KR20090016583A - 컴프레서 모터의 공기압 손실 감소 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴프레서 모터의 공기압 손실을 줄이기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 상기 컴프레서 모터는 컴프레서를 통합시키는 밀폐된 냉각 루프에서 냉매를 순환시킴으로써 냉각된다. 상기 밀폐된 냉각 루프로 액체 팽창기에 결합된 펌핑 장치는 모터 캐비티를 통해 냉매를 순환시키고 증발기 압력보다 더 낮게 모터 캐비티의 압력을 발생시킴으로써, 모터의 공기압 손실을 감소시킨다. 추가적으로 펌핑 장치는 응축기와 증발기 사이의 회복 팽창에너지에 의해 동력을 공급받는다.

컴프레서, 모터, 냉각, 루프, 캐비티, 공기압, 손실, 냉매

Description

컴프레서 모터의 공기압 손실 감소 장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING WINDAGE LOSSES IN COMPRESSOR MOTORS}

본 발명은 모터의 구성요소에 냉매가스를 순환시킴으로써 컴프레서 모터를 냉각하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 캐비티에 냉매가스의 압력 및 밀도를 감소시킴으로써 컴프레서 모터의 공기압 손실을 감소시키는 것에 관한 것이다.

통상적으로 고속 모터들은 많은 공기압 손실(風損)을 갖는데, 일부 많은 양의 냉매가스가 고속 회전자의 회전에 기인한 공기압 손실 마찰을 초래하고, 이는 모터의 성능과 효율에 강한 영향을 준다. 공기압 손실을 감소시키기 위해, 회전자의 주변속도(peripheral speed), 모터 주위의 모터 냉매 가스의 흐름, 회전자의 표면적과 회전자 표면의 거칠기와 같은 모터와 직접적으로 관련된 요인들이 교묘하게 다루어져야 하고, 모터의 성능을 최적화하도록 제어되어야 한다.

모터를 냉각하는 동안 모터의 에너지 손실을 감소시키는 방법은 모터 와인딩 방향으로 냉매를 흡입하는 방법이다. 모터 와인딩의 온도 저감은 모터의 구성요소가 과열되는 것을 방지하고, 작동효율을 향상시킨다. 모터의 에너지 손실을 감소시 는 다른 방법은 모터의 캐비티 내의 압력을 일정하게 유지하는 것이다. 작동시 모터 캐비티 내에 발생하여 축적된 고압 가스를 방출시키기 위해 압력 밸브가 모터 캐비티 내에 배치될 수 있다. 캐비티 내의 압력이 증가할 때, 밸브가 열림으로써, 고압의 가스를 방출하는 것이다. 캐비티 내에서 일정한 압력을 유지하면 모터효율이 증가하게 된다. 그러나, 이 방법은 기계적인 장치를 사용하여, 모터 캐비티 내의 압력을 정말로 일정하게 유지하는데 적합하지 않다. 또한, 이러한 방법은 모터 캐비티 온도의 문제를 해결하지 못한다.

추가적인 방법은 모터 캐비티 내에서 일정한 압력을 유지함으로써 모터의 에너지 손실을 제어하고, 또한 모터의 구성요소들 사이의 오일 손실을 방지한다. 모터 베어링 요소들의 오일 보존은 부품들이 작동할 때 더 많은 윤활작용을 허용함으로써 마찰을 줄이고, 오일이 모터 냉각 캐비티로 벗어나지 않도록 하면서 과도한 오일의 휘저음(churning)을 방지하고 에너지 손실을 저감한다. 냉각 컴프레서 트랜스미션 및 오일 공급 리저버를 포함하는 밀봉된 하우징은 내부의 압력을 균일하게 하기 위해 컴프레서의 흡입측과 연결된다. 상기 방법의 촛점은 남아있는 오일에서 냉매가 끓는 것을 방지한다. 그러나, 이 시스템은 모터 효율을 최적화하기 보다는 모터 캐비티에서 일정한 수준으로 압력을 유지하기만 하고, 에너지 손실을 줄이기 위해 보조하기만 한다.

