JPH09170833A - 空気冷凍サイクルおよび蓄冷剤冷却装置 - Google Patents

空気冷凍サイクルおよび蓄冷剤冷却装置

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JPH09170833A
JPH09170833A JP33214095A JP33214095A JPH09170833A JP H09170833 A JPH09170833 A JP H09170833A JP 33214095 A JP33214095 A JP 33214095A JP 33214095 A JP33214095 A JP 33214095A JP H09170833 A JPH09170833 A JP H09170833A
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JP
Japan
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air
heat exchanger
compressor
expander
cooled
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JP33214095A
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Tetsuo Wakamatsu
哲夫 若松
Kyosuke Sasaki
恭助 佐々木
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、コールドロールボックス内に内蔵さ
れた蓄冷剤を冷却するための、軽量コンパクトな冷却装
置を実現できる冷凍サイクルを提供することを目的とす
る。 【解決手段】本発明に係る空気冷凍サイクルは、 外部
から供給される高圧空気を、第１の空気空気熱交換器３
により冷却室７からの返り空気と熱交換して冷却した
後、膨張機４に導き、圧力室により断熱膨張させて温度
を下げ、冷却室に低温空気を供給する空気冷凍サイクル
において、 冷却室７からの返り空気を、膨張機４に入
る空気と熱交換させた後、圧縮機５に導き、圧縮機で昇
圧し加熱された空気を、第２の空気空気熱交換器６で周
囲の空気と熱交換させて冷却し、第１の空気空気熱交換
器３に入る１次空気と合流させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コールドロールボ
ックスの冷却に利用される空気冷凍サイクル、および、
蓄冷剤冷却装置に関する。本発明は、蓄冷式冷凍車の冷
却に適用される蓄冷剤冷却装置や、移動素道（ケーブル
カー、ゴンドラ等）の冷房に適用される蓄冷剤冷却装置
や、蓄冷剤を用いない冷房、冷蔵、冷凍設備器にも利用
できる。
【０００２】
【従来の技術】コールドロールボックスは、内容積１ｍ
2 から２ｍ2 程度の断熱した箱で、冷凍品や、冷蔵品を
輸送するために用いられるものであり、実用化されてい
る方式としては蓄冷式と機械式の２方式がある。
【０００３】蓄冷式は、外部の冷凍庫で冷却した蓄冷剤
のブロックを、コールドロールボックスに積み込んで使
用する方式であり、機械式は、内部に蒸気圧縮式冷凍機
と蓄冷剤を組み込み、使用しない時間帯に外部電源によ
り蒸気圧縮式冷凍機を駆動して蓄冷し、使用（輸送）中
は電源を用いず蓄冷剤により冷却する方式をいう。
【０００４】空気冷凍サイクルは、現在航空機の冷房に
用いられており、以下のような特徴を持つ。 （１）冷媒として循環空気を使用しているため、オゾン
層破壊、地球温暖化等の問題が無く、故障で空気が漏れ
ても安全である。 （２）蒸気圧縮式冷凍機に比べ、構成部品が少なく、軽
量である。 （３）蒸気圧縮式に比べ成績係数が一般に小さい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】コールドロールボック
スには、以下の様な問題点がある。 （１）蓄冷式では、外部の冷凍庫で冷却した蓄冷剤のブ
ロックをコールドロールボックスに積み込んで使用する
方式であるので、蓄冷剤が重い。
【０００６】また、夜間作業、低温作業であるなどの、
労働環境上の問題も多い。 （２）機械式は、蓄冷剤の他、蒸気圧縮式冷凍機を内蔵
しているため、重量が重くなり、庫内有効容積が縮まる
