(57)【要約】単一段圧縮機３８を有する冷却システムの圧縮機のモータ３６を冷却するためモータの冷却剤システム及びシステムが使用される。圧縮機は、第一の圧縮機段４２と、第二の圧縮機段４４とを含み、該第一の圧縮機段は、圧縮した冷媒を第二の圧縮機段の入口に提供する。モータの冷却剤システムは、高圧を有するシステムの構成要素から提供される、冷却のための冷媒をモータキャビティ内に受け入れるための冷媒ループとの第一の接続部と、冷媒を蒸発器の作動圧力よりも高い中間圧力まで戻すための冷媒ループとの第二の接続部とを有している。モータキャビティ内の圧力は、第一の段の排出口及び第二の段の吸引口内の圧力にほぼ等しくし、モータキャビティと第一及び第二の段圧縮機の内部圧力との間のシールの漏洩を最小にすることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮システムにおいて、
閉ループにて接続された圧縮機と、蒸発器と、凝縮器と、
圧縮機を作動させ得るよう圧縮機と接続されたモータと、
圧縮機のモータを冷却する構成とされたモータの冷却剤システムと、を備え、前記圧縮機は、
第一の圧縮機段と、第二の圧縮機段とを備え、前記第一の圧縮機段は、圧縮した蒸気を前記第二の圧縮機段の入口に提供し、
前記モータの冷却剤システムは、
閉ループと流体的に連通して冷媒をモータキャビティ内に供給する第一の接続部と、冷媒を中間圧力を有する段間の接続部に戻すべく冷媒ループとの第二の接続部とを備え、
前記中間圧力は、蒸発器の作動圧力よりも高く且つ凝縮器の作動圧力よりも低く、
前記モータキャビティと前記第一の圧縮機段との間に配置された第一のシールと、
前記モータキャビティと前記第二の圧縮機段との間に配置された第二のシールとを備え、
前記第一及び第二のシールは、冷媒を前記モータキャビティ内にて中間圧力に維持する構成とされた、蒸気圧縮システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記第一の接続部は、前記中間圧力よりも高い圧力にて前記冷媒をシステムの1つの構成要素から受け取る、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記中間圧力は、第一の圧縮機段の排出圧力、第二の圧縮機段の吸引圧力又はエコノマイザの作動圧力にほぼ等しい、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記モータは、前記第一の圧縮機段と前記第二の圧縮機段との間に配置される、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記モータキャビティ内の前記中間圧力は、該モータキャビティと前記第二の圧縮機段との間の冷媒の漏洩を実質的に減少させる、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記モータキャビティ内の前記中間圧力は、該モータキャビティと前記第一の圧縮機段との間の冷媒の漏洩を実質的に減少させる、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、蒸気冷媒は、前記蒸発器と流体的に連通した冷媒管を通じて前記第一の圧縮機段内に吸引される、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、蒸気冷媒は、前記第一の圧縮段により圧縮され且つ前記第二の圧縮機段の入口内に排出される、システム。
【請求項９】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記蒸気冷媒は、前記第二の圧縮機段内に受け取られ且つ更に圧縮され、該蒸気冷媒は、前記第二の圧縮段の出口から前記凝縮器まで流れる、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記凝縮器と前記蒸発器との間にて接続されたエコノマイザ回路を更に備え、該エコノマイザ回路は、
蒸気冷媒を前記第二の圧縮機段に提供し得るよう前記第二の圧縮機段の入口と流体的に連通した流れ管を備える、システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記モータキャビティは、第二の流れ管を通じて前記第一の段の圧縮機排出口と前記第二の段の吸引入口との間の段間位置と流体的に連通する、システム。
【請求項１２】
冷却システム内にて圧縮機を作動させるモータに対するモータ冷却剤システムにおいて、前記冷却システムは、
閉ループにて接続された、圧縮機と、蒸発器と、凝縮器とを備え、
前記モータ冷却剤システムは、
モータを取り囲むモータハウジングと、モータハウジング内のモータキャビティとを備え、
前記冷却剤システムは、前記冷媒を前記キャビティ内に供給すべく前記凝縮器と流体的に連通した前記モータキャビティからの第一の接続部と、冷媒を中間圧力を有する段間接続部に戻すべく前記ループと流体的に連通した前記モータキャビティからの第二の接続部とを備え、前記中間圧力は、蒸発器の作動圧力よりも高く且つ凝縮器の作動圧力よりも低く、
