压缩机驱动用马达及其冷却方法以及制冷剂回路

摘要

提供通过向转子与定子之间的空隙仅供给必要最低限度的量的液体制冷剂便能够进行冷却的压缩机驱动用马达及其冷却方法。压缩机驱动用马达(10)具备转子(12)、包围转子(12)的外周部的定子(13)、收容转子(12)以及定子(13)的壳体(14)、从包含压缩机(1)的制冷剂回路(5)向壳体(14)内导入液体制冷剂的液体导入部(22)、从制冷剂回路(5)向壳体(14)内导入气体制冷剂的气体导入部(21)、将由气体导入部(21)导入的气体制冷剂用作驱动流体且将由液体导入部(22)导入的液体制冷剂用作吸入流体的喷射器(30)。由喷射器(30)混合液体制冷剂以及气体制冷剂而成的湿蒸汽至少被朝向转子(12)的外周部与定子(13)的内周部之间的空隙(G)喷射。

权利要求

1.一种压缩机驱动用马达，其是对压缩机进行驱动的马达，所述压缩机驱动用马达的特征在于，具备：

转子；

定子，其包围所述转子的外周部；

壳体，其收容所述转子以及所述定子；

液体导入部，其从包含所述压缩机的制冷剂回路向所述壳体内导入液体制冷剂；

气体导入部，其从所述制冷剂回路向所述壳体内导入气体制冷剂；以及喷射器，其将由所述气体导入部导入的所述气体制冷剂用作驱动流体，且将由所述液体导入部导入的所述液体制冷剂用作吸入流体，由所述喷射器将所述液体制冷剂以及所述气体制冷剂混合而成的湿蒸汽至少被朝向所述转子的外周部与所述定子的内周部之间的空隙喷射，所述喷射器具备从所述气体导入部接受所述气体制冷剂并使该气体制冷剂与所述液体制冷剂合流的喷射器管路，在所述喷射器管路的内部形成有逐渐缩径的混合部，所述喷射器从积存有被导入的所述液体制冷剂的所述壳体内的液体积存部朝向所述混合部吸入所述液体制冷剂。

2.根据权利要求1所述的压缩机驱动用马达，其特征在于，所述喷射器具有喷射所述湿蒸汽的喷射口，

所述喷射口与在所述转子的轴线方向上开放的所述空隙的开口对置。

3.根据权利要求2所述的压缩机驱动用马达，其特征在于，所述喷射器还具备液体流路，该液体流路使由所述液体导入部导入的所述液体制冷剂向所述喷射器管路流入，所述喷射器管路在与所述空隙对置的位置与所述转子的轴线平行地延伸，所述液体流路沿着与所述轴线正交的方向延伸并与所述喷射器管路合流。

4.根据权利要求1所述的压缩机驱动用马达，其特征在于，在所述气体导入部设置有设定向所述壳体内导入的所述气体制冷剂的流量的阀，在所述液体导入部设置有设定向所述壳体内导入的所述液体制冷剂的流量的阀。

5.根据权利要求2所述的压缩机驱动用马达，其特征在于，所述压缩机驱动用马达具备两个以上的所述喷射器，该两个以上的所述喷射器的各自的所述喷射口的位置在所述空隙的周向上不同。

6.根据权利要求1所述的压缩机驱动用马达，其特征在于，由所述喷射器将所述液体制冷剂以及所述气体制冷剂混合而成的湿蒸汽也被朝向所述定子的外周部与所述壳体的内周部之间的间隙喷射。

7.根据权利要求1所述的压缩机驱动用马达，其特征在于，所述压缩机是具备叶轮的离心式压缩机。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的压缩机驱动用马达，其特征在于，所述喷射器配置于所述壳体的内部空间。

