空气循环冷冻冷却系统和其所采用的汽轮机组件的制作方法

专利名称：空气循环冷冻冷却系统和其所采用的汽轮机组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种空气循环冷冻冷却系统和该系统的空气循环 冷冻冷却用汽轮机组件，其采用空气作为制冷剂，用于冷冻仓库、 零度以下的低温室、空调等。
背景技术：
作为制冷剂采用空气时，其环境保护、安全性的方面好于采 用氟、氨气等的场合，但是，其在能量效率的特性方面是不够的。 然而，像冷冻仓库等那样，在用于可直接吹入构成制冷剂的空气 的设施的场合，通过采取省略库内风扇、除霜器等的措施，具有 将总成本下降到与已有系统同等的可能性。目前，已从环境方面 对制冷剂采用氟的情况进行了限制，另外，即使采用其它的制冷 剂用气体，人们仍希望尽可能地避免它。由此，在上述那样的用 途中，人们提出将空气用作制冷剂的空气循环冷冻冷却系统(比 如，专利文献l,非专利文献l)。另夕卜，人们提到，在-30°C ~ - 60°C的深冷(deep ' cold)领域， 空气冷却的理论效率大于氟、氨气(非专利文献l)。但是，也记载 有为了获得上述空气冷却的理论效率，只有在具有最佳设计的周 边装置的情况下才会成立。周边装置为压缩机、膨胀汽轮机等。作为压缩机、膨胀汽轮机，采用压缩机叶轮和膨胀汽轮机叶 轮安装于共同的主轴上的汽轮机组件(专利文献1,非专利文献1)。另外，作为处理工艺气体的汽轮机压缩机，提出有下述的磁轴承式汽轮机压缩机，其中，在主轴的一端安装汽轮机叶轮，在 其另 一 端安装压缩机叶轮，通过由电磁铁的电流控制的轴颈和推 力轴承支承上述主轴(专利文献2)。此外，人们提出有汽轮机发动机的方案，但是，为了避免作 用于主轴支承用的滚动轴承上的推力荷载导致轴承寿命的缩短， 人们提出通过推力磁轴承，减小作用于滚动轴承上的推力荷载的方案(专利文献3)。专利文献1:日本特许第2623202号公报专利文献2:日本特开平7 - 91760号公报专利文献3:日本特开平8 - 261237号公报非专利文献l:杂志，二:7亇一爿力二力々(日经机械)，"空気T空気全冷 々卞"(用空气冷却空气)，1995年11月13日发行，No.467,第46~52页像前述那样，作为空气循环冷冻冷却系统，为了在深冷领域， 获得高效率的空气冷却的理论效率，必须要求最佳设计的压缩机、膨胀汽轮机。压缩机、膨胀汽轮机采用像上述那样，压缩机叶轮和膨胀汽 轮机叶轮安装于共同的主轴上的汽轮机组件。该汽轮机组件可通 过膨胀汽轮机产生的动力，驱动压缩机叶轮，提高空气循环冷冻 机的效率。但是，为了获得实用的效率，必须微小地保持各叶轮和外壳 的间隙。该间隙的变化构成稳定的高速旋转的妨碍，导致效率的 降低。另外，通过作用于压缩机叶轮、汽轮机叶轮的空气，在主轴 上作用推力，在支承主轴的轴承上施加推力荷载。空气循环冷冻 冷却系统中的汽4仑机组件的主轴的41转速度为1分钟8万~ 10万 转，与普通的用途的轴承相比较，为非常高的速度。由此，上述这样的推力荷载导致支承主轴的轴承的长期耐久性降低、寿命降 低，使空气循环冷冻冷却用汽轮机组件的可靠性降低。无法消除 这样的轴承的长期耐久性的课题，空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件的实用化，进而空气循环冷冻冷却系统的实用化难以实现。但 是，上述专利文献1、非专利文献2中公开的技术不能解决相对该 高速旋转下的推力荷载的负荷的轴承的长期耐久性的降低。在像专利文献2的i兹轴承式汽轮机压缩机那样，通过由磁轴承形成的轴颈轴承和推力轴承支承主轴的类型的场合，对轴颈轴 承没有轴向的限制功能。由此，如果具有轴颈轴承的控制的不稳 定因素等，则难以保持上述叶轮和外壳之间的微小间隙，进行稳 定的高速旋转。在磁轴承的场合，还具有电源停止时的接触问题。发明内容本发明的目的在于提供一种空气循环冷冻冷却系统和该系统 中的空气循环冷冻冷却用汽轮机组件，在该空气循环冷冻冷却系 统中，可微小地保持汽轮机组件的各叶轮和外壳之间的间隙，获 得稳定的高速旋转，获得较高的压缩和膨胀的效率，并且谋求支 承汽轮机组件的主轴的轴承的长期耐久性提高、寿命的提高、谋 求系统的可靠性的提高。本发明的第1方案的空气循环冷冻冷却系统，对流入空气， 通过汽轮机组件中的压縮机(离心压缩机)进行压缩和通过上述汽 轮机组件中的膨胀汽轮机(半径流汽轮机)进行隔热膨胀，在上述汽 轮机组件中，上述压缩机的压缩机叶轮和上述膨胀汽轮机的汽轮 机叶轮安装于共同的主轴上，通过轴承以可旋转的方式支承上述 主轴，通过电磁铁，支承作用于该主轴上的推力的一部分或全部。在该第1方案的空气循环冷冻冷却系统中，由于通过电磁铁支承上述推力，故通过非接触方式抑制扭矩的增加，同时减轻作 用于主轴的旋转支承用的轴承上的推力，轴承的长期耐久性提高， 寿命提高。由于通过电磁铁进行支承，故与永久磁铁不同，还可 进行对应于作用于主轴上的推力的适合的电磁吸引力的控制。由 于主轴轴承的长期耐久性提高，故空气循环冷冻冷却系统的的整 体的可靠性提高。像这样，由于构成空气循环冷冻冷却系统的薄 弱环节的汽轮机组件的主轴轴承的长期耐久性、可靠性提高，故 可实现空气循环冷冻冷却系统的实用化。第1方案的空气循环冷冻冷却系统也可为下述的空气循环冷 冻冷却系统，其对流入空气，依次通过预先压缩才几构进4亍压缩、 通过热交换器进行冷却、通过上述汽轮机组件中的压縮机进行压 缩、通过另 一热交换器进行冷却、通过上述汽轮机组件中的膨胀 汽轮机进行隔热膨胀，上述汽轮机组件也可通过由上述汽轮机叶 轮产生的动力，驱动上述压缩机叶轮。此方案构成第2方案的空 气循环冷冻冷却系统。该第2方案的空气循环冷冻冷却系统通过预先压缩机构压缩 流入空气，在通过压缩提高温度的状态，通过热交换器进行冷却。 冷却的空气通过汽轮机组件中的压缩机，进一步压缩，使温度上 升，通过另 一热交换器再次进行冷却。通过另一热交换器对冷却 的空气进行冷却，将其导向汽轮机组件的膨胀汽轮机，通过隔热膨胀冷却到目标温度，比如，-30°C ~ - 60。