JP2009014291A - Air cycle refrigerating device - Google Patents

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裕之 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air cycle refrigerating device capable of manufacturing a heat exchanger as a component at a low cost, and capable of reducing the pressure loss of an air passage in the heat exchanger. <P>SOLUTION: With respect to inflow air, compression by an air compressor of a turbine unit, cooling by a radiating heat exchanger, and adiabatic expansion by an air expander of the turbine unit are sequentially carried out, and the air is supplied into a cooled part, and return air from the cooled part is circulated into the air compressor as the inflow air. A heat recovery heat exchanger is arranged between the air passage between the heat radiating heat exchanger and the air expander and the air passage between the cooled part and the air compressor so as to perform air-air heat exchange of the air flowing in both the air passages, and the air before entering the air expander is cooled by the return air from the cooled part. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、冷媒として空気が用いられ、冷凍倉庫や零度以下の低温室や空調等に利用される空気サイクル冷凍装置に関する。   The present invention relates to an air cycle refrigeration apparatus in which air is used as a refrigerant, and is used in a freezer warehouse, a low temperature room below zero degrees, air conditioning, and the like.

この種の空気サイクル冷凍装置として、空気圧縮機および空気膨張機を有するタービンユニットと、被冷却部との間で冷媒となる空気を循環させる構成のものが知られている(例えば特許文献1,2)。この空気サイクル冷凍装置では、被冷却部からの戻り空気が熱回収用熱交換器を経てタービンの空気圧縮機に流入する。空気圧縮機で圧縮された空気は放熱用熱交換器および前記熱回収用熱交換器を経て、タービンの空気膨張機に流入し、この空気膨張機で断熱膨張した空気が被冷却部に供給される。前記放熱用熱交換器では、空気圧縮機で圧縮されて高温・高圧となった空気が、外部媒体との熱交換(空気圧縮機を経た空気から外部媒体へ熱が移動)で一次冷却される。前記熱回収用熱交換器では、前記放熱用熱交換器を経て一次冷却された空気が、被冷却部からの低温の戻り空気との熱交換(放熱用熱交換器を経た空気から戻り空気へ熱が移動)で二次冷却され、戻り空気は加熱される。上記した熱回収用熱交換器や放熱用熱交換器として、空気対空気の熱交換器を使用する場合には、プレート式熱交換器やフィンチューブ式熱交換器が使用される。このほか、液体を媒体とした熱交換器を使用する例もある(例えば特許文献3)。
特開2007−057109号公報 特開2007−057143号公報 特開2006−118773号公報
As this type of air cycle refrigeration apparatus, one having a configuration in which air serving as a refrigerant is circulated between a turbine unit having an air compressor and an air expander and a portion to be cooled is known (for example, Patent Document 1). 2). In this air cycle refrigeration system, the return air from the part to be cooled flows into the air compressor of the turbine through the heat recovery heat exchanger. The air compressed by the air compressor passes through the heat dissipating heat exchanger and the heat recovery heat exchanger, flows into the air expander of the turbine, and the air adiabatically expanded by this air expander is supplied to the cooled part. The In the heat-dissipating heat exchanger, the air that has been compressed by the air compressor and becomes high temperature and pressure is primarily cooled by heat exchange with the external medium (heat is transferred from the air passing through the air compressor to the external medium). . In the heat recovery heat exchanger, the air that has been primarily cooled through the heat dissipation heat exchanger exchanges heat with the low-temperature return air from the cooled part (from the air that has passed through the heat dissipation heat exchanger to the return air). The secondary air is cooled by the transfer of heat, and the return air is heated. When an air-to-air heat exchanger is used as the heat recovery heat exchanger or heat dissipation heat exchanger, a plate heat exchanger or a fin tube heat exchanger is used. In addition, there is an example in which a heat exchanger using a liquid as a medium is used (for example, Patent Document 3).
JP 2007-057109 A JP 2007-057143 A JP 2006-118773 A

しかし、上記構成の空気サイクル冷凍装置の熱交換器として、プレート式熱交換器を使用する場合には、熱交換器内での空気の偏流が避けられず、設計通りの性能が得られない場合がある。また、プレート式熱交換器は、価格が高いといった問題もある。一方、フィンチューブ式熱交換器は安価であるが、チューブ側の通気抵抗が高く、圧力損失が大きいといった問題がある。
また、液体を媒体とする場合では、液体を循環させるポンプを付加することから価格が高くなるという問題がある。また、熱回収用熱交換器に使用する場合には、空気対液体、液体対空気の熱交換を行なう際、液体流量を空気流量に応じて調整する必要がある。
However, when a plate heat exchanger is used as the heat exchanger of the air cycle refrigeration system having the above configuration, air drift in the heat exchanger is unavoidable, and the designed performance cannot be obtained. There is. In addition, the plate heat exchanger has a problem of high price. On the other hand, although the finned tube heat exchanger is inexpensive, there is a problem that the ventilation resistance on the tube side is high and the pressure loss is large.
Further, in the case of using a liquid as a medium, there is a problem that the cost increases because a pump for circulating the liquid is added. When used in a heat recovery heat exchanger, the liquid flow rate needs to be adjusted in accordance with the air flow rate when air-to-liquid and liquid-to-air heat exchange is performed.

この発明の目的は、構成部品である熱交換器を安価に製造できて、熱交換器における空気経路の圧力損失を低減できる空気サイクル冷凍装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an air cycle refrigeration apparatus capable of manufacturing a heat exchanger as a component at low cost and reducing pressure loss in an air path in the heat exchanger.

