JP2010265900A

JP2010265900A - 改良された冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP2010265900A
Application number: JP2010113797A
Authority: JP
Inventors: Robert Telakowski; テラコウスキーロバート; Darryl A Colson; エー．コルソンダリル
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2010-11-25
Also published as: US20100287958A1; US8061151B2; EP2258948A2; EP2258948A3

Abstract

【課題】モータの冷却
【解決手段】冷媒流１４を圧縮する２つの圧縮機インペラ２４，２６の一方の第１の圧縮機インペラ２４は、ハウジング３２内に配設され、冷媒は第１の圧縮機インペラ２４により圧縮されハウジング３２の内側に設けられた冷媒通路４４から流れ出す。さらにハウジング３０の内側からモータステータ部３６に設けられたステータ通路５８へと流れモータを冷却する。さらに、ハウジング通路６２を通り、第２の圧縮機インペラ２６に吸い込まれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機に関し、特に、圧縮機内の流体流に関する。

圧縮機は、ベーパ（蒸気）サイクル冷却システムなど種々の用途において用いられている。典型的なベーパサイクル冷却システムにおいて、循環冷媒は、４つの構成要素、つまり、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を通って流れる。気相状態の冷媒は、圧縮機において圧縮および加熱され、次いで、凝縮器においてヒートシンクにより液体へと凝縮される。次いで、液相状態の冷媒は、膨張弁を通流する際に圧力が急激に低下する。急激な膨張により冷媒の少なくとも一部が蒸発すると、冷媒の温度が低下する。冷媒の液体部分は、次いで、蒸発器において蒸発して、例えば、蒸発器を通流する空気などの流体から熱が吸収される。圧縮機の動力は、通常、電気モータにより供給される。

電気モータにより駆動される圧縮機は、通常、圧縮機ハウジングアッセンブリ内における回転シャフトを中心に回転するように配設された１つまたは複数の圧縮機インペラを備える。冷媒は、インペラを連続的に通って流れ、これにより、冷媒の圧力および温度が増加する。多くの圧縮機では、インペラは、ロータの動的条件を向上させるように圧縮機の対向する両端部に配設される。インペラ間に冷媒を運ぶために、１つまたは複数の導管がハウジングアッセンブリの外部に配設され、１つまたは複数のポートに接続される。冷媒は、第１のインペラを通り、次いで、１つまたは複数のポートを通ってハウジングから流出し、１つまたは複数の導管の第１の端部へと流れる。次いで、冷媒は、第２のインペラ近傍のポートからハウジング内へと再び流入して、第２のインペラを通って流れる。あるシステムでは、１つまたは複数の導管に沿って流れる間、冷媒は、第１のインペラによる圧縮から生じる熱を除去するように熱交換器を通って流れる。さらに、第１および第２のインペラ間に位置するモータステータ部は、電力から機械力への変換が非効率なために熱を受けやすくなる。ステータを冷却するために、ステータ部の外部に沿って冷却ジャケットが付与される。

外部の導管に対する接続およびポーティングによって、システムに付加的な構成要素が付加され、重量が増加してしまう。さらに、接続部は、圧縮機および冷却システムの性能および効率に悪影響を及ぼす漏洩の原因となる恐れがある。

本発明の一態様によると、冷却システムの圧縮機は、ハウジングと、圧縮機を通流する冷媒流を圧縮する圧縮機インペラと、を備える。ハウジングの外側面の内側に配設された少なくとも１つの冷媒通路は、少なくとも１つの圧縮機インペラのうち第１の圧縮機インペラから延びる。

本発明の他の態様によると、冷却システムは、凝縮器と、凝縮器と流体連通する膨張弁と、膨張弁と流体連通する蒸発器と、を備える。さらに、システムは、凝縮器および蒸発器と流体連通する圧縮機を備える。圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内に配設され、圧縮機を通流する冷媒流を圧縮する少なくとも１つの圧縮機インペラと、を備える。少なくとも１つの冷媒通路は、ハウジングの外側面の内側に配設され、少なくとも１つの圧縮機インペラのうち第１の圧縮機インペラから延びる。