C的极低温度，进行 排出。在汽轮机组件中，由于压缩机叶轮和上述膨胀汽轮机的汽轮 机叶轮安装于共同的主轴上，通过由汽轮机叶轮产生的动力驱动 压缩机叶轮，故动力源是不需要的，可通过紧凑的结构，有效地 冷却。在该汽轮机组件的主轴上，通过作用于各叶轮的空气的压力等，作用有推力。另外，在空气循环冷冻冷却系统所采用的汽轮机组件中，在l分钟期间，形成比如8万~ 10万转左右的非常 高速的旋转。由此，如果在旋转支承主轴的轴承上作用上述推力， 则主轴的长期耐久性降低。同样在该第2方案中，由于通过电磁铁支承上述推力，故以 非接触的方式抑制扭矩的增加，同时，减轻作用于主轴上的旋转 支承用的轴承的推力，实现轴承的长期耐久性的提高，实现寿命 的提高。由于通过电磁铁进行支承，故也可与永久磁铁不同，进 行对应于作用于主轴上的推力的适合的电磁吸引力的控制。由于 主轴轴承的长期耐久性提高，故空气循环冷冻冷却系统的整体的 可靠性提高。像这样，由于构成空气循环冷冻冷却系统的薄弱环 节的汽轮机的主轴轴承的长期耐久性、可靠性提高，故可实现空 气循环冷冻冷却系统的实用化。在上述方案中，空气循环冷冻冷却用汽轮机组件也可为下述 形式，其中，上述压缩机的压缩机叶轮和上述膨胀汽轮机的汽轮 机叶轮与电动机转子安装于共同的主轴上，通过来自与上述电动 机转子面对的电动机定子的磁力，使主轴旋转，由此，驱动上述 压缩机叶轮。此方案构成第3方案的空气循环冷冻冷却系统。在像第3方案那样设置电动机、驱动主轴的场合，不必在压 缩机的前级设置鼓风机等的预先压缩机构。本发明的第4方案的空气循环冷冻冷却用组件为用于上述第 2方案的空气循环冷冻冷却系统的空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件，上述轴承为相对径向支承上述主轴的滚动轴承，设置有空气 压力测定机构，其测定上述压缩机和上述膨胀汽轮机中的至少一 者的空气压力的空气压力。最好，上述滚动轴承具有深槽球轴承 等这样的内外圈之间的轴向位置的保持功能。也可为角接触球轴8承。该第4方案的空气循环冷冻冷却用汽轮机组件在空气循环冷 冻冷却系统中，通过热交换器，对构成冷却介质的空气进行冷却。 将以上述热交换器冷却的空气通过膨胀汽轮机隔热膨胀冷却到目 标温度，比如-30°C ~ 60°C的极低温度，将其排出的方式使用。在该汽轮机组件中，由于压缩机叶轮和上述膨胀汽轮机叶轮 安装于共同的主轴上，通过由汽轮机叶轮产生的动力，驱动压缩 机叶轮，故动力源是不需要的，可通过紧凑的方案有效地冷却。为了确保该汽轮机组件的压缩、膨胀的效率，必须微小地保 持各叶轮和外壳之间的间隙。在空气循环冷冻冷却系统中，该效 率确保是重要的。相对该情况，由于通过滚动轴承支承叶轮的主 轴，故可通过滚动轴承所具有的轴向位置的限制功能，以某种程 度限制主轴位置，将各叶轮和外壳之间的微小间隙保持一定。但是，在汽轮机组件的主轴上，通过作用于各叶轮上的空气 的压力等，作用有推力。另外，在空气冷却系统所采用的汽轮机 组件中，在1分钟的期间，形成比如8万~ 10万转的非常高速的 旋转。由此，如果在旋转支承主轴的滚动轴承上作用上述推力， 则轴承的长期耐久性降低。同样在该第4方案中，由于通过电磁铁支承上述推力，故可 通过非接触方式抑制扭矩的增加，可减轻作用于主轴支承用的滚 动轴承上的推力。在此场合，由于设置测定上述压缩机和上述膨 胀汽轮机中的至少 一者的空气压力的空气压力测定机构，故可通 过该压缩机和膨胀汽轮机内的空气，；险测作用于上述主轴上的推 力。由此，可通过对应于空气压力测定机构的输出，控制上述电 磁铁的吸引力，对应于该轴承类型，在最适合于推力的状态，使 用滚动轴承。特别是，由于4全测机构采用空气压力测定4几构，故检测机构 的方案简单，可靠性高。由此，保持各叶轮的适合的间隙，获得主轴的稳定的高速旋 转，并且滚动轴承的长期耐久性提高，寿命提高。由于主轴支承 用的滚动轴承的长期耐久性提高，故作为空气循环冷冻冷却用汽 轮机组件的整体，进而作为空气循环冷冻冷却系统的整体的可靠 性提高。像这样，由于构成空气循环冷冻冷却系统的薄弱环节的 汽轮机组件的主轴轴承的稳定的高速旋转，长期耐久性、可靠性 提高，故可实现空气循环冷冻冷却系统的实用化。另外，空气循环冷冻冷却系统的整体的运转状况对上述压缩 机、膨胀汽轮机内的空气压力造成影响，但是，由于上述空气压 力测定机构测定压缩机和上述膨胀汽轮机中的至少 一 个空气压 力，故不但可用于上述电磁铁的控制，而且还用于空气循环冷冻 冷却系统的运转状况的监视。也可在该方案中，上述压缩机的压缩机叶轮和上述膨胀汽轮 机的汽轮机叶轮与电动机转子安装于共同的主轴上，通过来自与 上述电动机转子面对的电动机转子的磁力，使主轴旋转，由此， 驱动上述压缩机叶轮。本方案形成第5方案的空气循环冷冻冷却 用汽轮机组件。在像第5方案那样，设置电动机、驱动主轴的场合，不必在压缩机的前级，设置鼓风机等的预先压缩机构。


根据参考附图而进行的下面的实施方式的说明，会更加清楚 地理解本发明。但是，实施方式和附图仅用于图示和说明，不应 用于确定本发明的范围。本发明的范围通过后附的权利要求确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一部分。