JP2004500534A - 冷空気冷却システム及びそのシステムのターボエキスパンダタービン - Google Patents

Abstract

冷空気冷却システムは、圧縮器１、二重チャンバ熱交換器２、ターボエキスパンダ６及び内部に設けられたファン５と空気冷却器４とを有する冷却チャンバ３を含む。ファン７は、ターボエキスパンダ６と同じシャフトに搭載される。熱交換器９、２の前方チャンバ、湿気分離器８及び熱交換器２の第２のチャンバは圧縮器１の入力に順次接続される。他の実施形態では、システムは、圧縮器４４及びターボエキスパンダ４９、二重チャンバ熱交換器４５、ファン４８及び空気冷却器４７を有する冷却チャンバ４６、二重チャンバ気化熱交換器５１及び湿気分離器５０を含む。気化熱交換器５１、４５の前方チャンバ、湿気分離器５０、ターボエキスパンダ４９、空気冷却器４７及び熱交換器４５の第２のチャンバは圧縮器４４の入口に、直列に順次接続されている。タービンホイール６６のベアリングディスク６７は、丸溝７０を介してディスク６７の経線方向の面と連結される内側ブレードの穴６９で具現化される。長手方向のマイクロ溝７１は、溝６９の表面上に形成される。マイクロ溝７１の断面の半径Ｒｋは、丸溝７０の半径Ｒｃｈの０．１から１．０であり、マイクロ溝７１間の間隔は半径Ｒｋの２倍を超えず、マイクロ溝７１の高さは半径Ｒｋの０．２から１．０である。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却装置に関し、特に空気冷却システム及びターボエキスパンダのターボホイールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷却装置（ＳＵ、Ａ、８０２７４０）は、熱交換器、冷却チャンバ及び冷却チャンバとの間に設けられた過給機により、ターボエキスパンダに接続される圧縮器からなる。
【０００３】
上記装置は、圧縮器の出力における空気の温度が充分に高い（約１２０℃から１４０℃）であるので熱交換冷却装置を必要とし、従って、冷却装置により使用される総電力は増加する。そのうえ、いくらかの量の水蒸気がある場合、それはノズルの冷凍、及びターボエキスパンダのヒータを作動させることになるかもしれない。
【０００４】
適用されるもっとも近い解決方法は、再生可能な熱交換器と内部にファン及び空気冷却器が搭載された冷却チャンバとともに、同一のシャフトに搭載される圧縮器及びターボエキスパンダを有する空気冷却装置（ＳＵ、Ａ、１２９００４０）である。
【０００５】
上記装置は冷凍生産性を弱めて経済的なものとするとともに、冷却チャンバの温度調整のパラメータを制限した。
タービンホイール（ＳＵ、Ａ１、０５９２１７）が知られており、これは、ブレードと、溝部により経線方向のディスク面と結合された一番近いブレードの側部により作られた内側ブレード導管とを有するベアリングディスクを有しており、そのディスク面は円の一部として現れる断面を有する長手方向のマイクロ導管を含んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
タービン流れ部分において、及び、特に作動しているホイールの内側ブレード導管の表面上で、湿気のある空気状態におけるマイナスの作業温度での作業中、氷層効果を引き起こすかもしれない。さらに、タービンホイールが、水分損失を引き起こす。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の重要な目的は、湿り気のある空気状態において及びフリーザ内におけるマイナス温度の下における装置の永続的な動作を提供するとともに、空気気化冷却及び気化熱交換器内を追加的に希薄にすることにより周囲の空気の露点即ち０℃まで装置内の一次空気温度の減少を提供する、冷却装置を作り出すことである。
【０００８】
空気冷却装置は、圧縮器、第１の熱交換器、タービンホイールを有するターボエキスパンダ、及び、第１のファンと内部に搭載される空気冷却器とを有する冷凍チャンバからなる。本発明によれば、前記チャンバは、ターボエキスパンダとともに同一のシャフトに搭載される第２のファンと、二重空洞熱交換器と、第１の湿気分離器とを備える。第１の熱交換器は二重空洞として具現化され、気化熱交換器の第１空洞、第１の湿気分離器、ターボエキスパンダ、空気冷却器及び第１熱交換器の第２の空洞は、従って、圧縮器の入力に接続されている。
【０００９】
提供される装置内への二重気化熱交換器の使用は、周囲の空気の露点にまで、供給空気の温度を減少させるようにする。すなわち、例えば、周囲の空気の温度が約＋５０℃であり相対湿度が約４０％であるとき、気化熱交換器内の空気は、、その温度が約＋３６℃にまで減少する。湿気分離器は、ターボエキスパンダのターボホイールへ供給される湿気のある空気を乾燥することを可能とする。
