JP4971454B2 - 大容量冷蔵コンプレッサを備えた冷却器システム - Google Patents
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Description
多くの大容量冷却器システムは一定の動作回転速度にて動作するモータを特徴とする。動作速度は全負荷において、或いは全負荷に近い状態における最適な性能に基づき選択される。しかしながら、より進化した制御方法は通常全負荷未満にて冷却器を頻繁に操作する。全負荷に満たない固定速度のコンプレッサの操作は非効率である。
空力部
特に図7乃至9に示すように、実施例において単段コンプレッサ43の空力部42は、渦巻インサート56及びインペラハウジング57内のインペラ80を備える遠心コンプレッサ段部52を含む。遠心コンプレッサ段部52は排出ハウジング54内に収容され、入口ハウジング58と連通する。
インペラ
図7,8に示すように様々な実施例においてインペラ80はインペラハウジング57内の入口62及びディフューザ66の間に設けられる。インペラ80はインペラ80がモータシャフト82等のドライブシャフトに取り付けられるように貫通孔81を備える。モータシャフト82は回転軸89を備えることを特徴とする。締め付けボルト84はインペラ80をモータシャフト82に連結させることに使用される。図9に示すように締め付けボルト84はネジタップ83と、前方カウンタボア85内にてインペラ80の鼻部に着座する締め付けボルト84のキャップに係合される。ネジタップ83及び締め付けボルト84は左ネジ又は右ネジのいずれであってもよい。インペラ80はモータシャフト82の肩部87から延びる突起部86と連結するように形成されてもよい。平坦なワッシャ90、及び1つ又は複数のスプリングワッシャ92が前方カウンタボア85内にて締め付けボルト84及びインペラ80の間に組み込まれる。鼻部円錐部88は締め付けボルト84及び前方カウンタボア85の上方に設けられる。
多段構造体
図10に本発明の実施例における多段コンプレッサにおいて使用される多段空力部42aを示す。多段コンプレッサは図10に第1のインペラ80a及び第2のインペラ80bとして示すように、1つ以上のインペラを有することを特徴とする。図示の実施例において、第1のインペラ80aはスペーサインサート98によって支持される第1のインペラハウジング57a内に収容され、これら全体により第1の段52aを形成する。図10に示す第2の段52bは図示の実施例において、第2のインペラ80b、第2のインペラハウジング57b、及び渦巻インサート56によって形成される。第1の段52a及び第2の段52bは交差チャネル99によって分離される。交差チャネル99には巻きほどき用のベーン(図示しない)が設けられる。
入口ガイドベーン
図12に本発明の実施例における入口ガイドベーンアセンブリ64及び入口ガイドベーンアセンブリ64を駆動するための駆動システム101を示す。入口ガイドベーンアセンブリ64は複数のガイドベーンサブアセンブリ102を備え、それぞれ入口遷移部60に取り付けられる(構成を明瞭に示すために図12において入口遷移部60は図示しない)。各ガイドベーンサブアセンブリ102はベーン102aと、入口遷移部60と操作自在に連結される台座部102bと、ギヤ部104とを備える。ギヤ部104及びベーン102bはキースロット103構造体を介して連結される。ガイドベーンサブアセンブリ102は中心軸44と略直交する回転軸106を中心にして回動するように構成される。実施例においてベーン102bはクリップリング105を備えたギヤ部104に対して所定の角度をなした位置に保持される。
駆動系
図15に実施例において固定子アセンブリ154を有する永久磁石モータ152を備える駆動系150と、モータシャフト82に取り付けられる回転子アセンブリ156と、稼働中にモータシャフト82を一時停止するオイルフリーの磁気軸受け158,160とを収容するモータハウジング46を示す。永久磁石モータ152はターミナルバスプレートアセンブリ163を介して固定子アセンブリ154に連結される6本のリード線を通じて駆動される。シャフトの位置を検知するエンコーダや電位差計等の回転位置フィードバック装置はモータシャフト82に連結されてもよい。
駆動系150はモータシャフト82の非駆動端166から組み立てられる。組立において非駆動端166(駆動端164ではない)を伝って回転子アセンブリ156を摺動させることにより、径方向吸引通路202に損傷を付与することを防止する。
磁気軸受け
本発明の様々な実施例において回転子アセンブリ156は通常の稼動下において摩擦のない磁気軸受け158,160によって支持される。軸受け158,160はコンプレッサ本体に設けられた、又は離間して設けられた電子機器格納装置217内に含まれるマイクロプロセッサ制御装置及び電力増幅器によって制御され、且つ浮上される。
可変周波数ドライブ
図21は本発明の実施例において永久磁石モータ153を六相構造体において駆動する可変周波数ドライブシステム(VFDシステム)248を示す。本実施例において、全6本の電力線250が一対の三相コイル252a,252bに電力を伝達する。三相コイル252a,252bの各組は、幹線224に接続される単巻変圧器256を通じて供給を受ける別体の独立した可変周波数ドライブ(VFD)電力部254a,254bによって駆動される。