图1为本发明的第1实施方式的空气循环冷冻冷却系统的系统图；图2为上述空气循环冷冻冷却系统所釆用的空气循环冷冻冷 却用汽轮机组件的剖视图；图3为第2实施方式的空气循环冷冻冷却系统所采用的空气 循环冷冻冷却用汽轮机组件的剖视图；图4为第3实施方式所采用的空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件的剖视图；图5为第4实施方式所采用的空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件的剖视图；图6为第5实施方式所采用的空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件的剖视图；图7为第6实施方式所采用的空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件的剖视图；图8为第7实施方式所采用的空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件的剖视图；图9为第8实施方式所采用的空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件的剖视图；图10为第9实施方式所采用的空气循环冷冻冷却用汽轮机组 件的剖视图；图11为第10实施方式的空气循环冷冻冷却用汽轮机组件的 剖视图；图12为表示上述汽轮机组件所采用的控制器的 一 个实例的方 框图；图13为第11实施方式的空气循环冷冻冷却用汽轮机组件的剖视图；图14为第12实施方式的空气循环冷冻冷却用汽轮机组件的剖#见图。
具体实施方式
通过图1和图2，对本发明的第1实施方式进行说明。图1为表示空气循环冷冻冷却系统的整体的方案。该空气循环冷冻冷却系统为直接将冷冻库等的被冷却空间1 o的空气作为制冷剂而冷 却的系统，具有从分别开口于被冷却空间10的空气的取入口 la 延伸到排出口 lb的空气循环通路l。在该空气循环通路l中，依 次设置预先压缩机构2、第1热交换器3、除湿器4、空气循环冷 冻冷却用汽轮机组件5的压缩机6、第2热交换器8、中间热交换 器9、与上述汽轮机组件5的膨胀汽轮机7。中间热交换器9在上 述空气循环通路l的内部，在取入口 la的附近的流入空气与通过 后级的压缩而升温，冷却的空气之间进行热交换，取入口 la的附 近的空气通过热交换器9的旋管9a的内部。预先压缩机构2由吹风机等形成，通过电动机2a驱动。第1 热交换器3和第2热交换器8分别具有使冷却介质循环的热交换 器3a、 8a,在热交换器3a、 8a内的水等的冷却介质和空气循环通 路1的空气之间进行热交换。各热交换器3a、 8a通过管与冷却塔 11连接，通过热交换升温的冷却介质通过冷却i荅11冷却。空气循环冷冻冷却系统为将^皮冷却空间10保持在0'C ~ -60。C程度的系统，0°C ~ - 60。C程度的l个气压的空气从被冷却空 间IO流入空气循环通路1的取入口 la。另外，在下面给出的温度 和气压的数值为大致的目标的一个实例。流入取入口 la中的空气 通过中间热交换器9用于空气循环通路1中的后级的空气的冷却，升温至30。C。该升温的空气处于1个气压的状态，但是，通过预 先压缩机构2压缩到1.4个气压，通过该压缩，升温至7(TC。由 于第1热交换器3可对升温的70。C的空气进行冷却，故即使为常 温程度的冷水，仍可以良好的效率进行冷却，冷却到40°C。除湿 器4为了防止空气循环通路1内的空气的水分因在后级的向冰点 下的冷却、产生冻结，防止产生空气循环通路1的堵塞、膨胀汽 轮机7卡住的等的情况，对通路内的空气进行除湿。除湿后的40°C 、 1.4气压的空气通过汽轮^L组件5的压缩机6 压缩到1.8气压，在通过该压缩升温到70。C程度的状态，通过第2 热交换器8冷却到40°C 。该40。C的空气通过中间热交换器9,借 助- 30°C的空气冷却到-20°C 。气压维持在从压缩机6排出的1.8 气压。通过中间热交换器9冷却到-20°C的空气通过汽轮机组件5 的膨胀汽轮机7隔热膨胀，冷却到-55°C,从排出口 lb排到被冷 却空间10中。该空气循环冷冻冷却系统进行这样的冷冻循环。图2表示空气循环冷冻冷却用汽轮机组件5的具体实例。该 汽轮-才几组件5包括压缩机6和膨胀汽轮机7，压缩才几6的压缩机叶 轮6a和膨胀汽轮机7的汽轮机叶轮7a分别安装于主轴13的两端。 另外，借助由汽轮机叶轮7a产生的动力，驱动压缩机叶轮6a，未 设置另外的驱动源。另外，也可像在后面通过图8而说明的那样，压缩机6的压 缩机叶轮6a、膨胀汽轮机7的汽轮机叶轮7a和电动机转子92安 装于共同的主轴13上，通过电动机90的驱动力驱动主轴13。在 设置电动机90而驱动主轴13的场合，不必在压缩才几6的前级^殳 置吹风机等的预先压缩机构2(图1)。在图2中，压缩机6包括通过微小的间隙dl而与压缩机叶轮6a面对的夕卜壳6b,通过压缩机叶轮6a,对从中心部的吸入口 6a 沿轴向吸入的空气进行压缩，将该空气从外周部的出口(图中未示 出)像由箭头6d所示的那样排出。膨胀汽轮机7具有通过微小的间隙d2而与汽轮机叶轮7a面 对的外壳7b,通过汽轮机叶轮7a对从外周部，像由箭头7c所示 的那样吸入的空气进行隔热膨胀，从中心部的排出口 7d沿轴向排 出。该汽轮机组件5相对径向，通过多个轴承15、 16支承主轴13, 通过电磁铁17承受作用于主轴13上的推力。该汽轮机组件5包 括检测通过压缩机6和膨胀汽轮机7内的空气，作用于主轴13上 的推力的传感器18;控制器19,该控制器19对应于该传感器18 的输出，控制上述电磁铁17的支承力。该电磁铁17按照以非接 触方式与设置于主轴13的中间的由强磁性体形成的法兰状的推力 板13a的两个面面对的方式，设置于主轴外壳14中。支承主轴13的轴承15、 16为滚动支承，具有轴向位置的限 制功能，比如，采用深槽球轴承。在深槽球轴承的场合，具有两 个方向的推动支承功能，具有将内外圈的轴向位置返回到中立位 置的作用。该2个轴承15、 16分别设置于主轴外壳14的压缩机 叶轮6a和汽轮机叶轮7a的附近。上述传感器18的设置侧的轴承16与嵌合于主轴外壳14内的 轴承外壳23的内部嵌合。主轴13构成带有台阶部的轴承，其具有中间部的较大直径部 13b、两端部的较小直径部13c。在两侧的轴承15、 16中，其内圈 15a、 16a在压入的状态与较小直径部13c嵌合，其中一个幅面与 较大直径部13b和较小直径部13c之间的台阶面卡合。在主轴外壳14的两侧的轴承15、 16的各叶4仑6a、 7a侧的部分，内径面按照接近主轴13的直径形成，在该内径面形成非接触密封件21、 22。