(57)【要約】【課題】  補機の動力の低減を図ることができる空気サイクル冷凍ユニットを提供する。【解決手段】  冷媒経路１０に介在する放熱用熱交換器１２に油冷却用の熱交換器１４が設けられ、この油冷却用の熱交換器１４を放熱用熱交換器１２におけるブロワ２２入力による空気によって冷却する。換言すれば、放熱用熱交換器１２におけるブロワ２２入力による空気を、油冷却用の熱交換器１４を冷却すべく兼用させることにより、油冷却用の熱交換器１４のファンを省略する。【選択図】      図１
2009180477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ翼車およびタービン翼車が共通の主軸に取り付けられ、上記主軸が転がり軸受および磁気軸受並びに主軸回転駆動用のモータを有するモータ一体型磁気軸受装置で支持されたコンプレッサ・タービンユニットと、これらコンプレッサ・タービンユニットのコンプレッサおよび膨張タービンを通る冷媒経路に介在した複数または一つの熱交換器を備え、空気を冷媒とし、空調または冷凍する空気サイクル冷凍ユニットにおいて、
前記冷媒経路における熱交換器のうち前記冷媒経路の冷媒を別の冷媒によって冷却する放熱用熱交換器に、前記モータの油を冷却する油冷却用の熱交換器が設けられ、この油冷却用の熱交換器は、放熱用熱交換器における前記別の冷媒によって冷却されることを特徴とする空気サイクル冷凍ユニット。
【請求項２】
請求項１において、前記油冷却用の熱交換器を、放熱用熱交換器における前記別の冷媒の流路の流入口と、前記別の冷媒の流路が前記冷媒経路の流路に接する部分との間に配置した空気サイクル冷凍ユニット。
【請求項３】
請求項１において、前記放熱用熱交換器に前記別の冷媒を送り込むブロワを配管接続し、前記放熱用熱交換器における、ブロワからの前記別の冷媒の吸込み口に、油冷却用の熱交換器を配置した空気サイクル冷凍ユニット。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記放熱用熱交換器の前記冷媒経路の流路が設けられる部分を熱交換器本体とし、この熱交換器本体における、前記別の冷媒の流入口への流れを同流入口の流路断面の全体に対して均一化する整流板を、この熱交換器本体よりも別の冷媒経路上流に配置し、且つ前記油冷却用の熱交換器を、前記整流板よりも別の冷媒経路上流に配置した空気サイクル冷凍ユニット。
【請求項５】
請求項４において、前記別の冷媒を、油冷却用の熱交換器における流路断面の略全体に拡散させて、前記別の冷媒をこの油冷却用の熱交換器に一様に入力させる他の整流板を、油冷却用の熱交換器よりも前記別の冷媒経路上流に配置した空気サイクル冷凍ユニット。
【請求項６】
請求項３において、前記放熱用熱交換器の前記吸込み口を成す導入ダクトを設け、この導入ダクトの内壁面と、油冷却用の熱交換器との間をシール材で充填した空気サイクル冷凍ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気を冷媒として用いる空気サイクル冷凍ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１７に示すように、従来技術に係る空気サイクル冷凍ユニットは、例えばモータ一体型磁気軸受装置１を備え、このモータ一体型磁気軸受装置１では、モータ冷却用の油経路２、油循環用ポンプ３、油冷却用の熱交換器４、およびファン５を備えている。
【特許文献１】特許第２６２３２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記空気サイクル冷凍ユニットのモータ一体型磁気軸受装置１では、モータ冷却用の油経路２、油循環用ポンプ３、さらには油冷却用の熱交換器４およびファン５を備えているので、補機の動力が不所望に大きくなるという問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、補機の動力の低減を図ることができる空気サイクル冷凍ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の空気サイクル冷凍ユニットは、コンプレッサ翼車およびタービン翼車が共通の主軸に取り付けられ、上記主軸が転がり軸受および磁気軸受並びに主軸回転駆動用のモータを有するモータ一体型磁気軸受装置で支持されたコンプレッサ・タービンユニットと、これらコンプレッサ・タービンユニットのコンプレッサおよび膨張タービンを通る冷媒経路に介在した複数または一つの熱交換器を備え、空気を冷媒とし、空調または冷凍する空気サイクル冷凍ユニットにおいて、
