JPH08509802A - ゼロ過熱冷凍圧縮システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多段遠心圧縮は流入口部分と圧縮部分を有するケーシングにより構成される。流入口部分はガス状冷媒を受けるように蒸発器に流体的に連結された流入開口を有する。流入口部分と圧縮部分の各々はそこを通る複数のガス流路を有する。圧縮部分は流入開口を有するケーシングの端部に対向するケーシングの端部に配置された流出開口を有する。電動モータ組立体がモータ組立体により放出された熱を流入開口を通って入るガス状冷媒に伝達するようにケーシングの流入口部分に配設される。流入開口に流れるガス状冷媒はモータ組立体を冷却するようにモータ組立体を通過しかつその回りを通る。ガス状冷媒はガス状冷媒中のいかなる液体も蒸発させそれにより蒸発器がゼロ過熱レベルで作動できるようにモータ組立体により放出された熱によって熱せられる。シャフトがケーシングにケーシングの軸と同軸状に配置される。シャフトはモータ組立体と回動自在に係合される。第１ロータが圧縮部分に配置されそして第１遠心圧縮段を設けるようにシャフトに取り付けられる。第１圧縮段は流入口部分のガス流路に流体的に連結される。第２ロータが圧縮部分に配置されそして第２遠心圧縮段を設けるようにシャフトに取り付けられる。第２遠心圧縮段は第１遠心圧縮段に流体的に連結される。第２遠心段は第１圧縮段と流出開口の間にある。第２遠心圧縮段は流出開口に流体的に連結される。

Description

【発明の詳細な説明】 ゼロ過熱冷凍圧縮システム技術分野 本発明は総体的に空気調和用圧縮器システムに関し、特に、ガス状冷媒が名目 上のゼロ過熱レベル（zero superheat level）で入るよう作動するように設計さ れた多段遠心圧縮器に関する。背景技術 現在、全てのタイプのシステム、最も典型的には、自動車のシステムに組み込 むのに十分かつ可能な小さな寸法の遠心圧縮器が希求されている。このような小 型の遠心圧縮器を実現するには、典型的にピストン、ベーンまたはスクロール圧 縮器を採用する従来の冷凍システムにおいて遭遇するものよりもより低い蒸気圧 とより高い比容積を有する冷媒を使用することが必要である。更に、最近の世界 的警告およびオゾン破壊の問題における環境問題により生まれた国際的な法律制 定は、数十億ドル規模の空気調和／冷凍産業における使用を含むフレオンの廃止 を命令している。Ｒ１３４（自動車産業において広く用いられているＲ１２の代 替品）のような環境的により有益な指針を有する代用冷媒が、周知の空気調和／ 冷凍システムに使用するよう提案されている。Ｒ１３４のような最近開発された 冷媒は、従来のＲ１２およびＲ２２液よりも非常に高い比容積を有する。しかし ながら、このような最近開発された冷媒を使用するには、圧縮器でより高い作動 圧力比を必要とするものであり、それは１段の遠心圧縮段では容易に達成するこ とができないものであった。典型的に、周知の圧縮器システムは２段の遠心段と 該２段間に介在する電動モータとを用いている。このようなシステムは米国特許 第２,７９３,５０６号、第３,８５９,８１５号および第４,１０５,３７２号に開 示されている。冷媒は第１または低圧圧縮段に入り、そこで部分的に圧縮される 。部分的に圧縮されたガス状冷媒は次いでディフューザを通過して、スクロール に集められる。次いで、ガス状冷媒は外部管を介して第２または高圧圧縮段の 流入口に入り、そこで圧縮が完成される。それはこれらのシステムにおいて重要 な欠点である。ガス状冷媒をスクロールに集めるときおよび低圧圧縮段の外部管 を介して高圧圧縮段の流入口にガス状冷媒を移送するときに重大な流体力学的損 失を招くことが判明した。これらの流体力学的損失は冷凍サイクルの成績係数（ ＣＯＰ）の崩壊時に現れる。 加えて、周知のシステムでは、モータ組立体は、典型的に、凝縮器から少量の 液状冷媒を取り出してモータ組立体の流路に放出することによって冷却される。 モータ組立体の気化熱は必要な冷却を供給する。しかしながら、冷凍サイクルの ＣＯＰの崩壊は、ガス状冷媒が圧縮器の中間段階または圧縮器の下流側の位置で ガス状冷媒の主流に戻るときに発生することが判明した。互換的には、ガス状冷 媒は、蒸発器の流出口と圧縮器の流入口を連結する吸込みラインに噴き戻される ことができる。見掛け上、このことはそのサイクルにおける必要な過熱を増大さ せることを現しており、かくして、冷凍サイクルにおける崩壊を生じない。しか しながら、このタイプのサイクルにおける圧縮器流入口は準大気圧であるので、 蒸発器と圧縮器流入口の間の吸込みラインは過剰な流入口圧力損失を避けるため に非常に短くなければならないことが判明した。その結果、蒸発器と圧縮器は接 近して連結されねばならず、それにより、圧縮器流入口歪みによる追加損失を招 くことなしにこの位置でこの稼働済の冷媒をシステムに噴出することを非常に困 難にしている。 