JP2006046699A - 空気冷媒式冷却装置と空気冷媒式冷却装置を用いた空気冷媒冷熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、効率的な内部空冷機構を有した信頼性の高い空気冷媒式冷却装置を提供することである。また、上記空気冷媒式冷却装置を用いて構成を簡素化した空気冷媒冷熱システムを提供する。
【解決手段】コンプレッサ、モータおよび膨張タービンから構成される空気冷媒式冷却装置のモータ内部に放熱手段を備える。また、モータ内部と外部との間に強制的に圧力差を生成する。これにより、モータ駆動時に、ステータの本体からの発熱は放熱手段により、また、コイルエンド部からの発熱はモータ内部から外部に排出される冷却空気により、それぞれ強制的にモータ外部に排熱される。 さらに、モータ内部の冷却空気入口近傍に、モータ内部に取り入れられた冷却空気が効率良くステータのコイルエンド部に当たるように案内板が配置される。これにより、コイルエンド部から発生する熱は効率良くモータ内部から外部に排出される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、モータ内部空冷機構を備えた空気冷媒式冷却装置およびモータ内部空冷機構を備えた空気冷媒式冷却装置を用いた空気冷媒冷熱システムに関する。

空気冷媒冷熱システムは、空気冷媒式冷却装置、熱交換器、冷却庫等から構成されており、冷却庫内に格納された要冷凍製品を低温に維持することを目的としている。

従来の冷熱システムで使用されている冷凍装置では、その駆動モータを冷却するために、モータのステータ部が水冷（油冷）されていた。あるいは、図１に示される空冷モータ１に見られるように、ステータケーシング６の外側に外部フィン５が接続され、外部フィン５を介して主軸７に取り付けられた空冷ファン２により空冷モータ１全体が空冷されていた。

従来の空冷モータ１では、主要な発熱部となっているステータにおいて、ステータの構成要件であるステータコイル本体４とステータコイルエンド部３とでは、ステータコイル本体４からの発熱比率が高かった。このため、このステータコイル本体４をステータケーシング６に接続し、ステータケーシング６の外部に接続された外部フィン５を空冷ファン２により冷却するのみでモータ全体の冷却が達成された。

しかし近年になって、空気冷媒冷熱システムの高効率化、および更に低温における製品の保存が求められるようになってきた。それには、空気冷媒式冷却装置の高性能化の他に、その高効率化や信頼性の向上が必要となる。

空気冷媒式冷却装置の効率向上のためには、モータの高速回転化が考えられるが、高速回転を維持するためには、信頼性を高めるためにモータ内部の排熱効率を高めたり、モータの回転駆動部である主軸の支持機構の信頼性を向上させる必要がある。

しかし、モータを高速回転させて、尚且つ、汎用のインバータ盤を用いてモータの制御を行おうとすると、モータの極数を減らしてインバータ周波数を低くすることが必要となる。モータの極数を減らすと、モータの構造上でステータ本体長に対するステータコイルエンド部の長さの比率が大きくなる。ステータコイルエンド部の長さの比率が大きくなると、モータ駆動時に、ステータコイルエンド部からの発熱量が増加し、従来のモータ冷却方法ではモータ全体の冷却が不十分となってしまう。

今述べてきたような技術に関連して、以下に示すような提案がなされている。

特開２００３−１５８８３９号公報に開示されている「空冷モータ」では、積層鉄心からなるステータコアの軸方向に沿って設けた複数の冷却孔と、ステータコアと磁気的空隙を介して設けられた積層鉄心からなるロータコアを外周に固着したモータ軸と、モータ軸の先端部突出させてステータコア先端部を支持する負荷側ブラケットと、モータ軸の後端部を突出させてステータコアの後端部を支持する反負荷側ブラケットと、反負荷側ブラケットの外周に空間を介して設けられてステータコアの後端部を密閉するハウジングと、ハウジングの後方に強制空冷用ファンを設けたファンユニットとを備え、冷却孔からハウジングと反負荷側ブラケットに囲まれた空間に向かって冷却風を流すようにした空冷モータにおいて、負荷側ブラケットと反負荷側ブラケットは、複数の冷却孔を有すると共に、該負荷側ブラケットの冷却孔から取り入れた冷却風をモータ軸に導くと同時にステータコアに備えられたコイルを覆うように設けられたガイドを有してあり、負荷側ブラケットの冷却孔から取り入れた冷却風を反負荷側ブラケットの冷却孔に向かって流すことが出来るようモータ軸に複数の貫通穴を設けた空冷モータが提案されている。

また、空気冷媒式冷凍装置を用いた空気冷媒冷熱システムに関連して、特開平１１−１３２５８２号公報に開示されている「空気冷媒式冷凍装置」では、空気の経路に、圧縮機、空気冷却器、空気対空気熱交換器および膨張機を空気の流れの順に配置し、要冷却室内の空気を前記の空気対空気熱交換器を経て該圧縮機に取入れ、該膨張機を出た空気を該要冷却室内に吹き出すようにした空気冷媒式冷凍装置において、該膨張機を出た空気の一部または全部を要冷却室を迂回して該空気対空気熱交換器に戻すための弁介装の第１のバイパス路と、圧縮機を出て膨張機に入る前の空気路から０℃以上の空気を取り入れ、これを空気対空気熱交換器の入口側空気路に供給するための弁介装の温風バイパス路が設けられた空気冷媒式冷凍装置が提案されている。