前記冷媒経路における熱交換器のうち前記冷媒経路の冷媒を別の冷媒によって冷却する放熱用熱交換器に、前記モータの油を冷却する油冷却用の熱交換器が設けられ、この油冷却用の熱交換器は、放熱用熱交換器における前記別の冷媒によって冷却されることを特徴とする。
【０００６】
この構成によると、モータの駆動により主軸を回転させ、コンプレッサ・タービンユニットを運転する。コンプレッサ・タービンユニットのコンプレッサおよび膨張タービンを通る冷媒経路に介在する放熱用熱交換器に、モータの油を冷却する油冷却用の熱交換器が設けられ、この油冷却用の熱交換器を放熱用熱交換器における前記別の冷媒によって冷却する。換言すれば、放熱用熱交換器における前記別の冷媒を、油冷却用の熱交換器を冷却すべく兼用させる。これにより、油冷却用の熱交換器のファンを省略することができ、補機の動力の低減を図ることができる。また、前記ファンを省略できる分、空気サイクル冷凍ユニット全体の製造コストの低減を図ることが可能となる。
前記補機とは、コンプレッサ・タービンユニットおよび熱交換器以外の冷凍ユニット構成機器であって、これらコンプレッサ・タービンユニットおよび熱交換器の補助を行う機器を言い、例えば、熱交換器用のブロワ，この駆動モータ、油循環用ポンプ、この油循環用ポンプの冷却用ファン、および主軸を回転駆動するモータの少なくともいずれか１つを含む。
【０００７】
前記油冷却用の熱交換器を、放熱用熱交換器における前記別の冷媒の流路の流入口と、前記別の冷媒の流路が前記冷媒経路の流路に接する部分との間に配置しても良い。この場合、油冷却用の熱交換器を、前記別の冷媒によって強制的に且つ確実に冷却することができる。さらに、油冷却用の熱交換器を配置する空間が得やすく、空気サイクル冷凍ユニットのコンパクト化が図れる。また、放熱用熱交換器のいわゆる前段部分に、油冷却用の熱交換器を配置するため、高い冷却効果を得ることができる。
【０００８】
前記放熱用熱交換器に前記別の冷媒を送り込むブロワを配管接続し、前記放熱用熱交換器における、ブロワからの前記別の冷媒の吸込み口に、油冷却用の熱交換器を配置しても良い。この場合、油冷却用の熱交換器自体の配置スペースを余分に確保する必要がなくなり、空気サイクル冷凍ユニットの小形化を図ることができる。それ故、空気サイクル冷凍ユニットの汎用性を高めることが可能となる。また、油冷却用の熱交換器を、放熱用熱交換器の前記吸込み口を通る別の冷媒によって強制的に冷却し得る。
【０００９】
前記放熱用熱交換器の前記冷媒経路の流路が設けられる部分を熱交換器本体とし、この熱交換器本体における、前記別の冷媒の流入口への流れを同流入口の流路断面の全体に対して均一化する整流板を、この熱交換器本体よりも別の冷媒経路上流に配置し、且つ前記油冷却用の熱交換器を、前記整流板よりも別の冷媒経路上流に配置しても良い。
【００１０】
この構成によると、前記別の冷媒は、順次、油冷却用の熱交換器、整流板、熱交換器本体を通る。整流板を通過した別の冷媒の流れは、熱交換器本体の流入口において前記流路断面の全体に対して均一化する。よって熱交換器本体に流入する流速を一様にすることが可能となり、熱交換器の温度効率を向上させることができる。このような温度効率を向上させた熱交換器を実現できるので、熱交換器自体の小形化を図り、空気サイクル冷凍ユニットにおける収納スペースの制約に対応することができる。
この発明において、前記別の冷媒を、油冷却用の熱交換器における流路断面の略全体に拡散させて、前記別の冷媒をこの油冷却用の熱交換器に一様に入力させる他の整流板を、油冷却用の熱交換器よりも前記別の冷媒経路上流に配置しても良い。別の冷媒経路入口がスペース上の制約により、所望の位置から偏って設けられる場合があるが、このような場合であっても、他の整流板により、別の冷媒を油冷却用の熱交換器に一様に入力させ得る。
【００１１】
前記放熱用熱交換器の前記吸込み口を成す導入ダクトを設け、この導入ダクトの内壁面と、油冷却用の熱交換器との間をシール材で充填しても良い。この場合、前記内壁面と油冷却用の熱交換器との間から、別の冷媒が不所望に漏れることがなくなり、ブロワからの別の冷媒の全量が油冷却用の熱交換器に流入する。したがって、冷却効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の空気サイクル冷凍ユニットは、コンプレッサ翼車およびタービン翼車が共通の主軸に取り付けられ、上記主軸が転がり軸受および磁気軸受並びに主軸回転駆動用のモータを有するモータ一体型磁気軸受装置で支持されたコンプレッサ・タービンユニットと、これらコンプレッサ・タービンユニットのコンプレッサおよび膨張タービンを通る冷媒経路に介在した複数または一つの熱交換器を備え、空気を冷媒とし、空調または冷凍する空気サイクル冷凍ユニットにおいて、
