KR20130099198A - 모터 냉각장치 - Google Patents

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다미엔 진 다니엘 알노우
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존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니
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Abstract

증기압축장치의 압축기에 동력을 인가하는 모터용 냉각장치가 제공된다. 냉각장치는 모터를 에워싸는 하우징 및 상기 하우징 내에 위치한 공동을 포함한다. 유체회로는 액체나 2개 상의 냉각유체를 모터로 제공하도록 구성된 하우징과의 제 1 연결부를 구비한다. 2개 상의 냉각유체는 기상부분과 액상부분으로 분리가 가능하다. 유체회로는 유체회로와 유체연결되는 냉각유체를 제거하기 위한 하우징과의 제 2 연결부를 또한 구비한다. 상기 제 2 연결부를 통해서 운반된 냉각유체는 2개 상의 냉각유체이다. 유체회로는 상기 제 2 연결부를 통해서 운반된 기상부분을 상기 공동에 수용하여 순환시키기 위한 하우징과의 제 3 연결부를 또한 구비한다.

Description

모터 냉각장치{MOTOR COOLING SYSTEM}
관련출원의 상호참조
본 출원은 "모터 냉각장치(MOTOR COOLING SYSTEM)"라는 발명의 명칭으로 2010년 12월 16일자로 출원된 미국 가출원 제 61/423,637 호(여기에서는 참조로서 통합됨)의 우선권을 주장한다.
본 출원은 일반적으로 공기조화 및 냉방장치에 통합된 증기압축장치용 모터의 냉각에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 증기압축장치용 반-밀폐 모터에 관한 것이다.
증기압축장치는 부품들로 동력을 제공하기 위해서 높은 회전속도로 작동하는 보다 콤팩트한 모터들을 이용할 수 있다. 보다 콤팩트한 모터들을 사용함으로써, 장치의 크기를 축소할 수 있다. 그러나, 높은 회전속도로 작동하는 모터들과 연관된 몇몇 장애요소들이 존재하는데, 모터 샤프트와 베어링 사이에서 마찰을 발생시키는 것과 풍손(windage losses)을 들 수 있다. 풍손은 모터의 회전자와 회전자 주위의 환경, 통상적으로 공기 또는 밀폐된 동력전달장치의 경우에 있어서 냉각 증기와 같은 작용 매체에서 생기는 마찰력이다. 풍손은 열을 발생시킬 수 있고 모터의 작동효율을 저하시킬 수 있다. 그러므로, 이러한 모터들의 효과적인 냉각이 매우 필요하다.
모터 회전자의 냉각은 고정자를 에워싸는 냉각 코일의 사용에 의해서 달성될 것이며, 상기 냉각 코일은 증기압축장치의 응축기로부터 액체 냉매를 수용한다. 냉각코일은 고정자 하우징에 통상적으로 통합된다. 고정자 및 그것의 하우징의 뜨거운 표면과의 접촉으로 인하여, 코일에 냉매는 코일에서 증발하게 되고 고정자를 냉각시킨다. 그러한 예가 미합중국 특허 제 6,070,421 호에 개시되어 있다. 또한, 유사한 냉각 회로가 가변속드라이브(VSD)에 사용된 전자부품들, 베어링 전자부품들을 위한 "냉각판"이 될 수 있는 모터 하우징상에 배치되는 경우에, 이러한 부품들을 냉각시키도록 사용될 수 있다.
모터 하우징과 충분하게 가까이 위치할 수 없는 모터 부품들(모터 권선들, 베어링들 등)은 다른 냉각배열을 필요로 한다. 전통적인 반-밀폐 모터들에서와 같이, 알려진 해법은 모터 공동을 통해서 차가운 증기나 기체를 유동시키는 것이다.
그러나, 모터에서 차가운 기체를 공급 및 순환시키기 위해서는 부품들의 특별한 배열들이 제공되어야만 한다. 한가지 통상적인 반-밀폐 모터에 있어서, 압축기 흡입측에 제공된 기체의 일부나 전부는 압축기 흡입측에 도달하기 전에 모터 공동을 통과하도록 제공된다.
다른 냉각배열이 미합중국 특허 제 7,181,928 호에 개시되어 있는데, 여기에서는 냉각 기체가 증발기로부터 취출되어 압축기 흡입측으로 도입된다. 모터 공동을 통해서 기체를 이동시키는데 필요한 압력차는 원심형 압축기의 임펠러의 유입구에서 생기는 벤튜리효과에 의해서 제공된다.
다른 배열에 있어서, 고정자를 에워싸는 코일에서 증발된 냉각기체는 모터 공동을 냉각시키도록 사용된다. 이러한 배열에 있어서, 제어장치는 냉각액체를 코일로 공급하는 것과 관련하여 사용되며, 냉각액체의 전부는 코일 배출구에서 증발된다. 이러한 제어장치는 모터 내로 액체를 보내는 것을 피하기 위해서 "건식-팽창" 증발기들 또는 다소의 동등한 장치(즉, 온도센서 등에 의해서 제어되는 솔레노이드 밸브들의 조합)와 연관하여 사용된 것들과 유사한 열적 팽창장치가 될 수 있다.