그러나, 매우 높은 모터의 경우, 회전자의 주변속도, 모터 주위의 모터 냉각 가스의 밀도 및 흐름, 회전자 표면적 및/또는 회전자 표면기와 같은 요인들이 최적화된 후에도 공기압 손실은 여전히 존재한다. 공기압 손실을 줄이기 위해 교묘하게 잘 조작될 수 있는 오직 남아있는 요인은 모터 캐비티 내 가스의 밀도이다. 모터 캐비티 내 가스의 밀도가 감소할 때 공기압 손실이 감소하고, 그 결과 더 좋은 모터 효율을 갖게 된다.

이러한 고속 모터 캐비티 내에서 가스 밀도를 감소시키기 위해, 진공 펌프는 가능한한 많은 양의 공기압 손실을 줄이기 위해 모터 주위의 압력을 낮추는데 사용된다. 그러나, 이러한 시스템은 모터를 적당히 냉각하면서 모터 캐비티 주위에 진공을 제공할 능력이 부족하다. 모터 캐비티 내 가스밀도를 낮춤과 동시에 모터를 냉각하려는 시도는 완전한 냉각 시스템이 작동하는 동안 펌프로 모터 캐비티 내 공기를 빼내기 위해 독립적인 동력원을 공급받는 양적 보조 변위(positive auxiliary displacement) 가스 컴프레서의 사용을 포함한다. 그러나 이러한 시스템에서 보조 컴프레서는 모터 공기압 손실을 절감하기보다는 더 많은 에너지를 소비하기 때문에 모터효율을 증가시키는 좋은 해결책이라고 볼 수 없다.

따라서, 컴프레서 모터에서 공기압 손실 및 다른 에너지 손실을 저감하면서 절감된 것 보다 더 많은 에너지를 소비하지 않는 시스템이 필요하다.

본 발명의 제1구현예는 폐쇄된 냉각 순환으로 연결된 컴프레서, 증발기 및 응축기를 포함하는 냉각 시스템에 관한 것이다. 모터는 컴프레서에 동력을 제공하기 위해 컴프레서에 연결된다. 액체 확장기는 응축기와 증발기 사이의 냉각 루프에 연결된다. 냉각 시스템과 관련하여 모터 냉각 장치는 컴프레서 모터를 냉각하는데 사용된다. 모터 냉각 장치는 냉각을 위해 냉매를 받도록 증발기에서 모터 캐비티까지 냉각 루프로 연결된 제1연결부와, 냉매를 모터 캐비티에서 증발기로 리턴시키도록 냉각 루프로 연결된 제2연결부를 갖는다. 또한 모터 냉각 장치는 모터 캐비티를 통해 제1연결부에서 제2연결부로 냉매를 순환시키기 위한 펌핑 장치를 갖는다. 상기 펌핑 장치는 액체 팽창기의 작동에 의해 동력을 공급받고, 펌핑 장치는 모터의 공기압 손실을 감소시키기 위해 모터 캐비티에서 가스 냉매의 압력과 밀도를 낮춘다.

본 발명의 제2구현예는 밀폐된 냉각 루프로 연결된 컴프레서, 증발기 및 응축기를 포함하는 냉각시스템용 모터 냉각 장치에 관한 것이다. 상기 모터 냉각 장치는 냉각시스템의 컴프레서에 동력을 공급하는 모터하우징을 포함한다. 또한, 상기 모터 냉각 장치는 냉각 시스템의 응축기와 증발기 사이의 밀폐된 냉각 루프에 연결가능한 액체 팽창기를 포함한다. 또한, 모터 냉각 장치는 증발기로부터 냉매를 받고 모터하우징에 냉매를 공급하기 위해 밀폐된 냉각 루프에 연결가능한 제1연결부와, 냉매를 증발기로 리턴시키기 위해 밀폐된 냉각 루프에 연결가능한 제2연결부를 포함한다. 펌핑 장치는 제2연결부에 배치되고, 모터를 냉각하고 모터캐비티를 예정된 압력으로 유지하기 위해 모터하우징을 통해 제1연결부에서 제2연결부로 냉매를 순환시키는데 사용된다. 상기 펌핑 장치는 액체 팽창기에 결합되고 액체 팽창기의 작동에 의해 동력을 공급받는다. 또한, 모터캐비티의 예정된 압력은 모터 냉각 장치의 작동하는 동안 처음부터 끝까지 동일한 수준으로 유지된다.