本発明のさらに別の態様によると、圧縮機を通して冷媒を流す方法には、圧縮機ハウジングに配設された少なくとも１つの圧縮機インペラのうち第１の圧縮機インペラを通して冷媒流を流すことと、第１の圧縮機インペラから延びる少なくとも１つの冷媒通路を通して冷媒流を流すことと、が含まれる。少なくとも１つの冷媒通路は、圧縮機ハウジングの外側面の内側に配設される。

上記および他の利点および特徴は、以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになるであろう。

一実施例におけるベーパサイクル冷却システムの概略図。一実施例における圧縮機の断面図。一実施例における圧縮機のステータの斜視図。他の実施例における圧縮機の断面図。

発明を実施するための形態および図面を参照しながら、本発明の実施例、利点および特徴を説明する。

図１は、一実施例におけるベーパ（蒸気）サイクル冷却システム１０を概略的に示している。該システム１０は、圧縮機１２を備え、圧縮機により、気相状態の循環する冷媒流１４が圧縮および加熱される。冷媒流１４は、凝縮器１６に送られて、液相状態に凝縮される。冷媒流１４は、膨張弁１８によって急速に減圧されて温度が減少する。冷却された冷媒流１４は、次いで、蒸発器２０に送られて蒸発し、例えばファン２２からの空気など蒸発器２０に亘って流れる流体から熱を吸収する。

図２は、一実施例における圧縮機１２を示す。圧縮機１２は、軸方向に沿ってシャフト２８に接続された２つの圧縮機インペラ、つまり、第１の圧縮機インペラ２４および第２の圧縮機インペラ２６を備える。一実施例では、第１の圧縮機インペラ２４および第２の圧縮機インペラ２６の少なくとも一方は、遠心ロータである。図２の実施例では、第１の圧縮機インペラ２４および第２の圧縮機インペラ２６は、ロータの動的特性を向上させるように、実質的に対向するシャフト２８の両端部に配設される。例えば、他の構成として、第１および第２のインペラ２４，２６を互いに隣接させてシャフト２８に配設してもよい。さらに、図２では２つの圧縮機インペラを図示したが、これは例示的なものに過ぎず、例えば、１個、３個、４個あるいはそれ以上の圧縮機インペラを利用してもよい。圧縮機インペラ２４，２６は、ハウジングセット３０内に配設される。該ハウジングセット３０は、一実施例では、第１のハウジング部３２および第２のハウジング部３４を備える。一実施例では、第１の圧縮機インペラ２４は、第１のハウジング部３２に配設され、第２の圧縮機インペラ２６は、第２のハウジング部３４内に配設される。第１の圧縮機インペラ２４と第２の圧縮機インペラ２６との間において、少なくとも１つのモータステータ部３６がハウジング３０に配設される。

第１のハウジング部３２は、蒸発器２０から冷媒流１４を受ける少なくとも１つの入口ポート３８を有する。第１の圧縮機インペラ２４の回転によって、冷媒流１４は第１の圧縮機インペラ２４に向かって流れる。第１の圧縮機インペラ２４によって冷媒流１４は加速し、第１の圧縮機インペラ２４と第１のハウジング部材４２との間における第１のロータチャネル４０を通流する。第１のロータチャネル４０は、冷媒流１４の圧力を増加させるように、長さに沿って徐々に細くなっている。一実施例では、冷媒流１４は、第１のハウジング部３２の内側面４６と外側面４８との間に配設された少なくとも１つの第１のハウジング通路４４に向かって実質的に半径方向外側に流れる。少なくとも１つの第１のハウジング通路４４は、第１のロータチャネル４０からモータステータ部３６へと第１のハウジング部３２に亘って延びている。冷媒流１４は、第１のハウジング通路４４を通ってモータステータ部３６へと流れる。

