密封電動機(jī)的冷卻和控制的制作方法
【專利摘要】用于冷卻在制冷系統(tǒng)(100)中的壓縮機(jī)電動機(jī)(152)的裝置和方法，該壓縮機(jī)電動機(jī)(152)具有電動機(jī)定子(162)和轉(zhuǎn)子(166)。該方法通過向定子內(nèi)部通路提供制冷劑液體，來冷卻位于壓縮機(jī)外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子和定子、電磁軸承(160)，該通路流體連通轉(zhuǎn)子通道(172)，且流量控制裝置(168)控制進(jìn)入定子的制冷劑流量。與控制器(140)連通的溫度監(jiān)測裝置(176)監(jiān)測電動機(jī)溫度。該控制器(140)評估該電動機(jī)溫度并通過該流量控制裝置(168)調(diào)整制冷劑流量，將該電動機(jī)(152)保持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)。
【專利說明】密封電動機(jī)的冷卻和控制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對用于驅(qū)動壓縮機(jī)(例如空氣壓縮機(jī)和在制冷系統(tǒng)中使用的壓縮機(jī))的電動機(jī)的改善冷卻的系統(tǒng)及方法。本申請尤其涉及使用制冷劑液體對壓縮機(jī)電動機(jī)定子的冷卻，以及在制冷劑液體已經(jīng)流過定子之后通過使用相同的制冷劑對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻。

【背景技術(shù)】
[0002]在壓縮機(jī)的制冷循環(huán)運(yùn)行期間，壓縮機(jī)被一個通過電動馬達(dá)得以轉(zhuǎn)動的軸驅(qū)動。簡單地說，當(dāng)電流通過形成定子的一連串繞組時，該電動機(jī)產(chǎn)生熱，于是引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。該轉(zhuǎn)子和定子被置于電動機(jī)外殼內(nèi)。該轉(zhuǎn)子包括可連接至其它設(shè)備的軸，該其它設(shè)備在此處為壓縮機(jī)。在先進(jìn)的壓縮機(jī)中，轉(zhuǎn)子可由電磁軸承支撐。這些軸承也會產(chǎn)生熱，且該軸承可被認(rèn)為是電動機(jī)的一部分。為除熱以及防止電動機(jī)過熱，必須提供冷卻，因?yàn)殡妱訖C(jī)通常設(shè)置有當(dāng)該電動機(jī)的溫度超過預(yù)定限制即自動關(guān)閉的特征，以防止損害電動機(jī)。
[0003]已經(jīng)使用了多種方案來從制冷應(yīng)用中的壓縮機(jī)電動機(jī)除熱。2011年9月20日授權(quán)給De Larminat并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的第8，021，127號美國專利(“該’ 127專利”)描述了一種這樣的技術(shù)。該’ 127專利將制冷劑氣體從蒸發(fā)器中抽出，并使該氣體穿過電動機(jī)，該氣體通過轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙。來自該蒸發(fā)器的該制冷劑氣體的溫度遠(yuǎn)低于該電動機(jī)的溫度，因此當(dāng)該制冷劑氣體流過轉(zhuǎn)子時將該區(qū)域冷卻。在該制冷劑通過該轉(zhuǎn)子后，其被循環(huán)回到壓縮機(jī)入口或吸入口。其它技術(shù)也使制冷劑流體流過定子內(nèi)的通道。這些設(shè)置的問題之一是，盡管制冷劑在冷卻電動機(jī)時很有效，但該電動機(jī)可能會變得太冷以致在電動機(jī)外殼上形成冷凝，不合意地導(dǎo)致冷凝形成的水從該外殼滴落到地板上。
