(57)【要約】【課題】簡単な構造で電動機効率低下を招かず、かつ、冷却効率の低下も招かないようにした冷却構造を有した、冷凍機用電動機における冷却構造を提供することが課題である。【解決手段】前記電動機筐体におけるステータ外周に面して設けられて液状冷媒をミスト状に噴射するミストノズルと、ステータにおける筐体側外周からロータ方向へ貫通してミストノズルから噴射されたミスト状冷媒をロータとステータとの隙間に送るステータダクトと、電動機筐体内の温度を測定する温度センサと、ミストノズルから噴射される冷媒量を制御する電磁弁と、温度センサからの信号を受けて電磁弁を開閉し、電動機筐体内の温度が一定となるよう冷媒の噴射量を制御する制御装置とで構成され、制御装置による電磁弁の開閉制御でミストノズルから噴射される冷媒量を制御し、ステータダクトからロータ外周に衝突して蒸発する冷媒の蒸発潜熱で電動機筐体内の温度を一定に制御するようにした。【選択図】  図２
2010060202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機を駆動する電動機におけるロータとステータを、冷媒により冷却するための冷凍機用電動機における冷却構造において、
前記電動機筐体におけるステータ外周に面して設けられて液状冷媒をミスト状に噴射するミストノズルと、前記ステータにおける筐体側外周からロータ方向へ貫通して前記ミストノズルから噴射されたミスト状冷媒をロータとステータとの隙間に送るステータダクトと、前記電動機筐体内の温度を測定する温度センサと、前記ミストノズルから噴射される冷媒量を制御する電磁弁と、前記温度センサからの信号を受け、前記電磁弁を開閉して前記電動機筐体内の温度が一定となるよう前記冷媒の噴射量を制御する制御装置とからなり、
前記制御装置による電磁弁の開閉制御で前記ミストノズルから噴射される冷媒量を制御し、前記ステータダクトからロータ外周に衝突して蒸発する冷媒の蒸発潜熱で前記電動機筐体内の温度を一定に制御することを特徴とする冷凍機用電動機における冷却構造。
【請求項２】
前記冷媒は、気化熱が２０〜４０℃に圧力制御された冷媒であることを特徴とする請求項１に記載した冷凍機用電動機における冷却構造。
【請求項３】
前記ミストノズルは複数設けられ、前記ステータダクトは前記各ミストノズルに対面する位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載した冷凍機用電動機における冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を利用して空調を行う冷凍機、特に遠心式圧縮機等を用いたターボ冷凍機等の電動機における冷却構造に係り、簡単な構造で冷凍機全体の効率を高めることもできる冷凍機用電動機における冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷媒を利用して空調を行う、例えば遠心式圧縮機を用いたターボ冷凍機の圧縮機用電動機では、ロータ・ステータが発熱するため、破損を防ぐために冷却する必要がある。しかし、ステータおよびロータを冷媒液で冷却すると、回転するロータ表面と冷媒液とで発生する摩擦損失が大きく、電動機効率低下を招く。しかしながら一方、冷媒ガスのみによる冷却は、蒸発潜熱が利用できないために冷却効率の低下を招く。
【０００３】
そのため例えば特許文献１には、ステータ胴部とエアギャップへは冷媒ガスを、ステータコイルエンド部へは冷媒液を流し、ロータの回転時の摩擦損失を小さくすると共にステータの冷却効率を向上させた電動機が示されている。
【０００４】
また、本願出願人の出願になる特許文献２には、ターボ冷凍機の冷媒を抽出して気相と液相に分離する気液分離手段を設け、ステータに孔をあけてステータとロータの隙間に通路を設け、気液分離手段によって抽出された気相の冷媒をその通路から導入して冷却すると共に、液層の冷媒をステータに流し、気相の冷媒が液相（または液相と気相の混合した二相）の冷媒に比べて摩擦が少ないことを利用し、効率を向上させたターボ冷凍機及びターボ冷凍機用モータが示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９５２０５号公報