【００１０】
空気気化冷却プロセスの一定の保守のために、装置は、気化熱交換器の第２の空洞に接続された水タンクを備えるべきである。
両方の空気気化冷却のプロセスを強め、及び追加的な希薄化をするために、気化熱交換器の第２の空洞の入力及び出力の双方が、第２のファンによって大気に連通される。
【００１１】
装置は、排出器と、第１の調整弁と、第２の湿気分離器とを備えてもよく、排出器のパッシブノズルは気化熱交換器の第２の空洞及び第１の調整弁の双方によって大気に連通されており、排出器のアクティブノズルは第２のファンの入力に接続されている。それら寸法の全てが、気化熱交換器の第２の空洞内を希薄化するようにし、従って温度を大きく減少させる大気空気の気化冷却のプロセスを追加的に強化する。
【００１２】
ターボエキスパンダ内への供給空気圧力の増加のためにシステムの冷凍生産性を更に増加することは可能である。この目的のために、前記システムは、第３のファンを含み、気化熱交換器の第２の空洞の入力及び出力の両方が第３のファンにより大気に連通されている。第２のファンの入力は、圧縮器の出力に接続され、第２のファンの出力は気化熱交換器の第１の空洞の入力に接続される。
【００１３】
システムは、第２及び第３の二重調整弁を備え、熱交換器の第１の空洞は第１の熱交換器の第２の空洞及び圧縮器の入力に接続されており、第２の空洞は第４のファンにより大気に連通され、第３熱交換器の第１の空洞は気化熱交換器の第１の空洞及び第２のファンの出力に接続され、第２の空洞が第５のファンにより大気に連通されている。第２の調整弁は、圧縮器の入力及び出力の間に搭載されている。この場合、第２の熱交換器及び第４のファンの双方が、調整器として使用されてもよい。
【００１４】
システム内部の更なる空気の冷却及び乾燥のため、装置は、第４の二重空洞熱交換器と第６のファンと第３の湿気分離器とを追加的に備えており、第４の熱交換器の第１の空洞は第２のファンの入力を有する第３の湿気分離器によって圧縮器の出力に接続され、第２の空洞が第６のファンにより大気に連通されている。
【００１５】
湿気がその要素上で凍りつかずにマイナス温度の状況下における装置の効率的な仕事を提供するために、上記装置は、第１の吸収型湿気分離器、第１のレシーバ、第３及び第４の調整弁、第１及び第２のリバース弁、を備え、第１のリバース弁及び第１の吸収型湿気分離器は、気化熱交換器の第１の空洞と第１の熱交換器の第１の空洞との間に順次搭載されており、圧縮器の出力は第１のレシーバにより接続される。第４の調整弁は第１のリバース弁と第１の吸収型湿気分離器との間に接続され、圧縮器の入力は追加的に第３の調整弁により大気に連通され、第１のレシーバが第２のリバース弁により大気に連通される。
【００１６】
提案された装置の圧縮器の出力は、第１の気化熱交換器に接続することができ、装置は、熱交換機及び第７のファンとともに第５の二重空洞を付加的に備えている。第５の熱交換器の第１の空洞は圧縮器の出力及び気化熱交換器の第１の空洞の双方に接続されており、第２の空洞が第７のファンにより大気に連通されている。
【００１７】
装置は、第２のレシーバ、第２の吸収型湿気分離器、第３及び第４のリバース弁、第５、第６及び第７の調整弁を備え、第６の調整弁は、第２の空洞と、第４のリバース弁及び第２の吸収型湿気分離器の双方により圧縮器の入力に接続されている第１の熱交換器との間に搭載されている。圧縮器の出力は、第３のリバース弁、第２のレシーバ及び第５の調整弁により、第２の吸収型湿気分離器と第４のリバース弁との間に追加的に接続されている。圧縮器の出力は第３のリバース弁、第２のレシーバ及び第５の調整弁により第２の吸収型湿気分離器と第４のリバース弁との間に追加的に接続されており、圧縮器の出力は第７の調整弁によりさらに大気に連通されている。この影響により、余分な湿気の排除がなされる。
【００１８】
ノイズレベルを慎重に減少させるために、上記装置は、二重空洞熱交換器に加えて第８及び第９のファンを備えており、気化熱交換器の第２の空洞は、第８のファンにより大気に連通されている。第６の熱交換器の第１の空洞は第２のファンの入力及び出力の双方に接続されており、第２の空洞は第９のファンにより大気に連通されている。
【００１９】
装置は、第４の湿気分離器及び冷凍アキュムレータを備え、その両方がターボエキスパンダと空気冷却器との間に順次搭載されている。このような構成は、例えば冷凍チャンバのフロントドアを長時間開けた状態において、低温を保持する。
【００２０】