機能的にVFDシステム248は、遠心インペラ80やインペラ80a,80bが冷却器の稼働要件を満たすために十分なトルク及び速度を得られるように整合される。VFDシステム248は従来技術による設計に対して電源高調波を減少させ、駆動系の能率を高める。モータ内の別体のコイルに電力を供給するために2つのVFD電力部254a,254bを使用することにより、従来技術による十二相VFDと組み合わせてインターフェイス変圧器を使用してDCバス電圧や電流を調整することが不要になる。構造体により、更にモータの加熱及びエネルギーの損失が減少する。
中間部の電源
図22は本発明の実施例において、磁気軸受け158,160と、磁気軸受け制御装置270と、VFD制御装置272とを駆動する中間部の電源222を備える電源及びVFDシステム221を示す。通常の稼動下において中間部の電源222は各VFD電力部254a,254bのDCバス266から対応するDC電圧274a,274bによって給電される。中間部の電源222への付加的なDC入力276が整流器278を通じて入力幹線224から得られてもよい。
組立工程
以下の工程がコンプレッサアセンブリの様々な要素の組立に使用可能である。工程は任意であり、所望のアセンブリを得るために必要不可欠なものではない。また、工程の順序は変更可能であり、従って非限定的である。
−モータハウジング46の温度を上昇させる。
−固定子アセンブリ154をモータハウジング46内に挿入する。
−ハウジングを冷却し、固定子をモータハウジングに固定する。
−トルク保持のためにモータハウジング46及び固定子アセンブリ154の間に付加的な剪断抵抗を設ける回転防止ピンを設置する。
−モータターミナルブロック50をモータハウジング46に取り付ける。
−ボルト及びナットを使用してモータのリード線を端子に固定する。
−前方径方向磁気軸受け158及びバックアップ用軸受け220を前方軸受けキャリヤに挿入する。
−軸受け電源及びセンサのリード線を電気端子に接続する。
−キャリヤアセンブリをハウジング内に挿入し、ネジを使用して固定する。
−必要な固定具を使用して、モータ回転子/シャフトアセンブリ150,156を前方軸受けカートリッジ内に挿入する。
−引き裂き(tear)径方向磁気軸受け160と、前方スラスト軸受けアクチュエータ151bと、バックアップ用軸受け218,220とを後方軸受けキャリヤ149b内に挿入する。
−軸受け電源及びセンサのリード線を電気端子に接続する。
−キャリヤアセンブリをモータハウジング46内に挿入し、固定する。
−スラストランナ151aをモータシャフトに挿入する。
−スラスト軸受けアクチュエータ151cを後方軸受けキャリヤ内に挿入し、固定する。
−Oリングをモータハウジング端部カバー161内に挿入する。
−モータハウジング端部カバーをハウジングに取り付ける。
−インペラ80の設置に先立って、シャフトシール76が設置されていることを確認する。
−モータシャフト82をインペラ80に並べ、インペラをモータシャフト82上に押圧する。インペラは肩部87に対して載置される必要がある。
−平坦なワッシャ90及び2つのスプリングワッシャ92をインペラ80の前方カウンタボア85内に設置する。
−インペラ孔81を通じて締め付けボルト84を挿入し、締め付けボルト84をモータシャフト82の突起部86に設けられたネジ山と係合させる。所定のトルク力により締め付けボルトを締め付ける。
−鼻部円錐部88を前方カウンタボア85内に挿入し、所定のトルク力により締め付ける。鼻部円錐部は径方向開口部を通じてピンを設けることによりネジにより固定可能である。鼻部円錐部は左ネジを使用することに留意する必要がある。
遠心コンプレッサアセンブリ36の組立は以下の工程により可能である。
−波形バネ78及び保持リング79を使用してシャフトシール76を排出ハウジング54内に挿入する。
−排出ハウジング54をモータハウジング46に固定する。
−インペラ80をモータシャフト82に取り付ける(上記インペラ設置工程参照)。
−渦巻インサート56を排出ハウジング54内に挿入し、固定具を使用して所定の位置に固定する。
−インペラ中央部シール77及び波形バネ78をインペラハウジング57の入口端部の上方に挿入する。
−入口ガイドベーンアセンブリ64を入口ハウジング58内に挿入する。
−入口ハウジング58を排出ハウジング54に並べ、挿入し、固定する。
−インペラ80を回動することによりインペラ中央部シール77の適合を確認する。
ウォームアセンブリ126の組立工程は以下の通りである(図13を参照すること)。
−ウォーム118をウォーム支持ブラケット133の切り欠き内に配置する。
−図13に示すようにシャフト128をウォーム支持ブラケット133のポート134,135を通じてハウジング内に挿入し、ウォームギヤを係合させる。ウォームギヤキー部をシャフトキー部に並べ、ウォームギヤキー139を挿入し、ウォームギヤをシャフトに係止させる。