9.一种制冷剂回路，其特征在于，

所述制冷剂回路具备权利要求1所述的压缩机驱动用马达、所述压缩机、冷凝器、蒸发器以及减压部。

10.一种压缩机驱动用马达的冷却方法，其是对驱动压缩机的马达进行冷却的方法，所述马达具备：转子；包围所述转子的径向的外周部的定子；以及收容所述转子及所述定子的壳体，所述压缩机驱动用马达的冷却方法的特征在于，包括下述步骤：利用将从包含所述压缩机的制冷剂回路导入的气体制冷剂用作驱动流体、且将从积存有被从所述制冷剂回路导入的液体制冷剂的所述壳体内的液体积存部吸入的所述液体制冷剂用作吸入流体的喷射器，来将所述气体制冷剂与所述液体制冷剂混合；

将混合所述气体制冷剂以及所述液体制冷剂而成的湿蒸汽至少朝向所述转子的外周部与所述定子的内周部之间的空隙喷射，所述喷射器具备接受所述气体制冷剂并使该气体制冷剂与所述液体制冷剂合流的喷射器管路，在所述喷射器管路的内部形成有逐渐缩径的混合部，在所述混合的步骤中，从所述液体积存部朝向所述混合部吸入所述液体制冷剂。

说明书

压缩机驱动用马达及其冷却方法以及制冷剂回路

技术领域

[0001] 本发明涉及对压缩机进行驱动的马达及其冷却方法。

背景技术

[0002] 存在通过供给在制冷剂回路中流动的制冷剂的一部分来冷却对制冷机的压缩机进行驱动的马达的方法(例如专利文献1)。在专利文献1中，向转子与定子之间的空隙(间隙)导入制冷剂来进行冷却。

[0003] 在先技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本特开2002-138962号公报

发明内容

[0006] 发明要解决的课题

[0007] 当马达的热损失变大时，冷却所需的制冷剂量增加。于是，若使用液体制冷剂，则能够利用潜热，因此能够高效地进行冷却，但液体制冷剂的摩擦阻力大，因此希望向空隙供给的液体制冷剂量少。

[0008] 于是，本发明的目的在于，提供通过向转子与定子之间的空隙仅供给必要最低限度的量的液体制冷剂就能够进行冷却的压缩机驱动用马达及其冷却方法。

[0009] 用于解决课题的方案

[0010] 本发明涉及一种马达，其对压缩机进行驱动，所述马达具备：转子；定子，其包围转子的外周部；壳体，其收容转子以及定子；液体导入部，其从包含压缩机的制冷剂回路向壳体内导入液体制冷剂；气体导入部，其从制冷剂回路向壳体内导入气体制冷剂；以及喷射器(Injector)，其将由气体导入部导入的气体制冷剂用作驱动流体，且将由液体导入部导入的液体制冷剂用作吸入流体。

[0011] 并且，本发明的特征在于，由喷射器将液体制冷剂以及气体制冷剂混合而成的湿蒸汽至少被朝向转子的外周部与定子的内周部之间的空隙喷射。

[0012] 在本发明的压缩机驱动用马达中，优选的是，喷射器具有喷射湿蒸汽的喷射口，喷射口与在转子的轴线方向上开放的空隙的开口对置。

[0013] 在本发明的压缩机驱动用马达中，优选的是，喷射器具备：喷射器管路，其从气体导入部接受气体制冷剂并使该气体制冷剂与液体制冷剂合流；和液体流路，其使由液体导入部导入的液体制冷剂向喷射器管路流入，喷射器管路在与空隙对置的位置与转子的轴线平行地延伸，液体流路沿着与轴线正交的方向延伸并与喷射器管路合流。

[0014] 在本发明的压缩机驱动用马达中，优选的是，喷射器从积存有被导入的液体制冷剂的壳体内的液体积存部吸入液体制冷剂。

[0015] 在本发明的压缩机驱动用马达中，优选的是，所述压缩机驱动用马达具备喷射口的位置在空隙的周向上不同的两个以上的喷射器。

[0016] 在本发明的压缩机驱动用马达中，优选的是，由喷射器将液体制冷剂以及气体制冷剂混合而成的湿蒸汽也被朝向定子的外周部与壳体的内周部之间的间隙喷射。

[0017] 本发明的压缩机驱动用马达适合于驱动具备叶轮的离心式压缩机。

[0018] 本发明的制冷剂回路的特征在于，具备上述的压缩机驱动用马达、压缩机、冷凝器、蒸发器以及减压部。

[0019] 在此，能够从制冷剂回路上的压缩机的喷出侧向气体导入部分配气体制冷剂、从制冷剂回路上的冷凝器的下游侧向液体导入部分配液体制冷剂。由此，无需使用泵等外部动力，就能够得到将气体制冷剂以及液体制冷剂分别向马达输送的压力差。