미합중국 특허 제 6,070,421 호는 중간냉각기를 구비한 2단 압축기가 개시되어 있는데, 중간냉각기로부터 배출된 플래시 가스는 모터 하우징을 통해서 스윕(sweep) 하거나 유동하도록 사용된다. 또한, 고정자를 에워싸는 코일에서 증발된 가스는 하우징을 통해서 유동하여 중간 단계 압력으로 통기된다. 앞선 배열에서 설명한 바와 같이, 잔여 액체가 모터 부품들을 손상시킬 수 있으므로, 팽창밸브는 액체 냉매의 전부가 코일로부터 증발되는 것을 보장하기 위해서 제공된다.
위에서 설명한 바와 같은 상기 장치들은 실행가능한 결과들을 제공하지만, 또한 결점들을 가지고 있다.
예를 들면, 적용사례에 따라서, 액체 냉매의 전부가 코일로부터 증발되는 것을 보장하고 모터 공동에서의 압력이 흡입압력이나 중간단계압력보다 약간 높은 수준으로 자체 조정되는 것을 보장하기 위해서, 냉각코일의 유입구에서 팽창장치를 사용하게 된다. 자체 조정은 공동을 냉각시키기 위해서 모터 하우징의 공동을 통하여 기체를 보다 효과적으로 유동시키는 것을 제공한다. 그러나, 상기 장치는 열적으로 최적화되지 않았다: 냉매의 완벽한 증발은 코일 배출구에서 2상 상태인 냉매와 비교하여 코일에서의 열전달에 있어서 감소를 제공한다. 또한, 모터로 보내진 기체 냉매는 어느정도 과열되는데, 이것은 모터 공동에서 별로 효과적이지 않은 냉각을 야기한다. 또한, 장치에 있어서, 중간단계압력보다 약간 높은 수준의 기체 냉매가 제공되는데, 증발이 높은 온도에서 일어나고, 이것은 제공될 수 있는 냉각의 양을 줄이게 된다. 모터를 작동하는 동안에 증가된 내부압력 수준의 기체는 기체 냉매에 의해서 발생된 마찰(및 열)의 양을 증가시키고, 이것은 모터의 냉각의 초기목적을 약화시키게 된다.
미합중국 특허 제 7,181,928 호는 고정자 냉각코일의 유입구에 자동온도조절 팽창밸브를 포함하지 않으며, 고정자를 에워싸는 냉각 코일 내로 향하는 액체냉매의 양은 고정자 열을 배척하도록 증발될 필요가 있는 양보다 상당히 크도록 설정된 크기의 고정 오리피스를 포함한다. 이러한 배열은 코일 배출구에서 2개 상의 유동이 생기게 한다. 냉매의 2개 상의 유동은 코일에서의 열전달을 개선하고 고정자에게 보다 양호한 냉각을 제공하지만, 코일 밖으로 유동하는 2개 상의 냉매는 모터 내로 직접적으로 전달되지 않는 결과를 초래한다. 고속으로 회전하는 모터 내로 액체 냉매를 도입하면, 액적들에 의해서 발생된 부식에 의해서 모터의 몇몇 부품들을 손상시킬 위험성이 존재한다. 이러한 손상의 위험성에 대응하여, '928 특허는 코일을 빠져나가는 2개 상의 냉매가 기체로부터 액체를 분리시키도록 먼저 증발기로 보내지고 다음에는 증발기에 의해서 분리된 몇몇 냉각 기체가 모터 공동으로 복귀하는 것을 개시하고 있다.
또한, '928 특허는 전-회전 베인(Pre-Rotation Vanes; PRV)을 채용하지 않거나 또는 용량 감소를 위해서 PRV를 사용하는 압축기들에 대하여 적합하고, PRV에 대한 대안으로서 가변 갭 디퓨저(Variable Gap Diffuser; VGD)를 용량 감소장치로서 사용하는 것이 개시되어 있다. 용량 감소를 위해서 VGD를 사용하는 경우, 부분적인 부하에서 압축기 흡입측에의 압력의 감소는 모터 공동을 통해서 만족할만한 양의 기체 냉매를 취출하기에 충분할만큼 크지 않으며, 그 결과 모터 냉각이 불충분하게 된다.
그러므로, 다음의 장점들이 동시에 일어날 수 있는 냉각 배열이 필요하다:
- 코일의 외부로 유동하는 2개 상에 의해서 고정자 냉각을 최적화하기 위해서 고정자를 에워싸는 코일로 액체 냉매의 충분히 큰 공급이 이루어지도록 하는 것
- 모터 공동을 통해서 차가운 기체나 냉각 증기의 용이하고 충분한 스윕(sweep) 또는 유동을 제공하는 것
- 모터 공동내로 액체 냉매의 도입을 방지하는 것
- 감소된 증기 또는 기체 마찰 손실을 유지할 뿐만아니라 모토 공동을 통과하는 증기나 기체의 감소된 온도를 유지하도록 흡입압력 또는 그에 근접한 압력으로 모터 하우징으로부터 증기나 기체 냉매의 통기 가능성을 제공하는 것.