【特許文献２】特開２００５−３１２２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらこれら特許文献１、特許文献２に示された技術では、気液を分離してステータとロータを冷却しているため構造が複雑となり、また、特許文献２に示された方法では、ロータには気相の冷媒しか導入されないために冷媒の蒸発潜熱が利用できず、冷却性能が落ちて多くの冷媒を必要とする。
【０００７】
そのため本発明においては、簡単な構造で電動機効率低下を招かず、かつ、冷却効率の低下も招かないようにした冷却構造を有した、冷凍機用電動機における冷却構造を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明になる冷凍機用電動機における冷却構造は、
冷凍機を駆動する電動機におけるロータとステータを、冷媒により冷却するための冷凍機用電動機における冷却構造において、
前記電動機筐体におけるステータ外周に面して設けられて液状冷媒をミスト状に噴射するミストノズルと、前記ステータにおける筐体側外周からロータ方向へ貫通して前記ミストノズルから噴射されたミスト状冷媒をロータとステータとの隙間に送るステータダクトと、前記電動機筐体内の温度を測定する温度センサと、前記ミストノズルから噴射される冷媒量を制御する電磁弁と、前記温度センサからの信号を受け、前記電磁弁を開閉して前記電動機筐体内の温度が一定となるよう前記冷媒の噴射量を制御する制御装置とからなり、
前記制御装置による電磁弁の開閉制御で前記ミストノズルから噴射される冷媒量を制御し、前記ステータダクトからロータ外周に衝突して蒸発する冷媒の蒸発潜熱で前記電動機筐体内の温度を一定に制御することを特徴とする。
【０００９】
このように、ミストノズルから冷媒をミスト状に噴射させ、かつ、その噴射量を、温度センサからの信号で電動機筐体内の温度が一定となるよう制御する制御装置を設けることで、前記特許文献に示されているような、気液分離装置や冷媒ガスと液体冷媒を供給する別々の配管などの複雑な構造が必要なく、また液体冷媒を噴射させるわけであるから冷媒の蒸発潜熱が利用でき、冷却性能が保たれて冷凍機全体の効率も上昇する。さらに制御装置による電磁弁の開閉制御で電動機筐体内の温度を常に一定に保つに足る冷媒量のみを噴射することで、たくさんの液冷媒が電動機内に溜まってしまうということも防止できる。
【００１０】
そして、前記冷媒は、気化熱が２０〜４０℃に圧力制御された冷媒であることで、ミストノズルは低圧のものでよく、この温度範囲であればグリスなどを用いる場合もグリスに最適な温度で使用することができる。
【００１１】
また、前記ミストノズルは複数設けられ、前記ステータダクトは前記各ミストノズルに対面する位置に設けられていることで、より冷却効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上記載のごとく本発明になる冷凍機用電動機における冷却構造は、気液分離装置や冷媒ガスと液体冷媒を供給する別々の配管などの複雑な構造を必要とせずに冷媒の蒸発潜熱を利用でき、電動機筐体内の温度を常に一定に保つに足る冷媒のみを噴射することで、大きな冷却性能が得られると共に冷凍機全体の効率も上昇する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明になる電動機における冷却構造を備えた遠心圧縮冷凍機の概略ブロック図であり、図２は本発明になる電動機における冷却構造を備えたモータユニット３０の構成概略図である。以下の説明では、冷凍機として遠心式圧縮機を用いたターボ冷凍機の場合を例に説明するが、本発明は、他の形式の冷凍機の電動機にも応用できることはあきらかである。
【００１５】
この図１に示したターボ冷凍機１０は、ターボ圧縮機１２、本発明になる冷却構造を備えてステータ３２とロータ３４とを有するモータユニット（電動機）３０を備えている。ターボ圧縮機１２は、低圧側の遠心式羽根車１４と、高圧側の遠心式羽根車１６との少なくとも２つの羽根車を備える多段式の圧縮機である。遠心式羽根車１４と遠心式羽根車１６とは、共に出力軸３６に固着され、その出力軸３６は、モータユニット３０に接続されている。