この発明の空気サイクル冷凍装置は、流入空気に対して、空気圧縮機および空気膨張機を有するタービンユニットの前記空気圧縮機による圧縮、放熱用熱交換器による冷却、前記タービンユニットの前記空気膨張機による断熱膨張を順次行なった空気を被冷却部に供給し、被冷却部からの戻り空気を前記流入空気として前記空気圧縮機に循環させ、前記放熱用熱交換器と空気膨張機の間の空気経路と、前記被冷却部と空気圧縮機の間の空気経路の間で、両空気経路を流れる空気対空気の熱交換を行なう熱回収用熱交換器を配置し、前記空気膨張機に入る前の空気を前記被冷却部からの戻り空気で冷却する空気サイクル冷凍装置であって、前記放熱用熱交換器および前記熱回収用熱交換器のうちのいずれか一方の熱交換器または両方の熱交換器に、高温側の空気を流す複数本の平行なチューブ、およびこれらチューブ間に設けられたフィンを有する熱交換ユニットを並列に複数設置してなるフィンチューブ式熱交換器を用いたことを特徴とする。
フィンチューブ式熱交換器は、自動車用として、ラジエータ、コンデンサ、インタークーラ等で使用され、既存の製品は安価に入手できる。そのため、放熱用熱交換器および熱回収用熱交換器として、フィンチューブ式熱交換器を用いると、これら熱交換器を安価に構成できる。
また、フィンチューブ式熱交換器では、チューブ側の空気通路での圧力損失が問題となるが、上記したように平行に並べた複数本のチューブと、これらチューブ間に設けられたフィンを有する熱交換ユニットを、並列に複数設置してフィンチューブ式熱交換器を構成し、全空気量を並列に並ぶチューブに分散して通過させるようにしているので、チューブでの圧力損失を低減できる。
また、タービンユニットの空気圧縮機から空気膨張機に至る空気通路を流れる空気は高温・高圧の空気となるが、放熱用熱交換器では高温空気の流れる空気通路を前記チューブが担い、熱回収用熱交換器でも高温空気の流れる空気通路を前記チューブが担うので、十分な耐圧を持つチューブに高圧空気を流すことになり、配管が容易になる。また、高圧空気は低圧空気に比べて体積流量が小さいので,この点でも圧力損失に対して有利である。その結果、構成部品である熱交換器を安価に製造できて、熱交換器における空気経路の圧力損失を低減できる。
The air cycle refrigeration apparatus according to the present invention compresses a turbine unit having an air compressor and an air expander by the air compressor, cools by a heat exchanger for heat dissipation, and the air expander of the turbine unit with respect to inflow air. The air that has been subjected to adiabatic expansion in order is supplied to the part to be cooled, the return air from the part to be cooled is circulated to the air compressor as the inflow air, and the air between the heat exchanger for heat radiation and the air expander A heat recovery heat exchanger that performs heat-to-air heat exchange between the air path and the air path between the part to be cooled and the air compressor, before entering the air expander Is an air cycle refrigeration apparatus that cools the air with the return air from the part to be cooled, and the heat of one of the heat exchanger for heat dissipation and the heat exchanger for heat recovery or the heat of both Exchanger The present invention uses a finned tube heat exchanger in which a plurality of parallel tubes through which high-temperature air flows and a plurality of heat exchange units having fins provided between the tubes are installed in parallel. .
Fin tube heat exchangers are used for automobiles, such as radiators, condensers, and intercoolers, and existing products can be obtained at low cost. Therefore, if a finned tube heat exchanger is used as the heat exchanger for heat dissipation and the heat exchanger for heat recovery, these heat exchangers can be configured at low cost.
Further, in the finned tube heat exchanger, the pressure loss in the air passage on the tube side becomes a problem. However, as described above, a plurality of tubes arranged in parallel and heat having fins provided between these tubes are used. Since a plurality of exchange units are installed in parallel to form a finned tube heat exchanger, and the total amount of air is distributed and passed through the tubes arranged in parallel, pressure loss in the tubes can be reduced.
The air flowing from the air compressor to the air expander of the turbine unit becomes high-temperature and high-pressure air. However, in the heat-dissipating heat exchanger, the tube carries the air passage through which the high-temperature air flows, and is used for heat recovery. In the heat exchanger, since the tube serves as an air passage through which high-temperature air flows, high-pressure air is allowed to flow through a tube having sufficient pressure resistance, and piping becomes easy. Moreover, since the high-pressure air has a smaller volume flow rate than the low-pressure air, this point is also advantageous for pressure loss. As a result, the heat exchanger which is a component can be manufactured at low cost, and the pressure loss of the air path in the heat exchanger can be reduced.

この発明において、並設された隣合う熱交換ユニットのフィンとフィンとの間のすきまに、複数の整流用の仕切りを設けても良い。この場合に、前記熱交換ユニットのチューブが2本であり、前記フィンが、前記2本のチューブ間に渡ってそれぞれ設けられて前記チューブの長手方向に並ぶ複数の平行な伝熱性板材と、各伝熱性板材の間に配置されたフィン要素とでなるものであっても良い。
このようにフィン間のすきまに仕切りを設けると、フィン側を通過する空気の混合を抑制し、チューブ側経路の出口付近のフィン側空気温度を低温に保持でき、熱交換器の温度効率を改善することができる。前記フィンが前記のように複数の平行な伝熱性板材とフィン要素とでなる場合、上記の仕切りを設けたことにより空気の混合を抑制して温度効率を改善する効果が大きい。
In the present invention, a plurality of rectifying partitions may be provided in the gap between the fins of adjacent heat exchange units arranged side by side. In this case, there are two tubes of the heat exchange unit, and the fins are provided between the two tubes, respectively, and a plurality of parallel heat conductive plates arranged in the longitudinal direction of the tubes, You may consist of a fin element arrange | positioned between heat conductive board | plate materials.
By providing a partition in the gap between the fins in this way, mixing of the air passing through the fin side is suppressed, the fin side air temperature near the outlet of the tube side path can be kept low, and the temperature efficiency of the heat exchanger is improved. can do. When the fin is composed of a plurality of parallel heat conductive plates and fin elements as described above, the provision of the partition has a great effect of suppressing temperature mixing and improving temperature efficiency.

この発明において、前記タービンユニットが、前記空気圧縮機のコンプレッサ翼車および前記空気膨張機のタービン翼車を共通の主軸に取付け、タービン翼車で発生した動力によりコンプレッサ翼車を駆動するものであり、前記主軸を軸受により回転自在に支承し、この主軸にかかるスラスト力の一部または全てを電磁石により支承したものであっても良い。この構成の場合、主軸にかかるスラスト力の一部または全てを電磁石で支承するため、非接触でトルクの増大を抑えながら、主軸の回転支持用の軸受に作用するスラスト力を軽減し、軸受の長期耐久性の向上、寿命の向上が得られる。電磁石による支承のため、永久磁石と異なり、主軸に作用するスラスト力に応じた適正な電磁吸引力の制御を行なうことも可能である。主軸軸受の長期耐久性が向上するため、空気サイクル冷凍装置の全体としての信頼性が向上する。   In this invention, the turbine unit attaches the compressor impeller of the air compressor and the turbine impeller of the air expander to a common main shaft, and drives the compressor impeller by power generated by the turbine impeller. The main shaft may be rotatably supported by a bearing, and a part or all of the thrust force applied to the main shaft may be supported by an electromagnet. In this configuration, since some or all of the thrust force applied to the main shaft is supported by an electromagnet, the thrust force acting on the main shaft rotation support bearing is reduced while suppressing increase in torque in a non-contact manner. Long-term durability and life can be improved. Due to the support by the electromagnet, unlike the permanent magnet, it is also possible to control the appropriate electromagnetic attractive force according to the thrust force acting on the main shaft. Since the long-term durability of the main shaft bearing is improved, the reliability of the entire air cycle refrigeration apparatus is improved.

この発明において、前記タービンユニットが、前記空気圧縮機のコンプレッサ翼車および前記空気膨張機のタービン翼車が取付けられた共通の主軸にモータロータが取付けられ、そのモータにより前記主軸を回転させるものであっても良い。
モータを設けて主軸を駆動する場合、空気圧縮機の補助手段を付加することなく空気圧縮機の駆動が可能となり、装置のコンパクト化が図れる。
In this invention, the turbine unit has a motor rotor attached to a common main shaft to which a compressor impeller of the air compressor and a turbine impeller of the air expander are attached, and the main shaft is rotated by the motor. May be.
When the motor is provided to drive the main shaft, the air compressor can be driven without adding auxiliary means for the air compressor, and the apparatus can be made compact.