特開２００３−１５８８３９号公報 特開平１１−１３２５８２号公報

本発明の目的は、信頼性および効率の高い、モータ内部空冷機構を備えた空気冷媒式冷却装置を提供することである。また、上記空気冷媒式冷却装置を用いて構成を簡素化した空気冷媒冷熱システムを提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する番号・符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の空気冷媒式冷却装置は、モータケーシング（３２１）と、モータケーシング内に挿入された主軸（３２４）と、モータケーシング内に格納されて主軸を回転駆動させるためのステータコイル（３２５，３２７）と、モータケーシング内に格納されてステータコイルに蓄積される熱を放熱するための放熱手段とを備えたモータ（３２０）と、モータの第１の軸方向に接続されたコンプレッサ（３１０）と、モータの第２の軸方向に接続された膨張タービン（３３０）とを備え、ステータコイルは、ステータコイル本体（３２５）と、ステータコイル本体を挟んで軸方向に対称に位置するステータコイルエンド部（３２７）とを備え、放熱手段はステータコイル本体（３２５）とモータケーシング（３２１）間に配置され、さらに、モータ外部からの外圧により、モータケーシング（３２１）に配設される第１の吸気孔（３２１ａ）および第２の吸気孔（３２１ｂ）を介して放熱手段およびステータコイルエンド部（３２７）の配置されている空間と、モータ（３２０）の外部との間に圧力差が生成される。

また、本発明の空気冷媒式冷却装置は、さらに、モータケーシング内に配置されて、モータ外部からの外圧により生じる放熱手段およびステータコイルエンド部の配置されている空間とモータの外部との間の空気の流れ方向を制御する案内板（４６０）を備える。

また、本発明の空気冷媒式冷却装置に係わる放熱手段は冷却フィン（３２６）による放熱である。

また、本発明の空気冷媒式冷却装置は、モータケーシング（３２１，４２１）と、モータケーシング内に挿入された主軸（３２４、４２４）と、モータケーシング内に格納されて主軸を回転駆動させるためのステータコイル（３２５，３２７，４２５，４２７）と、モータケーシング内に格納されてステータコイルに蓄積される熱を放熱するための放熱手段とを備えたモータ（３２０，４２０）と、モータの第１の軸方向に接続されたコンプレッサ（３１０，４１０）と、モータの第２の軸方向に接続された膨張タービン（３３０，４３０）と、モータの内部と外部との間に圧力差を生成するための手段とを備える。

また、本発明の空気冷媒冷熱システムは、空気冷媒式冷却装置（３００、４００）と、第１熱交換器（１２０）と、第２熱交換器（１３０）と、冷却庫（１４０）と、フィルタ（１５０）およびファン（１６０）とを備え、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）のコンプレッサの出口（３１０ａ、４１０ａ）と第１熱交換器の入口とが接続され、第１熱交換器の出口と第２熱交換器の入口とが接続され、第２熱交換器の出口と空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの入口（３３０ａ、４３０ａ）とが接続され、空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの出口と冷却庫（１４０）の入口とが接続され、冷却庫の出口は第２熱交換器（１３０）を介して空気冷媒式冷却装置のコンプレッサの入口に接続され、さらに、空気冷媒式冷却装置のモータ内部の冷却のため、モータケーシング（３２１，４２１）に設けられた第１の吸気孔（３２１ａ、４２１ａ）にフィルタ（１５０）を介してファン（１６０）が接続され、モータケーシング（３２１，４２１）に設けられた第２の吸気孔（３２１ｂ、４２１ｂ）からモータ内部で発生した熱が排出される。

また、本発明の空気冷媒冷熱システムは、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）と、第１熱交換器（５２０）と、第２熱交換器（５３０）と、冷却庫（５４０）とを備え、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）のコンプレッサの出口と第１熱交換器（５２０）の入口とが接続され、第１熱交換器の出口と第２熱交換器（５３０）の入口とが接続され、第２熱交換器の出口と空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの入口とが接続され、空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの出口と冷却庫（５４０）の入口とが接続され、冷却庫の出口は第２熱交換器（５３０）を介して空気冷媒式冷却装置のコンプレッサの入口に接続され、さらに、空気冷媒式冷却装置のモータ内部の冷却のため、空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの出口に接続された配管が分岐されて、分岐された配管は空気冷媒式冷却装置のモータケーシングに配設されている第１の吸気孔に接続され、空気冷媒式冷却装置のモータケーシングに配設されている第２の吸気孔と空気冷媒式冷却装置のコンプレッサの入口とが接続される。

また、本発明の空気冷媒冷熱システムは、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）と、第１熱交換器（６２０）と、第２熱交換器（６３０）と、冷却庫（６４０）と、ラジエータ（６５０）とを備え、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）のコンプレッサの出口（３１０ａ、４１０ａ）と第１熱交換器（６２０）の入口とが接続され、第１熱交換器の出口と第２熱交換器（６３０）の入口とが接続され、第２熱交換器の出口と空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの入口（３３０ａ、４３０ａ）とが接続され、空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの出口と冷却庫（６４０）の入口とが接続され、冷却庫（６４０）の出口は第２熱交換器（６３０）を介して空気冷媒式冷却装置（３００，４００）のコンプレッサの入口に接続され、さらに、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）のモータ内部の冷却のため、空気冷媒式冷却装置の外部にラジエータ（６５０）が配置され、ラジエータの入口および出口はモータケーシング（３２１，４２１）に配設されているラジエータの入口および出口のそれぞれに対応する吸気孔（３２１ａ、３２１ｂ、４２１ａ、４２１ｂ）に接続される。

