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
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Abstract
Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
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