この発明の空気サイクル冷凍装置は、流入空気に対して、空気圧縮機および空気膨張機を有するタービンユニットの前記空気圧縮機による圧縮、放熱用熱交換器による冷却、前記タービンユニットの前記空気膨張機による断熱膨張を順次行なった空気を被冷却部に供給し、被冷却部からの戻り空気を前記流入空気として前記空気圧縮機に循環させ、前記放熱用熱交換器と空気膨張機の間の空気経路と、前記被冷却部と空気圧縮機の間の空気経路の間で、両空気経路を流れる空気対空気の熱交換を行なう熱回収用熱交換器を配置し、前記空気膨張機に入る前の空気を前記被冷却部からの戻り空気で冷却する空気サイクル冷凍装置であって、前記放熱用熱交換器および前記熱回収用熱交換器に、高温側の空気を流す複数本の平行なチューブ、およびこれらチューブ間に設けられたフィンを有する熱交換ユニットを並列に複数設置してなるフィンチューブ式熱交換器を用いたため、構成部品である熱交換器を安価に製造できて、熱交換器における空気経路の圧力損失を低減できる。   The air cycle refrigeration apparatus according to the present invention compresses a turbine unit having an air compressor and an air expander by the air compressor, cools by a heat exchanger for heat dissipation, and the air expander of the turbine unit with respect to inflow air. The air that has been subjected to adiabatic expansion in order is supplied to the part to be cooled, the return air from the part to be cooled is circulated to the air compressor as the inflow air, and the air between the heat exchanger for heat radiation and the air expander A heat recovery heat exchanger that performs heat-to-air heat exchange between the air path and the air path between the part to be cooled and the air compressor, before entering the air expander The air cycle refrigeration system cools the air with the return air from the cooled part, and a plurality of parallel tubes that flow high-temperature air to the heat dissipation heat exchanger and the heat recovery heat exchanger , And Since a finned tube heat exchanger in which a plurality of heat exchange units having fins provided between these tubes are installed in parallel is used, the heat exchanger as a component can be manufactured at low cost, and the air in the heat exchanger The pressure loss of the path can be reduced.

この発明の一実施形態を図1ないし図5と共に説明する。図1は、この実施形態の空気サイクル冷凍装置の全体の構成を示す。この空気サイクル冷凍装置は、冷凍倉庫等の被冷却部10の空気を直接に冷媒として冷却する装置であり、被冷却部10にそれぞれ開口した空気の取入口1aから排出口1bに至る空気循環経路1を有している。この空気循環経路1に、空気サイクル冷凍用タービンユニット5の空気圧縮機6、放熱用熱交換器2、熱回収用熱交換器3、および前記タービンユニット5の空気膨張機7が順に設けられている。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the overall configuration of the air cycle refrigeration apparatus of this embodiment. This air cycle refrigeration apparatus is an apparatus that directly cools the air of a cooled portion 10 such as a refrigeration warehouse as a refrigerant, and an air circulation path from an air intake port 1a that opens to the cooled portion 10 to an exhaust port 1b. 1 In this air circulation path 1, an air compressor 6 of an air cycle refrigeration turbine unit 5, a heat exchanger 2 for heat dissipation, a heat exchanger 3 for heat recovery, and an air expander 7 of the turbine unit 5 are provided in this order. Yes.

タービンユニット5の空気圧縮機6は、被冷却部10からの戻り空気であって前記熱回収用熱交換器3を経て流入する空気を圧縮する。放熱用熱交換器2は、前記空気圧縮機6で圧縮されて高圧・高温となった空気が流れる空気経路1dと、冷却塔などから供給される外部冷媒である冷却空気の空気経路8との間で、両空気経路1d,8を流れる空気対空気の熱交換を行なって、空気圧縮機6により圧縮された空気を1次冷却する。熱回収用熱交換器3は、前記放熱用熱交換器2と空気膨張機7の間の空気経路1eと、被冷却部10と空気圧縮機6の間の空気経路1cとの間で、両空気経路1e,1cを流れる空気対空気の熱交換を行なって、空気膨張機7に入る前の圧縮空気を2次冷却する。タービンユニット5の空気膨張機7は、前記熱回収用熱交換器3で2次冷却された圧縮空気を断熱膨張させることで、さらに冷却して被冷却部10に供給する。   The air compressor 6 of the turbine unit 5 compresses the return air from the cooled portion 10 and flowing in through the heat recovery heat exchanger 3. The heat dissipating heat exchanger 2 includes an air path 1d through which air compressed to the high pressure and high temperature is compressed by the air compressor 6 and an air path 8 of cooling air that is an external refrigerant supplied from a cooling tower or the like. In the meantime, heat exchange between air and air flowing through the air paths 1d and 8 is performed to primarily cool the air compressed by the air compressor 6. The heat recovery heat exchanger 3 includes both an air path 1e between the heat dissipation heat exchanger 2 and the air expander 7, and an air path 1c between the cooled portion 10 and the air compressor 6. Heat exchange between air and air flowing through the air paths 1e and 1c is performed, and the compressed air before entering the air expander 7 is secondarily cooled. The air expander 7 of the turbine unit 5 further cools and supplies the compressed air secondarily cooled by the heat recovery heat exchanger 3 to the cooled portion 10 by adiabatic expansion.

この空気サイクル冷凍装置は、被冷却部10を0℃〜−60℃程度に保つ装置であり、被冷却部10から空気循環経路1の取入口1aに圧力0.1Mpaで0℃〜−60℃程度の空気が流入する。なお、以下に示す温度および圧力の数値は、一応の目安となる一例である。取入口1aに流入した空気は、熱回収用熱交換器3での熱交換により空気循環経路1中の後段の空気の冷却に使用され、30℃まで昇温する。この昇温した空気は圧力0.1Mpaのままタービンユニット5の空気圧縮機6に流入して、ここで圧力0.18Mpaに圧縮させられ、その圧縮により110℃まで昇温する。この圧縮空気は、放熱用熱交換器2により40℃に1次冷却される。   This air cycle refrigeration apparatus is an apparatus that keeps the cooled part 10 at about 0 ° C. to −60 ° C., and is 0 ° C. to −60 ° C. at a pressure of 0.1 Mpa from the cooled part 10 to the inlet 1a of the air circulation path 1. About air flows in. Note that the numerical values of temperature and pressure shown below are examples that serve as a rough standard. The air that has flowed into the intake port 1a is used for cooling the downstream air in the air circulation path 1 by heat exchange in the heat recovery heat exchanger 3, and the temperature is raised to 30 ° C. The heated air flows into the air compressor 6 of the turbine unit 5 with the pressure of 0.1 Mpa, where it is compressed to a pressure of 0.18 Mpa, and the temperature is raised to 110 ° C. by the compression. The compressed air is primarily cooled to 40 ° C. by the heat dissipation heat exchanger 2.