などの問題がある。本発明はこれらの問題を解決するこ
とができる空気冷凍サイクル、および、蓄冷剤冷却装置
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（第１の手段）本発明に係る空気冷凍サイクルは、外部
から供給される高圧空気を、第１の空気空気熱交換器に
より冷却室からの返り空気と熱交換して冷却した後、膨
張機に導き、圧力室により断熱膨張させて温度を下げ、
冷却室に低温空気を供給する空気冷凍サイクルにおい
て、（Ａ）冷却室からの返り空気を、膨張機に入る空気
と熱交換させた後、圧縮機に導き、（Ｂ）圧縮機で昇圧
し加熱された空気を、第２の空気空気熱交換器で周囲の
空気と熱交換させて冷却し、第１の空気空気熱交換器に
入る１次空気と合流させることを特徴とする。 （第２の手段）本発明に係る空気冷凍サイクルは、第１
の手段において、（Ａ）冷却室からの返り空気を、膨張
機に入る空気と熱交換させた後、ふたつの配管回路に分
岐し、（Ｂ）一方の空気（２次空気）を圧縮機に導き、
他方の空気を排気することを特徴とする。 （第３の手段）本発明に係る空気冷凍サイクルは、第１
の手段において、（Ａ）冷却室からの返り空気を、第１
の空気空気熱交換器で膨張機に入る空気と熱させた後、
ふたつの配管回路に分岐し、（Ｂ）一方の空気（２次空
気）を圧縮機に導くとともに、他方の空気（排気）を第
２の空気空気熱交換器に導き、（Ｃ）分岐後の圧縮機で
昇圧し加熱させた２次空気を、第２の空気空気熱交換器
で、分岐した排気と熱交換させて冷却し、第１の空気空
気熱交換器に入る１次空気と合流させることを特徴とす
る。 （第４の手段）本発明に係る空気冷凍サイクルは、第３
の手段において、外部からの１次空気供給部にエゼクタ
を組み込み、１次空気の圧力と、第２の空気空気熱交換
器から出る２次空気の圧力差によって、２次空気を吸引
し、２次空気の循環量を増大させることを特徴とする。 （第５の手段）本発明に係る蓄冷剤冷却装置は、第１の
手段ないし第４の手段のいずれかに記載の空気冷凍サイ
クルを、コールドロールボックスに組み込み、コールド
ロールボックスに内蔵された蓄冷剤を、冷却することを
特徴とする。
【０００８】従って、次のように作用する。 （１）第２の空気空気熱交換器を設け、圧縮機を出た後
の２次空気を周囲空気で冷却し、１次空気と合流させる
ことにより、コールドロールボックスの外部から供給さ
れる１次空気量を減少し、外部設備器を小型化すること
ができる。 （２）第１の空気空気熱交換器を出た後の空気を分岐
し、１部を排気することにより、１次空気の供給量に応
じた排気の冷熱を回収することができ、トータルの冷却
能力と成績係数を向上することができる。 （３）第１の空気空気熱交換器を出た後の空気を分岐
し、第２の空気空気熱交換器を設け、圧縮機を出た後の
２次空気を分岐した排気により冷却し、１次空気と合流
させることにより、圧縮機を出た後の２次空気を冷却す
るための送風機が不要になる。 （４）１次空気供給部にエゼクタを組み込むことによ
り、２次空気の循環量を増大し、冷却能力と成績係数を
向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
及び図４により説明する。図１のコールドロールボック
ス１は、幅１ｍ、奥行き１ｍ、高さ２ｍ程度の断熱され
た箱で、内部の上部又は下部には蓄冷剤２が入ってい
る。
【００１０】蓄冷剤は、コールドロールボックスを使用
しない夜間等に何らかの手段で冷却される。例えば、冷
凍食品をいれる場合には、夜間に蓄冷剤温度を−３０℃
程度まで冷却し、昼間の使用時には、冷凍食品を入れた
状態で蓄冷剤の冷却効果により、庫内を−２０℃前後に
保つ。
【００１１】使用時には、一般にトラック等により運搬
されているため電源は無く、庫内送風機等を使用する場
合は、蓄電器等により駆動する。外部から供給される絶
対圧２気圧程度の１次空気（状態Ａ）は、第２の空気空
気熱交換器６から出た温度２次空気（状態Ｈ）と合流し
（状態Ｂ）、第１の空気空気熱交換器３に入り、蓄冷剤
２の入った冷却室７から返り空気と熱交換して低温にな
り（状態Ｃ）、膨張機４に入る。
【００１２】膨張機４は、例えばラジアル型タービンに
より圧縮機５と連結しており、空気の圧力により動力を
発生しながら、空気を断熱膨張させ、温度を低下させる
（状態Ｄ）。
【００１３】膨張機４で発生した動力は、圧縮機５を駆
