WO2006011248A1 - 空気冷媒式冷却装置および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

　本発明の目的は、信頼性および効率の高い、磁気軸受け構造を有した空気冷媒式冷却装置を提供することである。本発明では、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に磁気軸受けを採用する。モータ外部からラビリンス部を通してモータ内部に混入してくる異物を除去するために、モータ内部とコンプレッサ間に圧力差を作る。これにより、高速回転を保持し、高効率で信頼性の高い空気冷媒冷却装置が実現される。磁気軸受け近傍に、主軸のラジアル方向およびアキシャル方向の位置を検知するためのセンサが配置される。このセンサがコンプレッサ側および膨張タービン側のラビリンスからリークしてくる冷媒用空気に曝されるのを防ぐ目的で、上記センサ取り付け部とモータ外部との間にも同時に圧力差を作る。これにより、センサの動作が安定する。この空気冷媒冷却装置を冷熱システムに組み込むことにより、シンプルな構成で高効率、且つ極めて信頼性の高い空気冷媒冷熱システムが実現される。

Description

明 細 書

空気冷媒式冷却装置および空気冷媒式冷却装置を用いた空気冷媒冷 熱システム

技術分野

[0001] 本発明は、空気冷媒式冷却装置及び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。本発明は特に、磁気軸受け構造を有した空気冷媒式冷却装置 および磁気軸受け構造を有し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。

背景技術

[0002] 従来の空気冷媒冷熱システムでは、その構成要件である空気冷媒式冷却装置に おいて、ボールベアリング、ころベアリング等のベアリングを介してロータ軸を回転さ せるモータを使用していた。このため、所望の温度の冷却空気を作る際には、空気冷 媒式冷却装置の他に、この空気冷媒式冷却装置に取り入れられる冷媒空気を前もつ てある程度圧縮するためのブースタや、冷却器等を備える必要があった。また、ボー ルベアリング、ころベアリング等を使用するモータにおいては、ベアリングを交換する ための定期的なメンテナンス作業が発生し、この期間内においては当該システムによ つて倉庫内の荷物を冷却することが出来な力つた。

[0003] 空気冷媒式冷却装置の冷却性能を向上させ、空気冷媒冷熱システムをシンプルな 構成とするための手段としては、空気冷媒式冷却装置に備えられているモータの回 転数を上げて高速回転させることが考えられる。

[0004] 一般に、高速回転する駆動機構を実現するものとして「磁気軸受装置」が知られて いる。図 1に、特開平 8-61366号公報に開示されている「磁気軸受装置」の概略構 成を示す。図 1に示される磁気軸受装置では、主軸 2に固定された円盤状のロータデ イスク 4を介して主軸 2の軸方向変位を制御するアキシャル磁気軸受 5と、このアキシ ャル磁気軸受 5の軸方向の両側に配置され、主軸 2の径方向変位を制御する一対の ラジアル磁気軸受 6、 7とを備えた磁気軸受装置において、上記ロータディスク 4の外 周面を取り囲む環状の部材と、この環状の部材に開口されロータディスク冷却用の空 気を吹き出す通気口 13aと、ロータディスク 4の軸方向の両側において主軸 2の周囲 を取り囲んだ状態で、主軸 2との間に、通気口 13aからの空気を流す略一定の隙間 を形成する隙間形成部材 20、 21とを備えた磁気軸受装置が提案されている。

[0005] また、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。

[0006] 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力 0°C以上の空気を取り入れ、これを空気対空気熱交^^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。

発明の開示

[0007] 本発明の目的は、信頼性および効率の高!、空気冷媒式冷却装置を提供すること である。本発明の目的は特に、信頼性および効率の高い磁気軸受けを備えた空気 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。

[0008] 本発明の空気冷媒式冷却装置は、モータケ一シングと、モータケ一シング内に挿 入された主軸と、モータケ一シング内に格納されて主軸を保持する第 1および第 2の 磁気軸受けとを有するモータと、コンプレッサと、膨張タービンとを備え、コンプレッサ は、モータの第 1の軸方向に配置されて主軸に接続され、コンプレッサと第 1の磁気 軸受けとは第 1のラビリンスにより仕切られ、膨張タービンは、モータの第 2の軸方向 に配置されて主軸に接続され、膨張タービンと第 2の磁気軸受けとは第 2のラビリンス により仕切られ、モータ外部からの外圧により、第 1および第 2の磁気軸受けの配置さ れる空間とコンプレッサの入口空間および膨張タービンの出口空間との間に圧力差 が生成される。

[0009] また、本発明の空気冷媒式冷却装置は、さらに主軸の位置を測定するためのセン サを備え、センサは第 1および第 2の磁気軸受け近傍に配置され、モータ外部からの 外圧により、センサが配置されている空間とモータケ一シング外部との間に圧力差が 生成される。

[0010] また、本発明の空気冷媒式冷却装置は、モータケ一シングと、モータケ一シング内 に挿入された主軸と、モータケ一シング内に格納されて主軸を保持する第 1および第 2の磁気軸受けとを有するモータと、コンプレッサと、膨張タービンとを備え、コンプレ ッサは、モータの第 1の軸方向に配置されて主軸に接続され、コンプレッサと第 1の磁 気軸受けとは第 1のラビリンスにより仕切られ、膨張タービンは、モータの第 2の軸方 向に配置されて主軸に接続され、膨張タービンと第 2の磁気軸受けとは第 2のラビリン スにより仕切られ、さらに、第 1および第 2の磁気軸受けの配置される空間と、コンプレ ッサの入口空間および膨張タービンの出口空間との間に圧力差を生成する手段とを 備える。

[0011] また、本発明の空気冷媒式冷却装置は、さらに主軸の位置を測定するためのセン サと、センサは第 1および第 2の磁気軸受け近傍に配置され、センサが配置されてい る空間とモータケ一シング外部との間に圧力差を生成する手段とを備える。

[0012] 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備え、空気冷媒式冷却装置の コンプレッサの出口と第 1熱交^^の入口とが接続され、第 1熱交^^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 の入口とが接続され、冷却庫の出口は第 2熱交換器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、モータケ一シングに設けられた吸

気孔にフィルタを介してファンが接続される。

[0013] 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と、第 1熱交換器と 、第 2熱交換器と、冷却庫と、ラジェ一タとを備え、空気冷媒式冷却装置のコンプレツ サの出口と第 1熱交^^の入口とが接続され、第 1熱交^^の出口と第 2熱交 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の入口とが 接続され、冷却庫の出口は第 2熱交換器を介して空気冷媒式冷却装置のコンプレツ 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外部にラジェータが配置され、ラジェ一タの入口および出口は モータケ一シングに配設されて 、るラジェ一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。

