專利名稱：空調系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于空調、冷凍和冷藏領域以空氣為動作媒體的空氣循環(huán)冷凍裝置，特別涉及附加除濕裝置的冷卻裝置。
背景技術：
現(xiàn)有技術中一般的冷凍循環(huán)是使用氟里昂和氨等冷媒而構成，將這些冷媒采用閉式循環(huán)而循環(huán)使用。最廣泛使用的氟里昂系的冷媒是污染環(huán)境物質，且為形成冷凍循環(huán)必須有15～20kg/cm2的高壓。從而，構成以防止系統(tǒng)整體泄漏和耐壓為重點的規(guī)格的冷凍機和熱泵單元，采用這種規(guī)格的各種型號的冷凍裝置。
另外，現(xiàn)在也有不使用氟里昂這樣污染環(huán)境物質的冷媒，而通過壓縮空氣并冷卻然后再使其絕熱膨脹而得到低溫空氣的技術。例如，作為實現(xiàn)此目的對壓縮機和膨脹機進行改進的裝置，在特開平5-113258號公報、特開平6-213521號公報、特公昭59-52343號公報中公開。對分離處理空氣中水份進行改進的裝置在特開平6-34212號公報，特開平5-223377號公報中公開。涉及裝置的控制，在特開昭63-315866號公報，特開平5-231732號公報，特開平5-223375號公報，特開平2-97850號公報中公開，另外，涉及熱回收，在特開平6-207755號公報、特開平6-213521號公報中公開。
本申請發(fā)明領域的裝置的空氣循環(huán)冷凍機，如文獻1所示，壓縮空氣，并將其用外部氣體的熱源冷卻后，用現(xiàn)有技術的板式熱交換器回收冷卻室的低溫熱量。其構成借助齒輪等連結電機驅動壓縮機和膨脹機。
另外，如文獻2所示，例如存在使用由空氣循環(huán)冷凍機產生的高溫排熱用于作為干燥除濕空調裝置的除濕轉子的再生熱能，克服在空氣循環(huán)冷凍機的空調溫度領域比現(xiàn)有技術的蒸氣壓縮式冷凍機效率低的方案。作為回收高溫排熱利用作為除濕空調裝置的除濕轉子的熱源的方法，在文獻2中，說明了以下方案，即是使用把由膨脹機制成低溫的空氣供給室內的空氣循環(huán)冷凍機的壓縮機出口的高溫空氣，把從室內返回的空氣在熱交換器進行加熱而制成高溫空氣對除濕轉子進行干燥。
專利文獻1特開平9-210484號公報專利文獻2特開平2000-257968號公報在文獻1所公開的發(fā)明中，在必須改變冷卻室(負荷)的溫度時，通過改變原動機的轉速，由齒輪等改變與該原動機直接連結的離心式空氣壓縮機和離心式空氣膨脹機的轉速，進一步再改變該壓縮機和該膨脹機的壓力比，從而實現(xiàn)改變膨脹機排出溫度而得到希望的冷卻室的溫度(參照文獻1的圖3)。此時，該壓縮機和該膨脹機以原動機轉速確定的轉速轉動，用與此對應的壓力比決定空氣流量。但是，由于該壓縮機和該膨脹機在原有的規(guī)定的轉速確定成為最高效率的壓力比和流量，所以在文獻1的方式中，由原動機的轉速使壓縮機和膨脹機中的任何一個在任何情況下都不能在最佳效率的工作點工作，結果，使空氣循環(huán)冷凍機的制冷系數(shù)下降。
在文獻1所公開的發(fā)明中，為在外界空氣溫度發(fā)生變化時改變從水與空氣熱交換器導入空氣與空氣熱交換器的空氣的溫度，要改變膨脹機入口的溫度。這樣，由于改變了膨脹的排氣溫度，也改變了作為冷卻對象的冷卻室的溫度。為避免這種情況，通過改變原動機的轉速，改變壓縮機和膨脹機的壓力比，使膨脹機排出溫度改變，從而得到理想的室內溫度。但這樣如上所述產生使空氣循環(huán)冷凍機的制冷系數(shù)下降的結果。
在文獻2所公開的發(fā)明中，在使用通常的熱交換器用壓縮機出口的高溫空氣對從室內返回的空氣進行加熱時，為對應空調室的負荷變動，通過增減供給空氣循環(huán)冷凍機的電機的電力使壓縮機的轉速變化，增減壓力比和空氣流量，控制空調室的溫度保持一定。此時，通過空氣流量的增減，從室內返回的空氣也增減，所以由熱交換而得到的膨脹機入口空氣溫度和送向除濕轉子的再生空氣溫度變化。
膨脹機入口空氣溫度變化時膨脹機出口空氣溫度也增減，伴隨著壓縮機轉動的增減，與此直接連結的膨脹機的轉速也改變，所以膨脹機出口溫度也變化。從而不能使供給空調室內空氣的溫度保持一定。由于再生空氣溫度變化時除濕轉子的除濕量增減，所以具有不能使供給空調室內的空氣的濕度保持一定的缺點。
另外，該系統(tǒng)由于把進行除濕處理的空氣全部導入除濕轉子，所以必須采用大的除濕轉子，使裝置變大，不僅存在成本高的缺點，也難以如前所述針對空調負荷的變動調整濕度。
另外，本裝置只能用于空調中，不能提供冷凍冷藏方面等更低溫的冷卻。
在冷凍倉庫和冷藏倉庫中，由于在工作中開關門而使比倉庫內溫度高的空氣進入，在比攝氏零度高的溫度的冷藏室產生結露，而在零度以下的冷凍冷藏倉庫產生結冰。為防止發(fā)生上述情況，在現(xiàn)有技術中，采用在由熱驅動的干燥空調機等把比倉庫內溫度的干燥空氣送進室內的方式。為此，為制成干燥空氣需要更多的能量，進一步還存在為提供高溫度的干燥空氣的顯熱負荷必須提高冷凍機能力的缺點。

