｂに対して，増速ギヤ列２４
ｂ，２５ｂ，２６ｂおよび２７ｂを介して連結されてい
る。両者の増速ギヤ例のギヤ比は等しい。したがって，
圧縮機３ａと３ｂは同一の回転数で同時に回転する。他
方，膨張機５の回転軸２８に取付けられたギヤ２９が前
記ギヤ列の内の一つのギヤ２６ａと噛み合っている。こ
のため，電動機の回転軸２Ｓ，圧縮機の回転軸２３ａ，
２３ｂおよび膨張機の回転軸２８とは連鎖を形成してい
る。これらのギヤ間の歯数比（ギヤ比）を適切に選定す
ることによって，膨張機５において，圧縮機で得られた
圧縮空気を大気圧までに断熱膨張させるさいに行う膨張
機５の仕事量を，圧縮機の回転動力として回収できるよ
うにすることができる。図例の場合，図中に数値で示し
たように，例えば１気圧で３５℃の空気が各圧縮機３に
吸い込まれて２.２気圧で１３０℃の圧縮空気が吐出
し，その全ての空気が膨張機には２気圧で０℃で導入さ
れたとき，１.１気圧で−２０℃にまで断熱膨張するよ
うに前記のギヤ比が設計されており，この場合の動力回
収率は４２〜４５％に達する。なお，圧縮機のインペラ
の回転数は約４０，０００ｒｐｍ，膨張機のタービン軸
の回転数は前者より低い約３０，０００ｒｐｍである。

【００２１】このように，本発明のコールドエアサプラ
イユニットに収納する空気圧縮膨張装置Ａは，原動機，
圧縮機，ギヤボックスおよび膨張機が一体化されたもの
であり，圧縮機では最大２.２気圧程度（場合によって
は，２.０気圧，１.８気圧程度）まで空気を圧縮し，こ
の圧縮空気を０℃近辺にまで冷却したあと，ほぼ前記の
圧力に近い圧力のまま膨張機に導入され，膨張機でほぼ
大気圧まで断熱膨張するように回転数とギヤ比が選定さ
れたものであり，また，この回転数とギヤ比の選定によ
って，動力回収率は最大５０％，通常でも４２〜４５％
に達する。このような低温の圧縮空気を大気圧まで断熱
膨張させるような一体型の空気圧縮膨張装置は本発明者
らの知る限りこれまで製作されたことがなかった。

【００２２】なお，前記の例では圧縮機を二台使用した
一体型装置を示したが，一台の圧縮機を用いた一体型装
置であってもよい。この場合も前記例と同様の空気処理
を行うことができる。また，原動機としては電動モータ
ーを使用した例を示したが，この原動機は内燃機関（エ
ンジン）であってもよい。

【００２３】次に，本発明のユニットに収納する熱交換
器について説明する。圧縮機３から吐出する圧縮空気
は，先ず水対空気熱交換器Ｂで冷却され，次いで空気対
空気熱交換器Ｃで冷却されてから膨張機５に導入される
が，水対空気熱交換器Ｂは通常のフインチューブプレー
ト型の熱交換器が使用されており，チューブプレート側
に冷却水が通水される。他方，空気対空気熱交換器Ｃは
樹脂素材を熱伝達板としたプレート型熱交換器が使用さ
れている。

【００２４】図６〜図１３は，本発明ユニットに用いる
向流型の空気対空気熱交換器の例を示したものである。
この熱交換器は，図６に示す樹脂製の第１仕切板４０と
第２仕切板４１とを，図７に示すように厚み方向に交互
に多数重ね合せて伝熱ユニット４２を構成し，この伝熱
ユニット４２を，図１３に示すようなケーシング４３内
に収容したプレート型熱交換器Ｃである。

【００２５】図例の仕切板４０と４１は硬質塩化ビニー
ル樹脂からなる厚みと外形が等しい薄板であり，熱交換
面は空気の流れ方向に沿って多数の平行な直線状の流体
通路（細管通路と呼ぶ）が形成されるような波が形成し
てある。この波の形状は，図９の横断面に示すように，
両板４０および４１とも，山の頂角（谷の夾角）が約９
０°の規則正しい波であり，両板の波は互いに反転した
対照形である。このため，第１仕切板４０の谷の直線状
の底線と第２仕切板４１の山の直線状の稜線（および第
２の仕切板４１の谷の直線状の底線と第１仕切板の山の
直線状の稜線）が接するように両板が交互に積層される
ことによって，仕切板４０と４１の間には，どの段でも
断面がほぼ矩形（角のとれた正方形）の，互いに平行な
多数の細管通路が形成される。