본 발명의 일 실시 예는 증기압축장치의 압축기로 동력을 인가하는 모터용 냉각장치에 관한 것이다. 냉각장치는 모터를 에워싸는 하우징 및 상기 하우징 내에 위치한 공동을 포함한다. 하우징과의 제 1 연결부를 갖는 유체회로는 액체나 2개 상의 냉각유체를 상기 모터로 제공하도록 구성된다. 상기 2개 상의 냉각유체는 기상부분과 액상부분으로 분리가 가능하다. 상기 유체회로는 상기 유체회로와 유체연결되는 냉각유체를 제거하기 위한 상기 하우징과의 제 2 연결부를 또한 구비한다. 상기 제 2 연결부를 통해서 운반되는 냉각유체는 2개 상의 냉각유체이다. 상기 유체회로는 상기 제 2 연결부를 통해서 운반된 기상부분을 상기 공동에 수용하여 순환시키기 위한 상기 하우징과의 제 3 연결부를 또한 구비한다.
본 발명의 다른 실시 예는 증기압축장치의 압축기에 동력을 인가하는 모터를 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 모터를 에워싸는 하우징을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 하우징 내에 위치한 공동을 제공하는 단계를 또한 포함한다. 상기 방법은 상기 모터로 냉각유체를 제공하도록 구성된 상기 하우징과의 제 1 연결부를 갖는 유체회로를 제공하는 단계를 또한 포함한다. 상기 유체회로는 상기 유체회로와 유체연결되는 냉각유체를 제거하기 위한 상기 하우징과의 제 2 연결부를 또한 구비한다. 상기 유체회로는 상기 제 2 연결부를 통해서 운반된 냉각유체를 상기 공동에 수용하기 위한 상기 하우징과의 제 3 연결부를 또한 구비한다. 상기 방법은 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 사이에서 유동하는 냉각유체를 기상부분과 액상부분으로 분리하는 단계를 또한 포함한다. 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 사이에서 유동하는 상기 냉각유체는 상기 하우징에 대하여 이동가능한 부품들을 향하여 상기 하우징 내부를 순환되는 것이 방지된다. 상기 방법은 상기 제 3 연결부를 통해서 운반된 상기 기상부분을 상기 공동에서 순환시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 원리들을 예로서 설명하는 바람직한 실시 예의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 다음의 장점을 제공한다.
- 코일의 외부로 유동하는 2개 상에 의해서 고정자 냉각을 최적화하기 위해서 고정자를 에워싸는 코일로 액체 냉매의 충분히 큰 공급이 이루어지도록 하는 것
- 모터 공동을 통해서 차가운 기체나 냉각 증기의 용이하고 충분한 스윕(sweep) 또는 유동을 제공하는 것
- 모터 공동내로 액체 냉매의 도입을 방지하는 것
- 감소된 증기 또는 기체 마찰 손실을 유지할 뿐만아니라 모토 공동을 통과하는 증기나 기체의 감소된 온도를 유지하도록 흡입압력 또는 그에 근접한 압력으로 모터 하우징으로부터 증기나 기체 냉매의 통기 가능성을 제공하는 것.
도 1은 상업적인 장소에 있는 가열, 통기 및 공기조화장치에 대한 예시적인 실시 예를 나타낸 도면.
도 2는 예시적인 증기 압축장치의 등각도를 나타낸 도면.
도 3 및 4는 증기 압축장치의 예시적인 실시 예들을 개략적으로 나타낸 도면.
도 5 내지 도 9는 모터냉각장치의 예시적인 실시 예들을 나티낸 도면.
도 1은 통상적인 상업적 설정을 위해서 빌딩(12)에서 가열, 통기 및 공기조화(HVAC) 장치에 대한 예시적인 환경을 나타낸다. 장치(10)는 빌딩(12)을 냉각시키는데 사용될 냉각된 액체를 공급할 수 있는 증기 압축장치(14)를 포함할 수 있다. 장치(10)는 빌딩(12)을 가열하는데 사용될 가열된 액체를 공급하기 위한 보일러(16) 및 빌딩(12)을 통해서 공기를 순환시키는 공기 분배장치를 포함할 수 있다. 공기 분배장치는 공기 복귀 덕트(18), 공기 공급 덕트(20) 및 에어 핸들러(22)를 또한 포함할 수 있다. 에어 핸들러(22)는 도관(24)에 의해서 보일러(16)와 증기 압축장치(14)에 연결되는 열교환기를 포함할 수 있다. 에어 핸들러(22)에 있는 열교환기는 장치(10)의 작동모드에 따라서 보일러(16)로부터 나오는 가열된 액체나 증기 압축장치(14)로부터 나오는 냉각된 액체를 수용할 것이다. 장치(10)는 빌딩(12)의 각 층에서 별도의 에어 핸들러를 구비하고 있는 것으로 나타냈으나, 그 부품들은 층들 사이에서 공유될 수 있음을 알 수 있다.