發(fā)明內容
本申請發(fā)明的目的在于提供一種即使在外界氣溫變化的情況下，在使冷卻室得到規(guī)定的溫度和濕度時不降低冷凍機效率的冷卻系統(tǒng)。
本申請發(fā)明的目的還在于提供一種即使在冷藏倉庫從門和縫隙進入含濕氣成份的外部空氣的情況下，室內不結露不結冰的冷卻系統(tǒng)。
為解決這些問題，為得到與對應要求的冷卻室的負荷的變動對應、不因外部空氣的變動而得到理想溫度和濕度的空氣循環(huán)冷凍空調裝置，采用下述裝置。
在本申請發(fā)明中，把空氣循環(huán)冷凍機的各個壓縮機和膨脹機設計為可自由轉動。這可以通過把驅動空氣循環(huán)冷凍機的壓縮機和膨脹機的電動機用發(fā)電機馬達實現(xiàn)。
另外，在本申請發(fā)明中，通過使接受由膨脹機產生的動力同時又驅動壓縮機的電機作成雙重結構，可以通過物理方式分開膨脹機的軸和壓縮機的軸而實現(xiàn)。例如，膨脹機的軸形成發(fā)電機部的轉子，壓縮機的軸形成為電動機的轉子。進而，也可以裝備發(fā)電機，其把發(fā)電機部和電動機部的定子形成一體，把由膨脹機的動力產生的電力與從外部供給的電力供給電動機部。
通過這些方式，為得到所要求的冷卻室的溫度，不用從外部供給電力，通過使壓縮機和膨脹機以最佳效率的轉速轉動，各自在具有最佳效率的工作點工作，結果，不會降低空氣循環(huán)冷凍機的制冷系數(shù)。
另外，在本申請發(fā)明中，在空氣循環(huán)冷凍機的低溫熱量回收熱交換器和排熱回收熱交換器中以中間熱媒體為媒介控制熱交換量。通過在低溫熱量回收熱交換器和排熱回收熱交換器/冷卻熱交換器中以中間媒體為媒介，即使作為冷卻流體的外部空氣或從冷卻室返回的空氣溫度變動，通過使中間媒體的流量變化，在低溫熱量回收熱交換器中，控制由負荷變化而改變流量和溫度的膨脹機入口的空氣溫度，與膨脹機的轉速無關，使膨脹機排出溫度成為所希望的值，從而控制供給空調室的空氣溫度；而在排熱回收熱交換器中，即使外部氣體溫度變化，也可以冷卻或熱回收溫度變化的壓縮機出口的高溫空氣，與壓縮機的轉速無關，通過把一定溫度的空氣送到低溫熱量回收熱交換器及把最理想溫度的空氣送到膨脹機，從而得到膨脹機最佳效率的轉速，控制供給冷卻室的空氣濕度。
在本申請的發(fā)明中，在空氣循環(huán)冷凍機中設置控制再生溫度可控制除濕量的除濕器(除濕轉子)和通過開閉控制擋板控制除濕量的除濕機進行冷卻室的濕度控制。理想的是在壓縮機的上游設置除濕轉子且在膨脹機的下游設置除濕機的空氣循環(huán)冷凍機中，在由外部空氣冷卻熱回收或冷卻從壓縮機排出的高溫空氣的排熱回收熱交換器/冷卻熱交換器設有中間媒體，通過改變中間媒體的流量使交換熱量變化，從由負荷變動及外部空氣溫度變動而改變流量和溫度的壓縮機出口的高溫空氣中回收熱量，與壓縮機的轉速無關，通過得到除濕轉子的理想再生空氣溫度控制供給冷卻室的空氣濕度；另外，在膨脹機的出口空氣溫度達到以零下產生雪和冰時可由帶旁通機構的具有過濾器的除濕機除去一部分雪和冰，把理想濕度的空氣送到冷卻室，從而控制冷卻室的濕度。
然而，在除濕轉子可以吸收在位于配置該除濕機的低濕空氣中露點以下的水份時，可以不設置該除濕機。作為這樣高性能的除濕轉子可以舉出使用沸石的多級吸附轉子。
使應流入空氣壓縮裝置的外部空氣或與外部空氣混合從室內回收的空氣中的一部分旁通除濕轉子而在空氣壓縮裝置的上游混合，可使大型除濕轉子小型化，實現(xiàn)降低裝置的尺寸和成本。
在本發(fā)明中，在空氣循環(huán)冷凍機中設置控制再生溫度可控制除濕量的除濕轉子和控制除濕量的除濕機，把得到的干燥空氣送到倉庫。在向冷凍冷藏倉庫導入低溫空氣的空氣循環(huán)冷凍機中，為與上述同樣地承受倉庫的負荷變動，裝備具有控制流量的中間媒體作為熱交換媒體的低溫熱量回收熱交換器，并裝備由壓縮機得到的高溫度的空氣加熱外部空氣的、具有控制流量的中間媒體作為熱交換媒體的排熱回收熱交換器，利用加熱的空氣作為除濕轉子的再生熱源，把得到的低濕度空氣送到由進入外部空氣而容易發(fā)生結露的高溫度的冷凍冷藏倉庫而供給濕度負荷。另外，使從空氣循環(huán)冷凍機排出的低溫空氣通過可控制除濕量的除濕機，并將該低溫空氣送入容易結冰的低溫度的冷凍冷藏庫中，防止結冰。
更具體的是，本申請的發(fā)明的空調系統(tǒng)具有導入第一空氣的壓縮機；導入由壓縮機壓縮的第一空氣的熱交換器；導入由熱交換器進行了熱交換的第一空氣，并用連接機構與壓縮機連接的膨脹機。該空調系統(tǒng)內還具有除濕器，通過由熱交換器與第一空氣進行熱交換的第二空氣降低除濕器的除濕劑的水份。在此，除濕器(除濕轉子)的設置位置沒有特別限定，設在壓縮機導入前，壓縮機導入后熱交換器導入前、熱交換器導入后膨脹機導入前、膨脹機導入后中的任何位置均可，理想的是壓縮機導入前，壓縮機導入后熱交換器導入前，熱交換器導入后膨脹導入前。最理想的是由除濕器除濕的第一空氣導入壓縮機。另外除濕器(除濕轉子)的設置數(shù)量也不限定為一處，也可以設置多處。