放熱用熱交換器2で1次冷却された40℃の圧縮空気は、熱回収用熱交換器3でさらに−20℃まで2次冷却される。圧力は空気圧縮機6から排出された0.18Mpaに維持される。
熱回収用熱交換器3で−20℃まで冷却された空気は、タービンユニット5の空気膨張機7により断熱膨張され、−50℃まで冷却されて排出口1bから被冷却部10に供給される。この冷却サイクル冷凍装置は、このような冷凍サイクルを行なう。
The 40 ° C. compressed air that has been primarily cooled by the heat dissipating heat exchanger 2 is further cooled to −20 ° C. by the heat recovery heat exchanger 3. The pressure is maintained at 0.18 MPa discharged from the air compressor 6.
The air cooled to −20 ° C. by the heat recovery heat exchanger 3 is adiabatically expanded by the air expander 7 of the turbine unit 5, cooled to −50 ° C., and supplied from the outlet 1 b to the cooled part 10. . This cooling cycle refrigeration apparatus performs such a refrigeration cycle.

図2〜図5は、放熱用熱交換器2および熱回収用熱交換器3の具体例を示す。これらの熱交換器2,3はフィンチューブ式熱交換器からなる。この場合のフィンチューブ式熱交換器は、図5に斜視図で示すように、高温側の空気を流す一対の平行なチューブ11A,11Bと、これら一対のチューブ11A,11B間に設けられたフィン12を有する熱交換ユニット9を、並列に複数設置して構成される。なお、図5では、フィン12は概略図で図示している。   2-5 shows the specific example of the heat exchanger 2 for thermal radiation, and the heat exchanger 3 for heat recovery. These heat exchangers 2 and 3 are fin tube heat exchangers. As shown in the perspective view of FIG. 5, the finned tube heat exchanger in this case includes a pair of parallel tubes 11A and 11B through which high-temperature air flows and fins provided between the pair of tubes 11A and 11B. A plurality of heat exchange units 9 having 12 are installed in parallel. In FIG. 5, the fins 12 are schematically shown.

フィン12は、具体的には図4のように構成される。同図は、熱交換ユニット9の正面図を示す。同図のように、フィン12は、平行な一対のチューブ11A,11Bにまたがる複数の平行な伝熱性板材24を、チューブ11A,11Bの長手方向に並べ、隣接する伝熱性板材24,24間にフィン要素12aを配置して構成される。フィン要素12aは、例えば金属薄板をV形波となる波板状に折り曲げたものである。なお、図2および図4において、伝熱性板材24上の矢印は、伝熱性板材24での熱の伝導方向を示す。   Specifically, the fin 12 is configured as shown in FIG. The figure shows a front view of the heat exchange unit 9. As shown in the figure, the fin 12 includes a plurality of parallel heat conductive plates 24 straddling a pair of parallel tubes 11A, 11B arranged in the longitudinal direction of the tubes 11A, 11B, and between the adjacent heat conductive plates 24, 24. The fin element 12a is arranged and configured. The fin element 12a is formed, for example, by bending a thin metal plate into a corrugated plate shape that is a V-shaped wave. 2 and 4, the arrow on the heat conductive plate 24 indicates the direction of heat conduction in the heat conductive plate 24.

図2は、フィンチューブ式熱交換器の側面断面図を示す。同図のように、各熱交換ユニット9における前記一対のチューブ11A,11Bの一端側は、隔壁26により外部と仕切られた連通空間25で連通させてあり、これにより熱交換ユニット9の各一対のチューブ11A,11Bと連通空間25とで概形がU字状の空気経路が構成される。   FIG. 2 shows a side cross-sectional view of the finned tube heat exchanger. As shown in the figure, one end side of the pair of tubes 11A and 11B in each heat exchange unit 9 is communicated with a communication space 25 partitioned from the outside by a partition wall 26, whereby each pair of heat exchange units 9 is connected. The tubes 11 </ b> A and 11 </ b> B and the communication space 25 constitute a U-shaped air path.

各熱交換ユニット9における一方のチューブ11Aの連通空間25に開口する開口端とは反対側の開口端は、共通の通気口27Aに集合している。また、各熱交換ユニット9における他方のチューブ11Bの連通空間25に開口する開口端とは反対側の開口端も、別の共通の通気口27Bに集合している。ここでは、一方の通気口27Aが高温空気の入口とされ、他方の通気口27Bが高温空気の出口とされる。   In each heat exchange unit 9, the opening end on the opposite side to the opening end opened in the communication space 25 of one tube 11A is gathered in a common vent hole 27A. Moreover, the opening end on the opposite side to the opening end opened to the communication space 25 of the other tube 11B in each heat exchange unit 9 is also gathered in another common vent hole 27B. Here, one vent 27A is used as an inlet for high-temperature air, and the other vent 27B is used as an outlet for high-temperature air.

図2および図3に示すように、前記各熱交換ユニット9は共通のケース28内に収められて低温空気の経路が構成され、その経路の一端に入口28Aが、他端に出口28Bがそれぞれ構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the heat exchange units 9 are housed in a common case 28 to form a path for low-temperature air, with an inlet 28A at one end of the path and an outlet 28B at the other end. It is configured.

上記構成のフィンチューブ式熱交換器を放熱用熱交換器2として用いた場合、チューブ11A,11Bおよび連通空間25で構成される高温空気の通路が図1における空気通路1dとなり、フィン12を並べた低温空気の通路が図1における冷却空気の空気通路8となる。また、熱回収用熱交換器3として用いた場合、チューブ11A,11Bおよび連通空間25で構成される高温空気の通路が図1における空気通路1cとなり、フィン12を並べた低温空気の通路が図1における圧縮空気の空気通路1eとなる。   When the fin-tube heat exchanger having the above-described configuration is used as the heat-dissipating heat exchanger 2, the high-temperature air passage formed by the tubes 11A and 11B and the communication space 25 becomes the air passage 1d in FIG. The low-temperature air passage becomes the cooling air passage 8 in FIG. Further, when used as the heat recovery heat exchanger 3, the high-temperature air passage formed by the tubes 11A and 11B and the communication space 25 becomes the air passage 1c in FIG. 1, and the low-temperature air passage in which the fins 12 are arranged is illustrated. 1 is the air passage 1e for the compressed air in the air.

フィンチューブ式熱交換器は、自動車用として、ラジエータ、コンデンサ、インタークーラ等で使用され、既存の製品は安価に入手できる。そのため、上記したように、空気サイクル冷凍装置の放熱用熱交換器2および熱回収用熱交換器3として、フィンチューブ式熱交換器を用いると、これら熱交換器2,3を安価に構成できる。   Fin tube heat exchangers are used for automobiles, such as radiators, condensers, and intercoolers, and existing products can be obtained at low cost. Therefore, as described above, when a finned tube heat exchanger is used as the heat dissipation heat exchanger 2 and the heat recovery heat exchanger 3 of the air cycle refrigeration apparatus, the heat exchangers 2 and 3 can be configured at low cost. .

