JP5632297B2 - チラーシステム及びチラーシステムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、圧縮機の分野に係り、詳しくは、チラーシステム及びチラーシステムの作動方法に関する。

大型の冷却設備、例えば、工業用冷凍システム又はオフィス複合施設用空調システムは、４００冷凍トン（１４００ｋＷ）より大きい大容量冷却システムの使用を伴うことが多い。この容量レベルの吐出し量は、通常は、極めて大型の単段又は多段圧縮機システムの使用を必要とする。一般に、既存の圧縮機システムは、気密、半気密、又はオープン駆動型の誘導型モータによって駆動される。駆動モータは、２５０ｋＷを越える出力レベル及び３６００ｒｐｍ程度の回転速度で作動する。一般に、この種の圧縮機システムは、潤滑流体又は回転要素軸受によって支持される回転要素を含む。

所定の冷凍システムの容量は、実質的に、特定の入力及び出力状態に応じて変化する。従って、暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）産業は、標準状態を発展させ、その下で、冷凍システムの容量が決定される。水冷却チラーシステムに対する標準的な定格状態には：２９．４℃（８５°Ｆ）の凝縮器水入力、１ｋＷ当り毎秒０．０５４リットル（１トン当り３．０ｇｐｍ）；１ｋＷ当り０．０４４ｍ^２℃の水側凝縮器汚損要素許容差（ＢＴＵ当り０．０００２５ｈｒ−ｆｔ^２−°Ｆ）；６．７℃（４４．０°Ｆ）の蒸発器水出力、１ｋＷ当り毎秒０．０４３リットル（１トン当り２．４ｇｐｍ）；及び１ｋｗ当り０．０１８ｍ^２−℃の水側蒸発器汚損要素許容差（ＢＴＵ当り０．０００１ｈｒ−ｆｔ^２−°Ｆ）を含む。これらの状態は、冷凍空調工業会（ＡＲＩ）によって設定され、また、「蒸気圧縮工程を使用する水冷却パッケージの性能評価標準２００３」と題されるＡＲＩ標準５５０／５９０に詳述され、これは、特定に定義された用語の明確な限定以外は、参照によって本明細書に組み入れられる。これらの状態下で決定される冷凍システムのトン数は、以下に、「標準冷凍トン」として言及される。

チラーシステムにおいて、圧縮機は蒸気ポンプとして作用し、冷媒を蒸発圧力からより高い凝縮圧力へ圧縮させる。この工程を行う際に、回転式、スクリュー式、スクロール式、往復動式、及び遠心圧縮機を含む様々な圧縮機の利用を見出している。各圧縮機は、異なる冷却容量範囲の様々な目的に対して利点を有する。大容量の冷却について、遠心圧縮機は、チラー冷凍サイクルに対して、最も高い等エントロピー効率、ひいては、最も高い総合熱効率を有することが知られている。スカリンジ等の特許文献１を参照。

一般に、圧縮機を駆動するモータ、とりわけ高出力モータでは積極的に冷却が行われる。チラーシステムでは、冷媒クーラントのモータへの近接が、モータを冷却するための選択手段になることが多い。多くのシステムでは、バイパス回路を特徴とし、バイパス回路は、圧縮機が全出力で且つバイパス回路を通る付随圧力降下で作動しているときに、適切にモータを冷却するように構成される。コンリーの特許文献２に開示される他の圧縮機は、バイパス回路を通るクーラント流を、圧縮機への冷媒流を調整する絞り機器と連結させる。更に、ラーミナットの特許文献３は、冷却媒体としての気化（非圧縮）冷媒の使用を開示する。しかしながら、このバイパス回路には、固有の欠点がある。

幾つかのシステムでは、複数の構成部品を順次冷却し、これは、圧縮機の作動範囲を制限する。各構成部品の冷却負荷要件は、圧縮機の冷却容量、圧縮機の出力の引き出し、利用可能温度及び環境空気温度に従って変化する。それ故、クーラント流は、連続する構成部品の１つのみと、そして次に、特定の状態下でのみ、適切に調和させられ、これにより、他の構成部品によって、冷却過剰又は冷却不足のいずれかであるという状況が生じる。流量制御の付加でさえも、冷却流は、最大の冷却を必要とする機器によって決定されることから、この問題を緩和させることはできない。連続する他の構成部品は、冷却不足又は冷却過剰のいずれかである。冷却過剰の構成部品は、環境空気に晒されれば、凝縮を形成することができる。冷却不足の機器は、それらの作動限界を超えて、構成部品が破損するか、或いはユニットが停止してしまう。このシステムの他の限界は、冷媒がバイパス回路を通過するように押出すために、特定の最小圧力差を必要とする。この最小圧力差がなければ、圧縮機は作動が阻止されるか、或いは許容される作動範囲に制限される。従って、幅広い作動範囲に対して性能を提供する構成が望まれている。

遠心圧縮機も、好ましくない騒音特性を有するものとして特徴付けられることが多い。遠心羽根車の羽根が冷媒ガスを圧縮するため、騒音は、遠心羽根車の羽根によって形成された通り跡から生じる。これは、「羽根通過周波数」と一般的に称される。別の騒音源は、圧縮機及び凝縮器間の高速ガスに存在する乱流である。騒音の作用は、特に、大容量のシステムにおいて一般的である。

既存の大容量遠心圧縮機構成の別の特性は、アセンブリの重量及び寸法である。例えば、通常の誘導モータの回転子は、数百ポンドの重さがあり、１０００ポンド（４５４キログラム）を越えることもある。２００標準冷凍トンの容量を有する圧縮機アセンブリは、３０００ポンド（１３６２キログラム）を越える重量があることもある。また、既存の馬力及び冷媒トン容量を超えるシステムが開発されているため、このユニットの重量及び寸法は、搬送、装着、及び維持管理に関して問題になるであろう。ユニットが地面の高さよりも上に取り付けられたときに、重量は、付加的な構造支持体を提供するコストに起因して、極めて高価で問題となる範囲を超えてしまう。更に、これらユニットの１つを収容するために必要とされる空間も、大きなものとなる。

米国特許第５，９２４，８４７号 米国特許第５，８５７，３４８号 米国特許出願公報２００５／０２８４１７３

チラーシステムの容量の増加が、ＨＶＡＣ業界では長年に亘り必要とされている。この必要性は、大容量チラーの連続的に増加する販売によって浮き彫りにされる。例えば、２００６年には、２００標準冷凍トンより大きな圧縮機容量を備えたチラーシステムが、２０００個を越えて販売された。従って、前述の問題を克服する圧縮機システム、及び既存の又は既に販売されたシステムよりも実質的に大きい冷凍容量の送達に挑戦する構成の開発が望まれている。

本発明の様々な実施形態は、大型の冷却設備用に構成される単段及び多段遠心圧縮機を含む。これらの実施形態は、出力及び効率を増大させ、信頼性を向上させ、且つ維持管理の必要性を低減させるために、２相冷却装置等の有利な冷却装置及び他の特徴を利用する改良型チラー構成を提供する。様々な実施形態において、本構成の特色は、小型であり、且つ物理的にコンパクトな圧縮機を可能にする。更に、様々な実施形態において、開示される構成は、必要な騒音低減特性を同様に圧縮機に提供する音抑制構成を使用する。

大容量のチラー圧縮機を構成する際の変数には、回転子及び固定子アセンブリの直径及び長さ、並びに構成材料を含む。構成の兼ね合いは、回転子アセンブリの直径に関して存在する。一方で、回転子アセンブリは、トルク要件を満たす程度に大きい直径を有していなければならない。他方で、直径は、本発明の特定の実施形態では１１０００ｒｐｍを越え、ある瞬間には２１０００ｒｐｍに近い高い回転速度で作動するときに、通常の材料強度を超える表面応力をもたらす程大きくてはならない。また、回転子アセンブリのより大きな直径及び長さは、作動時における回転子アセンブリの長さ及び直径の二乗に比例する空気抵抗（ａｋａ 風摩擦）を生じさせ、結果的により多くの損失が生じる。より大きな直径及び長さは、標準的な構成材料が使用されるときに、回転子アセンブリの質量及び慣性モーメントを増加させる傾向にある。