본 발명의 또 다른 구현예는 냉각루프를 가지고, 증발기로부터 냉매를 받도록 설정된 제1연결부를 공급하는 냉각시스템의 모터 냉각 방법이다. 다음 단계는 냉각 루프를 가지고, 냉매를 증발기에 리턴시키는 제2연결부를 공급한 후, 모터를 제1연결부와 제2연결부에 연결된 모터캐비티에 공급하는 단계를 포함한다. 다음 단계는 펌핑 장치에 의해 모터캐비티를 통해 제1연결부에서 제2연결부로 냉매를 순환시킨 후, 응축기와 증발기 사이의 냉각 루프에서 냉매를 팽창시키도록 설정된 액체 팽창기의 팽창에너지를 펌핑장치에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 모터캐비티에서 펌핑장치에 의한 냉매 순환은 모터를 냉각시키고 모터캐비티에서 냉매의 압력 및 가스밀도를 낮춤으로써 모터의 공기압 손실을 감소시킨다.

본 발명은 모터의 공기압 및 에너지 손실을 감소시키는 잇점이 있다.

또한, 본 발명은 액체 팽창기의 배출 에너지를 재활용하는 잇점이 있다.

또한, 본 발명은 모터캐비티에서 냉매가스의 압력을 낮추고, 모터를 냉각하고, 에너지 비용을 최소로 유지하는 잇점이 있다. 이러한 모든 것은 모터의 공기압 손실을 감소시키고, 모터효율을 증가시킨다.

또한, 본 발명은 모터 냉각 루프의 컴프레서는 하중에 의존한다. 따라서 시스템이 현재 시스템 하중에 필요한 수준으로만 작동하고, 불필요한 에너지를 소비하지 않는다.

본 발명의 다른 특징 및 잇점은 일례로 본 발명의 원칙을 설명하는 첨부 도면과 관련하여 취해진 다음 바람직한 구현예의 더욱 상세한 설명으로부터 분명하여질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 블럭도,

도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 블럭도,

도 3은 모터 및 컴프레서 하우징의 횡단면도,

도 4는 펌핑 장치와 팽창기 사이의 연결부를 상세하게 나타낸 도면이다.

가능하면 어느 곳에서든, 동일 또는 유사한 부품을 언급하기 위해 도면 곳곳에서 동일한 참조번호가 사용될 것이다. 도 1을 참조하면, HVAC, 냉각 또는 액체 냉각 시스템은 냉각 루프로 연결된 컴프레서(302), 응축기(112) 및 액체 냉각 증발기(114)를 포함한다. 바람직한 구현예로서, 냉각시스템은 250톤 또는 바람직하게는 훨씬 더 많이 그 이상의 용량을 갖거나, 1000톤 또는 그 이상의 용량을 갖는다. 모터(106)는 컴프레서(302)에 동력을 공급하기 위해 컴프레서(302)에 연결된다. 모터(106)와 컴프레서(302)는 통상적으로 하나의 밀폐된 공간에 수용되는 것이 바람직 하나, 별개의 밀폐된 인클로저(enclosure)에 수용될 수 있다. 컴프레서(302)는 냉매 증기를 가압하여 고압의 증기를 배출라인을 통해 응축기(112)에 전달한다. 상기 컴프레서(302)는 원심 컴프레서이다; 그러나 컴프레서(302)는 나사식 컴프레서, 왕복식 컴프레서, 스크롤식 컴프레서, 로터리식 컴프레서 또는 다른 어떤 형태의 컴프레서를 포함하여 적절한 어떤 형태의 컴프레서가 될 수 있다.