フィンチューブ式熱交換器では、チューブ側の空気通路での圧力損失が問題となる。しかし、この空気サイクル冷凍装置では、平行に並べた一対のチューブ11A,11Bと、これら一対のチューブ11A,11B間に設けられたフィン12とを有する熱交換ユニット9を、並列に複数設置してフィンチューブ式熱交換器を構成し、全空気量を並列に並ぶチューブ11A,11Bに分散して通過させるようにしているので、チューブ11A,11Bでの圧力損失を低減できる。   In the finned tube heat exchanger, pressure loss in the air passage on the tube side becomes a problem. However, in this air cycle refrigeration apparatus, a plurality of heat exchange units 9 having a pair of tubes 11A and 11B arranged in parallel and fins 12 provided between the pair of tubes 11A and 11B are installed in parallel. Since the finned tube heat exchanger is configured and the total air amount is dispersed and passed through the tubes 11A and 11B arranged in parallel, the pressure loss in the tubes 11A and 11B can be reduced.

この空気サイクル冷凍装置では、図1におけるタービンユニット5の空気圧縮機6から空気膨張機7に至る空気通路を流れる空気が高圧空気となる。この空気通路は、放熱用熱交換器2では、高温空気の流れる空気通路1dであり、チューブ11A,11Bがこの空気通路を担うことになるので、高圧空気に対して十分な強度を持つことになる。また、熱回収用熱交換器3でも、高圧空気が流れる空気通路が高温空気の流れる空気通路1eであり、同様にチューブ11A,11Bがこの空気通路を担うことになるので、高圧空気に対して十分な強度を持つことになる。また、高圧空気は低圧空気に比べて体積流量が小さいので,この点でも圧力損失に対して有利である。
一方、前記構成のフィンチューブ式熱交換器において、低温空気の通路となるフィン12の並ぶ空気通路は、放熱用熱交換器2として用いる場合は、図1のように冷却塔などから冷却空気が供給される放熱側の空気通路8であり、また熱回収用熱交換器3として用いる場合は、被冷却部10からの戻り空気が流れる空気通路1cである。両空気通路1c,8とも流れる空気の圧力は0.1Mpa程度であり、図2および図3で示すように、簡易なケース28でフィンチューブ式熱交換器の全体を覆うことにより、容易に低温空気の通路を構成できる。
In this air cycle refrigeration apparatus, the air flowing through the air passage from the air compressor 6 to the air expander 7 of the turbine unit 5 in FIG. 1 becomes high-pressure air. In the heat exchanger 2 for heat radiation, this air passage is an air passage 1d through which high-temperature air flows, and the tubes 11A and 11B serve as this air passage, so that the air passage has sufficient strength against high-pressure air. Become. In the heat recovery heat exchanger 3, the air passage through which high-pressure air flows is the air passage 1e through which high-temperature air flows. Similarly, the tubes 11A and 11B serve as this air passage. It will have sufficient strength. Moreover, since the high-pressure air has a smaller volume flow rate than the low-pressure air, this point is also advantageous for pressure loss.
On the other hand, in the fin-tube heat exchanger having the above-described configuration, the air passage in which the fins 12 serving as low-temperature air passages are used as the heat-dissipating heat exchanger 2, when cooling air is supplied from a cooling tower or the like as shown in FIG. It is the air passage 8 on the heat radiation side to be supplied, and when used as the heat recovery heat exchanger 3, it is the air passage 1c through which return air from the cooled portion 10 flows. The pressure of the air flowing through both the air passages 1c and 8 is about 0.1 Mpa, and as shown in FIGS. 2 and 3, the entire finned tube heat exchanger is covered with a simple case 28 so that the temperature can be easily lowered. An air passage can be formed.

ところで、放熱用熱交換器2および熱回収用熱交換器3として用いた上記構成のフィンチューブ式熱交換器では、図6に平面図で示すように、隣り合う熱交換ユニット9のフィン12,12の間にすきまGが生じる。なお、同図におけるフィン12上の矢印は、熱の伝導方向を示す。この熱交換器では、高温空気の流れ(チューブ11A,11B側)と低温空気の流れ(フィン12並び側)が互いに直交する直交流型の熱交換器となるため、図7にハッチングして示すように、各フィン12およびチューブ11A,11Bにおいて大きな温度分布が生じる。そのため、入力温度が一様な低温空気も、一段目のフィン12を通過した時点で温度分布が生じる。ここで、上記したフィン12,12間にすきまGがあることから、フィン12の出口空気は近傍の空気と混合してしまう。このような現象が、各フィン12を通過する毎に複数回繰り返されると、低温空気に図7のような温度分布が生じてしまい、チューブ11A,11Bを通過した高温空気を十分冷やすことができず、温度効率が低下してしまう。   By the way, in the fin tube type heat exchanger having the above-described configuration used as the heat dissipation heat exchanger 2 and the heat recovery heat exchanger 3, as shown in a plan view in FIG. A gap G is generated between 12. In addition, the arrow on the fin 12 in the figure shows the heat conduction direction. In this heat exchanger, the flow of high-temperature air (tubes 11A, 11B side) and the flow of low-temperature air (fin 12 side) are cross-flow heat exchangers that are orthogonal to each other. Thus, large temperature distribution arises in each fin 12 and tube 11A, 11B. For this reason, even low temperature air having a uniform input temperature has a temperature distribution when it passes through the first stage fin 12. Here, since there is a gap G between the fins 12 and 12 described above, the outlet air of the fins 12 is mixed with the nearby air. If such a phenomenon is repeated a plurality of times each time it passes through each fin 12, a temperature distribution as shown in FIG. 7 is generated in the low-temperature air, and the high-temperature air that has passed through the tubes 11A and 11B can be sufficiently cooled. Therefore, the temperature efficiency is lowered.

図8には、上記した隣り合うフィン12,12間のすきまGに起因する温度効率の低下を改善した他の構成例のフィンチューブ式熱交換器を示す。この構成例では、図2〜図5に示したフィンチューブ式熱交換器において、隣り合うフィン12,12間のすきまGを、複数の整流用の仕切り29で仕切って、前記すきまGでの空気の混合を防止したものである。複数の仕切り29は、熱交換ユニット9を構成する2本のチューブ11A,11Bの離れ方向に並んで設けられて、それぞれ熱交換ユニット9の並び方向、つまり低温空気の経路方向に平行に設けられている。   FIG. 8 shows a fin-tube heat exchanger of another configuration example in which the decrease in temperature efficiency due to the gap G between the adjacent fins 12 and 12 is improved. In this configuration example, in the finned tube heat exchanger shown in FIGS. 2 to 5, the gap G between adjacent fins 12 and 12 is divided by a plurality of rectifying partitions 29, and the air in the gap G is divided. Is prevented from mixing. The plurality of partitions 29 are provided side by side in the direction in which the two tubes 11A and 11B constituting the heat exchange unit 9 are separated, and are provided in parallel to the direction in which the heat exchange units 9 are arranged, that is, the path direction of the low-temperature air. ing.