動するために用いられる。膨張機４で温度降下した空気
は、冷却室７に吹き出されて蓄冷剤２を冷却し、温度が
高くなって（状態Ｅ）、第１の空気空気熱交換器３に返
ってくる。
【００１４】第１の空気空気熱交換器３によって、膨張
機４に入る前の空気と熱交換した空気（状態Ｆ）は、圧
縮機５に導かれる。圧縮機５は、例えば遠心圧縮機で、
同軸でつながっている膨張機４の発生動力により回転す
る。
【００１５】圧縮機５に入った２次空気は、１次空気近
くの圧力まで昇圧されて高温（状態Ｇ）になり、第２の
空気空気熱交換器６に入り、周囲空気と熱交換し冷却さ
れた後（状態Ｈ）、１次空気と合流し（状態Ｂ）、再び
第１の空気空気熱交換器３に導かれる。
【００１６】従来の空気冷凍サイクルを図５に示し、対
応する温度エントロピ線図上の空気の変化を図６に示
す。図４と図６の比較からわかる通り、従来の方式で
は、圧縮機５を通る空気と同量の空気を図５の１次圧縮
機１で圧縮する必要がある。
【００１７】これに対し、本発明では、膨張機を通る空
気量の５０〜８０％程度の空気を外部の圧縮機１１で圧
縮すればよい。その結果、本発明によれば外部圧縮機、
配管、その他の設備機器を小型化できる。 （第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図２
により説明する。
【００１８】外部から供給される絶対圧２気圧程度の１
次空気は、第２の空気空気熱交換器６から出た温度の２
次空気と合流し、第１の空気空気熱交換器３に入り、蓄
冷剤２の入った冷却室７からの返り空気と熱交換し、低
温になる膨張機４に入る。
【００１９】膨張機４は、例えばラジアル型タービン
で、圧縮機５と連結しており、空気の圧力により動力を
発生しながら、空気を断熱膨張させ、温度を低下させ
る。膨張機４で発生した動力は、圧縮機５を駆動するた
めに用いられる。
【００２０】膨張機４で温度降下した空気は、冷却室７
に吹き出されて蓄冷剤２を冷却し、温度が高くなって第
１の空気空気熱交換器３に返ってくる。第１の空気空気
熱交換器３によって、膨張機４に入る前の空気と熱交換
した空気は、膨張機４によって駆動させる圧縮機５の能
力に応じた割合で分岐し、１部は圧縮機５に導かれ、残
りは第２の空気空気熱交換器６を通って排気される。
【００２１】圧縮機５は、例えば遠心圧縮機で、同軸で
つながっている膨張機４の発生動力により回転する。圧
縮機５に入った２次空気は、１次空気近くの圧力まで昇
圧されて高温になり、第２の空気空気熱交換器６に入
り、排気と熱交換して冷却された後、１次空気と合流
し、再び第１の空気空気熱交換器に導かれる。
【００２２】第１の実施の形態では、１次空気の供給量
と同一空気量をコールドロールボックスの隙間より、周
囲に放出しているが、 （この放出空気量）×（温度差） の分だけの冷熱を無駄にしている。
【００２３】第２の実施の形態では、この冷熱を、第２
の空気空気熱交換器で回収している。また、圧縮機を出
た、高温高圧の空気を冷却するための第２熱交換器用の
送風機が不要になる。 （第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態を図３
により説明する。
【００２４】第２実施の形態と異なる部分は、外部から
の１次空気供給部にエゼクタ９を組み込んだところにあ
る。そのため、１次空気の圧力と、第２の空気空気熱交
換器から出る２次空気の圧力差により、２次空気を吸込
し、２次空気の循環量を増大させることができる。
【００２５】すなわち、本発明においては、 （１）空気冷凍サイクルの一部をコールドロールボック
ス等に組み込み、外部から供給される高圧空気により蓄
冷剤を冷却する。
【００２６】そのため、軽量化、簡素化でき、従来から
の機械式コールドロールボックスの問題点を解決するこ
とができる。 （２）外部から供給される高圧空気を、第１の空気空気
熱交換器により冷却室からの返り空気と熱交換して冷却
した後、膨張機に導き、圧力差により断熱膨張させて温
度を下げ、冷却室に低温空気を供給する空気冷凍サイク
ルにおいて、冷却室７からの返り空気を、膨張機に入る
空気と熱交換させた後、膨張機の発生動力により駆動さ
れる圧縮機５に導き、圧縮機で昇圧し加熱された空気を
第２の空気空気熱交換器とコールドロールボックス周囲
の空気と熱交換させて冷却した後、膨張機に入る１次空