前記モータキャビティは、冷媒をモータキャビティ内にて中間圧力に維持する構成とされる、冷却剤システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記圧縮機は、
第一の圧縮機段と、第二の圧縮機段と、
前記モータキャビティと前記第一の圧縮機段との間に配置された第一のシールと、
前記モータキャビティと前記第二の圧縮機段との間に配置された第二のシールとを備え、
前記第一及び第二のシールは、前記冷媒を前記モータキャビティ内にて中間圧力に維持する構成とされ、
前記モータキャビティ内の圧力は、第一の圧縮機段の排出圧力、第二の圧縮機段の吸引圧力又はエコノマイザの作動圧力にほぼ等しいように調節することができる、システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記冷媒は、前記蒸発器の作動圧力よりも高い中間圧力まで加圧される、システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記凝縮器と前記蒸発器との間にて接続された膨張装置を更に備える、システム。
【請求項１６】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記モータキャビティは、供給管を通じて前記凝縮器から液体冷媒を受け取り、蒸気冷媒が、中間圧力にて前記閉ループに通気して戻される、システム。
【請求項１７】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記モータキャビティは、該モータキャビティを通じて前記第二の段圧縮機の排出口から前記第一段の圧縮機内への冷媒のシールの漏洩流れにより冷却される、システム。
【請求項１８】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記モータは、誘導モータ、永久磁石モータ、ハイブリッド永久磁石モータ、又はソリッドロータモータである、システム。
【請求項１９】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記圧縮機は、軸受を更に備え、該軸受は、油膜軸受、ガス軸受、フォイル軸受、ころがり要素軸受、又は磁気軸受である、システム。
【請求項２０】
冷却システム内の圧縮機を作動させるモータに対するモータの冷却剤システムにおいて、前記冷却システムは、閉ループにて接続された、圧縮機と、蒸発器と、凝縮器とを備え、前記モータの冷却剤システムは、
モータを取り囲むモータハウジングと、モータハウジング内のモータキャビティとを備え、
該冷却剤システムは、冷媒をキャビティ内に供給すべく前記凝縮器と流体的に連通した前記モータキャビティからの第一の接続部と、冷媒を所定の作動圧力を有する前記蒸発器に戻すべくループと流体的に連通した前記モータキャビティからの第二の接続部とを備え、
前記モータキャビティは、前記冷媒を該モータキャビティ内にて蒸発器の作動圧力に維持する構成とされる、システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムにおいて、前記圧縮機は、単一段圧縮機である、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本出願は、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、ロータの冷却方法及びシステム（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＲＯＴＯＲ  ＣＯＯＬＩＮＧ）という名称にて２００７年１２月３１日付けで出願した、米国仮特許出願第６１／０１７，９６６号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  本出願は、全体として、蒸気圧縮システムの圧縮機のモータを冷却するシステム及び方法に関する。
［０００３］  密閉型モータは、回転中に生ずる摩擦のため風損(ウィンデージ・ロス)を経験する。風損は、モータの性能及び効率に悪影響を与える。モータ内の風損を少なくするため、例えば、ロータの周速度、モータの回りを循環するモータの冷却ガスの流れ熱力学的状況の状態、ロータの表面積及びロータの表面の粗さのような、モータに直接関係した因子は、モータ内の摩擦を少なくするよう制御することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