[0004]需要這樣一種設(shè)計(jì)，其向電動機(jī)提供冷卻，但可調(diào)節(jié)該電動機(jī)的溫度，以便該溫度在壓縮機(jī)電動機(jī)所在的位置不低于空氣的露點(diǎn)，從而防止在電動機(jī)外殼上形成冷凝，且消除了在該壓縮機(jī)電動機(jī)下方的地面上形成積水的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明包含對在使用壓縮機(jī)的系統(tǒng)(例如制冷系統(tǒng))中的電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻的裝置和方法。該裝置包括:具有內(nèi)部通路的定子；位于該定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有在該轉(zhuǎn)子和該定子之間的通道；密封地封住該轉(zhuǎn)子和該定子的外殼；位于該外殼內(nèi)并定位在該轉(zhuǎn)子的一端的電磁軸承；向該定子內(nèi)部通路提供制冷劑液體的制冷劑管線，該定子的內(nèi)部通路與轉(zhuǎn)子通道流體連通；以及流量控制裝置，被定位以控制通過該定子的內(nèi)部通路的制冷劑流量。該電動機(jī)包括第一管線，以使所有液體制冷劑循環(huán)到蒸發(fā)器；以及第二管線，以使制冷劑氣體循環(huán)到制冷系統(tǒng)的低壓側(cè)。該電動機(jī)內(nèi)包括至少一個溫度監(jiān)測裝置。該溫度監(jiān)測裝置與控制器連通。該溫度監(jiān)測裝置確定該電動機(jī)的溫度并向該控制器提供表明該電動機(jī)溫度的信號。該控制器評估電動機(jī)溫度并通過流量控制裝置調(diào)整制冷劑的流量，以將該電動機(jī)保持在足夠高以防止在電動機(jī)外殼的外部形成冷凝的一個溫度范圍內(nèi)。當(dāng)然，該控制器也可通過該流量控制裝置保持制冷劑的流量，以將該電動機(jī)的溫度保持在為防止過熱而停止電動機(jī)運(yùn)行的一個自動溫度切斷裝置的設(shè)定點(diǎn)以下。
[0006]該制冷系統(tǒng)包括:制冷劑，其在該系統(tǒng)中可為氣體或液體；將制冷劑氣體壓縮至高壓的壓縮機(jī)；與該壓縮機(jī)流體連通、使高壓制冷劑氣體凝結(jié)為高壓液體的冷凝器；冷卻及控制冷凝溫度的冷卻塔；與該冷凝器流體連通以進(jìn)一步冷卻來自該冷凝器的制冷劑的過冷器；從該過冷器至該蒸發(fā)器的管線，以提供在該過冷器和該蒸發(fā)器之間的流體連通，其中液體制冷劑在該蒸發(fā)器中經(jīng)歷相變，且其中該蒸發(fā)器與該壓縮機(jī)流體連通。在該系統(tǒng)中的該過冷器和該蒸發(fā)器間的管線中也包括可變節(jié)流孔閥，以降低從該過冷器流向該蒸發(fā)器的制冷劑的壓力。來自該過冷器和該可變節(jié)流孔閥之間的導(dǎo)管的液體管線向壓縮機(jī)電動機(jī)提供過冷的制冷劑。來自與該電動機(jī)關(guān)聯(lián)的排液口的液體管線將冷凝制冷劑從該電動機(jī)返回到該蒸發(fā)器。來自該電動機(jī)的流體管線將氣態(tài)的制冷劑返回到該蒸發(fā)器?？刂破骺刂圃撝评湎到y(tǒng)的運(yùn)行。
[0007]從下文結(jié)合附圖對優(yōu)選的實(shí)施方案的更詳細(xì)的描述中將明了本發(fā)明其它的特征和優(yōu)勢，這些附圖以實(shí)施例的方式例示了本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為包括可變節(jié)流孔閥及位于該冷凝器和該可變節(jié)流孔閥之間的過冷器的制冷系統(tǒng)的不意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明的用于壓縮機(jī)的電動機(jī)冷卻回路的示意圖，該電動機(jī)冷卻回路具有電磁軸承并且將輸入液體制冷劑作為冷媒。
[0010]圖3為現(xiàn)有技術(shù)的用于壓縮機(jī)的電動機(jī)冷卻回路的示意圖，該電動機(jī)冷卻回路具有電磁軸承并且使用液體制冷劑及氣體制冷劑作為冷媒。
[0011]圖4為表不圖2及圖3中表不的冷卻方案中的氣壓(縱軸)相對于熱含量(橫軸)的圖表，其中圖4A的圖表表不圖3中不出的冷卻方案,而圖4B的圖表表不圖2不出的冷卻方案。
[0012]具體說明