【００１６】
遠心式羽根車１６の出口側は凝縮器１８につながれ、凝縮器１８の出口側はサブクーラ２０に接続されている。そのサブクーラ２０の出口側は中間冷却器２６につながれ、中間冷却器２６はハウジング２６０の仕切板２６２とミストセパレータ２６４とを具備して、ミストセパレータ２６４の出口は遠心式羽根車１６の入口につながっている。そしてこの中間冷却器２６の液溜り２６６の出口は、蒸発器２２の入口につながり、蒸発器２２の出口は遠心式羽根車１４の入口につながっている。
【００１７】
また凝縮器１８と、サブクーラ２０とをつなぐ配管からは抽出配管２８が分岐し、その抽出配管２８がモータユニット３０につながっている。なお、ターボ冷凍機１０に使用される冷媒は、Ｒ−１３４ａに例示されるオゾン破壊係数がゼロの冷媒を用いる。
【００１８】
図２は本発明になる電動機における冷却構造を備えたモータユニット３０の構成概略である。モータユニット３０は、ケーシング（筐体）３８に設けられた軸受４０で軸承されたロータ３４と、その周囲に設けられたステータ３２とからなる。ロータ３４には出力軸３６が固着され、ステータ３２は、ロータ３４との隙間４８を挟んでロータ３４の外周面と対向する円筒形の内周面と、ケーシング３８側の円筒形の外周面とからなっている。
【００１９】
ケーシング３８における図上、上側となるステータ３２の外周部には、ケーシング３８内に開口したミストノズル４２２、４２４、４２６が設けられ、図１に２８で示した抽出配管が電磁弁４４を介して接続されている。そのためこのミストノズル４２２、４２４、４２６から、送られてきた冷媒をミスト状にしてケーシング３８内に噴射できるようになっている。また、ケーシング３８における図上、下側には、ケーシング３８内に冷媒が溜まったり蒸発した冷媒を図１の蒸発器２２に戻すため、排出管２４が設けられている。なお、ミストノズル４２２、４２４、４２６は、図２では３つ示されているが、この数はもっと多くても、また少なくても良いことは勿論である。
【００２０】
そしてこのミストノズル４２２、４２４、４２６に対向する側のステータ３２には、ステータ３２のケーシング３８側とロータ３４側に開口したステータダクト３２２が、ケーシング３８側の外面からロータ３４方向へ貫通して複数設けられ、ミストノズル４２２、４２４、４２６から噴射されたミスト状の冷媒を、ロータ３４とステータ３２との隙間４８に送ることができるようになっている。なお、このステータダクト３２２は、ミストノズル４２２、４２４、４２６に対向して設けられると、隙間４８に送られるミスト状冷媒量が増え、好適である。
【００２１】
またこのモータユニット３０におけるケーシング３８の一部には、ケーシング３８内の温度を測定する温度センサ４６が設けられ、モータユニット３０外に設けられた温度制御装置５０にケーシング３８内の温度を知らせるようになっている。そしてこの温度制御装置５０は、温度センサ４６が測定したケーシング３８内の温度に対応させ、電磁弁４４の開閉を制御してケーシング３８内に噴射する冷媒量を制御し、冷媒の噴射量が多すぎてケーシング３８内に溜まったり、少なすぎて冷却能力が不足したりすることがないようにする。
【００２２】
再度図１に戻って、このような構成のターボ冷凍機１０は、図示しない電源より電力が供給されてモータユニット３０が駆動され、ロータ３４が回転する。ロータ３４の回転速度は起動時は小さく、徐々に大きくされる。出力軸３６はロータ３４に随伴してロータ３４と同じ角速度で回転され、遠心式羽根車１４と遠心式羽根車１６とが回転される。
【００２３】
ガス状態の冷媒は、遠心式羽根車１４に吸引されて圧縮され、次いで遠心式羽根車１６によりさらに圧縮される。遠心式羽根車１６から吐出されたガス状態の冷媒は凝縮器１８に導入され、凝縮器１８の内部で伝熱管内を流過する冷却水等の冷却媒体に放熱することにより凝縮し、ガス状態の冷媒が混合した液冷媒（液状態の冷媒）となる。
【００２４】