［０００４］  モータを冷却する一方にて、モータ内のエネルギ損失を少なくする１つの方法は、冷媒をモータの巻線に向けて吸引することによる。冷媒をモータの巻線にわたって吸引することにより生じた温度低下は、モータの構成要素の過熱を防止し、また、モータの作動効率を増大させることになる。モータ内のエネルギ損失を少なくする別の方法は、モータキャビティの全体にわたって一定の圧力を維持することである。圧力弁をモータキャビティ内に配置して作動中、モータキャビティ内にて生じる、より高圧のガスの蓄積を解放することができる。キャビティ内の圧力が上昇するに伴ない、弁は開き、これにより、高圧のガスを解放する。キャビティ内にて一定の圧力を維持することは、モータの効率を増大させる。しかし、この方法は、機械的装置を使用し、また、モータキャビティ内にて真の一定の圧力を維持するのに最適ではない。更に、この方法は、モータキャビティの温度の問題点には対処しない。
【０００４】
［０００５］  追加的な方法は、モータの構成要素間の油の損失を防止しつつ、モータキャビティ内にて一定の圧力を維持することにより、モータ内のエネルギ損失を制御する。モータ軸受構成要素内にて油を保持することは、部品が動くための一層の潤滑を許容し、これにより、モータの冷却キャビティ内へ油が逃げるのを許容しない一方にて、摩擦を少なくし、過剰な油のｃｈｕｒｎｉｎｇを防止し且つエネルギ損失を少なくする。冷却圧縮機のトランスミッション及び油の供給リザーバを保持する密閉密封型ハウジングは、圧縮機の吸引側と接続されハウジング内の圧力を均等にする。この方法の主目的は、冷媒が油リザーバから沸騰するのを防止することである。しかし、このシステムは、モータキャビティ内の圧力を一定のレベルに保持するのみであり、また、モータ効率を最適化するというよりも、エネルギ損失を少なくするのを助けるのみである。
【０００５】
［０００６］  しかし、極めて高速のモータの場合、ロータの周速度、モータの回りのモータの冷却ガスの密度及び流れ、ロータの表面積及び（又は）ロータ表面の粗さのような因子が最適化された後でさえ、風損は依然として、かなりのものとなる可能性がある。風損を少なくするよう操作することのできる唯一の残る因子は、モータキャビティ内のガスの密度である。モータキャビティ内のガスの密度が低下するに伴ない、風損は、少なくなり、これにより、より優れたモータ効率となる。
【０００６】
［０００７］  これらの高速度モータのキャビティ内のガス密度を低下させるため、モータの周囲の圧力を低下させ、風損を可能な限り少なくするため、真空ポンプが使用される。しかし、真空ポンプを使用することは、モータを十分に冷却すると共に、モータキャビティを取り囲む真空圧を提供する双方の能力を提供しない。モータを冷却すると同時に、モータキャビティ内のガス密度を低下させる１つの試みは、完全な蒸気圧縮システムが作動している間、モータキャビティを「ポンプダウン」するため、独立的な動力源により作動される補助的定容積形ガス圧縮機を使用することを含む。しかし、補助的圧縮機は、モータの風損にて節約される量よりも多くのエネルギを消費する可能性がある。
【０００７】
［０００８］  蒸気圧縮システム内にて密閉／半密閉型モータ用のその他の従来のロータ冷却システムは、ロータを通じて導入され且つ圧縮機へのインペラの吸引入口の最低の圧力位置に通気される蒸発器ガスを利用する。システム内の冷媒密度をほぼ蒸発器の状態に維持することによりロータの風損、すなわち摩擦損失を最小にするため、このシステムが使用される。モータ内の風損は、ロータの一定の速度のため、モータキャビティ内のガス密度にほぼ直接的に比例している。
【０００８】
［０００９］  モータの損失を最小にするため、モータを冷却する最低圧力のガスを使用するときの潜在的に望ましくない結果は、シールにおける最大の圧力差が経験されるため、圧縮機内のシールの漏洩が実際に最大となることである。この議論は、モータキャビティを通して第一段吸引に排気される任意のシールに当てはまる。シールの上流の圧力は、それぞれのインペラの各排出静圧状態にあり、また、下流の圧力は、ロータを冷却するため蒸発器の蒸気を利用するとき、モータキャビティ圧力にある、すなわち、ほぼ蒸発器圧力にある。システムは、モータの風損が唯一の考慮事項である場合、損失を最小にする。しかし、モータを冷却するため、蒸発器の状態を利用することにより、特に、２段圧縮機内にて圧縮機内のシールの漏洩は増大するであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［００１０］  本発明は、蒸気圧縮システムに関する。蒸気圧縮システムは、閉ループにて接続された圧縮機と、蒸発器と、凝縮器とを含む。モータは、圧縮機を作動させ得るよう圧縮機と接続されている。モータの冷却剤システムは、圧縮機のモータを冷却する構成とされている。圧縮機は、第一の圧縮機段と、第二の圧縮機段とを含む。第一の圧縮機段は、圧縮した蒸気を第二の圧縮機段の入口に提供する。モータの冷却剤システムは、閉ループと流体的に連通して冷媒をモータキャビティ内に提供する第一の接続部と、冷媒を中間圧力を有する段間の接続部に戻すべく冷媒ループとの第二の接続部とを含む。中間圧力は、蒸発器の作動圧力よりも高圧で且つ凝縮器の作動圧力よりも低い。第一のシールがモータキャビティと第一の圧縮機段との間に配置され、また、第二のシールがモータキャビティと第二の圧縮機段との間に配置されている。第一及び第二のシールは、冷媒をモータキャビティ内にて中間圧力に維持する。