応力及び抵抗の減少は、より小さな直径の回転子アセンブリの使用を促す傾向にある。より小さな直径の回転子アセンブリの制限内において、より高い出力容量を生じるために、本発明の幾つかの実施形態では、永久磁石（ＰＭ）モータを利用する。永久磁石モータは、３６００ｒｐｍを越える作動に良好に適しており、圧縮機の幅広い速度及びトルク範囲に亘り、最も高い実証効率を呈する。ＰＭモータは、一般に、従来の誘導モータが行うよりも多いユニット毎出力を生じると共に、ＶＦＤとの使用に良好に適する。加えて、ＰＭモータの出力係数は比較可能な出力の誘導モータよりも高く、熱生成はより少ない。それ故、ＰＭモータは、誘導モータを越える増強されたエネルギ効率を提供する。

しかしながら、より小さな直径の回転子アセンブリの制限内における出力容量の更なる増加は、電気損失によって生じる熱の伝達のために、より小さい外側表面積を備え、より高い出力密度を提供する。従って、ＰＭモータを利用する工業用冷凍庫システム又は空調システム等の大型の冷却設備は、一般に、２００標準冷凍トン（７００ｋＷ）又はそれ未満の容量に制限される。

出力密度の増加という問題に対処するため、本発明の様々な実施形態では、回転子及び固定子アセンブリを冷却するために、蒸発器部からの冷媒ガスを利用する。他の実施形態では、更に、モータ軸の内部冷却を含み、これは、熱伝達面積を増加させると共に、冷媒ガス及び回転子アセンブリ間における熱伝達係数の対流結合を増加させる。

圧縮機は、モータ軸／回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを独立して冷却する冷却システムを含むように構成され、これら構成部品の一連の冷却に固有の欠点を回避する。モータを過剰冷却及び冷却不足にすることなく、一定範囲の速度に亘り、各構成部品を温度制限内に保つ各回路は、変化する冷却容量及び作動圧力比率に構成可能である。実施形態には、冷媒ガス又は冷媒ガス／液混合物を、モータ軸を通し、且つ回転子アセンブリの外周上方を通過させる冷却即ちバイパス回路を含むことにより、軸への直接誘導によって、外周上方への対流によって、回転子アセンブリの２相冷却を提供する。更に、回転子ポンプ作用により、バイパス回路を通るように冷媒を押し出すために、特定の最小圧力差の必要性が解消される。圧縮機は、凝縮器及び蒸発器間に大きな圧力差がなくても、幅広い作動許容範囲の能力を提供することができる。

圧縮機は、軽量の構成部品及び鋳造物から作製してもよく、高い出力対重量比率がもたらされる。単段又は多段構成における軽量の構成部品は、従来のユニットの約１／３の重量で、同じトン数を可能にする。重量の低減差は、アルミニウム又はアルミニウム合金の構成部品又は鋳造物の使用、歯車の排除、及びより小型のモータにより実現される。

一実施形態において、モータ及び空力部を含み、モータはモータ軸に対し動作可能に連結される回転子アセンブリ及びモータ軸の回転を発生する固定子アセンブリを含み、モータ軸及び空力部は空力部の直接駆動のために配置されている圧縮機アセンブリと、凝縮器部及び蒸発器部であって、凝縮器部及び蒸発器部のそれぞれが空力部と動作可能に連結され、凝縮器部は蒸発器部よりも高い作動圧力を有している凝縮器部及び蒸発器部と、液冷媒で固定子アセンブリ及び回転子アセンブリを冷却する液体バイパス回路であって、液冷媒は凝縮器部によって供給されると共に蒸発器部へと戻され、液冷媒は蒸発器部に対して相対的に高い凝縮器部の作動圧力によって液体バイパス回路を通じて移動される液体バイパス回路と、ガス冷媒で回転子アセンブリを冷却するガスバイパス回路であって、ガス冷媒は、モータ軸の回転により生じる圧力差によって、蒸発器部から引き出されると共に蒸発器部へと戻されるガスバイパス回路と、液体バイパス回路から分岐し、蒸発器部からのガス冷媒と凝縮器部からの液冷媒とがモータへ流入する前に混合される混合相噴射回路とを備えるチラーシステムが提供される。

別の実施形態において、モータ及び空力部を含む圧縮機アセンブリを備えたチラーシステムが開示され、モータは、モータ軸と、回転子アセンブリと、固定子アセンブリとを含む。凝縮器部は、圧縮機アセンブリと流体連通し、蒸発器部は、凝縮器部及び圧縮機アセンブリと流体連通している。圧縮機アセンブリは、更に、蒸発器部と動作可能に連結されたガス冷却入口を有する回転子冷却回路を含む。液冷却入口を有する圧縮機アセンブリは、凝縮器部と動作可能に連結される。出口を有する圧縮機アセンブリは、蒸発器部と動作可能に連結される。圧縮機アセンブリは、凝縮器部と動作可能に連結された液冷却入口ポートを有する固定子冷却回路を含む。更に、圧縮機アセンブリは、蒸発器部と動作可能に連結された液冷却出口ポートを含む。

更に別の実施形態において、モータ及び空力部を含む圧縮機アセンブリを含むチラーシステムが開示される。回転子アセンブリを含むモータは、モータ軸の回転を生じるために、モータ軸及び固定子アセンブリと動作可能に連結されている。モータ軸及び空力部は、空力部の直接的な駆動のために配置されている。凝縮器部及び蒸発器部は、空力部と動作可能にそれぞれ連結され、凝縮器部は、蒸発器部よりも高い作動圧を有している。チラーシステムは、液バイパス回路及びガスバイパス回路の両方を含む。液バイパス回路は、凝縮器部によって供給されると共に、蒸発器部へ戻される液冷媒で、固定子アセンブリ及び回転子アセンブリを冷却し、液冷媒は、蒸発器部と相対的な凝縮器部のより高い作動圧によって、液バイパス回路を通じて誘導される。ガスバイパス回路は、ガス冷媒で回転子アセンブリを冷却し、ガス冷媒は、モータ軸の回転によって生じる圧力差によって、蒸発器部から引き出されると共に、蒸発器部へ戻される。

本発明の他の実施形態は、空力ハウジング内に収容された羽根車を有する圧縮機アセンブリを備えたチラーシステムを含む。圧縮機アセンブリは、更に、圧縮機吐出部を含み、この圧縮機吐出部を通過して吐出された冷媒ガスは、空力ハウジング及び凝縮器部間に集中する。圧縮機吐出部は、更に、液噴射位置を含み、その液噴射位置から液冷媒が噴射される。液冷媒は、凝縮器部から調達される。噴射された液冷媒は、局所的に吐出された冷媒ガスの流通断面を横断すると共に、羽根車からの騒音を緩和するために、冷媒ガスに浮遊する冷媒液滴の集中噴霧を形成する。

他の実施形態は、更に、冷凍ループにおける冷媒の圧縮のために、小型寸法の遠心圧縮機アセンブリを含む。圧縮機アセンブリは、永久磁石モータを収容したモータハウジングを含み、モータハウジングは内室を形成する。永久磁石モータは、回転軸周りを回転可能なモータ軸と、モータ軸の一部と動作可能に連結された回転子アセンブリとを含む。永久磁石モータは、標準工業定格状態で１４０ｋｗを越える出力を供給するように構成され、毎分１１，０００回転を超える速度を生じさせ、且つ２００トン冷凍容量を超える。一実施形態において、この能力を有する遠心圧縮機アセンブリは、約３６５キログラム（８００ポンド）〜１１００キログラム（２５００ポンド）未満の重量を有すると共に、おおよそ長さ１１５センチメートル（４５インチ）、高さ６３センチメートル（２５インチ）、幅６３センチメートル（２５インチ）の空間内に嵌合するように寸法が決められる。