另外，本申請的發(fā)明的空調系統(tǒng)具有導入第一空氣的壓縮機；導入由壓縮機壓縮的第一空氣的熱交換器；導入由熱交換器進行了熱交換的第一空氣，并用連接機構與壓縮機連接的膨脹機。該空調系統(tǒng)內還具有除濕器，在第一空氣導入所述壓縮機前混合比第一空氣溫度低的空氣。在此，理想的是由除濕器除濕的第一空氣導入壓縮機。
另外，本申請的發(fā)明的空調系統(tǒng)具有導入第一空氣的壓縮機；導入由壓縮機壓縮的第一空氣的熱交換器；導入由熱交換器進行了熱交換的第一空氣，并用連接機構與壓縮機連接的膨脹機。該空調系統(tǒng)內還具有除濕器，具有切換閥，其有選擇地把由熱交換器與第一空氣進行熱交換的第二空氣和由膨脹機排出的第一空氣中的任何一個導入作為空調對象的空間。在此，理想的是由除濕器除濕的第一空氣導入壓縮機。
本申請的發(fā)明的空調系統(tǒng)具有導入第一空氣的第一壓縮機；導入由所述第一壓縮機壓縮的所述第一空氣的第一熱交換器；導入由所述第一熱交換器進行了熱交換的所述第一空氣，并用連接機構與所述第一壓縮機連接的第一膨脹機。該空調系統(tǒng)內還具有導入第三空氣的第二壓縮機；導入由所述第二壓縮機壓縮的所述第三空氣的第二熱交換器；導入由所述第二熱交換器進行了熱交換的所述第三空氣，并用連接機構與所述第二壓縮機連接的第二膨脹機；第一及第二除濕凍結裝置，其可導入由所述第一膨脹機膨脹的所述第一空氣和由所述第二膨脹機膨脹的所述第三空氣，構成可以凝固所述第一空氣和所述第三空氣混合的結果的該混合空氣中含有的水份；切換閥，其設置在所述第一和第二除濕凍結裝置內，可使其中任一個動作。在此，理想的是利用所述空調系統(tǒng)產生的熱，融解凝固在處于非工作狀態(tài)的除濕凍結裝置內的水份。另外，理想的是在所述空調系統(tǒng)內還具有除濕器，通過由所述第一熱交換器與所述第一空氣進行熱交換的第二空氣降低所述除濕器中的除濕劑的水份。另外，在融解除濕凍結裝置內的凝固水份時，可以利用空調系統(tǒng)內產生的熱量(理想的是排熱)。例如，利用由所述第一熱交換器與所述第一空氣進行熱交換的第二空氣的熱量或由所述第二熱交換器與所述第三空氣進行熱交換的空氣的熱量。另外，在以后的最佳實施方式中，是利用從低溫熱量回收熱交換器的排熱，也可以利用從排熱回收熱交換器的排熱。另外，除濕凍結裝置也可以設置兩個以上。
本申請的發(fā)明的所述空調系統(tǒng)中的連接機構理想的是具有壓縮機和膨脹機共用的定子，插入定子中的壓縮機的第一軸，插入定子中以與第一軸不同轉速轉動的膨脹機的第二軸。另外，由第二軸的轉動在定子上產生的電力中的至少一部分供給用于使第一軸轉動的定子。
另外，本申請的基礎申請的日本國特愿2003-409964的內容全部記入本說明書中。


圖1是本申請發(fā)明的第一實施方式的帶控制功能的空氣循環(huán)冷凍空調系統(tǒng)圖；圖2是本申請發(fā)明的第二實施方式的帶除濕功能的空氣循環(huán)空調系統(tǒng)(除濕制冷時)的流程圖；圖3是本申請發(fā)明的第三實施方式的帶除濕功能的空氣循環(huán)空調系統(tǒng)(除濕制冷時)的流程圖；圖4是本申請發(fā)明的第三實施方式的帶除濕功能的空氣循環(huán)空調系統(tǒng)(加濕采暖時)的流程圖；圖5是本申請發(fā)明的第四實施方式的帶除濕功能的空氣循環(huán)冷凍冷藏空調系統(tǒng)的流程圖；圖6是本申請發(fā)明的第四實施方式的帶除濕功能的空氣循環(huán)冷凍冷藏空調系統(tǒng)的流程圖；圖7是本申請發(fā)明的第五實施方式的帶除濕功能的空氣循環(huán)冷凍冷藏空調系統(tǒng)的流程圖；圖8是本申請發(fā)明的第五實施系統(tǒng)安裝在冷凍系統(tǒng)時的模式圖；圖9是本申請發(fā)明的第二實施的變形例帶除濕功能的空氣循環(huán)冷凍冷藏空調系統(tǒng)的流程圖；圖10是本申請發(fā)明的第六實施系統(tǒng)帶除濕功能的空氣循環(huán)冷凍冷藏空調系統(tǒng)的流程圖；圖11是本申請發(fā)明的第六實施的變形例帶除濕功能的空氣循環(huán)冷凍冷藏空調系統(tǒng)的流程圖。
具體實施例方式
圖1是本申請發(fā)明的第一實施方式帶控制功能的空氣循環(huán)冷凍空調系統(tǒng)的流程圖。
導入除濕轉子2的處理側2a除濕過的外部空氣1經壓縮機6、多個熱交換器、膨脹機4和除濕器18進入冷卻室14。在本實施方式，也可以使外部空氣11經過排熱回收熱交換器10。排熱回收熱交換器10由外部空氣11回收其熱量。另外，在本實施方式，也可以使外部空氣經過低溫熱量回收熱交換器13。低溫熱量回收熱交換器13通過從冷卻室14排出的空氣進行熱回收。