このように、隣り合うフィン12,12間のすきまGを仕切り29で仕切ると、図9にハッチングして示すように、低温空気の温度分布を改善できる。これにより、チューブ11A,11Bを流れる高温空気の温度をより低温に冷却でき、温度効率の向上が可能となる。   As described above, when the gap G between the adjacent fins 12 and 12 is partitioned by the partition 29, the temperature distribution of the low-temperature air can be improved as shown by hatching in FIG. Thereby, the temperature of the high temperature air flowing through the tubes 11A and 11B can be cooled to a lower temperature, and the temperature efficiency can be improved.

図10は、空気サイクル冷凍用タービンユニット5の具体例を示す。このタービンユニット5は、空気圧縮機6および空気膨張機7を有し、空気圧縮機6のコンプレッサ翼車6aおよび空気膨張機7のタービン翼車7aが主軸13の両端にそれぞれ取付けられている。また、タービン翼車7aで発生した動力によりコンプレッサ翼車6aが駆動されるものであり、別の駆動源は設けられていない。   FIG. 10 shows a specific example of the turbine unit 5 for air cycle refrigeration. The turbine unit 5 includes an air compressor 6 and an air expander 7, and a compressor impeller 6 a of the air compressor 6 and a turbine impeller 7 a of the air expander 7 are respectively attached to both ends of the main shaft 13. Further, the compressor impeller 6a is driven by the power generated in the turbine impeller 7a, and no other drive source is provided.

図2において、空気圧縮機6は、コンプレッサ翼車6aと微小の隙間d1を介して対向するハウジング6bを有し、中心部の吸込口6cから軸方向に吸入した空気を、コンプレッサ翼車6aで圧縮して、外周部の出口(図示せず)から矢印6dで示すように排出する。
空気膨張機7は、タービン翼車7aと微小の隙間d2を介して対向するハウジング7bを有し、外周部から矢印7cで示すように吸い込んだ空気を、タービン翼車7aで断熱膨張させ、中心部の排出口7dから軸方向に排出する。
In FIG. 2, the air compressor 6 has a housing 6b facing the compressor impeller 6a via a minute gap d1, and air sucked in the axial direction from the suction port 6c in the center is received by the compressor impeller 6a. It compresses and it discharges | emits as shown by the arrow 6d from the exit (not shown) of an outer peripheral part.
The air expander 7 has a housing 7b that opposes the turbine impeller 7a with a minute gap d2, and aspirates and expands the air sucked from the outer peripheral portion as indicated by an arrow 7c by the turbine impeller 7a. It discharges in the axial direction from the discharge port 7d of the part.

このタービンユニット5における軸受部4は、主軸13をラジアル方向に対し複数の軸受15,16で支承し、主軸13にかかるスラスト力を電磁石17により支承するものとされる。このタービンユニット5は、空気圧縮機6および空気膨張機7内の空気により主軸13に作用するスラスト力を検出するセンサ18と、このセンサ18の出力に応じて前記電磁石17による支承力を制御するコントローラ19とを有している。電磁石17は、主軸13の中央に設けられた強磁性体からなるフランジ状のスラスト板13aの両面に非接触で対向するように、スピンドルハウジング14に設置されている。   The bearing unit 4 in the turbine unit 5 supports the main shaft 13 with a plurality of bearings 15 and 16 in the radial direction, and supports the thrust force applied to the main shaft 13 with an electromagnet 17. The turbine unit 5 controls a thrust 18 acting on the main shaft 13 due to the air in the air compressor 6 and the air expander 7, and controls the bearing force by the electromagnet 17 according to the output of the sensor 18. And a controller 19. The electromagnet 17 is installed in the spindle housing 14 so as to face the both surfaces of a flange-like thrust plate 13a made of a ferromagnetic material provided at the center of the main shaft 13 without contact.

主軸13を支承する軸受15,16は転がり軸受であって、アキシアル方向位置の規制機能を有するものであり、例えば深溝玉軸受が用いられる。深溝玉軸受の場合、両方向のスラスト支持機能を有し、内外輪のアキシアル方向位置を中立位置に戻す作用を持つ。これら2個の軸受15,16は、それぞれスピンドルハウジング14におけるコンプレッサ翼車6aおよびタービン翼車7aの近傍に配置されている。
前記センサ18の設置側の軸受16は、スピンドルハウジング14内に嵌合した軸受ハウジング23内に嵌合している。
The bearings 15 and 16 that support the main shaft 13 are rolling bearings and have a function of regulating the axial position, and for example, deep groove ball bearings are used. In the case of a deep groove ball bearing, it has a thrust support function in both directions, and has the effect of returning the axial position of the inner and outer rings to the neutral position. These two bearings 15 and 16 are arranged in the vicinity of the compressor impeller 6a and the turbine impeller 7a in the spindle housing 14, respectively.
The bearing 16 on the installation side of the sensor 18 is fitted in a bearing housing 23 fitted in the spindle housing 14.

主軸13は、中央部の大径部13bと、両端部の小径部13cとを有する段付き軸とされている。両側の軸受15,16は、その内輪15a,16aが小径部13cに圧入状態に嵌合し、片方の幅面が大径部13bと小径部13c間の段差面に係合する。
スピンドルハウジング14における両側の軸受15,16よりも各翼車6a,7a側の部分は、内径面が主軸13に近接する径に形成され、この内径面に非接触シール21,22が形成されている。非接触シール21,22は、スピンドルハウジング14の内径面に複数の円周溝を軸方向に並べて形成したラビリンスシールとされている。
The main shaft 13 is a stepped shaft having a large-diameter portion 13b at the center and small-diameter portions 13c at both ends. The bearings 15 and 16 on both sides have their inner rings 15a and 16a fitted into the small diameter portion 13c in a press-fit state, and one of the width surfaces engages with a stepped surface between the large diameter portion 13b and the small diameter portion 13c.
The portions of the spindle housing 14 closer to the impellers 6a and 7a than the bearings 15 and 16 on both sides are formed with an inner diameter surface close to the main shaft 13, and non-contact seals 21 and 22 are formed on the inner diameter surface. Yes. The non-contact seals 21 and 22 are labyrinth seals in which a plurality of circumferential grooves are arranged in the axial direction on the inner diameter surface of the spindle housing 14.

この構成のタービンユニット5は、空気サイクル冷凍装置において、冷却媒体となる空気を空気圧縮機6で圧縮して温度上昇させ、放熱用熱交換器2および熱回収用熱交換器3で冷却された空気を、空気膨張機7により、目標温度、例えば−30℃〜−60℃程度の極低温まで断熱膨張により冷却して排出するように使用される。   In the air cycle refrigeration apparatus, the turbine unit 5 having this configuration is compressed by the air compressor 6 to increase the temperature by being cooled by the air compressor 6, and is cooled by the heat dissipation heat exchanger 2 and the heat recovery heat exchanger 3. The air is used by the air expander 7 so as to be cooled and discharged by adiabatic expansion to a target temperature, for example, a very low temperature of about −30 ° C. to −60 ° C.

