| 【発明の名称】 |
低温空気供給装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】光永 敏彦
【氏名】小松原 健夫
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| 【要約】 |
【課題】格別な冷媒を用いずに所望温度の低温空気を生成することができる低温空気供給装置を提供する。
【解決手段】圧縮空気を生成する圧縮空気源２を設ける。圧縮空気源からの高圧空気を適宜減圧する減圧器３を設ける。減圧器３を経た空気を断熱膨張させる膨張機４を設ける。膨張機４にて膨張して温度が低下した空気と圧縮空気源２からの高圧空気とを混合する空気混合機５を設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮空気を生成する圧縮空気源と、この圧縮空気源からの高圧空気を適宜減圧する減圧器と、この減圧器を経た空気を断熱膨張させる膨張機と、この膨張機にて膨張して温度が低下した空気と前記圧縮空気源からの高圧空気とを混合して供給する空気混合機とを備えて成る低温空気供給装置。
【請求項２】 圧縮空気源と膨張機の間の経路には、フィルタ及び除湿機を介設したことを特徴とする請求項１の低温空気供給装置。
【請求項３】 膨張機は高圧空気が膨張する際に回転される回転軸を備え、この回転軸には直接若しくは間接的に動力回収機を接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２の低温空気供給装置。
【請求項４】 動力回収機は発電機であることを特徴とする請求項３の低温空気供給装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気を作動媒体として直接圧縮・膨張させることによって低温空気を生成する低温空気供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりこの種低温空気供給装置は、例えば特開平５−２２３３７６号公報に空気サイクル式空気調和機として示されるように、圧縮機と膨張機及び冷却器などから構成され、被冷却空間から吸引した空気を前記圧縮機にて圧縮した後、冷却器にて冷却し、低温高圧となった空気を次ぎに膨張機にて膨張させて更に低温化し、被冷却空間に吹き出すことによって冷却作用を発揮させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】係る構成によれば、従来のフロンなどの冷媒を用いた空気調和機の如く環境破壊の問題を改善することができるが、供給される空気の温度は極低温のものが多く、例えば冷風を用いてワークの切削加工を行う場合などには適しているが、造船所のスポットクーラーなどに使用する場合には適さなくなるなどの問題があった。
【０００４】そこで、本発明は係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、格別な冷媒を用いずに所望温度の低温空気を生成することができる低温空気供給装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の低温空気供給装置は、圧縮空気を生成する圧縮空気源と、この圧縮空気源からの高圧空気を適宜減圧する減圧器と、この減圧器を経た空気を断熱膨張させる膨張機と、この膨張機にて膨張して温度が低下した空気と圧縮空気源からの高圧空気とを混合して供給する空気混合機とを備えたものである。
【０００６】また、請求項２の発明の低温空気供給装置は、上記において、圧縮空気源と膨張機の間の経路には、フィルタ及び除湿機を介設したものである。
【０００７】また、請求項３の発明の低温空気供給装置は、請求項１又は請求項２において、膨張機は高圧空気が膨張する際に回転される回転軸を備えており、この回転軸には直接若しくは間接的に動力回収機を接続したものである。
【０００８】また、請求項４の発明の低温空気供給装置は、請求項３において、動力回収機を発電機としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の低温空気供給装置１のブロック図を示している。図１において、２は圧縮空気源で、この圧縮空気源２の吐出側の空気経路２Ａには塵埃を除去するフィルタ６及び空気中の水分を取り除く除湿機７が接続されている。この除湿機７の出口側の空気経路８は分岐しており、分岐した一つの空気経路８Ａは更に分岐して複数の減圧器３が接続されている。そして、分岐した他の空気経路８Ｂには空気混合機５が接続されている。