在本實施方式，壓縮機6和膨脹機4共用定子3，由發(fā)電機部5和電動機部7構成的機構連接。該發(fā)電機部5把膨脹機4的轉軸4a與轉子4b連接；該電動機部7把壓縮機6的轉軸6a與轉子6b連接。由發(fā)電機部5產生的電力5a與從外部供給的電力7a由通過同步控制進行控制的電力控制器8a進行調整，作為驅動電力(調整電力)7b使發(fā)電機馬達8轉動。發(fā)電機馬達8通過驅動壓縮機6壓縮空氣使其成為高溫高壓。
排熱回收熱交換器10以可改變流量的中間媒體(中間熱媒體)9為熱媒體。通過改變中間媒體9的流量控制交換熱量，同時把供給排熱回收熱交換器10的外部空氣11加熱到所要求的溫度。通過被加熱的高溫外部空氣導入除濕轉子2的再生側2b，可使除濕轉子2干燥。進而，該排氣送向熱水器21產生熱水22。
在排熱回收熱交換器10中冷卻的空氣導入通過改變中間媒體(中間熱媒體)12的流量可控制交換熱量的低溫熱量回收熱交換器13中，由冷卻室14返回的空氣冷卻成所希望的溫度，進入膨脹機4中?？諝庠诖伺蛎洺蔀榈蜏氐蛪?，通過具有旁通機構16的過濾器17經可控制除濕量的除濕機18進入冷卻室14，形成規(guī)定的溫度和濕度，供給熱負荷和濕度負荷。
根據本實施方式，由于空氣循環(huán)冷凍機的壓縮機6的轉軸6a和膨脹機4的轉軸4a以物理方式分開，所以各自可以獨立的轉速轉動。這樣，即使冷卻室所求的溫度和熱負荷變化，各個壓縮機和膨脹機可以最高效率的轉速運行，實現(xiàn)節(jié)省電力和提高冷卻效率。
根據本實施形式，由于把相當于膨脹機4和壓縮機6的轉速差的發(fā)電電力5a與外部供給電力7a一起供給驅動壓縮機的電動機，所以可節(jié)約驅動壓縮機的電量，實現(xiàn)再利用膨脹機4的能量。
根據本實施方式，由于可調整中間熱媒體9，12的流量，所以不管改變冷卻室的設定溫度和外部氣溫變化，可以靈活地進行作業(yè)條件的調整，從而高效得到所希望的溫度。另外，由于可改變交換熱量，所以，即使在熱負荷和外部氣溫度變化時也可以很容易使冷卻室的溫度保持一定。
根據本實施例，通過以中間熱媒體為媒介控制空氣循環(huán)冷凍機的低溫熱量回收熱交換器和排熱回收熱交換器中的熱交換熱量，不管冷卻室的溫度和負荷，可得到發(fā)揮最高效率的壓縮機和膨脹機的轉速。通過其中之一或其組合，可對應較寬的冷卻溫度，即使冷卻室的溫度和外部空氣溫度的熱負荷中一個以上的因素怎樣變動，都可以構筑可保持高效率的空氣循環(huán)冷凍冷藏空調裝置。
另外，作為本實施方式的變形例，舉出作為除濕轉子2，使用采用沸石的多級吸附轉子，且不使用除濕機18的形態(tài)。此時，由于該轉子具有極高的吸水能力，所以可以吸附導入壓縮機6中的空氣中所含的大部分水份。結果，此時的空氣中所含的水份量成為從膨脹機4放出的低溫空氣中的露點以下。從而，即使此時的空氣從膨脹4放出，也不會產生在此時的低溫空氣中形成雪的問題。其結果當然可以不要除濕機18。
本實施方式的幾個特征，可單獨發(fā)揮效果，如果合起來能進一步發(fā)揮效果。
圖2是把適用于本發(fā)明的帶控制功能的空氣循環(huán)冷凍空調系統(tǒng)作為制冷空調裝置動作的、本發(fā)明的第二實施方式的流程圖。
把從空調室101返回的空氣102作為排氣空氣103排出的同時，把其中的一部分空氣104與導入的外部空氣108混合。混合后的空氣109送到除濕除子105的處理側105a除濕。由與實施方式1相同機構的發(fā)電機馬達113驅動的膨脹機115連動驅動壓縮機117，除濕的空氣110導入該壓縮機117中，經壓縮成為高溫高壓的空氣118。該空氣理想的是導入以可控制流量的中間媒體119作為熱交換器媒體的排熱回收熱交換器120中，通過加熱導入此的外部空氣121使溫度下降。更理想的是也可以把該空氣送到以可控制流量的中間媒體129作為熱交換媒體的由外部空氣122冷卻的冷卻熱交換器123中?？諝饨浝鋮s成為比外界空氣溫度稍高的空氣124送到膨脹機115中。
空氣124保持高的壓力，經過膨脹機115其溫度和壓力下降，形成控制成所希望溫度和濕度的空氣125，供給空調室101。
由排熱回收熱交換器120加熱的外部空氣121成為高溫空氣126，送到除濕轉子105的再生側105b中，使除濕轉子105干燥，排出。用于冷卻冷卻熱交換器123的外部空氣122成為高溫排出。