非接触密封件21、 22为迷宫式密封件，其中，在 主轴外壳14的内径面，沿轴向并列地形成多个圓周槽。该结构的汽轮机组件5按照下述方式使用，该方式为在空 气循环冷冻冷却系统中，将通过压缩机5压缩形成冷却介质的空 气，使其温度上升，通过热交换器8、 9冷却的空气通过膨胀汽轮 机7，借助隔热膨胀冷却到目标温度，比如，-30°C ~ 60。C程度的 极低温度，将其排出。由于在该汽轮机组件5中，压缩机叶轮6a和汽轮机叶轮7a 安装于共同的主轴13上，通过由汽轮机叶轮7a产生的动力，驱 动压缩机叶轮6a,故动力源是不需要的，可通过紧凑的方案，有 效地冷却。为了确保该汽轮机组件5的压缩、膨胀的效率，必须以微小 方式保持各叶轮6a、 7a与外壳6b、 7b的间隙dl、 d2。在空气循 环冷冻冷却系统中，该效率确保是重要的。由于相对该情况，通 过滚动式的轴承15、 16支承主轴13,故可通过滚动轴承所具有的 轴向位置的限制功能，以某种程度限制主轴13的轴向位置，将各 叶轮6a、 7a与外壳6b、 7b之间的微小间隙dl、 d2保持一定。但是，在汽轮机组件5中的主轴13上，因作用于各叶轮6a、 7a上的空气的压力等，作用有推力。另外，在空气冷却系统所采 用的汽4仑;K组件5中，在1分钟期间，实现比如8万~ 10万转的 非常高的旋转。由此，如果在旋转支承主轴13的滚动轴承15、 16 上作用有上述推力，则轴承15、 16的长期耐久性降低。由于本实施方式通过电磁铁17支承上述推力，故可在以非接 触的方式抑制转矩的增加的同时，减轻作用于主轴13的支承用的 滚动轴承15、 16上的推力。在此场合，设置传感器18，该传感器18检测通过压缩机6和膨胀汽轮机7内的空气作用于主轴13上的 推力；控制器19，该控制器19对应于该传感器18的输出，控制 上述电磁铁17的支承力，故可对应于该轴承类型，在最适合于推 力的状态，使用滚动轴承15、 16。特别是由于传感器18设置于轴承16的附近，故可直接测定 作用于成为问题的轴承16上的推力，其测定精度良好，可进行精 密的推力的控制。由此，保持各叶轮6a、 7a的适合的间隙dl、 d2，获得主轴 13的稳定的高速旋转，并且使轴承15、 16的长期耐久性提高，寿 命提高。由于轴承15、 16的长期耐久性提高，故作为空气循环冷 冻冷却用汽轮机组件5的整体，进而作为空气循环冷冻冷却系统 的整体的可靠性提高。由于像这样，构成空气循环冷冻冷却系统 的薄弱环节的汽轮机组件5的主轴轴承15、16的稳定的高速旋转、 长期耐久性、可靠性提高，故空气冷冻冷却系统可投入实用。由于各轴承15、 16设置于压缩机叶轮6a的附近和汽轮机叶 轮7a的附近，支承主轴13的两端，故可进行更进一步稳定的高 速旋转。由于在各轴承15 、 16的端部侧的主轴13和主轴外壳14之间， 设置非接触密封件21、 22，故防止通过轴承15、 16内部等，空气 泄漏到压縮机6和膨胀汽轮机7之间的情况。由于在压缩机6的 内部和膨胀汽轮机7的内部气压差大，故经由各轴承15、 16的内 部、各轴承15、 16的内外圈15a、 16a与主轴13、主轴外壳14嵌 合的面，产生空气的泄漏。这样的空气的泄漏导致压缩机6、膨胀 汽轮机7的效率的降低，另外，在通过轴承15、 16的内部的空气 具有灰尘时，具有污染轴承15、 16的内部，使轴承内的润滑材料 干燥，降低耐久性的危险。这样的效率的降低，以及轴承15、 16的污损通过上述非接触密封件21、 22防止。图3以后的各图表示本发明的其它的各实施方式。在图3以 后的各实例中，除了特别说明的事项以外，方案、效果均与图2 的实例相同，对应部分采用同一标号，省略重复的说明。图3表示本发明的第2实施方式的汽轮机组件5。在该汽轮机 组件5中，主轴13是中空的，通过构成该主轴13内的轴承冷却 空气导入通路的通气孔83,将膨胀汽轮机7的输出侧和压缩机6 的输入侧连通。在像这样，在主轴13内部开设通气孔83的场合，主轴13借 助通过通气孔83的内部的空气而冷却，高速旋转而处于高温的轴 承15、 16通过来自主轴13的热传导而冷却。由此，轴承15、 16 的耐久性提高。也可在贯穿主轴13的通孔83中，像图4所示的第3实施方 式那样，在各轴承15、 16的附近，设置在主轴13的外周面开口 的分支路83a、 83b。如果设置这些分支3各83a、 83b,通过流过分 支路83a、 83b的空气，直接冷却轴承15、 16，轴承15、 16的冷 却效率提高。图5表示第4实施方式的汽轮机组件5。在该汽轮机組件5 中，从主轴13的压缩^L叶轮6a侧的轴端起，设置在其附近的轴 承15的主轴中间侧开口的轴承冷却空气导入通路84,以及从主轴 13的汽轮机叶轮7a侧的轴端起设置在其附近的轴承16的主轴中 间侧开口的轴承冷却空气导入通路85。在该方案的场合，压缩机6内的空气通过轴承冷却空气导入 通路84,流入压缩机6侧的轴承15的附近，在冷却该轴承15和 轴承16之后，通过轴承冷却空气导入通路85排到膨胀汽轮机侧。另外，由于膨胀汽轮机7的附近处于较低的温度，故即使轴承16高速旋转，仍能抑制温度上升。于是，也可像图6所示的第 5实施方式那样，仅仅在压缩机6侧设置上述轴承冷却空气导入通 路84。图7表示第6实施方式的汽轮机组件5。在该汽轮机组件5 中，在主轴外壳84的内部，设置使膨胀汽轮机7的入口部的空气 流向压缩机6侧的轴承附近的轴承冷却空气导入通路86。另外， 在主轴13的内部设置使该已导入的空气流出到压缩机6的入口侧 的流出通路87。由于膨胀汽轮机7的入口部的压力为根据压缩机6的压缩后 的压力，故其高于压缩机6的入口部的压力。由此，产生从上述 轴承冷却空气导入通路86流入，从流出通路87流出的空气流。 膨胀汽轮机7的入口部的空气为通过图1的第2热交换器8和中 间热交换器9而冷却的空气，比如，处于低温而达到-40°C 。由 于通过该低温的空气将压缩机6侧的轴承15冷却，故可有效地将 容易因高速旋转处于高温状态的压缩机侧的轴承15冷却，可提高 耐久性。