【００１０】各減圧器３（以下は図１の最も左側の減圧器３について説明する）の出口側の空気経路３Ａには膨張機４が接続され、更に、この膨張機４の出口には空気混合機５が接続されると共に、この膨張機４には動力回収機としての発電機９が接続されている。そして、膨張機４の吐出側の空気経路４Ａは空気混合機５に接続されている。
【００１１】尚、他の減圧器３にもそれぞれ膨張機４、空気混合機５、発電機９が接続されているものとする。また、各空気経路は銅管、真鍮管、ステンレス管などの所定径の金属管にて構成されている。
【００１２】前記圧縮空気源２は、吸込側から空気を吸い込んで常温高圧の圧縮空気を生成するもので、所謂一般に機械工場などに存在する吐出圧力６ａｔｇ〜８ａｔｇのコンプレッサ（この場合、ロータリーコンプレッサ或いはスクロールコンプレッサ、レシプロコンプレッサ等）にて構成されている。また、前記減圧器３は圧縮空気源２で生成された高圧空気を使用目的に応じた所定圧力に減圧するものである。更に、前記膨張機４は減圧器３で減圧された空気を略大気圧まで断熱膨張させ、これにより高圧空気の温度を低下させるものである。
【００１３】この膨張機４には、例えばタービン（スクロール方式の場合にはスクロール）と、このタービンに接続された回転軸１０が設けられている。そして、高圧空気が膨張する過程でこのタービンに作用し、タービンと共に回転軸１０をが回転させる。この回転軸１０には直接、或いは、減速機構などを介して（間接的に）動力回収機としての発電機９が接続されており、この発電機９は回転軸１０によっって回転され、発電する。
【００１４】即ち、この発電機９は膨張機４に設けられた回転軸１０により回転され、膨張機４にて膨張する空気の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、これを回収することができるように構成されている。
【００１５】以上の構成で、次に本発明の低温空気供給装置１の動作を説明する。尚、低温空気供給装置１は例えば造船所などにスポットクーラーとして設置されるものとし、圧縮空気源２は造船所内の大気中の空気（常温）を吸い込むものとする。
【００１６】低温空気供給装置１が運転されると、圧縮空気源２は空気を吸い込んで常温高圧の圧縮空気を生成する。生成された圧縮空気は空気経路２Ａを経てフィルタ６に流入し、そこで圧縮空気中に含まれた塵埃が取り除かれた後、除湿機７に流入する。除湿機７では塵埃が取り除かれた圧縮空気に含まれる水分が取り除かれ、除湿される。
【００１７】フィルタ６で塵埃が取り除かれ、除湿機７で水分が取り除かれた圧縮空気は、空気経路８に流入し、圧縮空気の一部は空気経路８Ａを経て減圧器３を介して膨張機４に流入すると共に、圧縮空気の一部は空気経路８Ｂを経て空気混合機５内に流入する。前記膨張機４内に流入した空気は前述の如く断熱膨張して低温となり、空気混合機５に流入する。そこで他方の空気経路８Ｂから流入する常温高圧の空気と空気混合機５内で混合され、所定温度の低温空気となって吐出される。
【００１８】空気混合機５には例えば図示しない制御装置と温度センサが設けられており、センサにて空気混合機５内の空気温度が検出される。検出された空気の温度が所定の設定温度より低い場合、制御装置は空気経路８ｂからの常温高圧の空気の割合を増やし、高い場合には逆に膨張機４からの低温空気の割合を増やす。これにより、空気混合機５から吐出される空気温度は、上記スポットクーラーに適した所定の希望温度に調整される。
【００１９】ここで、空気の断熱膨張工程での到達温度は図２中の下に示す式で表せる。この場合、Ｔ１は空気の断熱膨張工程での到達温度、Ｔ２は膨張機４の吸い込み空気温度である。また、空気を利用する場合には、ｎは１．４となる。
【００２０】そして今、圧縮空気源２の吐出圧力が６ａｔｇとすると圧縮比は７となり、膨張機４の吸い込み空気温度が例えば＋３０℃であるものとするとＴ２＝２７３＋３０＝３０３°Ｋとなって、各空気圧力に対する到達温度Ｔ２は図２中の上の如くなる。
【００２１】即ち、空気圧力が＋６ａｔｇの場合、到達温度は−１００℃、冷却効果は＋１３０℃、空気圧力が＋４ａｔｇの場合、到達温度は−８２℃、冷却効果は＋１１２℃、空気圧力が＋２ａｔｇの場合、到達温度は−５２℃、冷却効果は＋８２℃、空気圧力が＋０．５ａｔｇの場合、到達温度は−３℃、冷却効果は＋３３℃、空気圧力が＋０．１ａｔｇの場合、到達温度は＋２２℃、冷却効果は＋８℃となる。