另外，也可以取代此時適用的發(fā)電機馬達113，使用其他形式的電機和發(fā)動機。在此，使用發(fā)動機時，也可以構成使排氣透平和壓縮機和/或膨脹機同軸連結。(在把兩者同軸連結時，例如，如圖9所示設置另外的壓縮機；在只把其中任一個同軸連結時，例如，另一個由其他的轉動方式(例如電動機)轉動。)根據本實施方式，由于把用排熱回收熱交換器120加熱的外部空氣126用于干燥除濕轉子105，所以可節(jié)約用于除濕的能量。另外，通過把用于熱回收的熱交換器與冷卻熱交換器和排熱回收熱交換器分離，可以用與冷卻循環(huán)系統(tǒng)的空氣獨立的外部空氣冷卻其一部分。通過在熱交換器中以可控制流量的中間熱媒體為媒介，可以供給空調室不改變溫度和濕度的空氣。
根據本實施方式，由于從冷卻室排出的空氣的一部分再次作為冷卻的空氣返回，所以從冷卻室排出的空氣的溫度比外部空氣低，所以可用少量的能量進行冷卻，通過對應冷卻負荷調整返回量可以實現(xiàn)最佳條件下的工作。
通過其中一個或其組合，可以構筑具有可承受負荷變化和外部空氣溫度改變的優(yōu)點的空氣循環(huán)空調裝置。
圖3是本發(fā)明第三實施方式的帶控制功能空氣循環(huán)冷凍空調系統(tǒng)的制冷空調裝置。在本實施方式，除濕轉子105中具有旁通路徑106是其特點。
與圖2相同的要素采用相同編號并省略其說明。在本實施方式中，從空調室101全部返回空氣102的一部分作為排出空氣103排出，剩下的空氣作為返回空氣104，其中一部分作為除濕轉子105的旁通空氣106，剩下的返回空氣107與導入的外部空氣108混合作為除濕處理空氣109送到除濕轉子105的處理側105a除濕。除濕后的空氣110溫度上升，但與除濕轉子旁通空氣106混合，濕度稍微上升，成為溫度下降的混合空氣111，經過在第二實施方式中已經說明的壓縮機和熱交換器及膨脹機，導入空調室。
根據本實施方式，由于旁通空氣106導入除濕后的空氣110中，所以傳送到處理側105a的空氣流量變小，在系統(tǒng)中可以使作為大部件的除濕轉子105變小，從而可實現(xiàn)系統(tǒng)小型化并降低成本。另外，由于通過混入旁通空氣使導入壓縮機117中的空氣溫度下降，所以可以減少壓縮機的動力，節(jié)省冷凍機的能量。
圖4是本發(fā)明第二或第三實施方式的變形例，是把這些實施方式(圖2、圖3)中的帶除濕功能的空氣循環(huán)空調系統(tǒng)作為采暖加濕系統(tǒng)工作的流程圖。在本變形例，除去以下各點，與圖2或圖3中第二或第三實施方式的系統(tǒng)工作相同。
第二或第三實施方式，是使作為對象的室的溫度降低同時進行除濕的除濕制冷系統(tǒng)。與此相對，在本變形例，是使作為對象的室的溫度上升同時進行加濕的加濕采暖系統(tǒng)。為實現(xiàn)與前述不同的功能，在本變形例，不采用排出除濕冷卻的膨脹機出口空氣125而是使其經過熱交換器120變暖，經過除濕轉子105加濕了的出口空氣127導入空調室101，提供加濕供暖。另外也可以把不經過除濕轉子105的出口空氣126導入空調室。
也可以把第三實施方式與本變形例結合起來。此時，可設置一個切換閥(圖中未示出)，其可以把膨脹機115出口的除濕冷卻空氣125和除濕轉子105的經加濕變暖的出口空氣127有選擇地導入冷卻室101。該切換閥只要是具有可選擇從兩個輸入路徑輸入的空氣中的任意一種，或者具有以適當比率混合的功能的通用的切換閥就可以。另外，作為用閥切換的對象的空氣，也可以使用不經過除濕轉子105的出口空氣126。
圖5是本發(fā)明第四實施方式帶除濕功能空氣循環(huán)空調冷凍裝置作為冷凍冷藏裝置工作時的流程圖。
從冷凍冷藏倉庫501返回的空氣502導入以可控制流量的中間熱媒體503為熱交換媒體的低溫熱量回收熱交換器504中，成為溫度上升的空氣505?？諝?05導入壓縮機511，進一步壓縮成為高溫度高壓力的空氣512。該壓縮機511通過軸510與由本發(fā)明實施方式1的發(fā)電機馬達或通常的電機、發(fā)動機506等驅動的膨脹機509連動而被驅動。該空氣導入以可控制流量的中間媒體513作為熱交換器媒體的排熱回收熱交換器514，通過加熱外部空氣515使自身溫度下降。另外，理想的是該空氣送入以可控制流量的中間熱媒體503為熱交換媒體的，由返回空氣502冷卻的低溫熱量回收熱交換器504并被冷卻?？諝獬蔀楸壤鋬鰝}庫501中的溫度稍高的空氣516，送入膨脹機509中?？諝?16保持高的壓力驅動膨脹機509，溫度和壓力都下降。此后，理想的是空氣經過可控制除濕量的除濕機507，供給冷凍倉庫501，提供冷凍。
在排熱回收熱交換器514加熱的外部空氣515成為高溫空氣518，送到除濕轉子519的再生側519b中使除濕轉子519干燥再排出。由冷卻熱交換器504加熱的返回空氣502成為高溫空氣返回壓縮機511中。
在與冷凍倉庫相鄰的比冷凍倉庫溫度高的前室520中，用供氣風扇522供給來自冷凍倉庫501的冷氣521。這樣，吸收熱負荷成為換氣523用換氣風扇524驅動返回冷凍倉庫1。其中，所謂熱負荷是指每單位時間可冷卻的熱量，例如每小時3000千卡。從前室520返回的空氣525的大部分導入除濕轉子處理空氣側519a被除濕。其結果，成為低濕度的空氣526。該空氣把可控制流量的中間熱媒體527作為熱交換媒體，導入以外部空氣528冷卻的冷卻熱交換器529，以比外部空氣溫度稍高的溫度導入前室520。這樣，該空氣由冷氣521冷卻同時提供濕負荷(單位時間可除濕的水份量)。