前記冷媒経路における熱交換器のうち前記冷媒経路の冷媒を別の冷媒によって冷却する放熱用熱交換器に、前記モータの油を冷却する油冷却用の熱交換器が設けられ、この油冷却用の熱交換器は、放熱用熱交換器における前記別の冷媒によって冷却されるため、補機の動力の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の一実施形態を図１ないし図１６と共に説明する。
この発明の実施形態に係る空気サイクル冷凍ユニットは、コンテナ用冷凍庫等の被冷却部の空気を直接に冷媒として冷却する装置であり、コンテナの一部にユニット全体が格納されている。先ず、空気サイクル冷凍ユニットの全体構成について説明し、次に、本願特有の熱交換器、油冷却用の熱交換器の要部構成について順次説明する。
【００１４】
図１に示すように、この空気サイクル冷凍ユニットは、被冷却部Ｒにそれぞれ開口した空気の庫内吸込み口Ｎａから庫内噴出口Ｎｂに至る冷媒経路１０を有している。この冷媒経路１０に、例えば、コンプレッサ・タービンユニット１１のコンプレッサ１１ａ、放熱用熱交換器１２、再生熱交換器１３、コンプレッサ・タービンユニット１１の膨張タービン１１ｂが順に設けられている。
【００１５】
前記被冷却部Ｒの出口から冷媒経路１０の取入口１０ａに空気が流入する。取入口１０ａに流入した空気は、再生熱交換器１３により、冷媒経路１０中の空気の冷却に使用され、昇温する。この空気はコンプレッサ・タービンユニット１１のコンプレッサ１１ａにより圧縮され、この圧縮により昇温した状態で、放熱用熱交換器１２により冷却される。この冷却された空気は、コンプレッサ・タービンユニット１１のモータＭ１（図２）の冷却に供された後、再生熱交換器１３で冷却される。その後、コンプレッサ・タービンユニット１１の膨張タービン１１ｂにより断熱膨張され、冷却されて庫内噴出口Ｎｂから被冷却部Ｒの入口に噴出される。
【００１６】
図１、図２に示すように、コンプレッサ・タービンユニット１１は、モータ一体型磁気軸受装置を備え、このモータ一体型磁気軸受装置では、モータ冷却用の油流路ＭＲ、および油循環用ポンプ１５を備えている。図２に示すように、前記モータ一体型磁気軸受装置は、主軸ＳＨをラジアル方向に対し複数の転がり軸受Ｂ１，Ｂ２で支持し、主軸ＳＨにかかるアキシアル負荷と軸受予圧のどちらか一方または両方を、それぞれ磁気軸受となる電磁石ＤＭと永久磁石ＰＭとにより支持すると共に、主軸ＳＨを回転駆動するモータＭ１を設けたものである。
【００１７】
図２に示すように、このコンプレッサ・タービンユニット１１は、例えば、コンプレッサ１１ａおよび膨張タービン１１ｂ内の空気により主軸ＳＨに作用するアキシアル負荷を検出するセンサＳ１と、このセンサＳ１の出力に応じて電磁石ＤＭによる支承力を制御するコントローラ１７とを有する。このコントローラ１７に設けられる磁気軸受用コントローラ１７Ｂにより、センサＳ１の出力に応じて電磁石ＤＭによる支承力が制御される。ただし、コントローラ１７の制御対象は、この電磁石ＤＭによる支承力だけに必ずしも限定されるものではない。例えば、前記モータＭ１の回転数をコントローラ１７のモータコントローラ１７Ｍにより制御することが可能である。
【００１８】
主軸ＳＨを支承する軸受Ｂ１，Ｂ２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Ｂ１，Ｂ２は、それぞれスピンドルハウジングＨＳにおけるコンプレッサ翼車１１ａａおよびタービン翼車１１ｂａの近傍に配置されている。軸受Ｂ２は、スピンドルハウジングＨＳ内に嵌合した軸受ハウジング内に嵌合している。
【００１９】
主軸ＳＨは、中央部の大径部ＳＨｂと、両端部の小径部ＳＨｃとを有する段付き軸とされている。両側の軸受Ｂ１，Ｂ２は、その内輪が小径部ＳＨｃに圧入状態に嵌合し、片方の幅面が大径部ＳＨｂと小径部ＳＨｃ間の段差面に係合する。
スピンドルハウジングＨＳにおける両側の軸受Ｂ１，Ｂ２よりも各翼車１１ａａ，１１ｂａ側の部分は、内径面が主軸ＳＨに近接する径に形成され、この内径面に非接触シールＳＬ１，ＳＬ２が形成されている。非接触シールＳＬ１，ＳＬ２は、スピンドルハウジングＨＳ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。
【００２０】
熱交換器の要部構成について説明する。
本実施形態では、図３、図４に示すように、前記冷媒経路１０における熱交換器のうち、この冷媒経路１０の冷媒を別の冷媒によって冷却する放熱用熱交換器１２に、後述する油冷却用の熱交換器１４及び整流板２０（図１１）を設けている。すなわち、この放熱用熱交換器１２は、熱交換器本体１８と導入ダクト１９とを有し、この導入ダクト１９に、油冷却用の熱交換器１４及び整流板２０を設けている。油冷却用の熱交換器１４は、油循環用ポンプ１５から吐出された油を冷却し、モータＭ１の冷却に供するものである。モータ冷却後の油は油流路ＭＲを介して油タンクＯＴに戻され、この戻り油は油循環用ポンプ１５により循環する。