また、本発明の空気冷媒冷熱システムは、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）と、第１熱交換器（７２０）と、第２熱交換器（７３０）と、冷却庫（７４０）とを備え、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）のコンプレッサの出口（３１０ａ、４１０ａ）と第１熱交換器の入口とが接続され、第１熱交換器の出口と第２熱交換器の入口とが接続され、第２熱交換器の出口と空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの入口（３３０ａ、４３０ａ）とが接続され、空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの出口と冷却庫（７４０）の入口とが接続され、冷却庫（７４０）の出口は第２熱交換器を介して空気冷媒式冷却装置の（３００，４００）コンプレッサの入口に接続され、さらに、空気冷媒式冷却装置のモータ内部の冷却のため、第２冷却熱交換器の出口に接続された配管が分岐されて、分岐された配管は空気冷媒式冷却装置のモータケーシング（３２１，４２１）に配設されている第１の吸気孔（３２１ａ、４２１ａ）に接続され、空気冷媒式冷却装置（３００，４００）のモータケーシング（３２１，４２１）に配設されている第２の吸気孔（３２１ｂ、４２１ｂ）と空気冷媒式冷却装置のコンプレッサの入口とが接続される。

また、本発明のレフコンテナは、空気冷媒式冷却装置（２１０、３１０）と、第１熱交換器（８２０）と、第２熱交換器（８３０）と、コンテナボックス（８４０）と、ラジエータ（８５０）とを備え、空気冷媒式冷却装置（２１０、３１０）のコンプレッサの出口（２２１ｃ、３２１ｃ）と第１熱交換器の入口とが接続され、第１熱交換器の出口と第２熱交換器の入口とが接続され、第２熱交換器の出口と空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの入口（２３１ａ、３３１ａ）とが接続され、空気冷媒式冷却装置の膨張タービンの出口とコンテナボックス（８４０）の入口とが接続され、コンテナボックス（８４０）の出口は第２熱交換器を介して空気冷媒式冷却装置（２１０、３１０）のコンプレッサの入口に接続され、さらに、空気冷媒式冷却装置（２１０、３１０）のモータ内部の冷却のため、空気冷媒式冷却装置の外部にラジエータ（８５０）が配置され、ラジエータの入口および出口はモータケーシング（２４１、３４１）に配設されているラジエータの入口および出口のそれぞれに対応する吸気孔（２７０ａ、３７０ａ、２７０ｂ、３７０ｂ）に接続され、さらに、空気冷却式冷凍装置（２１０、３１０）と、第１熱交換器（８２０）と、第２熱交換器（８３０）と、コンテナボックス（８４０）と、ラジエータ（８５０）とはレフコンテナ（８００）として可搬式に構成される。

本発明により、効率的なモータ内部空冷機構を有した信頼性の高い空気冷媒式冷却装置を提供することができる。また、上記空気冷媒式冷却装置を用いることにより、構成が簡素化され、信頼性の高い空気冷媒冷熱システムを提供することができる。

添付図面を参照して、本発明によるモータ内部空冷機構を備えた空気冷媒式冷却装置およびモータ内部空冷機構を備えた空気冷媒式冷却装置を用いた空気冷媒冷熱システムを実施するための最良の形態を以下に説明する。

初めに、本発明の全体構成を概観する目的で、モータ内部空冷機構を備えた空気冷媒式冷却装置およびモータ内部空冷機構を備えた空気冷媒式冷却装置を用いた空気冷媒冷熱システムについて説明する。図２に、本発明の実施の形態３に係わる空気冷媒冷熱システム１００が示されている。本発明に係わる空気冷媒冷熱システム１００は、空気冷媒式冷却装置３００、４００、第１熱交換器１２０、第２熱交換器１３０および冷却庫１４０を備えている。空気冷媒式冷却装置３００，４００は、コンプレッサ、モータおよび膨張タービンを備えている。

本発明に係わる空気冷媒冷熱システム１００においては、空気冷媒式冷却装置３００，４００のコンプレッサで圧縮された空気が第１熱交換器１２０で冷却される。この冷却された空気は、さらに冷却庫１４０からの空気と第２熱交換器１３０において熱交換され、空気冷媒式冷却装置３００、４００の膨張タービンにて断熱膨張されて低温（−８０℃）に降温される。そして、この低温の空気が直接冷却庫１４０に送り込まれることにより、冷却庫１４０内に保存される製品が低温に維持されるものである。空気冷媒冷熱システム１００の詳細な動作原理については、実施の形態３において改めて説明する。

（実施の形態１）
図３に、本発明の実施の形態１に係わる空気冷媒式冷却装置３００の概略構成の断面を示す。本実施の形態の空気冷媒式冷却装置３００は、モーター３２０、コンプレッサ３１０および膨張タービン３３０を備えている。コンプレッサ３１０は、モータ３２０の軸方向の一端に接続されている。また、膨張タービン３３０は、モータ３２０の軸方向のコンプレッサ３１０とは反対側のもう一端に接続されている。モータ３２０は、コンプレッサ３１０および膨張タービン３３０の中央に位置し、モータケーシング３２１に挿入されている回転駆動部である主軸３２４、主軸３２４を駆動させるステータコイル本体３２５、ステータコイル本体３２５を挟んで軸方向に対象に位置するステータコイルエンド部３２７を備えている。

