冷冻系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有冷冻循环的冷冻系统的技术领域，所述冷冻循环在冷媒流过的循环路径上依序设置着:对冷媒进行压缩的压缩机(compressor)，对经压缩的冷媒进行冷却的热交换器，使经冷却的冷媒膨胀而产生冷能(cold energy)的膨胀式祸轮(expans1n turbine)，以及利用冷能对冷却对象进行冷却的冷却部。
【背景技术】
[0002]利用使用了压缩机或膨胀式涡轮的冷冻循环将冷媒冷却，由此将对象物冷却的冷冻系统已广为人知。此种冷冻系统中，例如已知如专利文献I或专利文献2那样，通过将多个压缩机或膨胀式涡轮在冷媒流过的循环路径上串联设置，多阶段地压缩.膨胀而提高冷却能力。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本专利特开2003-148824号公报
[0006]专利文献2:日本专利特开平9-329034号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的问题
[0008]在由冷却对象产生的热负载大的情况下，为了获得更大的冷冻能力，需要冷冻系统的大型化。此情况下，一般来说，蓄冷器方式的冷冻机难以大型化，因而使用如布雷顿循环(Brayton cycle)这样的逆流型热交换器方式的冷冻机。例如超导电机(superconducting machine)为了维持极低温状态而需要大型的冷冻系统。具体而言，为了将超导电机应用于船舶用的超导电动机或市区中敷设在电力输送用的超导电缆中，而需要大规模冷冻系统的设置空间，因而妨碍普及。
[0009]而且，对用于超导电机的冷冻系统要求稳定的运用，因而为了即便在像例如发生故障时冷冻系统中产生异常的情况下，也能够继续运行，目前是一并设置着同等的冷冻系统作为备份(back up)用，由此需要确保可靠性。此种情况下，存在冷冻系统的整体尺寸更大型化的问题。
[0010]本发明鉴于所述问题而完成，目的在于提供能够确保优异的可靠性且能够有效率地敷设于有限的配置空间的冷冻系统。
[0011]解决问题的技术手段
[0012]为了解决所述问题，本发明的冷冻机系统具有冷冻循环，所述冷冻循环在冷媒流过的循环路径上依序设置着:对冷媒进行压缩的压缩机，对所述经压缩的冷媒进行冷却的热交换器，使所述经冷却的冷媒膨胀而产生冷能的膨胀式涡轮，以及利用所述冷能将冷却对象冷却的冷却部，所述冷冻系统的特征在于:所述压缩机及所述膨胀式涡轮中的至少一个相对于所述循环路径并联设置多个。
[0013]根据本发明，通过将作为构成冷却循环的旋转机的压缩机或膨胀式涡轮，相对于冷媒流过的循环路径并联设置多个，即便在假如一旋转机发生异常(例如故障等)的情况下，也能够将其他旋转机作为备份用而发挥功能，因而能够继续运转。一般来说，冷冻系统中，旋转机存在比其他构成要素发生异常的风险高的倾向。因此，本发明中，仅对发生异常风险高的旋转机准备备份，由此能够抑制系统整体的尺寸增加，且能够提高可靠性。
[0014]本发明的一形态中，相对于所述循环路径并联设置多个的所述压缩机或所述膨胀式涡轮构成为分别经由切换阀而能够相对于所述循环路径接触或断开。
[0015]根据该形态，在如压缩机或所述膨胀式涡轮这样的旋转机发生异常的情况下，通过将切换阀开闭，能够切换为备份用的旋转机而继续运转。
[0016]本发明的其他形态中，所述膨胀式涡轮与所述冷却部一起收纳于与外部隔热的冷箱(cold box)内，所述压缩机收纳于与所述冷箱分开的压缩机单元，所述压缩机单元配置于与所述冷箱相比远离所述冷却对象的位置。
[0017]根据该形态，通过将产生冷能的膨胀式涡轮与冷却部一起配置于与外部隔热的冷箱内，能够抑制热损耗而提高冷却效率。另一方面，压缩机中冷媒的温度相对增高，因而收纳于与冷箱分开的压缩机单元中。尤其将压缩机单元配置于与冷箱相比远离冷却对象的位置，由此能够实现确保冷冻能力且能够设置于冷却对象周边的小的敷设空间的冷冻系统。