【００２６】このように構成された細管通路において，
図９に見られるように，両板の間で形成される或る段の
全ての細管通路（ｘ）には一方の流体（例えば高温側空
気）が流され，その段と隣合う段の全ての細管通路
（ｙ）には他方の流体（例えば低温側空気）が，一方の
流体と他方の流体の流れ方向を逆にして（向流的に）通
流されると，どの任意の細管通路（ｘ）（ｙ）において
も，矩形の四辺の壁全てが他方の流体との伝熱面を形成
することになる。

【００２７】そして，実質上全ての細管通路（ｘ）
（ｙ）には，図１０に示したような，ねじりリボン４４
が挿入される。このねじりリボン４４は該断面がほぼ正
方形の空気通路に挿入されたときに，ちょうど，該細管
通路を形成している第１仕切板と第２仕切板の両者に接
するような寸法と捻じりピッチを有している。図１１
は，このねじりリボン４４を図９の各細管通路（ｘ）
（ｙ）に挿入した状態を示したものである。このよう
に，いずれの細管通路（ｘ）（ｙ）にも，このねじりリ
ボン４４が挿入されることによって，各通路に流れる流
体は乱流となるので熱交換の効率が向上することに加
え，一方の空気と他方の空気の間に或る程度の圧力差が
存在しても，各細管通路を形成している樹脂製仕切板が
このねじりリボンの存在によって変形することが防止さ
れ，ひいては，両流体のリークを防止することができ
る。

【００２８】また，この熱交換器Ｃは，ケーシング４３
の内壁面に対して各仕切板４０と４１の縁部が緊密にシ
ールされた状態で各仕切板の位置が固定されるような特
殊なシール構造と，第１流体と第２流体を隣合った段ご
とに向流式に各細管通路に流通させるための特殊なヘッ
ダー構造を有している。以下に，これらの構造について
図面を参照しながら説明する。

【００２９】各仕切板４０（他方の板では４１）は，図
６に見られるように，前述の細管通路を形成するための
方形の波板状伝熱部４５（４６）と，この方形伝熱部か
ら該通路の一端側に張り出した整流部４７（４９）と，
同通路の他端側に張り出した整流部４８（５０）とから
なる。整流部４７（４９）および整流部４８（５０）
は，伝熱部４５（４６）と同一平面内において幅狭まり
に張り出した切頭２等辺三角形の外形を有し，この外形
は互いに等しい。

【００３０】いま，一方の第１仕切板４０に着目する
と，一方の整流部４７の縁部のうち，該２等辺の一辺の
側だけにその辺の長さをカバーする立ち上げ片５１を有
している。そして，この立ち上げ片５１と同方向の傾き
をもった複数の整流フイン５３が整流部４７の胴部に形
成してある。同様に他方の整流部４８にも，立ち上げ片
５２と整流フイン５４が，一方の整流部４７のものと同
方向に設けてある。他方の第２仕切板４１についても同
様であるが，この場合には，整流部４９の立ち上げ片５
５は，第１仕切板４０のものとは異なる側の辺に設けら
れ，また整流部５０の立ち上げ片５６も，第１仕切板４
０のものとは異なる側の辺に設けられられており，整流
フイン５７と５８の傾きもこれらの立ち上げ片５５と５
６と同じ向きを有している。そして，これらの立ち上げ
片が存在しない側のいずれの辺にも，該立ち上げ片とは
向きを逆にした垂れ下げ辺が設けられており，第１およ
び第２の仕切板を重ね合せたときに，一方の板の立ち上
げ片と他方の板の垂れ下げ片とが重なることによって，
一段置きにシャッター壁面を構成することになる。そし
てこのシャッター壁面の間にはスリット状の開口が形成
される。この関係は図８により詳しく示されている。