気と合流させて、再び第１の空気空気熱交換器に流入さ
せる。 （３）前記の空気冷凍サイクルにおいて、冷却室からの
返り空気を膨張機に入る空気と熱交換させた後、ふたつ
の配管回路に分岐し、一方の空気（２次空気）を圧縮機
５に導き、他方の空気を排気する。 （４）前記の空気冷凍サイクルにおいて、冷却室からの
返り空気を、第１の空気空気熱交換器で膨張機に入る空
気と熱交換させた後、ふたつの配管回路に分岐し、一方
の空気（２次空気）を圧縮機に導き、他方の空気（排
気）を第２の空気空気熱交換器に導く。
【００２７】分岐後、圧縮機で昇圧し加熱させた２次空
気を、第２の空気空気熱交換器で、圧縮機に入る前に分
岐した排気と熱交換させて冷却し、その後、第１の空気
空気熱交換器に入る１次空気と合流させる。 （５）前記の空気冷凍サイクルにおいて、外部からの１
次空気供給部にエゼクタを組み込み、１次空気の圧力と
２次空気の圧力差によって２次空気を吸引し、２次空気
の循環量を増大させる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）コールドロールボックス等に内蔵された蓄冷剤を
冷却するための、軽量、コンパクトな機械式冷却装置を
実現することができる。 （２）第２の空気の空気熱交換器を設け、圧縮機を出た
後の２次空気を周囲空気で冷却し、１次空気と合流させ
ることにより、コールドロールボックスの外部から供給
される１次空気量を減少するとともに、外部設備器を小
型化することができる。 （３）第１の空気の空気熱交換器を出た後の空気を分岐
し、その一部を排気することにより、１次空気の供給量
に応じた排気の冷熱が回収できる。
【００２９】そのため、トータルの冷却能力と成績係数
を向上することができる。 （４）第１の空気の空気熱交換器を出た後の空気を分岐
し、第２の空気の空気熱交換器を設け、圧縮機を出た後
の２次空気を分岐した排気により冷却し、１次空気と合
流させることにより、圧縮機を出た後の２次空気を冷却
するための送風機が不要になる。 （５）１次空気供給部にエゼクタを組み込むことによ
り、２次空気の循環量を増大し、冷却能力と成績係数を
向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる配管系統
図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる配管系統
図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係わる配管系統
図。
【図４】本発明の空気冷凍サイクルを示す温度エントロ
ビ線図。
【図５】従来の空気冷凍サイクルを示す配管系統図。
【図６】次瓜空気冷凍サイクルを示す温度エントロビ線
図。
【図７】従来の機械式コールドロールボックスの配管系
統図。
【符号の説明】 １…コールドロールボックス、 ２…蓄冷剤、 ３…第１の空気空気熱交換器、 ４…膨張機、 ５…圧縮機、 ６…第２の空気空気熱交換器、 ７…冷却室、 ８…庫内送風機、 ９…エゼクタ、 １１…１次圧縮機（コンプレッサ）、 １２…１次空気冷却機（クーラー）、 １３…２次圧縮機（コンプレッサ）、 １４…２次空気冷却機（クーラー）、 １５…膨張機（エキスパンダ）、 １６…送風機（クーリングファン）、 １７…送風機（クーリングファン）、 ２１…コールドロールボックス、 ２２…蓄冷剤、 ２３…蒸発器、 ２４…膨張弁、 ２５…圧縮機（電動機内蔵）、 ２６…凝縮器、 ２７…受液器、 ２８…庫内送風機、 ２９…凝縮器用送風機。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年３月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 空気冷凍サイクルおよび蓄冷剤冷
却装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コールドロールボ
ックスの冷却に利用される空気冷凍サイクル、および、
蓄冷剤冷却装置に関する。本発明は、蓄冷式冷凍車の冷
却に適用される蓄冷剤冷却装置や、移動索道（ケーブル
カー、ゴンドラ等）の冷房に適用される蓄冷剤冷却装置
や、蓄冷剤を用いない冷房、冷蔵、冷凍設備機器にも利
用できる。
【０００２】
【従来の技術】コールドロールボックスは、内容積１ｍ
2 から２ｍ2 程度の断熱した箱で、冷凍品や、冷蔵品を