課題は、圧縮器とタービンホイールを有するターボエキスパンダとを備える空気冷却装置により解決されるであろう。圧縮器とターボエキスパンダの双方は同一のシャフトに搭載され、第１のファンと空気冷却器とを備えるフリーザが、二重空洞のひとつとして与えられる二重空洞気化熱交換器とともに、本発明に従って、装置内部に搭載される。気化熱交換器の第１の空洞は、第１の湿気分離器、ターボエキスパンダ、空気冷却器及び第１の熱交換器の第２の空洞とともに、圧縮器の入力に順次接続される。
【００２１】
実現化の第２の方法として、装置は、第１０のファンを備えることができる。気化熱交換器の第２の空洞は、第１０のファンにより大気に連通される。装置は第７の熱交換器及び第１１のファンを備え、第７の熱交換器の第１の空洞は圧縮器の出力及び気化熱交換器の第１の空洞の双方に接続されている。第２の空洞は、第１１のファンにより、大気に連通されている。上記装置は、気化熱交換器の第２の空洞に搭載されている水タンクを備えてもよい。その上、装置は、ターボエキスパンダと空気冷却器との間に順次搭載される第４の湿気分離器及び冷凍アキュムレータの双方を備えても良い。装置は第８の調整弁を含み、圧縮器の入力は、第８の調整弁により追加的に大気に連通される。
【００２２】
ターボエキスパンダ及び電気圧縮器とともに電気エンジンの構成が、ターボエキスパンダ及び圧縮器とともに同じシャフトに搭載されてもよい。上記エンジンは、ターボエキスパンダと、電気エンジンと、圧縮器とを含む本体からなり、電気エンジンのロータは、タービンとして実施化され、圧縮ホイールはベアリングに搭載されたシャフトに片持ちに搭載される。圧縮器のホイールベアリングと電気エンジンとの間の空洞は、圧縮器のリスタート導管の入り口に接続される。調整スロットルは、リスタート導管の内側に搭載される。ターボエキスパンダ及び電気圧縮器のそのような実施は、装置の経済性及び冷凍生産性を増加させることになる。
【００２３】
積まれた課題は、ブレードと、溝部によりディスクの長手方向の面と結合する一番近いブレードの側面により実現されるブレード間導管とを有するベアリングディスクを含む、タービンホイールにより解決される。ディスクの経線方向の面は円の一部としての断面を有する長手方向のマイクロ導管を含む。本発明によれば、上記マイクロ導管の断面の半径は溝部の半径の約０．１〜１．０であり、導管の間のピッチはマイクロ導管の半径の２倍より小さく、導管の高さはマイクロ導管の断面半径のおよそ０．２〜１．０である。
【００２４】
本発明により実施されたタービンホイールは、内部ブレード導管における流れの妨害を減少することによって、水分ロスを少なくするとともに、氷形成環境における効率を高めるようにする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
空気冷却装置は、圧縮器１（図１）、再生二重空洞熱交換器２、内部に搭載される空気冷却器４とファン５とを有する冷凍チャンバ３、シャフトに搭載されるファン７を有するターボエキスパンダ６、湿気分離器８、二重空洞熱交換器９、水タンク１０及び温度表示器１１を含む。気化熱交換器９の第１の空洞、熱交換器２の第１の空洞、湿気分離器８、ターボエキスパンダ６、空気冷却器４及び熱交換器の第２の空洞は、圧縮器１の入力に順次接続されている。水タンク１０は、気化熱交換器９の第２の空洞に接続されている。温度表示器１１は、冷凍チャンバ３に設けられている。気化熱交換器９の第２の空洞の入力及び出力は、第２のファン７により、大気に連通されている。
【００２６】
図２に示された装置は、排出器１２、調整弁１３及び湿気分離器１４を備えており、排出器１２の拡散器は気化熱交換器９の第２の空洞と調整弁１３の双方により大気に連通されている間、排出器１２のパッシブノズルは圧縮器１の出力に接続されている。排出器１２のアクティブノズルは、圧縮器１の出力に接続されており、排出器１２の拡散器は湿気分離器１４によりファン７の入力に接続されている。
【００２７】
図３の装置は、ファン１５を備え、気化熱交換器９の第２の空洞の入力及び出力の双方がファン１５により大気に連通されており、ファン７の入力が圧縮器１の出力に接続されている。ファン７の出力は、気化熱交換器９の第１の空洞の入力に接続されている。
【００２８】
本装置は、二重空洞熱交換器１６及び１７（図４）、ファン１８及び１９、及び調整弁２０を備えても良い。熱交換器１６の第１の空洞は熱交換器２の第２の空洞及び圧縮器１の入力に接続されている。熱交換器１６の第２の空洞はファン１８により大気に連通されており、熱交換器１７の第１の空洞は気化熱交換器９の第１の空洞及びファン７の出力の双方に接続されており、一方、熱交換器１７の第２の空洞はファン１９により大気に連通されている。調整弁は、圧縮器１の入力及び出力の双方の間に設けられている。
