JPS6045771B2 - 冷凍装置のためのモ−タ冷却回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮機のモータの回転子と固定子の間の間隙
内へ液体冷媒を通してモータを冷却するようにした、冷
媒により冷却される圧縮機モータを使用する冷凍装置に
関し、特にモータケーシングへの液体冷媒の流量を調整
する高圧切換弁を有するモータ冷却回路に関する。

ここに開示した型式の空調装置は、モータ駆動される多
段圧縮機と、蒸発器と、圧縮機の第１段に接続された第
１凝縮器と、圧縮機の次の段に接続された第２の加熱用
凝縮器とから成り、ビルジングの一部分に冷房（冷却）
を施し、それと併行してビルジングの他の部分に暖房（
加熱）を施すのに使用される。

冷房負荷を充足させなければならないときは、圧縮機の
第１段から吐出された冷媒蒸気が第１凝縮器へ送られて
液体に変換された後、蒸発器即ち冷却器へ通される。暖
房負荷を充足させる場合は、圧縮機の第２段から吐出さ
れた冷媒蒸気が第２凝縮器へ送られて凝縮し、加熱用媒
体に熱を与える。圧縮機の羽根車は電気モータによつて
回転される。このモータを冷却させるための冷却媒体と
して冷凍装置即ち空調装置の液体冷媒を利用する。即ち
、凝縮器からの液体冷媒をモータのケーシング内へ導入
し、モータの各構成部品から熱を吸収させる。上記のよ
うな冷凍装置においては、冷房負荷が大幅に減少し、一
方、暖房負荷が依然として大きい場合がある。

そのような作動条件においては、第１（冷却）凝縮器は
熱を放出せず、第１凝縮器内では冷媒蒸気は、殆んど、
あるいは全く凝縮されない。この状態では、冷媒はすべ
て圧縮機の第２段へ送給され、第２（暖房用）凝縮器へ
送られる。この作動条件では第１凝縮器からはモータへ
供給するための液体冷媒が得られない。従つて、モータ
冷却用冷媒は、第２凝縮器から、しかも自動的に得られ
るようにしなければならない。本発明の目的は、冷凍装
置において、該冷凍装置の実質的にどのような暖房負荷
条件下においても冷凍装置の凝縮機のモータへ該モータ
を冷凍するために十分な液体冷媒を供給することを保証
するモータ冷却回路を提供することてある。略述すれば
、この目的のために、本発明は、モータによつて駆動さ
れる多段圧縮機と、蒸発器と、冷房要求を充足するべく
前記蒸発器へ液体冷媒を供給するために前記圧縮機の第
１段に接続された第１凝縮器と、暖房要求を充足するべ
く加熱用媒体に熱を放出するために前記圧縮機の高圧の
第２段に接続された第２凝縮器とから成る冷凍装置にお
いて、前記圧縮機のモータを冷却するためのモータ冷却
回路であつて、前記第１凝縮器から延長した第１液体冷
媒供給導管と、前記第２凝縮器から延長した第２液体冷
媒供給導管と、該第１および第２液体冷媒供給導管から
液体冷媒を受取るように第１および第２液体冷媒供給導
管にそれぞれ接続された２つの入口を有し、冷媒を流出
させるための出口を有する切換弁と、前記モータへ液体
冷媒を供給するために該切換弁の出口を該モータに接続
する液体冷媒供給導管と、該冷媒をそれによつてモータ
冷却操作がなされた後冷凍装置へ戻すための導管とから
成り、前記切換弁は、前記２つの入口の間で移動自在に
該切換弁内に配設されたプラグを有し、該プラグは、前
記第１液体冷媒供給導管と第２液体冷媒供給導管のうち
より圧力の高いどちらか一方の液体冷媒供給導管の圧力
に応答して該一方の液体冷媒供給導管のための該切換弁
の一方の入口から離れて他方の入口に係合し、それによ
つて圧力が低い該他方の液体冷媒供給導管から該他方の
入口を通しての冷媒の流入を遮断し圧力が高い該一方の
液体供給導管から該一方の入口を通し前記出口を通して
前記液体冷媒供給導管へ液体冷媒を導くようになされて
いるモータ冷却回路を提供する。