【００１０】
［００１１］  本発明は、冷却システム内にて圧縮機を作動させるモータに対するモータ冷却剤システムに更に関する。冷却システムは、閉ループにて接続された、圧縮機と、蒸発器と、凝縮器とを含む。モータ冷却剤システムは、モータを取り囲むモータハウジングと、モータハウジング内のモータキャビティとを含む。冷却剤システムは、冷媒をキャビティ内に供給すべく凝縮器と流体的に連通したモータキャビティからの第一の接続部と、冷媒を中間圧力を有する段間接続部に戻すべくループと流体的に連通したモータキャビティからの第二の接続部とを含む。中間圧力は、蒸発器の作動圧力よりも高く且つ凝縮器の作動圧力よりも低い。モータキャビティは、冷媒をモータキャビティ内にて中間圧力に維持する構成とされている。
【００１１】
［００１２］  本発明は、閉ループにて接続された、圧縮機と、蒸発器と、凝縮器とを備える冷却システム内の圧縮機を作動させるモータに対するモータの冷却剤システムにも関する。モータの冷却剤システムは、モータを取り囲むモータハウジングと、モータハウジング内のモータキャビティとを含む。冷却剤システムは、冷媒をキャビティ内に供給すべく凝縮器と流体的に連通したモータキャビティからの第一の接続部と、冷媒を所定の作動圧力を有する蒸発器に戻すべくループと流体的に連通したモータキャビティからの第二の接続部とを含む。モータキャビティは、冷媒をモータキャビティ内にて蒸発器の作動圧力に維持する構成とされている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】商業的環境内にある暖房、換気及び空気調和（ＨＶＡＣ）システムの一例としての実施の形態を示す。
【図２】蒸気圧縮システムの一例としての実施の形態を概略図的に示す。
【図３】蒸気圧縮システムに取り付けられた可変速度駆動装置（ＶＳＤ）の一例としての実施の形態を示す。
【図４】多段蒸気圧縮システム用の冷却システムの一例としての実施の形態を概略図的に示す。
【図５】圧縮機内の平衡ピストンラビリンスシールの一例としての実施の形態を示す。
【図６】モータキャビティの圧力の関数として風損、シールの漏洩損失及び複合的な損失のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［００１９］  図１は、商業的目的のための建物１２内にて暖房、換気、空気調和システム（ＨＶＡＣシステム）１０の一例としての環境を示す。システム１０は、建物１２を冷房するため使用可能な冷却した液体を供給することのできる蒸気圧縮システム１４内に組み込んだ圧縮機を含む。システム１０は、また、建物１２を暖房するため使用することのできるボイラー１６と、空気を建物１２内にて循環させる空気分配システムとを含むこともできる。空気分配システムは、空気戻りダクト１８と、空気供給ダクト２０と、空気取り扱い装置２２とを含むことができる。空気取り扱い装置２２は、導管２４によりボイラー１６及び蒸気圧縮システム１４と接続された熱交換器を含むことができる。空気取り扱い装置２２内の熱交換器は、システム１０の作動モードに依存して、ボイラー１６からの加熱した液体又は蒸気圧縮システム１４からの冷却した液体の何れかを受け取ることができる。システム１０は、建物１２の各フロアーにて別個の空気取り扱い装置を有する状態にて示されているが、これらの構成要素は、フロアー間にて共用してもよいことが理解されよう。
【００１４】
［００２０］  図２は、図１の建物１２内にて使用することのできるＶＳＤ２６を有するシステム１４の一例としての実施の形態を概略図にて示す。システム１０は、圧縮機２８と、凝縮器３０と、液体冷却器又は蒸発器３２と、制御盤３４とを含むことができる。圧縮機２８は、ＶＳＤ２６により作動されるモータ３６により駆動される。ＶＳＤ２６は、例えばベクトル型駆動装置とし又は、可変電圧、可変周波数（ＶＶＶＦ）駆動装置とすることができる。ＶＳＤ２６は、特定の一定の線間電圧及び一定の線間周波数を有するＡＣ電力をＡＣ電源３８から受け取り且つ、所望の電圧及び所望の周波数（その双方は特定の必要条件を満足させるよう変化させることができる）のＡＣ電力をモータ３６に提供する。制御盤３４は、アナログ対デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、マイクロプロセッサ、持続性記憶装置及びインターフェースボードのような、システム１０の作動を制御するための多様な異なる構成要素を含むことができる。制御盤３４は、ＶＳＤ２６及びモータ３６の作動を制御するために使用することもできる。
【００１５】
［００２１］  圧縮機２８は、冷媒蒸気を圧縮し且つ排出管を通して該蒸気を凝縮器３０に供給する。圧縮機２８は、例えば、スクリュー圧縮機、遠心圧縮機、往復圧縮機又はスクロール圧縮機のような、任意の適正な型式の圧縮機とすることができる。圧縮機２８により凝縮器３０に供給された冷媒蒸気は、例えば、空気又は水のような流体との熱交換関係に入り、また、流体との熱交換関係の結果として、冷媒液体に相変化する。凝縮器３０からの凝結した液体冷媒は、膨張装置６６を通って蒸発器３２まで流れる。