周知の遠心圧縮器は典型的にＤＣ（直流）または低周波数のＡＣ（交流）電動 モータを利用している。しかしながら、自動車の性能は重く大きなこれらのモー タによって不利に影響されていることが判明した。 低圧圧縮段から高圧圧縮段への冷媒の移行を遂行するために移送管を用いるこ とは、圧縮器システムの設計幾何学および自動車エンジンのようなその他のシス テムへのその集成に関して重大な制限を強いることがまた判明した。このような 制限は、主空気調和構成要素を自動車中心線上または実質的にその近傍に指定す る自動車産業の設計基準に逆行するものである。それ故、左側／右側駆動可能性 を有する圧縮器システムは周知システムの設計幾何学をシステムに好適である。 前述した米国特許に開示されたシステムのための実質的に円筒形の輪郭形状を設 計することは可能であるが、しかしながら、圧縮器の直径は非常に増大すること になる。加えて、このような輪郭形状において相対的に大きな湿潤表面領域が受 け入れ難い高圧損失の一因となり、かくして、冷凍サイクルに有害な影響を生じ る。 最後に、周知の圧縮器は、液体を含むガス状冷媒が圧縮段に入るのを容認する 。周知のシステムにおいて、このためだけの対策が、蒸発器をゼロ過熱レベルよ りも非常に高いレベルで作動させている。しかしながら、このことは、エネルギ ー非能率の対策であるので、システム全体の性能を下げてしまう。 それ故、本発明の目的は、従来技術の問題を留意して、系列的に配列された２ 段の遠心圧縮段を有する新規かつ改良された遠心圧縮器を提供することにある。 本発明の別の目的は、従来の圧縮器より小さな寸法である新規かつ改良された 遠心圧縮器を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、電動モータ組立体が蒸発器により放出されたガス状 冷媒によって直接冷却される新規かつ改良された遠心圧縮器を提供することにあ る。 本発明の別の目的は、対流および伝導の過程がいかなる液状冷媒をもなくすよ うに流入ガス状冷媒を熱するように用いられ、それにより蒸発器がゼロ過熱レベ ルで作動できる新規かつ改良された遠心圧縮器を提供することにある。 本発明の別の目的は、圧縮器の幾何学的形状が自動車の中心線上または実質的 にその近傍の位置で自動車エンジンシステムに組み込むのを可能にする新規かつ 改良された遠心圧縮器を提供することにある。発明の開示 上述の目的並びに当業者にとって明らかとなるその他の目的は、冷凍システム の作動方法を示唆する本発明において達成され、それは次の工程から構成される 。 (a) 冷媒が見掛け上ゼロ過熱レベルでそこから流れる蒸発器を備え付け、 (b) 流入口部分と圧縮部分とを有する気密ケーシングにより構成される遠心 圧縮器を備え付け、流入口部分がガス状冷媒を受けるために蒸発器に流体的に （gaseously）連結された流入開口を有し、流入口部分および圧縮部分の各々が そこを通る複数のガス流路を有し、圧縮部分が流入開口を有するケーシングの端 部に対向するケーシングの端部に位置された流出開口を有し、電動モータ組立体 がケーシングの流入口部分内に配置され、シャフトがケーシング内にケーシング の軸と同軸状に配設されかつ回動自在にモータ組立体に係合され、少なくとも１ つの遠心圧縮段が流入口部分と流出開口に流体的に連結され、圧縮段が駆動可能 にシャフトに係合されかつ流入口部分と流出開口の間にあり（intermediate）、 (c) 冷媒ガスを流入口部分内とモータ組立体の回りに流し、 (d) モータ組立体を冷却し、ガス状冷媒中のいかなる液体をも蒸発させて蒸 発器がゼロ過熱レベルで作動できるようにし、そしていかなる液体をも含むガス 状冷媒が圧縮段に入るのを防止するために、流入口部分を流れるガス状冷媒にモ ータ組立体により放出された熱を伝達し、 (e) ガス状冷媒を流入口部分から遠心圧縮段に吸い込んで導き入れ、 (f) ガス状冷媒を圧縮段内で遠心圧縮し、そして (g) 圧縮されたガス状冷媒を圧縮段から流出路に導き出す（exducing）。 関連した観点において、本発明は冷凍システムの作動方法を企図しており、そ れは次の工程から構成される。 (a) 冷媒が見掛け上ゼロ過熱レベルでそこから流れる蒸発器を備え付け、 (b) 流入口部分と圧縮部分とを有する気密ケーシングにより構成される遠心 圧縮器を備え付け、流入口部分がガス状冷媒を受けるために蒸発器に流体的に連 結された流入開口を有し、流入口部分および圧縮部分の各々がそこを通る複数の ガス流路を有し、圧縮部分が流入開口を有するケーシングの端部に対向するケー シングの端部に位置された流出開口を有し、電動モータ組立体がケーシングの流 入口部分内に配置され、複数のベーンがケーシングとモータ組立体の間にある流 入口部分内に配置されそしてモータ組立体との熱伝導関係を設けかつベーン間に 複数のガス流路を画定するためにモータ組立体に接触し、シャフトがケーシング 内にケーシングの軸と同軸状に配設されかつ回動自在にモータ組立体に係合され 、第１ロータが圧縮部分内に配置されて第 １遠心圧縮段を設けるようにシャフトに取り付けられ、第１圧縮段が流入口部分 のガス流路に流体的に連結され、そして第２ロータが圧縮部分内に配置されて第 ２遠心圧縮段を設けるようにシャフトに取り付けられ、第２圧縮段が第１遠心圧 縮段に流体的に連結され、第１遠心圧縮段と流出開口の間にありそして流出開口 に流体的に連結され、 (c) 冷媒を流入口部分内とモータ組立体の回りに流し、 (d) モータ組立体により放出された熱をベーンに伝導によって伝達し、 (e) モータ組立体を冷却するためにベーン間を流れるガス状冷媒にベーンの 熱を対流によって伝達し、蒸発器がゼロ過熱レベルで作動できるようにガス状冷 媒中のいかなる液体も蒸発し、そしていかなる液体をも含むガス状冷媒が第１お よび第２圧縮段に入るのを防止し、 (f) ガス状冷媒を流入口部分から第１遠心圧縮段に吸い込んで導き入れ、 (g) ガス状冷媒を第１圧縮段内で遠心圧縮し、 (h) 圧縮されたガス状冷媒を第１圧縮段から流出路に導き出し、 (i) 第１圧縮段から導き出される圧縮されたガス状冷媒を第２圧縮段に吸い 込んで導き入れ、 (j) 圧縮されたガス状冷媒を第２圧縮段内で遠心圧縮し、そして (k) 二重に遠心圧縮されたガス状冷媒を圧縮部分の流出路に導き出す。 別の観点において、本発明は多段遠心圧縮器を企図しており、それは流入口部 分と圧縮部分を有するケーシングにより構成される。流入口部分は、ガス状冷媒 を受容するために蒸発器に流体的に連結された流入開口を有する。流入口部分お よび圧縮部分の各々はそこを通る複数のガス流路を有する。圧縮部分は、流入開 口を有するケーシングの端部に対向するケーシングの端部に配置された流出開口 を有する。電動モータ組立体は、モータ組立体により放出された熱が流入開口を 通って入るガス状冷媒に伝達されるのを防止するために、ケーシングの流入口部 分内に配置される。流入開口を流れるガス状冷媒はモータ組立体を冷却するため にモータ組立体およびその回りを通過する。ガス状冷媒は、ガス状冷媒中のいか なる液体も蒸発させねことによって蒸発器がゼロ過熱レベルで作動できるように 、モータ組立体により放出された熱によって熱せられる。シャフトがケーシン グ内にかつケーシングの軸と同軸状に配設される。シャフトはモータ組立体に回 転自在に係合される。第１ロータが圧縮部分内に配置されそして第１遠心圧縮段 を設けるようにシャフトに取り付けられる。第１圧縮段は流入口部分のガス流路 に流体的に連結される。第２ロータが圧縮部分内に配置されそして第２遠心圧縮 段を設けるようにシャフトに取り付けられる。第２遠心圧縮段は第１遠心圧縮段 に流体的に連結される。第２遠心段は第１圧縮段と流出開口の間にあり、そして 流出開口に流体的に連結される。 また別の観点において、本発明は多段遠心圧縮器を企図しており、それは流入 口部分と圧縮部分を有するケーシングにより構成される。流入口部分は、ガス状 冷媒を受けるために、蒸発器に流体的に連結された流入開口を有する。流入口部 分および圧縮部分はそこを通る複数のガス流路を有する。圧縮部分は、流入開口 を有するケーシングの端部に対向するケーシングの端部に位置された流出開口を 有する。電動モータ組立体が、流入開口にはいるガス状冷媒にモータ組立体によ り放出された熱を伝達するために、ケーシングの流入口部分内に配置される。複 数のベーンがケーシングとモータ組立体の間にある流入口部分内に配設される。 ベーンはケーシングの内壁に取り付けられそしてそこから放射状に延びる。ベー ンは、モータ組立体との熱伝導関係を設けそしてベーン間に複数のガス流路を画 定するために、モータ組立体に接触する。シャフトがケーシングの軸と同軸状に ケーシング内に配置される。シャフトはモータ組立体に回動自在に係合される。 第１ロータが圧縮部分内に配置されそして第１遠心圧縮段を設けるようにシャフ トに取り付けられる。第１圧縮段は流入口部分のガス流路に流体的に連結される 。第２ロータが圧縮部分内に配置されそして第２遠心圧縮段を設けるようにシャ フトに取り付けられる。第２遠心圧縮段は第１遠心圧縮段に流体的に連結される 。第２遠心圧縮段は第１遠心圧縮段と流出開口の間にある。第２遠心圧縮段は流 出開口に流体的に連結される。モータ組立体および複数のベーンは、流入開口に 入るガス状冷媒にモータ組立体により放出された熱の伝達を実施するのに共作動 し、それによりモータ組立体により放出された熱はベーンに伝導によって伝達さ れそしてベーンの熱はモータ組立体を冷却するためにベーン間を流れるガス状冷 媒に対流によって伝達され、蒸発器がゼロ過熱レベルで作動できるようにガ ス状冷媒中のいかなる流体も蒸発し、そして流体を含むガス状冷媒が第１および 第２圧縮段に入るのを防止する。