輸送するために用いられるものであり、実用化されてい
る方式としては蓄冷式と機械式の２方式がある。
【０００３】蓄冷式は、外部の冷凍庫で冷却した蓄冷剤
のブロックを、コールドロールボックスに積み込んで使
用する方式であり、機械式は、内部に蒸気圧縮式冷凍機
と蓄冷剤を組み込み、使用しない時間帯に外部電源によ
り蒸気圧縮式冷凍機を駆動して蓄冷し、使用（輸送）中
は電源を用いず蓄冷剤により冷却する方式をいう。
【０００４】空気冷凍サイクルは、現在航空機の冷房に
用いられており、以下のような特徴を持つ。 （１）冷媒として循環空気を使用しているため、オゾン
層破壊、地球温暖化等の問題が無く、故障で空気が漏れ
ても安全である。 （２）蒸気圧縮式冷凍機に比べ、構成部品が少なく、軽
量である。 （３）蒸気圧縮式に比べ成績係数が一般に小さい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】コールドロールボック
スには、以下の様な問題点がある。 （１）蓄冷式では、外部の冷凍庫で冷却した蓄冷剤のブ
ロックをコールドロールボックスに積み込んで使用する
方式であるので、蓄冷剤が重い。
【０００６】また、夜間作業、低温作業であるなどの、
労働環境上の問題も多い。 （２）機械式は、蓄冷剤の他、蒸気圧縮式冷凍機を内蔵
しているため、重量が重くなり、庫内有効容積が縮まる
などの問題がある。本発明はこれらの問題を解決するこ
とができる空気冷凍サイクル、および、蓄冷剤冷却装置
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 （第１の手段）本発明に係る空気冷凍サイクルは、外部
から供給される高圧空気を、第１の空気空気熱交換器に
より冷却室からの返り空気と熱交換して冷却した後、膨
張機に導き、圧力差により断熱膨張させて温度を下げ、
冷却室に低温空気を供給する空気冷凍サイクルにおい
て、（Ａ）冷却室からの返り空気を、膨張機に入る空気
と熱交換させた後、圧縮機に導き、（Ｂ）圧縮機で昇圧
し加熱された空気を、第２の空気空気熱交換器で周囲の
空気と熱交換させて冷却し、第１の空気空気熱交換器に
入る１次空気と合流させることを特徴とする。 （第２の手段）本発明に係る空気冷凍サイクルは、第１
の手段において、（Ａ）冷却室からの返り空気を、膨張
機に入る空気と熱交換させた後、ふたつの配管回路に分
岐し、（Ｂ）一方の空気（２次空気）を圧縮機に導き、
他方の空気を排気することを特徴とする。 （第３の手段）本発明に係る空気冷凍サイクルは、第１
の手段において、（Ａ）冷却室からの返り空気を、第１
の空気空気熱交換器で膨張機に入る空気と熱交換させた
後、ふたつの配管回路に分岐し、（Ｂ）一方の空気（２
次空気）を圧縮機に導くとともに、他方の空気（排気）
を第２の空気空気熱交換器に導き、（Ｃ）分岐後の圧縮
機で昇圧し加熱させた２次空気を、第２の空気空気熱交
換器で、分岐した排気と熱交換させて冷却し、第１の空
気空気熱交換器に入る１次空気と合流させることを特徴
とする。 （第４の手段）本発明に係る空気冷凍サイクルは、第３
の手段において、外部からの１次空気供給部にエゼクタ
を組み込み、１次空気の圧力と、第２の空気空気熱交換
器から出る２次空気の圧力差によって、２次空気を吸引
し、２次空気の循環量を増大させることを特徴とする。 （第５の手段）本発明に係る蓄冷剤冷却装置は、第１の
手段ないし第４の手段のいずれかに記載の空気冷凍サイ
クルを、コールドロールボックスに組み込み、コールド
ロールボックスに内蔵された蓄冷剤を、冷却することを
特徴とする。
【０００８】従って、次のように作用する。 （１）第２の空気空気熱交換器を設け、圧縮機を出た後
の２次空気を周囲空気で冷却し、１次空気と合流させる
ことにより、コールドロールボックスの外部から供給さ
れる１次空気量が減少し、外部設備機器を小型化するこ
とができる。 （２）第１の空気空気熱交換器を出た後の空気を分岐
し、１部を排気することにより、１次空気の供給量に応
じた排気の冷熱を回収することができ、トータルの冷却
能力と成績係数を向上することができる。 （３）第１の空気空気熱交換器を出た後の空気を分岐
し、第２の空気空気熱交換器を設け、圧縮機を出た後の
２次空気を分岐した排気により冷却し、１次空気と合流
させることにより、圧縮機を出た後の２次空気を冷却す