图8表示第7实施方式的汽轮机组件5。在该汽轮机组件5 中，设置使主轴13旋转驱动的电动机90。该电动机90按照与电 磁铁17并列的方式设置，由设置于主轴外壳14上的定子91和设 置于主轴13上的转子92构成，定子91具有定子线圈91a,转子 92由磁铁等形成。电动机90的控制通过电动机控制器93进行。该汽轮机组件5通过由膨胀汽轮机7产生的汽轮机叶轮7a的 驱动力与电动机90的驱动力，旋转驱动压缩机叶轮6a。由此，即 使在没有由图1的吹风机形成的预先压缩机构2的情况下，仍可 驱动压缩机6，谋求系统的紧凑化。图9表示第8实施方式的汽轮机组件5。该结构为在汽轮机组18件5中内置控制器19的结构。通过像这样构成，控制器19和电 磁铁17之间和控制器19与传感器18之间的缆线可较短地形成， 并且连接筒单，于是，在成本方面是有利的，同时，谋求从外部 的传感器电路系统整体结构的紧凑化。像图10所示的第9实施方式那样，在汽轮机组件5的内部设 置电动机90的方案中，控制器19M内置于汽轮机组件5的内部， 电动机90和控制器19M之间的缆线也是必要的，像这样，在汽轮 机组件5中内置控制器19M的方案更加有利。另外，本实施方式 的控制器19M包括上述控制器19和电动机控制器93。该控制器19M采用不仅从外部连接电源线，而且还连接通信 线的方案，由此，也可从外部改变电磁铁17的动作状态。比如， 在主轴13未旋转的场合，通过来自外部的控制信号，按照电流不 流过电磁铁17的方式构成，由此，可避免向汽轮机组件5的不必 要的电源供给，谋求能量的节省。另外，通过通信线，将传感器 18的输出送到外部，由此，也可在外部，根据该传感器输出，监 视汽轮机组件的状态。另外，在上述和后述的各实施方式中，在主轴13的推力板13a 设置电磁铁17,但是，也可不但设置电磁铁17,而且设置永久磁 铁(图中未示出)。另外，如果不需要推力的控制，也可仅仅通过永 久磁铁承受主轴13的推力，虽然这一点脱离本发明。下面根据图11和图12,对本发明的第10实施方式的空气循 环冷冻冷却用汽轮机组件进行说明。关于采用该空气循环冷冻冷 却用汽轮机组件的空气循环冷冻冷却系统，如根据图1进行的前 面所述。图11表示空气循环冷冻冷却用汽轮机组件5的具体实例。该 汽轮机组件5具有压缩一几6和膨胀汽轮机7,压缩机6的压缩机叶轮6a和膨胀汽轮机7的汽轮机叶轮7a分别安装于主轴13的两端。 另外，通过汽轮机叶轮7a产生的动力，驱动压缩机叶轮6a,未设 置其它的驱动源。此外，也可像图14所示的第12实施方式那样，压缩机6的 压缩机叶轮6a、膨胀汽轮机7的汽轮机叶轮7a和电动机转子92 安装于共同的主轴13上，通过电动机90的驱动力驱动主轴13。 电动机90由具有定子线圈91 a、设置于主轴外壳14上的定子91 与上述电动机转子92构成，通过电动机控制器93控制。在设置 电动机90而驱动主轴13的场合，不必在压缩机6的前级设置吹 风机等的预先压缩机构2(图1)。在图11中，压缩机6包括通过微小间隙dl而与压缩机叶轮 6a面对的夕卜壳6b,通过压缩才几叶库仑6a,将从中心部的吸入口 6c 沿轴向吸入的空气压缩，将其从外周部的出口(图中未示出)如由箭 头6d所示的那样排出。膨胀汽轮机7具有通过微小间隙d2而与汽轮机叶轮7a面对 的外壳7b，通过汽轮机叶轮7a,将从外周部像箭头7c所示那样 吸入的空气隔热膨胀，将其从中心部的排出口 7d沿轴向排出。在该汽轮机组件5中，相对径向通过多个轴承15、 16支承主 轴13，通过电磁铁17(17i、 172)承受作用于主轴13上的推力。在 该汽轮机组件5中，设置作为用于检测通过压缩机6和膨胀汽轮 机7内的空气而作用于主轴13上的推力的空气压力检测机构的、 后述的压力传感器61 64，设置对应于通过对该压力传感器61 ~ 64的输出进行运算而计算的推力的推定值，控制上述电磁铁17 的支承力的控制器19A。电磁铁17按照以非接触方式与设置于主 轴13的中间的，由强磁性体形成的法兰状的推力板13a的两个面 面对的方式，设置于主轴外壳14上。支承主轴13的轴承15、 16为滚动轴承，具有轴向位置的限 制功能，比如，采用深槽球轴承。在深槽球轴承的场合，具有双 向的推动支承功能，具有将内外圏的轴向位置返回到中立位置的 作用。该2个轴承15、 16分别设置于主轴外壳14的压缩机叶轮 6a和汽轮机叶轮7a的附近。主轴13为带有台阶部的轴，其包括中间部的较大直径部13b 与两端部的较小直径部13c。在两侧的轴7^ 15、 16中，其内圈15a、 16a以压配合状态与较小直径部13c嵌合，其中一个幅面与较大直 径部13b和较小直径部13c之间的台阶面卡合。主轴外壳14的两侧的轴承15 、 16的各叶轮6a、 7a侧的部分， 按照内径面接近主轴13的直径形成，在该内径面上形成非接触密 封件21、 22。该非接触密封件21、 22形成迷宫式密封件，其中， 在主轴外壳14的内径面上，沿轴向并列地形成多个圓周槽。在上述各轴承15、 16中的汽轮机叶轮7a侧的轴7fc 16中，其 外圈16a按照不能够沿轴向移动的方式设置于主轴外壳14上。压 缩机叶轮6a侧的轴承15在设置于主轴外壳14上的内径孔内部， 通过弹簧部件26,按照可沿轴向弹性地移动的方式设置。弹簧部 件26按照将轴承15按压于主轴13的上述台阶面上的方式作用， 对轴承15施加预压力。上述压力传感器61-64分别检测膨胀汽轮机7的输出侧压 力、该汽轮机叶轮7a的背面压力、压缩机6的输入侧压力、以及 压缩机叶轮6a的背面压力。这些压力传感器61 ~ 64设置于主轴 外壳14的内部或外部，设置将各检测部位的空气压力导向各压力 传感器61 ~ 64的管等的空气压力导入通路61a~ 64a。压力传感器61的空气压力导入通路61a开口于膨胀汽轮机7 的排出口 7d,压力传感器62的空气压力导入通路62a开口于与汽说明书第19/28页 压力传感器63的空气压力导入通路63a开口于压缩机6的吸 入口 6c,压力传感器64的空气压力导入通路64a开口于与压缩机 叶轮6a的背面面对的主轴外壳14的内面。