次に、本実施の形態の空気冷媒式冷却装置３００の動作原理を説明する。

本実施の形態の空気冷媒式冷却装置３００は、高速回転することにより高効率化を目的とするものであり、実動作時には高い信頼性が求められる。

まず、モータ３２０のモータケーシング３２１に挿入されている主軸３２４と、ステータコイル本体３２５およびステータコイルエンド部３２７との間において電磁力により主軸３２４に対する回転駆動力が発生する。この回転駆動力によりモータ３２０の主軸３２４がステータコイル本体３２５およびステータコイルエンド部３２７に対して回転する。モータ３２０の実動作時には、主軸３２４の回転によりモータ３２０内部に熱が発生する。従来のモータおいては、モータ内部で発生する熱のほとんどはステータコイル本体３２５から発生するものであった。しかし、モータを高速回転させて、尚且つ、汎用のインバータ盤を用いてモータの制御を行おうとすると、モータの極数を減らしてインバータ周波数を低くすることが必要となる。また、モータ鉄損を小さくするためにもインバータ周波数を低くすることが必要となる。

モータの極数を減らすと、モータの構造上でステータコイル本体３２５の長さに対するステータコイルエンド部３２７の長さの比率が大きくなる。ステータコイルエンド部３２７の長さの比率が大きくなると、モータ３２０駆動時における、ステータコイルエンド部３２７からの発熱量が増加する。

本実施の形態においては、特にステータコイルエンド部３２７で発生した熱を効率良くモータ３２０外部に排熱する目的で、モータケーシング３２１に冷却空気吸入口３２１ａおよび冷却空気排出口３２１ｂが配設されている。冷却空気吸入口３２１ａおよび冷却空気排出口３２１ｂは、それぞれステータコイルエンド部３２７および冷却フィン３２６の近傍に配設されている。そしてモータ３２０実動作時には、空気冷媒式冷却装置３００外部に設置されているファン３５０からフィルタ３４０を介して冷却空気（１３０ｍｍＡｑ、４０℃）が冷却空気吸入口３２１ａからモータケーシング３２１内部へ送り込まれる。モータケーシング３２１内部に取り入れられてモータ駆動部である主軸３２４およびステータコイル本体３２５およびステータコイルエンド部３２７を冷却した冷却空気は、冷却空気排出口３２１ｂからモータケーシング３２１外部に排出される。

本実施の形態の空気冷媒式冷却装置３００においては、ステータコイル本体３２５とモータケーシング間に冷却フィン３２６が配置される。冷却フィン３２６を介してステータコイル本体３２５から発生する熱は冷却空気吸入口３２１ａからモータ３２０内部へ送り込まれてくる冷却空気により冷却され、冷却空気排出口３２１ｂを通ってモータケーシング３２１外部に排出される。

本実施の形態においては、モータ３２０のモータケーシング３２１内部に格納されているステータコイルエンド部３２７および冷却フィン３２６から発熱される熱をモータケーシング３２１外部に排熱させる目的で、モータケーシング３２１内部と外部との間に圧力差が生成される。本実施の形態においては、上記圧力差を生成するのに、モータケーシング３２１に配設されている冷却空気吸入口３２１ａにモータ３２０外部に設置されるファン３５０を接続して正圧をかけているが、コンプレッサ等に接続して負圧をかけても良い。コンプレッサ等により負圧がかけられた場合には，モータ内部に混入してくる異物等が素早くモータ外部に排出される利点があり、ファン等により正圧がかけられた場合には、ラビリンス部を通って主軸の軸受け近傍に流れ込んでくる高温および低温の冷媒空気が遮断される。これによりモータ内部の部品寿命がのばされ、モータ全体の信頼性が向上するという利点がある。

また、モータ内部からの排熱を効率良く行う目的で、ステータコイル本体３２５とモータケーシング間に冷却フィン３２６が配設される。さらに、冷却空気吸入口３２１ａおよび冷却空気排出口３２１ｂは、それぞれモータケーシング３２１のステータコイルエンド部３２７および冷却フィン３２６の近傍に配設される。これにより、モータ３２０の内部発熱による高温化を阻止し、安定的な高速回転が保持される。これにより、高速回転にも係わらず、主軸およびステータの部品寿命が伸ばされて、モータとしての信頼性が向上する。よって、高効率で信頼性の高い空気冷媒冷却装置２１０を実現させることができる。
本発明における空気冷媒式冷却装置は、系の温度・圧力レベルを変えて冷凍、冷蔵、空調冷房に適用することができるため、冷凍装置、冷蔵装置、空調冷房装置をも包括する。なお、本実施の形態においては冷凍の場合についてのみ説明したが、系の温度・圧力レベルを変えて冷蔵、空調冷房の場合についても同様に適用することが出来る。

（実施の形態２）
図４に、本発明の実施の形態２に係わる空気冷媒式冷却装置４００の概略構成の断面を示す。本実施の形態の空気冷媒式冷却装置４００の基本構成は実施の形態１の空気冷媒式冷却装置３００と同様である。また、実施の形態１と同様に構成要件であるモータ４２０が高速回転することにより、装置全体の高効率化を目的とするものであり、実動作時には高い信頼性が求められる。本実施の形態においては、更に、モータケーシング４２１に配設されて、冷却空気吸入口４２１ａから取り入れられる冷却空気がステータコイルエンド部４２７に流れ込むように制御する案内板（ガイド板）４６０が備えられている。

本実施の形態の空気冷媒式冷却装置４００は、モーター４２０と、コンプレッサ４１０および膨張タービン４３０を備えている。コンプレッサ４１０は、モータ４２０の軸方向の一端に接続される。また、膨張タービン４３０は、モータ４２０の軸方向のコンプレッサ４１０とは反対側のもう一端に接続される。モータ４２０は、コンプレッサ４１０および膨張タービン４３０の中央に位置され、モータケーシング４２１に挿入されている回転駆動部である主軸４２４と、主軸４２４を駆動させるステータとを備えている。ステータはステータコイル本体４２５と、ステータコイル本体４２５を挟んで軸方向に対称に位置されるステータコイルエンド部４２７とを備えている。