そして凝縮器１８から流出した液冷媒は、サブクーラ２０によりさらに冷却されて中間冷却器２６に送られる。液冷媒の一部はガス冷媒となり、液冷媒の残部はその蒸発の潜熱により冷却される。蒸発したガス冷媒は、ミストセパレータ２６４を流過する過程でミストが分離除去され、高圧側の遠心式羽根車１６に吸い込まれて圧縮される。冷却された液冷媒は蒸発器２２に供給され、この蒸発器２２において蒸発した冷媒は、低圧側の遠心式羽根車１４に供給される。
【００２５】
凝縮器１８からサブクーラ２０に向かう途中の気液二相の冷媒は、抽出配管２８により引き出され、図２の電磁弁４４を介してミストノズル４２２、４２４、４２６に供給される。冷媒は凝縮器１８で０．８〜１．０ＭＰａ程度の圧力が掛けられており、電磁弁４４を開閉することで、ミストノズル４２２、４２４、４２６からモータユニット３０のケーシング３８内にミスト状の冷媒が噴射される。噴射された冷媒は、ステータ３２に設けられたステータダクト３２２を通り、ロータ３４の周面とステータ３２との隙間４８に至り、発熱したロータ３４の周面で蒸発してロータ３４とステータ３２とは、このミスト状の冷媒が蒸発するときの潜熱で効率良く冷却される。
【００２６】
なお、冷媒としては前記したようにＲ−１３４ａに例示されるオゾン破壊係数がゼロの冷媒を用いるが、冷媒としてはこれだけに限らず種々のものを使用できる。但し、気化熱が２０〜４０℃に圧力制御された冷媒を用いることで、強力な冷凍機を用いることなく冷媒を冷却でき、かつ、この温度範囲であればグリスなどを用いる場合も最適な温度で使用することができる。
【００２７】
こうしてロータ３４とステータ３２を冷却して蒸発した冷媒は、排出管２４を介して蒸発器２２に戻されるわけであるが、温度制御装置５０は温度センサ４６からの温度信号を受け、ケーシング３８内の温度が冷えすぎず熱くなりすぎないよう、電磁弁４４を開閉してケーシング３８内に噴射される冷媒量を制御する。そのため、ケーシング３８内に噴射される冷媒は必要最小限とすることができ、液冷媒が電動機内に溜まる、といったこともない。
【００２８】
このように本発明になる冷凍機用電動機における冷却構造は、噴射量を電磁弁で制御されるミストノズルから冷媒をミスト状に噴射させ、かつ、その噴射量を、温度センサからの信号で電動機筐体内の温度が一定となるよう制御する制御装置を設けたことで、前記特許文献に示されているような、気液分離装置や冷媒ガスと液体冷媒を供給する別々の配管などの複雑な構造が必要なく、また液体冷媒を噴射させるわけであるから冷媒の蒸発潜熱が利用でき、冷却性能が保たれて冷凍機全体の効率も上昇する。さらに制御装置による電磁弁の開閉制御で電動機筐体内の温度を常に一定に保つことで、液冷媒が電動機内に溜まる、ということも防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、ミスト状の冷媒を用いたことにより摩擦損失が生ぜずに電動機効率低下を招かず、蒸発潜熱を利用可能として冷却効率の低下を招くことなく冷却性能が保たれ、冷凍機全体の効率も上昇して冷凍機用電動機として優れた効率を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明になる電動機における冷却構造を備えた遠心圧縮冷凍機の概略ブロック図である。
【図２】本発明になる電動機における冷却構造を備えたモータユニットの構成概略である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ターボ冷凍機
１２  ターボ圧縮機
１４  低圧側遠心式羽根車
１６  高圧側遠心式羽根車
１８  凝縮器
２０  サブクーラ
２２  蒸発器
２４  排出管
２６  中間冷却器
２６０  ハウジング
２６２  仕切板
２６４  ミストセパレータ
２６６  液溜り
２８  抽出配管
３０  モータユニット（電動機）
３２  ステータ
３２２  ステータダクト
３４  ロータ
３６  出力軸
３８  ケーシング
４０  軸受
４２２、４２４、４２６  ミストノズル
４４  電磁弁
４６  温度センサ
４８  隙間
５０  温度制御装置
【図１】
2010060202.tif 000003
【図２】
2010060202.tif 000004