【００２９】
本装置は、二重空洞熱交換器２１、ファン２２及び湿気分離器２３を備えてもよい。熱交換器２１の第１の空洞は圧縮器１の出力に接続されており、且つ、湿気分離器２３により大気に連通されている。
【００３０】
図５に図示された装置は、吸収型湿気分離器２４、レシーバ２５、調整弁２６及び２７、及びリバース弁２８，２９を備えている。リバース弁２８及び吸収型湿気分離器２４は、レシーバ２５を介して、気化熱交換器２の第１空洞及び圧縮機１の出力の間に設けられており、調整弁２７はリバース弁及び吸収型湿気分離器２４の間に接続されている。加えて、圧縮機１の入力は調整弁２６により大気に連通され、一方レシーバ２５はリザーブ弁２９により大気に連通されている。
【００３１】
図６に示した装置において、圧縮器１の出力は気化熱交換器９の第１の空洞に接続されている。さらに、装置は、二重空洞熱交換器３０及びファン３１を有する。熱交換器３０の第１の空洞は、圧縮器１の出力及び気化熱交換器９の第１の空洞の双方に接続されている。熱交換器３０の第２の空洞は、ファン３１により大気に連通されている。
【００３２】
装置はまた、レシーバ３２、吸収型湿気分離器３３、リバース弁３４及び３５、調整弁３６、３７及び３８を有する。調整弁３７は熱交換器２の第２の空洞と圧縮器１の入力との間に搭載されている。また、熱交換器の第２の空洞は、リバース弁３５及び吸収型湿気分離器３３の双方によって圧縮器１の入力に接続されており、さらに圧縮機１の出力は吸収型湿気分離器３３とリバース弁３５との間にリバース弁３４、リザーバ３２及び調整弁３６により接続されており、圧縮機１の入力はさらに、調整弁３８により大気に連通している。
【００３３】
図７に図示された装置は、ファン３９及び４０と二重空洞熱交換器４１とを有する。気化熱交換器９の第２の空洞はファン３９により大気に連通されており、熱交換器４１の第１の空洞はファン７の入力及び出力の双方に接続されている。熱交換器４１の第２の空洞は、ファン４０により大気に連通されている。
【００３４】
冷却装置の上述したすべての図は、ターボエキスパンダ６及び空気冷却器４の間に順次搭載される湿気分離器４２（図２）及び冷凍アキュムレータ４３の双方を含む。
【００３５】
空気冷却装置は、その他の外観において、圧縮器４４（図８）、二重空洞熱交換器４５、空気冷却器４７とファン４８を含む冷凍チャンバ４６、ターボエキスパンダ４９、湿気分離器５０、及び二重空洞気化熱交換器５１を含む。圧縮器４４はターボエキスパンダ４９と同じシャフトに搭載される。気化熱交換器５１の第１の空洞、熱交換器４５の第１の空洞、湿気分離器５０、ターボエキスパンダ４９、空気冷却器４７及び熱交換器４５の第２の空洞は、圧縮器４４の入力に順次接続される。
【００３６】
装置は、ファン５２を含み、気化熱交換器５１の第２の空洞はファン５２により大気に連通される。
装置は、二重空洞熱交換器５３及びファン５４の双方を含む。熱交換器５３において、第１の空洞は圧縮器４４の出力及び気化熱交換器５１の第１の空洞に接続される。熱交換器５３の第２の空洞はファン５４により大気に連通される。
【００３７】
装置は、気化熱交換器５１の第１の空洞に接続されている水タンク５５を備えている。
装置は、図２の図面のように、ターボエキスパンダ４９と空気冷却器４７との間に順次搭載される湿気分離器４２及び冷凍アキュムレータ４３の双方を備えている。
【００３８】
装置は、調整弁５６を備え、調整弁５６により、圧縮器４４の入力が大気に連通されている。
装置は、ターボエキスパンダ及び電気式圧縮器を構成するターボエキスパンダ４９と圧縮器４４との双方と同じシャフトに搭載される電気式エンジン５７を備える。
【００３９】
提案された空気冷却装置は、以下のように作動する。
図１によれば、環境空気は気化熱交換器９内へ送られ、再生熱交換器２において空気は冷却されて湿気分離器８へ送られる。気体の蒸気が凝縮し、湿気分離器８に捕らえられ、乾燥した空気がターボエキスパンダ６に送られて冷却され、冷凍チャンバ３内に設けられファン５によって内部が冷却される空気冷却器４に送られる。その後、空気冷却器４の空気はファン７により気化熱交換器９の第２の空洞に送られ、同時にタンク内から気化熱交換器９の空洞へ水が送られ、環境空気の気化冷却のプロセスが提供され、すなわち、温度の低下が達成される。温度表示器１１は、冷却装置の仕事を制御するマイクロプロセッサ（図面には示されていない）へインパルスを伝える。マイクロプロセッサは圧縮器１の電気式エンジンのスイッチを入れて、冷凍チャンバ３を要求された温度まで冷却し、その温度に達するとそのエンジンのスイッチを切る。