本実施の形態の空気冷媒式冷却装置４００の動作原理は、基本的に実施の形態１の空気冷媒式冷却装置３００で説明されているものと同様であるのでここでは省略する。但し、本実施の形態においては、冷却空気吸入口４２１ａから取り入れられる冷却空気がステータコイルエンド部４２７に流れ込むように整流するための案内板（ガイド板）４６０がモータケーシング４２１の内壁に配設されている。これにより、実施の形態１に比較して、ステータコイルエンド部４２７に当たる冷却空気の流量が増え、ステータコイルエンド部４２７から発生する熱が、効率良く冷却空気によりモータケーシング４２１に配設されている冷却空気排出口４２１ｂを通ってモータ４２０外部に排出される。

本実施の形態においては、上記冷却空気を生成するのに、モータケーシング４２１に配設されている冷却空気吸入口４２１ａにモータ４２０外部に設置されるファン４５０を接続して正圧を負荷しているが、コンプレッサ等に接続して負圧を負荷しても良い。また、ステータコイル本体４２５からの排熱を効率良く行う目的で、ステータコイル本体４２５とモータケーシング間に冷却フィン４２６が配設される。モータケーシング４２１内部と外部間の冷却空気の通路となる冷却空気吸入口４２１ａおよび冷却空気排出口４２１ｂは、それぞれモータケーシング４２１のステータコイルエンド部４２７および冷却フィン４２６の近傍に配設される。さらに、本実施の形態においては、冷却空気吸入口４２１ａからモータケーシング４２１内に送られてくる冷却空気が効率良くステータコイルエンド部４２７に当たるように、モータケーシング４２１内壁上の冷却空気吸入口４２１ａ近傍に案内板（ガイド板）４６０が配置される。

これにより、モータ４２０の内部発熱による高温化を阻止し、安定的な高速回転が保持される。そして、モータ４２０を備えた高効率で信頼性の高い空気冷媒冷却装置４００を実現させることができる。

（実施の形態３）
図２に、本実施の形態３に係わる空気冷媒冷熱システム１００の概略図を示す。

本実施の形態に係わる空気冷媒冷熱システム１００は、実施の形態１または２の空気冷媒式冷却装置３００、４００、第１熱交換器１２０、第２熱交換器１３０、冷却庫１４０、フィルタ１５０およびファン１６０を備えている。

本実施の形態における冷媒は空気であり、従来使用されてきたオゾン冷媒による環境破壊の懸念は一掃される。

本実施の形態においては、空気冷媒式冷却装置３００、４００のコンプレッサの出口に第１熱交換器１２０の入口が配管により接続される。第１熱交換器１２０の出口に第２熱交換器１３０の入口が配管により接続される。第２熱交換器１３０の出口は、配管により空気冷媒式冷却装置３００、４００の膨張タービンの入口に接続される。空気冷媒式冷却装置３００、４００の膨張タービンの出口は、配管により冷却庫１４０の冷媒空気入口に接続される。そして、冷却庫１４０の空気冷媒出口は、配管により第２熱交換器１３０を介して空気冷媒式冷却装置３００、４００のコンプレッサ入口に接続される。また、空気冷媒式冷却装置３００、４００のモータ内部の冷却のため、モータケーシングに設けられた吸気孔にフィルタ１５０を介してファン１６０が接続される。

次に、本実施の形態に係わる空気冷媒冷熱システム１００の動作原理について説明する。本実施の形態の空気冷媒冷熱システム１００は、空気を冷媒とした循環型システムであり、その循環ループに冷却庫内１４０を組み込むことにより、冷媒の空気を冷却庫内１４０に直接送り込む。ここで、冷却庫は、冷凍庫、冷蔵庫等を含むものである。
冷却庫１４０は、例えば、製品を低温に保存ずる以外にも、半密閉式で、空気冷媒式冷却装置３００，４００により冷却された空間を食品等がベルトコンベアにより通過することで冷凍食品とされる例に本発明を適用することも可能である。さらに、医薬品の製造過程において冷凍する医薬品反応装置にも使用可能である。

まず、空気冷媒式冷却装置３００、４００のコンプレッサ入口に送り込まれた３５℃（圧力；ー１７３ｍｍＡｑ）の冷媒空気は、コンプレッサにより圧縮されて１１９℃の空気冷媒としてコンプレッサ出口より排出される。排出された１１９℃の空気冷媒は第１熱交換器１２０に送られて、第１熱交換器１２０で４３℃にまで冷却される。さらに、４３℃にまで冷却された空気冷媒は、第２熱交換器１３０に送られて熱交換され、ー４７℃近傍にまで冷却される。このー４７℃にまで冷却された空気冷媒は、空気冷媒式冷却装置３００、４００の膨張タービンの入口に送り込まれ、ここで断熱膨張されてー８０℃にまで冷却される。このー８０℃にまで冷却された冷媒空気は冷却庫１４０に送られて、直接冷却庫１４０内に納められている製品を冷却する。本実施の形態においては、冷却庫１４０内の温度はおおよそー５５℃近傍に保たれている。冷却庫１４０から排出された−５５℃の冷媒空気は、第２熱交換器１３０に送られ、第１熱交換器１２０から送られてきた空気冷媒と熱交換されることにより、第１熱交換器１２０から送られてきた空気冷媒をー４７℃にまで冷却する。そして、第２熱交換器１３０で熱交換をし、３５℃まで昇温した冷却庫１４０からの冷媒空気は、再度空気冷媒式冷却装置３００、４００のコンプレッサ入口に送り込まれることにより冷媒空気の循環システムが成立する。また、ファン１６０からフィルタ１５０を介してモータ内部を冷却するための冷却空気がモータケーシングの冷却孔を通ってモータ内部に送り込まれる。そして、モータ内部を冷却した後、冷却空気はモータ内部からモータケーシングの冷却孔を通って大気に開放される。