상기 컴프레서(302)에 의해 응축기(112)에 전달된 고압의 냉매 증기는 공기 또는 물과 같은 유체를 갖는 열교환기(heat exchange relationship)에 진입하고, 유체를 갖는 열교환기의 결과로서 고압의 냉매 액체로 상변화를 갖게 한다. 응축기(112)로부터 전달된 고압의 액체 냉매는 저압으로 증발기(114)에 유입되도록 팽창기(128)(expander)를 통과한다. 증발기(114)에 전달된 액체 냉매는 공기나 물과 같은 유체를 갖는 열교환기에 진입하고, 유체를 갖는 열교환기의 결과로서 냉매 증기의 상변화를 갖게 한다. 증발기(114)에 있는 증기 냉매는 증발기(114)에 존재하고, 원을 완성하기 위해 흡입 라인에 의해 컴프레서(302)로 되돌아간다. 응축기와 증발기에서 냉매의 적당한 상변화를 얻을 수 있다면, 응축기(112)와 증발기(114)의 적절한 어떤 설정도 상기 시스템에 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

모터 냉각 루프는 모터(106)를 냉각하기 위해 상기에서 언급된 냉각루프에 연결된다. 모터 냉각 루프는 모터(106)의 모터 캐비티로 유도하는 컴프레서(302)의 흡입구와 가깝게 연결된다. 모터(106)를 냉각하기 위한 순환 냉매 가스는 모터 캐비티에 존재하고, 증발기(114)로 보내진다. 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 펌핑 장치(130)는 모터 캐비티를 통해 컴프레서(302)의 흡입구에 가까운 냉각 루프로부터 냉매를 순환시키고, 증발기(114)와 가까운 냉각 루프에 냉매를 리턴시키기 위해 사용된다. 펌핑장치(130)에 의해 냉각 루프에서 모터 캐비티로 냉매를 순환시키고, 모터 캐비티로부터 가열된 냉매 가스를 제거하는 것은 모터(106)를 냉각하고 공기압 손실을 낮추고 전체적인 모터 효율을 증가시키는데 도움을 준다. 특히 펌핑 장치(130)의 작동은 공기압 손실을 낮추기 위해 실질적으로 모터 캐비티에서 냉매 가스의 예정 압력과 밀도를 일정하게 유지하기 위해 사용된 다. 상기 모터 캐비티에서 냉매 가스의 예정 압력 및 밀도는 컴프레서의 흡입 압력 보다 낮고 진공형태의 조건에 근접할 수 있다. 상기 HVAC 또는 냉각 시스템은 많은 다른 도 1에 도시하지 않은 구성을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 의도적으로 설명의 편의를 위해 도면을 단순화하도록 생략되었다.

도 1과 유사하게, 도 2는 밀폐된 냉각 루프로 연결된 컴프레서(302), 응축기(112) 및 증발기(114)를 또한 가질 수 있다. 컴프레서(302)는 냉매 증기를 압축하고 배출라인을 통해 응축기(112)에 고압의 증기를 전달한다. 응축기(112)에 전달된 고압의 냉매 증기는 냉각 타워, 예를 들어 물로부터 유체를 갖는 열교환기로 진입하고, 유체를 갖는 열교환기의 결과로서 고압의 냉매 액체가 상변화를 하게 된다. 응축기(112)로부터 유입된 고압 액체 냉매는 팽창기(128)를 통과하고 저압으로 증발기(114)에 유입된다. 증발기(114)는 냉각하중과 연결을 위한 공급라인과 리턴라인의 연결부를 포함한다. 2차 액체, 예를 들어, 물, 에틸렌 알콜, 칼슘 염화물 소금물(calsium chloride brine), 소금 염화물 소금물(soldium chloride brine)는, 리턴라인을 경유하여 증발기(114)로 들어가고, 냉각하중의 공급라인을 경유하여 증발기(114)에 존재한다. 증발기(114)에 있는 액체 냉매는 2차 액체의 온도를 낮추기 위해 2차 액체와 열 교환을 시작한다. 증발기(114)에서 냉매 액체는 2차 액체와 열 교환의 결과로서 냉매 증기로 상 변화를 하게 된다. 증발기(114)에서 증기 냉매는 증발기(114)에 있다가 원을 완성하기 위해 흡입라인에 의해 컴프레서(302)로 되돌아 간다.