【００２２】従って、使用用途に適した温度を考慮し、これを実現できる到達温度を達成する圧力となるように各減圧器３における減圧量を決定すれば良い。例えば、上記造船所のスポットクーラーなどに使用する場合には、０．１ａｔｇで膨張させることで８℃の低温効果が得られることが分かる。このように、低温空気供給装置１は膨張機４の入り口圧力を変えることにより出口温度を調節できるので、用途に応じて、膨張機４を複数並列に接続すると良い。
【００２３】また、低温空気は圧力エネルギーを持っているので、搬送する必要がない。即ち、空気の必要流量は一般的には図３に示す如くなり、吹き出し温度（必要空気温度）が低くなる程、必要空気流量も少なくて済むようになることが分かる。
【００２４】また、前記膨張機４に流入した空気は、そこで回転軸１０を回転させ、発電機９にて発電して電気エネルギーを発生させる。この電気エネルギーは熱源、モータの駆動、発熱器、灯りなどのエネルギー源として再利用することができる。
【００２５】このように、本発明では圧縮空気源２により高圧高温の圧縮空気を生成し、この高圧空気を減圧後膨張機４にて膨張させることにより温度が低下した空気と、圧縮空気源２からの高圧高温の高圧空気とを空気混合機５にて混合して供給する低温空気供給装置１を構成している。これにより、格別な冷媒を用いること無く、大気中の空気を直接圧縮・膨張させて低温空気を生成することができるようになる。
【００２６】また、低温空気供給装置１は減圧器３で減圧して温度が低下した空気と、圧縮空気源２からの高圧高温の空気とを空気混合機５で混合することにより必要な温度の低温空気に調整することが可能となる。これにより、スポットクーラや冷風切削加工などにそれぞれ適した所望温度の低温空気を供給することができるようになる。
【００２７】更に、圧縮空気源２と膨張機４間にフィルタ６と除湿機７を介設しているので、塵埃による目詰まりや空気中の水分による運転効率の低下を防止若しくは抑制することが可能となる。
【００２８】更にまた、膨張機４に高圧空気が膨張する際回転する回転軸１０を設け、この回転軸１０に発電機９を接続しているので、膨張機４で空気の膨張エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能となる。これにより、高圧空気の膨張エネルギーを電気エネルギーに変換して再利用することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、圧縮空気を生成する圧縮空気源と、この圧縮空気源からの高圧空気を適宜減圧する減圧器と、この減圧器を経た空気を断熱膨張させる膨張機と、この膨張機にて膨張して温度が低下した空気と圧縮空気源からの高圧空気とを混合して供給する空気混合機とから低温空気供給装置を構成したので、格別な冷媒を用いること無く、空気を直接圧縮・膨張させることによって低温空気を生成することができるようになり、エネルギー効率が改善され、環境問題も生じ難い装置を提供できる。
【００３０】特に、減圧器や空気混合機を用いて必要な温度に低温空気を調整できるので、スポットクーラや冷風切削加工などにそれぞれ適した所望温度の低温空気を供給できるなど、汎用性にも富んだものとなる。
【００３１】請求項２の発明によれば、上記に加えて圧縮空気源と膨張機の間の経路には、フィルタ及び除湿機を介設したので、塵埃による目詰まりや空気中の水分による運転効率の低下を防止若しくは抑制することが可能となるものである。
【００３２】請求項３の発明によれば、上記に加えて膨張機は高圧空気が膨張する際に回転される回転軸を備え、この回転軸には直接若しくは間接的に動力回収機を接続したので、膨張機における空気の膨張エネルギーを動力回収機にて回収し、例えば請求項４の如く動力回収機を発電機とすれば電気エネルギーに変換して利用することが可能となり、エネルギー効率の極めて優れた装置を提供できるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１１日（１９９９．３．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１３８３
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９６９（Ｐ２０００−２５７９６９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６５３２３ |
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