図面の簡単な説明 本発明のより完全な理解のために、添付の図面と関連して述べる以下の説明を 参照することで行われ、そこにおいて、 図１は本発明の多段遠心圧縮器の平面図である。 図２は図１の線２-２に沿った正面断面図である。 図３は図１の線３-３に沿った正面図である。 図４は本発明の圧縮システムを用いた冷凍システムのブロック図である。発明を実施する態様 本発明の圧縮器システムは、概略、米国特許第５,２０３,１７９号に開示され た空気調和／冷凍制御システムを利用するものであり、本説明においてその開示 内容は参照として組み込まれている。図１を参照すると、本発明の２段遠心冷凍 圧縮器４はケーシング１０に囲まれている。好適な実施例において、ケーシング １０はアルミニウムで作成される。しかしながら、ステンレス鋼のようなその他 の非腐食性金属もまた利用できる。ケーシング１０の全体的な幾何学的形状は実 質的に円筒状である。圧縮器４は流入口８と圧縮部分６とから構成される。流入 路５が蒸発器（図示なし）に流体的に連結されそしてガス状冷媒を受けとる。電 動モータ組立体１７が圧縮器４の流入口部分８内に配置される。モータ組立体１ ７は高周波、高速度モータである。７５,０００ＲＰＭ（毎分回転数）のような 必要な高速度を得るために、ブラシを用いずに、３７５０Ｈzでの高周波電力が モータに供給される。高周波電力は高周波の機械的駆動発電機かまたは適当なイ ンバータのいずれかから得ることができる。モータは冷凍雰囲気中で作動するの で、回転シャフトのシールは必要でない。モータ組立体１７はハウジング１６、 ステータ区域１８ａ,１８ｂおよびロータ２０から構成される。ロータ２０は細 長いシャフト２２の回りで回動する。シャフト２２は軸受け２１ａおよび２１ｂ に連結して係合されそして実質的にケーシング１０の全長まで延びる。軸受け２ １ａはモータ組立体１７内に配置される。 図２を参照すると、固定ベーン１２がモータ組立体ハウジング１６とケーシン グ１０の内壁１３の間に介在される。ベーン１２は内壁１３に取り付けられてそ こから放射状に延びる。ベーン１２はモータ組立体１６との熱伝導関係を設ける ためにモータ組立体１６に接触する。好適な実施例において、ベーン１２の長手 方向軸はケーシング１０の軸に実質的に平行である。ガス流路１４がベーン１２ 間に形成される。ベーン１２は、好ましくは、高温ガスおよび／または高熱流雰 囲気にさらされる冷却機体（cooled airframe）および推進（propulsion）シス テムのために特に設計された多層の軽量多孔性金属であるラミロイ（Lamilloy、 商標）から作成される。ラミロイ（商標）は、中間金属（intermatalic）および 単一結晶合金と同様に鉄、コバルトおよびニッケルをベースとする合金のような 多くの異なった材料で設計されて作成されたものである。 本発明の本発明の１つの目的は、モータの冷却と蒸発器から流入路５に流れる ガス状冷媒からの液体の除去を同時に行うことを満足することである。このよう なガス状冷媒からの液体の除去は蒸発器がゼロ過熱レベルで作動するのを可能に する。このことは、ガス流路１５ａからガス流路１４に流入するガス状冷媒にモ ータ組立体から熱を伝達することにより達成される。モータ組立体１７から放出 された熱は、(1)伝導と(2)対流の手段から構成される２つの手段を介してガス状 冷媒に伝達される。伝導は直接接触した２つの部分間の熱の伝達として画定され る。図２を参照すると、圧縮器４の作動中、ロータ２０およびステータ１８ａ, １８ｂは熱を放出する。ロータ２０により方失される熱は輻射し、それ故、ハウ ジング１６およびステータ区域１８ａ,１８ｂを熱する。ステータ区域１８ａお よび１８ｂは熱伝導関係を設けるようにハウジング１６に接触する。ステータ区 域１８ａ,１８ｂにより放出された熱、並びにロータ２０からステータ区域１８ ａ,１８ｂに伝達された熱はハウジング１６に伝導によって伝達される。ハウジ ング１６の熱は伝導によってベーン１２に伝達され、それによりベーン１２を熱 する。ベーン１２の熱はベーン１２により形成された流路１４を流れるガス状冷 媒に対流によって伝達される。ベーン１２の熱のガス状冷媒への伝達は、 (1) モータ組立体１７を冷却すること、 (2) ガス状冷媒中のいかなる液体も蒸発し、それにより蒸発器をゼロ過熱レ ベルで作動できるようにすること、 (3) 液体を含むガス状冷媒が圧縮器４の圧縮部分６に入るのを防止すること の３つの目的を達成する。 上述した熱伝達手段は、蒸発器内で完全に蒸発されなかったガス状冷媒中のい かなる残留液体をも蒸発する副次的な蒸発手段として作用する。かくして、液体 を含まないガスが圧縮部分６に入り、そして蒸発器はゼロ過熱レベル以上で作動 されることはない。 一旦ガス状冷媒がガス流路１４を通過すると、ガスはベーン１２の下流側にあ るガス流路１５ｂを通って流れる。図１を参照すると、ロータ２４は圧縮部分６ 内に配置されそして第１遠心圧縮段を設けるようにシャフト２２に取り付けられ る。