本実施の形態においては、冷媒に空気を使用することにより、従来のフロン等の冷媒に比べて環境汚染の心配が無い。また、実施の形態１または２に示される空気冷媒式冷却装置３００、４００を使用することにより、最小限の熱交換器を備えるのみで冷却庫１４０内を所望の温度に冷却することができる高効率且つ、信頼性の高い空気冷媒冷熱システム１００を提供することができる。

また、本実施の形態においては本質的に構成がシンプルであるため、全体の設備費が低減される他、低温の冷媒空気を直接冷却庫１４０内に送り込むため、ユニットクーラおよび倉庫内の冷媒配管が不要となる。このため、建設費用の大幅な削減が実現される。

（実施の形態４）
図５に、本実施の形態４に係わる空気冷媒冷熱システム５００の概略図を示す。

本実施の形態の空気冷媒冷熱システム５００の基本構成は、実施の形態３における空気冷媒冷熱システム１００と同様である。但し、構成要件である空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ冷却のための構成に差異がある。

本実施の形態に係わる空気冷媒冷熱システム５００は、実施の形態１または２の空気冷媒式冷却装置３００，４００、第１熱交換器５２０、第２熱交換器５３０、および冷却庫５４０を備えている。

本実施の形態の構成および動作原理については、実施の形態３における空気冷媒冷熱システム１００と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施の形態においては、空気冷媒式冷却装置３００，４００の膨張タービンの出口に接続された配管が分岐して、一方が冷却庫５４０の入口に、もう一方がモータケーシングに配設されている吸気孔に接続されている。また、空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータケーシングに配設されている吸気孔と、空気冷媒式冷却装置３００，４００のコンプレッサ入口とが配管により接続されている。

これにより、空気冷媒冷熱システム５００の駆動中には、常に空気冷媒式冷却装置３００，４００の膨張タービンの出口から排出されるー８０℃の冷媒空気の一部が空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ内部に送られて、モータ内部の冷却が行われる。また、冷却後の冷媒空気は、４０℃程になってモータ内から排出されて、再度空気冷媒式冷却装置３００，４００のコンプレッサの入口へ送られる。これにより、本実施の形態においては、冷媒空気が冷却庫５４０内の温度を低温に維持すると同時に、空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ内部の冷却を行う。

本実施の形態においては、実施の形態３と同様の効果を備えると共に、循環型の冷媒空気を使用して空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータの内部冷却を効率良く行うことが出来る。これにより、実施の形態３の空気冷媒冷熱システム３００，４００に比べてさらに安価な設備費で、信頼性の高い空気冷媒冷熱システム５００を提供することができる。

（実施の形態５）
図６に、本実施の形態５に係わる空気冷媒冷熱システム６００の概略図を示す。

本実施の形態の空気冷媒冷熱システム６００の基本構成は、実施の形態３および４における空気冷媒冷熱システム１００、５００と同様である。但し、構成要件である空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ冷却のための構成に差異がある。

本実施の形態に係わる空気冷媒冷熱システム６００は、実施の形態１または２の空気冷媒式冷却装置３００，４００、第１熱交換器６２０、第２熱交換器６３０、冷却庫６４０、および空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータを冷却するためのラジエータ６５０を備えている。

本実施の形態の構成および動作原理については、実施の形態３および４における空気冷媒冷熱システム１００、５００と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施の形態においては、空気冷媒式冷却装置３００，４００の外部にラジエータ６５０が配置されている。ラジエータ６５０の入口および出口は、モータケーシングに配設されている上記入口および出口のそれぞれに対応する吸気孔に接続されている。

そして、空気冷媒冷熱システム６００の駆動中には、同時にラジエータ６５０が駆動されて空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ内部の空気が循環される。また、ラジエータ６５０により、モータ内部から排出される４０℃の冷却空気は３０℃にまで冷却される。

本実施の形態においては、実施の形態３および４と同様の効果を備えると共に、ラジエータ６５０の駆動により、空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータの冷却効率が上がることにより、実施の形態３および４の空気冷媒冷熱システム１００、５００に比べてさらに信頼性の高い空気冷媒冷熱システム６００を提供することができる。

（実施の形態６）
図７に、本実施の形態６に係わる空気冷媒冷熱システム７００の概略図を示す。

本実施の形態の空気冷媒冷熱システム７００の基本構成は、実施の形態３から５までにおける空気冷媒冷熱システム１００、５００および６００と同様である。但し、構成要件である空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ冷却のための構成に差異がある。

本実施の形態に係わる空気冷媒冷熱システム７００は、実施の形態１または２の空気冷媒式冷却装置３００，４００、第１熱交換器７２０、第２熱交換器７３０、および冷却庫７４０を備えている。

本実施の形態の構成および動作原理については、実施の形態３から５までにおける空気冷媒冷熱システム１００、５００および６００と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施の形態においては、第２冷却熱交換器７３０の出口に接続された配管が分岐して、一方が空気冷媒式冷却装置３００，４００の膨張タービン入口に、もう一方がモータケーシングに配設されている吸気孔に接続されている。また、空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータケーシングに配設されている吸気孔と、空気冷媒式冷却装置３００，４００のコンプレッサ入口とが配管により接続されている。