第１図を参照すると、２段遠心圧縮機１０を備えた冷凍
装置が示されている。

圧縮機１０は、軸１４によつて該圧縮機に連結された電
気モータ１２によつて駆動される。圧縮機１０から凝縮
器１６へ冷媒を移送するために排出導管１８により圧縮
機を凝縮器に連結している。冷媒は、圧縮機の第１段２
０から凝縮器１６へ送られる。凝縮器１６は、屋外の冷
水タワーまたは他の供給源等から送給される水等の冷却
媒体を供給される管束２４を備えている。凝縮器１６か
らの液体冷媒は、蒸発器即ち冷却器３０へ供給され、そ
こから蒸気として吸込導管４４へ送られる。凝縮器１６
から冷却器３０へ流れる液体冷媒の流れを慣用の態様て
調整するためにフロート室３３内にフロート式調量弁３
１が設けられている。圧縮機１０は、吸込導管４４から
該圧縮機へ冷媒蒸気を調整するための入口案内羽根３８
のような容量制御手段を備えている。蒸発器３０は、冷
却された水を通すための管束３２を有している。凝縮器
１６の蒸気区域から圧縮機の第２段の入ロへ延びる冷媒
蒸気導管４０が設けられている。作動においては蒸気冷
媒は、すべて主段即ち第１段２０を通つてタワー凝縮器
１６（冷水タワーから冷却水の供給を受ける凝縮器）内
へ送られる。凝縮器からは、冷媒のうち加熱負荷を充足
させるのに必要とされる一部分が第２段へ通されて更に
高い圧力に圧縮され、導管４２を通つて暖房用凝縮器４
６へ送られる。暖房用凝縮器４６は、加熱用水を通すた
めの管束４８を備えている。凝縮器１６から圧縮機の第
２段２２へ冷媒蒸気の流量を冷房または暖房要求の大き
さに応じて制御するために、導管４０内に流れ制御部材
即ちダンパー弁６０が組入れられている。圧縮機の第２
段２２は、第２段から暖房用凝縮器４６への冷媒の流量
を制御するためのディフューザスリーブ弁６４のような
制御弁を備えている。弁６４は、第２段のディフューザ
（排出通路）を横切つて移動自在てあり、それによつて
冷凍装置の暖房回路を通る冷媒の流量を制御する。暖房
用凝縮器４６は、導管５４を介して冷却器３０に接続さ
れており、第２の排出導管６８を介して切換弁７０に接
続されている。切換弁７０は、凝縮器４６をモータ冷房
回路に接続するためのものである。導管５４に接続され
ている標準的なソレノイド弁６２は、装置が冷房たけの
作動モードに切換えられたとき冷却器３０へのバイパス
通路を設定する働きをする。暖房用凝縮器４６から冷却
器３０へ至る間で圧力降下を与えるために暖房冷媒回路
に固定オリフィス５６が設けられている。モータ１２へ
の冷却用液体冷媒の通路即ちモータ冷却回路を設定する
ために凝縮器１６から切換弁７０の側部連通口即ち入口
１０２へ延びる導管６６と、切換弁７０の出口１０４か
らモータ１２へ延長する導管７２と、液体冷媒によつて
モータが冷却された後モータから排出される蒸気冷媒を
蒸発器３０へ排出するためのドレン導管７３を設ける。
モータから排出される蒸気相の冷媒は液体冷媒より体積
が大きいのでドレン導管７３の径は、液体冷媒導管７２
の径より大きすることが好ましい。モータ１２は、駆動
軸１４に取付けられた回転子７４と、固定子７６を有す
る通常の構造のものである。モータ内には冷却用冷媒を
通す通路を設定するために多数の軸方向に延びる開口７
８が形成されている。第２および３図を参照して説明す
ると、三方切換弁７０は、第１図に示されるモータ冷却
回路の導管６６，６８に挿入自在の水平方向に延長した
筒状部分８２を備えている。