【００２１】
熱交換器本体１８は、冷媒となる空気の流路である冷媒空気流路と、別の冷媒となるブロワ入力による空気の流路（以後、「ブロワ流路」と称す）とを有する。図３乃至図６に示すように、高温側入口ＨＩから熱交換器本体１８の長手方向一端１８ａに導入された冷媒となる空気は、長手方向他端１８ｂ側に進みこの熱交換器本体１８の低温側出口ＣＯから排出された後、コンプレッサ・タービンユニット１１のモータＭ１の冷却に供される。熱交換器本体１８内において、冷媒となる空気は、図７に示す熱交換器本体１８の幅方向一定間隔おきに配設された複数の仕切板ＳＰに沿って流れる。低温側出口ＣＯには、直方体形状の筒体ＴＫを介して、略円筒形状の噴出用部材２１が熱交換器本体１８の上面から所定距離突出するように付設されている。この噴出用部材２１の先端にフランジ部２１ａが一体形成され、このフランジ部２１ａが配管接続される。
【００２２】
図３、図６に示すように、低温側入口ＣＩから熱交換器本体１８の長手方向他端１８ｂに導入されたブロワ入力による空気は、長手方向一端１８ａ側に進みこの熱交換器本体１８の高温側出口ＨＯから大気開放される。高温側出口ＨＯにも、直方体形状の筒体ＴＫを介して、略円筒形状の噴出用部材２３が熱交換器本体１８の上面から所定距離突出するように付設されている。この噴出用部材２３の先端にフランジ部２３ａが一体形成され、このフランジ部２３ａが配管接続される。
【００２３】
図９は図６のＩＸ−ＩＸ線断面図であり、図１０は図６のＸ−Ｘ線断面図である。図６〜図１０に示すように、熱交換器本体１８内には、矢符Ａで示すブロワ流路と、冷媒経路１０の一部を成す矢符Ｂで示す流路とが設けられている。
図６、図９に示すように、熱交換器本体１８内において、長手方向他端１８ｂから所定距離Ｌ３離隔した位置Ｐ１まで、矢符Ａで示すブロワ流路だけが形成されており、冷媒経路１０の一部を成す流路は形成されていない。図９、図１０に示すように、前記矢符Ａの流路は、長手方向他端１８ｂから位置Ｐ１まで大口径で続き、この位置Ｐ１から複数の仕切板ＳＰによって隔てられた隔壁１８ｃに連通している。この隔壁１８ｃは、長手方向一端１８ａから所定距離Ｌ４離隔した位置Ｐ２まで設けられている。各隔壁１８ｃには、図１０に示す側面視波形状つまり凹部と凸部とが上下方向に連なるフィンｆａと、図９に示す平面視波形状つまり凹部と凸部とが左右方向に連なるフィンｆｂとが介在している。フィンｆａは、位置Ｐ１から長手方向一端１８ａ付近の図６に示す斜線ＡＬ１まで続く。フィンｆｂは、斜線ＡＬ１から筒体ＴＫの直下の熱交換器本体１８の上端まで続く。
したがって、ブロワ２２および導入ダクト１９を経て熱交換器本体１８内に流入した空気は、長手方向他端１８ｂから一定間隔おきの隔壁１８ｃに導入され、図６の右方向、上方向に順次進む。この空気は図６右側の筒体ＴＫにおいて合流した後、略円筒形状の噴出用部材２３に進む。
【００２４】
図６、図９に示すように、熱交換器本体１８内において、長手方向一端１８ａから所定距離Ｌ４離隔した位置Ｐ２まで、矢符Ｂで示す冷媒経路１０の一部を成す流路だけが形成されており、ブロワ入力による空気の流路は形成されていない。図９、図１０に示すように、前記矢符Ｂの流路は、長手方向一端１８ａから位置Ｐ２まで大口径で続き、この位置Ｐ２から複数の仕切板ＳＰによって隔てられた隔壁１８ｄに連通している。各隔壁１８ｄには、図１０に示す側面視波形状つまり凹部と凸部とが上下方向に連なるフィンｆｃと、図９に示す平面視波形状つまり凹部と凸部とが左右方向に連なるフィンｆｄとが介在している。フィンｆｃは、位置Ｐ２から長手方向他端１８ｂ付近の図６に示す斜線ＡＬ２まで続く。フィンｆｄは、斜線ＡＬ２から筒体ＴＫの直下の熱交換器本体１８の上端まで続く。したがって、コンプレッサ１１ａおよび導入ダクト１９を経て熱交換器本体１８内に流入した空気は、長手方向一端１８ａから一定間隔おきの隔壁１８ｄに導入され、図６の左方向、上方向に順次進む。この空気は図６左側の筒体ＴＫにおいて合流した後、略円筒形状の噴出用部材２１に進む。
【００２５】
図３、図４に示すように、熱交換器本体１８の長手方向一端１８ａおよび他端１８ｂに、導入ダクト１９，１９が接続されている。図４において、長手方向一端１８ａの導入ダクト１９を省略している。これら導入ダクト１９，１９は対称構造であるので、図４に示す熱交換器本体１８の長手方向他端１８ｂに接続される導入ダクト１９について詳細に説明し、長手方向一端１８ａに接続される導入ダクト１９についてはその説明を省略する。