−長尺状スペーサ129と、軸受け131と、スプリングワッシャ136とをウォーム支持ブラケット133の第1のポート134内に挿入する。スプリングワッシャ136を第1のポート134内に固定する。
−軸受け132をシャフト128を伝わらせ、第2のポート135内に摺動させ、保持クリップ137を第2のポート135内に設置する。
−短いスペーサ130をシャフト128に配置する。
−減速ギヤ123をシャフト128に配置する。ギヤキー部をシャフトキー部に並べ、ギヤキー139を取り付けて、減速ギヤ123をシャフト128に対して回動自在に固定する。
−保持クリップ127をシャフト128に取り付ける。
−フェースギヤ110を入口ハウジング58に載置する。入口ハウジング58はハウジングから見て外方に配向された歯を備える。
−ガイドベーンサブアセンブリ102をガイドベーンサブアセンブリ102の好適な配向にて入口ハウジング58内に挿入する。ガイドベーンサブアセンブリ102を挿入した後にベーンを閉鎖位置まで回動する。
−ギヤ部104を各ガイドベーンサブアセンブリ102に載置し、キ―スロット103をギヤ部104及びガイドベーンサブアセンブリ102内に並べる。
−キー(図示しない)を各ベーン/平歯車アセンブリのスロット内に位置させる。
−クリップリング105を各ガイドベーンサブアセンブリ102に取り付ける。
−平歯車104に面する扇形の面113を使用してガイドベーン係止リング112を入口ハウジング58に取り付ける。
−ウォームアセンブリ126を入口ハウジング58に固定し、ウォーム118とフェースギヤ110のウォームギヤ116が適切に係合しているか確認する。
−駆動ギヤ121を駆動モータ120に取り付ける。
−駆動モータ120をウォームアセンブリ126に固定し、ドライブモータギヤ121を減速ギヤ123と係合させる。
Claims (10)
- 永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサと、同永久磁石モータはモータシャフトを回転させるべくモータシャフトに連結された回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを含むことと、該モータシャフトは少なくとも2つの磁気軸受けに連結され、回転軸を中心として回転自在であることと、該モータシャフト及び空力部は空力部を直接駆動するように構成されていることと、
コンデンサ及びエバポレータと、同コンデンサ及びエバポレータはそれぞれ空力部に連結されていることと、該コンデンサはエバポレータと比較してより高い動作圧力を有することと、
液体冷媒を含む固定子アセンブリを冷却する液体バイパス回路と、該液体冷媒はコンデンサによって供給され、エバポレータに帰還することと、該液体冷媒はエバポレータに対するコンデンサのより高い動作圧力によって液体バイパス回路を通じて誘導されることと、
気体冷媒を使用して回転子アセンブリを冷却する気体バイパス回路とを備え、該気体冷媒はモータシャフトの回転により生じる差圧によってエバポレータから吸引され、同エバポレータに帰還することと、
前記モータシャフトは少なくとも1つの長尺状通路及び少なくとも1つの吸引通路を更に備え、同少なくとも1つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通じてモータシャフトの回転軸に平行に延びることと、同少なくとも1つの吸引通路は少なくとも1つの長尺状通路と連通することと、該少なくとも1つの長尺状通路及び少なくとも1つの吸引通路は気体バイパス回路の一部をなすこととを特徴とする冷却器システム。 - モータシャフトに連結される空力部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の冷却器システム。
- 前記空力部及びモータシャフトは直接連結されていることを特徴とする請求項2に記載の冷却器システム。
- 前記永久磁石モータは出力が140キロワットを越えることを特徴とする請求項1に記載の冷却器システム。
- 前記永久磁石モータの回転速度は11000rpmを越えることを特徴とする請求項4に記載の冷却器システム。
- 前記冷却器システムは標準産業評価要件にて200標準冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする請求項1に記載の冷却器システム。
- 前記永久磁石モータは、磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを備え、同モータシャフトは11000rpmを越える回転速度を有することを特徴とする請求項6に記載の冷却器システム。
- 前記気体冷媒の流動速度を規制する気体冷却回路に連結された整流子装置を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の冷却器システム。
- 前記気体冷媒の流動速度を制御するためのフィードバック要素を更に備えることを特徴とする請求項8に記載の冷却器システム。
- 前記フィードバック要素は温度探知プローブであることを特徴とする請求項9に記載の冷却器システム。
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