【００３１】図８は，上段に離して示した第１仕切板４
０と第２仕切板４１を，交互に四枚重ねたときの状態を
下段に示したものである。図中の参照数字は前述したも
のに対応している。上段に示す仕切板４０と４１の板面
の基準レベルは図中のＣＬ線のレベルにある。下段のよ
うに重ねた状態では，図面の側面の左側整流部ではスリ
ット状の開口６５が一段置きに形成され，同右側整流部
では同じくスリット状の開口６６が一段置きに形成され
る。そして左側の開口６５と右側の開口６６は段違いと
なる。図面の裏面側の側面ではスリット状の開口の段が
一段ずれて顕れることになる。このようにして，両板を
交互に積層してなる伝熱ユニット４２は，前述の細管通
路を形成している直方体形状のブロックの両側に，船の
舳先のように延びだす三角柱状のブロック（整流ヘッダ
ー部）が形成されることになり，各三角柱ブロックの二
つの側面には，前記の立ち上がり片と垂れ下がり片によ
って閉塞された閉塞部と，スリット状の開口部とが仕切
板の重ね方向に交互に形成され，しかも，該開口部と閉
塞部は該ブロックの二つの側面において互いに段違いと
なって顕れることになる。

【００３２】したがって，図７において，該ブロックの
一方の側面から実線矢印Ｘ₁ で示す方向に第１流体を導
入すると，この面に形成している一段毎の開口部の全て
から中央ブロックの各段の細管通路を経て実線矢印Ｘ₂
で示す方向に該流体が流出し，他方，破線矢印Ｙ₁ で示
す方向から第２流体を導入するようにすると，同様に破
線矢印Ｙ₂ の方向に流出することになる。この場合，第
１流体は多数枚の仕切板の間を一段置きに流れ，これと
隣合う一段置きの段に第２流体が向流的に流れる。この
第１流体と第２流体の通流は，実際には，図１２〜１３
に示したようにケーシング４３に設けられた通流ポート
６０，６１，６２および６３を介して行われる。これら
のポートは図１３に見られるように，伝熱ユニットの前
記三角柱の側面積を十分にカバーする接続口径を備えた
風道としてある。

【００３３】図１２は，ケーシング４３内に伝熱ユニッ
ト４２を収容した状態を一平断面で示したものである
が，図例ではこの断面で顕れている仕切板（図６の上段
の第１仕切板４０に対応する）とその直上の仕切板（図
には見えない）の間の段と，この段とは一段置きの全て
の段に，通流ポート６０から第１流体が矢印Ｘ₁ で示す
方向に導入され，これらの段の細管通路を経て通流ポー
ト６１から矢印Ｘ₂ で示す方向に該流体が流出する。他
方，第２流体は，図面に顕れている仕切板とその直下の
仕切板（図には見えない）との間の段と，この段とは一
段置きの全ての段（第１流体の段とは隣合う全ての段）
に，通流ポート６２から矢印Ｙ₁ で示す方向に導入さ
れ，各段の細管通路を経て通流ポート６３から矢印Ｙ₂
で示す方向に該流体が流出する。そのさい，各仕切板の
整流部に存在する整流フイン５３，５４（５７，５８）
は，通流ポートから各段の多数の細管通路に向かう流体
を均等に分配する整流作用と，各細管通路から通流ポー
トに向かう流体を均等に縮流する作用を果たす。この整
流および縮流の方向は，隣合う段ごとに対向したクロス
する方向となることが理解されるであろう。このため
に，ヘッダー部を形成している整流部でも熱交換が行わ
れることになる。

【００３４】またこの空気体空気熱交換器Ｃは，多数の
仕切板の積層体ブロックである伝熱ユニット４２と，ケ
ーシング４３との接合の仕方に次のような工夫がなされ
ている。すなわち，外形が等しい第１仕切板４０と第２
仕切板４１を必要数枚（例えば５０〜３００枚）を前記
の伝熱ユニット４２が形成されるように積み重ねた状態
で，この積層物全体を両側からケーシングの両側面を形
成する二枚の板（図１１〜１２の４３ａと４３ｂで示す
板）で挟み込むさいに，弾力性を有したシート状のシー
ル材料６８を，その間に介装させるのである。これによ
って，図１１に見られるように，各仕切板の縁部６９は
シール材料６８の厚み内に弾力的に噛み込んでその位置
が固定されると共に，各仕切板の縁部６９とケーシング
側板４３ａ，４３ｂとの間で十分なシールが達成され
る。このシール材料６８を用いたケーシング内壁面との
シール構造は，各仕切板板の縁部をケーシング内壁面に
対して気密に接合することが必要な箇所全てに採用する
ことができる。このシール材料６８としては，独立気泡
をもつポリウレタン樹脂や各種の弾性（エラストマー）
プラスチック材料を使用することができる。とくに好適
な材料として，商品名ニッパロン（NIPPARON) として市
場に入手できる特殊発泡ボリウレタン長尺シート製品が
ある。この製品は，中間にマイクロセル層を, その両面
にスキン層をもつ熱硬化性ポリウレタン樹脂のシートで
あり，弾力性と気密性を必要とする当該熱交換器のシー
ル材料６８に好適であることが判った。

