(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却機であって、
圧縮機と、
ハウジング内に配設された前記圧縮機を動作させるモータと、
前記圧縮機から冷媒の供給を受ける凝縮器と、
前記凝縮器から冷媒の供給を受ける計量装置と
前記計量装置から冷媒の供給を受け、冷媒が前記圧縮機に流れるように連結された蒸発器と、
潤滑油供給タンクと、
前記冷却機が運転中に前記潤滑油供給タンクから給油を必要とする前記冷却機の位置に潤滑油を供給するためのポンプと、前記冷却機が運転中に前記凝縮器から前記モータに冷却目的で冷媒を供給するポンプとの両方を稼働させるための共通稼働手段とを含むことを特徴とする冷却機。
【請求項２】
前記共通ポンプ稼働手段が、前記潤滑油供給タンクに配設された潤滑油ポンプ要素と、前記潤滑油供給タンクの外側に配設された冷媒ポンプ要素とを含むことを特徴とする請求項１に記載の冷却機。
【請求項３】
前記共通ポンプ稼働手段が、前記潤滑油ポンプ要素と前記冷媒ポンプ要素の両方を動作させる駆動軸を含むことを特徴とする請求項２に記載の冷却機。
【請求項４】
前記駆動軸がポンプモータによって回転し、前記ポンプモータが前記潤滑油供給タンク内に配設された電動モータであり、前記ポンプモータが前記駆動軸と共に回転するべく前記駆動軸に取り付けられた回転子と固定子とを含むことを特徴とする請求項３に記載の冷却機。
【請求項５】
前記駆動軸が前記潤滑油供給タンクの壁部を貫通していることを特徴とする請求項４に記載の冷却機。
【請求項６】
前記ポンプ要素がインペラーであり、前記インペラーのためのハウジングを更に含み、前記インペラーと前記ハウジングが組合わさって遠心式ポンプ機構を構成し、前記遠心式冷媒ポンプ機構が入側の流れのために前記凝縮器に連結され、出側の流れのために前記圧縮機を動作させるための前記モータが配設された前記ハウジングの内部に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の冷却機。
【請求項７】
ポンプモータハウジングを更に含み、前記ポンプモータが前記ポンプモータハウジングに配設され、前記ポンプモータハウジングが前記潤滑油供給タンクの前記壁部に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の冷却機。
【請求項８】
前記潤滑油供給タンクの前記壁部が軸受けハウジングを画定し第１の軸受けを更に含み、前記第１の軸受けが前記潤滑油供給タンクの前記壁部によって画定された前記軸受けハウジングに配設され、前記駆動軸が前記第１の軸受けに回転可能に支持されていることを特徴とする請求項７に記載の冷却機。
【請求項９】
前記潤滑油ポンプ要素のためのハウジングを更に含み、このハウジングが前記ポンプモータハウジングに取り付けられ軸受けハウジングを画定し、第２の軸受けが前記潤滑油ポンプ要素のための前記ハウジングによって画定された前記軸受けハウジングに配設され、前記駆動軸が前記第２の軸受けに回転可能に支持されていることを特徴とする請求項８に記載の冷却機。
【請求項１０】
前記インペラーのための前記ハウジングが、前記潤滑油供給タンクの外側の壁部に取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載の冷却機。
【請求項１１】
前記ポンプモータハウジングが、前記潤滑油供給タンクの潤滑油のレベルより低い位置に配設され、前記ポンプモータハウジングが前記潤滑油によって満たされていることを特徴とする請求項１０に記載の冷却機。
【請求項１２】
前記冷却機が運転中に潤滑油を必要とする前記冷却機の位置と前記潤滑油ポンプ要素とを連結する配管を更に含み、前記配管の一部が前記潤滑油供給タンク内に配設され、前記配管の一部が前記潤滑油供給タンクの外側に配設されていることを特徴とする請求項１１に記載の冷却機。