【００２６】
この導入ダクト１９は、熱交換器本体１８におけるブロワ流路の流入口の経路上流に続くブロワ入力による空気の吸込み口を成すダクトである。導入ダクト１９には、熱交換器本体１８の長手方向他端１８ｂに付設されるフランジ２４に、複数のボルト等を介して接続される噴出口２５を設けている。この導入ダクト１９は、図１１に示すように、前記ブロワ流路の流入口の流入方向に対して直角方向に開口している。
【００２７】
図１１、図１２に示すように、導入ダクト１９は略矩形状に形成され、この略矩形状の導入ダクト上面１９ａに、ブロワ流路に接続されるダクト入口２６が付設されている。このダクト入口２６の軸方向Ｌ１が、熱交換器本体１８の長手方向に直交するように配設されている。また、図１２に示すように、このダクト入口２６はスペース上の制約により、例えば導入ダクト上面１９ａの幅方向一方、図１２では右側に偏って設けられている。
【００２８】
導入ダクト１９内には、熱交換器本体１８の流入口への流れを同流入口の流路断面２７（図７）の全体に対して均一化する整流板２０を設けている。この整流板２０は、導入ダクト１９内のブロワ流路上流に配置された第１の整流板２８と、この導入ダクト１９内のブロワ流路下流に配置された第２の整流板２９（他の整流板に相当）とを有する。導入ダクト１９内において、これら第１の整流板２８と第２の整流板２９とのブロワ流路途中に、油冷却用の熱交換器１４が配置される。
【００２９】
第１の整流板２８は、前記ダクト入口２６の直ぐ下方に配置される。図１１乃至図１４に示すように、この第１の整流板２８は２乃至６枚設けられ、各第１の整流板２８は、ベース板３０と、整流板本体３１とを有する。ただし第１の整流板２８は必ずしも２乃至６枚に限定されるものではない。例えば、７枚以上とすることも可能である。また、第１の整流板２８を整流板本体３１のみから成るものを含む構成にしても良い。この場合にも本実施形態と同様の作用、効果を奏する。
【００３０】
ベース板３０は、図１４（Ａ）に示すように、正面視略扇形状に形成されて、導入ダクト１９の内壁面１９ｂ（図１１）に着脱可能に取付けられる。このベース板３０の略扇形状の要部３０ａは、整流板本体３１を回動させる支点となる。整流板本体３１は、図１３（Ｂ）に示すように矩形板状に形成され、ベース板３０および導入ダクト１９に対し回動可能に構成される。この整流板本体３１の両側縁部３１ａ，３１ｂの上端をピン等を介して二点支持している。つまり、整流板本体３１の一側縁部３１ａをピン等を介してベース板３０の要部３０ａに回動可能に支持すると共に、整流板本体３１の他側縁部３１ｂを、ピン等を介して導入ダクト１９の内壁面１９ｂに回動可能に支持している。
【００３１】
図１４（Ａ）に示すように、ベース板３０には、前記二点支持した軸Ｌ２を中心とする円弧状の回動用溝３０ｂが形成され、この回動用溝３０ｂに沿って整流板本体３１の下端を摺動させ得る。よって、整流板本体３１は、二点支持した軸Ｌ２を中心としてこの整流板本体３１の下端を回動つまり角変位させるようになっている。整流板本体３１の下端のうち、ベース板３０の回動用溝３０ｂに臨む部分は、この回動用溝３０ｂの形状に対応する形状に形成されている。この代替手段として例えば、整流板本体３１の下端のうち、ベース板３０の回動用溝３０ｂに臨む部分にピンを付設し、このピンを回動用溝３０ｂに沿って摺動させるようにしても良い。
以上説明したように、整流板本体３１は三点支持され、三点のうち二点が回動支点となり、残り一点が回動用溝３０ｂに沿った変位点となる。整流板本体３１を任意に回動させて、媒体の流れを変化させ得る。前述の通り、図１２に示すように、ダクト入口２６が導入ダクト上面１９ａの右側に偏って設けらえているが、第１の整流板２８を設けたため、媒体を導入ダクト１９の幅方向ｄ１に略均一に拡散させ得る。
【００３２】
図１１に示すように、第２の整流板２９は、本例では傾斜整流板体３２Ａと、整流板体３２と、流入方向整流板部３３と、間座３４とを有する。傾斜整流板体３２Ａは、導入ダクト１９内のブロワ流路上流の流れをこの流れ方向に対して斜め方向に変化させる板体である。二枚の傾斜整流板体３２Ａ，３２Ａは、所定距離離隔して略平行に配設されている。各各傾斜整流板体３２Ａは、導入ダクト底面１９ｃに対し一定角度α（例えばα＝３０度）を成すように斜めに配置されている。また、最下段に位置する傾斜整流板体３２Ａは、上段に位置する傾斜整流板体３２Ａよりも表面部の面積が大きく形成されている。
【００３３】