根據本實施方式，由于濕度低的空氣導入前室520，所以即使?jié)駳鈴耐獠窟M入或由操作人員出汗而產生水份，都可以抑制室內濕度上升，可使室內濕度總保持一定。其結果，可以防止室內結露。
根據本實施方式，可以由與冷卻循環(huán)系統(tǒng)的空氣相獨立的外部空氣冷卻排熱回收熱交換器。另外，根據本實施方式，在低溫熱量回收熱交換器和排熱回收熱交換器中可控制流量的中間熱媒體作為熱交換媒體存在。由此，不改變溫度的空氣送到冷凍冷藏室，不改變濕度的空氣送到冷凍冷藏室的前室等，可以構筑可靈活對應負荷變動和外部空氣溫度變動的空氣循環(huán)冷凍冷藏裝置。
根據本實施例，可以得到不結露、不結冰的濕度和適應不同種類負荷的濕度。根據本實施例，由于可以用排熱回收的熱干燥除濕轉子519，從而可以得到高效率合適的濕度。
圖6是第四實施方式的變形例。在該實施方式中，其特征是將冷卻熱交換器525變更為轉動式的顯熱轉子530。低濕空氣525送到顯熱轉子530的高溫側530a中，把外界空氣528送到顯熱轉子530的低溫側530b進行熱交換。
一般的顯熱轉子比冷卻熱交換器效率高。根據本變形例，可以使被冷卻空氣的溫度更低。
圖7是本發(fā)明第五實施方式的冷卻系統(tǒng)。在本實施方式中，把第一實施方式(參照圖1)的系統(tǒng)用于冷卻冷藏倉庫的同時，作為排熱回收熱交換器710和低溫熱量回收熱交換器713的中間媒體，采用具有在高溫側蒸發(fā)在低溫側凝縮的媒體的熱管719、720。這樣，可使系統(tǒng)簡單，實現(xiàn)降低裝置價格及小型化。另外，圖中702表示壓縮機，704表示膨脹機，708是發(fā)電機馬達，711表示外部空氣、冷卻水和給水，714表示冷凍倉庫，718表示除濕器。
圖8表示本實施方式的圖7的冷卻系統(tǒng)用于冷凍冷藏集裝箱時的模式圖。本實施方式例如以圖8左圖所示的方式配置在集裝箱內。圖8右圖表示集裝箱的剖面圖。其特征是，排出的低溫空氣排向在冷凍冷藏集裝箱的里面設置的冷氣排出通路820，冷氣不直接排向箱內，低溫熱量傳送給低溫熱量輻射板821，從冷卻的低溫熱量輻射板821向箱內的冷凍冷藏物品822傳遞低溫熱量。另外，圖中，804、806及808是發(fā)電機馬達驅動空氣壓縮膨脹機單元，810是熱管空氣冷卻器，813是熱管低溫熱量回收熱交換器。
根據本實施方式，由于冷氣不直接接觸冷凍冷藏物品，所以可以均勻冷卻物品。
圖9表示本發(fā)明第二實施方式(參照圖2)系統(tǒng)的變形例。在該系統(tǒng)，其特點不是如第二實施方式那樣把冷卻對象空氣直接導入壓縮機117中，而是把空氣在增壓器114中進行預備壓縮再導入壓縮機117中。也就是，在該變形例通過由增壓器114和壓縮機117組成的兩級空氣壓縮裝置112進行兩級壓縮。增壓器114由通用的電機或發(fā)動機113驅動，壓縮機117由膨脹機115驅動。
所述兩級空氣壓縮裝置也可以用于第三乃至第六實施方式中。
通過實行本實施方式的兩級空氣壓縮，可以直接連結壓縮機117和膨脹機115，從而簡化機構。此時，壓縮機117由于以與膨脹機115相同的轉速轉動，所以使膨脹機以最佳轉速工作時不一定發(fā)出最佳效率，而因為增壓器114能夠以與壓縮機117不同的轉速轉動，所以可在最佳效率轉動。其結果兩級空氣壓縮裝置112整體得到最佳效率。
以下，參照圖10詳細說明本發(fā)明第六實施方式的冷卻系統(tǒng)。通常，急速冷凍食品時要吹進冷風。此時，在冷凍對象含有油脂成份時，油脂微粒會混進吹進的冷風中。而且，把該冷風送進冷卻系統(tǒng)時，會使風扇和配管中附著油脂成份，成為產生霉變和細菌的原因。在本冷卻系統(tǒng)中，可以形成不把凍結庫中的冷卻空氣送到系統(tǒng)中同時也可以得到極低溫的干燥空氣的結構。在此，圖中，901及941表示外部空氣，903表示除濕轉子，905和927表示壓縮機，907和929表示與實施方式1相同機構的發(fā)電機馬達，909及931表示膨脹機，911表示排熱回收熱交換器，913表示低溫熱量回收熱交換器，915及917表示除濕凍結裝置，919，921，923及925表示切換閥，933表示熱交換器，935表示凍結庫。另外，關于凍結庫中的冷卻空氣不送到系統(tǒng)內這一點的特征在以下詳細說明，而其他的構成要素(例如除濕轉子，壓縮機，熱交換器和膨脹機等)由于與前述的其他的實施方式相比沒變化，所以省略這些構成要素的說明。