【００４０】
図２の装置の図によれば、圧縮された空気は圧縮器１の出力から排出器１２へ、パッシブノズルによって送られ、環境空気は調整弁１３及び気化熱交換器９の第２の空洞を介して注入される。この空洞内を希薄にすることが行われ、これは環境空気の気化冷却のプロセスをさらに高め、温度をかなり減少させる。排出器１２の拡散器の外では、空気が、湿気分離器１４及びファン７を介して大気へ送られる。湿気分離器１４は微量の湿気を空気の外に取り出してタンク１０へ送る。
【００４１】
図３に図示された装置において、気化熱交換器の第２の空洞はファン１５による独立した冷却器を有しており、ファン７の入力との圧縮器１の出力の接続は、ターボエキスパンダ６内へ送られる空気の圧力を増加させ、装置の冷却性を高める。
【００４２】
図４に図示された装置において、更なる熱交換器及びファンの適用は、冷却装置の使用範囲を広げることを容認する。ファン１８とともに熱交換器１６は、調整装置として使用することができる。ファン１９及び２２とともに熱交換器１７及び２１、及び湿気分離器２３は、更なる空気冷却及びシステムの乾燥を提供する。調整弁２０は、特別の名目的な作業条件において圧縮器１の出力側から入力側への空気の移動を行わせる。
【００４３】
図５に図示された冷却装置の動作中、環境空気は、要素を凍らせることなくマイナス温度の環境下で動作するという冷却装置の能力を提供する吸収型湿気分離器２４を通過することで、全体的に乾燥される。コンプレッサ１のスイッチがオフにされた状態の冷却装置の動作中、すなわち「スタンバイ」期間の間、マイクロプロセッサはインパルスを送って調整弁２６及び２７を開ける。圧縮された空気は、レシーバ２５の外の吸収型湿気分離器２４へ供給され、これにより冷却装置の次の作業サイクルのための吸収能力を回復させ、調整弁２６により大気中へ送られる。
【００４４】
図６に図示された冷却装置は、調整弁３８による大気中からの空気供給を有する閉作業サイクルを有する。バルブ３７が閉ざされた状態で吸収型湿気分離器３３はシステム内部の全ての空気の乾燥を提供する。吸収型湿気分離器３３の運転能率の強化は、装置が「スタンバイ」の間、弁３６を開けることによりレシーバ３２から吸収型湿気分離器へ送られる圧縮された空気の乾燥を実現し、弁３８によりその空気を大気へ送る。
【００４５】
乾燥空気の条件下における冷却装置の閉じた運転サイクルは、吸収型湿気分離器３３を用いずに、開かれた弁３７によって実現される。冷却装置の運転条件によるが、マイクロプロセッサは、弁３６、３７及び３７を開けまたは閉じるためのインパルスを送り、最適な運転を提供する。
【００４６】
図７に図示された図によれば、ファン７と熱交換器４１との間の接続された状態において、ファン７の非常にノイズレベルの低い運転とともに、閉じた回路の作業が提供される。熱交換器４１からわきへの熱の取り出しは、ファン４０によって実行される。この場合、ファン３９は気化熱交換器９のブローオフを提供する。
【００４７】
図９に図示された装置の運転状態において、たとえば電気式エンジンから送る場合、供給電力のかなりの節約が実現される。タービンエキスパンダ４９のタービンが破損するので、圧縮器４４及び電気式エンジンが圧縮器４４の駆動に必要な電力の一部のみを補償し、電力の残りがターボエキスパンダ４９のタービンにより供給される。
【００４８】
上述したすべての図は、湿気分離器４２（図２）及び冷凍アキュムレータ（４３）を備えており、湿気分離器４２は装置内の空気の乾燥を提供し、冷却アキュムレータ４３は冷却チャンバ３内部に冷たさを蓄積し、たとえば「スタンバイ」または長時間チャンバ３のドアが開かれた状態において低温を保持することを意図している。
【００４９】
図９に示されるターボエキスパンダ及び電気式圧縮器は、ビルドイン型の高回転電気式エンジン５７を含む本体５８を有し、タービン及び圧縮器のホイール６０及び６１は、シャフト５９上に突き出るように搭載されている。
【００５０】
シャフト５９は、例えば花弁型の、放射状の、二重の軸方向の、ガス及び動的ベアリング６２に設けられている。圧縮器のホイール６１のベアリング６２と電気式エンジン５７との間の空洞６３は、戻すための導管６４により、圧縮器４４への入力部に接続されている。戻される導管６４内に、調整スロットル６５が設けられる。
【００５１】
ターボエキスパンダ及び電気式圧縮器は次のように動作する。