このタービンユニット5は、空気圧縮機6および空気膨張機7を共通の主軸13に取付け、タービン翼車7aで発生した動力によりコンプレッサ翼車6aを駆動するものであるため、動力源が不要であり、コンパクトな構成で効率良く冷却できる。
このタービンユニット5の圧縮,膨張の効率を確保するためには、各翼車6a,7aとハウジング6b,7bとの隙間d1,d2を微小に保つ必要がある。空気サイクル冷凍装置では、この効率確保が重要となる。これに対して、主軸13を転がり形式の軸受15,16により支承するため、転がり軸受の持つアキシアル方向位置の規制機能により、主軸13のアキシアル方向がある程度規制され、各翼車6a,7aとハウジング6b,7b間の微小隙間d1,d2を一定に保つことができる。
The turbine unit 5 has an air compressor 6 and an air expander 7 attached to a common main shaft 13 and drives the compressor impeller 6a by the power generated by the turbine impeller 7a. Cooling can be efficiently performed with a compact configuration.
In order to secure the efficiency of compression and expansion of the turbine unit 5, it is necessary to keep the gaps d1 and d2 between the impellers 6a and 7a and the housings 6b and 7b minute. In the air cycle refrigeration system, ensuring this efficiency is important. On the other hand, since the main shaft 13 is supported by rolling type bearings 15 and 16, the axial direction of the main shaft 13 is regulated to some extent by the restriction function of the axial direction position of the rolling bearing, and each impeller 6a, 7a and housing The minute gaps d1 and d2 between 6b and 7b can be kept constant.

しかし、タービンユニット5の主軸13には、各翼車6a,7aに作用する空気の圧力等でスラスト力がかかる。また、空気冷却システムで使用するタービンユニットでは、1分間に例えば8万〜10万回転程度の非常に高速の回転となる。そのため、主軸13を回転支承する転がり軸受15,16に上記スラスト力が作用すると、軸受15,16の長期耐久性が低下する。
この実施形態は、上記スラスト力を電磁石17で支承するため、非接触でトルクの増大を抑えながら、主軸13の支持用の転がり軸受15,16に作用するスラスト力を軽減することができる。この場合には、空気圧縮機6および空気膨張機7内の空気により主軸13に作用するスラスト力を検出するセンサ18と、このセンサ18の出力に応じて前記電磁石17による支承力を制御するコントローラ19とを設けたため、転がり軸受15,16を、その軸受仕様に応じてスラスト力に対し最適な状態で使用することができる。
特に、センサ18を、軸受16の近傍に配置したため、問題となる軸受16に作用するスラスト力を直接に測定することができて、その測定精度が良く、精密なスラスト力の制御が可能になる。
However, a thrust force is applied to the main shaft 13 of the turbine unit 5 by the pressure of air acting on the impellers 6a and 7a. Further, in a turbine unit used in an air cooling system, the rotation speed is very high, for example, about 80,000 to 100,000 rotations per minute. Therefore, when the thrust force acts on the rolling bearings 15 and 16 that rotatably support the main shaft 13, the long-term durability of the bearings 15 and 16 decreases.
In this embodiment, since the thrust force is supported by the electromagnet 17, the thrust force acting on the rolling bearings 15 and 16 for supporting the main shaft 13 can be reduced while suppressing an increase in torque without contact. In this case, a sensor 18 for detecting a thrust force acting on the main shaft 13 by the air in the air compressor 6 and the air expander 7 and a controller for controlling the bearing force by the electromagnet 17 in accordance with the output of the sensor 18. Accordingly, the rolling bearings 15 and 16 can be used in an optimum state with respect to the thrust force according to the bearing specifications.
In particular, since the sensor 18 is arranged in the vicinity of the bearing 16, the thrust force acting on the bearing 16 in question can be directly measured, the measurement accuracy is good, and the thrust force can be precisely controlled. .

そのため、各翼車6a,7aの適切な隙間d1,d2を保って主軸13の安定した高速回転が得られ、かつ軸受15,16の長期耐久性の向上、寿命の向上が得られる。軸受15,16の長期耐久性が向上するため、空気サイクル冷凍用タービンユニット5の全体として、しいては空気サイクル冷凍装置の全体としての信頼性が向上する。このように、空気サイクル冷凍装置のネックとなっているタービンユニット5の主軸軸受15,16の安定した高速回転、長期耐久性、信頼性が向上するため、空気サイクル冷凍装置の実用化が可能となる。   Therefore, stable high-speed rotation of the main shaft 13 can be obtained while maintaining appropriate gaps d1 and d2 between the impellers 6a and 7a, and the long-term durability and life of the bearings 15 and 16 can be improved. Since the long-term durability of the bearings 15 and 16 is improved, the reliability of the entire air cycle refrigeration turbine unit 5 and, as a whole, the air cycle refrigeration apparatus is improved. As described above, stable high-speed rotation, long-term durability, and reliability of the main shaft bearings 15 and 16 of the turbine unit 5 that are the bottleneck of the air cycle refrigeration apparatus are improved, so that the air cycle refrigeration apparatus can be put to practical use. Become.

図11は、上記した空気サイクル冷凍装置におけるタービンユニット5の他の構成例を示す。このタービンユニット5は、図2に示す構成において、主軸13を回転駆動するモータ90を設けたものである。モータ90は、電磁石17と並んで設けられており、スピンドルハウジング14に設けられたステータ91と主軸13に設けられたロータ92とで構成される。ステータ91はステータコイル91aを有し、ロータ92は磁石等からなる。モータ90の制御は、モータコントローラ93で行なわれる。   FIG. 11 shows another configuration example of the turbine unit 5 in the above-described air cycle refrigeration apparatus. The turbine unit 5 is provided with a motor 90 that rotationally drives the main shaft 13 in the configuration shown in FIG. The motor 90 is provided side by side with the electromagnet 17 and includes a stator 91 provided on the spindle housing 14 and a rotor 92 provided on the main shaft 13. The stator 91 has a stator coil 91a, and the rotor 92 is made of a magnet or the like. The motor 90 is controlled by a motor controller 93.

このタービンユニット5は、空気膨張機7で生じるタービン翼車7aの駆動力と、モータ90による駆動力とでコンプレッサ翼車6aが回転駆動される。そのため、空気圧縮機6の補助手段を付加することなく空気圧縮機6の駆動が可能となり、装置のコンパクト化が図れる。   In the turbine unit 5, the compressor impeller 6 a is rotationally driven by the driving force of the turbine impeller 7 a generated by the air expander 7 and the driving force of the motor 90. Therefore, the air compressor 6 can be driven without adding auxiliary means for the air compressor 6, and the apparatus can be made compact.