도 2 및 3은 HVAC 장치(10)에 사용될 수 있는 예시적인 증기 압축 시스템(14)을 나타낸 도면이다. 증기 압축 시스템(14)은 압축기(32)에서 시작하여 응축기(34), 팽창밸브 또는 장치(36) 및 증발기나 액체 냉각기(38)를 포함하는 회로를 통해서 냉매를 순환시킬 수 있다. 증기 압축 시스템(14)은 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기(42), 마이크로프로세서(44), 비휘발성 메모리(46) 및 인터페이스 보드(146)를 포함할 수 있는 제어패널(40)을 또한 포함할 수 있다. 증기 압축 시스템(14)에서 냉매로서 사용될 유체의 몇가지 예들은 하이드로플루오로카본(HFC) 기지 냉매들(예를 들면 R-410A, R-407, R-134a), 하이드로플루오로 올레핀(HFO), 암모니아(NH3), R-717, 이산화탄소(CO2), R-744와 같은 "천연" 냉매들, 또는 하이드로카본 기지 냉매들, 수증기 또는 다른 적당한 타입의 냉매들이다. 바람직한 실시 예에 있어서, 증기 압축 시스템(14)은 가변속 드라이브(VSDs)(52), 모터(50), 압축기(32), 응축기(34), 팽창밸브(36) 및/또는 증발기(38)의 각각의 하나 또는 그 이상을 사용할 것이다.
압축기(32)와 함께 사용되는 모터(50)는 가변속 드라이브(VSD)(52)에 의해서 동력을 인가받거나 혹은 교류(AC)나 직류(DC) 전원으로부터 직접적으로 동력을 인가받을 수 있다. 가변속 드라이브(52)는, 사용되는 경우에, 특별한 고정 라인 전압과 고정 라인 주파수를 갖는 AC 전력을 AC전원으로부터 수용하고, 가변 전압과 주파수를 갖는 전압을 모터(50)로 제공한다. 모터(50)는 VSD에 의해서 전력이 인가되거나 또는 AC나 DC전원으로부터 직접적으로 전력이 인가되는 소정 형식의 전기 모터가 될 수 있다. 예를 들면, 모터(50)는 스위치드 리럭턴스 모터, 유도전동기, 전자 정류식 영구자석 모터 또는 소정의 다른 적당한 모터 형식이 될 수 있다.
압축기(32)는 냉매 증기를 압축하고 그 증기를 배출 라인을 통해서 응축기(34)로 운반한다. 바람직한 실시 예에 있어서, 압축기(32)는 하나의 예시적인 실시 예에 있어서 원심형 압축기가 될 수 있다. 압축기(32)에 의해서 응축기(34)로 운반된 냉매 증기는 유체, 예를 들어 물이나 공기로 열을 전달한다. 유체와의 열전달의 결과로서 냉매 증기는 응축기(34)에서 냉매 액체로 응축된다. 응축기(34)로부터 배출된 액체 냉매는 팽창장치(36)를 통해서 증발기(38)로 유동한다. 도 3에 도시된 예시적인 실시 예에 있어서, 응축기(34)는 수냉되고, 냉각탑(56)에 연결된 튜브 번들(54)을 포함한다.
증발기(38)로 운반된 액체 냉매는 응축기(34)에 대하여 사용된 동일한 타입의 유체가 되거나 되지 않을 것이며, 냉매 증기로의 상변화를 겪게 된다. 도 3에 도시된 바람직한 실시 예에 있어서, 증발기(38)는 공급 라인(60S) 및 냉각 부하(62)에 연결된 복귀 라인(60R)을 갖는 튜브 다발을 포함한다. 처리 유체, 예를 들어, 물, 에틸렌 글리콜, 염화칼슘 브라인, 염화나트륨 브라인 또는 다른 적당한 액체가 복귀라인(60R)을 경유하여 증발기(38)로 들어가고 공급라인(60S)을 경유하여 증발기(38)를 빠져나간다. 증발기(38)는 튜브에서 처리 유체의 온도를 낮춘다. 증발기(38)에 있는 튜브 다발은 다수의 튜브들 및 다수의 튜브 다발들을 포함할 수 있다. 증기 냉매는 증발기(38)를 빠져나가고 사이클을 완결시키도록 흡입 라인에 의해서 압축기(32)로 복귀한다.