電力が供給されると、電気式エンジン５７はシャフト５９を回転させ、同時に電気式エンジン５７のロータを回転（モデル例では毎分９６０００回転）の動作周波数までにする。機械的エネルギーは空気（気体）を圧縮する圧縮器のホイール６１へ送られる。そして、圧縮された気体は、空気冷却装置の熱交換器システムにより冷却され、ターボエキスパンダ４９に送られ、ノズル装置及びタービンホイールのブレード６０の双方の内部で膨張される。このプロセスの次には、主なプロセスが冷却装置の冷気の発生である場合、動作気体温度の低下プロセス、すなわち、タービンの段階が続く。圧縮された気体の出力がタービンホイール６０の機械的出力に変換され、冷却装置の熱交換器のシステムを通過すると、再び圧縮器のホイール６１へ送られる。
【００５２】
圧縮器のホイール６１の出力における気体の圧力は、タービンホイール６０の入力における圧力より常に高い。（圧縮器において圧縮された）熱い気体のタービンの入力への通過を防止するために、その中の温度差を減少させるために、空洞６３と圧縮器の入力４４の間に、気体（空気）リスタート導管６４が形成される（熱い気体は、内側の空洞、ベアリング６２、電気式エンジン５７のステータとロータとの間の空洞により、タービンの入力へ通過することができる）。そのような構造は、圧縮器からタービンへのガスの通過を防止する。ガス及び力学的ベアリング６２の空洞及び電気式エンジンのロータ５７の冷却の問題は、同時に解決される。
【００５３】
リスタート導管６４に設けられる調整スロットル６５は、ターボエキスパンダ及び電気式圧縮器がタービン内の最大可能圧力差を生じるように回転することを容認する。
【００５４】
ターボエキスパンダのターボホイール６６は、ブレード６８と、溝部７０により経線方向のディスク６７と結合された一番近いブレード６８の側面により形成される内側ブレード導管６９とを有するベアリングディスク６７（図１０―１１）を有する。長手方向の導管７１は、円の一部として実現される断面を有しており、ディスク上に実現される。溝部７０の半径Ｒ１は、強度条件により算出される。
【００５５】
マイクロ導管７１の断面の半径Ｒｋは、半径Ｒｉの約０．１から１．０である。
溝部７０は両側からブレード６８の長さ全体に沿って実現される。マイクロ導管はミルによって実現され、その断面は直径ｄの半分に等しい半径で丸くされた短部を有する。
【００５６】
マイクロ導管７１のパラメータＲ及びＲｋ、Ｒ１、ｔ、ｈの相互の関係は、冷凍する場合に要求されるマイクロ導管の底部の構造を提供するために必要である。
【００５７】
サイクルの状態（動作状態−スタンバイ状態）の下におけるタービンの動作で、内側ブレード導管の冷凍及びその解凍が実現され、解凍された氷がホイールの表面を離れ気体蒸気により吹き飛ばされるべきであることは重要である。まさにこの目的のため、円の一部からなる断面を有するマイクロ導管７１が形成される。非常に狭い断面において、それらは同一半径の滑らかな導管を形成し、したがって空気及び氷の粒子が動くことを防止することなく水分損失のレベルを減らし、したがってターボホイールの仕事効率を増加させる。
【００５８】
本発明は、冷却機械の製造、耐久複合物及び移送の異なる手段のほか、特にクーラーやエアコンディショナーシステムに適用されるときに、もっともその有用性を見出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
空気冷却装置の変形例の一つの概略図である。
【図２】
排出器を有する冷却装置の説明図である。
【図３】
ファンの気化熱交換器への接続の方法の一つを有する冷却装置の説明図である。
【図４】
一群の追加的な熱交換器及びファンを有する冷却装置の説明図である。
【図５】
吸収型湿気分離器、レシーバ及び調整弁を備える空気冷却装置の変形例の一つを示す図である。
【図６】
吸収型湿気分離器、レシーバ及び調整弁を備える冷却装置の他の変形例を示す図である。
【図７】
ターボエキスパンダに接続されるファンの閉サークルを有する冷却装置を示す図である。
【図８】
ターボエキスパンダ及び電気式圧縮器を有する空気冷却装置を示す図である。
【図９】
ターボエキスパンダ及び電気式圧縮器の長手方向断面図である。
【図１０】
ターボホイールの長手方向断面図である。
【図１１】
タービンホイールのインナーブレード導管の入力のリーマを示す図である。

Claims (23)

1. 圧縮器（１）、熱交換器（２）、タービンホイール（６６）を有するターボエキスパンダ（６）、ファン（５）及び内部に搭載される空気冷却器（４）を有する冷凍チャンバ（３）、からなる空気冷却装置であって、
   前記ターボエキスパンダ（６）と同一のシャフトに搭載されたファン（７）と、二重空洞気化熱交換器（３）と、湿気分離器（８）とを備えており、
   熱交換器は二重空洞熱交換器として構成され、前記二重空洞気化熱交換器（３）の第１の空洞、前記熱交換器（２）の第１の空洞、湿気分離器（８）、ターボエキスパンダ（６）、空気冷却器（４）、及び熱交換器の第２の空洞（２）が、圧縮器（１）の入力に順次接続される