【請求項１３】
潤滑油ポンププレートを更に含み、前記潤滑油ポンププレートが前記潤滑油ポンプ要素のための前記ハウジングに取着され、前記潤滑油ポンププレートが前記潤滑油供給タンクと流れがつながっている入側と、前記配管と流れがつながっている出側とを画定することを特徴とする請求項１２に記載の冷却機。
【請求項１４】
冷却機において、冷媒と潤滑油の両方をポンプで供給するための装置であって、
モータと、
前記モータによって回転する駆動軸と、
前記駆動軸に取り付けられた冷媒ポンプ要素と、
前記駆動軸に取り付けられた潤滑油ポンプ要素とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記冷却機が潤滑油供給タンクを備え、前記モータと前記潤滑油ポンプ要素が前記供給タンクの中に配設され、前記冷媒ポンプ要素が前記潤滑油供給タンクの外側に配設されていることを特徴とする請求項１４に記載のポンプ装置。
【請求項１６】
前記冷媒ポンプ要素が遠心式インペラーであることを特徴とする請求項１５に記載のポンプ装置。
【請求項１７】
前記冷媒ポンプ要素が回転のために前記駆動軸の第１の端部に取り付けられ、前記潤滑油ポンプ要素が回転のために前記駆動軸の第２の端部に取り付けられ、前記駆動軸が前記潤滑油供給タンクの壁部を貫通していることを特徴とする請求項１６に記載のポンプ装置。
【請求項１８】
前記冷媒ポンプインペラーのためのハウジングを更に含み、前記ハウジングが冷媒の入側と出側とを備え、前記潤滑油供給タンクの前記壁部に取り付けられていることを特徴とする請求項１７に記載のポンプ装置。
【請求項１９】
前記潤滑油ポンプ要素のためのハウジングを更に含み、このハウジングが軸受けハウジングを画定し、第１の軸受けが前記潤滑油ポンプ要素のための前記ハウジングによって画定された前記軸受けハウジングに配設され、前記駆動軸が前記第１の軸受けに回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１８に記載のポンプ。
【請求項２０】
前記モータが固定子と回転子とを備え前記モータのためのハウジングを更に含み、前記固定子が前記モータのためのハウジングに取り付けられ、前記モータのための前記ハウジングが前記潤滑油供給タンクの前記壁部に取り付けられていることを特徴とする請求項１９に記載のポンプ。
【請求項２１】
前記潤滑油供給タンクの前記壁部が軸受けハウジングを画定し、第２の軸受けが前記壁部によって画定された前記軸受けハウジングに配設され、前記モータの回転子が前記駆動軸と共に回転するべく前記駆動軸に取り付けられ、前記駆動軸が前記第２の軸受けに回転可能に支持され、前記モータハウジングが開口を画定し、前記潤滑油供給タンクの潤滑油が前記開口を介して前記モータハウジングを満たしていることを特徴とする請求項２０に記載のポンプ。
【請求項２２】
ポンプポートプレートを更に含み、前記ポンプポートプレートが前記潤滑油ポンプ要素ハウジングに取り付けられ、前記ポンプポートプレートが、潤滑油が前記潤滑油ポンプ要素に供給される流路と、潤滑油が前記潤滑油ポンプ要素から供給される流路とを画定していることを特徴とする請求項２１に記載のポンプ装置。
【請求項２３】
冷却機の圧縮機駆動モータの冷却及び潤滑油を必要とするその表面に潤滑油を供給するための方法であって、
潤滑油ポンプ要素を前記冷却機の潤滑油供給タンクに配設する過程と、
駆動軸を前記潤滑油ポンプ要素に連結する過程と、
冷媒ポンプ要素と前記駆動軸とを連結して、前記潤滑油ポンプ要素と前記冷媒ポンプ要素に共通の駆動軸によって稼働する過程と、
ポンプモータで前記駆動軸を回転させる過程と、