他の実施形態は、更に、大容量チラーシステムの作動方法を含む。本方法は、冷凍ループにおける冷媒の圧縮のために、遠心圧縮機アセンブリを供給する工程を含む。冷凍ループは、冷媒ガスを収容した蒸発器部と、冷媒液を収容した凝縮器部とを含む。遠心圧縮機は、固定子アセンブリと動作可能に連結された回転子アセンブリを含む。回転子アセンブリは、内部を通る流路を形成する構造体を含み、遠心圧縮機は、蒸発器部、凝縮器部、及び回転子アセンブリと動作可能に連結された冷媒混合アセンブリを含む。本方法は、前記冷媒液を凝縮器部から冷媒混合アセンブリへ搬送する工程と、冷媒ガスを蒸発器部から冷媒混合アセンブリへ搬送する工程とを含む。最後に、本方法は、ガス−液混合物を生成するために、搬送工程からの冷媒液を冷媒ガスと混合させるべく、冷媒混合部アセンブリを使用する工程と、回転子アセンブリの２相冷却を提供するために、ガス−液冷媒混合物を、回転子アセンブリの流路を経由させる工程とを含む。

本発明の一実施形態によるチラーシステムの概略図。 本発明の一実施形態による圧縮機アセンブリの部分分解斜視図。 本発明の一実施形態による単段圧縮機アセンブリの空力部を示す斜視切断図。 本発明の一実施形態による図３の空力部のディフューザに配置されたスロット噴射器を示す拡大部分断面図。 本発明の一実施形態によるオリフィス列噴射器を示す拡大部分断面図。 本発明の一実施形態による圧縮機駆動トレーンアセンブリを示す斜視切断図。 図４の駆動トレーンアセンブリの回転子及び固定子アセンブリを示す断面図。 図５の回転子アセンブリ用ガスバイパス回路を強調した図４の駆動トレーンアセンブリの断面図。 図６のモータ軸の断面図。 本発明の一実施形態によるモータ軸の断面図。 図６Ｂのモータ軸の拡大部分断面図。 本発明の一実施形態による混合相噴射回路を有するチラーシステムの概略図。 本発明の様々な実施形態による図７の混合器アセンブリ形態を示す部分断面図。 本発明の様々な実施形態による図７の混合器アセンブリ形態を示す部分断面図。 本発明の様々な実施形態による図７の混合器アセンブリ形態を示す部分断面図。 本発明の様々な実施形態による図７の混合器アセンブリ形態を示す部分断面図。 図４の駆動トレーンアセンブリの固定子アセンブリ用液バイパス回路を強調した圧縮機アセンブリの断面図。 図８の液バイパス回路で利用される螺旋通路を示す拡大断面図。 図８の液バイパス回路で利用される螺旋通路を示す拡大断面図。 図８の液バイパス回路で利用される螺旋通路を示す拡大断面図。

図１を参照すると、凝縮器部３０、膨張機器３２、蒸発器部３４、及び遠心圧縮機アセンブリ３６を有するチラーシステム２８が、本発明の一実施形態において示されている。チラーシステム２８は、更に、遠心圧縮機アセンブリ３６の様々な構成部品を冷却するために、液バイパス回路３８及びガスバイパス回路４０によって特徴付けられている。

作動中、チラーシステム２８内の冷媒は、方向矢印４１で示すように、遠心圧縮機アセンブリ３６から凝縮器部３０へ流され、図１の時計方向への流れを設定する。遠心圧縮機アセンブリ３６は、凝縮器部３０の作動圧の上昇を生じる一方、膨張機器３２は、蒸発器部３４の作動圧の降下を生じる。従って、チラーシステム２８の作動中、圧力差が存在する一方、凝縮器部３０の作動圧は、蒸発器部３４の作動圧よりも高い。

図２及び図３を参照すると、本発明に係る遠心圧縮機アセンブリ３６の一実施形態が図示されている。遠心圧縮機アセンブリ３６は、中心軸４４、モータハウジング４６、エレクトロニクス隔室４８、及び突入電力端子容器５０を有する単段圧縮機４３の空力部４２を含む。多段圧縮機が、単段圧縮機４３に代えて容易に使用されることが考えられる。一般に、モータハウジング４６は、圧縮機アセンブリ３６の様々な構成部品の収容及び取付けのために内室４９を形成する。モータハウジング４６及び空力部４２間の結合は、フランジ付き境界面５１によって提供される。

一実施形態において、図３に示す単段圧縮機４３の空力部４２は、羽根車ハウジング５７内に、渦巻インサート５６及び羽根車８０を含む遠心圧縮機段５２を収容している。遠心圧縮機段５２は、吐出ハウジング５４内に収容されると共に、入口ハウジング５８と流体連通している。

入口ハウジング５８は、入口導管（図示なし）と圧縮機段５２への入口６２との間に、入口移行部６０を設けてよい。入口導管は、入口移行部６０への取付けのために構成される。入口ハウジング５８は、入口案内羽根アセンブリ６４を支持するための構造体を設けると共に、渦巻インサート５６を吐出ハウジング５４に保持するように作用する。

幾つかの実施形態において、渦巻インサート５６及び吐出ハウジング５４は、ディフューザ６６及び渦巻６８を形成するために協働する。吐出ハウジング５４には、渦巻６８と流体連通する出口移行部７０が装備される。出口移行部７０は、吐出ハウジング５４及び下流側導管７３（図２）間に亘る吐出ノズル７２と調和し、下流側導管７３は凝縮器部３０に至る。下流側拡散システムは、羽根車８０と動作可能に連結されてもよく、ディフューザ６６、渦巻６８、移行部７０、及び吐出ノズル７２を含むことができる。

吐出ノズル７２は、ＡＳＴＭ Ａ２１６ グレード ＷＣＢ等の溶接可能な鋳鋼から作製してもよい。様々なハウジング５４，５６，５７及び５８は、鋼から、或いは圧縮機アセンブリ３６の重量を低減させるために、高強度アルミニウム合金又は軽量合金から作製してもよい。

空力部４２は、図３に示すように、１つ以上の液冷媒噴射位置（例えば７９ａ〜７９ｄ）を含むことができる。概して、液冷媒噴射位置７９は、羽根車ハウジング５７及び凝縮器部３０間のいずれかに位置決めされてよい。羽根車ハウジング５７及び凝縮器部３０間の流路は、圧縮機吐出部と称される。図３に示す実施形態において、位置７９ａは、ディフューザ６６に、又はその付近にあり、位置７９ｂ及び７９ｃは、移行部７０及び吐出ノズル７２の交差部付近にあり、位置７９ｄは、吐出ノズル７２の出口付近にある。

単独噴霧点、円周方向に間隔を空けて配置された複数の噴霧点（例えば、７９ｂ）、円周方向長穴（例えば、７９ａ，７９ｃ）によって、又は流通断面の少なくとも一部を交差する滴噴霧を提供する他の形態によって、液体の噴射は達成されてよい。従って、冷媒ガスに浮遊する冷媒液滴を含む集中ミストは、羽根車からの騒音を緩和するために供給される。

一実施形態において、液冷媒噴射位置７９には、凝縮器部３０の高圧液冷媒によって調達される。従って、噴射位置が羽根車ハウジング５７から離れるに従い、下流側拡散システムの圧力回復によって、液冷媒噴射位置７９及び凝縮器部３０間の圧力差は小さくなる。

作動中、凝縮器部３０からの液冷媒は、液冷媒噴射位置７９に噴射され、流通断面を局所的に横断する。横断する液滴含有流は、ブレード通過周波数等、羽根車ハウジング５７から発生する騒音を緩和するカーテンとして作用する。騒音の抑制は、幾つかの瞬間において、全体音圧レベルを６デシベルよりも大きく低下させる。