首先，本系統(tǒng)的第一特點是設置可以把出自膨脹機909的低溫空氣進一步冷卻至極低溫的除濕凍結裝置915及917。在此，該除濕凍結裝置915及917構成通過導入在空氣循環(huán)冷凍機(循環(huán)X)中循環(huán)的極低溫空氣(例如在膨脹機931出來的溫度-80℃)，通過熱交換冷卻出自膨脹機909的低溫空氣(例如為0℃，3.5g(水)/kg(空氣))。在此，在把低溫空氣冷卻為超低溫的過程中，低溫空氣中含有的水中超過露點的水份，作為雪積蓄在該除濕凍結裝置915或917中。這樣，從該除濕凍結裝置915或917排出的超低溫空氣(例如-70℃)成為只含有該溫度的露點以下的水份的干燥空氣(例-70℃0.003g(水)/kg(空氣))。
另外，本系統(tǒng)的第二特點是如上所述具有多個(例如兩個)編號為915和917的除濕凍結裝置，且這些裝置可互相切換。如所述第一特點說明的那樣，通過在除濕凍結裝置內把空氣冷卻到極低溫而在該除濕凍結裝置內把超過露點的水份凍結。由于采用這種原理，持續(xù)工作時在該除濕凍結裝置中雪冰積蓄的結果會使路徑堵塞而不能正常工作。為在這種狀態(tài)下可繼續(xù)工作，在本系統(tǒng)中，設置多個除濕凍結裝置(除濕凍結裝置915及917)，形成在一個除濕凍結裝置工作后，其內部積蓄冰時把冷卻線路切換到另一個不積蓄冰的除濕凍結裝置中的結構。具體地是該切換由切換閥919、921、923及925的操作進行，通過這些閥的切換，從膨脹機931排出的極低溫空氣可以導入除濕凍結裝置915及917中任何一方。
以下，圖11表示第六實施方式的變形例。在一個除濕凍結裝置處于動作狀態(tài)期間，另一個除濕凍結裝置為準備下次使用必須融解內部的冰。在本變形例，構成利用冷卻系統(tǒng)內的熱交換器的排熱除霜的裝置。根據這樣的構成，由于在更短時間可以融解除濕凍結裝置內的冰，而達到可切換的狀態(tài)，同時也可以縮小除濕凍結裝置的尺寸。另外，壓縮機905壓縮的空氣在熱交換器913中由于可與除濕凍結裝置內的超低溫空氣進行熱交換，所以可以使導入膨脹機909之前的空氣的溫度變得非常低。
在此，圖中937及939是切換閥，通過切換該閥，在低溫熱量回收熱交換器913中進行了熱交換的空氣導入除濕凍結裝置915及917中處于非動作狀態(tài)的除濕凍結裝置中。
另外，在圖10及圖11中表示的形態(tài)，導入壓縮機(第二壓縮機)927的空氣(第三空氣)是從除濕凍結裝置915或917返回的空氣。例如，空氣也可以是外部空氣。此時，通過組合多個(例如五個)由壓縮機、熱交換器和膨脹機構成的單元，可以得到極低溫空氣(通常每一個單元可以下降25～30℃左右)。另外，在圖10及圖11中表示的形態(tài)，采用與實施方式1相同機構的發(fā)電機馬達907和929。也可以把這兩個電機中的一個或全部換成圖9的兩級壓縮裝置(增壓器114和壓縮機117等)。
在本說明書中，講述了幾種實施方式都是適用于空調系統(tǒng)的改進。通過適當組合這些實施方式的特點可以得到具有多個特點的空調系統(tǒng)。所述空調系統(tǒng)是在本發(fā)明的目標范圍中。另外，在本說明書，為敘述方便，講述了各實施方式的效果。即使是不具備該效果的部分當然也屬于本發(fā)明。
權利要求
1.一種空調系統(tǒng)，其具有導入第一空氣的壓縮機；導入由所述壓縮機壓縮的所述第一空氣的熱交換器；導入由所述熱交換器進行了熱交換的所述第一空氣，并用連接機構與所述壓縮機連接的膨脹機，其特征在于，在所述空調系統(tǒng)內還具有除濕器，通過由所述熱交換器與所述第一空氣進行熱交換的第二空氣降低所述除濕器的除濕劑的水份。
2.如權利要求1所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，由所述除濕器除濕的所述第一空氣導入壓縮機。
3.一種空調系統(tǒng)，其具有導入第一空氣的壓縮機；導入由所述壓縮機壓縮的所述第一空氣的熱交換器；導入由所述熱交換器進行了熱交換的所述第一空氣，并用連接機構與所述壓縮機連接的膨脹機，其特征在于，在所述空調系統(tǒng)內還具有除濕器，所述第一空氣導入壓縮機前混合比所述第一空氣溫度低的空氣。
4.如權利要求3所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，由所述除濕器除濕的第一空氣導入壓縮機。
5.如權利要求3或4所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，所述低溫空氣從所述空調系統(tǒng)空調的對象的空間導入。
6.一種空調系統(tǒng)，其具有導入第一空氣的壓縮機；導入由所述壓縮機壓縮的所述第一空氣的熱交換器；導入由所述熱交換器進行了熱交換的所述第一空氣，并用連接機構與所述壓縮機連接的膨脹機，其特征在于，在所述空調系統(tǒng)內還具有除濕器，還具有切換閥，其有選擇地把由所述熱交換器與所述第一空氣進行熱交換的第二空氣和由所述膨脹機排出的所述第一空氣中的任何一個導入作為空調對象的空間。