[0020] 另外，本发明涉及一种对驱动压缩机的马达进行冷却的方法，该马达具备：转子；包围转子的径向的外周部的定子；以及收容转子及定子的壳体，所述方法的特征在于，包括下述步骤：利用将从包含压缩机的制冷剂回路导入的气体制冷剂用作驱动流体、且将从制冷剂回路导入的液体制冷剂用作吸入流体的喷射器，来将气体制冷剂与液体制冷剂混合；
将混合气体制冷剂以及液体制冷剂而成的湿蒸汽至少朝向转子的外周部与定子的内周部之间的空隙喷射。

[0021] 发明效果

[0022] 根据本发明，利用喷射器将由液体导入部以及气体导入部分别导入的液体制冷剂与气体制冷剂混合得到的湿蒸汽被向定子与转子之间的空隙吹入。于是，液体制冷剂在与气体制冷剂一同输送的状态下充分流动，因此能够减少气流损失，并且能够利用必要量的制冷剂来可靠地冷却压缩机驱动用马达。

附图说明

[0023] 图1是表示本发明的实施方式的压缩机驱动用马达和包含由马达驱动的压缩机的制冷剂回路的示意图。

[0024] 图2的(a)是表示相对于制冷剂湿度而言的必要制冷剂量的图，图2的(b)是表示相对于制冷剂湿度而言的马达的气流损失的图，图2的(c)是表示马达的合计损失的图。制冷剂湿度表示液体的比率，“1”意味着整体为液相的状态。

[0025] 图3的(a)、(b)是从图1的箭头III的方向表示马达的图。

[0026] 图4是表示本发明的变形例的压缩机驱动用马达和包含由马达驱动的压缩机的制冷剂回路的示意图。

具体实施方式

[0027] 以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

[0028] 图1所示的压缩机1与冷凝器2、膨胀阀3、蒸发器4以及将它们连接的流路(图1中用细的实线示出)一起构成制冷剂回路5。制冷剂回路5用于设置于大规模的大厦、设施等的大型制冷机。

[0029] 本实施方式的压缩机1是具备未图示的叶轮的离心式压缩机(涡轮压缩机)，对制冷剂进行压缩。

[0030] 压缩机驱动用马达10(以下称作马达10)通过传递轴11的旋转驱动力来驱动压缩机1。

[0031] 马达10具备：轴11；绕轴11的轴线与轴11结合的转子12；将转子12的径向的外周部包围的定子13；以及将转子12、定子13及压缩机1收容的壳体14。马达10的轴11以水平延伸的姿态设置。从定子13的芯部131向轴向的两侧突出有线圈的端部(线圈端部132)。

[0032] 壳体14是马达10与压缩机1共同的外壳。导入壳体14内的制冷剂由压缩机1吸入并压缩之后，向制冷剂回路5的流路喷出。

[0033] 从压缩机1喷出后的压缩制冷剂经由冷凝器2、膨胀阀3以及蒸发器4而再次被向压缩机1吸入。

[0034] 当向设置于定子13的线圈通电时，转子12与轴11一起相对于定子13旋转，由此压缩机1的叶轮旋转。通过叶轮的旋转，壳体14内的制冷剂被向叶轮吸入。

[0035] 壳体14的内部被划分为后部室R1和前部室R2，后部室R1和前部室R2将转子12以及定子13夹在之间。

[0036] 后部室R1位于轴11的后端11A侧，经由转子12的外周部与定子13的内周部之间的空隙G(间隙)而与前部室R2连通。空隙G在转子12以及定子13的整周形成。