도 1에서와 같이, 모터 냉각 루프는 모터(106)를 냉각하기 위해 냉각 루프에 연결된다. 모터 냉각 루프는 모터(106)의 모터캐비티로 유도하기 위해 컴프레서(302)의 흡입구에 가깝게 연결된다. 그러나, 도 1의 구현예와 다르게, 순환 모터냉매가스가, 모터(106)를 냉각하고 펌핑 장치(130)를 통과한 후, 냉매 가스가 증발기(114)에 보내지기 전에 과열된 냉매 가스의 온도를 낮추기 위해 열 교환기(134)를 통과하게 된다. 열교환기(134)는 냉각 타워로부터 냉각수를 받기 위해 냉각 타워(132)와 응축기(112) 사이의 공급라인과 연결된다. 냉각 타워(132)에서 유입된 물은 과열된 냉매가 열 교환기(134)를 지날 때 과열된 냉매를 낮춤으로써, 펌핑장치(130)에 존재하는 냉매가스를 냉각하는데 사용된다. 냉각수가 냉매와 열교환한 후, 냉각수는 응축기(112)와 냉각타워(132) 사이의 리턴라인과 연결되어 냉각타워(132)로 되돌아간다. 상기 HVAC 또는 냉각시스템은 도 2에 도시하지 않은 많은 다른 구성들을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 설명의 편의를 위한 도면을 단순화하기 위해 의도적으로 생략되어 왔다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 펌핑 장치(130)는 냉각 루프에서 팽창기(128)와 결합되어 있다. 상기 펌핑 장치(130)는 컴프레서인 것이 바람직하고, 나사식 컴프레서, 왕복식 컴프레서, 스크롤식 컴프레서, 베인식 컴프레서 중 어느 하나 또는 다른 적당한 컴프레서 일 수 있다. 예를 들어 1000톤 용량의 냉각 시스템에서, 펌핑 장치(130) 또는 컴프레서(302)는 필요한 압력을 전달하기 위해 바람직하게 적어도 약 310CFM의 스윕(sweep) 압력과 적어도 3.3의 체적비를 갖는다. 상기 펌핑 장치(130)와 팽창기(128)는 통상의 축을 통해 또는 팽창기(128)가 전기 제너레이터 형태로 결합된 곳에서 전기적으로 함께 결합된 두개의 분리된 기계 요소를 가짐으로써 기계적으로 결합되고, 펌핑 장치(130)는 발전된 전기를 요구하는 부분을 사용하는 전기 모터에 의해 전력을 공급받는다. 상기 펌핑 장치(130)와 팽창기(128)는 통상의 축으로 기계적 또는 전기적 연결을 갖는 단일 시스템 유닛으로 또한 통합될 수 있다. 단일 시스템 유닛은 모터 캐비티의 감압이 제어될 수 있도록 팽창기(128)의 전력 추출량을 제어 또는 제한하는 제어밸브를 사용한다. 제어밸브를 사용함에 있어서, 과도한 팽창 냉매는 냉각 하중 액체 냉매가 증발기로 흘러들어갈 수 있는 조건을 만족시킬 수 있도록 본질적으로 슬라이드 제어 오리피스의 일부를 통해 팽창된다. 모터 캐비티 압력을 조절하고 액체 냉매의 팽창을 제어하는 제어밸브를 갖는 펌핑 장치(130)와 팽창기(128)를 포함하는 단일 시스템을 구성함에 있어서, 단지 네개의 냉매 연결부들이 축 밀봉이 없는 효율적인 냉각 요소에 필요하다. 양성 변위 압축 기술이 펌핑 장치(130)와 팽창기(128)에 사용될 때, 상기 요구되는 압력비와 체적비가 달성가능하다. 만약에 공기역학적인 압축 기술이 이용된다면, 적절한 작동을 위한 요구 압축비와 체적비를 달성하기 위해 펌핑 장치(130) 및 팽창기(128)에서 추가되는 공기역학 단계의 구체화를 통해 요구 압력비 및 체적비가 달성된다. 바람직하게는, 팽창기(128)는 이덕터(eductor), 양 변위(positive displacement) 팽창기, 터빈형 원심 팽창기 중 어느 하나이다. 예를 들어, 1000톤 용량의 냉각시스템에서 팽창기(128)는 시스템에서 필요한 액체를 완전히 팽창시키기 위해 적어도 약 13.8의 체적비로 액체 냉매가 입구에서 흐를 수 있는 적어도 300GPM의 크기로 제작된다. 팽창기(128)와 펌핑 장치(130)의 구체적인 스윕 볼륨과 체적비는 사용된 냉매 형태와 냉각시스템의 용량과 같은 다양한 요인 들에 의존한다. 상기 팽창기(128)는 액체 냉매의 팽창으로부터 배출 에너지를 회복함으로써 펌핑 장치에 동력을 공급한다. 펌핑장치(130)에 동력을 공급하기 위한 회복에너지의 사용은 모터 냉각 장치의 에너지 손실을 감소시키고, 또한 모터 냉각 장치를 작동시키는 데 필요한 전체 전력량을 감소시킨다.