これにより、空気冷媒冷熱システム７００の駆動中には、常に第２冷却熱交換器７３０の出口から排出されるー４７℃の冷媒空気の一部が空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ内部に送られて、モータ内部の冷却が行われる。また、冷却後の冷媒空気は、４０℃程になってモータ内から排出されて、再度空気冷媒式冷却装置３００，４００のコンプレッサの入口へ送られる。これにより、本実施の形態においては、冷媒空気が冷却庫７４０内の温度を低温に維持すると同時に、空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ内部の冷却を行う。

本実施の形態においては、実施の形態４および６と同様の効果を備えると共に、循環型の冷媒空気を使用して空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータの内部冷却を効率良く行うことが出来る。これにより、実施の形態３および５の空気冷媒冷熱システム１００、６００に比べてさらに安価な設備費で、信頼性の高い空気冷媒冷熱システム７００を提供することができる。

（実施の形態７）
図８に、本実施の形態７に係わるレフコンテナ８００の概略図を示す。

本実施の形態のレフコンテナ８００の基本構成は、実施の形態５における空気冷媒冷熱システム６００と同様である。但し、システム全体が可搬となるように構成されている。

本実施の形態に係わるレフコンテナ８００は、実施の形態１または２の空気冷媒式冷却装置３００，４００第１熱交換器８２０、第２熱交換器８３０、コンテナボックス８４０、および空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータを冷却するためのラジエータ８５０を備えている。

本実施の形態の構成および動作原理については、実施の形態３、５における空気冷媒冷熱システム１００、６００と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施の形態においては、空気冷媒式冷却装置３００，４００の外部にラジエータ８５０が配置されている。ラジエータ８５０の入口および出口は、モータケーシングに配設されている上記入口および出口のそれぞれに対応する吸気孔に接続されている。そして、レフコンテナ８００の駆動中には、同時にラジエータ８５０が駆動されて空気冷媒式冷却装置３００，４００のモータ内部の空気が循環される。また、ラジエータ８５０により、モータ内部から排出される４０℃の冷却空気は３０℃にまで冷却される。

さらに、本実施の形態においては、構成要件である空気冷媒式冷却装置３００，４００第１熱交換器８２０、第２熱交換器８３０、コンテナボックス８４０、およびラジエータ８５０全てが可搬式として構成されており、このシステム全体を車、船舶、鉄道等に積載して、コンテナボックス８４０内にて製品を冷凍保存しながら運搬することができる。

本実施の形態においては、システム全体を可搬式とすることにより、今後需要が増えると予想される冷凍運搬に、信頼性の高い空気冷媒冷熱システムを提供することができる。なお、本実施の形態においては冷凍の場合についてのみ説明したが、他の実施例と同様に系の温度・圧力レベルを変えて冷蔵、空調冷房の場合についても適用することが出来る。

従来の空冷モータの概略構成を示す断面図である。 実施の形態３に係わる空気冷媒冷熱システムである。 実施の形態１に係わる空気冷媒冷熱装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態２に係わる空気冷媒冷熱装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態４に係わる空気冷媒冷熱システムである。 実施の形態５に係わる空気冷媒冷熱システムである。 実施の形態６に係わる空気冷媒冷熱システムである。 実施の形態７に係わるレフコンテナである。

符号の説明

１…空冷モータ
２…空冷ファン
３、３２７、４２７…ステータコイルエンド部
４、３２５、４２５…ステータコイル本体
５…外部フィン
６…ステータケーシング
７、３２４、４２４…主軸
８…ステータ本体
１００、５００、６００，７００…空気冷媒冷熱システム
１２０、５２０、６２０、７２０、８２０…第１熱交換器
１３０、５３０、６３０、７３０、８３０…第２熱交換器
１４０、５４０、６４０、７４０…冷却庫
１５０、３４０、４４０…フィルタ
１６０、３５０、４５０…ファン
３００，４００…空気冷媒式冷却装置
３１０、４１０…コンプレッサ
３１０ａ、４１０ａ…コンプレッサ排出口
３２１ａ、３２１ｂ、４２１ａ、４２１ｂ…吸気孔
３２０、４２０…モータ
３２１、４２１…モータケーシング
３２６、４２６…冷却フィン
３３０、４３０…膨張タービン
３３０ａ、４３０ａ…膨張タービン入口
４６０…案内板（ガイド板）
６５０、８５０…ラジエータ
８００…レフコンテナ
８４０…コンテナボックス

Claims (9)