   ことを特徴とする、空気冷却装置。
2. 前記気化熱交換器（９）の第２の空洞に接続された水タンク（１０）を備えることを特徴とする請求項１記載の空気冷却装置。
3. 前記気化熱交換器（９）の第２の空洞の入力及び出力が、前記ファン（７）によって、大気に連通されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の空気冷却装置。
4. 排出器（１２）、調整弁（１３）及び湿気分離器（１４）を備え、
   排出器（１２）のパッシブノズルが、前記気化熱交換器（９）の第２の空洞により大気に連通されており、
   前記調整弁（１３）、排出器（１２）のアクティブノズルが、前記圧縮器（１）の出力に接続されており、排出器（１２）の拡散器が前記湿気分離器（１４）により前記ファン（７）の入力に接続されている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の空気冷却装置。
5. ファン（１５）を備え、
   前記ファン（１５）により、前記気化熱交換器（９）の第２の空洞の入力及び出力の双方が大気に連通されており、
   前記ファン（７）の入力が前記圧縮器（１）の出力に接続されており、前記ファン（７）の出力が前記気化熱交換器（９）の第１の空洞に接続されている、
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の空気冷却装置。
6. 二重空洞熱交換器（１６、１７）、ファン（１８、１９）、調整弁（２０）を備え、
   前記熱交換器（１６）の第１の空洞が、前記熱交換器（２）の第２の空洞及び前記圧縮器（１）の入力に接続され、前記熱交換器（１６）の第２の空洞が前記ファン（１８）により大気に連通されており、
   前記熱交換器（９）の第１の空洞が、前記気化熱交換器（９）の第１の空洞及び前記ファン（７）の出力に接続され、前記熱交換器（９）の第２の空洞が前記ファン（１９）により大気に連通され、
   前記調整弁（２０）が、前記圧縮器（１）の入力と出力との間に搭載される
   ことを特徴とする、請求項５記載の空気冷却装置。
7. 二重空洞熱交換器（２１）、ファン（２２）、及び湿気分離器（２３）を備え、
   前記熱交換器（２１）の第１の空洞が、前記圧縮器（１）の出力に接続され、且つ前記湿気分離器（２３）により前記ファン（７）の入力に接続され、
   第２の空洞が、前記ファン（２２）により、大気に連通されている
   ことを特徴とする、請求項６記載の空気冷却装置。
8. 吸収型湿気分離器（２４）と、レシーバ（２５）と、調整弁（２６、２７）と、リバース弁（２８、２９）とを備え、
   前記リバース弁（２８）及び前記吸収型湿気分離器（２４）が、前記気化熱交換器（９）の第１の空洞と前記熱交換器（２）の第１の空洞との間に搭載され、
   前記圧縮器（１）の出力が、前記レシーバ（２５）及び前記調整弁（２７）により、前記リバース弁（２８）と前記吸収型湿気分離器（２４）との間に接続され、
   前記圧縮器（１）の入力が、追加的に、前記調整弁（２６）により、大気に連通され、
   前記レシーバ（２５）が、前記リバース弁（２９）により大気に連通される
   ことを特徴とする、請求項１記載の空気冷却装置。
9. 前記圧縮器（１）の出力が、前記気化熱交換器の第１の空洞に接続されることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の空気冷却装置。
10. 二重空洞熱交換器（３０）及びファン（３１）を備え、
    前記熱交換器（３０）の第１の空洞は、前記圧縮器の出力及び前記気化熱交換器（９）の第１の空洞に接続され、第２の空洞は前記ファン（３１）により大気に連通される
    ことを特徴とする、請求項９記載の空気冷却装置。
11. レシーバ（３２）、吸収型湿気分離器（３３）、リバース弁（３４、３５）、及び調整弁（３６、３７、３８）を備え、
    前記調整弁（３７）が、前記熱交換器（２）の第２の空洞と前記圧縮器（１）の入力との間に搭載され、
    前記熱交換器の第２の空洞が、追加的に、前記リバース弁（３５）及び前記吸収型湿気分離器（３３）により、前記圧縮器（１）の入力に接続され、
    前記圧縮器（１）の出力が、前記吸収型湿気分離器（３３）と前記リバース弁（３５）との間に、前記リバース弁（３４）、前記レシーバ（３２）及び前記調整弁（３６）により接続され、
    前記圧縮器（１）の入力が、追加的に、前記調整弁（３８）により、大気に連通される
    ことを特徴とする、請求項１０記載の空気冷却装置。