空隙３６はシャフト２２の回りでのロータ４４の回転を助長する。ロータ２ ４は軸受け２８に組となって係合される。ロータ２４はガス接触（gas-facing） 面２５を有し、その上にはガス接触面２５全体に延びる渦巻誘導エーロフォイル （volute inducer airfoil）３０と、誘導エーロフォイル３０と部分的に同空間 にわたる反動（exducer）エーロフォイル３２を画定する。図３を参照すると、 誘導エーロフォイル３０は、ガス接触面２５全体に（端縁２５ａから端縁２５ｃ まで）延びる主ブレート４６により構成される。反動エーロフォイル３２は、ガ ス接触面２５の中間位置２５ｂから端縁２５ｃまで延び、かくしてエーロフォイ ル３０と部分的に同空間にわたる分割ブレード４８により構成される。好適な実 施例において、誘導ブレードの数の反動ブレードの数との比は２対１（２／１） である。誘導エーロフォイル３０は流路１５ｂから第１圧縮段にガス状冷媒を吸 い込んで導き入れる。反動エーロフォイル３２は遠心圧縮されたガス状冷媒を空 隙３５を介して案内ベーン３７に出す。ベーン３７は、第１圧縮段を離れてガス 流路３９に入るガス状冷媒の流れにおける乱流を取り除く。 ロータ２６は圧縮部分６に配置されそして第２遠心圧縮段を設けるようにシャ フト２２に取り付けられる。空隙４４がシャフト２２の回りでのロータ２６の回 転を助長する。ロータ２６は、その上にガス接触面２７を有し、その上にはガス 接触面２５全体に（端縁２７ａから端縁２７ｃまで）延びる渦巻誘導エーロフォ イル３８と、ガス接触面の中間位置２７ｂから端縁２７ｃに延びる反動エーロフ ォイル４０を画定する。かくして、エーロフォイル４０は誘導エーロフォイル３ ８と部分的にだけ同空間にわたる。図３はロータ２４の正面図であるが、図３は またロータ３６の正面図を表している。しかしながら、ロータ２６の直径はロー タ２４の直径よりも小さい。ロータ２４と同様に、誘導エーロフォイル３８は一 組の主ブレードにより構成されそして反動エーロフォイル４０は一組の分割ブレ ードにより構成される。主ブレードの数の分割ブレードとの比は２対２（２／１ ）である。誘導エーロフォイル３８は流路３９から第２圧縮段にガス状冷媒を吸 い込んで導き入れる。反動エーロフォイル４０は二重に遠心圧縮されたガス状冷 媒を空隙４１および案内ベーン４２を介して出す。ベーン４２は、第２圧縮段を 離れてガス流路４３に入るガス状冷媒の流れ中の乱流を取り除く。二重に圧縮さ れたガス状冷媒は流出ノズル３４を介してガス流路４３に流出する。 図４は本発明の圧縮器を用いた空気調和／冷凍システムの総体的なブロック図 である。冷媒はライン５０を通って凝縮器５２に流れ、そこにおいて冷却されて 液化される。冷却されて液化された冷媒はライン５４を通って可変膨張弁５６に 流れる。弁５６は、ガス状態で蒸発器５８を出るときに冷媒の所望の過熱を維持 するために、冷媒の流量率を制御する。ガス状冷媒はライン６０を通って蒸発器 ５８を離れ、まず流入口部分８に入ることで圧縮器４に流入する。前述した伝導 および対流の工程を通して、ガス状冷媒が圧縮器４の圧縮部分６に入る前にガス 状冷媒に含まれるいかなる液体も取り除かれる。このガス状冷媒からいかなる液 体をも取り除くことは、副次的な蒸発工程として作用する。それ故、弁５６は、 蒸発器５８がゼロ過熱レベルで作動できるように設定され得る。液体のないガス 状冷媒は次いで、規則的な系列をなす遠心圧縮段６２および６４から構成された 圧縮部分６に流れる。 かくして、前述の目的は、 (a) ケーシング１０内に配設されそれにより外付けの移送およびバイパス管 または配管の必要性を排除する、２つの規則的な系列をなして配列された遠心圧 縮段を利用し、 (b) 軽量の高周波および高速モータ組立体１７を用いることにより軽量およ び 小型であり、 (c) 凝縮器から液状冷媒を抜き出すことなしにモータの冷却を行わせ、 (d) 流入口部分８におけるガス状冷媒の流れからいかなる液体も取り除き、 それにより圧縮部分６にいかなる液体も入り込むのを防止しそして蒸発器５８が ゼロ過熱レベルで作動するのを可能にし、そして (e) 幾何学的設計および、自動車システムへの圧縮器４の組込みを容易にし かつ自動車中心線上または実質的にその近傍への配設を可能にする左側／右側駆 動の可能性を有する 圧縮器４によって達成される。 かくして、前述の目的および上述の説明から明らかとなったその他の目的は、 効果的に達成され、そして本発明の主旨および範囲から逸脱することなしにある 程度の変更が上述の構成に行われ得るので、上述の説明に含まれたまたは添付の 図面に示された全ての事項は例示として解釈されるべきであって限定を意図する ものではない。 