(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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は、
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、
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、
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冷却空気を吹き込むと共に、前記第１および第２の磁気軸受けの配置される空間にも前記冷却空気を吹き込む
空気冷媒冷熱システム。
【請求項２】
主軸を保持する第１の磁気軸受けと、
前記主軸を回転するモータと、
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、
冷却庫と
を具備し、
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膨張タービンの入口とが接続され、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であって前記膨張タービンの入口側から引き出された冷媒を、前記第１の磁気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。
【請求項３】
請求項２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の磁気軸受けと、
前記冷媒を前記第１の磁気軸受けの配置される空間から前記第２の磁気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。
【請求項４】
請求項３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の磁気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。
【請求項５】
請求項２から４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ッサを備える
空気冷媒冷熱システム。
【請求項６】
請求項２から５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。
【発明の詳細な説明】
【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っ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って倉庫内の荷物を冷却することが出来なかった。【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ィスク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。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、信頼性および効率の高い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、モータケーシングと、モータケーシング内に挿入された主軸と、モータケー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ー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、モータケーシングと、モータケーシング内に挿入された主軸と、モータケー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ー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、モータケー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、ラジエータとを備え、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、空気冷媒式冷却装置の外部にラジエータが配置され、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ーシングに配設されている吸気孔に接続され、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、ラジエータとを備え、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エータが配置され、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に接続され、さらに、空気冷却式冷凍装置と、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。
【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から第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、膨張ター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いる。【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２１０、３１０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２１０、３１０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２２２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、モータケーシング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をアキシャル方向に支持するアキシャル磁気軸受２４７ａ、２４７ｂ、２４７ｃ、２４７ｄを備えている。【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のモータケーシング２４１に挿入されている主軸２４４と、ステータ２４８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から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、モータケーシング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２４０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℃）が冷却空気入口２７０ａからモータ２４０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２４４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（−１７３ｍｍＡｑ、３５℃）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℃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（−４７℃）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℃まで冷却される。そして、断熱膨張されて−８０℃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および膨張タービン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】
しかし、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、モータケーシング２４１に吸気孔２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｄが備えられている。吸気孔２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｄはそれぞれラジアル磁気軸受２４５ａ、２４５ｂ、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。これにより、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、２４７ｂ、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、２４７ｄ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。【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と同じであるが、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、３４７ｃ、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から伸びている主軸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に接続されている。【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のモータケーシング３４１に挿入されている主軸３４４と、ステータ３４８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から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３４５ａ、３４５ｂ、３４５ｃ、３４５ｄおよびアキシャル磁気軸受３４７ａ、３４７ｂ、３４７ｃ、３４７ｄからの距離を一定に保つ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、３４９ｄ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を現在の位置から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、３４７ｄ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のラジアルおよびアキシャル方向の位置情報に基づい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、モータケーシング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３４０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（１３０ｍｍＡｑ、４０℃）が冷却空気入口３７０ａからモータ３４０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３４４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からモータケーシング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（−１７３ｍｍＡｑ、３５℃）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℃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（−４７℃）が膨張タービン３３２において断熱膨張されて−８０℃まで冷却される。そして、断熱膨張されて−８０℃まで冷却された冷媒用空気は膨張タービン３３２の軸方向開口部から外部に排出される。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でシールドされている。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３４１ａ、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３４１ｃ、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、モーターケーシング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、３４７ｃ、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ー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Ｂ３４３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ーシング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。【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を組み込むことにより、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℃（圧力；−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、−４７℃近傍にまで冷却される。この−４７℃にまで冷却された空気冷媒は、空気冷媒式冷却装置２１０、３１０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℃にまで冷却される。この−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℃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−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。【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エータ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の外部にラジエータ４５０が配置されている。ラジエータ４５０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。【００６６】
そして、空気冷媒冷熱システム４００の駆動中には、同時にラジエータ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、モータ内部から排出される４０℃の冷却空気は３０℃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２１０、３１０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の出口から排出される−４７℃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、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熱交換器６２０、第２熱交換器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エータ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、レフコンテナ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２１０、３１０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。【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、３１０、第１熱交換器６２０、第２熱交換器６３０、コンテナボックス６４０、およびラジエータ６５０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。【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、モータケー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とを結合する配管から分岐してから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いる空間に供給する配管７６０を備えている。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から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を備えている。【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４２２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に接続されている。【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、モータケーシング４４１に挿入されてい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側で支持するラジアル磁気軸受４４５ａ、４４５ｃを備えている。ラジアル磁気軸受４４５ａ、４４５ｃに対してステータ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が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４４４のアキシャル荷重を支持するアキシャル磁気軸受４４７ａ、４４７ｂとが配置されている。【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側で支持するラジアル磁気軸受４４５ｂ、４４５ｄを備えている。ラジアル磁気軸受４４５ｂ、４４５ｄに対してステータ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が設置されている。
第２の磁気軸受室４５２には、主軸４４４とラジアル磁気軸受４４５ｂ、４４５ｄとの間の距離を検知するラジアルセンサ４４９ｄが設置されている。【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熱交換器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から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から離れた位置には、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のモータケーシング４４１に挿入されている主軸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４４８に対して回転する。実動作時に主軸４４４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から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の位置情報に基づいて、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４４７ａ、４４７ｂ、４４７ｃ、４４７ｄの制御により主軸４４４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４４４のラジアルおよびアキシャル方向の位置情報に基づい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、モータケーシング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４４０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℃）が冷却空気入口４７０ａからモータ４４０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４４４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℃（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℃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℃の空気冷媒は第１熱交換器７２０に送られて、第１熱交換器７２０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７３０に送られて熱交換され、−４７℃近傍にまで冷却される。この−４７℃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４３１ａに送り込まれ、ここで断熱膨張されて−８０℃にまで冷却される。この−８０℃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℃近傍に保たれている。冷却庫７４０から排出された−５５℃の冷媒空気は、第２熱交換器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℃にまで冷却する。そして、第２熱交換器７３０で熱交換をし、３５℃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４３２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熱交換器７３０と膨張タービン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℃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に向かう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℃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℃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エ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の内部に錆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と膨張タービン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。熱交換器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が接続された位置から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が接続された位置から離れた位置には配管８７０の一端が接続されている。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いる。【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８２０から出た冷媒空気は熱交換器８３０により更に冷却される。熱交換器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。【０１１０】
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がリ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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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