【００１６】
［００２２］  別の一例としての実施の形態において、蒸発器３２は、冷却負荷の供給管と、戻し管との接続部を含むことができる。例えば、水、エチレン、塩化カルシウムブライン又は塩化ナトリウムブラインのような二次的液体は、戻し管を介して蒸発器３２内に流れ、また、供給管を介して蒸発器３２から出る。蒸発器３２内の液体冷媒は、二次的液体と熱交換関係に入り、二次的液体の温度を低下させる。蒸発器３２内の冷媒液体は、二次的液体との熱交換関係の結果として冷媒蒸気に相変化する。蒸発器３２内の蒸気冷媒は、吸引管により蒸発器３２から出て且つ圧縮機２８に戻ってサイクルを完了する。
【００１７】
［００２３］  図３は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの一例としての蒸気圧縮システムを示す。ＶＳＤ２６は、蒸発器３２の頂部にて且つモータ３６、制御盤３４に隣接する位置にて取り付けられる。モータ３６は、蒸発器３２の反対側にて凝縮器３０に取り付けることができる。ＶＳＤ２６からの出力配線（図示せず）は、モータ３６に対するモータ導線（図示せず）と接続されて、圧縮機２８を駆動するモータ３６を作動させる。
【００１８】
［００２４］  図１を参照すると、一例としてのＨＶＡＣ、冷却又は液体冷却システム１０は、冷媒ループにて接続された圧縮機２８と、凝縮器３０と、液体冷却蒸発器３２とを含む。一例としての実施の形態において、冷却システムは、２５０トン以上の容量を有し、また、１０００トン以上の容量を有することができる。モータ３６は、圧縮機２８を作動させるよう圧縮機２８と接続されている。モータ３６及び圧縮機２８は、共通の密閉式囲い物内に収容されることが好ましいが、別個の密閉式囲い物内に収容してもよい。
【００１９】
［００２５］  凝縮器３０からの高圧の液体冷媒は、膨張装置６６を通って流れ、より低圧にて蒸発器３２に入る。蒸発器３２に供給された液体冷媒は、例えば、空気、又は水のような流体と熱交換関係に入り、また、流体との熱交換関係の結果として冷媒蒸気に相変化する。蒸発器３２内の蒸気冷媒は、吸引管により蒸発器３２から出て圧縮機２８に戻りサイクルを完了する。凝縮器３０及び蒸発器３２内での冷媒の適正な相変化が得られる限り、任意の適当な形態の凝縮器３０及び蒸発器３２をシステム内にて使用することができることを理解すべきである。モータの冷却ループは、冷媒ループと接続されて、モータ３６に対する冷却効果を提供する。
【００２０】
［００２６］  図４にて、多段圧縮機システムが示されている。多段圧縮機３８は、第一の圧縮機段４２と、第二の圧縮機段４４とを含む。第一の圧縮機段４２及び第二の圧縮機段４４は、圧縮段４２、４４の各々を駆動するモータ３６の両端に配設されている。蒸気冷媒は、冷媒管５０を通じて第一の圧縮機段４２内に吸引される。冷媒管５０は蒸発器３２の排出管４６により供給される。蒸気冷媒は、第一の圧縮機段４２により圧縮され、段間の横断管４８内に排出される。段間の横断管４８は、他端にて第二の圧縮機段４４の吸引入口５２と接続されている。冷媒は、第二の圧縮機段４４内にて更に圧縮され、圧縮機の排出管５４に排出され、また、凝縮管３０に供給され、この凝縮器３０にて加圧された蒸気冷媒は液体に凝縮される。図４に示した一例としての実施の形態において、選択随意のエコノマイザ回路６０は、液体冷媒の戻し路５６、５８内に挿入され、また、蒸気流動管６２は、吸引入口５２と接続され、中間圧力の冷媒を第二の圧縮機段４４に提供し、冷却サイクルの効率を増大させる。モータの冷却源は、蒸発器３２を第二の冷媒の蒸気管６４を通じて密閉型又は半密閉型圧縮機３８内のモータ３６の内部の空隙と接続することにより提供される。蒸発管６４は、モータ３６の内部と流体的に連通し、また、冷媒を第二の圧縮機段４４の吸引入口５２に対して中間圧力にて提供する。中間圧力は、蒸気器の作動圧力よりも高いが、凝縮器の作動圧力よりも低い圧力とすることができる。一例としての実施の形態において、中間圧力は、第一の圧縮機段４２の排出圧力、第二の圧縮機段４４の吸引圧力又はエコノマイザの作動圧力にほぼ等しくすることができ、これら３つの圧力の全ては、管の降下のため僅かに差がある可能性がある程度にてほぼ等しい。１つの実施の形態において、モータ３６は、通気管４９を通じて通気し、段間横断管４８に又は該管と流体的に連通した位置と接続することができる。通気接続部は、モータキャビティ７８の中間圧力のレベルを決定する（図５）。
【００２１】
［００２７］  １つの代替的な実施の形態において、モータ３６は、代替的な通気管４７、及び図４にて省略した通気管４９を通じて蒸発器３２に通気することができる。例えば、圧縮機段４２、４４とモータキャビティ７８（図５）との間にて完全な又はほぼ完全なシールを実現することができる場合、代替的な通気管４７を使用することができる。かかる場合、最小の損失はモータキャビティ７８内の最小圧力に相応し、この最小損失は、代替的な通気管４７を通じて蒸発器に３２に通気することにより実現できる。また、単一段圧縮機３８の場合、モータ３６及びモータキャビティ７８は、モータ３６を蒸発器３２に通気することにより、上述した方法により冷却することができる。