液体冷媒の供給源を設ける過程であって、前記冷媒ポンプ要素が前記供給源からポンプで供給することができる、該過程と
前記冷却機の圧縮機を駆動するモータへの前記冷媒ポンプ要素によって送出される冷媒の流路を配設する過程と、
前記潤滑油ポンプ要素によって送出される潤滑油のための流路を潤滑油の必要な前記表面に配設する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記冷媒ポンプ要素を前記冷却機の潤滑油供給タンクの外側に配設する過程とを更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ポンプモータが電動モータであり、駆動軸を回転させる前記モータを前記潤滑油供給タンクの潤滑油の中に沈める過程を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記液体冷媒の供給源が前記冷却機の凝縮器であり、前記冷却機の凝縮器から前記冷媒ポンプ要素への流路を設ける過程を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記冷却機の潤滑油供給タンクの壁部に配設された軸受けに前記駆動軸を回転可能に支持する過程を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、冷却機の運転時に、潤滑油が必要な冷却機の表面への給油、及びこのような冷却機の圧縮機を動作させるモータの冷媒システムによる冷却に関連する。より詳細には、本発明は、あらゆる運転条件で、低圧の冷媒を用いる冷却機の必要な部分に潤滑油及び冷媒溶液を供給する油ポンプと冷媒ポンプが一体になった装置に関する。
【０００２】
冷却機の構成部品には、圧縮機及び凝縮器、計量装置、蒸発器が含まれる。この圧縮機は、冷媒ガスを圧縮してそれを比較的高温高圧で冷却機の凝縮器に供給する。凝縮器に送られた比較的高圧の気体の冷媒は、その熱容量の多くが凝縮器内を流れる熱交換媒体と熱交換して凝縮し、液体となる。
【０００３】
凝縮して冷却された液体冷媒は、次ぎに凝縮器を通過して計量装置に至り、そこでの膨張過程で冷媒の圧力が減少してさらに冷却される。このように比較的低温の冷媒が蒸発器システムに送られ、そこでこの蒸発器システム内を流れる水などの液体との熱交換により加熱され気化する。次ぎに、この気化した冷媒は圧縮機に戻り、凝縮器で冷まされた或いは冷却された液体は、冷却を必要とする産業処理或いは建造物の熱負荷に供給される。
【０００４】
冷却機の圧縮機部分は通常、圧縮機とその圧縮機を駆動するモータとを含む。全部ではないにしても冷却機用のこのようなモータのほとんどは駆動中に冷却が必要であり、以前から冷媒システムで冷却されてきた。多くの冷却機の場合、冷却のために冷媒ガスが圧縮機の上流や下流から供給される。また、別の冷却機の場合、圧縮機の駆動モータは、冷却機内の或る部分から供給される液体冷媒によって冷却される。
【０００５】
冷却機における圧縮機のモータ冷却装置と給油システムは、伝統的ににそれぞれ独立した形態である。しかしながら、大抵の場合、潤滑油及びモータ冷却液が目的の位置に送られるシステムの動作は、冷却機内の十分に高い圧力差が存在することに基づいており、冷却目的及び給油目的のためにその差圧を利用して冷媒或いは給油が比較的高い圧力位置から比較的低い圧力位置に供給される。
【０００６】
冷却機に使用される冷媒の化学組成及び動作特性は、主として環境への影響を考慮した結果として、ＨＣＦＣ１２３などのいわゆる「低圧」冷媒がここ十年程の間に一般的になってきた。このような冷媒は、冷却機の或る運転条件下では、システムの凝縮器内の温度及び圧力が蒸発器内に到達してしまう。したがって、システムの蒸発器とシステムの凝縮器との間の十分に高い圧力差が冷却機の全ての運転条件で存在して冷却機の油供給タンクから潤滑油を必要とする冷却機表面に油を確実に供給できるわけではない。また、そのような十分に高い圧力差が常に存在して第１の冷却機の位置からシステムの圧縮機を駆動するモータまでそのモータを冷却するために冷媒を供給できるわけではない。「高圧」冷媒が利用できた過去には、これら２つの原理が現在よりも一般に利用されていた。