本発明が例示されそしてなにが最も実際的および好適な実施例であると考える のかについて説明されたが、多くの変更が可能でありそして本発明の範囲内にあ ることが認識され、それ故、添付の請求の範囲は全ての等価の範囲に権利を有す るものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 部分に配置されそして第２遠心圧縮段を設けるようにシ ャフトに取り付けられる。第２遠心圧縮段は第１遠心圧 縮段に流体的に連結される。第２遠心段は第１圧縮段と 流出開口の間にある。第２遠心圧縮段は流出開口に流体 的に連結される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次の工程からなることを特徴とする冷凍システムの作動方法。 (a) 冷媒が表面上ゼロ過熱レベル（zero superheat level）でそこから流れ る蒸発器を備え付け、 (b) 流入口部分と圧縮部分とを有する気密ケーシングにより構成される遠心 圧縮器を備え付け、流入口部分がガス状冷媒を受けるように蒸発器に流体的に（ gaseously）連結された流入開口を有し、流入口部分および圧縮部分の各々がそ こを亨複数のガス流路を有し、圧縮部分が流入開口を有するケーシングの端部に 対向するケーシングの端部に位置された流出開口を有し、電動モータ組立体がケ ーシングの流入口部分に配置され、シャフトがケーシングにケーシングの軸と同 軸状に配設されかつ回動自在にモータ組立体に係合され、少なくとも１つの遠心 圧縮段が流入口部分と流出開口に流体的に連結され、圧縮段が駆動可能にシャフ トに係合されかつ流入口部分と流出開口の間にあり（intermediate）、 (c) 冷媒ガスを流入口部分とモータ組立体の回りに流し、 (d) モータ組立体を冷却し、ガス状冷媒中のいかなる液体をも蒸発させて蒸 発器がゼロ過熱レベルで作動できるようにし、そしていかなる液体をも含むガス 状冷媒が圧縮段に入るのを防止するように、流入口部分を流れるガス状冷媒にモ ータ組立体により放出された熱を伝達し、 (e) ガス状冷媒を流入口部分から遠心圧縮段に吸い込んで導き入れ、 (f) ガス状冷媒を圧縮段で遠心圧縮し、そして (g) 圧縮されたガス状冷媒を圧縮段から流出路に導き出す（exducing）。 ２．前記ケーシングとモータ組立体の間にある流入口部分に配置された複数のベ ーンにより更に構成され、該ベーンは、モータ組立体と熱伝導関係を設けそして ベーン間に複数のガス流路を画定するように、モータ組立体と接触することを特 徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記工程(d)は更に次の工程から構成されることを特徴とする請求項２記載 の方法。 (a) モータ組立体により放出された熱はベーンに伝導によって伝達され、 (b) ベーンの熱はベーン間を流れるガス状冷媒に対流によって伝達される。 ４．前記流入口部分および圧縮段のガス流路は、ケーシングに外付けされる移送 管を用いることなしに、ケーシングの位置で相互に流体的に直接連結されること を特徴とする請求項１記載の方法。 ５．前記ケーシングは実質的な円筒形状を有することを特徴とする請求項１記載 の方法。 ６．各々がシャフトの対応する端部と連結して係合され、圧縮段およびモータ組 立体がその間にあるような手段でケーシングに配列される１対の軸受けを更に備 えることを特徴とする請求項１記載の方法。 ７．前記流入開口に入りそして流出開口を出るガス状冷媒の流れの方向はケーシ ングの軸と実質的に平行であることを特徴とする請求項１記載の方法。 ８．前記蒸発流路はケーシングに軸対称に（axisymmetrically）形成されること を特徴とする請求項７記載の方法。 ９．前記ベーンの長手方向軸はケーシングの軸と実質的に平行であることを特徴 とする請求項８記載の方法。 10．前記圧縮段は圧縮部分に配置されそして遠心圧縮段を設けるようにシャフト に取り付けられたロータにより構成されることを特徴とする請求項１記載の方法 。 11．次の工程から構成されることを特徴とする冷凍システムの作動方法。 (a) 冷媒が表面上ゼロ過熱レベルでそこから流れる蒸発器を備え付け、 (b) 流入口部分と圧縮部分とを有する気密ケーシングにより構成される遠心 圧縮器を備え付け、流入口部分がガス状冷媒を受けるように蒸発器に流体的に連 結された流入開口を有し、流入口部分および圧縮部分の各々がそこを亨複数のガ ス流路を有し、圧縮部分が流入開口を有するケーシングの端部に対向するケーシ ングの端部に位置された流出開口を有し、電動モータ組立体がケーシングの流入 口部分に配置され、複数のベーンがケーシングとモータ組立体の間にある流入口 部分に配置されそしてモータ組立体との熱伝導関係を付与しかつベーン間に複数 のガス流路を画定するようにモータ組立体に接触 し、シャフトがケーシングにケーシングの軸と同軸状に配設されかつ回動自在に モータ組立体に係合され、第１ロータが圧縮部分に配置されて第１遠心圧縮段を 