DE1258879B

DE1258879B - Cooling device for closed electric motors

Info

Publication number: DE1258879B
Application number: DEA32680A
Authority: DE
Inventors: Richard L Bernhard
Original assignee: American Radiator and Standard Sanitary Corp
Current assignee: American Radiator and Standard Sanitary Corp
Priority date: 1958-08-18
Filing date: 1959-08-17
Publication date: 1968-01-18

Description

Kühlvorrichtung für geschlossene Elektromotoren Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen insbesondere zum Antrieb .eines Kompressors einer Kühlanlage dienenden Elektromotor mit einem gegenüber der Atmosphäre hermetisch geschlossenen, den Rotor und den Stator des Motors aufnehmenden Gehäuse, wobei ein Teil des in der Kühlanlage umlaufenden Kältemittelstromes aus einer Sammelkammer in flüssiger Form entnommen, in das Motorgehäuse ein-, durch dasselbe hindurch- und über einen unter niedrigerem Druck stehenden Auslaß in das System zurückgeführt wird.Cooling device for enclosed electric motors The invention relates to a cooling device for a particular to drive .ein compressor a An electric motor with a cooling system is hermetically sealed against the atmosphere closed housing accommodating the rotor and the stator of the motor, wherein a Part of the refrigerant flow circulating in the cooling system from a collecting chamber taken in liquid form, into the motor housing, through the same and returned to the system via a lower pressure outlet will.

Nach der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, daß die Wirksamkeit und der Kältemittelverbrauch derartiger bekannter Einrichtungen mit einfachsten Mitteln erheblich verbessert werden kann; die vorliegende Erfindung geht somit von der Aufgabe aus, eine solche Verbesserung herbeizuführen.According to the present invention it has been recognized that the effectiveness and the refrigerant consumption of such known devices with the simplest Funds can be significantly improved; the present invention thus proceeds from the task of bringing about such an improvement.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß innerhalb des Motorgehäuses nahe am Ende des Rotors ein mit der Sammelkammer für flüssiges Kältemittel verbundener Kältemittel-Verteilerring angeordnet ist, der eine Anzahl von öffnungen aufweist, die auf den zwischen Rotor und Stator gebildeten Spalt gerichtet sind, wobei der Spalt in bekannter Weise die einzige Verbindung zwischen der Kältemittel-Zuführvorrichtung und dem Auslaß ist.This object is achieved according to the invention in that within of the motor housing near the end of the rotor with the collection chamber for liquid Refrigerant connected refrigerant distribution ring is arranged, the a number of openings which are directed towards the gap formed between the rotor and stator are, the gap in a known manner the only connection between the refrigerant supply device and the outlet is.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gelangt somit der zur Kühlung des Motors dienende Teilstrom des flüssigen Kältemittels direkt in denjenigen Bereich des Motors, nämlich in den Spalt zwischen Rotor und Stator, wo die höchsten Temperaturen herrschen und das Kältemittel direkt mit den wärmeerzeugenden Metallteilen des Rotors und Stators in Berührung tritt. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen der eingangs angegebenen Art, bei denen das Kältemittel einfach in das Motorgehäuse eingeleitet wird, verdampft also das Kältemittel nicht bereits an Stellen, deren Kühlung nicht vordringlich ist, sondern in demjenigen. Bereich des Motors, wo die abzuführende Wärme tatsächlich entsteht und die höchsten Temperaturen hervorruft. Bei den bekannten Vorrichtungen verdampft ein großer Teil des in das Motorgehäuse eingeführten Kühl-Attels schon vor Erreichung des Spalts zwischen Rotor und Stator; auf diese Weise werden die Gehäusebereiche in der Umgebung des Kühlmitteleintritts sehr tief gekühlt, was gar nicht erforderlich ist, während für die Kühlung der heißesten Teile des Motors nur eine entsprechend verringerte Kühlleistung zur Verfügung steht, so daß man einen entsprechend größeren Kältemittelstrom zum Kühlen des Motors abzweigen muß. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dagegen schon sehr kleine Mengen des flüssigen Kältemittels ausreichend, um eine wirksame und gleichmäßige Kühlung des Motors zu erzielen. Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die eingespritzte Kältemittelmenge ohne weiteres so eingestellt werden kann, daß kein Teil des Motors unnötig tief gekühlt wird, bleibt auch die natürliche Wärmeabgabe des Motors an seine Umgebung weitgehend erhalten, was wiederum eine Ersparnis an Kältemittel bedeutet.In the case of the cooling device according to the invention, the cooling device is therefore used of the engine serving partial flow of the liquid refrigerant directly into that area of the motor, namely in the gap between rotor and stator, where the highest temperatures prevail and the refrigerant directly with the heat-generating metal parts of the rotor and stator comes into contact. In contrast to known devices of the initially specified type in which the refrigerant is simply introduced into the motor housing is, so the refrigerant does not already evaporate in places that are not cooled is urgent, but in that one. Area of the engine where the to be discharged Heat actually arises and causes the highest temperatures. With the known Devices vaporizes a large part of the cooling parapet introduced into the motor housing before reaching the gap between rotor and stator; be that way the housing areas in the vicinity of the coolant inlet are very deeply cooled, which not even required while for cooling the hottest parts of the engine only a correspondingly reduced cooling capacity is available, so that one must branch off correspondingly larger refrigerant flow to cool the motor. at the device according to the invention, however, are already very small amounts of the liquid Sufficient refrigerant to ensure effective and even cooling of the motor achieve. Since in the device according to the invention, the amount of refrigerant injected can easily be adjusted so that no part of the engine is unnecessarily deep is cooled, the natural heat dissipation from the engine to its surroundings is retained largely preserved, which in turn means a saving in refrigerant.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß in an sich bekannter Weise die Kältemittel-Zufuhr von beiden Enden des Rotors erfolgt und zur Rückführung des Kältemittels in das System ein vom mittleren Teil des Spaltes abgehender Auslaßkanal vorgesehen ist. Mit einer derartigen Anordnung ergibt sich eine besonders symmetrische Kühlung.In a further embodiment of the invention, it is advantageous that in In a manner known per se, the refrigerant is supplied from both ends of the rotor and to return the refrigerant to the system in one of the central part of the gap outgoing outlet channel is provided. With such an arrangement results a particularly symmetrical cooling.