整流板体３２は、導入ダクト１９内のブロワ流路上流の流れを、熱交換器本体１８のブロア流入口の流入方向に規制する板体である。二枚の整流板体３２，３２は所定距離離隔して略平行に配設され、且つ、各整流板体３２は導入ダクト底面１９ｃに平行に配置されている。下段に位置する整流板体３２は、上段に位置する整流板体３２よりも表面部の面積が大きく形成されている。これら傾斜整流板体３２Ａ、整流板体３２は、互いに干渉することなく、且つ、油冷却用の熱交換器１４にも干渉することなく配置されている。
【００３４】
各傾斜整流板体３２Ａの一表面部に、直接または間座３４を介して流入方向整流板部３３が配置される。また、各整流板体３２の一表面部に、直接または間座３４を介して流入方向整流板部３３が配置される。間座３４は、所望のボルトを挿通する中空の円筒形状である。傾斜整流板体３２Ａ、整流板体３２に複数の雌ねじが形成され、これら雌ねじに前記ボルトが螺合されている。傾斜整流板体３２Ａ、整流板体３２の雌ねじが形成された位置に間座端面が位置決めされて、ボルトがこの間座３４の貫通孔に挿通していると共に、ボルト頭部と間座上端面との間に、流入方向整流板部３３の一側縁部３３ａを挟持している。複数の流入方向整流板部３３は、所定間隔おきに平行で且つ導入ダクト底面１９ｃに対し略平行となるように配置されている。また流入方向整流板部３３は、傾斜整流板部３２Ａ、整流板部３２よりも薄肉板に形成される。
【００３５】
上段に位置する傾斜整流板体３２Ａに設けられる複数の間座３４は、ブロワ流路下流の流入方向整流板部３３に配置される間座厚さｄ２よりも、ブロワ流路上流の流入方向整流板部３３に配置される間座厚さｄ２の方が厚くなる。この間座厚さｄ２の調整により隣接する流入方向整流板部３３の間隔を容易に調整することが可能となる。この場合、傾斜整流板体３２Ａ、流入方向整流板部３３の寸法、姿勢等を変更して隣接する流入方向整流板部３３の間隔を調整するよりも、製造コストの低減を図り汎用性を高めることができる。この間座３４は、中空の円筒形状であるため、例えばパイプ材を切断する等して種々の厚さの間座３４を用意することができる。
【００３６】
油冷却用の熱交換器１４について説明する。
図１５は、油冷却用の熱交換器の一例を概略表す斜視図、図１６は、油冷却用の熱交換器の詳細構造の一例を表す斜視図である。図１、図１１も参照しつつ説明する。
油冷却用の熱交換器１４は、油循環用ポンプ１５から吐出された油を、放熱用熱交換器１２におけるブロワ入力による空気によって冷却し、モータＭ１（図２）の冷却に供される。この油冷却用の熱交換器１４は、油冷却熱交換器本体１４ａと、この油冷却熱交換器本体１４ａを支持するフレーム１４ｂとを有する。導入ダクト１９内において、油冷却用の熱交換器１４を、第１の整流板２８のブロワ流路下流で且つ第２の整流板２９のブロワ流路上流に配置している。
【００３７】
前記フレーム１４ｂは、フレーム本体１４ｂａと、このフレーム本体１４ｂａの上端縁部および下端縁部に付設されたブラケットＢＫ，ＢＫとを備えている。図１５のものでは、油冷却熱交換器本体１４ａには、ブロワ入力による空気を通す複数の長孔が形成され、これら長孔に連通する空気導入孔１４ｂｂが前記フレーム本体１４ｂａに形成されている。図１６のものでは、フレーム本体１４ｂａに矩形孔１４ｂｃが形成され、この矩形孔１４ｂｃに、油冷却熱交換器本体１４ａの上端面部が臨んで連通する。油冷却熱交換器本体１４ａにおいて、油循環用ポンプ１５から吐出された油を導入する油路ＯＰが形成されている。この油路ＯＰは、油冷却熱交換器本体１４ａ内の一側壁部付近から一定間隔おきに分岐し、油冷却熱交換器本体１４ａ内の幅方向Ｗ１に沿って形成される。分岐された油路ＯＰは、油冷却熱交換器本体１４ａ内の他側壁部付近にて合流し、モータＭ１に連なる。油冷却熱交換器本体１４ａには、分岐された幅方向Ｗ１に沿う油路ＯＰ間にフィンｆｎが介在され、このフィンｆｎに対し、ブロワ入力による空気を通す構成になっている。
【００３８】
図１５，図１６のものでは、上端縁部におけるブラケットＢＫを、導入ダクト１９内上壁における内壁面１９ｄにシール材３５を介して固着させると共に、下端縁部におけるブラケットＢＫを、導入ダクト１９内立壁における内壁面１９ｂにシール材３５を介して固着させている。油冷却用の熱交換器１４は、導入ダクト１９内のスペース上の制約により、フレーム本体１４ｂａが内壁面１９ｂに対し所定角度β（例えばβ＝４５度）傾斜するように取付けられている。
内壁面１９ｄ，１９ｂとブラケットＢＫとの間にはシール材３５が充填されているため、内壁面１９ｄ，１９ｂと油冷却用の熱交換器１４との間から、ブロワ入力による空気が不所望に漏れることがなくなり、ブロワ２２からの空気の全量が油冷却用の熱交換器１４に流入する。したがって、冷却効率を高めることができる。