【００３５】図１は，このように構成した熱交換面が樹
脂製のプレート型空気対空気熱交換器Ｃをユニット１内
に組み入れた状態を示したものである。この空気対空気
熱交換器Ｃにおいては，管路（Ｉ）から器内に導入され
る負荷側からの低温の戻り空気と，管路（ＩＶ）から導
入される熱交換器Ｂを出た高温側の空気とが熱交換さ
れ，前者の空気は管路（II) に，後者の空気は管路
(Ｖ）に流出する。なお管路（II) に流出した空気は，
直接圧縮機３に吸い込まれるようにしてもよいが，図１
のものでは，フイルターボックス７０を介して圧縮機３
に吸い込まれるようにしてある。このフイルターボック
ス７０では空気中の塵埃の濾過を行うと共に，場合によ
っては除湿や除霜を行うための器具を装着させる。また
図１中の７１は潤滑油ユニットを示している。この潤滑
油ユニット７１はギヤボックス４内のギヤ類と軸受けに
潤滑油を循環させるために設置されたもので，油タンク
と油ポンプを備えている。

【００３６】なお，図１の空気対空気熱交換器Ｃの第１
および第２仕切板は硬質塩化ビニール樹脂からなるもの
が使用されているが，本発明ユニットにおいては当該熱
交換器に通流される空気の温度と圧力はそれほど過酷な
ものではないので，この条件に耐える樹脂は市場でいろ
いろ入手できる。例えばポリカーボネート樹脂等も使用
に適する。このような樹脂製のプレート型熱交換器の採
用によって，本発明ユニットに要求される熱交換機能は
十分に果たされ，しかも本発明ユニット自体を安価で且
つ搬送可能な軽量にすることができる。

【００３７】図１４は，本発明に従うコールドエアサプ
ライユニットの使用例を示したもので，該ユニット１
を，低温環境を形成しようとする冷凍・冷蔵庫（図中の
７３で示す閉鎖空間）の室外に据付け，このユニット１
と室７３との間で，空気往管７４と空気還管７５を施設
することによって，該室を冷凍庫に形成する例を示した
ものである。空気往管７４は該ユニット１から室７３に
低温空気を供給するものであり，該ユニット１における
既述のコールドエア取出し用接続口８に一端が接続さ
れ，他端は室７３の天井部近傍に設置された空気吹出口
７６に接続される。空気還管７５は室７３内の空気をユ
ニット１に戻す管路であり，その一端は室内の下方に設
けられた吸込口７７に連結し，他端は該ユニット１のレ
タンエア取入れ用接続口８に接続される。

【００３８】一方，ユニット１の水対空気熱交換器Ｂに
は冷却水が通水される。図例では，冷却水は冷却塔７８
で冷却することにより循環使用するようにしてある。。
すなわち，ポンプ７９によって，冷却塔７８と熱交換器
Ｂとの間を冷却水が循環するよう水配管がなされる。ま
たこの冷却水の一部は，ユニット１内の熱交換器Ｂを通
過したあと，制御弁８０を経て，冷凍室への出入室８１
の床下に設置された融氷用熱交換器８２に循環されるよ
うになっている。水対空気熱交換器Ｂを経た冷却水を融
氷用熱交換器８２に通水すると，該熱交換器Ｂで昇温し
た水により出入口室８１の床面の結氷を防止または融解
することができる。