另夕卜，上述4个部位的压力传感器61 64既可不必全部设置， 还可设置至少1个部位的压力传感器61~64。在各压力传感器61-64的附近，分别设置温度传感器65-68。上述各压力传感器61~64和温度传感器65~68的输出被输 入到控制器19A中。图12为图11的汽轮机组件5的控制器19A的方框图。将图 11的各压力传感器61 ~ 64的检测输出P61 ~ P64和温度传感器65 ~ 68的输出T65~ T68输入到温度补偿电路74A~ 74D中，各压力传 感器61 ~ 64的输出P61 ~ P64在进行温度补正后，输入到推力推定 运算电路71中。通过该推力推定运算电路71,通过比较部75, 将作用于主轴13上的推力的推定输出与基准值设定机构72的基 准值进行比较，对其偏差进行运算。经过运算的上述偏差通过PID补偿电路76,进行对应于汽轮 机组件5而适当设定的比例、微分、积分动作的处理。PID补偿电路76的输出通过二极管77、78输入到驱动各方向 的电》兹铁17！、 172的电源电路79、 80中。电磁铁17^ 172为与图 11所示的推力^反13a面对的一对电磁铁17,仅仅作用有吸引力， 由此，预先通过二极管77、 78确定电流的方向，有选择地驱动2 个电磁铁17!、 172。图13表示第11实施方式的汽轮机组件5。该结构为在汽轮机 组件5的内部内置控制器19A的方案。通过像这样构成，控制器 19A和电石兹铁17之间和控制器19A与传感器61 ~ 68之间的缆线可较短地构成，并且连接简单，由此，从成本方面来说，是有利 的，同时，谋求来自外部的传感器电路系统整体结构的紧凑。像图14的实例的那样，在汽轮机组件5的内部设置电动机90 的方案中，由于电动机90和其控制器93之间的缆线也是必要的， 故像前述那样，在汽轮机组件的内部内置控制器19A的方案更加 有利，虽然关于这一点的图示省略。在此场合，电动机控制器93 也内置于汽轮机组件5的内部。对上述方案的作用进行说明。该方案的汽轮机组件5按照下 述方式使用，该方式为在空气循环冷冻冷却系统中，将通过压 缩机5压缩而温度上升，通过热交换器8、 9冷却的空气通过膨胀 汽轮机7,以隔热膨胀方式冷却到目标温度，比如，-30°C ~ 60°C 的极低温度，将其排出，以便可通过热交换器8、 9(图1),有效地 对构成冷却介质的空气进行热交换。在该汽轮机组件5中，由于压缩机叶轮6a和汽轮机叶轮7a 安装于共同的主轴13上，通过由汽轮机叶轮7a产生的动力，驱 动压缩机叶轮6a，故动力源是不需要的，可通过紧凑的方案有效 地冷却。为了确保该汽轮机组件5的压缩、膨胀的效率，必须以微小 程度保持各叶轮6a、 7a与外壳6b、 7b之间的间隙dl、 d2。在空 气循环冷冻冷却系统中，其效率确保是重要的。相对该情况，由 于通过滚动式的轴承15、 16支承主轴13,故可通过滚动轴承所具 有的轴向位置的限制功能，以某种程度限制主轴13的轴向位置， 将各叶轮6a、 7a与外壳6b、 7b之间的微小间隙dl、 d2保持一定。但是，在汽轮机组件5的主轴13上，通过作用于各叶轮6a、 7a上的空气的压力等作用有推力。另外，在空气冷却系统所采用 的汽轮机组件5中，在1分钟的期间，比如，形成8万~ 10万转的非常高速的旋转。由此，如果上述推力作用于以旋转方式支承主轴13的滚动轴承15、 16上，则轴承15、 16的长期耐久性降低。在本实施方式中，由于通过电磁铁17支承上述推力，在以非 接触的方式抑制转矩的增加的同时，可减轻作用于主轴13的支承 用的滚动轴承15、 16上的推力。在此场合，设置压力传感器61 ~ 64与控制器19A,该压力传感器61 ~ 64检测通过压缩机6和膨胀 汽轮机7内的空气作用于主轴13上的推力，该控制器19A对应于 根据该压力传感器61 ~ 64的输出运算而求出的推力推定值，控制 上述电磁铁17的支承力，形成可消除上述推力的方案，由此，在 滚动轴承15、 16上，未作用对于该轴承类型过大的推力，可在最 适合于推力的状态使用。由此，保持各叶轮6a、 7a的适合的间隙dl、 d2,获得主轴 13的稳定的高速旋转，并且轴承15、 16的长期耐久性提高，寿命 提高。由于轴承15、 16的长期耐久性提高，故空气冷却用汽轮机 组件5的整体，进而空气循环冷冻冷却系统的整体的可靠性提高。 像这样，由于构成空气循环冷冻冷却系统的薄弱环节的汽轮机组 件5的主轴轴承15、 16的稳定的高速旋转、长期耐久性、可靠性 提高，故可使空气循环冷冻冷却系统投入实用。特别是，在本实施方式中，由于作用于主轴13上的推力的检 测机构采用压力传感器61 ~ 64,故检测机构的方案简单，可靠性 高，并且价格低。另外，空气循环冷冻冷却系统的整体的运转状况还对汽轮机 组件5中的压缩机6、膨胀汽轮机7内的空气压力造成影响，但是， 由于设置检测该空气压力的压力传感器61-64,故还可通过该检 测值进行空气循环冷冻冷却系统的运转状况的监视。由于各轴承15、 16设置于压缩机叶轮6a的附近和汽轮机叶轮7a的附近，对主轴13的两端进行支承，故可进行更进一步稳 定的高速旋转。另外，由于通过弹簧部件26向由滚动轴承形成的 各轴承15、 16提供预压，故主轴13的轴向位置稳定，更加确实 地维持各叶轮6a、 7a的微小间隙dl、 d2,获得更加稳定的高速旋 转。由于在各轴承15、 16的端部侧的主轴13与主轴外壳14之间， 设置非接触密封件21、 22,故防止通过轴承15、 16内部等处将空 气泄漏到压缩机6和膨胀汽轮机7之间的情况。由于在压缩机6 的内部和膨胀汽轮机7的内部气压差较大，故通过各轴承15、 16 的内部，各轴承15、 16的内外圈15a、 16a与主轴13、主轴外壳 14嵌合的面，产生空气的泄漏。这样的空气的泄漏导致压缩机6、 膨胀汽轮机7的效率的降低，另外，具有借助通过轴承15、 16的 内部的空气，轴承内的润滑材料干燥，或如果在空气内部具有灰 尘，则将轴承15、 16的内部污染，使耐久性降低的危险。