図３Ａを参照すると、羽根車出口（位置７９ａ）に配置されるスロット噴射器８１が、本発明の一実施形態に示されている。本実施形態において、スロット噴射器８１は、プレナム８８及び弓形長穴９０を形成するように協働する吐出ハウジング５４及びカバーリング８６に形成される環状導管８４を含む。弓形長穴９０は、円形であってもよく、羽根車８０の外周で連続していてもよい。カバーリング８６は、固定具９２で、吐出ハウジング５４に固定されてもよい。弓形長穴９０は、プレナム及びディフューザ６６間に流体連通を提供する。円形、連続弓形長穴９０に対する代表的且つ非限定的な寸法範囲は、約直径７〜５０センチメートル、流路長さ３〜２０ミリメートル、幅０．０２〜０．４ミリメートルであり、流路は長穴を流通するための寸法（例えば、カバーリング８６の厚み）であり、幅は、長穴を通る流路と垂直な長穴の寸法である。羽根車出口位置７９ａに与えられるときに、長穴は羽根車の直径と直角に、又は幾らかの距離だけ半径方向外方（例えば１．１直径）に位置決めされてよい。

図３Ｂを参照すると、羽根車出口（位置７９ａ）のオリフィス列噴射器８１ａが、本発明の一実施形態で示されている。本実施形態において、カバーリング８６は、環状導管８４を被覆するように構成され、出口オリフィス９３は、プレナム８８及びディフューザ６６間に流体連通を提供するために、カバーリング８６を貫通して形成されている。出口オリフィス９３は、一定の直径を有してよく、或いは、オリフィス全長の少なくとも一部に亘り、集束流路又は拡散流路の少なくともいずれかを提供するために形成されてもよい。（図３Ａは、出口オリフィス９３の下流部に亘る収束流路を表す。）
オリフィス列噴射器８１ａのオリフィスの数は、列噴射器の寸法、及び機械加工又は形成工程の限界に応じて、１０〜５０個のオリフィスに及ぶ。出口オリフィスの組み合わされた最小流通面積（即ち、出口オリフィス９３の最小断面積）は、実験によって決定されてよく、羽根車出口流通面積の割合として規格化される。一般に、羽根車出口流通面積が大きくなるほど、噴霧はより多くなる。出口オリフィスの組み合わされた最小流通面積から、出口オリフィス９３の最小直径が決定され、概ね、羽根車出口流通面積の０．５％〜３％である。出口オリフィス９３の集束／拡散角度に対する代表的且つ非限定的な範囲は、流軸から測定されたときに１５度〜４５度であり、且つオリフィス長さは、３〜２０ミリメートルである。噴霧ノズル又は噴霧器が、霧状噴霧をディフューザ６６へ送り出すためにカバーリング８６と結合されるか、或いはカバーリング８６内に形成される。

作動中、プレナム８８は、ディフューザ６６よりも高圧で作動する。プレナム８８には、凝縮器部３０から調達される液冷媒が充満される。より高圧のプレナム８８は、液冷媒を長穴９０を介して、ディフューザ６６の低圧領域まで押出す。その結果、液冷媒の膨張が、液の一部のみを蒸気相へ瞬時に変化させ、残りを液体状態にとどまらせる。残りの液冷媒は、ディフューザ６６を通過する時に、冷媒ガス９４を含む流れに噴霧される液滴を形成する。液滴は、羽根車ハウジング５７から生じる騒音を弱めるように作用する。

スロット噴射器８１は、長い横方向への全長に亘り、長穴を均一に通過して流れる液滴のカーテンの形成を可能にする。弓形長穴が連続的である実施形態について、カーテンは連続的であり、別個の点噴霧に固有の間隙を有することなく、音の均一な軽減を提供する。

オリフィス列噴射器８１ａの出口オリフィス９３の集束及び拡散部の少なくともいずれかは、出口オリフィス９３内における液冷媒の交差流を促す。交差流は、出口オリフィスを出るときに、液冷媒の噴霧パターンを吹き飛ばし、これにより、噴霧は、一定の直径のオリフィスよりも広い面積に拡散する。より広い面積範囲は、羽根車領域から伝達する騒音の低減を向上させる傾向にある。

位置７９ａ近くへの噴射位置の載置は、流れ絞りを横切る圧力差（即ち、プレナム８８及びディフューザ６６間の圧力差）の増加を提供する。圧縮機からの主要ガス流は、通常は、位置７９ａ或いはその付近にて最も高速となっている。従って、流れの静圧を低下させるベンチュリ効果は、位置７９ａ或いはその付近にて最も大きく、ひいては、圧力差を大きくする。この効果は、吐出路に沿って存在するが、一般に、ディフューザ６６への入口にて最も大きくなっている。

図３Ａ及び図３Ｂは、平坦面を有するカバーリングを示し、流れ方向は実質的に平坦面と平行且つ直角であるが、当然のことながら、スロット噴射器及びオリフィス列噴射器は、図示される形状寸法に限定されない。同様の概念は、位置７９ｃに図示されるような円柱状又は円錐状リングにも適用され、流れは、略半径方向の成分を有する。

図４を参照すると、モータハウジング４６の一実施形態が示されているが、固定子アセンブリ１５４を有する永久磁石モータ１５２、モータ軸８２に取り付けられる回転子アセンブリ１５６、作動中、モータ軸８２を懸架させるオイルフリー磁気軸受１５８及び１６０を含む駆動トレーン１５０を収容している。永久磁石モータ１５２は、端子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に連結されたリード１６２を通じて電力が与えられる。

図５を参照すると、回転子アセンブリ１５６が、本発明の一実施形態において描かれている。モータ軸８２は、羽根車８０が取り付けられる駆動端１６４と、モータハウジング４６まで延びる非駆動端１６６とを含む。回転子アセンブリ１５６は、内部間隙直径１６８と、永久磁石材料１７４が載置される実効長１７２を含む全体長さとによって特徴付けられてもよい。

本発明の一実施形態において、６相固定子アセンブリ１５４は図５に示される。３相固定子アセンブリも同様に、簡易に使用されることが考えられる。本実施形態において、固定子アセンブリ１５４は、中空シリンダ１７６として記載され、シリンダの壁部は、積層体１７８及び６個の巻線１８０を含み、巻線１８０は、高温エポキシ樹脂等の誘導性鋳造物１８３に封入された座巻部１８１及び１８２を有する（図５に最良に図示）。全部で６個のリード１６２（そのうちの４個が図５に図示される）は、それぞれが６個の巻線１８０に対しており、本形態において、中空シリンダ１７６の端部１８６から延びている。中空シリンダ１７６の外面に延びるスリーブ１８８が含まれると共に、積層体１７８及び誘導性鋳造物１８３の両方の外側半径方向周縁と密接している。スリーブ１８８は、アルミニウム等の高伝導非磁気材料又はステンレス鋼から作製してもよい。サーモカップル又はサーミスタ等の複数の温度センサ１９０は、終端部が中空シリンダ１７６の端部１８６から延びた状態で、固定子アセンブリ１５４の温度を感知するように位置決めされてもよい。

図６、図６Ａ、及び図６Ｂを参照すると、回転子冷却回路１９２が、本発明の一実施形態において示されている。回転子冷却回路１９２は、ガスバイパス回路４０（図１）の副部分又は分岐部分であってもよい。蒸発器部３４からの冷媒ガス９４は、端ハウジング１６１に形成された入口通路１９４を通じて回転子冷却回路１９２へ入ると共に、モータハウジング４６に形成された出口通路１９５を介して出る。従って、回転子冷却回路１９２は、入口通路１９４及び出口通路１９５間に、ガスバイパス回路のセグメントとして形成されてよい。入口通路１９４は、モータ軸８２の回転軸８９と実質的に同心の中心通路である長手通路１９６と流体連通してもよい。長手通路１９６は、モータ軸８２の非駆動端１６６に開放端１９８を備えてもよい。長手通路１９６は、回転子アセンブリ１５６が取り付けられるモータ軸８２の部分を通過しかつそこを越えると共に、閉鎖端２００で終端をなしている。