7.如權利要求6所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，由所述除濕器除濕的所述第一空氣導入壓縮機。
8.如權利要求6或7所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，所述第二空氣是導入所述除濕器降低除濕劑的水份后的空氣。
9.一種空調系統(tǒng)，其具有導入第一空氣的第一壓縮機；導入由所述第一壓縮機壓縮的所述第一空氣的第一熱交換器；導入由所述第一熱交換器進行了熱交換的所述第一空氣，并用連接機構與所述第一壓縮機連接的第一膨脹機，其特征在于，其還具有導入第三空氣的第二壓縮機；導入由所述第二壓縮機壓縮的所述第三空氣的第二熱交換器；導入由所述第二熱交換器進行了熱交換的所述第三空氣，并用連接機構與所述第二壓縮機連接的第二膨脹機；第一及第二除濕凍結裝置，其可導入由所述第一膨脹機膨脹的所述第一空氣和由所述第二膨脹機膨脹的所述第三空氣，構成可以凝固所述第一空氣和所述第三空氣混合的結果的、該混合空氣中含有的水份；切換閥，其設置在所述第一和第二除濕凍結裝置內，可使其中任一個動作。
10.如權利要求9所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，利用所述空調系統(tǒng)產生的熱融解凝固在處于非工作狀態(tài)的除濕凍結裝置內的水份。
11.如權利要求10所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，所述熱量是利用由所述第一熱交換器與所述第一空氣進行熱交換的第二空氣的熱量或由所述第二熱交換器與所述第三空氣進行熱交換的空氣的熱量。
12.如權利要求9～11中任一項所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，所述空調系統(tǒng)內還具有除濕器，通過由所述第一熱交換器與所述第一空氣進行熱交換的第二空氣降低所述除濕器中的除濕劑的水份。
13.如權利要求9～12中任一項所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，由所述除濕器除濕的所述第一空氣導入壓縮機。
14.如權利要求1～13中任一項所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，所述連接機構具有所述壓縮機和所述膨脹機共用的定子；插入所述定子中的所述壓縮機的第一軸；插入所述定子中以與所述第一軸不同轉速轉動的所述膨脹機的第二軸。
15.如權利要求14所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，由所述第二軸的轉動在所述定子上產生的電力中的至少一部分供給用于使所述第一軸轉動的所述定子。
16.如權利要求1～13中任一項所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，至少具有兩個所述壓縮機，并構成所述連接機構，以使一個所述壓縮機與所述膨脹機以相同轉速轉動。
17.如權利要求1～16中任一項所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器含有可控制流量的中間媒體。
18.一種空調系統(tǒng)，其具有空調機構，該空調機構具有導入第一空氣的壓縮機；導入由所述壓縮機壓縮的所述第一空氣的熱交換器；導入由所述熱交換器進行了熱交換的所述第一空氣，并用連接機構與所述壓縮機連接的膨脹機，其特征在于，所述空調系統(tǒng)內還具有除濕器，還具有向適用該空調系統(tǒng)的空調室中，至少溫度或濕度不同相互交換空氣的至少兩個區(qū)域至少一個區(qū)域供給除濕了空氣的裝置。
19.如權利要求18所述的空調系統(tǒng)，其特征在于，由所述除濕器除濕的所述第一空氣導入壓縮機。
全文摘要
一種即使在外界氣溫變化的情況下，在使冷卻室得到規(guī)定的溫度和濕度時不降低冷凍機效率的冷卻系統(tǒng)。該空調系統(tǒng)具有除濕器；導入第一空氣的壓縮機；導入由壓縮機壓縮的第一空氣的熱交換器；導入由熱交換器進行了熱交換的第一空氣，并用連接機構與壓縮機連接的膨脹機。該空調系統(tǒng)通過由熱交換器與第一空氣進行熱交換的第二空氣降低除濕器的除濕劑的水份。
文檔編號H02K16/02GK1839283SQ20048002405
公開日2006年9月27日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權日2003年12月9日
發(fā)明者二階勛, 三輪浩, 確正典 申請人:株式會社地球船