【００３９】図１５は，ユニット１で製造された低温空
気を室内に吹出すさいに好適に使用できる空気エゼクタ
ーを示したものである。この空気エゼクターは，空気吹
出ノズル８３と，このノズル先端に所定の距離を離して
同心的に設置された誘引ノズル８４とからなる。誘引ノ
ズル８３はラッパ管であり，その大径側の口を吹出ノズ
ル８３の側に向かわせて設置される。この空気エゼクタ
ーを使用すると，吹出ノズル８３から該誘引ノズル８４
に向けて噴流として吐出する低温空気のジエット流８５
は，誘引ノズル８４内に導入されるさいに，このジエッ
ト流８５の周囲に存在する空気を誘引するという作用を
有するので，低温のジエット流８５はこれより温度の高
い周囲空気と合体しながら誘引ノズル８４に入り，この
誘引ノズル８４の吐出口８６からは，低温空気と周囲空
気の混合空気が吐出される。このため，吹き出される低
温空気と周囲空気とが効率よく混合されると共に，空気
吹出口を構成している部材が極度に低温になることが防
止される。この吹出部材が極度に低温にならないこと
は，この部材に着霜したり着氷することが防止されるの
で，低温空気を長時間安定して吹出すことが可能とな
る。図１４の空気吹出口７６には，このようなエゼクタ
ーが取付けられている。

【００４０】このエゼクターの形状は図１５のものに限
られるものではなく，一般に口径が絞られた空気ノズル
から空気をジエット流として大気圧下の空間に吹き出す
と，この噴流の近傍に存在する空気は，噴流に誘引され
て遠くにまで運ばれるという作用がある。この原理を利
用すれば少量の低温空気であっても，これを周囲空気と
拡散混合して室内を低温にできるのであり，またこの拡
散混合を庫内の上部で起こさせることによって低温空気
の塊りを自然に下降させ，これによる対流現象で庫内全
体を低温環境に形成することができる。

【００４１】ユニット１で製造された例えば約１.１気
圧で−２０℃の空気が該エジエクタを経て吹き出される
と，この−２０℃の空気と周囲空気とが混合した気流と
なって室内に放出され，冷凍室１の上部空間に冷気の集
塊が連続的に形成され，この冷気の集塊が順次下降して
室内全体が低温環境となる。一方，この吹き出し空気量
にほぼ対応する量の空気が吸込口７７からユニット１に
還管７５を通じて戻り，その戻り空気が有する冷熱が空
気対空気熱交換器Ｃにおいて膨張機に入る前の圧縮空気
を冷却するのに利用される。

【００４２】空気往管７４を通じての低温空気の送気エ
ネルギーと，空気還管７５を通じての戻り空気の送気エ
ネルギーはすべてユニット１内の空気圧縮膨張装置Ａが
受け持っており，通常はこれで十分な送気と還気が行わ
れる。しかし，送還気路が設備の都合上長くなったり，
除霜や除雪のために思わぬ圧損が発生した場合には，こ
れらの送還気路に送風機を介在させることによって必要
な送気エネルギーを補充することもできる。

【００４３】本発明ユニットは，図１４のように冷凍・
冷蔵庫を形成するのに使用されるほか，水と電気がある
ところであれば，原動機としてエンジンを用いたもので
あれば水があるところであれば何処でも稼働でき且つユ
ニット自体も完成品として搬送可能であるから，低温空
気を必要とする各種の施設例えばレジャーやスポーツ施
設さらには工場や建物の冷房用途に適するほか，製氷用
装置としても利用できる。例えばアイスリンク用の製氷
やボブスレーまたはリュージュ競技コースの形成にも利
用できる。

【００４４】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状態の例を，図中の管
路（Ｉ）〜（VI）の温度と圧力で示すと下記のとおりで
ある。ただし，負荷側から戻る戻り空気の温度を−５℃
とする。

【００４５】 機内通流空気の位置 空気温度（℃） 圧力（気圧） 管路（Ｉ） −５ １.０２ 管路（II） ＋３５ １.０ 管路（III) ＋１２８ ２.０６ 管路（IV） ＋４０ ２.０５ 管路（Ｖ） ０ ２.０４ 管路（VI） −２０ １.１ このように本発明ユニットでは，比較的低圧で空気処理
が行われる点に特徴があり，このために，本発明ユニッ
トは低温空気製造用の汎用装置として必要な安全，軽量
および安価といった要件を十分に具備し，しかも製造が
簡単であり，操作や搬送・据付も簡単である。