[0014] 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と、第 1熱交換器と 、第 2熱交換器と、冷却庫とを備え、空気冷媒式冷却装置のコンプレッサの出口と第 1熱交^^の入口とが接続され、第 1熱交^^の出口と第 2熱交^^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の入口とが接続され、冷 却庫の出口は第 2熱交換器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、第 2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 モータケ一シングに配設されて 、る吸気孔に接続され、空気冷媒式冷却装置のモー タケ一シングに配設されている他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。

[0015] また、本発明のレフコンテナは、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、ラジェ一タとを備え、空気冷媒式冷却装置のコンプレツ サの出口と第 1熱交^^の入口とが接続され、第 1熱交^^の出口と第 2熱交 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コンテナボックスの 入口とが接続され、コンテナボックスの出口は第 2熱交換器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外部にラジェータが配置され、ラジェータの 入口および出口はモータケ一シングに配設されて 、るラジェ一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、空気冷却式冷凍装置と、第 1熱 交^^と、第 2熱交^^と、コンテナボックスと、ラジェ一タとはレフコンテナとして可 搬式に構成される。

[0016] 本発明による空気冷媒冷熱システムは、主軸を保持する第 1の軸受けと、圧縮機構 と、膨張タービンと、第 1熱交換器と、第 2熱交換器とを備える。空気冷媒式冷却装置 の圧縮機構の出口と第 1熱交^^の入口とが接続され、第 1熱交^^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 の入口とが接続され、冷却庫の出口は第 2熱交換器を介して圧縮機構の入口に接 続される。圧縮機構が備えるコンプレッサは主軸に接続され、コンプレッサと第 1の軸 受けとは第 1のラビリンスにより仕切られる。膨張タービンは主軸に接続される。空気 冷媒冷熱システムはさらに、コンプレッサの出口と冷却庫の入口との間から引き出さ れた冷媒を第 1の軸受けの配置される空間に導入する第 1配管を備える。

[0017] 本発明による空気冷媒冷熱システムは、さらに、コンプレッサよりも膨張タービンに 近い位置で主軸を支持する第 2の軸受けと、冷媒を第 1の軸受けの配置される空間 力も第 2の軸受けの配置される空間に導入する第 2配管とを備える。

[0018] 本発明による空気冷媒冷熱システムは、さらに、冷媒を第 2の軸受けの配置される 空間から膨張タービンの出口側に導く第 3配管を備える。

[0019] 本発明による空気冷媒冷熱システムは更に、主軸を回転するモータを備える。第 1 および第 2の軸受は磁気軸受である。

[0020] 本発明による空気冷媒冷熱システムにおいて、第 1配管は冷媒を膨張タービンの 入口側から引き出す。

[0021] 本発明による空気冷媒冷熱システムにおいて、圧縮機構は更に、コンプレッサより も上流側に設置された補助コンプレッサを備える。

本発明によるリーファーコンテナは、本発明による空気冷媒冷熱システムと、膨張タ 一ビンの出口に接続されたコンテナボックスとを備える。

[0022] 本発明により、高効率で信頼性の高い空気冷媒冷却装置を実現させることができる

[0023] また、上記高効率で信頼性の高い空気冷媒冷却装置を冷熱システムに組み込むこ とにより、シンプルな構成で高効率、且つ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。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]従来の磁気軸受装置の概略構成を示す断面図である。

[図 2]実施の形態 3に係わる空気冷媒冷熱システムである。

[図 3]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。

[図 4]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。

[図 5]実施の形態 4に係わる空気冷媒冷熱システムである。

[図 6]実施の形態 5に係わる空気冷媒冷熱システムである。

[図 7]実施の形態 6に係わるレフコンテナである。

[図 8]実施の形態 7に係わる空気冷媒冷熱システムである。

[図 9]実施の形態 7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。

[図 10]実施の 8に係わる空気冷媒冷熱システムである。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 添付図面を参照して、本発明による空気冷媒式冷却装置および上記空気冷媒式 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。

[0026] 初めに、本発明の全体構成を概観する目的で、空気冷媒式冷却装置用磁気軸受 け構造を有する空気冷媒式冷却装置、および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 210、 310、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 210、 310は、コンプレッサ、モータお よび膨張タービンを備えて 、る。

[0027] 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 21 0、 310のコンプレッサで圧縮された空気が第 1熱交^^ 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熱交翻 130において熱交換 され、空気冷媒式冷却装置 210、 310の膨張タービンにて断熱膨張されて低温 (一 8 0°C)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内の冷凍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。

[0028] (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 210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 210は、モータ 240、コンプレッサ 2 22および膨張タービン 232を備えている。コンプレッサ 222は、モータ 240の軸方向 の一端に接続され、モータ 240から伸びている主軸 244に取り付けられる。コンプレ ッサ 222の吸気側はコンプレッサ入口配管 221に接続されている。膨張タービン 232 は、モータ 240の軸方向のコンプレッサ 222とは反対側のもう一端に接続され、モー タ 240から伸びている主軸 244に取り付けられる。膨張タービン 232の排気側は膨張 タービン出口配管 231に接続されている。モータ 240は、コンプレッサ 222および膨 張タービン 232の中央に位置し、モータケ一シング 241に挿入されている回転駆動 部である主軸 244、主軸 244を駆動させるステータ 248、主軸 244をラジアル方向に 支持するラジアル磁気軸受 245a、 245b, 245c, 245d、主軸 244に垂直に接続さ れたロータディスク 246、そしてロータディスク 246を介して主軸 244をアキシャル方 向【こ支持するアキシャノレ磁気軸受 247a、 247b, 247c, 247dを備えて!/ヽる。

[0029] 次に、本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 210の動作原理を説明する。

[0030] 本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 210は、高速回転することにより高効率を目 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。

[0031] まず、モータ 240のモータケ一シング 241に挿入されて!、る主軸 244と、ステータ 2 48の周囲に形成されて 、る図示せぬコイルとの間にお 、て、電磁力により主軸に対 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 240の主軸 244がステー タ 248に対して回転する。実動作時に主軸 244は、ラジアル磁気軸受 245a、 245b, 245c, 245dおよびアキシャル磁気軸受 247a、 247b, 247c, 247dにより、ラジアル 方向およびアキシャル方向にそれぞれの磁気軸受力 一定距離を保ったまま空間中 に保持される。

[0032] モータ 240の実動作時には、主軸 244の回転によりモータ 240内部に熱が発生す る。このモータ 240内部で発生した熱を排熱する目的で、モータケ一シング 241には 、冷却空気入口 270aおよび冷却空気出口 270bが配設されている。そしてモータ 24 0実動作時には、空気冷媒式冷却装置 210外部に設置されているファン 260からフィ ルタ 250を介して冷却空気（130mmAq、 40°C)が冷却空気入口 270aからモータ 2 40内部へ送り込まれる。モータ 240内部の取り入れられてモータ駆動部である主軸 2 44およびステータ 248を冷却した冷却空気は、冷却空気出口 270bから空気冷媒式 冷却装置 210外部に排出される。