本発明の別の実施形態において、モータ軸８２の回転軸８９と実質的に平行であるが同心ではない図６Ｂに示される複数の流路２０６が利用されてよい。流路２０６は、図示される図６Ａの単一の長手通路１９６と置換してもよく、或いは、長手通路１９６を補足してもよい。複数の通路は、吸引通路２０２と流体連通してもよい。

流路２０６は、流路２０６の全長に沿って延びると共に、流路２０６内まで突出する長手フィン２０６ａ等の熱伝達増大構造体を含むことができる。この熱伝達増大構造体の他のものには、流路２０６の壁部に形成される螺旋フィン、長手又は螺旋状（施条）溝、又はねじれ構造体を含むがそれらに限定されるものではなく、当業者であれば利用可能である。この熱伝達増大構造体は、図６及び図６Ａの長手通路１９６に組み入れられてもよい。

図６は、モータ軸８２の非駆動端１６６及び端ハウジング１６１間に、間隙２０１を示す。本形態において、冷媒ガス９４は、内室４９から入口通路１９４を通過し、かつ長手通路１９６の開放端１９８まで吸い出される。或いは、軸が端ハウジング１６１にある動的シール等の協働構造体と接触することにより、冷媒ガス９４は長手通路１９６まで直接的に送られてもよい。

一実施形態において、複数の放射状吸引通路２０２は、閉鎖端２００の近くにおいて、（複数の）長手通路１９６及び２０６の少なくともいずれかと流体連通し、吸引通路２０２は、モータ軸８２を通じて半径方向外方へ延びている。吸引通路２０２は、ガス冷媒９４が、固定子アセンブリ１５４及びモータ軸８２間の空隙領域２０３まで出るように構成されている。環状間隙２０４は、冷媒ガス９４を搬送するために、固定子アセンブリ１５４及び回転子アセンブリ１５６間に形成されている。一般に、ガスバイパス回路４０の回転子冷却回路１９２は、回転子アセンブリ１５６及び端ハウジング１６１間に収容された様々な構成部品（例えば、磁気軸受１５８）を冷媒ガスがめぐることが可能であるように配置されてもよい。出口通路１９５を出たガス冷媒９４は、蒸発器部３４へ戻されてもよい。本構成によれば、駆動トレーン１５０の構成部品は、蒸気相（ガス冷媒９４）の冷却冷媒と接触し、特定の状態下で液体相の冷媒と接触している。

作動中、モータ軸８２内での放射状吸引通路２０２の回転は、ガス冷媒９４をガスバイパス回路４０から引き出すと共に、固定子アセンブリ１５４を冷却する遠心羽根車として作用する。本実施形態において、吸引通路２０２に残るガスは、空隙２０３まで半径方向外方へ投げ出されることにより、冷媒ガス９４を蒸発器部３４から入口通路１９４を介して抜き出す低圧、即ち吸引力が閉鎖端２００で生じる。空隙２０３へのガスの吐出も生じ、且つ、空隙２０３内のより高い圧力によって、ガス冷媒９４が環状間隙２０４及び出口通路１９５を通過して蒸発器部３４へと戻る。この遠心作用によって生じる圧力差は、冷媒ガス９４を、蒸発器部３４に対して流入及び流出させる。

回転子アセンブリ１５６の冷却は、幾つかの点において、既存の冷凍圧縮機構成よりも向上している。回転子アセンブリ１５６は、冷却されたモータ軸８２への直接的な熱伝達によって、内部間隙直径１６８の全長に沿って冷却される。概して、回転子アセンブリ１５６の外面も、環状間隙２０４を通じて押出されたガス冷媒９４による強制対流によって冷却される。

絞り機器２０７は、ガス冷媒９４の流れ、及びそれに付随する熱伝達を制御するために使用される。温度感知プローブ２０５は、冷媒ガス９４の流速制御において、フィードバック要素として利用されてよい。

冷媒ガス９４の使用は、回転子を冷却するために、冷媒液の使用よりも特定の利点を有する。一般に、ガスは、液体よりも粘性が低く、従って、移動面により少ない摩擦又は空気抵抗を付与する。空気抵抗は、ユニットの効率を低下させる。開示される実施形態において、空気抵抗は、特に、環状間隙２０４を通る流れに広く行き渡り、そこには、軸方向の速度成分だけでなく、回転子アセンブリ１５６の高速回転に起因する大きな接線方向の速度成分も存在している。

複数の流路２０６の使用は、熱伝達面積の増加により、ガス冷媒９４及び回転子アセンブリ１５６間の全体熱伝達係数を向上させる。熱伝達増大構造体は、熱伝達面積を増加させ、且つ特定の形態において、熱伝達を更に向上させるために、流れを傾けさせるように作用する。流路２０６及びモータ軸８２の外面間の伝導結合は、伝導経路の有効半径方向厚さが短縮するため、減少する。複数の通路は、更に、設計者にとって、ガス冷媒９４と流路２０６の壁との間の対流熱伝達計数を向上させる好ましいレイノルズ数の状態を得るために操作されるか、或いは最適化される別のパラメータの組を提供する。

絞り機器２０７は、ガスバイパス回路４０の回転子冷却回路１９２の（図６に図示）入口側又は出口側に含まれてもよい。絞り機器２０７は、実際は、受動的又は自動的であってもよい。受動的機器は、一般に、能動的フィードバック制御を有しておらず、例えば、固定式オリフィス機器を備え、又は開ループ制御を利用する可変オリフィス機器を備えている。自動機器は、例えば、オン／オフ制御装置又は比例積分偏差制御方式を利用する制御装置等、閉ループ制御のフィードバック要素を利用する。

回転子冷却回路１９２を出たガス冷媒９４の温度は、温度感知プローブ２０５等のフィードバック要素で監視してもよい。フィードバック要素は、絞り機器２０７の閉ループ制御のために使用される。或いは、流量計、熱流束ゲージ、又は圧力センサ等の他のフィードバック要素が利用されてもよい。

図７を参照すると、混合相噴射回路２２２を含むチラーシステム２２０が、本発明の一実施形態において示されている。本実施形態において、ガス蒸発器部３４からの冷媒ガスは、モータハウジング４６の入口通路１９４に流入する前に、凝縮器部３０からの液冷媒と混合される。混合相噴射回路２２２は、混合器アセンブリ２２４を含むことができる。一実施形態において、混合器アセンブリ２２４の混合相噴射回路２２２は、オン／オフ制御装置２２６及び膨張機器２３０を含むことができる。混合器アセンブリ２２４は、更に、ガスバイパス回路４０と動作可能に連結された絞り機器２３２を含むことができる。

オン／オフ制御装置２２６は、バルブステムアクチュエータを受動的に備えたソレノイド又はステッピングモータによって、或いは当業者によって利用可能な他のオン／オフ制御手段によって、手動で遠隔作動される弁を含むことができる。膨張機器２３０は、入口圧範囲に対応する流速範囲を生じるように寸法が決められた固定式のもの（例えば、オリフィス流量計）であってもよい。或いは、膨張機器２３０は、可変オリフィス又は可変流量絞り２３６を含むことができ、流量制御装置２３４は、所望の１又は複数の設定値を達成するために、可変流量絞り２３６を制御すべく、１又は複数のフィードバック要素２３８（図７）と動作可能に連結された閉ループ制御手段を含むことができる。

機能的には、混合相噴射システム２２２は、回転子冷却回路１９２の冷却作用を増大させるように作用する。混合させられた蒸気／液体冷媒がモータ軸８２を通過するように、蒸気／液体混合物の液体部分の少なくとも一部が相変化を受けて、ひいては、モータ軸の長手通路１９６又は複数の通路２０６の蒸発冷却を提供する。対流熱伝達によって取り除かれた感知可能な熱は、流れに噴射された液冷媒の相変化により取り除かれた潜熱によって増大する。このようにして、蒸発冷却は、実質的に、回転子アセンブリ１５６から離れる熱伝達を増加させることにより、回転子冷却回路１９２の冷却容量を増加させる。