るための送風機が不要になる。 （４）１次空気供給部にエゼクタを組み込むことによ
り、２次空気の循環量を増大し、冷却能力と成績係数を
向上することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】 （第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
及び図４により説明する。図１のコールドロールボック
ス１は、幅１ｍ、奥行き１ｍ、高さ２ｍ程度の断熱され
た箱で、内部の上部又は下部には蓄冷剤２が入ってい
る。
【００１０】蓄冷剤は、コールドロールボックスを使用
しない夜間等に何らかの手段で冷却される。例えば、冷
凍食品をいれる場合には、夜間に蓄冷剤温度を−３０℃
程度まで冷却し、昼間の使用時には、冷凍食品を入れた
状態で蓄冷剤の冷却効果により、庫内を−２０℃前後に
保つ。
【００１１】使用時には、一般にトラック等により運搬
されているため電源は無く、庫内送風機等を使用する場
合は、蓄電器等により駆動する。外部から供給される絶
対圧２気圧程度の１次空気（状態Ａ）は、第２の空気空
気熱交換器６から出た温度２次空気（状態Ｈ）と合流し
（状態Ｂ）、第１の空気空気熱交換器３に入り、蓄冷剤
２の入った冷却室７から返り空気と熱交換して低温にな
り（状態Ｃ）、膨張機４に入る。
【００１２】膨張機４は、例えばラジアル型タービンに
より圧縮機５と連結しており、空気の圧力により動力を
発生しながら、空気を断熱膨張させ、温度を低下させる
（状態Ｄ）。
【００１３】膨張機４で発生した動力は、圧縮機５を駆
動するために用いられる。膨張機４で温度降下した空気
は、冷却室７に吹き出されて蓄冷剤２を冷却し、温度が
高くなって（状態Ｅ）、第１の空気空気熱交換器３に返
ってくる。
【００１４】第１の空気空気熱交換器３によって、膨張
機４に入る前の空気と熱交換した空気（状態Ｆ）は、圧
縮機５に導かれる。圧縮機５は、例えば遠心圧縮機で、
同軸でつながっている膨張機４の発生動力により回転す
る。
【００１５】圧縮機５に入った２次空気は、１次空気近
くの圧力まで昇圧されて高温（状態Ｇ）になり、第２の
空気空気熱交換器６に入り、周囲空気と熱交換し冷却さ
れた後（状態Ｈ）、１次空気と合流し（状態Ｂ）、再び
第１の空気空気熱交換器３に導かれる。
【００１６】従来の空気冷凍サイクルを図５に示し、対
応する温度エントロピ線図上の空気の変化を図６に示
す。図４と図６の比較からわかる通り、従来の方式で
は、膨張機４を通る空気と同量の空気を図５の１次圧縮
機１で圧縮する必要がある。
【００１７】これに対し、本発明では、膨張機を通る空
気量の５０〜８０％程度の空気を外部の圧縮機１１で圧
縮すればよい。その結果、本発明によれば外部圧縮機、
配管、その他の設備機器を小型化できる。 （第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図２
により説明する。
【００１８】外部から供給される絶対圧２気圧程度の１
次空気は、第２の空気空気熱交換器６から出た温度の２
次空気と合流し、第１の空気空気熱交換器３に入り、蓄
冷剤２の入った冷却室７からの返り空気と熱交換し、低
温になる膨張機４に入る。
【００１９】膨張機４は、例えばラジアル型タービン
で、圧縮機５と連結しており、空気の圧力により動力を
発生しながら、空気を断熱膨張させ、温度を低下させ
る。膨張機４で発生した動力は、圧縮機５を駆動するた
めに用いられる。
【００２０】膨張機４で温度降下した空気は、冷却室７
に吹き出されて蓄冷剤２を冷却し、温度が高くなって第
１の空気空気熱交換器３に返ってくる。第１の空気空気
熱交換器３によって、膨張機４に入る前の空気と熱交換
した空気は、膨張機４によって駆動させる圧縮機５の能
力に応じた割合で分岐し、１部は圧縮機５に導かれ、残
りは第２の空気空気熱交換器６を通って排気される。
【００２１】圧縮機５は、例えば遠心圧縮機で、同軸で
つながっている膨張機４の発生動力により回転する。圧
縮機５に入った２次空気は、１次空気近くの圧力まで昇
圧されて高温になり、第２の空気空気熱交換器６に入
り、排気と熱交換して冷却された後、１次空気と合流
し、再び第１の空気空気熱交換器に導かれる。
【００２２】第１の実施の形態では、１次空気の供給量
と同一空気量をコールドロールボックスの隙間より、周
囲に放出しているが、 （この放出空気量）×（温度差） の分だけの冷熱を無駄にしている。