【０００７】
本発明は、前述した状況を考慮して、給油システム及びモータ冷却システムの両方を低圧力の冷媒を用いた冷却機に組み込み、全ての運転条件下で給油及びモータの冷却のために潤滑油及び冷媒を目的の部分に供給できる冷却機を提供する。
【０００８】
発明の概要
本発明の目的は、冷却機における圧縮機を動作させるモータの冷却及び給油を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、潤滑油及び液体冷媒を冷却機内の目的の位置にこれらの目的のために一般に利用されている装置を用いて供給することにある。
【００１０】
また、本発明の別の目的は、冷却機の運転条件の影響を受けることなく冷却機内の潤滑油と液体冷媒とを供給するポンプを提供することにある。
【００１１】
本発明の更なる目的は、低圧の冷媒を用いた冷却機における１つのモータと１つの駆動軸で稼働する液体冷媒／油ポンプによって、圧縮機の駆動モータの冷却用の液体冷媒及び潤滑用の油を供給する手段を提供することにある。
【００１２】
以下の好適な実施例の説明及び添付の図面を参照することによって明らかになるであろう本発明の上記した目的及びその他の目的は、冷却機における一体型の冷媒／油ポンプ装置、即ち、潤滑油ポンプと共に冷却機の潤滑油供給タンク内に配設された１つの電動モータで駆動する普通の駆動軸によって稼働するポンプによって達成される。圧縮機の駆動モータの冷却目的及び給油のために液体冷媒及び潤滑油を供給する電動モータで稼働するポンプを使用することによって、冷却機の運転条件に左右されないで連続して潤滑油と液体冷媒の両方を供給することができる。冷媒ポンプ機構は、油ポンプと同じ駆動軸によって稼働するが、モータ及び油ポンプの配設された油供給タンクの外側に配設される。１つの電動モータで駆動する１つの駆動軸に冷媒ポンプと油ポンプとの両方を一体的に取付けることにより、部品数を最少に抑えた比較的低コストの装置によって低圧力の冷媒状態でも確実な給油及び圧縮機の駆動モータの冷却機能を実現した。
【００１３】
好適な実施例の説明
まず、図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、冷却機１０の主用部品である圧縮機部分１２及び凝縮器１４、計量装置１６、蒸発器１８が示されている。冷却機１０の圧縮機部分１２には、駆動軸２１を介してモータハウジング２３の中に収容された電動モータ２２によって動作する遠心式圧縮機２０が含まれる。
【００１４】
圧縮機の駆動モータ２２によって動作する遠心式圧縮機は動作時に、ＨＣＦＣ１２３として良く知られる冷媒などの比較的低圧の冷媒ガスを蒸発器１８から引き込む。遠心式圧縮のプロセスで、蒸発器１８から引き込んだガスが圧縮され、この遠心式圧縮機２０から高温で比較的圧力の高い状態で凝縮器１４に排出される。
【００１５】
凝縮器１４に供給された比較的高圧で高温の冷媒ガスが、この凝縮器１４を流れる水等の冷却媒体と熱交換する。冷却媒体が水であれば、通常は市の水道局或いは冷却塔から供給を受けることができる。熱容量が冷却媒体に伝わることによって冷媒が凝縮し、次ぎに計量装置１６に流れ込む。装置１６における膨張プロセスによって、凝縮した冷媒の圧力及び温度が更に低下する。
【００１６】
