断熱膨張を利用した小型の回転式空気膨張式冷却装置ってできませんか？

質問

知人に相談されたのですが全く分からなかったので質問させていただきます。
「小型の機械でモータで駆動される回転体が発熱するから冷却したい。
断熱膨張による冷却というのがあるから、回転体の一部を改造して
常に冷やし続ける冷却装置はできないか？回転体のサイズはφ50×Ｌ100程度、回転体の回転数は３０Ｈz程度。」
ということでした。ネットでいろいろ調べてもあまり参考になる記述がなかったので、ご教授お願いします。

回答No.3

ORUKA1951 · ベストアンサー

＞断熱膨張による冷却
　断熱膨張によって冷却させるためには、断熱圧縮したものを一旦冷却する必要がありますね。
　いくつか商品もありますが、ひとつは大きなコンプレッサーが要るので、「回転体の一部を改造して」にはあいません。圧縮空気を通過させるだけで中心のパイプから温風を、側面のパイプから冷気をだすもの--逆もあり--精密機械の工作に使う。

　いまひとつは、逆カルノーサイクル - Wikipedia ( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%80%86%E3%82%AB%E3%83%AB%E3%83%8E%E3%83%BC%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AB )を利用した冷却装置で、いわばスターリングエンジンを逆に使う。
　模型だとStirling Cooler ( http://members.jcom.home.ne.jp/kobysh/experiment/Cooler/cooler1.html )

　要は、熱に関してはいかなる冷却装置であろうと、熱を移動させるに過ぎないということです。モーターを冷却するためにはモーターの周囲のフィンやファンによるのではなく、その熱を他の場所に運んで（ヒートポンプ）、そこで放熱させるということです。そのための大きさは意外と大きなものが必要になる。

お礼

ご回答有難うございました。
ご紹介いただきましたスターリングクーラーは、私がやりたかったことに「イメージは」近そうです。しかしながらサイズが大きくなるとのことで、現実的でないことが分かりました。
本当に有難うございました。

回答No.4

tetsumyi

一般的に発熱がある場合は放熱を考慮して設計段階からそれなりの対策をします。
モータではある程度の出力以上ではファンを内蔵させてコイル周辺が風洞となって冷却効果が充分となるように設計します。
通常の空冷で不足であれば冷媒等を使った冷却装置を取り付けることになるかも知れませんが、それなりのパワーが必要ですからモータにそのような能力があるかどうか疑問です。
エアコンの冷気で冷やし方が安上がりではないでしょうか？
断熱膨張でも空気を通して冷却するので能力は変わりないですし下手な設計するより遥かに効率が良いと思います。

お礼

ご回答有難うございました。
断熱膨張による冷却はやはり無理があるのですね。別の方向性を考えたいと思います。
どうもありがとうございました。

回答No.2

masterDD

私も知りたいので、専門家の登場を待ちましょう。笑

断熱膨張って、シリンダ引っ張って冷却するヤツですよね。
たしか筑波のアールテック（デック？）
という企業が割と小型の冷却機を出して
いた記憶があります。
真空機器メーカーか空圧機器メーカーを
あたってみてはどうでしょうか？
参考になるかもです。

自前で創ると、結構値が張るんじゃないですか？結露もクリア？
回転体表面溝加工でファン回す方が安上がりでは(^^;)

お礼

ご回答ありがとうございました。
>>回転体表面溝加工でファン回す方が安上がりでは(^^;)
確かにそうかも知れませんね。シンプルな方法も提案してみようと思います。

回答No.1

KonnaMonde

情報が不足しています。　情報をもらっても解決できるかどうかは不明ですが…。

>断熱膨張による冷却というのがあるから

自然の空気を直接断熱膨張させて冷却空気を作り発熱する回転体に当てるのですか？　作り出した冷気で回転体を包むようにするのですか？

断熱膨張で冷却した空気を得るためには、空気を一旦数気圧に圧縮しなければなりません。　圧縮された空気の温度はかなり高くなりますので、熱交換器を通して冷却する必要があると思います。　熱交換器はファンで冷やさないと効果は半減すると思います。
圧縮した空気を、オリフィス(小さな穴)から噴き出すと、冷気が得られます。　理屈上はこうなりますが、自作するのは難しいと思います。

>回転体の回転数は３０Ｈz程度

回転数は、通常１分間での回転数で表現しますので、３０Ｈz程度といいますと１８００回転/分くらいですかね？

>回転体のサイズはφ50×Ｌ100程度

回転体自体は小さいもののようですが、冷却装置が、場合によっては大きくなる可能性が高いようです。

>小型の機械でモータで駆動される回転体が発熱するから冷却したい

駆動するモータの馬力はどれほどですか？　空気を圧縮する余力はありますか？　
発熱体はどのくらいの温度まで上昇しますか？　

回転体がどんなものかが不明なので何とも言えませんが、一般的に言って発熱体が小さい、つまり表面積が小さいので、たとえ作り出した冷気が　０℃　位でも、空気で冷やすので冷却効果はあまり期待できないと思います。　別の手段も要検討でしょうね。

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
イメージとしては、回転体と一体（隣接または外周）に超小型冷却機(機能)を配置して、
１回転ごとに「吸気(常温)⇒空間密閉⇒膨張(冷却)⇒回転体を冷却⇒空間解放⇒排気(高温)」を繰り返すというものでした。
冷却性能は落ちるけど圧縮しなくても出来る、っていう都合のいい話は無いですよね？
圧縮が必要で発熱してしまい、装置も大きくなるということであるとメリットはなさそうです。
安易な発想で申し訳ありませんでした。
いずれにしましてもご教授ありがとうございました。