【００２３】第２の実施の形態では、この冷熱を、第２
の空気空気熱交換器で回収している。また、圧縮機を出
た、高温高圧の空気を冷却するための第２熱交換器用の
送風機が不要になる。 （第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態を図３
により説明する。
【００２４】第２実施の形態と異なる部分は、外部から
の１次空気供給部にエゼクタ９を組み込んだところにあ
る。そのため、１次空気の圧力と、第２の空気空気熱交
換器から出る２次空気の圧力差により、２次空気を吸込
し、２次空気の循環量を増大させることができる。
【００２５】すなわち、本発明においては、 （１）空気冷凍サイクルの一部をコールドロールボック
ス等に組み込み、外部から供給される高圧空気により蓄
冷剤を冷却する。
【００２６】そのため、軽量化、簡素化でき、従来から
の機械式コールドロールボックスの問題点を解決するこ
とができる。 （２）外部から供給される高圧空気を、第１の空気空気
熱交換器により冷却室からの返り空気と熱交換して冷却
した後、膨張機に導き、圧力差により断熱膨張させて温
度を下げ、冷却室に低温空気を供給する空気冷凍サイク
ルにおいて、冷却室７からの返り空気を、膨張機に入る
空気と熱交換させた後、膨張機の発生動力により駆動さ
れる圧縮機５に導き、圧縮機で昇圧し加熱された空気を
第２の空気空気熱交換器とコールドロールボックス周囲
の空気と熱交換させて冷却した後、膨張機に入る１次空
気と合流させて、再び第１の空気空気熱交換器に流入さ
せる。 （３）前記の空気冷凍サイクルにおいて、冷却室からの
返り空気を膨張機に入る空気と熱交換させた後、ふたつ
の配管回路に分岐し、一方の空気（２次空気）を圧縮機
５に導き、他方の空気を排気する。 （４）前記の空気冷凍サイクルにおいて、冷却室からの
返り空気を、第１の空気空気熱交換器で膨張機に入る空
気と熱交換させた後、ふたつの配管回路に分岐し、一方
の空気（２次空気）を圧縮機に導き、他方の空気（排
気）を第２の空気空気熱交換器に導く。
【００２７】分岐後、圧縮機で昇圧し加熱させた２次空
気を、第２の空気空気熱交換器で、圧縮機に入る前に分
岐した排気と熱交換させて冷却し、その後、第１の空気
空気熱交換器に入る１次空気と合流させる。 （５）前記の空気冷凍サイクルにおいて、外部からの１
次空気供給部にエゼクタを組み込み、１次空気の圧力と
２次空気の圧力差によって２次空気を吸引し、２次空気
の循環量を増大させる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）コールドロールボックス等に内蔵された蓄冷剤を
冷却するための、軽量、コンパクトな機械式冷却装置を
実現することができる。 （２）第２の空気の空気熱交換器を設け、圧縮機を出た
後の２次空気を周囲空気で冷却し、１次空気と合流させ
ることにより、コールドロールボックスの外部から供給
される１次空気量を減少するとともに、外部設備機器を
小型化することができる。 （３）第１の空気の空気熱交換器を出た後の空気を分岐
し、その一部を排気することにより、１次空気の供給量
に応じた排気の冷熱が回収できる。
【００２９】そのため、トータルの冷却能力と成績係数
を向上することができる。 （４）第１の空気の空気熱交換器を出た後の空気を分岐
し、第２の空気の空気熱交換器を設け、圧縮機を出た後
の２次空気を分岐した排気により冷却し、１次空気と合
流させることにより、圧縮機を出た後の２次空気を冷却
するための送風機が不要になる。 （５）１次空気供給部にエゼクタを組み込むことによ
り、２次空気の循環量を増大し、冷却能力と成績係数を
向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる配管系統
図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる配管系統
図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係わる配管系統
図。
【図４】本発明の空気冷凍サイクルを示す温度エントロ
ビ線図。
【図５】従来の空気冷凍サイクルを示す配管系統図。
【図６】従来の空気冷凍サイクルを示す温度エントロビ
線図。
【図７】従来の機械式コールドロールボックスの配管系
統図。