Ferner kann es nach der Erfindung vorteilhaft sein, zur Erzeugung des niedrigeren Druckes im Auslaß des Systems eine Absaugvorrichtung vorzusehen:. Diese kann erfindungsgemäß aus zusätzlichen Schaufeln am Rotor des Kompressors bestehen.Furthermore, according to the invention, it can be advantageous for the generation the lower pressure in the outlet of the system to provide a suction device :. According to the invention, this can consist of additional blades on the rotor of the compressor.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Kühlanlage, deren Elektromotor mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gekühlt wird; F i g. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1 in Blickrichtung der Pfeile.In the following the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail in connection with the drawing. F i g. 1 shows in a schematic representation of a cooling system whose electric motor with an inventive Cooling device is cooled; F i g. 2 is a section on line 2-2 of FIG i g. 1 in the direction of the arrows.

Die in F i g. 1 dargestellte Kühlanlage hat einen Verdampfer 10, der aus einem zylindrischen Behälter mit Rohrböden 14 und 16 gebildet ist, zwischen denen sich mehrere Wasserrohre 18 und 20 erstrekken. An den Rohrböden 14 und 16 sind Wasserkästen oder Glocken 22 und 24 befestigt, um einen geschlossenen Kreislauf in Pfeilrichtung für den Durchlauf der Flüssigkeit zur Wärmeübertragung durch die Rohre 18 und 20 zu ermöglichen. Das Wasser oder eine andere wärmeübertragende Flüssigkeit innerhalb der Rohre 18 und 20 wird durch das Sieden des flüssigen Kältemittels, welches am Eimaß 23 in den Verdampfer 710 eintritt, gekühlt, wobei das gasförmige Kältemittel die Leitwände 25 durchstreicht, die das Mitreißen von flüssigem Kältemittel in den oberen Teil 27 des Verdampfers verhindern.The in F i g. 1 shown cooling system has an evaporator 10, the is formed from a cylindrical container with tube sheets 14 and 16 between which several water pipes 18 and 20 extend. On tube sheets 14 and 16 Water boxes or bells 22 and 24 are attached to a closed circuit in the direction of the arrow for the passage of the liquid for heat transfer through the Tubes 18 and 20 to allow. The water or some other heat transfer fluid inside the tubes 18 and 20, the boiling of the liquid refrigerant, which enters the evaporator 710 at the dimension 23, cooled, the gaseous Refrigerant passes through the baffles 25, which entrains liquid refrigerant in the upper part 27 of the evaporator.