【００２２】
［００２８］  次に、図５を参照すると、多段圧縮機３８の部分断面図はモータ３６と第一の圧縮機段４２又は第二の圧縮機段４４の間の境界面７２を示し、圧縮器３８は、境界面７２の回りにて全体として対称である。モータ３６と第一の圧縮機段４２との間にシール７０が配設される。モータ３６と第二の圧縮機段４４との間に別のシール７０が配設される。第一の圧縮機段４２及び第二の圧縮機段４４の平衡ピストンラビリンスシール７０に対する漏洩路が生じる。シール７０の上流にて、圧縮機段キャビティ７４内の圧力は、各インペラ７６の排出静止状態とそれぞれほぼ同一である。シール７０の下流に配置されたモータキャビティ７８は、モータキャビティ７８の状態にて加圧される、すなわち、モータキャビティの圧力は、モータを冷却するため、蒸発器３２からの蒸気が使用されるとき、蒸発器の圧力とほぼ等しい。蒸発器３２からの蒸気は、冷媒の蒸気管６４を通じて第一の圧縮機段４２の吸引入口を介して通気されて戻る。
【００２３】
［００２９］  図６は、代表的な圧縮機に対するモータキャビティの圧力の関数として、風損(ウィンデージ・ロス)及びシールの漏洩に対する近似的な理論的損失を示す。Ｘ軸にて示したモータキャビティの圧力は、曲線を生成するように蒸発器の状態と凝縮器の状態との間にて変化させた。グラフ８０は、モータキャビティの圧力対全動力の比率の関数として、シールの漏洩動力損失８４、ロータの風損による動力損失８２、モータ内の複合的な動力損失８６を示す。複合的な動力損失８６は、シールの漏洩動力損失及びロータの風損による動力損失の合計値である。ロータの風損に起因して損失する最小動力は、モータキャビティの最低圧力に相応する点８８にて生ずる。点８８は、モータ３６内のほぼ蒸発器の圧力状態にて生ずる。これと逆に、シールの漏洩に起因する最小の動力損失が生ずる点９０は、シールにおける圧力差がほぼ０であるときに生ずる。シールにおける圧力差がほぼ０である点９０は、高いモータキャビティの圧力と一致する。一例としてのグラフ８０にて、モータキャビティの内部圧力は約８６８．７３ｋｐａ（１２６ＰＳＩ）である。
【００２４】
［００３０］  圧縮機システムの最小の圧力損失又は複合的な動力損失が生ずる点９２は、線８６で示したように、シールの漏洩損失及びロータの風損による損失の合計値が最小となる点にて生ずる。この複合的な動力損失の最小点９２は、高いモータキャビティ圧力にて生ずる。この結果は、ロータの風損のみを考慮するとき、すなわち、シールの漏洩に関係なく、ロータの風損を考慮するときに得られる結果と相反し、ロータの風損は、最低のモータキャビティ圧力のとき最小となる。
【００２５】
［００３１］  グラフ８０は、複合的な圧縮機システムの損失８６を最小にするためには、シールの漏洩損失８２を最小にし又は減少させなければならないことを示す。これは、例えば、漏洩を少なくする改良したシールにより、また、シールにおける圧力差を最小にすることにより実現することができる。一例としての実施の形態において、シールにおける圧力差は、モータの冷却流の源を使用することにより、また、可能な限りほぼ等しい圧力にて通気することにより最小にすることができる。
【００２６】
［００３２］  シール７０における圧力差を最小にする１つの方法は、蒸発器３２の蒸気圧力を上回る高い圧力の蒸気を使用してモータキャビティ７８を冷却し、最小のシステム損失を実現することである。一例としての実施の形態において、この方法は、冷却剤の供給管３７（図４）により示したように、純粋蒸気まで膨張させた凝縮器３０からの液体冷媒を採用してロータ空隙を冷却し且つ、例えば、第二の段の吸引入口５２のような中間圧力位置、第一の段の排出口又は段間横断管４８又はエコノマイザ容器６０に通気して戻す。その他の中間の圧力位置を使用することもでき、また、上記の文節にて掲げた位置は、単に一例として記載したものであり、限定的なものではない。当該技術の当業者は、中間圧力の位置は冷媒回路の全体をわたって見出すことができ、また、上述した例は、全体として冷媒回路内のアクセス可能な点であることが理解されよう。
【００２７】
［００３３］  別の一例としての実施の形態において、バリヤシールをわたる最小の圧力差の状態にて専用の冷却管を具体化することに代えて、システムは、システムの別の部分からの別個の冷却源を使用することなく、モータキャビティを通じて第二の段から第一の段内へのシールの漏洩流れのみを利用する。この方法は、システムの複雑さ及びコストを軽減する。その何れの場合でも、モータ及び軸受の作動温度を要求された限界値以内に維持することが保証される。
【００２８】