게다가, 펌핑 장치(130)와 팽창기(128)의 연결로 인해 모터 냉각 장치의 작동이 하중에 의존하게 된다. 모터의 하우징이 감소할 때, 모터는 더 낮은 속도로 작동하고, 그에 상응하여 냉각의 감소를 요구한다. 추가적으로, 더 낮은 하중 용량에서 결합된 펌핑 장치(130)는 본래의 냉각 루프를 통한 감소된 냉매의 흐름때문에 팽창기로부터 동력을 덜 받고, 이에 따라 펌핑장치는 모터(106)를 냉각하기 위한 냉매 가스를 흡입하기 위한 모터 캐비티의 흡입량을 보다 덜 공급한다. 상기 시스템이 하중에 의존하기 때문에, 그것은 모터 캐비티에서 냉매의 가스 밀도를 필요한 것 보다 낮게 줄이거나 필요한 것보다 더 많은 에너지를 소비하지 않는다.

도 3에 도시한 바와 같이, 공기역학적인 컴프레서(302)는 밀폐된 모터(106)에 의해 동력을 공급받는다. 상기 컴프레서(302)는 단일 스테이지 컴프레서, 모터(106), 또는 멀티 스테이지 사이에 배치된 모터(106)와 통상의 축으로 연결된 멀티 스테이지(multiple-stage) 컴프레서 중 어느 하나가 될 수 있다. 상기 모터(106)는 돌출 막대(예, 모터 와인딩(winding))을 갖는 고정자와, 복수의 막대를 갖는 회전자를 포함한다. 통상적으로 모터(106)는 각각의 고정자(502)와 회전자(504)에서 다수의 폴쌍(pole-pairs)을 갖지만, 도 3의 횡단면도에서는 각각의 고정자(502)와 회전자(504)에 대해 한쌍의 폴만이 도시되어 있다. 상기 고정자(502) 는 통상적으로 회전자(504)보다 더 많은 수의 폴(poles)들을 갖다. 상기 회전자(504)는 연결 축(508)에 부착되고 컴프레서(302)의 임펠러(510)를 구동한다. 복수의 전기 커넥터(518)는 회전을 회전자(504)와 임펠러(510)에 분배하기 위해 고정자(502)의 폴들을 연결한다. 모터(106)는 컴프레서(302)와 그와 관련된 요소들을 감싸는 밀폐 인클로저(516)(enclosure)의 내부에 도시되어 있다. 모터(106)와 모터 캐비티는 공기압 손실을 줄이기 위하여 흡입 라인(524)에서 컴프레서(302)의 흡입압력보다 훨씬 더 낮은 압력으로 유지된다. 상기 모터(106)와 모터 캐비티는 (도 3에 개략적으로 도시된) 도관(526)을 경유하여 흡입 라인(524)과 컴프레서 챔버(528)에서 유체를 교환한다. 상기 도관(526)은 회전자(504)와 고정자(502) 사이에 있는 모터 통로(530)에서 유체를 교환한다. 모터(106) 안에 있는 냉매가스는 컴프레서 챔버(528)에서 모터 통로(530)로 유도됨으로써, 냉매 증기를 모터(106)와 모터 캐비티 내부로 순환시켜 모터(106)를 냉각한다. 이제 가열된 냉매 가스는 펌핑 장치(130)에 의해 유도된 후 펌핑 장치(130)에 의해 열교환기(134) 및/또는 증발기(114)로 압송된다.