[0037] 前部室R2位于轴11的前端11B侧，配置有压缩机1。

[0038] 马达10在工作中发热。为了保证马达10的动作并且减少发热所引起的马达10的损失(热损失)，需要充分冷却马达10。

[0039] 因此，将在制冷剂回路5中流动的制冷剂的一部分作为冷却用制冷剂而向马达10供给。

[0040] 在此，冷却效率受到制冷剂的湿度(液体的比率)的影响。一定重量的制冷剂的湿度越高，则由于与从液相向气相的相变相伴的潜热而被吸收的热量越大。因此，如图2的(a)所示，就对马达10进行充分冷却所需的制冷剂量(重量基准)而言，制冷剂的湿度越高则越少。即，制冷剂的湿度越高，则为了冷却马达10而从制冷剂回路5抽取的制冷剂越为少量便足够。

[0041] 另一方面，制冷剂的湿度对马达10的气流损失有影响。在空隙G中流动的制冷剂的湿度(液体的比率)越高则摩擦阻力越增加，因此，如图2的(b)所示，气流损失较大。若气流损失大，则会导致相应地必要的制冷剂量增加。

[0042] 除了气流损失以外，还需要考虑到制冷剂回路5的制冷剂循环量与为了冷却马达10而从制冷剂回路5抽取制冷剂相应地减少的损失(抽气损失)。

[0043] 图2的(c)中的合计损失表示气流损失、抽气损失、马达10所固有的损失(铜损以及铁损)的合计。马达10所固有的损失不依赖于制冷剂的湿度，但就气流损失而言，制冷剂的湿度越高则越大，相反，就抽气损失而言，制冷剂的湿度越高则越小。需要说明的是，图2的(c)所示的合计损失终究是一例。

[0044] 优选的是，以使反映均依赖于制冷剂的湿度的气流损失以及抽气损失的合计损失小的方式，将必要的量的适当湿度的制冷剂向转子12以及定子13供给。

[0045] 本实施方式的马达10具备：气体导入路21，其为了充分冷却马达10而从压缩机1的下游向后部室R1内导入气体制冷剂；液体导入路22，其从冷凝器2的下游向后部室R1内导入液体制冷剂；以及液体排出路23，其从前部室R2内向制冷剂回路5排出液体制冷剂。

[0046] 在图1中，由粗虚线表示气体导入路21，由粗实线表示液体导入路22，由粗点划线表示液体排出路23。

[0047] 气体导入路21的始端部21A连接在由压缩机1喷出的气相的制冷剂朝向冷凝器2流动的制冷剂回路5的流路的中途。由此，由压缩机1喷出的气体制冷剂的一部分被向气体导入路21分配，通过气体导入路21而被向马达10导入。

[0048] 气体导入路21在马达10的上游分支为路径211和路径212。路径211以及路径212均从壳体14的侧壁141向后部室R1内连通。

[0049] 在气体导入路21设置有阀21V。由阀21V将从气体导入路21的路径211、212的各个终端部向后部室R1内导入的气体制冷剂的流量设定为规定值。作为阀21V，可以使用开闭阀、流量调整阀。也可以一并使用阀21V和固定节流孔。

[0050] 需要说明的是，也可以不设置阀21V而通过气体导入路21的直径的设定等来将向后部室R1内导入的气体制冷剂的流量设定为规定值。

[0051] 可以根据制冷剂回路5的压力条件等而调整阀21V的开度。

[0052] 与阀21V相关的上述的说明也适合于后述的阀22V。

[0053] 液体导入路22从冷凝器2转到马达10，从冷凝器2流出的液体制冷剂的一部分自制冷剂回路5的主流被分配。

[0054] 液体导入路22从壳体14的底部142向后部室R1内连通。

[0055] 从液体导入路22导入后部室R1内的液体制冷剂在底部142形成液体积存部25。

[0056] 在液体导入路22设置有阀22V，该阀22V设定从液体导入路22的终端部向壳体14内导入的液体制冷剂的流量。

[0057] 液体排出路23从前部室R2的底部转到蒸发器4。

[0058] 本实施方式的主要特征在于，使用作为喷射泵的一种的喷射器30(injector)将液体制冷剂与气体制冷剂混合，并将其湿蒸汽朝向马达10的至少空隙G喷射，所述喷射泵是不使用动力而借助流体的压力来输送流体的泵。由此，既抑制气流损失，又通过必要量的制冷剂来充分冷却马达10。