【００３９】
一方、モータＭ１からの戻り油は油タンクＯＴに貯留され、油循環用ポンプ１５により吸い出され、油冷却熱交換器本体１４ａにおける、例えば図１５の一点鎖線で示すような油路１４ａａ、または図１６の点線で示す油路ＯＰに導かれる。前記油路１４ａａは、ブロワ入力による空気を通す複数の長孔１４ｂｂに沿って蛇行するように形成されている。ただし、このような油路１４ａａに限定されるものではない。ブロワからの空気によって冷却された油は、再びモータ冷却に供される。
ブロワ入力による空気は、油冷却用の熱交換器１４を通過した後、第２の整流板２９を経由して熱交換器本体１８に導入され、その後大気開放される。
【００４０】
本実施形態の空気サイクル冷凍ユニットの作用について説明する。
なお、以下に示す温度および気圧の数値は、一応の目安となる一例である。図１に示すように、被冷却部Ｒの出口から冷媒経路１０の取入口１０ａに０℃〜−６０℃程度で１気圧の空気が流入する。取入口１０ａに流入した空気は、再生熱交換器１３により、冷媒経路１０中の空気の冷却に使用され、４０℃まで昇温する。再生熱交換器１３を経た４０℃，１気圧の空気が、コンプレッサ・タービンユニット１１のコンプレッサ１１ａにより、１．６〜２．２気圧まで圧縮され、この圧縮により１１０℃程度に昇温した状態で、放熱用熱交換器１２のブロワ入力による空気によって４０℃に冷却される。この４０℃の空気は、モータＭ１（図２）の冷却に一部利用されて４５℃程度に昇温した状態で、再生熱交換器１３により−２５℃まで冷却される。気圧はコンプレッサ１１ａから排出された１．６〜２．２気圧が維持される。再生熱交換器１３で−２５℃まで冷却された空気は、コンプレッサ・タービンユニット１１の膨張タービン１１ｂにより断熱膨張され、−５５℃まで冷却されて庫内噴出口Ｎｂから被冷却部Ｒに排出される。
【００４１】
放熱用熱交換器１２において、ダクト入口２６から流入したブロワ入力による空気は、第１の整流板２８により、導入ダクト１９の幅方向に略均一に拡散されて、油冷却用の熱交換器１４の冷却に供される。その後、ブロワ入力による空気は、第２の整流板２９により流速を一様化して熱交換器本体１８の長手方向他端１８ｂから導入され、長手方向一端１８ａに進み、噴出用部材２３を経由して大気開放される。
【００４２】
以上説明した空気サイクル冷凍ユニットによれば、冷媒経路１０に介在する放熱用熱交換器１２に油冷却用の熱交換器１４が設けられ、この油冷却用の熱交換器１４を放熱用熱交換器１２における前記別の冷媒つまりブロワ入力による空気によって冷却する。換言すれば、放熱用熱交換器１２におけるブロワ入力による空気を、油冷却用の熱交換器１４を冷却すべく兼用させる。これにより、油冷却用の熱交換器１４のファンを省略することができ、補機の動力の低減を図ることができる。また、前記ファンを省略できる分、空気サイクル冷凍ユニット全体の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００４３】
油冷却用の熱交換器１４を、放熱用熱交換器１２の冷媒経路の流路が設けられる部分すなわち熱交換器本体１８と、ブロワ入力による空気の流入口が設けられる部分つまりダクト入口２６との間の流路途中に配置した。つまり、油冷却用の熱交換器１４を、ブロワ入力のダクト入口２６と、前記ブロワ入力による空気が熱交換器本体１８の冷媒経路の流路に接する部分との間に配置したため、油冷却用の熱交換器１４を、前記ブロワ入力による空気によって強制的に且つ確実に冷却することができる。さらに、油冷却用の熱交換器１４を配置する空間が得やすく、空気サイクル冷凍ユニットのコンパクト化が図れる。また、熱交換器本体１８のいわゆる前段部分に、油冷却用の熱交換器１４を配置するため、高い冷却効果を得ることができる。
ブロワ入力による空気の吸込み口を成す導入ダクト１９に、油冷却用の熱交換器１４を配置したため、油冷却用の熱交換器自体の配置スペースを余分に確保する必要がなくなり、空気サイクル冷凍ユニットの小形化を図ることができる。それ故、空気サイクル冷凍ユニットの汎用性を高めることが可能となる。
【００４４】
熱交換器本体１８における、ブロワ入力による空気の流入口への流れを同流入口の流路断面２７（図７）の全体に対して均一化する第２の整流板２９を、この熱交換器本体１８よりもブロワ流路上流に配置し、且つ油冷却用の熱交換器１４を第２の整流板２９よりもブロワ流路上流に配置している。この第２の整流板２９を通過したブロワ入力による空気の流れは、熱交換器本体１８の流入口において前記流路断面２７の全体に対して均一化する。よって熱交換器本体１８に流入する流速を一様にすることが可能となり、熱交換器の温度効率を向上させることができる。このような温度効率を向上させた熱交換器を実現できるので、熱交換器自体の小形化を図り、空気サイクル冷凍ユニットにおける収納スペースの制約に対応することができる。