12. ファン（３９、４０）、及び二重熱交換器（４１）を備え、
    前記気化熱交換器（９）の第２の空洞が、前記ファン（３９）により大気に連通され、
    前記熱交換器（４１）の第１の空洞が、前記ファン（７）の入力及び出力に接続され、その第２の空洞が、前記ファン（４０）により大気に連通される
    ことを特徴とする、請求項１記載の空気冷却装置。
13. 前記ターボエキスパンダ（６）と空気冷却器との間に順次搭載される湿気分離器（４２）及び冷却アキュムレータ（４３）を備えることを特徴とする、請求項１〜１２記載の空気冷却装置。
14. 圧縮器（４４）及びタービンホイール（６６）を有するターボエキスパンダ（４９）を含み、これらは同一のシャフトに搭載されており、且つ、ファン（４８）と空気冷却器（４７）とを有するフリージングチャンバ（４６）を含む空気冷却装置であって、
    二重空洞気化熱交換器（５１）及び湿気分離器（５０）を備え、
    熱交換器（４５）は、二重空洞熱交換器として構成され、
    気化熱交換器（５１）の第１の空洞、熱交換器（４５）の第１の空洞、湿気分離器（５０）、ターボエキスパンダ（４９）、空気冷却器（４７）、及び熱交換器（４５）の第２の空洞が、前記圧縮器（４）の入力に順次接続される
    ことを特徴とする、空気冷却装置。
15. ファン（５２）を備え、
    前記気化熱交換器（５１）の第２の空洞が、前記ファン（５２）により大気に連通される
    ことを特徴とする、請求項１４記載の空気冷却装置。
16. 二重空洞熱交換器（５３）及びファン（５４）を備え、
    前記熱交換器（５３）の第１の空洞が前記圧縮器（４４）の出力及び前記気化熱交換器（５１）の第１の空洞に接続され、第２の空洞が前記ファン（５４）により大気に連通されている
    ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の空気冷却装置。
17. 前記気化熱交換器（５１）の第２の空洞に接続される水タンク（５５）を備えることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の空気冷却装置。
18. 前記ターボエキスパンダ（４９）と前記空気冷却器（４７）との間に順次搭載される、湿気分離器（４２）及び冷却アキュムレータ（４３）を備えることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の空気冷却装置。
19. 調整弁（５６）を備え、
    前記圧縮器（４４）の入力が、追加的に、前記調整弁（５６）により、大気に連通される
    ことを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の空気冷却装置。
20. ターボエキスパンダ及び電気圧縮器の形態で、ターボエキスパンダ（４９）及び圧縮器（４４）と同一のシャフト上に搭載される電気エンジン（５７）を備えることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の空気冷却装置。
21. 前記ターボエキスパンダ及び前記電気圧縮器は、ターボエキスパンダ（４９）と電気エンジン（５７）と圧縮器（４４）とを内部に搭載した本体（５８）を備え、
    前記電気エンジン（５７）のロータは、突き出るように搭載されたタービン及び圧縮器のホイール（６０、６１）とともに、ベアリング（６２）シャフト（５９）に搭載されるように構成され、圧縮器のホイール（６１）のベアリング（６２）と電気エンジン（５７）との間の空洞（６３）が圧縮器（４４）内への出力にリスタート導管（６４）により接続されている
    ことを特徴とする請求項２０記載の空気冷却装置。
22. 前記リスタート導管に、調整されたスロットル（６５）が搭載されることを特徴とする請求項２１記載の空気冷却装置。
23. ブレード（６８）と一番近いブレード（６８）の側面により作られる内側ブレード導管（６９）とを有するベアリングディスク（６７）を含み、円の一部を形成する断面を有する長手方向のマイクロ導管（７１）を含む経線方向のディスク面（６７）と、溝（７０）により結合している、ターボエキスパンダのタービンホイールであって、
    前記マイクロ導管（７１）の断面の半径（Ｒｋ）は、前記溝の半径の０．１〜１．０であり、前記マイクロ導管（７１）間の間隔（ｔ）は前記マイクロ導管（７１）の半径（Ｒｋ）の２倍より小さく、前記マイクロ導管（７１）の高さ（ｈ）は前記マイクロ導管（７１）の断面の半径（Ｒｋ）の０．２〜１．０である
    ことを特徴とする、ターボエキスパンダのタービンホイール。