液体／蒸気混合物の噴射は、流量制御装置２３４を使用して制御されてもよい。（複数の）フィードバック要素２３８は、流量制御装置２３４に、回転子入口又は出口におけるガス温度、モータ固定子温度、内室圧力、又はそれらの幾つかの組み合わせの指示を提供する。流量制御装置２３４は、（複数の）フィードバック要素２３８が幾つかの設定値範囲を超え又はそれよりも下がったときに、混合相噴射システム２２２を作動させるか又は停止させるオン／オフ制御装置であってもよい。例えば、（複数の）フィードバック要素２３８が、固定子及び回転子温度を監視する温度センサである場合、流量制御装置２３４は、これらの温度のいずれかが幾つかの設定値を越えて上昇したときに、混合相噴射システム２２２を作動させるように構成されている。逆に、回転子ガス出口温度が低くなりすぎた場合は、混合相噴射システム２２２は停止させられ、その場合に、回転子は蒸発器部３４からの蒸気によってのみ冷却される。

図７Ａ〜図７Ｄを参照すると、混合器アセンブリ２２４（符号２２４ａ〜２２４ｄを付す）が、本発明の様々な実施形態に示されている。図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃに示す膨張機器２３０は、様々な種類のものであり、流量制御装置２３４は、電動駆動装置を含む。図７Ｄに図示される膨張機器は、固定式流量制限機器２６４を含む。混合器アセンブリ２２４ａ〜２２４ｄは、更に、ガス冷媒入口即ち配管２４０、液冷媒入口即ち配管２４２及び混合室２４４を有するものとして特徴付けられてもよい。

概して、液冷媒流２４６は、液冷媒入口２４２へ導入される。液冷媒流２４６の圧力は、膨張機器２３０又は２６４を通過した後に、蒸発器部３４（図７）の圧力におおよそ降下し、付随して、２相冷媒流２４８に変形する。即ち、液冷媒圧力の低下は、そこを通過する冷媒、又はその一部を、蒸気状態へ膨張変化させる。膨張は、冷媒流の温度を低下させる傾向にある。

２相冷媒流２４８の性質（即ち、蒸気状態にある冷媒の質量分率）は、一般に、膨張機器２３０のオリフィス又は流量絞り２３６を横切る圧力差、及びその有効寸法と共に変化する。従って、様々な流れ絞りの膨張機器２３０を使用する実施形態では、２相冷媒流２４８の性質が、積極的に制御される。

２相冷媒流２４８は、更に、モータハウジング４６及びモータ軸８２の長手通路１９６又は２０６（図６）に流入する液体／蒸気混合物２５０を生成するために、蒸発器部３４からの冷媒ガス９４と混合する。２相冷媒流２４８の冷媒ガス９４との混合によって、流れ２４８の性質及び冷媒ガス９４の性質のおおよそ間にある液体／蒸気混合物２５０の性質が効率的に生じる。

図７Ａの実施形態は、「Ｙ字」形態を含み、液冷媒流２４６及び冷媒ガス９４は、混合室２４４において所定角度で接する。冷媒流２４６は、混合室２４４がモータハウジング４６の端ハウジング１６１（図２）内に収容されるように、別個の経路を通じて端ハウジング１６１に入る。オン／オフ制御装置２２６及び流れ制御装置２３４は、端ハウジング１６１の外部に図示され、流量制御装置２３４は、ろう接継手２５２で液冷媒配管２４２と接合されている。一対の座部２５４は、圧縮フィッティング（図示）又は管継手等のねじ継手２５６を収容するため、端ハウジング１６１に機械加工されてよい。

図７Ｂの形態は、図７Ａの「Ｙ字」形態と概ね類似するが、液冷媒流２４６は、端ハウジング１６１の鋳造物内に形成されたポート２５８を通じて膨張機器２３０に流入する。膨張機器２３０は、端ハウジング１６１に機械加工された弁座２６０を収容するように構成される。

機能的には、図７Ｂの形態は、組み立てを容易にすると共に、圧縮機の外部におけるろう接継手の数を低減するという効果を提供する。また、膨張機器２３０及びオン／オフ制御装置２２６の重量は、端ハウジング１６１によって直接的に支持され、ひいては、図７Ａの構成と同様に、外部液冷媒配管２４２から片持ちされたこれら構成部品を有することで受ける応力及び振動特性を低減させる。

図７Ｃの形態は、「Ｔ字」継手２６０を含み、２相冷媒流２４８及び冷媒ガス９４は、混合室２４４への流入に先立ち、直角に接する。本形態において、混合室２４４は、「Ｔ字」継手２６０の共通の脚部を占める。また、本形態は、モータハウジング４６の単一の入口通路１９４を利用し、図１及び図２の実施形態に示す単一の圧縮フィッティングでの混合を可能にする。

機能的には、端ハウジング１６１の外部で混合室２４４を有すると、よりコンパクトなモータハウジング構成のために、モータハウジング４６内でより少ない空間を占める。２相冷媒流２４８及び冷媒ガス９４の直角な合流は、モータハウジング４６に流入する液体／蒸気混合物２５０の混合を向上させる乱流を促す。

図７Ｄの形態は、モータハウジング４６の単一の入り口通路１９４と整列した液冷媒入口２４２を含む。液冷媒入口通路２４２は、図示されるろう接継手２６２によって、ガス冷媒入口即ち通路２４０と結合され、或いは、ガス冷媒通路２４０の肘部が、単一の入口通路１９４のすぐ上流でガス冷媒入口２４０と同軸に液冷媒入口２４２を整列させるポート（図示なし）と共に成形されてもよい。図示される実施形態において、液冷媒入口２４２は、液冷媒流２４６への噴射管として構成され、この液冷媒流２４６は冷媒ガス９４に混入される。入口２４２は、冷媒ガス９４に混入される２相冷媒流２４８を生成するため、液冷媒流２４６を微細噴霧即ちスプレー２６６まで膨張させる固定式流れ制限機器２６４を含むことができる。或いは、固定式流れ制限機器２６４は、固定式流れ制限機器２６４の上流側に配置されるオリフィス可変流れ制限機器（例えば、図７Ａ〜図７Ｃの可変流れ絞り２３６）と合わせて作用させることもできる。また、図７Ｄは、図７Ａ〜図７Ｃの実施形態と比較して、混合室２４が延長した長さを有すると示し、延長した長さは、液冷媒入口２４２の先端部２６８と入口通路２９４とを含む。固定式流れ制限機器２６４は、オリフィス又は噴霧ノズルを含むことができる。

機能的には、図７Ｄの形態は、冷媒をガス流の方向へ向けると共に蒸発器への逆流を最小減にする。微細噴霧即ちスプレー２６６は、液冷媒流２４６の２相冷媒流２４８内における浮遊を促す傾向にある。混合室２４４の延長した長さは、モータハウジング４６に流入する前に、２相冷媒流２４８のより均一な混合を促す。

混合相又は２相冷却への懸念は、長手通路１９６又は複数の通路２０６内における液体／蒸気混合物の液体成分の不完全な蒸発であり、これは概して、回転子アセンブリ１５６内における不十分な熱の生成に起因して、或いは、液体／蒸気混合物への熱伝達機構の非効率に起因して、液体／蒸気混合物への熱伝達が、液体成分を気化させるのに不十分であるときに生じる。不完全な気化の結果は、長手通路１９６又は複数の通路２０６内での液冷媒の収集に至りかねず、その結果、液滴は吸引通路２０２から出ると共に、表面及び構成部品と衝突する。衝突は、物体表面及び構成部品の腐食をもたらす。

更に、液滴形成の発生を生じる状態は、モータ軸８２の温度、液体／蒸気混合物並びに冷媒ガス９４の温度、圧力、及び流速、並びに液体／蒸気混合物の性質を必ずしも限定することなく含む多くのパラメータの関数である。