[0013]參考圖1，該圖是制冷系統(tǒng)100的示意圖，該制冷系統(tǒng)包括可變節(jié)流孔閥126、和位于冷凝器116和過冷器124之間的過冷器124，壓縮機(jī)119與冷凝器116流體連通，該冷凝器從壓縮機(jī)119接收高壓制冷劑氣體。冷凝器116是將高壓氣體凝結(jié)成高壓液體的熱交換器。冷凝器116與另一媒介熱交換連通。該熱交換媒介可為空氣。對于需要更高性能的系統(tǒng)，該熱交換媒介通常為液體，例如水，其被循環(huán)穿過冷卻塔122。冷凝器116與蒸發(fā)器128流體連通，在此處該制冷劑經(jīng)歷從液體到氣體的狀態(tài)改變。在冷凝器116和蒸發(fā)器128之間，通常有膨脹裝置將高壓液體膨脹為具有低壓的液體或液體氣體混合物。在圖1中，該膨脹裝置為可變節(jié)流孔閥(VOV) 126。在圖1示出的該系統(tǒng)中，過冷器124位于冷凝器116和VOV 126之間，以進(jìn)一步冷卻來自該冷凝器的該高壓液體。蒸發(fā)器128為熱交換器，且與蒸發(fā)器繞組處于熱交換關(guān)系的空氣或水在液體經(jīng)歷狀態(tài)改變時變冷。當(dāng)水通過冷卻該水的蒸發(fā)器盤管時，與該蒸發(fā)器處于熱交換關(guān)系的裝置被稱為冷凍器130，其儲存冷凍水并將其循環(huán)至建筑物或其他設(shè)備以用于冷卻目的。來自蒸發(fā)器128的低壓制冷劑氣體之后循環(huán)回到壓縮機(jī)119，且重復(fù)該循環(huán)。
[0014]系統(tǒng)100也包括控制面板140，其包括控制器以監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)及建筑物內(nèi)或待被冷卻的設(shè)備內(nèi)的情況，并調(diào)節(jié)系統(tǒng)100的運(yùn)行以將該建筑物內(nèi)或該設(shè)備內(nèi)的溫度維持在預(yù)選定的水平，同時使系統(tǒng)100盡可能平穩(wěn)而有效地運(yùn)行。圖1也示出了驅(qū)動壓縮機(jī)108的電動機(jī)152，電動機(jī)152被控制器控制，控制器方便地位于控制面板140中，但也可位于任意其它位置。既然明了該控制器可位于任意位置，但是被示為控制面板的一部分，則控制器140和控制面板140在本文中將被可替換地使用。電動機(jī)152與控制器140的連通可為電氣連通、電子連通或無線連通中的任一種。
[0015]圖2為附接有電動機(jī)152的壓縮機(jī)119的剖面圖，描繪了本發(fā)明的冷卻方案。為了對比，圖3顯示了與本發(fā)明不同的一個冷卻方案，其也示出了除了冷卻方案以外其他方面大體相同的壓縮機(jī)和電動機(jī)的剖面圖。
[0016]在圖3中，展示了在其他方面相同的壓縮機(jī)及其電動機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)冷卻方案。該電動機(jī)包括連接至電源的定子，和位于該定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子。該電動機(jī)利用電磁軸承在該系統(tǒng)運(yùn)行期間支撐并使該轉(zhuǎn)子在軸向和徑向上皆居中。萬一發(fā)生電力故障，該系統(tǒng)使用備用機(jī)械軸承。向該定子施加電力使該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，但也造成該定子和該轉(zhuǎn)子產(chǎn)生大量熱。該電磁軸承同樣產(chǎn)生額外的熱。連接至葉輪的該轉(zhuǎn)子則使該葉輪轉(zhuǎn)動并且壓縮制冷劑。
[0017]液體制冷劑被提供用于冷卻該定子，該液體制冷劑在膨脹裝置或VOV (即系統(tǒng)的高壓側(cè))之前的導(dǎo)管中被抽出。提供了一個分立源的冷卻液體以冷卻該轉(zhuǎn)子。該分立源的冷卻液體為從蒸發(fā)器抽出的氣體，被發(fā)送通過該轉(zhuǎn)子和該定子間的通道，并進(jìn)入壓縮機(jī)的吸入端。用于冷卻該定子的液體被循環(huán)穿過該定子內(nèi)設(shè)置的冷卻通路以冷卻該定子，該液體中的一部分形成氣體?；旌系臍怏w和液體接著被返回到該VOV的低壓側(cè)(蒸發(fā)器側(cè))一在VOV和蒸發(fā)器之間一的制冷劑管線中。