［００３４］  開示した冷却方法は、例えば、それぞれのモータの作動限界値内にて、密閉的／半密閉的環境内で誘導、永久磁石、ハイブリッド永久磁石、ソリッドロータモータのような、色々な型式のモータに適用することが可能である。更に、この方法は、例えば、油膜、ガス又はフォイル、転がり要素、磁気及びその他の適当な軸受のような、色々な型式の軸受にそれぞれの軸受の作動限界値内にて適用される。
【００２９】
［００３５］  モータキャビティ７８に対する最適な作動圧力は、異なる特徴を有するシールの型式の間にて変更することができ、また、形成されるシールの漏洩はこれに応じて相違するであろう。
【００３０】
［００３６］  色々な一例としての実施の形態にて示したロータを冷却するための方法及びシステムの構造及び配置は、単に一例にしか過ぎないことを認識することが重要である。本明細書にて、幾つかの一例としての実施の形態に関してのみ詳細に説明したが、本明細書を参照する当該技術分野の当業者は、請求項に記載した主題事項の新規な教示及び有利な効果から逸脱することなく、多数の改変例（例えば、色々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値、取り付け配置、材料の使用、色、向き等の変更）が可能であることが容易に理解されよう。例えば、一体的に形成されたものとして示した要素は、多数の部品又は要素により構成することができ、また、要素の位置は、逆にし又はその他の変更を加えることができ、また、別個の要素の性質又は数量又は位置は、変更し又は変化させることができる。従って、かかる改変例の全ては、本出願の範囲に含めることを意図するものである。任意の過程又は方法のステップの順序又は順番は、代替的な実施の形態に従って変更し又は順序変えすることができる。請求項において、任意の手段プラス機能の項は、構造的等価物のみならず、等価的構造体をも含んで、上述した機能を実施するものとして本明細書に記載した構造を包含することを意図するものである。本発明の範囲から逸脱することなく、一例として実施の形態の設計、作動状態及び配置の点にてその他の置換、改変例、変更、変化及び省略を為すことが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月28日(2009.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮システムにおいて、
閉ループにて接続された圧縮機と、蒸発器と、凝縮器と、
圧縮機を作動させ得るよう圧縮機と接続されたモータと、
圧縮機のモータを冷却する構成とされたモータの冷却剤システムと、を備え、前記圧縮機は、
第一の圧縮機段と、第二の圧縮機段とを備え、前記第一の圧縮機段は、圧縮した蒸気を前記第二の圧縮機段の入口に提供し、
前記モータの冷却剤システムは、
前記凝縮器と流体的に連通して冷媒をモータキャビティ内に供給する第一の接続部と、冷媒を中間圧力を有する段間の接続部に戻すべく冷媒ループとの第二の接続部とを備え、
前記中間圧力は、蒸発器の作動圧力よりも高く且つ凝縮器の作動圧力よりも低く、
前記モータキャビティと前記第一の圧縮機段との間に配置された第一のシールと、
前記モータキャビティと前記第二の圧縮機段との間に配置された第二のシールとを備え、
前記第一及び第二のシールは、冷媒を前記モータキャビティ内にて中間圧力に維持する構成とされた、蒸気圧縮システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記第一の接続部は、前記中間圧力よりも高い圧力にて前記冷媒を前記凝縮器から受け取る、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記中間圧力は、第一の圧縮機段の排出圧力、第二の圧縮機段の吸引圧力又はエコノマイザの作動圧力にほぼ等しい、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記モータは、前記第一の圧縮機段と前記第二の圧縮機段との間に配置される、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記凝縮器からの前記冷媒は、蒸発器の蒸気圧力を上回る蒸気圧力を提供し、前記第一及び第二のシールにおける圧力差を小さくし、モータキャビティを冷却しシステムの損失を少なくし且つ前記モータキャビティと前記第二の圧縮機段との間の冷媒の漏洩を減少させるようにした、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記凝縮器からの前記冷媒は、前記モータキャビテイ内にて純粋な蒸気となるように膨張させ、ロータの空隙の冷却作用を提供する、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、蒸気冷媒は、前記蒸発器と流体的に連通した冷媒管を通じて前記第一の圧縮機段内に吸引される、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、蒸気冷媒は、前記第一の圧縮段により圧縮され且つ前記第二の圧縮機段の入口内に排出される、システム。