도 4는 도 3과 유사한 도면으로서, 응축기(34)와 팽창장치(36) 사이에 통합된 중간 회로(64)를 갖는 증기 압축 시스템(14)을 나타낸 도면이다. 중간 회로(64)는 응축기(34)에 직접적으로 연결되거나 아니면 유체 연결될 수 있는 유입 라인(68)을 갖는다. 도시된 바와 같이, 유입 라인(68)은 중간 베셀(70)의 상류에 위치한 팽창 장치(66)를 포함한다. 중간 베셀(70)은 바람직한 실시 예에 있어서 플래시 인터쿨러로서도 언급되는 플래시 탱크가 될 수 있다. 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 중간 베셀(70)은 열교환기 또는 "표면 절탄기(surface economizer)"로서 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 구성에 있어서, 중간 베셀(70)은 플래시 탱크로서 사용되고, 제 1 팽창장치(66)는 응축기(34)로부터 수용된 액체의 압력을 낮추도록 작동한다. 팽창과정 동안에, 액체의 일부가 증발한다. 중간 베셀(70)은 제 1 팽창장치(66)로부터 수용된 액체로부터 증기를 분리하도록 사용될 것이며, 액체의 추가적인 팽창을 허용한다. 증기는 압축기(32)에 의해서 중간 베셀(70)로부터 라인(74)을 통해서 흡입과 배출 사이 또는 압축의 중간단계의 중간 압력으로 흡입 유입구, 포트로 추출될 것이다. 중간 베셀(70)에서 수집되는 액체는 팽창과정으로부터 낮은 엔탈피를 나타낸다. 중간 베셀(70)로부터 나오는 액체는 제 2 팽창장치(36)를 통해서 증발기(38)로 라인(72)을 거쳐서 유동한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 냉각장치(76)는 모터(50)의 모터 하우징(82)과의 제 1 연결부(84)를 조성하기 전에 응축기(34)(도 2 참조)로부터 라인(78)과 스로틀링장치(80)를 거쳐서 냉각유체를 제공한다. 다른 실시 예에 있어서, 응축기(34)로부터 받은 냉각유체는 기상부분과 액상부분을 갖는 2개상의 냉각유체이다. 모터 하우징(82) 내에 위치한 코일(86)을 모터 고정자(88)(도 6 참조)를 에워싸고, 모터 하우징에 대하여 비-이동 모터 부품인 모터 고정자로 냉각을 제공하도록 응축기로부터 액체를 운반한다. 모터 고정자로 냉각을 제공하는 것으로 인하여, 코일(86)이 제 1 연결부(84)로부터 모터 하우징(82)과의 제 2 연결부(90) 쪽으로 연장되므로, 냉각유체가 제 2 연결부(90)를 통해서 운반됨에 따라서 액상부분의 양은 2개상의 냉각유체가 되고, 즉 기상부분과 액상부분을 가지게 된다. 제 2 연결부(90)는 라인(92)과 같은 도관을 경유하여 2개상의 냉각유체를 베셀(94)로 운반하는 라인(92)와 유체연결되고, 베셀은 2개상의 냉각유체를 기상부분(96)과 액상부분(98)으로 분리시킨다. 제 1 연결부(84)와 제 2 연결부(90) 사이에서 코일(86) 내에서 유동하는 냉각유체는 모터 하우징(82) 내부에서 모터 하우징에 대하여 이동가능한 모터 부품들 쪽으로 순환되는 것이 방지된다. 액상부분(98)은 라인(100)을 경유하여 제한부위(102)를 통해서 증발기(38)로 운반된다. 기상부분(96)은 모터 하우징(82)과 라인(104) 사이의 제 3 연결부(106)에 의해서 베셀(94)로부터 라인(104)을 경유하여 모터 하우징(82)으로 운반된다. 다시 설명하면, 제 2 연결부(90)를 통해서 운반된 기상부분 냉각유체는 제 3 연결부(106)를 통해서 운반된 기상부분 냉각유체와 유체연결된다. 기상부분(96)이 모터 하우징(82) 내부로 도입되는 경우, 기상부분은 기상부분(108)으로서 언급되고, 모터 고정자(88)에 추가하여, 모터 하우징(82)에 대하여 이동가능한 모터 부품들과 같은 모터 내부의 모터(50)의 부분, 즉 모터 회전자(129)로 냉각을 제공한다. 이동가능한 모터 부품들을 포함하여 모터 하우징이 내부 부품들로 냉각을 제공하기 위해서 기상부분(108)이 모터 하우징(82)의 내부를 순환하면, 기상부분은 모터 하우징으로부터 라인(110)과 모터 하우징에 대한 제 4 연결부(112)를 거쳐서 빠져나가거나 배출된다. 라인(110)을 거쳐서 모터 하우징(82)으로부터 빠져나가거나 배출되는 경우에, 기상부분(108)은 점선(114)으로 나타낸 바와 같이 증발기(38)로 복귀한 다음에 압축기 흡입구간으로 제공되거나, 점선(117)으로 나타낸 바와 같이 기상부분은 압축기 하우징(도시되지 않음) 내부에 형성된 통로를 통해서 압축기 흡입구간으로 직접적으로 복귀할 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 냉각장치(76)와 유사하게 대안적인 냉각장치(176)는 모터 고정자(88)에 대하여 냉각을 제공하며, 도 5의 모터 하우징(82)과 유사한 모터 하우징(182)의 내부에서 기상부분(108)을 또한 순환시킨다. 