1. モータケーシングと、前記モータケーシング内に挿入された主軸と、前記モータケーシング内に格納されて前記主軸を回転駆動させるためのステータコイルと、前記モータケーシング内に格納されて前記ステータコイルに蓄積される熱を放熱するための放熱手段とを備えたモータと、
   前記モータの第１の軸方向に接続されたコンプレッサと、
   前記モータの第２の軸方向に接続された膨張タービンと
   を具備し、
   前記ステータコイルは、ステータコイル本体と、前記ステータコイル本体を挟んで軸方向に対称に位置するステータコイルエンド部とを備え、前記放熱手段は前記ステータコイル本体と前記モータケーシング間に配置され、
   さらに、前記モータ外部からの外圧により、前記モータケーシングに配設される第１の吸気孔および第２の吸気孔を介して前記放熱手段およびステータコイルエンド部の配置されている空間と前記モータの外部との間に圧力差が生成される
   空気冷媒式冷却装置。
2. 請求項１に記載の空気冷媒式冷却装置において、
   さらに、前記モータケーシング内に配置されて、前記モータ外部からの外圧により生じる前記放熱手段およびステータコイルエンド部の配置されている空間と前記モータの外部との間の空気の流れ方向を制御する案内板を具備する
   空気冷媒式冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の空気冷媒式冷却装置において、
   前記放熱手段は冷却フィンによる放熱である
   空気冷媒式冷却装置。
4. モータケーシングと、前記モータケーシング内に挿入された主軸と、前記モータケーシング内に格納されて前記主軸を回転駆動させるためのステータコイルと、前記モータケーシング内に格納されて前記ステータコイルに蓄積される熱を放熱するための放熱手段とを備えたモータと、
   前記モータの第１の軸方向に接続されたコンプレッサと、
   前記モータの第２の軸方向に接続された膨張タービンと
   前記モータの内部と外部との間に圧力差を生成するための手段と
   を具備する
   空気冷媒式冷却装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の空気冷媒式冷却装置と、
   第１熱交換器と、
   第２熱交換器と、
   冷却庫と、
   フィルタおよびファンと
   を具備し、
   前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの出口と前記第１熱交換器の入口とが接続され、前記第１熱交換器の出口と前記第２熱交換器の入口とが接続され、前記第２熱交換器の出口と前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの入口とが接続され、前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの出口と前記冷却庫の入口とが接続され、前記冷却庫の出口は前記第２熱交換器を介して前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの入口に接続され、
   さらに、前記空気冷媒式冷却装置の前記モータ内部の冷却のため、前記モータケーシングに設けられた第１の吸気孔に前記フィルタを介して前記ファンが接続され、前記モータケーシングに設けられた第２の吸気孔から前記モータ内部で発生した熱が排出される
   空気冷媒冷熱システム。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の空気冷媒式冷却装置と、
   第１熱交換器と、
   第２熱交換器と、
   冷却庫と
   を具備し、
   前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの出口と前記第１熱交換器の入口とが接続され、前記第１熱交換器の出口と前記第２熱交換器の入口とが接続され、前記第２熱交換器の出口と前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの入口とが接続され、前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの出口と前記冷却庫の入口とが接続され、前記冷却庫の出口は前記第２熱交換器を介して前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの入口に接続され、
   さらに、前記空気冷媒式冷却装置の前記モータ内部の冷却のため、前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの出口に接続された配管が分岐されて、前記分岐された配管は前記空気冷媒式冷却装置の前記モータケーシングに配設されている第１の吸気孔に接続され、前記空気冷媒式冷却装置の前記モータケーシングに配設されている第２の吸気孔と前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの入口とが接続される
   空気冷媒冷熱システム。
7. 請求項１から４のいずれかに記載の空気冷媒式冷却装置と、
   第１熱交換器と、
   第２熱交換器と、
   冷却庫と、
   ラジエータと
   を具備し、
   前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの出口と前記第１熱交換器の入口とが接続され、前記第１熱交換器の出口と前記第２熱交換器の入口とが接続され、前記第２熱交換器の出口と前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの入口とが接続され、前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの出口と前記冷却庫の入口とが接続され、前記冷却庫の出口は前記第２熱交換器を介して前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの入口に接続され、
   さらに、前記空気冷媒式冷却装置の前記モータ内部の冷却のため、前記空気冷媒式冷却装置の外部に前記ラジエータが配置され、前記ラジエータの入口および出口は前記モータケーシングに配設されている前記ラジエータの入口および出口のそれぞれに対応する吸気孔に接続される
   空気冷媒冷熱システム。
8. 請求項１から４のいずれかに記載の空気冷媒式冷却装置と、
   第１熱交換器と、
   第２熱交換器と、
   冷却庫と
   を具備し、
   前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの出口と前記第１熱交換器の入口とが接続され、前記第１熱交換器の出口と前記第２熱交換器の入口とが接続され、前記第２熱交換器の出口と前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの入口とが接続され、前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの出口と前記冷却庫の入口とが接続され、前記冷却庫の出口は前記第２熱交換器を介して前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの入口に接続され、
   さらに、前記空気冷媒式冷却装置の前記モータ内部の冷却のため、前記第２冷却熱交換器の出口に接続された配管が分岐されて、前記分岐された配管は前記空気冷媒式冷却装置の前記モータケーシングに配設されている第１の吸気孔に接続され、前記空気冷媒式冷却装置の前記モータケーシングに配設されている第２の吸気孔と前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの入口とが接続される
   空気冷媒冷熱システム。
9. 請求項１から４のいずれかに記載の空気冷媒式冷却装置と、
   第１熱交換器と、
   第２熱交換器と、
   コンテナボックスと、
   ラジエータと
   を具備し、
   前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの出口と前記第１熱交換器の入口とが接続され、前記第１熱交換器の出口と前記第２熱交換器の入口とが接続され、前記第２熱交換器の出口と前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの入口とが接続され、前記空気冷媒式冷却装置の前記膨張タービンの出口と前記コンテナボックスの入口とが接続され、前記コンテナボックスの出口は前記第２熱交換器を介して前記空気冷媒式冷却装置の前記コンプレッサの入口に接続され、
   前記空気冷媒式冷却装置の前記モータ内部の冷却のため、前記空気冷媒式冷却装置の外部に前記ラジエータが配置され、前記ラジエータの入口および出口は前記モータケーシングに配設されている前記ラジエータの入口および出口のそれぞれに対応する吸気孔に接続され、
   さらに、請求項１から４のいずれかに記載の空気冷媒式冷却装置と、第１熱交換器と、第２熱交換器と、コンテナボックスと、ラジエータとはレフコンテナとして可搬式に構成される
   レフコンテナ。

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