【符号の説明】 １…コールドロールボックス、 ２…蓄冷剤、 ３…第１の空気空気熱交換器、 ４…膨張機、 ５…圧縮機、 ６…第２の空気空気熱交換器、 ７…冷却室、 ８…庫内送風機、 ９…エゼクタ、 １１…１次圧縮機（コンプレッサ）、 １２…１次空気冷却機（クーラー）、 １３…２次圧縮機（コンプレッサ）、 １４…２次空気冷却機（クーラー）、 １５…膨張機（エキスパンダ）、 １６…送風機（クーリングファン）、 １７…送風機（クーリングファン）、 ２１…コールドロールボックス、 ２２…蓄冷剤、 ２３…蒸発器、 ２４…膨張弁、 ２５…圧縮機（電動機内蔵）、 ２６…凝縮器、 ２７…受液器、 ２８…庫内送風機、 ２９…凝縮器用送風機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外部から供給される高圧空気を、第１の
    空気空気熱交換器（３）により冷却室（７）からの返り
    空気と熱交換して冷却した後、膨張機（４）に導き、圧
    力室により断熱膨張させて温度を下げ、冷却室に低温空
    気を供給する空気冷凍サイクルにおいて、（Ａ）冷却室
    （７）からの返り空気を、膨張機（４）に入る空気と熱
    交換させた後、圧縮機（５）に導き、（Ｂ）圧縮機で昇
    圧し加熱された空気を、第２の空気空気熱交換器（６）
    で周囲の空気と熱交換させて冷却し、第１の空気空気熱
    交換器（３）に入る１次空気と合流させることを特徴と
    する空気冷凍サイクル。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の空気冷凍サイクルにおい
    て、（Ａ）冷却室（７）からの返り空気を、膨張機
    （４）に入る空気と熱交換させた後、ふたつの配管回路
    に分岐し、（Ｂ）一方の空気（２次空気）を圧縮機
    （５）に導き、他方の空気を排気することを特徴とする
    空気冷凍サイクル。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の空気冷凍サイクルにおい
    て、（Ａ）冷却室（７）からの返り空気を、第１の空気
    空気熱交換器（３）で膨張機（４）に入る空気と熱させ
    た後、ふたつの配管回路に分岐し、（Ｂ）一方の空気
    （２次空気）を圧縮機（５）に導くとともに、他方の空
    気（排気）を第２の空気空気熱交換器（６）に導き、
    （Ｃ）分岐後の圧縮機（５）で昇圧し加熱させた２次空
    気を、第２の空気空気熱交換器（６）で、分岐した排気
    と熱交換させて冷却し、第１の空気空気熱交換器（３）
    に入る１次空気と合流させることを特徴とする空気冷凍
    サイクル。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の空気冷凍サイクルにおい
    て、 外部からの１次空気供給部にエゼクタを組み込み、１次
    空気の圧力と、第２の空気空気熱交換器から出る２次空
    気の圧力差によって、２次空気を吸引し、２次空気の循
    環量を増大させることを特徴とする空気冷凍サイクル。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
    載の空気冷凍サイクルを、コールドロールボックス
    （１）組み込み、コールドロールボックス内に内蔵され
    た蓄冷剤（２）を、冷却することを特徴とする蓄冷剤冷
    却装置。
JP33214095A 1995-12-20 1995-12-20 空気冷凍サイクルおよび蓄冷剤冷却装置 Withdrawn JPH09170833A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003042578A (ja) * 2001-07-27 2003-02-13 Shimadzu Corp 航空機用空調システム
CN105202849A (zh) * 2015-10-23 2015-12-30 无锡溥汇机械科技有限公司 一种冷气制冷装置
CN106568264A (zh) * 2016-11-04 2017-04-19 中国科学院理化技术研究所 具有蓄冷功能的快速降温箱

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