그러나, 모터 하우징(182)(도 5 참조)의 외부에 있는 베셀(94)에서 분리되는 2개상의 냉각유체 대신에, 2개상의 냉각유체는 라인(116)을 경유하여 운반되어 컴파트먼트(113)를 한정하는 덮개(118)를 통해서 모터 하우징(182) 내로 직접적으로 운반된다. 다시 말해서, 2개상의 냉각유체의 기상부분과 액상부분의 분리는 모터 하우징(182)에서 통합된다. 즉, 모터 하우징(182)의 내부로 2개상의 냉각유체가 도입되는 경우, 액상부분(98)은 개구부(120) 근처에서 덮개(118)의 하부에서 수집되고, 액상부분의 수위가 개구부(120)에 도달할 때까지 축적된다. 일 실시 예에 있어서, 도관이나 라인(116)은 모터 하우징의 내부에 전적으로 위치하지 않으면 적어도 부분적으로 위치할 수 있다. 액상부분이 개구부(120)에 도달하는 경우, 액상부분은 스로틀링 장치(80)를 통해서 증발기(38)로 연장되는 라인(124) 내로 향한다. 이러한 배열은 액상부분이 모터 하우징(182)의 공동의 내부를 순환하는 것을 방지하고, 액상부분과의 접촉으로 인하여 손상을 입을 수 있는 높은 속도로 회전하는 부품들과 접촉하는 것을 방지한다. 기상부분(108)은 모터 하우징(182)의 공동의 내부를 순환하고, 개구부들(126), 샤프트(128)와 베어링(130) 사이의 공간, 모터 회전자(129)와 모터 고정자(88) 사이, 및 모터 하우징(182) 내부의 다른 부품들 사이를 통과한다.
모터 하우징의 내부에 냉각을 제공하기 위해서 다양한 개구부들, 베어링들 및 모터 하우징(182) 내부의 다른 위치들을 지나서/그 사이에서 기상부분(108)이 순환하는 경우, 기상부분은 덮개(118)의 대체로 반대쪽에 있는 컴파트먼트(134)에 도달하고, 라인(136)을 거쳐서 모터 하우징을 빠져나가서 증발기(38)로 운반된다. 또한, 컴파트먼트(134)는 샤프트(128)와 미로 밀봉(1320 사이에서 압축단으로부터 누설되는 기체를 수집한다.
도 6과 유사한 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각장치(276)는 대향하는 임펠러들(278,280)을 갖는 원심형 압축기와 같은 다단 압축기(232)의 모터(250)와 연관된다. 모터 고정자(88)로 냉각이 제공된 후에, 도 6과 유사하게, 2개상의 냉각유체는 라인(282)을 경유하여 2개상의 냉각유체의 기상부분(108)과 액상부분(286)을 분리하도록 모터(250)의 외부에 위치한 베셀(284) 내로 운반된다. 액상부분(286)은 베셀(284)의 하부에 수집되고 스로틀링장치(290)를 통해서 연장되는 라인(288)을 경유하여 운반되어 증발기(38)로 제공된다. 기상부분(108)은 앞서 설명한 것과 유사한 방식으로 베셀(284)로부터 모터(250)로 제공된다. 기상부분(108)은 라인(292)을 경유하여 증발기(38)로 복귀한다. 이러한 배열은 액상부분(286)이 모터(250)의 모터 하우징의 공동의 내부로 순환하여 높은 속도로 회전하는 액상부분과의 접촉으로 인하여 손상을 받을 수 있는 부품들과 접촉하는 것을 방지한다.
도 8A에 도시된 바와 같이, 냉각장치(376)은 도 6 및 7에 각각 나타낸 특징들을 포함한다. 즉, 냉각장치(376)는 도 7에 도시된 것과 같은 다단 압축기(332)의 모터(350)와 연관된다. 앞서 설명한 바와 같이 모터 고정자(88)로 냉각이 제공된 후에, 2개상의 냉각유체는 라인(378)을 경유하여 라인(388)과의 연결부, 즉 개구부(386)를 갖는 모터 하우징(382)의 컴파트먼트(380) 내로 직접적으로 운반되며, 이때 상기 라인(388)은 상기 컴파트먼트의 바닥이나 그 근처에 위치한다. 다시 말해서, 2개상의 냉각유체의 기상부분과 액상부분의 분리는 모터 하우징(382)에서 통합된다. 즉, 모터 하우징(382)의 내부로 2개상의 냉각유체가 도입되는 경우, 액상부분(384)은 컴파트먼트(380)의 하부에 수집되어 개구부(386)를 통해서 배수된다. 거기로 부터, 액상부분은 스로틀링 장치(390)를 통해서 증발기(38)로 연장되는 라인(388)을 경유하여 모터 하우징(382)의 외부로 유동한다. 기상부분(108)은 앞서 설명한 것과 유사한 방식으로 모터(350)를 냉각시키도록 제공된다. 기상부분(108)은 라인(392)을 경유하여 증발기(38)로 복귀한다.