設けるようにシャフトに取り付けられ、第１圧縮段が流入口部分のガス流路に流 体的に連結され、そして第２ロータが圧縮部分に配置されて第２遠心圧縮段を設 けるようにシャフトに取り付けられ、第２圧縮段が第１遠心圧縮段に流体的に連 結され、第１遠心段と流出開口の間にありそして流出開口に流体的に連結され、 (c) 冷媒を流入口部分とモータ組立体の回りに流し、 (d) モータ組立体により放出された熱をベーンに伝導によって伝達し、 (e) モータ組立体を冷却するようにベーン間を流れるガス状冷媒にベーンの 熱を対流によって伝達し、蒸発器がゼロ過熱レベルで作動できるようにガス状冷 媒中のいかなる液体も蒸発し、そして液体を含むガス状冷媒が第１および第２圧 縮段に入るのを防止し、 (f) ガス状冷媒を流入口部分から第１遠心圧縮段に吸い込んで導き入れ、 (g) ガス状冷媒を第１圧縮段で遠心圧縮し、 (h) 圧縮されたガス状冷媒を第１圧縮段から流出路に導き出し、 (i) 第１圧縮段から導き出される圧縮されたガス状冷媒を第２圧縮段に吸い 込んで導き入れ、 (j) 圧縮されたガス状冷媒を第２圧縮段で遠心圧縮し、そして (k) 二重に遠心圧縮されたガス状冷媒を圧縮部分の流出路に導き出す。 12．流入口部分と圧縮部分を有するケーシングであって、流入口部分がガス状冷 媒を受容するように蒸発器に流体的に連結された流入開口を有し、流入口部分お よび圧縮部分の各々がそこを通る複数のガス流路を有し、圧縮部分が流入開口を 有するケーシングの端部に対向するケーシングの端部に配置された流出開口を有 することと、 流入開口を通って入るガス状冷媒にそこから放出された熱の伝達を行うよう にケーシングの流入口部分に配設される電動モータ組立体であって、それにより 流入開口を流れるガス状冷媒がモータ組立体を冷却するようにモータ組立体内お よびその回りを通り、ガス状冷媒中に残されたいかなる液体も蒸発させて 蒸発器がゼロ過熱レベルで作動できるようにモータ組立体により放出された熱に よってガス状冷媒が熱せられることと、 ケーシングにかつケーシングの軸と同軸状に配置され、モータ組立体と回動 自在に係合されるシャフトと、 圧縮部分に配置されそして第１遠心圧縮段を設けるようにシャフトに取り付 けられる第１ロータであって、第１圧縮段が流入口部分のガス流路に流体的に連 結されることと、そして 圧縮部分に配置されそして第２遠心圧縮段を設けるようにシャフトに取り付 けられる第２ロータであって、第２遠心圧縮段が第１遠心圧縮段に流体的に連結 され、第１遠心圧縮段と流出開口の間にあり、そして流出開口に流体的に連結さ れること とから構成されることを特徴とする多段遠心圧縮器。 13．前記流入口部分および第１圧縮段のガス流路はケーシングに外付けされた移 送管を用いることなしにケーシング内の位置で相互に流体的に直接連結され、そ して第１圧縮段および第２圧縮段はケーシングに外付けされた移送管を用いるこ となしにケーシング内の位置で相互に流体的に直接連結されることを特徴とする 請求項１２記載の多段遠心圧縮器。 14．前記ケーシングは実質的な円筒形状を有することを特徴とする請求項１２記 載の多段遠心圧縮器。 15．各々がシャフトの対応する端部に連結して係合される１対の軸受けを更に備 え、該軸受けはロータおよびモータ組立体がその間にあるような手段でケーシン グに配列されることを特徴とする請求項１２記載の多段遠心圧縮器。 16．前記流入開口に入りそして流出開口を出るガス状冷媒の流れの方向はケーシ ングの軸と実質的に平行であることを特徴とする請求項１２記載の多段遠心圧縮 器。 17．前記ガス流路はケーシングに軸対称に形成されることを特徴とする請求項１ ６記載の多段遠心圧縮器。 18．前記ケーシングとモータ組立体の間にある流入口部分に配置された複数のベ ーンを更に備え、該ベーンはケーシング内壁に取り付けられかつそこから放射 状に延び、モータ組立体と熱伝導関係を設けそしてベーン間に複数のガス流路を 画定するようにモータ組立体に接触し、ベーン間のガス流路を循環するガス状冷 媒は伝導および対流の熱伝達手段によって熱せられ、それによりモータ組立体か ら放出された熱はベーンに伝導によって伝達されそしてベーンの熱はガス状冷媒 のいかなる液体も蒸発して蒸発器がゼロ過熱レベルで作動できるようにベーン間 を循環するガス状冷媒に対流によって伝達されることを特徴とする請求項１２記 載の多段遠心圧縮器。 19．前記ベーンの長手方向軸はケーシングの軸と実質的に平行であることを特徴 とする請求項１８記載の多段遠心圧縮器。 20．前記第１および第２ロータの各々はガス接触（gas-facing）面を有すること を特徴とする請求項１２記載の多段遠心圧縮器。 21．