도 4를 참조하면, 팽창기(128)와 펌핑장치(130) 사이의 연결부의 횡단면도가 도시되어 있다. 도시한 바와 같이 상기 팽창기(128)와 펌핑 장치(130)는 기계적인 연결에 의해 연결되어 있다. 팽창기(128) 및 펌핑장치(130)는 통상의 축에서 작동하고, 팽창기(128)는 응축기(112)에서 팽창기(128)를 통해 흘러들어오는 냉매의 양에 따라 컴프레서(302)를 구동한다. 모터 캐비티에서 가스를 직접 받는 펌핑 장치(130)와, 팽창기(128)는 액체 냉매를 응축기(112)로부터 받는다. 펌핑 장치(130) 는 배출된 모터 가스를 열교환기(134) 및 증발기(114)에 전달한다. 팽창기(128)는 펌핑장치(130)에 동력을 공급하기 위해 냉매의 팽창으로부터 과도한 에너지를 사용한다. 상기 팽창기(128)가 과도한 에너지를 처리할 때, 팽창기와 연결된 펌핑 장치(130)에 에너지가 전달됨으로써, 동력을 펌핑장치(130)에 공급하게 된다. 이후, 상기 냉매는 컴프레서(302)로 리턴되기 전 팽창기(128)에서 증발기(114)로 배출된다.

본 발명은 바람직한 구현예를 참조하여 설명되었으나, 그것은 본 발명의 청구범위에서 벗어나지 않는 한 다양한 변경이 가능하고, 상기한 구성들이 동등물에 의해 대체가능한 것으로 당업자에게 이해되어져야 할 것이다. 게다가, 상기 청구범위에서 본질적으로 벗어나지 않는한, 특별한 상황 또는 재료를 선택하기 위해 본 발명의 지시에 따라 많은 변경예들이 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 실시하기 위해 고안된 가장 바람직한 실시예로 개시된 특별한 구현예에 의해 제한되어서는 안되고, 본 발명이 첨부한 청구항의 범위 안에서 모든 구현예를 포함하는 것으로 의도되어진다.

Claims (26)

1. 냉각 루프로 연결된 컴프레서, 증발기 및 응축기;

   상기 컴프레서에 동력을 공급하기 위해 컴프레서에 연결되고, 모터 캐비티에 배치된 모터;

   상기 응축기와 증발기 사이에 냉각 루프로 연결된 액체 팽창기; 및

   모터 냉각 장치를 포함하고, 상기 모터 냉각 장치는:

   상기 증발기로부터 냉매를 받기 위해 냉각 루프를 갖는 제1연결부;

   냉매를 증발기로 리턴시키기 위해 냉각 루프를 갖는 제2연결부;

   모터 캐비티를 통해 제1연결부에서 제2연결부로 냉매를 순환시키고, 액체 팽창기의 작동에 의해 동력을 공급받는 펌핑 장치;

   를 포함하고, 상기 펌핑 장치는 모터의 공기압 손실을 줄이기 위해 모터 캐비티에서 냉매의 압력과 가스 밀도를 낮추는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 액체 팽창기는 응축기에서 유입된 고압의 냉매 액체를 저압의 냉매 액체로 팽창시켜 증발기에 보내는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 액체 팽창기는 액체 팽창기에서 냉매의 팽창으로부터 에너지를 회복함으로써, 상기 펌핑 장치에 동력을 공급하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 액체 팽창기는 양적 변위 팽창기(positive displacement expander), 터빈 원심 팽창기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 펌핑 장치는 가스 컴프레서인 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 가스 컴프레서는 공기역학 컴프레서 또는 양적 변위 팽창기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 가스 컴프레서는 나사식 컴프레서, 왕복식 컴프레서, 스크롤식 컴프레서 및 베인식 컴프레서 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으 로 하는 냉각시스템.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 냉각시스템은 1000톤의 용량을 갖고, 상기 가스 컴프레서는 약 310 CFM의 스윕(swept) 체적과, 약 3.3의 체적비를 갖고, 상기 액체 팽창기는 적어도 300 GPM의 흐름으로 설정되고, 약 13.8의 체적비를 갖는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 액체 팽창기는 기계적인 연결부 또는 전기적인 연결부에 의해 펌핑 장치와 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 액체 팽창기와 펌핑 장치는 단일 유닛으로 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 펌핑장치와 증발기 사이에 연결되고, 상기 펌핑 장치에서 배출된 과열된 냉매를 냉각시키도록 설정된 열 교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 열 교환기는 펌핑장치에서 배출된 냉매를 응축기 냉각 타워의 물로 냉각시키도록 설정된 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
13. 밀폐된 냉각 루프로 연결된 컴프레서, 증발기 및 응축기를 갖는 냉각시스템의 모터냉각장치에 있어서,