[0018]用于冷卻該轉(zhuǎn)子的制冷劑氣體越過、繞過和/或穿過位于該轉(zhuǎn)子任一端的電磁軸承，冷卻該電磁軸承，并穿過該定子和該轉(zhuǎn)子之間的間隙。因?yàn)樵撓到y(tǒng)使用了電磁軸承，無需向該電動機(jī)提供潤滑，并且無需在該系統(tǒng)中包括將潤滑劑與制冷劑分離的工具。該制冷劑氣體在給轉(zhuǎn)子區(qū)域和該電磁軸承除熱后，被返回到該系統(tǒng)的通向該壓縮機(jī)的入口處，在壓縮機(jī)葉輪的低壓側(cè)。
[0019]該系統(tǒng)在冷卻電動機(jī)方面相當(dāng)有效。該系統(tǒng)如此有效以致于電動機(jī)外殼會被冷卻到在該壓縮機(jī)所在的設(shè)備室或設(shè)備艙內(nèi)的空氣的露點(diǎn)以下。當(dāng)此種情況發(fā)生時，冷凝不合意地形成在該電動機(jī)外殼上且滴落到該設(shè)備室或設(shè)備艙的地面上。這不僅給在此區(qū)域內(nèi)工作帶來困難，也成為對經(jīng)常出入該區(qū)域的人員的健康危害，潮濕的區(qū)域成了細(xì)菌和霉菌滋生的源頭。另外，電子部件(如傳感器)可能被積聚在插頭線端內(nèi)的水損壞，且存在高壓時，水可能導(dǎo)致電擊危險(xiǎn)。
[0020]在圖1和圖2中描繪的本發(fā)明克服了過冷和形成冷凝的問題。盡管當(dāng)前系統(tǒng)100也使用VOV 126作為膨脹裝置，但其也包括過冷器124以進(jìn)一步冷卻制冷劑到該冷凝器內(nèi)的制冷劑溫度以下。電動機(jī)152被連接至葉輪102。當(dāng)定子162從電源(未示出)充電，轉(zhuǎn)子166被連接至葉輪102，給予葉輪102轉(zhuǎn)動動作。但是，當(dāng)定子162被充電，電動機(jī)152
內(nèi)產(chǎn)生大量熱。
[0021]冷卻該電動機(jī)的液體制冷劑從過冷器124或從系統(tǒng)100內(nèi)的過冷器124和VOV126之間的任何其它位置，被提供給該電動機(jī)。該液體制冷劑被提供給定子162以進(jìn)行冷卻，穿過定子162內(nèi)或鄰近定子162的冷卻通路164。該液體制冷劑的一部分可被轉(zhuǎn)化為氣體。離開定子162的液/氣混合物接著被導(dǎo)入轉(zhuǎn)子166。膨脹閥168位于該制冷劑管線中的在過冷器124和制冷劑進(jìn)入轉(zhuǎn)子166的進(jìn)口前之間的某個點(diǎn)。優(yōu)選的，該膨脹閥為電子膨脹閥(EEV) 168，被設(shè)置于定子冷卻通路164出口和進(jìn)入轉(zhuǎn)子的進(jìn)口之間，如圖2所示。EEV 168也和控制器140連通。EEV 168調(diào)節(jié)通過冷卻通路164進(jìn)入轉(zhuǎn)子166的制冷劑的流量。
[0022]液體和霧的一部分(其可進(jìn)一步凝結(jié)為液滴)由重力驅(qū)使流向與蒸發(fā)器128流體連通的液體排出口 170，液體從排出口 170流向蒸發(fā)器128。此處使用的制冷劑霧是制冷劑氣體和制冷劑液滴的混合物，被循環(huán)經(jīng)過電磁軸承160并進(jìn)入轉(zhuǎn)子166，沿著轉(zhuǎn)子間隙172行進(jìn)。當(dāng)該制冷劑霧從電磁軸承152上流過并沿著轉(zhuǎn)子間隙172流動時，該霧將軸承152以及轉(zhuǎn)子166和定子162中的熱除去。當(dāng)該制冷劑液滴前進(jìn)通過轉(zhuǎn)子166時，其在吸收熱的同時經(jīng)歷從液體到氣體的狀態(tài)改變。因?yàn)樵撓到y(tǒng)中使用了電磁軸承160，無需向電動機(jī)152提供潤滑劑，并且無需在該系統(tǒng)中包括將潤滑劑與該制冷劑分離的工具。當(dāng)經(jīng)過轉(zhuǎn)子166時，制冷劑氣體通過和蒸發(fā)器128流體連通的排氣管174，該氣體被傳送至蒸發(fā)器128。