【００４６】

【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圧縮膨張装置一体
品の一部切欠断面図である。

【図５】第４図の空気圧縮膨張装置に付設のギヤボック
ス内におけるギヤ列を説明するための図である。

【図６】空気対空気熱交換器を構成するための樹脂製の
波板（仕切板）の例を示す斜視図である。

【図７】図６の第１仕切板と第２仕切板を交互に積層し
た状態を図解した斜視図である。

【図８】図６と図７の仕切板を一方の側面から見た側面
図である。

【図９】図７の積層物（伝熱ユニット）をケーシング内
にセットした状態を波線を横切る方向でみた拡大断面図
である。

【図１０】図９に見える空気通路ｘとｙに挿入するねじ
りリボンを示す正面図である。

【図１１】図９の各空気通路に図１０のねじりリボンを
挿入した状態を示す図９同様の拡大断面図である。

【図１２】図７の積層物をケーシング内にセットした状
態を示す平断面図である。

【図１３】図１２の熱交換器の全体外形を示す斜視図で
ある。

【図１４】本発明のユニットを用いて冷凍庫を形成する
例を示す略断面図である。

【図１５】図１４コールドエア吹出口に使用するエゼク
ターの例を示す斜視図である。

【符号の説明】

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 制御装置用ボックス ｘ 空気対空気熱交換器の或る段の細管通路 ｙ 空気対空気熱交換器のｘの段とは隣合う段の細管
通路 １ ケーシング ２ 原動機（モーター） ３ 圧縮機 ４ ギヤボックス ５ 膨張機 ６ ケーシング底盤 ７ コールド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 ４０ 樹脂製の波板（第１仕切板） ４１ 樹脂製の波板（第２仕切板） ４４ ねじりリボン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進藤 直紀 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 布施 武 神奈川県伊勢原市沼目二丁目１番49号 日本発条株式会社伊勢原工場内 (56)参考文献 特開 平６−207755（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−110107（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−147391（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 9/00 301

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機, 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，該ケーシング内においてこれらの機器の間で
   空気圧５kg/cm²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であって，前
   記の空気圧縮膨張装置は，一台の原動機と，片吸込単段
   ブロア型のターボ空気圧縮機と，ギヤボックスと，単段
   遠心式タービンの空気膨張機とを組み合わせた一体品で
   あり，該原動機の回転軸が空気圧縮機の駆動軸と空気膨
   張機の回転軸にギヤボックス内のギヤ構造を介して異な
   るギヤ比で連結されていることを特徴とするコールドエ
   アサプライユニット。
2. 【請求項２】 原動機, 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，該ケーシング内においてこれらの機器の間で
   空気圧５kg/cm²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であって，前
   記の空気対空気熱交換器が樹脂製の波板を熱交換面とす
   るプレート型熱交換器であるコールドエアサプライユニ
   ット。
3. 【請求項３】 空気対空気熱交換器は，多数枚の樹脂製
   の波板を，各波板に形成された波線の方向を平行にして
   積層すると共に，隣合う波板の間では一方の波板の波の
   谷底と他方の波板の波の山の稜線が接するように積層
   し，これによって該積層体中の各段に多数の細管通路を
   形成し，或る段の各細管通路に一方の空気を通気し，こ
   の段と隣合う段の各細管通路に他方の空気を対向的に通
   気するようにした，熱交換面が樹脂のプレート型熱交換
   器である請求項２に記載のコールドエアサプライユニッ
   ト。
4. 【請求項４】 樹脂製の波板は，山の頂角と谷の夾角が
   約９０°の規則正しい波であり，この波板を波線の方向
   を平行にして且つ隣合う波板の間では一方の波板の波の
   谷底と他方の波板の波の山の稜線が接するように積層す
   ることによって，断面がほほ正方形の細管通路が形成さ
   れ，この細管通路内にねじりリボンが挿入される請求項
   ３に記載のコールドエアサプライユニット。
5. 【請求項５】 樹脂製の波板の積層物は，熱交換器ケー
   シングの内面との間に弾力性の樹脂シートを介在させて
   そのケーシング内にセットされる請求項３または４に記
   載のコールドエアサプライユニット。