[0033] 本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 210においては、冷媒用空気 (一 173mmA q、 35°C)がコンプレッサ 222の軸方向の開口部から取り入れられて圧縮され、 119 °Cまで昇温される。そして、コンプレッサ通気孔 221cからコンプレッサ 222外部に吐 出される。また、冷媒用空気 (一 47°C)が膨張タービン 232の通気孔 231aから取り入 れられて膨張タービン 232において断熱膨張されて 80°Cまで冷却される。そして、 断熱膨張されて 80°Cまで冷却された冷媒用空気は膨張タービン 232の軸方向開 口部から膨張タービン 232外部に吐出される。

[0034] コンプレッサ 222および膨張タービン 232において冷媒用空気の圧縮および断熱 膨張が行われる際、圧縮された冷媒用空気および断熱膨張された冷媒用空気がそ れぞれモータ 240内に流入しないように、モータ 240とコンプレッサ 222および膨張タ 一ビン 232間はラビリンス部 A242およびラビリンス部 B243でシールドされている。

[0035] し力し、モータ 240外部からラビリンス部 A242およびラビリンス部 B243を通してモ ータ 240内部に冷媒用空気が漏入することがあり、このとき、冷媒用空気に混入して モータ 240内部に異物が入り込む。モータ 240内に異物が混入すると、この異物が、 主軸 244、ラジアル磁気軸受 245a、 245b, 245c, 245dおよびアキシャル磁気軸受 247a, 247b, 247c, 247dに付着し、モータ 240の動作不良または故障の要因とな る。

[0036] 本実施の形態においては、モータケ一シング 241に吸気孔 241a、 241b, 241d力 S 備えられている。吸気孔 241a、 241b, 241dはそれぞれラジアル磁気軸受 245a、 2 45b、 245c, 245dおよびアキシャル磁気軸受 247a、 247b, 247c, 247d近傍に配 設される。吸気孔 241a、 241bは、それぞれ配管によりコンプレッサ入口配管 221に 配設されている通気孔 221a、 221bと接続される。これ〖こより、モータ 240の主軸 244 、ラジアル磁気軸受 245a、 245b, 245c, 245dおよびアキシャル磁気軸受 247a、 2 47b、 247c, 247d近傍に混入してきた異物は、コンプレッサ 222とモータ 240内部と の間に形成された負圧の圧力差により、コンプレッサ 222へと排出される。本実施の 形態においては、モータ内部がモータ外部に比べて負圧となるため、ラジアル磁気 軸受 245a、 245b, 245c, 245dおよびアキシャル磁気軸受 247a、 247b, 247c, 2 47d近傍に混入してきた異物がモータ外部に素早く排出される。

[0037] 本実施の形態では、コンプレッサ 222、モータ 240および膨張タービン 232から構 成される空気冷媒式冷却装置 210のモータ 240に、ラジアル磁気軸受 245a、 245b 、 245c, 245dおよびアキシャル磁気軸受 247a、 247b, 247c, 247dを適用する。 また、モータ 240外部力 ラビリンス部 A242およびラビリンス部 B243を通してモータ 内部に混入してくる異物を除去するために、モータ内部とコンプレッサ 222および膨 張タービン 232間に圧力差を生成する。

[0038] これにより、高速回転にも係わらず、主軸および軸受けの部品寿命が伸ばされる他 、ベアリング交換等が無くなり、モータとしての信頼性が向上する。また、モータ内部 に混入する異物の除去がなされるため、さらにモータとしての信頼性を向上させてい る。よって、高効率で信頼性の高い空気冷媒式冷却装置 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力 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。

[0039] (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 310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 310の基本構成は実施の形態 1の 空気冷媒式冷却装置 210と同じである力 更に、空気冷媒式冷却装置 310のラジア ル磁気軸受 345a、 345b, 345c, 345dおよびアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 3 47c, 347d近傍に設置されて、実動作中に主軸 344とそれぞれの磁気軸受間との 距離を検知するラジアルセンサ 349c、 349dおよびアキシャルセンサ 349a、 349bを 備えている。

[0040] 本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 310は、モータ 340と、コンプレッサ 322およ び膨張タービン 332を備えている。コンプレッサ 322は、モータ 340の軸方向の一端 に接続され、モータ 340力も伸びている主軸 344に取り付けられている。コンプレッサ 322の吸気側にはコンプレッサ入口配管 321が接続されている。膨張タービン 332 は、モータ 340の軸方向のコンプレッサ 320とは反対側のもう一端に接続され、モー タ 340から伸びている主軸 344に取り付けられている。膨張タービン 332の吸気側に は冷媒空気を取り入れるための通気孔 331aが設けられている。膨張タービン 332の 排気側は膨張タービン出口配管 331に接続されて!、る。

[0041] モータ 340は、コンプレッサ 322および膨張タービン 332の中央に位置し、モータ ケーシング 341に挿入されている回転駆動部である主軸 344、主軸 344を駆動させ るステータ 348、主軸 344をラジアル方向に支持するラジアル磁気軸受 345a、 345b 、 345c, 345d、主軸 344に垂直に接続されたロータディスク 346、そしてロータディ スク 346を介して主軸 344をアキシャル方向に支持するアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347c, 347dを備えている。

[0042] 次に、本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 310の動作原理を説明する。

[0043] 本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 310は、高速回転することにより高効率を目 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。

[0044] まず、モータ 340のモータケ一シング 341に挿入されて!、る主軸 344と、ステータ 3 48の周囲に形成されて 、る図示せぬコイルとの間にお 、て、電磁力により主軸に対 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 340の主軸 344がステー タ 348に対して回転する。実動作時に主軸 344は、ラジアル磁気軸受 345a、 345b, 345c, 345dおよびアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347c, 347dにより、ラジアル 方向およびアキシャル方向にそれぞれの磁気軸受力 一定距離を保ったまま空間中 に保持される。

[0045] 本実施の形態においては既述したように、高速回転させるモータ 340の実動作時 の信頼性を向上させる目的で磁気浮上している上記主軸 344のラジアル磁気軸受 3 45a、 345b, 345c, 345dおよびアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347c, 347d力 らの距離を一定に保っためにラジアル磁気軸受 345a、 345b, 345c, 345dおよび アキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347c, 347d近傍にラジアルセンサ 349c、 349d およびアキシャルセンサ 349a、 349bが配設されている。ラジアルセンサ 349c、 349 dおよびアキシャルセンサ 349a、 349bにより、実動作時の主軸 344のラジアルおよ びアキシャル方向の位置情報がモニタされる。取得された主軸 344の位置情報は、 図示せぬ演算装置に入力される。演算装置では、入力された主軸 344の位置情報 に基づいて、主軸 344を現在の位置力 規定位置に戻すためには、ラジアル磁気軸 受 345a、 345b, 345c, 345dおよびアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347c, 34 7dの制御により主軸 344の位置をどの程度変化させればよいのかがリアルタイムで 演算される。図示せぬ演算装置で演算された電流の変化量の情報は、図示せぬ制 御装置に入力される。そして、図示せぬ制御装置により主軸 344のラジアルおよびァ キシャル方向の位置情報に基づ!、てそれぞれの磁気軸受けを流れる電流量が制御 されて、主軸 344が規定位置に安定的に保持される。