【請求項９】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記蒸気冷媒は、前記第二の圧縮機段内に受け取られ且つ更に圧縮され、該蒸気冷媒は、前記第二の圧縮段の出口から前記凝縮器まで流れる、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記凝縮器と前記蒸発器との間にて接続されたエコノマイザ回路を更に備え、該エコノマイザ回路は、
蒸気冷媒を前記第二の圧縮機段に提供し得るよう前記第二の圧縮機段の入口と流体的に連通した流れ管を備える、システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記モータキャビティは、第二の流れ管を通じて前記第一の段の圧縮機排出口と前記第二の段の吸引入口との間の段間位置と流体的に連通する、システム。
【請求項１２】
冷却システム内にて圧縮機を作動させるモータに対するモータ冷却剤システムにおいて、前記冷却システムは、
閉ループにて接続された、圧縮機と、蒸発器と、凝縮器とを備え、
前記モータ冷却剤システムは、
モータを取り囲むモータハウジングと、モータハウジング内のモータキャビティとを備え、
前記冷却剤システムは、前記冷媒を前記キャビティ内に供給すべく前記凝縮器と流体的に連通した前記モータキャビティからの第一の接続部と、冷媒を中間圧力を有する段間接続部に戻すべく前記ループと流体的に連通した前記モータキャビティからの第二の接続部とを備え、前記中間圧力は、蒸発器の作動圧力よりも高く且つ凝縮器の作動圧力よりも低く、
前記モータキャビティは、冷媒をモータキャビティ内にて中間圧力に維持する構成とされる、冷却剤システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記圧縮機は、
第一の圧縮機段と、第二の圧縮機段と、
前記モータキャビティと前記第一の圧縮機段との間に配置された第一のシールと、
前記モータキャビティと前記第二の圧縮機段との間に配置された第二のシールとを備え、
前記第一及び第二のシールは、前記冷媒を前記モータキャビティ内にて中間圧力に維持する構成とされ、
前記モータキャビティ内の圧力は、第一の圧縮機段の排出圧力、第二の圧縮機段の吸引圧力又はエコノマイザの作動圧力にほぼ等しいように調節することができる、システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記冷媒は、前記蒸発器の作動圧力よりも高い中間圧力まで加圧される、システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記凝縮器と前記蒸発器との間にて接続された膨張装置を更に備える、システム。
【請求項１６】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記モータキャビティは、供給管を通じて前記凝縮器から液体冷媒を受け取り、蒸気冷媒が、中間圧力にて前記閉ループに通気して戻される、システム。
【請求項１７】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記モータキャビティは、該モータキャビティを通じて前記第二の段圧縮機の排出口から前記第一段の圧縮機内への冷媒のシールの漏洩流れにより冷却される、システム。
【請求項１８】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記モータは、誘導モータ、永久磁石モータ、ハイブリッド永久磁石モータ、又はソリッドロータモータである、システム。
【請求項１９】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記圧縮機は、軸受を更に備え、該軸受は、油膜軸受、ガス軸受、フォイル軸受、ころがり要素軸受、又は磁気軸受である、システム。
【請求項２０】
冷却システム内の圧縮機を作動させるモータに対するモータの冷却剤システムにおいて、前記冷却システムは、閉ループにて接続された、圧縮機と、蒸発器と、凝縮器とを備え、前記モータの冷却剤システムは、
モータを取り囲むモータハウジングと、モータハウジング内のモータキャビティとを備え、
該冷却剤システムは、冷媒をキャビティ内に供給すべく前記凝縮器と流体的に連通した前記モータキャビティからの第一の接続部と、冷媒を所定の作動圧力を有する前記蒸発器に戻すべくループと流体的に連通した前記モータキャビティからの第二の接続部とを備え、
前記モータキャビティは、前記冷媒を該モータキャビティ内にて蒸発器の作動圧力に維持する構成とされる、システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムにおいて、前記圧縮機は、単一段圧縮機である、システム。
【国際調査報告】
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