通过上 述非接触密封件21、 22,防止这样的效率降低和轴承15、 16的污 损。根据上述第1~第3方案的空气循环冷冻冷却系统和上述第 4、第5方案的空气循环冷冻冷却用汽轮机组件，对可构成本发明 的实施方式的方案总结如下。(第6方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第1方 案~第3方案中的任意一个方案，其中，设置检测作用于上述主 轴上的推力的传感器；对应于该传感器的输出，控制上述电磁铁 的支承力的控制器。即，也可设置^r测通过上述压缩机和膨^^汽4仑才几内的空气， 作用于上述主轴上的推力的传感器；对应于该传感器的输出，控 制上述电磁铁的支承力的控制器。通过控制电磁铁的支承力，可在最适合于推力的状态使用旋 转支承主轴的轴承，谋求轴承的更进一步的高速稳定性，长期耐 久性的提高，寿命的延长，系统的可靠性更进一步的提高。(第7方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第1方案~第3方案中的任意一个方案，其中，上述轴承由油脂润滑的滚动轴7 〈构成。即，支承上述主轴的轴承也可为滚动轴承。最好，该滚动轴 承为深槽球轴承等这样的具有内外圏之间的轴向位置的保持功能 的类型。另外，也可为角接触球轴承。为了确保汽轮机组件的压缩、膨胀的效率，必须微小地保持 各叶轮和外壳之间的间隙。在空气冷却系统中，该效率确保是重 要的。相对该情况，如果通过滚动轴承支承叶轮的主轴，则通过 滚动轴承所具有的轴向位置的限制功能，限制主轴位置，可将各 叶轮和外壳的微小间隙保持 一 定。在具有这样的轴向位置的限制 功能的滚动轴承的场合，高速旋转的轴承的上述推力产生的的长 期耐久性的降低成为问题，但是，由于通过电磁铁承受推力，故 可确保滚动轴承的长期耐久性。像这样，通过滚动轴承实现主轴 的轴向的支承，通过电磁铁实现推力，由此，在保持叶轮的微小 间隙的同时，获得主轴的稳定的高速旋转。另外，最好，上述滚动轴承是油脂润滑的。在空气循环冷冻 冷却系统中，由于照原样将构成冷却介质的空气送入冷冻库等的 被冷却空间中，故如果进行油脂润滑，则具有润滑油的油雾等将 冷却空气污染的危险。由于进行油脂润滑，故这样的被冷却空气 的污染的问题减小。(第8方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第1方 案~第3方案中的任意一个方案，其中，在上述轴承的附近的静止侧，设置检测作用于上述主轴上的推力的传感器。(第9方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第1方案~第3方案中的任意一个方案，其中，上述压缩机叶轮和汽轮机叶轮设置于主轴的两端，上述轴承和上述电磁铁设置于主轴外 壳的上述压缩机叶轮和汽轮机叶轮之间。即，也可将汽轮机组件的压缩机叶轮和汽轮机叶轮设置于主 轴的两端，将支承上述主轴的轴承和电磁铁设置于主轴外壳的上 述压缩机叶轮和汽轮机叶轮之间。由于可通过在压缩机叶轮和汽 轮机叶轮之间设置主要部件，缩短主轴长度，故可获得更进一步 稳定的高速旋转。(第10方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第9方 案，其中，在上述主轴的外周和主轴外壳之间的上述压缩机叶轮 和其附近的轴承之间，与汽轮机叶轮和其附近的轴承之间中的至 少一者，设置非接触密封件。即，也可在两侧设置轴承的场合，主轴的外周和主轴外壳之 间的上述压缩机叶轮和其附近的轴承之间，与汽轮机叶轮和其附 近的轴承之间中的至少一者，设置非接触密封件。通过设置非接触密封件，防止因压缩机内部和膨胀汽轮机内 的气压差，空气从各轴承内以及这些轴承与主轴外壳的接触面泄 漏的情况，实现汽轮机组件的效率的维持、防止轴承的通过空气 造成的污损，润滑材料的干燥。(第11方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第10方 案，其中，设置作为非接触密封件的具有多个圆周槽的迷宫式密 封件。(第12方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第1~ 第3方案中的任意一方案，其中，设置将流入上述压缩机的空气，或通过上述压缩机压缩、通过另 一热交换器冷却的空气，或者通 过上述膨胀汽轮机隔热膨胀的空气导向上述轴承的周边的冷却用 空气导入通路。
即，也可设置将通过上述压缩机压缩、通过另一热交换器冷 却的空气，或通过上述膨胀汽轮机隔热膨胀的空气导向上述轴承 的周边的冷却空气导入通路。
通过设置该冷却空气导入通路，通过高速旋转，处于高温的 轴承的温度上升可通过简单的方案抑制，轴承寿命、油脂寿命等 提高。
(第13方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第12方
案，其中，设置将从上述冷却空气导入通路导向上述轴承的周边 的冷却空气流出到上述压缩机的入口部的流出通路。
即，也可在设置上述冷却空气导入通路的场合，从上述冷却 空气导入通路，导向滚动轴承的周边的冷却空气流出到上述压缩 才几的入口部的流出通路。
通过设置该流出通路，从冷却空气导入通路向轴承的空气的 流动良好，轴承的冷却效果提高。
(第14方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第6方 案，其中，上述控制器安装于主轴外壳上。 即，上述控制器也可安装于主轴外壳上。
可通过将上述控制器安装于主轴外壳上，电磁铁、传感器和 控制器的连接简单，系统紧凑。
(第15方案)一种空气循环冷冻冷却系统，其涉及上述第14方 案，其中，控制器与外部的连接包括电源线或通信线。
即，上述控制器和外部的连接也可按照设置电源线或通信线 方式构成。容易从外部进行上述汽轮机组件的控制和监视，可进行稳定的系统动作。