液滴形成の阻止は、幾つかの方法で達成される。一実施形態において、液滴の形成に対する内室４９の視覚的点検のために、のぞき窓がモータハウジング４６に配置されてもよい。調整は、液滴の形成が十分に軽減されるまでなされてもよい。のぞき窓の使用には、のぞき窓への液冷媒の形成に対して、のぞき窓自体の簡単な視覚的点検を含むことができる。更に複雑な使用には、レーザ探索及び液滴の形成によって生じる散乱光の測定を含むことができる。

別の手法は、内室４９の圧力及び温度を監視する流量制御装置２３４を有すると共に、その内部の状態が、適当な冷媒に対するテーブルデータに従って、液滴形成の発生に優に及ばないように応じることである。圧力及び温度の測定は、空隙領域２０３の内部又はその付近で行われる。或いは、圧力が既に測定されていると共に、空隙領域２０３（蒸発器等）の圧力と同じである位置で、圧力を得るようにしてもよい。次に、同様の圧力と空隙領域２０３の圧力との間の相関関係は、実験によって、或いは試作試験によって確立され、ひいては、付加的な圧力測定の必要性がなくなる。

別の手法は、温度感知プローブ２０５によって供給される冷媒ガス９４の温度を、空隙領域２０３における冷媒ガス９４の温度と相関させることである。相関関係は、試作試験の間に、実験によって確立される。相関関係は、回転子を出る冷媒の状態のより精確な決定のために、温度に加えて、流速及び圧力の測定指示を含むように拡張される。

図８及び図８Ａを参照すると、固定子アセンブリ１５４を冷却する液体バイパス回路３８の回転子冷却部３０８が、本発明の一実施形態において強調されている。固定子冷却部３０８は、スリーブ１８８の外部に形成される螺旋通路３１０を形成する配管３０９ａを含むことができる。配管３０９ａを流れる冷媒への熱伝達は、配管３０９ａ及びスリーブ１８８間における熱伝導介在材料３１１で増強されてもよい。配管３０９ａは、溶接、ろう接、締め付け、又は当業者に周知の他の方法によって、スリーブ１８８に固定されてもよい。

図８Ｂを参照すると、螺旋通路３１０は、スリーブ１８８と直接接触させるため、液冷媒３１６が内部を流通可能にする導管３０９ｂを含むことができる。導管３０９ｂは、溶接、ろう接、又は液密通路を提供する当業者に周知の他の技術によって、スリーブ１８８に固定されてもよい。液冷媒３１６は、図１及び図７に示すように、液体バイパス回路３８から調達してもよい。

図８Ｃを参照すると、螺旋通路３１０は、モータハウジング４６の内面及び固定子１５４を包囲するスリーブの外面に形成される導管３０９ｃを含むことができる。従って、この螺旋通路３１０は、圧縮機の組立ての際に形成される。導管３０９ｃは、固定子１５４の効果的な冷却のために、スリーブ１８８と直接接触するように、液冷媒３１６の内部での流通を可能にする。説明される他の実施形態と同様に、液冷媒３１６は、液体バイパス回路３８（図１及び図７）から調達してもよい。

更に注目されるように、本発明は、固定子冷却部３０８について螺旋形態に限定されない。ペンシルベニア州ラファイエット ヒルにあるディーンプロダクツ社によって供給される製品のパネルコイルライン等、従来の円柱状冷却ジャケットが、スリーブ１８８に取り付けられてもよく、或いは、別個のスリーブの必要性に取って代わってもよい。

螺旋通路３１０は、冷媒液３１６が供給されるために通る液冷却入口ポート３１２と、冷媒液３１６が戻されるために通る液冷却出口ポート３１４と流体連通するように構成されている。液冷却入口ポート３１２は、冷凍回路の凝縮器部３０と連結されてもよく、また、液冷却出口ポート３１４は、蒸発器部３４と連結されてもよい。本実施形態の冷媒液３１６は、蒸発器部３４と相対的な凝縮器部３０のより高い作動圧に起因して、凝縮器部３０から蒸発器部３４（図１）へ通過するように誘導される。

絞り機器（図示なし）は、流通する液冷媒の流れを調整するために、固定子冷却部３０８の入口側又は出口側に含まれてもよい。絞り機器は、実際は、受動的又は自動的であってもよい。

駆動トレーン１５０は、モータ軸８２の非駆動端１６６から組み立てられる。組立ての間における回転子アセンブリ１５６の非駆動端１６６上での（且つ駆動端１６４ではない）摺動は、放射状吸引通路２０２への被害を阻止する。

機能的には、永久磁石モータ１５２は、高速での幅広い作動範囲で高性能を有すると共に、比較可能な寸法の誘導型モータと比較したときに高い出力及び改良された力率を有するとの利点を組み合わせる。永久磁石モータ１５２は、小さい容積即ちフットプリントを占めることにより、高い出力密度及び高い出力体重量比を提供する。使用される材料に応じて、圧縮機は２５００ポンド（１１３４キログラム）未満の重さであり、一実施形態において、圧縮機は約８００ポンド（３６３キログラム）の重さである。組み立てられたモータハウジング４６、吐出ハウジング５４、及び入口ハウジング５８の様々な実施形態は、おおよそ長さ４５インチ（１１４センチメートル）、高さ２５インチ（６４センチメートル）、幅２５インチ（６４センチメートル）の空間内に嵌合される。また、モータ軸８２は、永久磁石モータ１５２と空力部４２の羽根車８０との間に直接的な結合器として作用する。この種の構成は、本明細書では、「直接駆動」形態と称される。モータ軸及び羽根車８０間の直接結合は、伝達の非効率をもたらし、維持管理を必要とし、且つユニットへ重量を付加する中間歯車装置を排除する。開示の特定の態様を、隔離されてモータ軸８２と異なる駆動軸を含む形態に適用できることは、本技術分野の当業者であれば明白である。

一実施形態に示すように、固定子アセンブリ１５４は、螺旋通路３１０へ液体として流入する液冷媒３１６によって冷却される。しかしながら、液冷媒３１６は固定子冷却部３０８を通るようにたどるため、冷媒の一部は気化して２相又は核沸騰状況を生じると共に、極めて有効な熱伝達を提供する。

液冷媒３１６は、凝縮器部３０及び蒸発器部３４間に存在する圧力差に起因して、液体バイパス回路３８及び固定子冷却部３０８を強制的に通過させられる。絞り機器（図示なし）は、受動的又は能動的に、液体バイパス回路３８を通過する流れを減少させたり、又は調整したりする。温度センサ１９０は、絞り手段と合わせて、フィードバック制御ループで利用してもよい。

スリーブ１８８は、誘導熱伝達を熱拡散させると共に、積層体１７８及び誘導鋳造物１８３の両方の外縁の均一な冷却を促す高い熱伝導性材料から作製してもよい。螺旋巻回導管３０９ｂの形態について、スリーブ１８８は、更に、液冷媒３１６が積層体１７８を貫通するのを阻止する障壁として作用する。

固定子アセンブリ１５４の座巻部１８１，１８２の誘導鋳造物１８３内への封じ込めは、座巻部１８１，１８２から固定子冷却部３０８へ熱を誘導させるように作用して、ガスバイパス回路４０の回転子冷却回路１９２に対する熱負荷要件を低下させる。誘導鋳造物１８３は、固定子の長穴を通じて流れると共に、座巻を完全に封じ込める材料を含む。誘導鋳造物１８３は、回転子冷却回路１９２を通るガス冷媒９４の流れに晒される座巻部１８１，１８２の腐食の可能性を低減する。

或いは、固定子アセンブリの冷却は、２相流を固定子冷却部３０８に組み入れられる。２相混合物は、回転子を冷却するための上記機器及び方法と類似して、液体バイパス回路３８に配置されるオリフィスによって生じる。例えば、冷媒を２相（別名「フラッシュ」）混合物へ急速に膨張させるオリフィスは、固定子冷却部３０８の上流に配置される固定式オリフィスであってもよい。別の実施形態において、可変オリフィスが、固定子冷却部３０８の上流で利用され、これは概して同様の作用を有しているが、冷媒の流速及び２相混合物の性質の積極的な制御を可能にし、これにより更に、モータ温度の制御を可能にする。固定子巻回温度、固定子冷却回路冷媒温度、鋳造物温度、又はそれらの組合せ等、可変オリフィスの制御のためのフィードバック温度が供給されてもよい。