[0023]仍然參考圖2，系統(tǒng)100進(jìn)一步包括溫度監(jiān)測裝置，以通過調(diào)節(jié)經(jīng)過該電動機(jī)的制冷劑的流量來控制該電動機(jī)的溫度。盡管可以使用任何溫度監(jiān)測裝置，優(yōu)選的溫度監(jiān)測裝置是電熱調(diào)節(jié)器。定子電熱調(diào)節(jié)器176被設(shè)置在該定子內(nèi)的一個位置，以監(jiān)測該定子的溫度?？梢栽诙ㄗ?62內(nèi)的不同位置設(shè)置多于一個的定子電熱調(diào)節(jié)器176，以監(jiān)測定子162內(nèi)部不同位置的溫度。轉(zhuǎn)子電熱調(diào)節(jié)器178被設(shè)置在沿著轉(zhuǎn)子166或鄰近轉(zhuǎn)子間隙172的一個位置，以監(jiān)測轉(zhuǎn)子166的溫度?？梢栽谘剞D(zhuǎn)子166或轉(zhuǎn)子間隙172的不同位置設(shè)置多于一個的轉(zhuǎn)子電熱調(diào)節(jié)器178，以在不同位置監(jiān)測轉(zhuǎn)子166的溫度?？稍谠撾妱訖C(jī)外殼上設(shè)置可選的電動機(jī)外殼電熱調(diào)節(jié)器182。電動機(jī)外殼電熱調(diào)節(jié)器182是可選的，因?yàn)閬碜远ㄗ与姛嵴{(diào)節(jié)器176和轉(zhuǎn)子電熱調(diào)節(jié)器178的溫度測量可使該系統(tǒng)對于狀態(tài)變化做出迅速的反應(yīng)，如將被說明的。所有電熱調(diào)節(jié)器176、178和182都與控制器140連通，持續(xù)地將感測出的溫度報(bào)告給該控制器做評估。進(jìn)入的冷凝冷卻水的溫度，及從冷卻塔返回的冷卻水的溫度，也被一個溫度監(jiān)測裝置監(jiān)測，該溫度監(jiān)測裝置也和控制器140連通。
[0024]運(yùn)行時，流動通過定子冷卻通路164和轉(zhuǎn)子間隙172的制冷劑，將定子162、轉(zhuǎn)子166和電磁軸承160的熱除去。定子162和轉(zhuǎn)子166內(nèi)部的溫度被監(jiān)測。只要監(jiān)測的溫度被保持在預(yù)定最小值和預(yù)定最大值之間，制冷劑的流率可以維持不變。該預(yù)定最小值為該電動機(jī)外殼不會低于電動機(jī)152周圍空氣露點(diǎn)的溫度。該預(yù)定最大值為該電動機(jī)外殼不會升到該壓縮機(jī)會過熱的溫度以上的一個溫度，包括一個額外的余量(margin)。壓縮機(jī)通常包括安全裝置，例如斷路器或其他電流切斷開關(guān)，當(dāng)達(dá)到或超過監(jiān)測溫度時該安全裝置使設(shè)備關(guān)停。該額外的余量可以是一個預(yù)定值，例如華氏5度或華氏10度，該余量由壓縮機(jī)的大小、應(yīng)用、環(huán)境及其他因素決定。
[0025]當(dāng)達(dá)到一個或多個電熱調(diào)節(jié)器176、178的預(yù)定最小溫度時，所監(jiān)測的溫度被報(bào)告給控制器140，該電動機(jī)正被提供過多制冷劑，該電動機(jī)冷卻的速度會造成在該電動機(jī)外殼上形成冷凝。響應(yīng)于此被感測的狀況，控制器140向優(yōu)選的EEV 168提供信號以將通過電動機(jī)152的制冷劑節(jié)流返回，直到該溫度開始上升至該預(yù)定最小值以上。應(yīng)注意，該預(yù)定最小值可被設(shè)為進(jìn)入的冷凝冷卻水的溫度加上一個余量?？蛇x擇該進(jìn)入的冷凝冷卻水的溫度，因?yàn)榄h(huán)境空氣的露點(diǎn)不能高于該進(jìn)入的冷凝冷卻水的溫度。此外，該進(jìn)入的冷凝冷卻水的溫度也被監(jiān)測以及傳達(dá)至控制器140。
[0026]當(dāng)達(dá)到一個或多個電熱調(diào)節(jié)器176、178的預(yù)定最大值溫度時，該被監(jiān)測的溫度被報(bào)告給控制器140,電動機(jī)152正被提供過少制冷劑,其表不電動機(jī)152加熱的速度可以使該壓縮機(jī)關(guān)閉。響應(yīng)于此被感測出的狀況，控制器140向EEV提供信號以增加通過電動機(jī)152的制冷劑流，直到該被監(jiān)測的溫度開始下降至該預(yù)定最大值以下。
[0027]圖2也描繪了輔助閥184。盡管輔助閥184是有益的，其對本發(fā)明的保護(hù)方案沒有影響。輔助閥184與冷卻制冷劑入口 186的上流側(cè)上的第二輔助閥(未示出)結(jié)合使用。這些輔助閥可以被用于隔離EEV168以檢修、維護(hù)或更換。
[0028]圖4是圖2中描繪的本發(fā)明的冷卻方案與圖3中描繪的現(xiàn)有技術(shù)的冷卻方案在冷卻上的區(qū)別的圖形示圖。在圖4中，圖表表示對于相應(yīng)的冷卻方案而言的制冷劑壓力(縱坐標(biāo))相對于熱含量(橫坐標(biāo))的關(guān)系。在兩張圖表中，曲線左邊的垂直線表示液體制冷齊U。曲線下方的區(qū)域表示氣體和液體制冷劑混合物。每條曲線右邊的大體垂直的線表示制冷劑氣體。