膨張装置を通過した主に液体である２相からなる比較的低温で比較的低圧の冷媒が、次ぎに蒸発器１８に流れ、この蒸発器１８を流れる（最も一般的には）水と熱交換をする。この熱交換プロセスで、蒸発器内を流れる比較的暖かい流体の熱容量が比較的冷たい液体冷媒に伝わり、その冷媒が気化する。次ぎに、冷まされた或いは「冷却された」流体が蒸発器を出て、産業処理の行われる場所や建造物の領域に送られ、そこでこの冷却水が冷却目的に使用される。加熱されて気化した比較的低圧の冷媒が、圧縮機２０に引き戻されプロセスが再開される。
【００１７】
低圧冷媒と呼ばれる或る冷媒を用いる冷却機では、全ての運転条件において、この冷却機の蒸発器と凝縮器との圧力差は比較的高圧高温の冷媒を用いた従来の冷却機ほど高くない。ＣＦＣ１１などのこれらの比較的高圧の冷媒も、それが使用されていた当時は低圧冷媒だと考えられていたことに留意されたい。
【００１８】
このような比較的高圧の冷媒が使用されていた当時は、冷却機の蒸発器と凝縮器との比較的高い圧力差が、冷却機の全ての運転条件で生じ、その状態が持続すると思われていた。遠心式の圧縮機ではなく、特にスクリューを用いた冷却機の設計においては、冷却機の油供給タンクから潤滑油の必要な冷却機の低圧位置への潤滑油の供給及び／または駆動モータの冷却のための冷却機の第１の位置から冷却機における圧縮機の駆動モータの低圧位置への潤滑油の供給には、この差圧を利用すると都合がよい。
【００１９】
さらに、図２及び図３を参照すると、本発明の冷却機の潤滑油ポンプ２４及びこの潤滑油ポンプを稼働する電動モータ２６が冷却機の油供給タンクの中に配設されている。リード線２７によってモータ２６に電力が供給されてシャフト３０が駆動し、それによって潤滑油ポンプ要素３２が稼働する。シャフト３０が遠心式冷媒ポンプ３６のポンプ要素であるインペラー３４に同様に連結され、油供給タンク２８の外側に取り付けられている。
【００２０】
潤滑油ポンプ２４と油供給タンクの頭壁４４の開口との間を連結する配管４０を介して潤滑油がポンプ２４によって供給される。本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，６７５，９７８号の名称等の潤滑油マニホルド４６は、潤滑油供給タンクの頭壁４４に取付けられ、潤滑油ポンプ２４によって潤滑油が供給される吸入チャンバ４８を備えている。
【００２１】
様々な潤滑油に関連した機能を実現するために潤滑油マニホルド４６の位置を冷却機内で変えることができる。その機能には、例えば、冷却機の軸受け及び表面への潤滑油の通常の流れの形成、冷却機の冷媒の充填を分離して冷却機に供給される潤滑油の変更を可能にする流路の形成、化学分析のための冷却機に供給される潤滑油の採取を可能にする流路の形成、冷却機の潤滑油供給を分離してオイルフィルター５０の交換を可能にする流路の形成などがある。潤滑油を供給しなければならない冷却機１０の軸受け及び表面の中には、圧縮機の駆動モータ２２と遠心式圧縮機２０とを連結する駆動軸２１を回転可能に支持する軸受けがある。
【００２２】
初めに図３を参照すると、本発明の好適な実施例で見られるように、潤滑油ポンプ要素３２がシャフト３０と共に回転するべくキー５２によってこのシャフト３０に取付けられ、潤滑油ポンプ要素ハウジング５４に配設されている。この潤滑油ポンプ要素ハウジング５４はモータハウジング５６に取付けられて支持される一方、このモータハウジング５６は油供給タンク２８の頭壁４４に接続されて支持されている。潤滑油供給タンク２８内にポンプモータ２６を配設することにより、モータ２６が駆動中に生じる熱が周囲の潤滑油に吸収されるという利点があることに留意されたい。モータ２６は実際に潤滑油の中に入っていて、潤滑油がモータハウジングの開口５７を通ってそのモータ２６の中に流入する。
【００２３】