[0046] モータ 340の実動作時には、主軸 344の回転によりモータ 340内部に熱が発生す る。このモータ 340内部で発生した熱を排熱する目的で、モータケ一シング 341には 、冷却空気入口 370aおよび冷却空気出口 370bが配設されている。そしてモータ 34 0実動作時には、空気冷媒式冷却装置 310外部に設置されているファン 360からフィ ルタ350を介して冷却空気（13011111^、 40°C)が冷却空気入口 370aからモータ 3 40内部へ送り込まれる。モータ 340内部の取り入れられてモータ駆動部である主軸 3 44およびステータ 348を冷却した冷却空気は、冷却空気出口 370bからモータケ一 シング 341外部に排出される。

[0047] 本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 310においては、実施の形態 1における空 気冷媒式冷却装置 210と同様にモータ 340外部力もラビリンス部 A342およびラビリ ンス部 B343を通してモータ 340内部に混入してくる異物を除去するために、モータ 内部とコンプレッサ 322および膨張タービン 332間に圧力差を作る必要がある。さら に、本実施の形態においては、ラジアル磁気軸受 345a、 345b, 345c, 345dおよ びアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347c, 347d近傍に配置されているラジアルセ ンサ 349c、 349dおよびアキシャルセンサ 349a、 349bを保証された温度環境に保 持する必要がある。

[0048] 本実施の形態においては、実施の形態 1と同様、冷媒用空気 (一 173mmAq、 35 °C)がコンプレッサ 322の軸方向の開口部から取り入れられてコンプレッサ 322にお いて圧縮されて 119°Cまで昇温される。そして、コンプレッサ通気孔 321cからコンプ レッサ 322外部に排出される。また、冷媒用空気 (一 47°C)が膨張タービン 332にお いて断熱膨張されて 80°Cまで冷却される。そして、断熱膨張されて 80°Cまで冷却 された冷媒用空気は膨張タービン 332の軸方向開口部力も外部に排出される。コン プレッサ 322および膨張タービン 332において冷媒用空気の圧縮および断熱膨張 が行われる際、圧縮された冷媒用空気および断熱膨張された冷媒用空気がそれぞ れモータ 340内に流入しないように、モータ 340とコンプレッサ 322および膨張タービ ン 332間はラビリンス部 A342およびラビリンス部 B343でシールドされて!/、る。しかし 、モータ 340外部からラビリンス部 A342およびラビリンス部 B343を通してモータ 340 内部に冷媒用空気が漏入することがある。このとき、ラジアルセンサ 349c、 349dおよ びアキシャルセンサ 349a、 349bに高温または低温の冷媒用空気が影響を及ぼす 可能性がある。

[0049] 本実施の形態においては、上記異物の除去と、ラジアルセンサ 349c、 349dおよび アキシャルセンサ 349a、 349bの駆動温度環境を保持することを目的として、モータ ケーシング 341に吸気孔 341a、 341b, 341c, 341dが備えられている。吸気孔 341 a、 341b, 341c, 341dはそれぞれラジアル磁気軸受 345a、 345b, 345c, 345dお よびアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347c, 347d近傍に配設される。吸気孔 341 c、 341dは、それぞれ配管によりフィルタ 350を介してファン 360と接続される。これ により、モータ 340の主軸 344、ラジアル磁気軸受 345a、 345b, 345c, 345dおよ びアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347c, 347d近傍に混入してきた異物は、モ 一ターケーシング 341外部とモーターケーシング 341内部との間に形成された圧力 差により、吸気孔 341a、 341bよりモーターケーシング 341外部へと排出される。本 実施の形態においては、吸排気孔 341a、 341b, 341c, 341dがそれぞれラジアル 磁気軸受 345a、 345b, 345c, 345dおよびアキシャル磁気軸受 347a、 347b, 347 c、 347d近傍に配設されていることにより、さらに、それぞれの軸受け近傍に配置さ れているラジアルセンサ 349c、 349dおよびアキシャルセンサ 349a、 349bにラビリン ス部 A342およびラビリンス部 Bからリークしてくる高温および低温の冷媒用空気が滞 留するのが防止される。

[0050] 本実施の形態においては、上記したように正圧のファン 360にて強制的にセンサ近 傍の冷媒用空気をモータケ一シング外部に排出するほか、コンプレッサや吸引ファン などでセンサ近傍部へ負圧をかけることにより、センサ近傍部の空間とモータケーシ ング外部との間に圧力差を生成して、ラビリンス部 A342およびラビリンス部 Bからリー クしてくる高温および低温の冷媒用空気がセンサ近傍に滞留するのを防止するよう にしても良い。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 してくる異物は素早くモータ外部に排出され、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センサ近傍に流れ込んでくる高温および低温の冷媒空気 が遮断される利点がある。

[0051] 本実施の形態では、モータ 340外部からラビリンス部 A342およびラビリンス部 B34 3を通してモータ内部に混入してくる異物を除去するために、モータ内部とモータ外 部との間に圧力差を作る。本実施の形態においては、さらに、ラビリンス部 A342およ びラビリンス部 B力 リークしてくる高温および低温の冷媒用空気がセンサ近傍に滞 留するのを防止するために、強制的に外部ファン等で正圧または負圧をセンサ近傍 のモータケ一シング 341内の空間に負荷して高温および低温の冷媒用空気をモータ ケーシング 341外部に排出する。これにより、モータ 340の高速回転を保持し、高効 率で実施の形態 1よりもさらに信頼性の高い空気冷媒冷却装置 310を実現させること ができる。

[0052] (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。

[0053] 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 210、 310、第 1熱交換器 120、第 2熱交換器 130、冷却庫 140、 およびフィルタ 150とファン 160を備えている。

[0054] 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。

[0055] 本実施の形態において、空気冷媒式冷却装置 210、 310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 210、 310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 210、 310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 210、 310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 210、 310のモータ内部の冷却のため、モータケ一シングに設け 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。

[0056] 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 140を^ aみ込むことにより、冷媒の空気を冷 却庫 140内に直接送り込む。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、製品を低温に保存する以外にも、半密閉式で、空気冷媒 式冷却装置 210、 310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。