도 8B는 도 8A의 대안적인 실시 예를 나타낸다. 그러나, 도 8B에 한층 도시된 바와 같이, 도 8A에서 앞서 설명한 바와 같이 모터 고정자(88)로 냉각이 제공되는 동안에, 라인(378)을 경유하여 운반된 2개상의 냉각유체는 라인(379)으로서 지정된 라인의 두갈래진 부분을 통해서 두갈래로 갈라진다. 라인(378)은 모터 하우징(382)의 컴파트먼트(380) 내로 직접적으로 연장되고, 앞서 설명한 바와 같이 라인(388)은 컴파트먼트의 바닥이나 그 근처에 위치하여 모터 하우징의 외부로 스로틀링 장치(390)를 지나서 연장된다. 마찬가지로, 라인(379)은 액상부분(385)이 수집되어 기상부분(308)과 분리되는 모터 하우징(382)의 컴파트먼트(381) 내로 직접적으로 연장된다. 액상부분(108,308)은 스로틀링 장치(391)를 통해서 증발기(38)로 연장되는 라인(389)을 경유하여 모터 하우징(382)의 외부로 유동한다. 도 8B에 도시된 바와 같이, 기상부분(308)은 라인(392)을 경유하여 증발기(38)로 복귀하기 전에 모터 하우징(382)의 우측에 위치한 베어링을 냉각시키도록 제공된다. 기상부분(108)은 라인(392)을 통해서 증발기(38)로부터 배출되기 전에 모터 고정자(88)와 모터 회전자(129) 사이에서 모터 하우징(382)의 우측부분을 통해서 유동하는 스로틀링 장치(390,391) 사이의 다른 설정으로 인하여 기상부분(308) 보다 큰 압력을 갖는다. 다른 실시 예에 있어서, 기상부분(108)과 연관된 압력 수준은 기상부분(308)의 압력수준보다 클 수 있다. 기상부분(308)은 베어링과 같은 모터 하우징의 우측부분에 위치한 모터 하우징의 부분들로 추가적인 냉각을 제공할 것이다. 라인(378)이 두갈래진 것으로 인하여 모터 하우징의 다른 컴파트먼트나 부분들로 냉각 유체를 제공하기 위해서, 증가된 모터 냉각이 달성될 것이며, 이것은 히트펌프와 같은 응용들에 있어서 특히 유효하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 냉각장치(476)는 도 6의 냉각장치(176)와 유사하다. 즉, 냉각장치(476)는 도 6에 도시된 것과 같이 일단 압축기(432)의 모터(4500와 연관된 것으로 도시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이 모터 고정자(88)로 냉각이 제공된 후에, 2개상의 냉각유체는 라인(478)을 경유하여 모터 하우징(482)의 컴파트먼트(480) 내로 직접적으로 운반된다. 다시 말해서, 2개상의 냉각유체의 기상구분과 액상부분의 분리는 모터 하우징(482)에서 통합된다. 즉, 모터 하우징(482) 내로 2개상의 냉각유체가 도입되는 경우, 액상부분(484)은 개구부(486) 근처에서 컴파트먼트(480)의 하부에 수집되고 액상부분(484)의 수위가 개구부(486)에 도달할 때까지 축적된다. 액상부분이 개구부(486)에 도달하는 경우, 액상부분은 스로틀링장치(490)를 통해서 증발기(38)로 연장되는 라인(488)을 경유하여 모터 하우징(482)의 외부로 유동하게 된다. 기상부분(108)은 앞서 설명한 것과 유사한 방식으로 모터(450)를 냉각시키도록 제공된다. 기상부분(108)은 라인(492)을 거쳐서 증발기(38)로 복귀한다.
본 발명의 어떤 특징들과 실시 예들이 도시되고 설명되었지만, 특허청구범위에서 언급된 주제의 신규한 특징과 장점으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변경(크기, 치수, 구조, 형성 및 다양한 요소들의 비율, 매개변수들(예를 들어, 온도, 압력 등)의 값, 장착 배열, 재료, 색채 및 배향의 사용 등에서의 변화)이 이루어질 수 있음을 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 공정이나 방법상의 순서나 절차는 대안적인 실시 예들에 따라서 변화되거나 재-순서화될 수 있다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진실한 사상 내에서의 모든 변형과 변화를 커버하도록 의도된 것이다. 또한, 예시적인 실시 예들의 간결한 설명을 제공하기 위해서, 실제적인 이행상의 모든 특징들(예를 들어, 본 발명을 수행하는데 현재 최선의 모드와 관련되지 않거나 또는 청구한 발명을 가능하게 하는데 관련되지 않은 것들)이 설명되지는 않았다. 엔지니어링 또는 디자인 프로젝트, 다수의 이행상의 특정한 결정들이 이루어질 수 있음을 그러한 실제적인 이행상의 발전에 있어서 고려되어야 한다. 그러한 발전상의 노력은 복잡하고 시간소모가 많으나, 그럼에도 불구하고 해당 기술분야의 숙련된 당업자가 지나친 실험없이 본 명세서상의 잇점을 활용한 설계, 조립 및 제조의 일상적인 작업이라고 할 수 있다.