次に図３を参照すると、モータステータ部３６は、モータステータ部３６の第１のモータステータ端部５２から第２のモータステータ端部５４まで延びる複数のモータステータ部材５０を備える。隣接するモータステータ部材５０間に少なくとも１つのステータスロット５６が配設される。モータステータ部３６の外側面６０とハウジング３０の内側面４６との間でかつ少なくとも１つのステータスロット５６間に複数のステータ通路５８が配設される。複数のステータ通路５８は、少なくとも１つの第１のハウジング通路４４に接続されるように構成され配設され、これにより、冷媒流１４は、少なくとも１つの第１のハウジング通路４４から複数のステータ通路５８を通り、第１のモータステータ端部５２から第２のモータステータ端部５４へと第２のハウジング部３４に向かって流れる。複数のステータ通路５８を通流する冷媒流１４の流れによってモータステータ部３６が冷却される。そのため、一実施例において、例えば、冷却ジャケットなどによりモータステータ部３６を付加的に冷却する必要はなくなる。

さらに図２を参照すると、第２のハウジング部３４は、少なくとも１つの第２のハウジング通路６２を有する。少なくとも１つの第２のハウジング通路６２は、第２のハウジング部３４の内側面４６と外側面４８との間で第２のハウジング部３４内に配設され、複数のステータ通路５８から第２のハウジング通路６２へと冷媒流１４を導くように構成される。冷媒流１４は、少なくとも１つの第２のハウジング通路６２を通って第２の圧縮機インペラ２６へと流れる。冷媒流１４は、第２の圧縮機インペラ２６によって加速し、第２の圧縮機インペラ２６と第２のハウジング部材６６との間における第２のロータチャネル６４を通って流れる。第２のロータチャネル６４は、冷媒流１４の圧力を増加させるように、長さに沿って徐々に細くなっている。一実施例では、冷媒流１４は、第２の圧縮機インペラ２６を通った後、圧縮機１２から流出して凝縮器１６へと流れる。しかし、圧縮機１２が付加的な圧縮機インペラを備える他の実施例では、冷媒流１４は、実質的に上記の方法と同様の方法で、付加的な圧縮機インペラを通って流れることを理解されたい。図２に示すように、一実施例では、第２のハウジング通路６２により、冷媒流１４は、第１の圧縮機インペラ２４に最も近い第２の圧縮機インペラ２６の第１の側６８において第２の圧縮機インペラ２６に流れ込む。例えば、図４に示す他の実施例では、第２の圧縮機インペラ２６は、第１の側６８が第１の圧縮機インペラ２４から最も離れた位置に位置するように配設される。この実施例では、第２のハウジング通路６２は、冷媒流１４が第１の圧縮機インペラ２４から最も離れた第１の側６８を始端とする第２の圧縮機インペラ２６を通って流れるように構成され配設される。

圧縮機インペラから圧縮機インペラへと圧縮機１２の内部を通して冷媒流１４を流すことによって、圧縮機１２から冷媒流１４が漏出する原因となり得るコネクタや外部のハードウエアを排除することができる。さらに、構成部品を排除することにより圧縮機１２の重量を減少させることができる。モータステータ部３６を冷却する直接的な手段が付与され、モータステータ部３６からの熱により液相状態の冷媒が冷媒流１４から除去される。これにより、圧縮機１２を通流する全ての流れが気相状態となる。全体的に気相状態であることにより、任意の連続する圧縮機ロータおよび流体膜軸受（一実施例において回転部品を支持するように用いられる）の運転効率が向上する。

いくつかの実施例に限定して本発明を説明してきたが、本発明は例示的なものであり、これらの実施例に限定されない。本発明は、明細書に開示していない種々の変更、修正、代替を含むように本発明の範囲から逸脱することなく修正され得る。本発明は限定的なものではなく、したがって、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