[0057] まず、空気冷媒式冷却装置 210、 310のコンプレッサ入口に送り込まれた 35°C (圧 力； 173mmAq)の冷媒空気は、コンプレッサにより圧縮されて 119°C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°Cの空気冷媒は第 1熱交 120に送られて、第 1熱交^^ 120で 43°Cにまで冷却される。さらに、 43°C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、 - 47°C近傍にまで 冷却される。この 47°Cにまで冷却された空気冷媒は、空気冷媒式冷却装置 210、 3 10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 80°Cにまで冷却さ れる。この - 80°C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内に保存さ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 55°C近傍に保たれて 、る。冷却庫 140から排出された 55°C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- 47 °Cにまで冷却する。そして、第 2熱交 30で熱交換をし、 35°C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 210、 310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大気に開放され る。

[0058] 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 210、 310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。

[0059] また、本実施の形態にお!ヽ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。

[0060] さらに、空気冷媒式冷却装置 210、 310においては、磁気軸受けが採用されること により、機械式の軸受けに必要であった軸受けの点検、軸およびボールベアリングの 交換、機械的軸受けに必要とされる潤滑油の交換費等、メンテナンス費用の大幅な 削減が実現される。

[0061] (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 400の概略図を示す。

[0062] 本実施の形態の空気冷媒冷熱システム 400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 210、 310のモータ冷却のための構成に差異がある。

[0063] 本実施の形態に係わる空気冷媒冷熱システム 400は、実施の形態 1または 2の空 気冷媒式冷却装置 210、 310、第 1熱交換器 420、第 2熱交換器 430、冷却庫 440、 および空気冷媒式冷却装置 210、 310のモータを冷却するためのラジェータ 450を 備えている。

[0064] 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。

[0065] 本実施の形態においては、空気冷媒式冷却装置 210、 310の外部にラジェータ 4 50が配置されている。ラジェータ 450の入口および出口は、モータケ一シングに配 設されて!/ヽ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！ヽる。

[0066] そして、空気冷媒冷熱システム 400の駆動中には、同時にラジェータ 450が駆動さ れて空気冷媒式冷却装置 210、 310のモータ内部の空気が循環される。また、ラジ エータ 450により、モータ内部力も排出される 40°Cの冷却空気は 30°Cにまで冷却さ れる。

[0067] 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、空気冷媒 式冷却装置 210、 310のモータの冷却効率が上がることにより、実施の形態 3の空気 冷媒冷熱システム 100に比べてさらに信頼性の高い空気冷媒冷熱システム 400を提 供することができる。

[0068] (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 500の概略図を示す。

[0069] 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および 4 における空気冷媒冷熱システム 100および 400と同様である。但し、構成要件である 空気冷媒式冷却装置 210、 310のモータ冷却のための構成に差異がある。

[0070] 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 210、 310、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。

[0071] 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。

[0072] 本実施の形態においては、第 2熱交換器 530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 210、 310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 2 10、 310のモータケ一シングに配設されている吸気孔と、空気冷媒式冷却装置 210 、 310のコンプレッサ入口とが配管により接続されている。

[0073] これにより、空気冷媒冷熱システム 500の駆動中には、常に第 2熱交換器 530の出 ロカ 排出される 47°Cの冷媒空気の一部が空気冷媒式冷却装置 210、 310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、 4 0°C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 210、 310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 210、 310の モータ内部の冷却を行う。

[0074] 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、循 環型の冷媒空気を使用して空気冷媒式冷却装置 210、 310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 4の空気冷媒冷熱システ ム 100、 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。

[0075] (実施の形態 6)

図 7に、本実施の形態 6に係わるレフコンテナ 600 (リーファーコンテナ）の概略図を 示す。

[0076] 本実施の形態のレフコンテナ 600の基本構成は、実施の形態 4における空気冷媒 冷熱システム 400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。

[0077] 本実施の形態に係わるレフコンテナ 600は、実施の形態 1または 2の空気冷媒式冷 却装置 210、 310、第 1熱交^^ 620、第 2熱交^^ 630、コンテナボックス 640、お よび空気冷媒式冷却装置 210、 310のモータを冷却するためのラジェータ 650を備 えている。

[0078] 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、 4における空気 冷媒冷熱システム 100、 400と同様であるため、ここでは説明を省略する。

[0079] 本実施の形態においては、空気冷媒式冷却装置 210、 310の外部にラジェータ 6 50が配置されている。ラジェータ 650の入口および出口は、モータケ一シングに配 設されて!/ヽ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！ヽる。 そして、レフコンテナ 600の駆動中には、同時にラジェータ 650が駆動されて空気冷 媒式冷却装置 210、 310のモータ内部の空気が循環される。また、ラジェータ 650に より、モータ内部から排出される 40°Cの冷却空気は 30°Cにまで冷却される。

[0080] 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 210、 31 0、第 1熱交換器 620、第 2熱交換器 630、コンテナボックス 640、およびラジェータ 6 50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 640内にて製品を冷凍保存しながら運搬することができる。

[0081] 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!ヽ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力 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。

[0082] (実施の形態 7)

図 8に、本実施の形態 3に係わる空気冷媒冷熱システム 700の概略図を示す。本 実施の形態に係わる空気冷媒冷熱システム 700は、空気冷媒式冷却装置 410、第 1 熱交換器 720、第 2熱交換器 730及び冷却庫 740を備えている。空気冷媒式冷却装 置 410は、コンプレッサ 422と膨張タービン 432とを備えている。

[0083] 空気冷媒式冷却装置 410のコンプレッサ 422の出口に第 1熱交換器 720の入口が 配管により接続される。第 1熱交換器 720の出口に第 2熱交換器 730の入口が配管 により接続される。第 2熱交換器 730の出口は、配管により空気冷媒式冷却装置 410 の膨張タービン 432の入口に接続される。空気冷媒式冷却装置 410の膨張タービン 432の出口は、配管により冷却庫 740の冷媒空気入口に接続される。そして、冷却 庫 740の空気冷媒出口は、配管により第 2熱交換器 730を介して空気冷媒式冷却装 置 410のコンプレッサ 422入口に接続される。また、空気冷媒式冷却装置 410のモ ータ 440内部の冷却のため、モータケ一シングに設けられた吸気孔にフィルタを介し てファンが接続される。 [0084] 本実施の形態において、空気冷媒冷熱システム 700は、第 2熱交換器 730と膨張 タービン 432とを結合する配管力 分岐して力 空気冷媒を引き出しモータ 440のコ ンプレッサ 422側の磁気軸受が配置されている空間に供給する配管 750を備えてい る。空気冷媒冷熱システム 700はさらに、モータ 440のコンプレッサ 422側の磁気軸 受が配置されている空間から空気冷媒を引き出しモータ 440の膨張タービン 432側 の磁気軸受が配置されて ヽる空間に供給する配管 760を備えて ヽる。空気冷媒冷熱 システム 700はさらに、モータ 400の膨張タービン 432側の磁気軸受が配置されてい る空間力も空気冷媒を引き出して膨張タービン 432と冷却庫 740とを結合する配管 に供給する配管 770を備えて 、る。