[0029]參考圖4A，其表示了現(xiàn)有技術(shù)冷卻方案，液體制冷劑在定子入口 A (節(jié)流孔)進(jìn)入該壓縮機(jī)時經(jīng)歷大的壓力下降并冷卻該定子，之后在定子出口 B處離開該定子。此大的壓力下降使該液體制冷劑中的一些閃蒸為氣體，且作為該狀態(tài)改變的結(jié)果而從定子吸熱。在循環(huán)通過該定子后，制冷劑以液體/氣體(霧)混合物的形式在定子出口 B處離開該定子。在轉(zhuǎn)子入口 C處提供氣體，該氣體經(jīng)過轉(zhuǎn)子在壓縮機(jī)入口 D處從該電動機(jī)離開。當(dāng)然，其作為氣體在該曲線外被表示為線C-D。因?yàn)楫?dāng)液體制冷劑閃蒸為制冷劑氣體時的壓力下降提供的強(qiáng)大冷卻能力，平均外殼溫度可下降至露點(diǎn)以下，造成冷凝。
[0030]參考圖4B，其表示了本發(fā)明的冷卻方案，液體制冷劑在冷卻制冷劑入口(節(jié)流孔)186(A1)處進(jìn)入定子162，并經(jīng)過定子冷卻通路164。由該圖表可以看出，正在進(jìn)入的液體制冷劑僅經(jīng)歷一個小的壓力下降，使得由于該壓力下降而造成的液體閃蒸為氣體的量被最小化，盡管當(dāng)制冷劑從定子162吸熱時會發(fā)生一些額外的液體向氣體的轉(zhuǎn)化。這種熱轉(zhuǎn)移由該圖表中的線Al-Bl表示。BI表示圖2中的電子膨脹閥168的位置，其也緊鄰來自定子冷卻通路164的制冷劑的定子出口 190。響應(yīng)來自定子電熱調(diào)節(jié)器176和轉(zhuǎn)子電熱調(diào)節(jié)器178的溫度，EEV 168被控制器140控制，這樣可以控制流動通過定子冷卻通路164及進(jìn)入轉(zhuǎn)子166的制冷劑的量。在制冷劑經(jīng)過EEV 168(鄰近定子出口 190)時，其經(jīng)歷額外的壓力下降且該液體移動至轉(zhuǎn)子入口 192，制冷劑通過EEV 168至轉(zhuǎn)子入口 192的移動被表示為圖4B中的Bl-Cl線。注意，在EEV 168 (緊鄰定子出口 190)處的壓力下降足夠?qū)⒉糠忠后w轉(zhuǎn)化為氣體，但Bl-Cl線保持在該曲線之下。在轉(zhuǎn)子入口 192處，過量的液體制冷劑中的一些在轉(zhuǎn)子液體排出口 170處離開該電動機(jī)，該轉(zhuǎn)子液體排出口 170與蒸發(fā)器128流體連通。剩余的制冷劑進(jìn)入該電動機(jī)，經(jīng)過定子162和轉(zhuǎn)子166之間的間隙172，冷卻該轉(zhuǎn)子。當(dāng)制冷劑穿過間隙172且在圖4B中的電動機(jī)排氣管174、196處離開該電動機(jī)時，熱被吸收，該電動機(jī)排氣管也和蒸發(fā)器128流體連通。上述吸收熱的過程被表示為圖4B中的Cl-Dl線。由圖4B可以看出，由于當(dāng)霧中的液滴在其到達(dá)電動機(jī)排氣口 174之前經(jīng)過轉(zhuǎn)子間隙172和電磁軸承時被轉(zhuǎn)化為氣體，Cl-Dl線從熱含量曲線以下移動至該曲線右側(cè)的垂直氣體線區(qū)域。可以看出，經(jīng)過EEV 168的制冷劑經(jīng)歷壓力下降，且流經(jīng)電動機(jī)152的制冷劑的量可通過控制經(jīng)過EEV 168的流而被控制，以便平均外殼溫度可被控制在露點(diǎn)以上。
[0031]本發(fā)明提供了一種電動機(jī)冷卻系統(tǒng),其可監(jiān)測電動機(jī)152的溫度并將電動機(jī)152保持在預(yù)定的溫度限制內(nèi)，在該限制的下端處，防止在該電動機(jī)外殼蓋上形成冷凝，且在該限制的上端處，防止電動機(jī)152過熱。該系統(tǒng)使用控制器140，其監(jiān)測報(bào)告該電動機(jī)內(nèi)的溫度的傳感器140。當(dāng)所感測到的溫度落在預(yù)定溫度限制以外時，控制器140接著發(fā)送信號至EEV 168以增加或減少流向該系統(tǒng)的制冷劑。