水平筒状部分８２は、冷媒を通流させるための真直ぐな
通路を形成する。水平筒状部分８２の中間部分に垂直上
向きに延びる筒状部分８４が連結されている。垂直部分
８４は、環状部材８６を介して水平部分８２に付設され
る。環状部材８６は、部分８２および８４に溶接または
その他の手段によつて固着することができる。水平部分
８２は、実質的に中空管てあり、通常長球または球体９
２の形としたプラグ即ち弁部材を受容するように構成さ
れている。水平部分８２の両側に設けられた２つの側部
連通口１００，１０２は、第１図に示される冷媒導管６
６，６８に連結するための入口を構成する。垂直部分８
４は、冷媒のための直線的通路を形成し、・冷媒流の出
口１０４を提供する。出口１０４は、第１図に示される
冷媒導管７２に連結される。弁７０の３つの連通口端は
、いずれも管継手に溶接してもよく、あるいは螺着させ
てもよく、あるいはそれらの連通口端にフランジ（図示
せず）を設・け、フランジを介して導管６６，６８，７
２にボルト止めしてもよい。真直ぐな水平筒状部分８２
内に２つの弁座８８，９０を装着する。これらの弁座は
、それぞれ球９２を受容する内部開口９４，９６を有し
ている。球９２は、２つの弁座８ノ８と９０の間に配置
され、水平部分８２の軸方向に流れる冷媒の流れによつ
て水平部分８２内で軸方向に前後に移動される。球９２
は、金属またはその他の任意の適当な材料て形成する。
球９２の断面積は、各弁座の開口９４，９６の断面積よ
り大きい。それによつて、球９２と弁座８８，９０との
間に緊密な係合が保証され、開口９４，９６を確実に閉
鎖する。水平部分８２には、垂直部分８４が接続されて
いる上側壁にスロット９８を形成する。このスロットは
、球９２が垂直部分８４内に進入するのを防止する大き
さとされている。切換弁７０は、タワー凝縮器１６また
は暖房用凝縮器４６から選択的に圧縮機のモータ１２へ
冷却用液体冷媒を通流させるために入口１００と１０２
を選択的に開放するように冷凍回路内に配置される。弁
７０の作動については後述する。冷凍装置内を循環する
冷媒は潤滑剤や塵埃等の何らかの汚染物を包含している
ことがある。

塵埃は、球９２が筒状部分８２を通る冷媒の流れによつ
て自由に浮動されるのを妨害する場合がある。球９２は
球形状てあるので、その軸方向の移動中球９２と水平部
分８２の内壁との間に第３図に符号Ａで示される遊隙が
設定される。この遊隙は、冷凍回路内に通常随伴される
塵埃が弁７０を通り抜けるのを可能にし、それによつて
球９２が筒状５体内に詰まることなく自由に軸方向に浮
動するのを可能にする。ここに示した冷凍装置において
は、エネルギーのうち暖房負荷を充足させるのに必要な
量だけが加熱用水に熱を与えるのに必要とされる高い温
度および圧力レベルにまで高められ、残りのエネルギー
は、通常の条件下てはタワー冷却水に対して放出される
。

即ち、すべての冷媒蒸気が圧縮機の主段２０を通つてタ
ワー凝縮器１６内へ入るが、そこから該冷媒のうち暖房
負荷を充足するのに必要とされる部分が第２段２２へ通
され、次いで暖房用凝縮器４６内へ送られる。主段即ち
第１段２０の容量は、管束２４から出てくる冷却水の温
度に応答して制御され、第２段即ち高圧段２２の容量は
、管束４８から出てくる温水の温度に応答して制御され
る。作動において、冷凍装置に対する冷却水（冷房）の
要求量が増大し、暖房要求量が非常に小さい場合、冷媒
蒸気が圧縮機の第１段２０からタワー凝縮器１６内へ排
出され、該凝縮器内において管束２４内の冷却用水と熱
交換関係におかれて液化し、液化した冷媒は凝縮器１６
からフロート室３３内へ排出され、そこから冷却器３３
へ送られる。