[0059] 以下，说明设置于马达10的后部室R1的喷射器30的结构。

[0060] 喷射器30通过将由气体导入路21导入的气体制冷剂用作驱动流体、且将由液体导入路22导入的液体制冷剂用作吸入流体来发挥功能。

[0061] 在本实施方式中，朝向在轴11的轴线C的方向上开放的空隙G的环状的开口G1处的两个部位喷射制冷剂的湿蒸汽，因此具备两个喷射器30。由两个喷射器30从分开间隔的两个部位向空隙G内吹入制冷剂湿蒸汽。

[0062] 两个喷射器30分别具备：喷射器管路31，其从气体导入路21接受气体制冷剂并使之与液体制冷剂合流；以及液体管路32，其使液体制冷剂向喷射器管路31流入。

[0063] 喷射器管路31在与空隙G的周向上的规定部位对置的位置水平且与轴11的轴线C平行地延伸。在喷射器管路31的后端31A连接有气体导入路21(路径211或路径212)。位于喷射器管路31的前端的喷射口31B与空隙G的开口G1对置。

[0064] 在喷射器管路31的内部形成有逐渐缩径的混合部311和将经过了混合部311的流体输送到喷射口31B的输送部312。

[0065] 无需一定从后端31A向喷射器管路31导入气体制冷剂，例如也可以通过沿着与喷射器管路31的轴线正交的方向设置的气体导入路21(图1中以双点划线示出)而向喷射器管路31导入气体制冷剂。

[0066] 液体管路32相对于底部142立起，以与喷射器管路31正交的朝向与混合部311连接。液体管路32的下端32A浸于液体积存部25。

[0067] 在本实施方式中，如图3的(a)所示，两个喷射器30各自的喷射口31B位于空隙G的开口G1的周向上的分开180度的两个部位。在本实施方式中，这些喷射口3lB、31B的高度不同，但也可以如图3的(b)所示那样，这些喷射口31B、31B位于相同高度。

[0068] 需要说明的是，也可以设置三个以上的喷射器30。该多个喷射器30各自的喷射口31B优选在空隙G的周向上大致均匀地配置，以在空隙G的整周上平均地供给制冷剂。

[0069] 从气体导入路21向喷射器管路31导入的气体制冷剂的喷流在缩径了的混合部311被节流而被进一步加速。因此，朝向减压的混合部311且经由液体管路32吸入液体积存部25的液体制冷剂，与气体制冷剂的流动合流，并向喷射器管路31的朝向转向。在本实施方式中，从通有液体管路32的液体积存部吸入液体制冷剂，因此能够向马达10连续地供给液体制冷剂。通过因密度差而动能比气体的动能大的液体制冷剂与气体制冷剂合流，从而液体制冷剂与气体制冷剂混合(混合步骤)。

[0070] 气体制冷剂通过与液体制冷剂混合而冷凝。并且，在输送部312的终端扩径而压力上升的状态下从喷射口31B朝向空隙G的开口G1喷射(喷射步骤)。通过湿蒸汽在空隙G中顺畅地充分流动，从而将转子12以及定子13冷却。

[0071] 除了来自喷射器30的喷射以外，通过与压缩机1的吸引、压缩相伴的壳体14内的流动也能够促进空隙G内的湿蒸汽的流动。

[0072] 如上所述，马达10的冷却所使用的液体制冷剂的一部分气化，并被向压缩机1吸入。在前部室R2中在马达10与压缩机1的叶轮之间存在未图示的分隔件，因此未气化的其余的液体制冷剂全部不被吸入叶轮而通过液体排出路23排出，向蒸发器4流入。