[0032]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，可以進(jìn)行各種變化且等同物可以替代其元件。此外，在不偏離本發(fā)明的基本范圍的前提下，可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行許多改型以適應(yīng)特定情況或材料。因此，本發(fā)明并不受限制于作為實(shí)施本發(fā)明的最優(yōu)方式所公開的具體實(shí)施方案，而是本發(fā)明將包含落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。
【權(quán)利要求】
1.壓縮機(jī)組件，包括: 壓縮機(jī)外殼； 壓縮機(jī)(100),定位在所述外殼內(nèi)； 壓縮機(jī)入口，以將制冷劑氣體輸入到所述壓縮機(jī)(100)； 電動機(jī)(152),所述電動機(jī)包括: 電動機(jī)外殼， 定子(162)，定位在所述電動機(jī)外 殼內(nèi)，所述定子具有繞組及冷卻通路(164)， 轉(zhuǎn)子(166)，定位在所述定子(162)內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子具有軸，該軸具有一個連接至壓縮機(jī)葉輪(102)的第一端以及一個第二端， 其中當(dāng)施加電流到定子繞組時，所述轉(zhuǎn)子(166)轉(zhuǎn)動，使所述壓縮機(jī)(100)運(yùn)行； 電磁軸承(160)，定位在所述轉(zhuǎn)子(166)的兩端，以在電流被施加到所述定子繞組時支撐所述轉(zhuǎn)子； 所述電動機(jī)(152)進(jìn)一步包括: 溫度監(jiān)測裝置(176)，定位在所述定子內(nèi)； 定子入口(186)及定子出口(190)，所述定子入口接收用于冷卻所述定子(162)的液體制冷劑， 轉(zhuǎn)子入口(192)、轉(zhuǎn)子液體(170)排出口及轉(zhuǎn)子排氣口(174)，所述轉(zhuǎn)子入口從所述定子出口(190)接收制冷劑； 流量控制裝置(168)，被定位以響應(yīng)于所述溫度監(jiān)測裝置(176)提供的所述定子(162)和所述轉(zhuǎn)子(166)的溫度，控制所述定子(162)內(nèi)的制冷劑的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)組件，其中所述壓縮機(jī)(100)為離心式壓縮機(jī)，其具有連接至轉(zhuǎn)子軸并定位于所述壓縮機(jī)外殼內(nèi)的葉輪(102)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)組件，其中所述定子溫度監(jiān)測裝置(176)為電熱調(diào)節(jié)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮機(jī)組件，其中電磁軸承(160)被定位在所述轉(zhuǎn)子(166)的兩端以支撐所述轉(zhuǎn)子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)組件，其中冷卻所述電動機(jī)(152)的所述液體制冷劑由過冷器(124)提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)組件，進(jìn)一步包括控制器(140)，其響應(yīng)于所述溫度監(jiān)測裝置(176)提供的所述定子(162)的溫度，通過所述流量控制裝置(168)調(diào)節(jié)液體制冷劑的流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)組件，進(jìn)一步包括定位在所述轉(zhuǎn)子(166)內(nèi)的轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測裝置(178)，以向所述控制器提供轉(zhuǎn)子溫度，從而響應(yīng)于所述定子(162)和所述轉(zhuǎn)子(166)的溫度，通過所述流量控制裝置(168)調(diào)節(jié)液體制冷劑的流量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓縮機(jī)組件，其中所述轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測裝置(178)被定位為鄰近于轉(zhuǎn)子間隙(172)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓縮機(jī)組件，其中所述轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測裝置(178)為電熱調(diào)節(jié)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)組件，其中所述流量控制裝置(168)為膨脹閥。
11.用于冷卻在制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)電動機(jī)(152)的方法，包括以下步驟: 提供具有定子(162)和轉(zhuǎn)子(166)的壓縮機(jī)電動機(jī)(152)，所述轉(zhuǎn)子具有軸，且所述壓縮機(jī)電動機(jī)流體連通至高壓過冷的制冷劑液體的源； 向所述定子提供高壓制冷劑液體流； 監(jiān)測所述定子的溫度； 使所述制冷劑液體循環(huán)通過所述定子，以從所述定子中除熱，以將所述定子的溫度保持在預(yù)定范圍內(nèi)； 在將制冷劑提供至所述轉(zhuǎn)子之前，將高壓制冷劑的壓力降低； 提供所述制冷劑至所述轉(zhuǎn)子； 使所述制冷劑循環(huán)通過所述轉(zhuǎn)子，以從所述轉(zhuǎn)子中除熱； 調(diào)節(jié)到所述定子的制冷劑流，以將所述定子的溫度保持在所述預(yù)定范圍內(nèi)； 使離開所述定子并且未進(jìn)入所述轉(zhuǎn)子的液體制冷劑返回到蒸發(fā)器；以及 使離開所述轉(zhuǎn)子的制冷劑返回到所述蒸發(fā)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 監(jiān)測所述轉(zhuǎn)子的溫度；以及 使所述制冷劑循環(huán)通過所述轉(zhuǎn)子，以從所述轉(zhuǎn)子中除熱，從而將所述轉(zhuǎn)子的溫度保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中將所述定子的溫度保持在預(yù)定范圍內(nèi)的步驟包括:將所述定子的溫度保持在環(huán)境大氣的露點(diǎn)以上并且在安全裝置激活溫度以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 提供控制器(140)； 提供與所述控制器連通的流量控制裝置(168)； 提供與所述控制器(140)連通的定子溫度監(jiān)測裝置(176)； 提供與所述控制器(140)連通的轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測裝置(178);以及其中調(diào)整制冷劑的流量的所述步驟進(jìn)一步包括向所述控制器(140)提供來自所述定子溫度監(jiān)測裝置(176)的表明定子溫度的信號，向所述控制器(140)提供來自所述轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測裝置(178)的表明轉(zhuǎn)子溫度的信號，所述控制器確定所述定子溫度是否在預(yù)定溫度范圍內(nèi)及所述轉(zhuǎn)子溫度是否在預(yù)定溫度范圍內(nèi)，所述控制器向所述流量控制裝置(168)發(fā)送信號，以在所述定子溫度或所述轉(zhuǎn)子溫度不在所述預(yù)定溫度范圍內(nèi)時調(diào)節(jié)制冷劑的流量。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:提供與冷凝器(116)和所述定子(162)流體連通的過冷器(124)，所述過冷器向所述定子提供高壓過冷的制冷劑液體。
【文檔編號】F04D29/058GK104081059SQ201380007691
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月7日
【發(fā)明者】J·W·施瑞博 申請人:江森自控科技公司