タワー凝縮器１６から冷却器３０内へ流出する冷媒の量
は、フロート弁３１によつて調整される。冷却器３０内
において管束３２内を通る水との熱交換によつて蒸発し
た冷媒蒸気は、冷却器３０から吸込導管４４を通して圧
縮機の案内羽根３８内へ送られ回路を完成する。第１図
にみられるように、暖房冷媒回路を通る冷媒の流れを調
整するために流れ制御部材即ちダンパー弁６０がディフ
ューザスリーブ弁６４と、ソレノイド弁６２に電気的に
接続されている。ダンパー弁６０およびディフューザス
リーブ弁６４は、暖房用凝縮器４６の管束４８に対する
暖房負荷に応じて開放位置と閉鎖位置の間て移動しうる
ように構成されている。管束４８から出ていく加熱水の
温度により暖房要求量が非常に小さいことが表示される
と、ダンパー弁６０およびディフューザスリーブ弁６４
は、閉鎖位置の方へ移動される。タワー凝縮器１６から
少量の冷媒蒸気が導管４０を通つて圧縮機の第２段２２
内へ流出し、第２段によつて圧縮されて導管４２を通し
て暖房用凝縮器４６へ送られる。凝縮器４６内て液化し
た液体冷媒は、導管５４，６８内へ流出する。この条件
下では、ダンパー弁６０に電気的に接続されている放出
用ソレノイド弁６２が開放されており、導管５４の冷媒
を直接冷却器３０へバイパスさせる。凝縮器４６からモ
ータ冷却用導管６８内へ排出される極く少量の冷媒は、
比較的低い圧力である。モータ冷却中モータ１２内のす
べての高温部分にまて冷媒を浸透させるためには冷媒を
比較的高い速度てモータ内を通さなければならない。し
かし、この条件下ては導管６８内の圧力および冷媒の流
量は、モータ冷却回路を通して十分な冷媒の流れを供給
するのには十分ではない。この条件下では、タワー凝縮
器１６からの高圧の液体冷媒の一部分が導管６６へ排出
され、切換弁７０の入口１０２へ送られる。導管６８内
の圧力は低いので、球９２は入口１０２からの高圧液体
冷媒の流れによつて連通口１００の方へ移動されて弁座
８８を開き、弁座９０を閉鎖する。球９２が移動されて
入口１０２が開放されると、モータ１２に通じる連通口
１０４および導管７２への流路が設定される。球９２が
連通口１０２を開放する方向に移動されるようにするた
めには、導管６６を通して弁７０に加えられるタワー凝
縮器１６内の圧力は、弁７０の反対側の連通口１００に
加えられる圧力より大きくなければならない。タワー凝
縮器１６内に形成された冷却用液体冷媒は、弁７０およ
び導管７２を通つてモータ１２のケーシング内へ流入す
る。モータケーシング内へ導入された液体冷媒は、各開
ロへ分配され、回転子および固定子を効果的に冷却する
。冷媒は、モータケーシング内の開口７８を通る際モー
タの各部から放出する熱を吸収し、完全に気化した状態
でモータから排出されドレン導管７３へ送られ、冷却器
へ戻される。このように、モータの各部分に対して熱伝
達関係をなして通流することによつて加熱された冷媒蒸
気は、冷凍装置内へ再導入される。暖房要求量が極めて
高く、冷却器３０の負荷が減少すると、タワー凝縮器１
６内に放出される熱がなくなり、第２段２２は、第１段
２０から得られる蒸気冷媒の全部を必要とするようにな
る。

冷房負荷か減少すると、案内羽根３８は閉鎖位置の方に
移動する。この条件下では、ダンパー弁６０およびディ
フューザ弁６４は開いており、冷媒流−れの全量が第１
段２０から導管１８を、凝縮器１６および導管４０を通
つて第２段２２内へ送られて、更に高い圧力にまて圧縮
され、次いで、暖房用凝縮器４６へ送られる。この条件
下においては、タワー凝縮器１６内の冷媒の圧力は、モ
ータ冷却目的のための凝縮冷媒が全く、あるいは極く少
量しか得られない程度にまで降下する。従つて、導管６
６内の冷媒圧力および冷媒の流れは、適正量のモータ冷
却用の冷媒をモータケーシングへ供給するのには不十分
である。この条件下では、暖房用凝縮器４６内て冷媒蒸
気が管束４８内の水と熱交換して高圧液体冷媒に変換さ
れる。凝縮器４６内の凝縮温度が上昇し、従つて圧力が
増大する。凝縮した冷媒は、凝縮器４６から導管５４お
よびオリフィス５６を通つて冷却器３０へ流れる。凝縮
器４６内の液体冷媒の一部分は導管６８内へも排出され
る。この条件下では導管６８内の冷媒圧力は導管６６内
の冷媒圧力より高い。従つて、弁７０の球９２は連通口
１０２にかかる圧力に抗して作用する連通口１００から
の圧力により移動されて連通口１０２を閉じ、連通口１
００を開放する。高圧液体冷媒は連通口１００，１０４
を通つて導管７２へ供給され、モータケーシング１２へ
送られて固定子および回転子と熱交換して蒸発し、蒸気
状態で冷却器３０へ戻される。暖房要求量は減少したが
、冷房負荷がまだ高いときは、冷凍装置は中間的な作動
態様をとり、タワー凝縮器１６から第２段２２へ若干量
の冷媒を供給してより高い圧力にまて圧縮し、暖房用凝
縮器４６へ送る。凝縮器４６内の管束４８から出てくる
加熱水の温度が設定値に達すると、冷凍装置は、冷却だ
けの作動態様に切りかわる。そして、上記加熱水の温度
域知器（サーモスタット）が暖房を必要とすることを表
示するまでしばらく冷却だけの作動態様て作動する。こ
の作動条件下では、タンパー弁６０およびディフューザ
弁６４は、暖房または冷房要求に応じて導管４０，４２
を開閉する。切換弁７０は、球９２に作用する高い圧力
に応答して導管６６または６８を周期的に導管７２に連
結し、モータケーシグへ液体冷媒を供給する。叙上のよ
うに、切換弁７０内の球９２の移動は、タワー凝縮器１
６と暖房用凝縮器４６内の圧力差に応答して行われ、そ
れによつて作動条件の変化に関係なく、常に一定の液体
冷媒の流れをモータケーシングに供給する。