    모터를 위한 모터 하우징;

    상기 냉각시스템의 응축기 및 증발기 사이에 밀폐된 냉각 루프에 연결가능한 액체 팽창기;

    상기 증발기로부터 냉매를 받아 모터하우징에 공급하도록 밀폐된 냉각 루프에 연결가능한 제1냉매 연결부;

    상기 증발기에 냉매를 리턴시키도록 밀폐된 냉각 루프에 연결가능한 제2냉매 연결부; 및

    상기 냉매를 제1냉매 연결부에서 모터하우징을 통해 제2냉매 연결부로 순환시켜 모터를 냉각하고, 상기 모터하우징의 예정된 압력을 유지하도록 제2냉매 연결부에 배치되고, 상기 액체 팽창기에 결합되어 액체팽창기의 작동에 의해 동력을 공급받는 펌핑 장치;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
14. 청구항 13에 있어서, 상기 모터하우징의 예정된 압력은 모터 냉각 장치의 작동 내내 예정된 수준으로 유지되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
15. 청구항 13에 있어서, 상기 결합된 펌핑 장치와 액체 팽창기는 기계적인 연결부 또는 전기적인 연결부에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
16. 청구항 13에 있어서, 상기 결합된 펌핑 장치 및 액체 팽창기는 단일 유닛으로 연결된 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
17. 청구항 13에 있어서, 상기 펌핑장치와 증발기 사이의 제2냉매 연결부에 배치되고, 상기 제2냉매 연결부에서 냉매의 온도를 낮추는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
18. 청구항 13에 있어서, 상기 펌핑 장치는 모터의 공기압 손실을 줄이기 위해 모터하우징 내 냉매의 밀도를 낮추는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
19. 청구항 13에 있어서, 상기 펌핑 장치는 공기역학 컴프레서 또는 양적 변위 컴프레서를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
20. 청구항 19에 있어서, 상기 펌핑장치는 나사식 컴프레서, 왕복식 컴프레서, 스크롤식 컴프레서, 터빈 원심 팽창기 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
21. 청구항 13에 있어서, 상기 액체 팽창기는 이덕터, 양적 변위 팽창기, 터빈 원심 팽창기 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 장치.
22. 냉각 루프로 연결되고, 증발기로부터 냉매를 받도록 설정된 제1연결부를 공급하는 단계;

    상기 냉각 루프로 연결되고, 증발기로 리턴시키도록 설정된 제2연결부를 공급하는 단계;

    제1 및 제2연결부와 연결된 모터 캐비티에 모터를 공급하는 단계;

    상기 모터 캐비티를 통해 펌프 장치로 제1연결부에서 제2연결부로 냉매를 순환시키는 단계;

    상기 응축기와 증발기 사이의 냉각루프에서 냉매를 팽창시키도록 설정된 액체 팽창기로부터 얻은 팽창에너지를 펌핑 장치에 공급하는 단계; 및

    상기 펌핑 장치에 의한 모터 캐비티 내의 냉매 순환으로 모터를 냉각시키고, 모터 캐비티 내에서 냉매의 압력 및 밀도를 낮춤으로써, 모터의 공기압 손실을 감소시키는 단계를 포함하는 냉각시스템의 모터 냉각 방법.
23. 청구항 22에 있어서, 상기 펌핑 장치와 액체 팽창기를 전기적인 연결부 또는 기계적인 연결부에 의해 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 방법.
24. 청구항 23에 있어서, 상기 펌핑 장치와 액체 팽창기는 단일 유닛으로 결합되 는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 방법.
25. 청구항 22에 있어서, 상기 제2연결부에 있는 냉매를 열교환기로 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 방법.
26. 청구항 25에 있어서, 상기 열교환기는 제2연결부의 냉매를 냉각시키기 위해 응축기의 냉각 액체를 사용하는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 모터 냉각 방법.

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