(第16方案)一种空气循环冷冻冷却用汽轮机组件，其涉及上
述第4或第5方案，上述空气压力测定机构检测上述膨胀汽轮机 的输出側压力、上述汽轮机叶轮的背面压力、上述压缩机的输入 侧压力、以及上述压缩机叶轮的背面压力中的至少 一 个。
即，上述空气压力测定机构检测上述膨胀汽轮机的输出侧压 力、上述汽轮机叶轮的背面压力、上述压缩机的输入侧压力、以 及上述压缩机叶轮的背面压力中的至少一个。
如果检测上述各部分的任意的空气压力，则可检测作用于主 轴上的推力。
(第17方案)一种空气循环冷冻冷却用汽轮机组件，其涉及上 述第4或第5方案，其中，设置多个空气压力测定机构，该机构 测定上述膨胀汽轮机的输出侧压力、上述汽轮机叶轮的背面压力、 上述压缩机的输入侧压力以及上述压缩机叶轮的背面压力的全部。
即，也可设置作为上述空气压力测定机构的多个空气压力测 定机构，其测定上述膨胀汽轮机的输出侧压力、上述汽轮机叶轮 的背面压力、上述压缩机的输入侧压力、以及上述压缩机叶4仑的 背面压力的全部。
可通过测定该4个部位的空气压力，以良好的精度检测作用 于主轴上的推力。
(第18方案)一种空气循环冷冻冷却用汽轮机组件，其涉及上 述第4或第5方案，其中，设置多个空气压力检测机构，设置推 力推定运算机构，该推力推定运算机构根据该多个空气压力测定 机构的输出，对作用于上述主轴上的推力的推定值进行运算。
即，也可在设置检测上述膨胀汽轮机的输出侧压力、上述汽轮机叶轮的背面压力、上述压缩机的输入侧压力、以及上述压缩 机叶轮的背面压力中的多个部位的空气压力的空气压力测定机构 的场合，设置根据多个空气压力测定机构的输出对作用于主轴上 的推力的推定值进行运算的推力推定运算机构。
可通过根据多个空气压力测定机构的输出，对作用于主轴上 的推力的推定值进行运算，以良好的精度获得适合于推力的控制 的传感器输出。
(第19方案)一种空气循环冷冻冷却用汽轮机组件，其涉及上
述第4或第5方案，其中，在上述空气压力测定机构的附近设置
温度传感器，设置通过该温度传感器的输出，对上述空气压力测 定才几构的#r出进^f亍#卜正的温度#卜正4凡构。
即，也可在上述空气压力测定机构的附近设置温度传感器， 设置通过该温度传感器的输出，对上述空气压力测定机构的输出 进行补正的温度补正机构。
由于汽轮机组件的各部分的温度变化，故通过设置温度传感 器，对空气压力测定机构的测定值进行补正，进行精度良好的检 测。由于温度传感器设置于空气压力测定机构的附近，故可进行 更高精度的温度补正。
(第20方案)一种空气循环冷冻冷却用汽轮机组件，其涉及上 述第18方案，其中，设置对应于作用于上述主轴上的推力的推定 值，控制上述电磁铁的支承力的控制器。
(第21方案)一种空气循环冷冻冷却用汽轮机组件，其涉及上 述第4或第5方案，其中，设置对应于上述空气压力测定机构的 输出，控制上述电磁铁的支承力的控制器，该控制器安装于主轴 外壳上。
即，也可设置对应于上述空气压力测定机构的输出，控制上述电磁铁产生的的支承力的控制器。通过控制电磁铁的支承力，可在最适合于推力的状态使用旋 转主轴的滚动轴承，谋求滚动轴承的更进一步的高速稳定性、长 期耐久性的提高、寿命的延长、系统的稳定性更进一步的提高。另外，控制器也可安装于主轴外壳上。通过将上述控制器安装于主轴外壳上，电磁铁和控制器的连 接简单，系统可紧凑化。
权利要求
1.一种空气循环冷冻冷却系统，其对流入空气，通过汽轮机组件中的压缩机进行压缩和通过上述汽轮机组件中的膨胀汽轮机进行隔热膨胀，在上述汽轮机组件中，上述压缩机的压缩机叶轮和上述膨胀汽轮机的汽轮机叶轮安装于共同的主轴上，通过轴承以可旋转的方式支承上述主轴，通过电磁铁承受作用于该主轴上的推力的一部分或全部。
2. 根据权利要求1所述的空气循环冷冻冷却系统，其对流入空 气，依次通过预先压缩机构进行压缩、通过热交换器进行冷却、 通过上述汽轮机组件中的压缩机进行压缩、通过另 一热交换器进 行冷却、通过上述汽轮机组件中的膨胀汽轮机进行隔热膨胀，上述汽轮机组件通过由上述汽轮机叶轮产生的动力，驱动上 述压缩一几叶4仑。
3. 根据权利要求1所述的空气循环冷冻冷却系统，其对流入空 气，依次通过上述汽轮机组件中的压缩机进行压缩、通过热交换 器进行冷却、通过其它热交换器进行冷却、通过上述汽轮机组件 中的膨胀汽轮机进行隔热膨胀，在上述汽轮机组件中，电动机转子安装于上述主轴上，通过 来自上述电动机转子面对的电动机定子的磁力，使上述主轴旋转， 由此，驱动上述压缩机叶轮。
4. 一种权利要求2所述的空气循环冷冻冷却系统所采用的空 气循环冷冻冷却用汽轮机组件，其中上述轴承为相对径向支承上述主轴的滚动轴承，设置有空气 压力测定机构，其测定上述压缩机和上述膨胀汽轮机中的至少一者的空气压力。
5. —种权利要求3所述的空气循环冷冻冷却系统所采用的空 气循环冷冻冷却用汽轮机组件，其中上述轴承为沿径向支承上述主轴的滚动轴承，设置有空气压 力测定机构，其测定上述压缩机和上述膨胀汽轮机中的至少 一者 的空气压力。
全文摘要
本发明涉及一种空气循环冷冻冷却系统和其所采用的汽轮机组件。在该系统中，可微小地保持汽轮机组件中的各叶轮和外壳之间的间隙，获得稳定的高速旋转，并且谋求支承汽轮机组件中的主轴的轴承的长期耐久性提高，寿命延长。在该空气循环冷冻冷却系统中，对流入空气控制，通过汽轮机组件(5)中的压缩机(6)进行压缩，通过汽轮机组件(5)中的膨胀汽轮机(7)进行隔热膨胀。在汽轮机组件(5)中，压缩机(6)的压缩机叶轮(6a)和膨胀汽轮机(7)的汽轮机叶轮(7a)安装于共同的主轴(13)上，通过轴承(15、16)以可旋转的方式支承主轴(13)，通过电磁铁(17)承受作用于该主轴(13)上的推力的一部分或全部。
文档编号F25B9/00GK101243295SQ20068003041
公开日2008年8月13日 申请日期2006年8月10日 优先权日2005年8月22日
发明者中关嗣人, 尾崎孝美, 山田裕之, 梅津义英 申请人:Ntn株式会社