更に別の実施形態において、固定子冷却部３０８の下流側にある固定式又は可変オリフィス測定機器が、ひいては、通路（例えば、３０９ａ，３０９ｂ）内における核沸騰の発生を可能にするのに十分な流れを制限すると共に、単一相冷却に対する熱伝達（感知可能な熱伝達）を増大させるために設けられてもよい。

本明細書に記載されるもの等、高容量チラーシステムの様々な作動方法が可能である。一方法には、冷凍ループにおける冷媒の圧縮のために、遠心圧縮機アセンブリを供給する工程を含む。即ち、冷凍ループは、冷媒ガスを収容した蒸発器部と、冷媒液を収容した凝縮器部とを含む。また、遠心圧縮機は、固定子アセンブリと動作可能に連結された回転子アセンブリを含む。回転子アセンブリは、内部を貫通している流路を形成する構造体を含み、且つ、遠心圧縮機は、蒸発器部、凝縮器部、及び回転子アセンブリと動作可能に連結した冷媒混合アセンブリを含む。

本方法は、冷媒液を凝縮器部から冷媒混合アセンブリへ搬送する工程と、冷媒ガスを蒸発器部から冷媒混合アセンブリへ搬送する工程とを含む。冷媒混合アセンブリは、ガス液体冷媒混合物を生成するため、搬送工程からの前記冷媒液を冷媒ガスと混合させるために使用される。ガス液体冷媒混合物は、回転子アセンブリの２相冷却を提供するために、回転子アセンブリの流路を通るように経路が定められる。

供給される遠心圧縮機アセンブリは、前記凝縮器部と動作可能に連結された固定子アセンブリを含むことができる。固定子アセンブリは、それと動作可能に連結された冷却路を形成する構造体を含む。本方法は、固定子アセンブリを冷却するために、凝縮器部から固定子アセンブリの冷却路へ冷媒液を搬送する工程を含むことができる。

本方法は、本明細書に開示されない他の実施形態で実施してもよい。上側及び下側、前側及び後側、左側及び右側等の相対的な用語への言及は、説明の便宜を目的としており、本発明、又はその構成部品を、特定の配向に限定することを意図していない。図示される全ての形状寸法は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の特定の実施形態の可能な構成、及び使用目的に伴い変化してもよい。

本明細書に開示される付加的な図面及び方法各々は、別々に、或いは他の特徴及び方法と合わせて使用してよく、その結果、改良された機器、システム、及びその製造及び使用法が提供される。従って、本明細書に開示される特徴及び方法の組み合わせは、必ずしも本発明を最も広い意味で実施するものでなくてよく、代わりに、本発明の代表的な実施形態を詳細に説明するためにのみ開示される。

本発明の請求の範囲を解釈することを目的として、特定の用語「〜する手段」又は「〜する工程」が対象請求項に引用されなければ、米国特許法第１１２条第６項の規定は援用されないことが明白に意図される。

Claims (10)

1. モータ及び空力部を含み、前記モータはモータ軸に対し動作可能に連結される回転子アセンブリ及び前記モータ軸の回転を発生する固定子アセンブリを含み、前記モータ軸及び前記空力部は前記空力部の直接駆動のために配置されている圧縮機アセンブリと、
   凝縮器部及び蒸発器部であって、前記凝縮器部及び前記蒸発器部のそれぞれが前記空力部と動作可能に連結され、前記凝縮器部は前記蒸発器部よりも高い作動圧力を有している凝縮器部及び蒸発器部と、
   液冷媒で前記固定子アセンブリ及び前記回転子アセンブリを冷却する液体バイパス回路であって、前記液冷媒は前記凝縮器部によって供給されると共に前記蒸発器部へと戻され、前記液冷媒は前記蒸発器部に対して相対的に高い前記凝縮器部の作動圧力によって液体バイパス回路を通じて移動される液体バイパス回路と、
   ガス冷媒で前記回転子アセンブリを冷却するガスバイパス回路であって、前記ガス冷媒は、前記モータ軸の回転により生じる圧力差によって、前記蒸発器部から引き出されると共に前記蒸発器部へと戻されるガスバイパス回路と、
   前記液体バイパス回路から分岐し、前記蒸発器部からのガス冷媒と前記凝縮器部からの液冷媒とが前記モータへ流入する前に混合される混合相噴射回路と
   を備えるチラーシステム。
2. 請求項１記載のチラーシステムにおいて、
   流れ制限機器は、前記凝縮器部及び前記空力部間に配置されているチラーシステム。
3. 請求項１記載のチラーシステムは、更に、
   液体冷却のために前記固定子アセンブリの周りに配置される通路を形成する構造体を含むチラーシステム。
4. 請求項１記載のチラーシステムにおいて、
   中央長手通路は、前記回転子アセンブリの冷却のために前記モータ軸内に形成されているチラーシステム。
5. 請求項１記載のチラーシステムにおいて、
   前記ガスバイパス回路における前記ガス冷媒の温度は、フィードバック要素によって監視されるチラーシステム。
6. 請求項１記載のチラーシステムにおいて、
   前記圧縮機アセンブリの空力部は、拡散システムと流体連通する羽根車と、
   プレナム及び弓形長穴を形成する構造体を含むスロット噴射器とを含み、
   弓形長穴は、前記プレナム及び前記拡散システムと流体連通し、
   前記プレナムは、前記弓形長穴を介した前記拡散システムへの液冷媒の噴射のために液冷媒源と動作可能に連結され、前記液冷媒の噴射は、冷媒液の液滴を、前記拡散システムの流れ断面を少なくとも部分的に横断させ、液滴は、前記羽根車からの騒音を緩和するように作用するチラーシステム。
7. 請求項６記載のチラーシステムにおいて、
   前記拡散システムは、拡散器を介して前記羽根車と流体連通する渦巻を含み、前記弓形長穴は、前記拡散器と動作可能に連結されているチラーシステム。
8. 請求項６記載のチラーシステムにおいて、
   前記拡散システムは、出口移行部及び吐出ノズルの少なくとも一方を含み、前記弓形長穴は、出口移行部及び吐出ノズルの少なくとも一方と動作可能に連結されているチラーシステム。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一項に記載のチラーシステムの作動方法であって、
   冷凍ループで冷媒を圧縮するために遠心圧縮機を供給する工程であって、冷凍ループは、冷媒ガスを収容する蒸発器部と、冷媒液を収容する凝縮器部とを含み、前記遠心圧縮機は固定子アセンブリと動作可能に連結される回転子アセンブリを含み、回転子アセンブリは貫通流路を形成する構造体を含み、遠心圧縮機は、前記蒸発器部、前記凝縮器部及び前記回転子アセンブリと動作可能に連結された混合器アセンブリを含む工程と、
   前記冷媒液を前記凝縮器部から前記混合器アセンブリへ搬送する工程と、
   前記冷媒ガスを前記蒸発器部から前記混合器アセンブリへ搬送する工程と、
   ２相冷媒混合物を生成するため、前記搬送工程からの前記冷媒ガスと前記冷媒液を混合すべく前記混合器アセンブリを使用する工程と、
   前記回転子アセンブリの２相冷却を提供するために前記ガス液冷媒混合物を前記回転子アセンブリの流路に通過させる工程と
   を備える方法。
10. 請求項９記載の方法において、
    前記供給工程において供給される遠心圧縮機アセンブリは、更に、前記凝縮器部と動作可能に連結される固定子アセンブリを含み、固定子アセンブリは、それと動作可能に連結された冷却通路を形成する構造体を含み、前記方法は、更に、前記固定子アセンブリを冷却するために前記冷媒液を前記凝縮器部から前記固定子アセンブリの前記冷却通路へと搬送する工程を含む方法。

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