この発明の一実施形態にかかる空気サイクル冷凍装置の系統図である。1 is a system diagram of an air cycle refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention. 同空気サイクル冷凍装置に用いたフィンチューブ式熱交換器の正面断面図である。It is a front sectional view of the fin tube type heat exchanger used for the air cycle refrigeration equipment. 同空気サイクル冷凍装置に用いたフィンチューブ式熱交換器の側面断面図である。It is side surface sectional drawing of the fin tube type heat exchanger used for the air cycle refrigerating apparatus. 同フィンチューブ式熱交換器の要部の正面断面図である。It is front sectional drawing of the principal part of the fin tube type heat exchanger. 同フィンチューブ式熱交換器の要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part of the fin tube type heat exchanger. 同フィンチューブ式熱交換器の要部の水平断面図である。It is a horizontal sectional view of the important section of the fin tube type heat exchanger. 同フィンチューブ式熱交換器における低温空気の温度分布の説明図である。It is explanatory drawing of the temperature distribution of the low temperature air in the fin tube type heat exchanger. 同フィンチューブ式熱交換器の他の構成例の要部の水平断面図である。It is a horizontal sectional view of the important section of other examples of composition of the fin tube type heat exchanger. 同フィンチューブ式熱交換器における低温空気の温度分布の説明図である。It is explanatory drawing of the temperature distribution of the low temperature air in the fin tube type heat exchanger. 同空気サイクル冷凍装置に用いた空気サイクル冷凍用タービンユニットの断面図である。It is sectional drawing of the turbine unit for air cycle refrigeration used for the air cycle refrigeration equipment. 空気サイクル冷凍装置に用いた空気サイクル冷凍用タービンユニットの他の構成例の断面図である。It is sectional drawing of the other structural example of the turbine unit for air cycle refrigeration used for the air cycle refrigeration apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

2…放熱用熱交換器
3…熱回収用熱交換器
5…タービンユニット
6…空気圧縮機
6a…コンプレッサ翼車
7…空気膨張機
7a…タービン翼車
9…熱交換ユニット
10…被冷却部
11A,11B…チューブ
12…フィン
13…主軸
15,16…軸受
17…電磁石
90…モータ
92…モータロータ
2 ... Heat dissipation heat exchanger 3 ... Heat recovery heat exchanger 5 ... Turbine unit 6 ... Air compressor 6a ... Compressor impeller 7 ... Air expander 7a ... Turbine impeller 9 ... Heat exchange unit 10 ... Cooled part 11A , 11B ... Tube 12 ... Fin 13 ... Main shaft 15, 16 ... Bearing 17 ... Electromagnet 90 ... Motor 92 ... Motor rotor

Claims (6)

流入空気に対して、空気圧縮機および空気膨張機を有するタービンユニットの前記空気圧縮機による圧縮、放熱用熱交換器による冷却、前記タービンユニットの前記空気膨張機による断熱膨張を順次行なった空気を被冷却部に供給し、被冷却部からの戻り空気を前記流入空気として前記空気圧縮機に循環させ、前記放熱用熱交換器と空気膨張機の間の空気経路と、前記被冷却部と空気圧縮機の間の空気経路の間で、両空気経路を流れる空気対空気の熱交換を行なう熱回収用熱交換器を配置し、前記空気膨張機に入る前の空気を前記被冷却部からの戻り空気で冷却する空気サイクル冷凍装置であって、
前記放熱用熱交換器および前記熱回収用熱交換器のうちのいずれか一方の熱交換器または両方の熱交換器に、高温側の空気を流す複数本の平行なチューブ、およびこれらチューブ間に設けられたフィンを有する熱交換ユニットを並列に複数設置してなるフィンチューブ式熱交換器を用いたことを特徴とする空気サイクル冷凍装置。
For the inflow air, air that has been subjected to compression by the air compressor of the turbine unit having an air compressor and an air expander, cooling by a heat exchanger for heat dissipation, and adiabatic expansion by the air expander of the turbine unit in order. Supplying to the cooled section, circulating the return air from the cooled section as the inflow air to the air compressor, the air path between the heat exchanger for heat radiation and the air expander, the cooled section and the air A heat recovery heat exchanger that performs heat-to-air heat exchange between the air paths between the air paths between the compressors is disposed, and the air before entering the air expander is supplied from the cooled portion. An air cycle refrigeration system for cooling with return air,
A plurality of parallel tubes that flow high-temperature air to one or both of the heat exchanger for heat dissipation and the heat exchanger for heat recovery, and between the tubes. An air cycle refrigeration apparatus using a finned tube heat exchanger in which a plurality of heat exchange units having fins provided are installed in parallel.
請求項1において、前記放熱用熱交換器および前記熱回収用熱交換器の両方に前記フィンチューブ式熱交換器を用いたことを特徴とする空気サイクル冷凍装置。   2. The air cycle refrigeration apparatus according to claim 1, wherein the finned tube heat exchanger is used for both the heat dissipation heat exchanger and the heat recovery heat exchanger. 請求項1または請求項2において、並設された隣合う熱交換ユニットのフィンとフィンとの間のすきまに、複数の整流用の仕切りを設けたことを特徴とする空気サイクル冷凍装置。   3. The air cycle refrigeration apparatus according to claim 1, wherein a plurality of rectifying partitions are provided in a gap between the fins of adjacent heat exchange units arranged side by side. 請求項3において、前記熱交換ユニットのチューブが2本であり、前記フィンが、前記2本のチューブ間に渡ってそれぞれ設けられて前記チューブの長手方向に並ぶ複数の平行な伝熱性板材と、各伝熱性板材の間に配置されたフィン要素とでなることを特徴とする空気サイクル冷凍装置。   In Claim 3, there are two tubes of the heat exchange unit, and a plurality of parallel heat conductive plates each provided between the two tubes and arranged in the longitudinal direction of the tubes. An air cycle refrigeration apparatus comprising fin elements arranged between heat conductive plates. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記タービンユニットが、前記空気圧縮機のコンプレッサ翼車および前記空気膨張機のタービン翼車を共通の主軸に取付け、タービン翼車で発生した動力によりコンプレッサ翼車を駆動するものであり、前記主軸を軸受により回転自在に支承し、この主軸にかかるスラスト力の一部または全てを電磁石により支承したものであることを特徴とする空気サイクル冷凍装置。   5. The power generated in the turbine impeller according to claim 1, wherein the turbine unit attaches the compressor impeller of the air compressor and the turbine impeller of the air expander to a common main shaft. An air cycle refrigeration apparatus, wherein the main shaft is rotatably supported by a bearing and a part or all of the thrust force applied to the main shaft is supported by an electromagnet. . 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記タービンユニットが、前記空気圧縮機のコンプレッサ翼車および前記空気膨張機のタービン翼車が取付けられた共通の主軸にモータロータが取付けられ、そのモータにより前記主軸を回転させるものであることを特徴とした空気サイクル冷凍装置。   6. The motor rotor according to claim 1, wherein a motor rotor is attached to a common main shaft to which the compressor impeller of the air compressor and the turbine impeller of the air expander are attached. An air cycle refrigeration apparatus characterized in that the main shaft is rotated by a motor.
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