[0085] 図 9に、本発明の実施の形態 9に係わる空気冷媒式冷却装置 410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 410は、モータ 440、コンプレッサ 4 22および膨張タービン 432を備えている。モータ 440は、回転数が 21000rpm程度 の同期モータである。コンプレッサ 422は、モータ 440の軸方向の一端に接続され、 モータ 440から伸びている主軸 444に取り付けられる。コンプレッサ 422の入口側は コンプレッサ入口配管 421に接続されて 、る。

[0086] 膨張タービン 432は、モータ 440の軸方向のコンプレッサ 422とは反対側のもう一 端に接続され、モータ 440から伸びている主軸 444に取り付けられる。膨張タービン 432の出口側は、膨張タービン出口配管 431に接続されている。モータ 440は、コン プレッサ 422および膨張タービン 432の中央に位置し、モータケ一シング 441に挿入 されて 、る回転駆動部である主軸 444、主軸 444を駆動させるステータ 448を備えて いる。

[0087] モータ 440は更に、主軸 444のラジアル荷重をコンプレッサ 422側で支持するラジ ァノレ磁気軸受 445a、 445cを備えて!/ヽる。ラジアノレ磁気軸受 445a、 445c【こ対してス テータ 448が設けられている空間と反対の方向には、第 1の磁気軸受室 451が設け られている。第 1の磁気軸受室 451は、ラビリンス部 A442によりコンプレッサ 422力 S 設けられた空間と仕切られている。ラビリンス部 A442は、コンプレッサ 422により圧縮 された冷媒空気がモータ 440に流入することを防止している。第 1の磁気軸受室 451 には、主軸 444に結合されたロータディスク 446と、ロータディスク 446を介して主軸 4 44のアキシャル荷重を支持するアキシャル磁気軸受 447a、 447bとが配置されて!ヽ る。

[0088] モータ 440は更に、主軸 444のラジアル荷重を膨張タービン 432側で支持するラジ ァノレ磁気軸受 445b、 445dを備えて!/ヽる。ラジアノレ磁気軸受 445b、 445d【こ対して ステータ 448が設けられて 、る空間と反対の方向には、第 2の磁気軸受室 452が設 けられている。第 2の磁気軸受室 452は、ラビリンス部 B443により膨張タービン 432 が設けられた空間と仕切られている。ラビリンス部 B443は、膨張タービン 432におい て断熱膨張した冷媒空気がモータ 440に流入することを防止している。

[0089] 第 1の磁気軸受室 451には、主軸 444とラジアル磁気軸受 445a、 445cとの間の距 離を検知するラジアルセンサ 449cが設置されている。第 1の磁気軸受室 451には更 に、ロータディスク 451と第 1磁気軸受室 451の壁面とのアキシャル方向の距離を検 知するアキシャルセンサ 449a、 449bが設置されて!、る。

第 2の磁気軸受室 452には、主軸 444とラジアノレ磁気軸受 445b、 445dとの間の距 離を検知するラジアルセンサ 449dが設置されて!、る。

[0090] ラジアルセンサ 449c、アキシャルセンサ 449a、 449bが配置されている第 1の磁気 軸受室 451には、配管 750の一端が接続され開口している。図 9には図示されてい ないが、配管 750の他端は第 2熱交翻730と膨張タービン 432とを接続する配管 に接続している。第 1の磁気軸受室 451の、配管 750が接続されている位置力も離 れた位置には排気口 441aが設けられている。排気口 441aには配管 760の一端が 接続されている。

配管 760の他端は、第 2の磁気軸受室 452に設けられた吸気口 441bに接続され ている。第 2の磁気軸受室 452の、配管 760が接続されている位置力も離れた位置 には、排気口 441dがもうけられている。排気口 441dには、配管 770の一端が接続さ れ開口している。配管 770の他端は膨張タービン出口配管 431に接続され開口して いる。

[0091] 次に、本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 700の動作原理を説明する。

[0092] モータ 440が駆動される。コンプレッサ 422と膨張タービン 432とが回転する。

[0093] モータ 440のモータケ一シング 441に挿入されて!、る主軸 444と、ステータ 448の 周囲に形成されている図示せぬコイルとの間において、電磁力により主軸に対する 回転駆動力が発生する。この回転駆動力によりモータ 440の主軸 444がステータ 44 8【こ対して回転する。実動作時【こ主軸 444ίま、ラジアノレ磁気軸受 445a、 445b, 445 c、 445dおよびアキシャル磁気軸受 447a、 447b, 447c, 447dにより、ラジアル方 向およびアキシャル方向にそれぞれの磁気軸受力 一定距離を保ったまま空間中に 保持される。

[0094] ラジアルセンサ 449c、 449dおよびアキシャルセンサ 449a、 449bにより、実動作時 の主軸 444のラジアルおよびアキシャル方向の位置情報がモニタされる。取得された 主軸 444の位置情報は、図示せぬ演算装置に入力される。演算装置では、入力され た主軸 444の位置情報に基づ 、て、主軸 444を現在の位置から規定位置に戻すた めには、ラジアル磁気軸受 445a、 445b, 445c, 445dおよびアキシャル磁気軸受 4 47a, 447b, 447c, 447dの帘 lj御により主軸 444の位置をどの程度変ィ匕させればよ V、のかがリアルタイムで演算される。図示せぬ演算装置で演算された電流の変化量 の情報は、図示せぬ制御装置に入力される。そして、図示せぬ制御装置により主軸 444のラジアルおよびアキシャル方向の位置情報に基づ 、てそれぞれの磁気軸受 けを流れる電流量が制御されて、主軸 444が規定位置に安定的に保持される。

[0095] モータ 440の実動作時には、主軸 444の回転によりモータ 440内部に熱が発生す る。このモータ 440内部で発生した熱を排熱する目的で、モータケ一シング 441には 、冷却空気入口 470aおよび冷却空気出口 470bが配設されている。そしてモータ 44 0実動作時には、空気冷媒式冷却装置 410外部に設置されているファン 460からフィ ルタ 450を介して冷却空気（130mmAq、 40°C)が冷却空気入口 470aからモータ 4 40内部へ送り込まれる。モータ 440内部に取り入れられてモータ駆動部である主軸 4 44およびステータ 448を冷却した冷却空気は、冷却空気出口 470bから空気冷媒式 冷却装置 410外部に排出される。