[0018]该情况下，所述压缩机单元也可经由切换阀而相对于所述冷箱并联设置多个。
[0019]根据该形态，通过构成为能够利用切换阀选择多个压缩机单元，即便在正常运行时使用的压缩机单元中发生异常的情况下，通过切换为其他压缩机单元，而能够继续运转，并稳走地运用。
[0020]而且，所述冷箱及所述压缩机单元可相对于所述冷却对象分别设置多个。
[0021]根据该形态，将冷箱与压缩机单元一起相对于冷却对象分别设置多个，由此能够构筑可靠性更高的系统。
[0022]本发明的其他形态中，所述压缩机包括在所述循环路径上串联设置的第一压缩机、第二压缩机、及第三压缩机，所述第一压缩机与所述第二压缩机一起连结于第一电动机的输出轴上，所述第三压缩机与所述膨胀式涡轮一起连结于第二电动机的输出轴上。
[0023]根据该形态，通过将压缩机在循环路径上串联设置多个，能够分多级地压缩地构成。尤其第一压缩机与第二压缩机一起连结于第一电动机的输出轴上，由此比起针对每个压缩机设置动力源的情况能够简化构成。且，第三压缩机也与膨胀式涡轮一起连结于第二电动机的输出轴上，由此能够简化构成，此外膨胀式涡轮中产生的动力有助于第三压缩机的压缩动力，由此能够实现效率化。
[0024]发明的效果
[0025]根据本发明，通过将作为构成冷却循环的旋转机的压缩机或膨胀式涡轮，相对于冷媒流过的循环路径并联设置多个，即便在假如一旋转机发生异常(例如故障等)的情况下，也能够将其他旋转机作为备份用而发挥功能，因而能够继续运转。一般来说，冷冻系统中，旋转机存在比其他构成要素发生异常的风险高的倾向。因此，本发明中，仅对发生异常风险高的旋转机准备备份，由此能够抑制系统整体的尺寸增加，且能够提高可靠性。
【附图说明】
[0026]图1是表示本实施例的冷冻系统的整体构成的示意图。
[0027]图2表示图1所示的冷冻系统中的切换阀的操作例。
[0028]图3是表示第一变形例的冷冻系统的整体构成的示意图。
[0029]图4是表示图3中由虚线包围的区域的详情的图。
[0030]图5是表示第二变形例的冷冻系统的整体构成的示意图。
[0031]图6是表示关联技术的冷冻系统的整体构成的示意图。
[0032]图7是冷冻系统采用的布雷顿循环的T-S线图。
【具体实施方式】
[0033]以下，基于附图对本发明的实施方式例示性地进行详细说明。然而，该实施方式中记载的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要无特别特定记载，则并非旨在将本发明的范围仅限定于此，只不过为说明例。
[0034](关联技术)
[0035]首先，在说明本发明的实施例前，对成为本发明背景的关联技术，参照图6及图7进行说明。图6是表示关联技术的冷冻系统100'的整体构成的示意图。图7是冷冻系统100'采用的布雷顿循环的T-S线图，纵轴表示温度T [K]，横轴表示熵(entropy) S [KJ/kgK]。另外，图7(b)是将图7(a)的虚线所包围的区域放大表示的图。
[0036]冷冻系统100'在冷媒流过的循环路径101上依序设置着:对冷媒进行压缩的压缩机102，将经压缩的冷媒通过与冷却水进行热交换而冷却的热交换器103，将冷却后的冷媒膨胀的膨胀式涡轮104，包含进行冷媒与冷却对象的热交换的热交换器的冷却部105，以及用以回收冷媒的冷能的冷能回收热交换器106，从而形成着利用常规循环流动的冷冻循环的逆流型热交换器方式的布雷顿循环。
[0037]冷冻系统100'中，以在极低温状态下利用了超电导体的超导电机(未图示)为冷却对象。超导电机中为了维持极低温状态，在其内部循环作为冷媒的液态氮，图6中仅示出该液态氮循环的循环路径150。循环路径150构成为在冷却部105中能够与流经冷冻系统100/的循环路径101的冷媒进行热交换。由此，因超导电机的热负载而升温的流经循环路径150的液态氮通过与由冷冻系统100'冷却的流经循环路径101的冷媒进行热交换，而被冷却。
[0038]另外，冷冻系统100'的循环路径101中使用作为冷媒的氖气等，但不限于此，当然可根据冷却温度等适当变更气体的