また、潤滑油ポンプ要素ハウジング５４は軸受けハウジング５９と一体であり、軸受け５８がその中に収容されている。軸受け５８が、モータ２６の回転子６０及びシャフト３０を第一の端部で回転可能に支持する。潤滑油ポンプのポートプレート６２が、潤滑油ポンプ要素のハウジング５４に取付けられ、そのハウジングによって支持される。また、このプレート６２によって、潤滑油が供給タンク２８の内部から油ポンプ要素３２に流れる流路６４と、潤滑油が油ポンプ要素３２から配管４０に流れる流路６６とが画定される。
【００２４】
上記したモータハウジング５６は、その反対側の端部が潤滑油供給タンクの頭壁４４に取付けられている。好適な実施例によれば、頭壁４４は、軸受け７０が収容される軸受けハウジング６８と一体であり、このハウジング６９を画定している。軸受け５８によって支持されているのとは反対側の端部で駆動軸３０及びモータの回転子６０が軸受け７０によって回転可能に支持されている。シャフト３０は、軸受け７０を貫通し、さらに潤滑油供給タンクの頭壁４４をも貫通して延在している。このシャフト３０の一部は、油供給タンクの頭壁４４に収容されているシール部材７２によって覆われている。
【００２５】
冷媒ポンプのインペラー３４は、シャフト３０と共に回転するべくシャフト３０の端部面に螺合するネジ７４によって取付けられている。インペラー３４は、ボリュートハウジング７８によって画定されたインペラーキャビティ７６に配設されている。ボリュートハウジング７８は、潤滑油供給タンクの頭壁４４の外側表面に取着されている。シール部材７２は、内側と液体冷媒が流れるインペラーキャビティ７６と油供給タンク２８との間のシールとなっている。冷媒ポンプ３６は遠心式型であり、歯車電動ポンプや他のタイプの低容量型ポンプ等が使用することもある接触部材を使用しないため、潤滑油が必要ない。
【００２６】
再度、全ての図面を参照すると、冷媒ポンプのインペラーキャビティ７６は、吸入管８０を介して冷却機１０の凝縮器１４と入側で流れが繋がっており、同様に吐出管８４を介して圧縮機の駆動軸ハウジング２３の内部と流れが繋がっている。ポンプのモータ２６の駆動によって、潤滑油ポンプ要素３２と冷媒ポンプインペラー３４との両方が回転する。結果として、潤滑油が油供給タンク２８から配管４０、潤滑油マニホルド４６、潤滑油管８６を順に通って、潤滑油が必要な冷却機内の様々な位置に供給され、その後、戻り管８８を通って油供給タンク２８に戻る。同時に同じ装置の稼働によって、液体冷媒が冷却機の凝縮器１４から圧縮機の駆動モータハウジング２３の内部に供給され、そこで液体冷媒が駆動モータ２２と熱交換をしてこのモーターが冷却される。１つの駆動軸上の１つのモータによる液体冷媒ポンプと油ポンプの連結稼働により、コストに配慮しただけではなくこれらの機能に関連した部品数を減らした低圧冷媒を用いた遠心式冷却機１０のどんな運転条件下でも、確実に液体冷媒が冷却用に圧縮機の駆動モータに供給されると共に潤滑油も確実に給油される。
【００２７】
好適な実施例を用いて説明してきたが、本発明には多くの変更例が可能であり、それらの変更例は前記した請求項によってより詳しく主張した本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  冷却機の主要な構成部品が例示された冷却機の側面図である。
【図１Ｂ】  冷却機の主要な構成部品が例示された冷却機の端面図である。
【図２】  図１Ａ及び図１Ｂに例示された冷却機の油供給タンク内に取付けられた、本発明の一体型潤滑油／冷媒ポンプ装置の側断面図である。
【図３】  図２の潤滑油／冷媒ポンプ装置部分の拡大図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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