[0096] コンプレッサ 422入口に送り込まれた 35°C (圧力； 173mmAq)の冷媒空気は、コ ンプレッサ 422により圧縮されて 119°Cの空気冷媒としてコンプレッサ 422出口より排 出される。排出された 119°Cの空気冷媒は第 1熱交 720に送られて、第 1熱交 720で 43°Cにまで冷却される。さらに、 43°Cにまで冷却された空気冷媒は、第 2 熱交換器 730に送られて熱交換され、 47°C近傍にまで冷却される。この 47°Cに まで冷却された空気冷媒は、空気冷媒式冷却装置 410の膨張タービンの通気孔 43 laに送り込まれ、ここで断熱膨張されて— 80°Cにまで冷却される。この— 80°Cにまで 冷却された冷媒空気は冷却庫 740に送られて、直接冷却庫 740内に保存されている 製品を冷却する。本実施の形態においては、冷却庫 740内の温度はおおよそ 55 °C近傍に保たれている。冷却庫 740から排出された - 55°Cの冷媒空気は、第 2熱交 730に送られ、第 1熱交換器 720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 720から送られてきた空気冷媒を- 47°Cにまで冷却する。そし て、第 2熱交換器 730で熱交換をし、 35°Cまで昇温した冷却庫 740からの冷媒空気 は、再度空気冷媒式冷却装置 410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。

[0097] 定常運転時、第 1の磁気軸受室 451の圧力は第 2熱交換器 730と膨張タービン 43 2とを結合する配管の内部の圧力よりも低い。そのため、第 2熱交 730と膨張タ 一ビン 432とを結合する配管の内部の空気冷媒の一部は配管 750に引き出されて 第 1の磁気軸受室 451に供給される。第 1の磁気軸受室 451に供給された冷媒空気 は、 47°C程度の低温であり、低温であるために含まれる水分は少ない。第 1の磁気 軸受室 451の内部は、供給された空気冷媒により冷却される。

[0098] 第 1の磁気軸受室 451の内部が冷却されることにより、ラジアルセンサ 449c、アキ シャルセンサ 449a及びアキシャルセンサ 449bが冷却される。そのため、ラジアルセ ンサ 449c、アキシャルセンサ 449a及びアキシャルセンサ 449bの動作が安定化する 。あるいはラジアルセンサ 449c、アキシャルセンサ 449a又はアキシャルセンサ 449b として、保証された動作温度の範囲がより狭く安価なものを使用することが可能になり コストダウンが達成される。

[0099] 第 1の磁気軸受室 451の圧力は第 2の磁気軸受室 452の圧力よりも高い。そのため 、第 1の磁気軸受室 451の内部の空気は配管 760に引き出される。第 1の磁気軸受 室 451の内部には配管 750から配管 760に向力 空気の流れが発生し、異物が吹き 飛ばされる。

[0100] 第 1の磁気軸受室 451から配管 760に引き出された空気の温度は 40°C程度である 。配管 750により第 1の磁気軸受室 451に供給された低温低水分の空気が昇温され ることにより、配管 760に引き出された空気は非常に湿度が低い。この空気は第 2の 磁気軸受室 452に供給される。

[0101] 第 2の磁気軸受室 452には、ラビリンス部 B443を通って膨張タービン 431の出口 側の空気冷媒がリークすることがある。このリークした冷媒は非常に低温であるため、 第 2の磁気軸受室 452の内部に霜が付着する可能性がある。配管 760から非常に湿 度が低く 40°C程度の空気が供給されることにより、霜の付着が防止される。霜の付着 が防止されることにより、ラジアル磁気軸受 445bにおける軸の回転の安定性が増す 。特に、回転数が 21000rpm程度の高速回転をするモータが用いられる場合、非常 に高い精度で軸受の安定性が求められる。そのため、回転軸に霜が付着することが 防止されることによりウェイトバランスが高精度に維持されることは特に好ましい。さら に、非常に湿度が低い空気が供給されることにより第 2の磁気軸受室 452の内部に 鲭が発生することが抑制され、軸受の安定性、耐久性がさらに向上する。

[0102] 第 2の磁気軸受室 452の内部の圧力は、膨張タービン出口配管 431の内部の圧力 よりも高い。そのため、第 2の磁気軸受室 452の内部の空気は配管 770に引き出され 、膨張タービン出口配管 431に供給される。冷媒空気の循環サイクルの途中から配 管 750により引き出された空気が、配管 770により再び循環サイクルに供給されること により、循環サイクルの動作が安定になる。

[0103] (実施の形態 8)

図 10に、実施の形態 8における空気冷媒冷熱システムの構成を示す。

[0104] 本実施の形態における空気冷媒冷熱システム 800の空気冷媒式冷却装置 810は、 補助コンプレッサ 802、モータ 804、補助冷却器 806、主コンプレッサ 822及び膨張 タービン 832を含んでいる。補助コンプレッサ 802はモータ 804により駆動される。補 助コンプレッサ 802の出口側は配管を介して補助冷却器 806に接続されている。補 助冷却器 806の出口側は配管を介して主コンプレッサ 822に接続されている。主コン プレッサ 822は膨張タービン 832と同軸に接続される。主コンプレッサ 822と膨張タ 一ビン 832とを接続する回転軸を支持する軸受のタイプとしては、ボール軸受、ころ 軸受、磁気軸受などが例示される。 [0105] 主コンプレッサ 822の出口側は配管を介して冷却器 820に接続されている。冷却器 820の出口側は熱交換器 830の高温側通路に接続されている。熱交換器 830の高 温側通路の出口側は膨張タービン 832に接続されている。膨張タービン 832の出口 側は冷却庫 840の空気吹出口 5に接続されている。冷却庫 840は空気取入口 2を備 え、空気取入口 2は配管を介して熱交換器 830の低温側通路に接続されている。熱 交翻 830の低温側通路の出口側は補助コンプレッサ 802に接続されている。

[0106] 膨張タービン 832と冷却庫 840とを結合する配管には配管 870の一端が接続され 開口している。配管 870の他端はコンプレッサ 822と膨張タービン 832との間に配置 されている軸受空間（第 1の軸受室）に接続されている。第 1の軸受室の配管 850が 接続された位置力も離れた位置には配管 860の一端が接続され開口している。配管 860の他端は膨張タービン 832側の図示しない空間（第 2の軸受室）に接続されてい る。第 2の軸受室の配管 860が接続された位置力も離れた位置には配管 870の一端 が接続されて 、る。配管 870の他端は膨張タービン 832と冷却庫 840とを結合する 配管に結合され開口して 、る。

[0107] 次に、本実施の形態の空気冷媒式冷却装置 800の動作原理を説明する。

[0108] モータ 804が駆動され、補助コンプレッサ 802が回転する。主コンプレッサ 822と膨 張タービン 832とが回転する。補助冷却器 806が起動される。冷却器 820が起動さ れる。