前記第１および第２ロータのガス接触面はガス接触面上に延びる渦巻誘導エ ーロフォイル（volute inducer airfoil）および誘導エーロフォイルと部分的に 同空間にわたる反動（exducer）エーロフォイルを画定し、それにより第１ロー タの誘導エーロフォイルはガス状冷媒を第１圧縮段に吸い込んで導きそして第１ ロータの反動エーロフォイルは遠心圧縮されたガス状冷媒を第２圧縮段に出し、 そして第２ロータの誘導エーロフォイルは第１圧縮段から出された遠心圧縮され たガス状冷媒を第２圧縮段に吸い込んで導き、そして第２圧縮段の反動エーロフ ォイルは二重に遠心圧縮されたガス状冷媒を圧縮部分の流出路に出すことを特徴 とする請求項２０記載の多段遠心圧縮器。 22．前記第１圧縮段を離れて流出路に入るガス状冷媒の流れ中の乱流を取り除く ために第１ロータの誘導エーロフォイルと第２遠心圧縮段の間に第１の複数の案 内ベーンを更に備えることを特徴とする請求項２１記載の多段遠心圧縮器。 23．前記第２圧縮段を離れて流出路に入るガス状冷媒の流れ中の乱流を取り除く ために第２圧縮段の反動エーロフォイルと圧縮部分の流出路の間に第２の複数の 案内ベーンを更に備えることを特徴とする請求項２２記載の多段遠心圧縮器。 24．流入口部分と圧縮部分を有するケーシングであって、流入口部分がガス状冷 媒を受容するように蒸発器に流体的に連結された流入開口を有し、流入口部分お よび圧縮部分の各々がそこを通る複数のガス流路を有し、圧縮部分が流入開 口を有するケーシングの端部に対向するケーシングの端部に配置された流出開口 を有することと、 流入開口に入るガス状冷媒にそれにより放出された熱の伝達を行うようにケ ーシングの流入口部分に配設される電動モータ組立体と、 ケーシングとモータ組立体の間にある流入口部分に配置される複数のベーン であって、該ベーンがケーシングの内壁に取り付けられかつそこから放射状に延 び、そしてモータ組立体とに熱伝導関係を設けかつベーン間に複数のガス流路を 画定するようにモータ組立体に接触することと、 ケーシングにかつケーシングの軸と同軸状に配置され、モータ組立体と回動 自在に係合されるシャフトと、 圧縮部分に配置されそして第１遠心圧縮段を設けるようにシャフトに取り付 けられる第１ロータであって、第１圧縮段が流入口部分のガス流路に流体的に連 結されることと、そして 圧縮部分に配置されそして第２遠心圧縮段を設けるようにシャフトに取り付 けられる第２ロータであって、第２遠心圧縮段が第１遠心圧縮段に流体的に連結 され、第１遠心圧縮段と流出開口の間にあり、そして流出開口に流体的に連結さ れること とから構成され、 前記モータ組立体および複数のベーンは流入開口に入るガス状冷媒へモータ 組立体から放出された熱を伝達するときに共作動し、それによりモータ組立体に より放出された熱が伝導によってベーンに伝達されそしてモータ組立体を冷却し 、ガス状冷媒のいかなる液体も蒸発するようにベーンの熱がベーン間を流れるガ ス状冷媒に対流によって伝達され、それにより蒸発器がゼロ過熱レベルで作動で き、そして液体微粒子を含むガス状冷媒が第１および第２圧縮段に入るのを防止 する ことを特徴とする多段遠心圧縮器。 25．前記流入口部分のガス流路と第１圧縮段はケーシングに外付けされる移送管 を用いることなしにケーシング内側の位置で相互に流体的に直接連結され、そし て第１および第２圧縮段はケーシングに外付けされる移送管を用いることなしに ケーシング内側の位置で相互に流体的に直接連結されることを特徴とする請求項 ２４記載の多段遠心圧縮器。 26．前記流入口部分および圧縮部分のガス流路は軸対称であることを特徴とする 請求項２４記載の多段遠心圧縮器。 27．１対の軸受けを更に備え、その各々はシャフトの対応する端部に連結して係 合され、該軸受けはロータとモータ組立体が軸受け間にあるような手段でケーシ ングに配列されることを特徴とする請求項２４記載の多段遠心圧縮器。 28．前記流入開口に入りそして流出開口を出るガス状冷媒の流れの方向はケーシ ングの軸と実質的に実質的に平行であることを特徴とする請求項２４記載の多段 遠心圧縮器。 29．前記ケーシングは実質的な円筒形状を有することを特徴とする請求項２４記 載の多段遠心圧縮器。 30．前記ベーンの長手方向軸はケーシングの軸と実質的に平行であることを特徴 とする請求項２４記載の多段遠心圧縮器。 31．前記第１および第２ロータの各々はガス接触面を有することを特徴とする請 求項２４記載の多段遠心圧縮器。 32．前記第１および第２ロータのガス接触面はガス接触面上に渦巻誘導エーロフ ォイルと、誘導エーロフォイルと部分的に同空間にわたる反動エーロフォイルを 画定し、それにより第１ロータの誘導エーロフォイルは冷媒ガスを第１圧縮段に 吸い込んで導きそして第１ロータの反動エーロフォイルは遠心圧縮されたガス状 冷媒を第２圧縮段に出し、そして第２ロータの誘導エーロフォイルは第１圧縮段 から出された遠心圧縮されたガス状冷媒を第２圧縮段に吸い込んで導き、そして 第２圧縮段の反動エーロフォイルは二重に遠心圧縮されたガス状冷媒を圧縮部分 の流出路に出すことを特徴とする請求項３１記載の多段遠心圧縮器。