液体冷媒は、どのような作動条件のときにも導管７２を
通してモータケーシングの内部へ常時供給される。以上
、本発明を好ましい実施例に関連して説明したが、本発
明の範囲から逸脱することなく、いろいろな変更および
改変が可能てあることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のモータ冷却用冷媒回路を組入れた冷
凍装置の概略図、第２図は切換弁の一部切除された透視
図てあり、弁が閉鎖位置にあるところを示す。 第３図は不閉鎖位置にある切換弁の断面図てある。図中
、１０は圧縮機、１２はモータ、１６は第１凝縮器、２
０は第１段、２２は第２段、３０は蒸発器即ち冷却器、
４６は第２（暖房用）凝縮器、６６，６８，７２は液体
冷媒導管、７０は切換弁、７３はドレン導管、８２は水
平筒状部分、８４は垂直筒状部分、８８，９０は弁座、
９２はプラグ、９８はスロット、１００，１０２は入口
、１０４は出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータによつて駆動される多段圧縮機と、蒸発器と
   、冷房要求を充足するべく前記蒸発器へ液体冷媒を供給
   するために前記圧縮機の第１段に接続された第１凝縮器
   と、暖房要求を充足するべく加熱用媒体に熱を放出する
   ために前記圧縮機の高圧の第２段に接続された第２凝縮
   器とから成る冷凍装置において、前記圧縮機のモータを
   冷却するためのモータ冷却回路であつて、前記第１凝縮
   器１６から延長した第１液体冷媒供給導管６６と、前記
   第２凝縮器４６から延長した第２液体冷媒供給導管６８
   と、該第１および第２液体冷媒供給導管６６，６８から
   液体冷媒を受取るように第１および第２液体冷却媒供給
   導管にそれぞれ接続された２つの入口１０２，１００を
   有し、冷媒を流出させるための出口１０４を有する切換
   弁７０と、前記モータ１２への液体冷媒を供給するため
   に該切換弁７０の出口１０４を該モータに接続する液体
   冷媒供給導管７２と、該冷媒をそれによつてモータ冷却
   操作がなされた後冷凍装置へ戻すための導管７３とから
   成り、前記切換弁７０は、前記２つの入口１０２，１０
   ０の間で移動自在に該切換弁内に配設されたプラグ９２
   を有し、該プラグは、前記第１液体冷媒供給導管６６と
   第２液体冷方の液体冷媒供給導管の圧力に応答して該一
   方の液体冷媒供給導管のための該切換弁の一方の入口か
   ら離れて他方の入口に係合し、それによつて圧力が低い
   該他方の液体冷媒供給導管から該他方の入口を通しての
   冷媒の流入を遮断し圧力が高い該一方の液体供給導管か
   ら該一方の入口を通し前記出口１０４を通して前記液体
   冷媒供給導管７２へ液体冷媒を導くようになされている
   モータ冷却回路。 ２ 前記切換弁７０は、前記２つの入口１０２，１００
   を有し、水平に延びる筒状部分８２と、該水平筒状部分
   のほぼ中間部分から上向きに突出し、前記出口１０４を
   画定する垂直筒状部分８４とを有する弁体と、前記水平
   筒状部分の両端に配置された弁座８８，９０とを備え、
   前記プラグ９２は、該水平筒状部分内で軸方向に往復動
   しうるように配設されており、該プラグは、前記弁座８
   ８，９０のどちらか一方に選択的に係合して該一方の弁
   座を通しての冷媒流を阻止し、比較的高い圧力の冷媒流
   を他方の弁座を通して弁の前記出口１０４へ導くことが
   できるようになされている特許請求の範囲第１項記載の
   モータ冷却回路。 ３ 前記プラグ９２は、前記水平筒状部分８２内での移
   動を容易にするために該水平筒状部分の内壁との間に実
   質的な遊隙を形成するように該水平筒状部分より小さい
   直径を有する球体または回転長円体から成るものである
   特許請求の範囲第２項記載のモータ冷却回路。 ４ 前記球体または回転長円体が前記垂直筒状部分８４
   内へ進入するのを防止するために前記水平筒状部分８２
   の、垂直筒状部分８４との連結部に隣接する側壁に長方
   形のスロット９８が形成されている特許請求の範囲第３
   項記載のモータ冷却回路。