[0109] 熱交換器 830の低温側通路の出口から出た冷媒空気が補助コンプレッサ 802によ り圧縮され吐出される。吐出された冷媒空気は補助冷却器 806により冷却される。補 助冷却器 806から出た冷媒空気は主コンプレッサ 822により圧縮され吐出される。主 コンプレッサ 822から吐出された冷媒空気は冷却器 820により冷却される。冷却器 8 20から出た冷媒空気は熱交翻830により更に冷却される。熱交翻830により冷 却された冷媒空気は膨張タービン 832において断熱膨張することにより更に冷却さ れる。膨張タービン 832から出た冷媒空気は空気吹出口 5から冷却庫 840の内部に 供給される。冷却庫 840の内部は冷却される。冷却庫 840の内部の空気は空気取入 口 2から取り入れられ熱交換器 830により昇温される。昇温された冷媒空気は補助コ ンプレッサ 802に供給される。 膨張タービン 832から出た空気冷媒の一部は配管 850に引き出されて第 1の軸受 室に供給される。第 1の軸受室の空気は配管 860に引き出される。第 1の軸受室の内 部には空気の流れが生じ、異物が吹き飛ばされる。第 1の軸受室の空気は配管 860 を介して第 2の軸受室に供給される。第 2の軸受室の内部には膨張タービン 832の 出口側の低温空気カ^ークして霜が付着することがある。配管 860から第 2の軸受室 に供給される空気により霜の付着が防止され、軸受が安定的に動作する。

Claims

請求の範囲

[1] 主軸を保持する第 1および第 2の磁気軸受けを有するモータと、

コンプレッサと、

膨張タービンと

を具備し、

前記コンプレッサは前記主軸に接続され、前記コンプレッサと前記第 1の磁気軸受 けとは第 1のラビリンスにより仕切られ、

前記膨張タービンは前記主軸に接続され、前記膨張タービンと前記第 2の磁気軸 受けとは第 2のラビリンスにより仕切られ、

前記モータ外部からの外圧により、前記第 1および第 2の磁気軸受けの配置される 空間と前記コンプレッサの入口空間および前記膨張タービンの出口空間との間に圧 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!、て、

さらに前記主軸の位置を測定するためのセンサを具備し、

前記センサは前記第 1および第 2の磁気軸受け近傍に配置され、

前記モータ外部からの外圧により、前記センサが配置されている空間と前記モータ が備えるケーシング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。

[3] 主軸を保持する第 1および第 2の磁気軸受けとを有するモータと、

コンプレッサと、

膨張タービンと

を具備し、

前記コンプレッサは前記主軸に接続され、前記コンプレッサと前記第 1の磁気軸受 けとは第 1のラビリンスにより仕切られ、

前記膨張タービンは前記主軸に接続され、前記膨張タービンと前記第 2の磁気軸 受けとは第 2のラビリンスにより仕切られ、

さらに、前記第 1および第 2の磁気軸受けの配置される空間と前記コンプレッサの入 口空間および前記膨張タービンの出口空間との間に圧力差を生成する手段を備え る

空気冷媒式冷却装置。

[4] 請求項 3に記載の空気冷媒式冷却装置にお 、て、

さらに前記主軸の位置を測定するためのセンサと、

前記センサは前記第 1および第 2の磁気軸受け近傍に配置され、前記センサが配 置されている空間と前記モータが備えるケーシングの外部との間に圧力差を生成す る手段と

を具備する

空気冷媒式冷却装置。

[5] 請求項 1から 4の 、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^^の出口と前記第 2熱交^^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、

前記ファンは、前記フィルタを介して前記モータが備えるケーシングの内部に流体 を吹き込む空気冷媒冷熱システム。

[6] 請求項 1から 4の 、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、 ラジェータと

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^^の出口と前記第 2熱交^^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、

前記空気冷媒式冷却装置の外部に前記ラジェータが配置され、前記ラジェータの 入口および出口は前記モータが備えるケーシングに配設されて 、る前記ラジェータ 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。

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^^の出口と前記第 2熱交^^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、

前記モータ内部の冷却のため、前記第 2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モータが備えるケーシングに配設されている吸 気孔に接続され、前記ケーシングに配設されている他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。 [8] 請求項 1から 4の 、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、

ラジェータと

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^^の出口と前記第 2熱交^^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 タ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 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ェータが配置され、前記ラジェ一タの入口および出口は前記 モータが備えるケーシングに配設されて 、る前記ラジェ一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^^と、コンテナボックスと、ラジェ一タとは可搬式に構成される リーファーコンテナ。

[9] 主軸を保持する第 1の軸受けと、

圧縮機構と、

膨張タービンと、

第 1熱交換器と、

第 2熱交^^と

を具備し、

前記空気冷媒式冷却装置の前記圧縮機構の出口と前記第 1熱交換器の入口とが 接続され、前記第 1熱交^^の出口と前記第 2熱交^^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圧縮機構の入 口に接続され、

前記圧縮機構が備えるコンプレッサは前記主軸に接続され、前記コンプレッサと前 記第 1の軸受けとは第 1のラビリンスにより仕切られ、

前記膨張タービンは前記主軸に接続され、

さらに、前記コンプレッサの出口と前記冷却庫の入口との間から引き出された冷媒 を前記第 1の軸受けの配置される空間に導入する第 1配管を具備する

空気冷媒冷熱システム。

[10] 請求項 9に記載の空気冷媒冷熱システムにおいて、

さらに、前記コンプレッサよりも前記膨張タービンに近い位置で前記主軸を支持す る第 2の軸受けと、

前記冷媒を前記第 1の軸受けの配置される空間から前記第 2の軸受けの配置され る空間に導入する第 2配管とを具備する

空気冷媒冷熱システム。

[11] 請求項 10に記載の空気冷媒冷熱システムにおいて、

さらに、前記冷媒を前記第 2の軸受けの配置される空間から前記膨張タービンの出 口側に導く第 3配管を具備する

空気冷媒冷熱システム。

[12] 請求項 9から 11のいずれかに記載の空気冷媒冷熱システムにおいて、

更に、前記主軸を回転するモータ

を具備し、

前記第 1および第 2の軸受は磁気軸受である

空気冷媒冷熱システム。

[13] 請求項 9から 12のいずれかに記載の空気冷媒冷熱システムにおいて、

前記第 1配管は前記冷媒を前記膨張タービンの入口側から引き出す

空気冷媒冷熱システム。

[14] 請求項 9から 11のいずれかに記載の空気冷媒冷熱システムにおいて、 前記圧縮機構は更に、前記コンプレッサよりも上流側に設置された補助コンプレツ サを備える

空気冷媒冷熱システム。

請求項 9から 14のいずれかに記載の空気冷媒冷熱システムと、

前記膨張タービンの出口に接続されたコンテナボックス

とを具備する

リーファーコンテナ。