Claims

冷却システム（１０）の圧縮機（１２）であって、
ハウジング（３０）と、
ハウジング（３０）内に配設され、圧縮機（１２）を通流する冷媒流（１４）を圧縮する少なくとも１つの圧縮機インペラ（２４，２６）と、
ハウジング（３０）の外側面（４８）の内側に配設された少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）と、
を備え、
冷媒通路（４４，６２）は、少なくとも１つの圧縮機インペラ（２４，２６）のうち第１の圧縮機インペラ（２４）から延びることを特徴とする圧縮機（１２）。
少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）は、第１の圧縮機インペラ（２４）から第２の圧縮機インペラ（２６）へと延びることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機（１２）。
ハウジング（３０）内に少なくとも１つのモータステータ部（３６）が配設されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機（１２）。
少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）は、モータステータ部（３６）の外側面（６０）およびハウジング（３０）の内側面（４６）によって画定される少なくとも１つのステータ通路（５８）を通って延びることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機（１２）。
少なくとも１つの冷媒通路により、モータステータ部（３６）が冷却されることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機（１２）。
少なくとも１つのモータステータ部（３６）は、第１の圧縮機インペラ（２４）と第２の圧縮機インペラ（２６）との間に配設されることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機（１２）。
少なくとも１つの冷媒通路の少なくとも一部は、ハウジング（３０）の外側面（４８）とハウジング（３０）の内側面（４６）との間に配設されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機（１２）。
少なくとも１つの圧縮機インペラ（２４，２６）は遠心ロータであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機（１２）。
凝縮器（１６）と、
凝縮器（１６）と流体連通する膨張弁（１８）と、
膨張弁（１８）と流体連通する蒸発器（２０）と、
凝縮器（１６）および蒸発器（２０）と流体連通する圧縮機（１２）と、
を備え、
前記圧縮機（１２）は、
ハウジング（３０）と、
ハウジング（３０）内に配設され、圧縮機（１２）を通流する冷媒流（１４）を圧縮する少なくとも１つの圧縮機インペラ（２４，２６）と、
ハウジング（３０）の外側面（４８）の内側に配設された少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）と、
を備え、
冷媒通路（４４，６２）は、第１の圧縮機インペラ（２４）から延びることを特徴とする冷却システム（１０）。
少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）は、第１の圧縮機インペラ（２４）から第２の圧縮機インペラ（２６）へと延びることを特徴とする請求項９に記載の冷却システム（１０）。
ハウジング（３０）内に少なくとも１つのモータステータ部（３６）が配設される
ことを特徴とする請求項９に記載の冷却システム（１０）。
少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）は、モータステータ部（３６）の外側面（６０）およびハウジング（３０）の内側面（４６）によって画定される少なくとも１つのステータ通路（５８）を通って延びることを特徴とする請求項１１に記載の冷却システム（１０）。
少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）により、モータステータ部（３６）が冷却されることを特徴とする請求項１２に記載の冷却システム（１０）。
少なくとも１つのモータステータ部（３６）は、第１の圧縮機インペラ（２４）と第２の圧縮機インペラ（２６）との間に配設されることを特徴とする請求項１１に記載の冷却システム（１０）。
少なくとも１つの冷媒通路の少なくとも一部は、ハウジング（３０）の外側面（４８）とハウジング（３０）の内側面（４６）との間に配設されることを特徴とする請求項９に記載の冷却システム（１０）。
少なくとも１つの圧縮機インペラ（２４，２６）は遠心ロータであることを特徴とする請求項９に記載の冷却システム（１０）。
圧縮機（１２）を通して冷媒を流す方法であって、
圧縮機ハウジング（３０）に配設された少なくとも１つの圧縮機インペラ（２４，２６）を通して冷媒流（１４）を流すことと、
第１の圧縮機インペラ（２４）から延びる少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）を通して冷媒流（１４）を流すことと、
を含み、
少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）は、圧縮機ハウジング（３０）の外側面（４８）の内側に配設されることを特徴とする方法。
少なくとも１つの冷媒通路（４４，６２）から第２の圧縮機インペラ（２６）を通して冷媒流（１４）を流すことを含む請求項１７に記載の方法。
圧縮機ハウジング（３０）内に配設されたモータステータ部（３６）の外側面（６０）および圧縮機ハウジング（３０）の内側面（４６）によって画定される少なくとも１つのステータ通路（５８）を通して冷媒流（１４）を流すことを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
少なくとも１つのステータ通路（５８）を通流する冷媒流（１４）によりモータステータ部（３６）を冷却することを含む請求項１９に記載の方法。