Claims (15)

  1. 증기압축장치의 압축기에 동력을 인가하는 모터용 냉각장치로서,
    상기 모터를 에워싸는 하우징;
    상기 하우징 내에 위치한 공동; 및
    액체나 2개 상의 냉각유체를 상기 모터로 제공하도록 구성된 하우징과의 제 1 연결부를 갖는 유체회로 - 상기 2개 상의 냉각유체는 기상부분과 액상부분으로 분리가 가능하고, 상기 유체회로는 상기 유체회로와 유체연결되는 냉각유체를 제거하기 위한 상기 하우징과의 제 2 연결부를 또한 구비하며, 상기 제 2 연결부를 통해서 운반되는 냉각유체는 2개 상의 냉각유체이고, 상기 유체회로는 상기 제 2 연결부를 통해서 운반된 기상부분을 상기 공동에 수용하여 순환시키기 위한 상기 하우징과의 제 3 연결부를 또한 구비함 -;를
    포함하는 모터용 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 상기 제 1 연결부 근처에 위한 스로틀링(throttling)장치를 포함하는 모터용 냉각장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스로틀링장치는 상기 증기압축장치의 응축기와 상기 제 1 연결부 사이에 위치한 모터용 냉각장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 사이에 있는 상기 유체회로의 부분은 상기 모터 고정자로 냉각을 제공하는 것과 연관된 모터용 냉각장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 사이에 있는 상기 유체회로의 부분은 상기 하우징의 내부에서 상기 하우징에 대하여 이동가능한 부품들로 순환되는 것이 방지되는 모터용 냉각장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 연결부로부터 수용된 상기 기상부분을 배출하기 위한 상기 하우징과의 제 4 연결부를 포함하는 모터용 냉각장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 연결부와 상기 제 3 연결부 사이에서 2개상의 냉각유체를 운반하기 위하여 그 사이에 사이에 위치한 도관을 포함하는 모터용 냉각장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 도관은 상기 제 2 연결부로부터 상기 하우징을 빠져나가는 상기 기상부분으로부터 상기 액상부분을 분리하기 위한 베셀(vessel)을 포함하는 모터용 냉각장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 베셀은 상기 하우징의 외부에 위치한 모터용 냉각장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 베셀은 상기 기상부분이 상기 제 3 연결부를 통해서 운반되기 전에 상기 2개상의 냉각유체의 상기 기상부분으로부터 상기 액상부분을 분리하는 모터용 냉각장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 도관은 상기 제 2 연결부로부터 상기 하우징을 빠져나가는 상기 기상부분으로부터 상기 액상부분을 분리하기 위한 컴파트먼트(compartment)를 포함하는 모터용 냉각장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 컴파트먼트는 상기 하우징의 내부에 위치한 모터용 냉각장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 컴파트먼트는 상기 기상부분이 상기 제 3 연결부를 통해서 운반되기 전에 상기 2개상의 냉각유체의 상기 기상부분으로부터 상기 액상부분을 분리하는 모터용 냉각장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기는 다단 압축기인 모터용 냉각장치.
  15. 증기압축장치의 압축기에 동력을 인가하는 모터를 냉각시키기 위한 방법으로서,
    상기 모터를 에워싸는 하우징을 제공하는 단계;
    상기 하우징 내에 위치한 공동을 제공하는 단계; 및
    상기 모터로 냉각유체를 제공하도록 구성된 상기 하우징과의 제 1 연결부를 갖는 유체회로를 제공하는 단계 - 상기 유체회로는 상기 유체회로와 유체연결되는 냉각유체를 제거하기 위한 상기 하우징과의 제 2 연결부를 또한 구비하며, 상기 유체회로는 상기 제 2 연결부를 통해서 운반된 냉각유체를 상기 공동에 수용하기 위한 상기 하우징과의 제 3 연결부를 또한 구비함 -;
    상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 사이에서 유동하는 냉각유체를 기상부분과 액상부분으로 분리하는 단계 - 상기 제 1 연결부와 상기 제 2 연결부 사이에서 유동하는 상기 냉각유체는 상기 하우징에 대하여 이동가능한 부품들을 향하여 상기 하우징 내부를 순환하는 것이 방지됨 -; 그리고
    상기 제 3 연결부를 통해서 운반된 상기 기상부분을 상기 공동에서 순환시키는 단계;를 포함하는 방법.
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