[0073] 根据本实施方式，通过将喷射器30设置于与空隙G对置的位置，从而从喷射器30喷射出的湿蒸汽被向空隙G内吹入，因此能够向轴线C方向的投影面积窄的空隙G可靠地供给包含液体制冷剂的制冷剂而进行冷却。

[0074] 而且，例如通过调整阀21V以及阀22V的开度来适当设定向喷射器30导入的气体制冷剂和液体制冷剂各自的流量，供给必要量的与抑制气流损失相适合的湿度的制冷剂，由此能够充分冷却马达10。被导入的气体制冷剂和液体制冷剂各自的流量优选规定为实现如图2的(c)所示那样与包含气流损失以及抽气损失在内的马达10的合计损失最小的范围对应的最佳的湿度区域A。

[0075] 〔本发明的变形例〕

[0076] 如图4所示，也可以将喷射器30的喷射器管路31设置于与间隙S对应的位置，以朝向定子13的外周部与壳体14之间的间隙S喷射制冷剂湿蒸汽。在本例中，朝向空隙G喷射的喷射器30和朝向间隙S喷射的喷射器30各设置有一个。

[0077] 也可以设置与形成为环状的间隙S的周向上的几个部位对应的多个喷射器30。

[0078] 除此以外，还可以设置对例如线圈端部132、轴11等马达10中的需要冷却的部位喷射制冷剂湿蒸汽的喷射器30。

[0079] 喷射器管路31所延伸的方向也可以与轴线C交叉。

[0080] 除了上述以外，还可以在不脱离本发明的主旨的范围内取舍选择在上述实施方式中举出的结构或对其他结构进行适当变更。

[0081] 在上述的各实施方式中，马达10与压缩机1通过同一轴11而构成为同轴，但马达10与压缩机1也可以单独地具有轴，并将它们的轴彼此结合。也可以在马达10的轴与压缩机1的轴之间夹设变速装置等。

[0082] 另外，在上述各实施方式中，马达10的转子12以及定子13和压缩机1收容于同一壳体14内，但也可以在壳体14内不收容压缩机1。在该情况下，壳体14内也经由规定的流路而与压缩机1的吸入部(叶轮的外周部等)连通，在壳体14内产生由压缩机1的吸入引起的流动。

[0083] 本发明的马达的轴11的方向没有限定，例如也可以沿着铅垂方向配置轴11。

[0084] 由本发明的马达驱动的压缩机不限于离心式压缩机，例如也可以是涡旋式压缩机、回转式压缩机。

[0085] 另外，也可以将喷射器30设置于前部室R2，从前侧向空隙G吹入制冷剂湿蒸汽。

[0086] 附图标记说明

[0087] 1    压缩机

[0088] 2    冷凝器

[0089] 3    膨胀阀(减压部)

[0090] 4    蒸发器

[0091] 5    制冷剂回路

[0092] 10   压缩机驱动用马达

[0093] 11   轴

[0094] 11A  后端

[0095] 11B  前端

[0096] 12   转子

[0097] 13   定子

[0098] 14   壳体

[0099] 21   气体导入路(气体导入部)

[0100] 21A  始端部

[0101] 21V  阀

[0102] 22   液体导入路(液体导入部)

[0103] 22V  阀

[0104] 23   液体排出路

[0105] 25  液体积存部

[0106] 30   喷射器

[0107] 31   喷射器管路

[0108] 31A  后端

[0109] 31B  喷射口

[0110] 32   液体管路

[0111] 32A  下端

[0112] 131  芯部

[0113] 132  线圈端部

[0114] 141  侧壁

[0115] 142  底部

[0116] 211、212 路径

[0117] 311  混合部

[0118] 312  输送部

[0119] A    湿度区域

[0120] C    轴线

[0121] G    空隙

[0122] G1  开口

[0123] R1   后部室

[0124] R2  前部室

[0125] S   间隙