【００４５】
導入ダクト１９において、ブロワ入力による空気を、油冷却用の熱交換器１４における流路断面の略全体に拡散させて、油冷却用の熱交換器１４に一様に入力させる第１の整流板２８を、油冷却用の熱交換器１４よりもブロワ流路上流に配置している。ダクト入口２６がスペース上の制約により、導入ダクト上面１９ａの幅方向一方に偏って設けられている場合であっても、前記第１の整流板２８により、ブロワ入力による空気を油冷却用の熱交換器１４に一様に入力させ得る。ダクト入口２６は、熱交換器本体１８におけるブロア流入方向に対して直角方向に開口してブロワ流路に接続されるため、導入ダクト１９を大きくすることなく、流路を長く得て、整流板２０による流速一様化の効果を十分に得ることができる。
【００４６】
本発明の他の実施形態として、放熱用熱交換器本体１８におけるブロワ流入口付近に、油冷却用の熱交換器を設けても良い。この場合において、図１１に示す油冷却用の熱交換器１４を除く導入ダクト１９を適用しても良い。その他直角方向に開口していない公知の導入ダクトを適用することも可能である。
この発明のさらに他の実施形態において、熱交換器本体１８の長手方向一端１８ａだけに、図１１に示す整流板２０を含む導入ダクト１９を設け、熱交換器本体１８の長手方向他端１８ｂには、上記公知の導入ダクトを設けても良い。ダクト入口２６は導入ダクト上面１９ａの幅方向中間付近に設ける場合もあり得る。第１の整流板２８において、整流板本体３１を導入ダクト１９に対し回動不能に構成したものを適用しても良い。この場合、ベース板３０等を省略して部品点数を低減することができ、製造コストの低減を図ることが可能となる。
導入ダクト１９内に、油タンクＯＴ及び油循環用ポンプ１５の少なくともいずれか一方を設けても良い。この場合、空気サイクル冷凍ユニットのコンパクト化をより図ることができる。
本実施形態では、空気サイクル冷凍ユニットを冷凍コンテナに適用しているが、冷凍コンテナだけに限定されるものではない。例えば、冷凍倉庫や零度以下の低温室や空調等に、この空気サイクル冷凍ユニットを適用しても良い。この場合においても、本実施形態と同容易の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の一実施形態に係る空気サイクル冷凍ユニットの系統図および要部の断面図である。
【図２】同空気サイクル冷凍ユニットのコンプレッサ・タービンユニットの断面図である。
【図３】同空気サイクル冷凍ユニットの熱交換器本体および導入ダクトの外観を表す正面図である。
【図４】図３の要部を拡大して表す正面図である。
【図５】同熱交換器本体の斜視図である。
【図６】同熱交換器本体の構造を表す図である。
【図７】同熱交換器本体の側面図である。
【図８】同熱交換器本体の平面図である。
【図９】図６のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】図６のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】同導入ダクト正面の詳細構造を表す断面図である。
【図１２】同導入ダクトの要部を破断して表す側面図である。
【図１３】第１の整流板を表す図であり、図１３（Ａ）はベース板と整流板本体との関係を表す図、図１３（Ｂ）は整流板本体の支持点を示す正面図、図１３（Ｃ）は整流板本体の一側縁部を示す側面図である。
【図１４】同ベース板の要部を表し、図１４（Ａ）はベース板に、整流板本体の下端を角変位させる回動用溝を形成した形態を表す図、図１４（Ｂ）はベース板の側面図である。
【図１５】同空気サイクル冷凍ユニットの油冷却用の熱交換器の一例を概略表す斜視図である。
【図１６】同油冷却用の熱交換器の詳細構造の一例を表す斜視図である。
【図１７】従来例の空気サイクル冷凍ユニットの系統図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…冷媒経路
１１…コンプレッサ・タービンユニット
１１ａ…コンプレッサ
１１ｂ…膨張タービン
１２…放熱用熱交換器
１４…油冷却用の熱交換器
１９…導入ダクト
２０…整流板
２２…ブロワ
２８…第１の整流板
２９…第２の整流板
３５…シール材
Ｂ１，Ｂ２…軸受
Ｍ１…モータ
Ｒ…被冷却部
ＳＨ…主軸
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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