Das aus dem Auslaß 28 austretende gasförmige Kältemittel wird in den Einlaß des Laufrades 30 eines Zentrifugalkompressors 31 geführt. Der Kompressor 371 umfaßt ein Gehäuse 32 mit .einer vorderen Wand 33 und einer Rückwand 34, die mit einer kreisförmigen Öffnung 35 versehen ist. An der Rückwand 34 ist ein zylindrischer geschlossener Elektromotor befestigt, der ein zylindrisches Gehäuse 36 aufweist, das durch eine Wand 37 ab-Qeschlossen ist. Das Motorgehäuse 36 nimmt den Motor-Stator 38 sowie drehkreuzähnliche Lagerträger 40 und 44 auf. Innerhalb des Stators 38 ist ein Rotor 471 drehbar angeordnet, dessen Wellenabschnitte 42 und 43 in den drehkreuzähnlichen Teilen 40 und 44 drehbar gelagert sind.The exiting from the outlet 28 gaseous refrigerant is in the Inlet of the impeller 30 of a centrifugal compressor 31 out. The compressor 371 comprises a housing 32 with .einer front wall 33 and a rear wall 34, the is provided with a circular opening 35. On the rear wall 34 is a cylindrical attached closed electric motor, which has a cylindrical housing 36, which is closed off by a wall 37. The motor housing 36 houses the motor stator 38 and turnstile-like bearing supports 40 and 44. Inside the stator 38 is a rotor 471 is rotatably arranged, the shaft sections 42 and 43 in the turnstile-like Parts 40 and 44 are rotatably mounted.

Die Welle 43 ist von einem stationären Kältemittelverteilerring 46 umgeben, welcher eine Anzahl auf dem Umfang verteilter Öffnungen 46a aufweist, aus denen das flüssige Kältemittel in den Spalt 47 zwischen Rotor 41 und Stator 38 eingespritzt wird. Dadurch gelangt das flüssige Kältemittel in jene Teile des Motors, die die höchste Betriebstemperatur erreichen, um den Motor äußerst wirksam zu kühlen und örtliche Wärmestauungen zu verhindern. Der Spalt 47 kann, wie es in der F i g. 2 gezeigt ist, vergrößert werden, um einen schnelleren Durchfluß des Kühlmittels zu ermöglichen. Ebenso können der Stator und der Rotor 38 und 41 mit Vertiefungen versehen sein, wie es bei 38a und 41a gezeigt ist, um den Zutritt einer genügenden Kältemittelmenge und die gewünschte Kühlung der verschiedenen Motorteile zu ermöglichen. Der Ring 46 kann mit einstellbaren Einsätzen versehen sein, um die ®ffnungsquerschnitte in übereinstimmung mit den gewünschten Betriebsdrücken zu verändern. Der Verteilerring 46 wird von einem oder mehreren Rohren 47 a, die sich durch die Teile 37 und 40 erstrecken, mit flüssigem Kältemittel versorgt. Die Rohre 47 a sind mit einer Leitung 49 verbunden, die von einem Gehäuse 50 einer Schwimmerkammer ausgeht. Das Gehäuse 50 nimmt kondensiertes Kältemittel aus der Leitung 52 auf, die sich vom Auslaß 53 des Kältemittelkondensators 54 erstreckt.The shaft 43 is supported by a stationary refrigerant distribution ring 46 surrounded, which has a number of openings 46a distributed around the circumference which the liquid refrigerant is injected into the gap 47 between rotor 41 and stator 38 will. As a result, the liquid refrigerant reaches those parts of the engine that the Reach the highest operating temperature in order to cool the engine extremely effectively and to prevent local heat build-up. The gap 47 can, as shown in FIG. 2 shown can be enlarged to allow faster flow of coolant enable. Likewise, the stator and the rotor 38 and 41 can be provided with recesses be, as it is shown at 38a and 41a, to the admission of a sufficient amount of refrigerant and to enable the desired cooling of the various engine parts. The ring 46 can be fitted with adjustable inserts to adjust the opening cross-sections in to match the desired operating pressures. The distribution ring 46 is supported by one or more tubes 47 a, which extend through parts 37 and 40 extend, supplied with liquid refrigerant. The tubes 47 a are with a line 49 connected, which extends from a housing 50 of a float chamber. The case 50 receives condensed refrigerant from line 52 extending from outlet 53 of the refrigerant condenser 54 extends.

Während des Betriebes erhält der Kondensator 54 über die Leitung 56 erwärmtes gasförmiges Kältemittel vom Kompressor 31, wobei der Umlauf der erwärmten Kältemittelgase im Kondensator eine Erwärmung des Wassers in den Rohren 57 und 58 mit anschließender Kondensation des Kältemittels bewirkt. Das Kältemittel läuft vom Auslaß 53 in die Leitung 52 und von dort in die durch das Gehäuse 50 gebildete Schwimmerkammer.During operation, the condenser 54 receives heated gaseous refrigerant from the compressor 31 via the line 56, the circulation of the heated refrigerant gases in the condenser causing the water in the pipes 57 and 58 to be heated with subsequent condensation of the refrigerant. The refrigerant runs from outlet 53 into line 52 and from there into the float chamber formed by housing 50.

Das Gehäuse 50 ist mit einem Auslaß 59 versehen, der mit der Kältemittelleitung 61, die zum Einlaß 23 des Verdampfers 10 führt, in Verbindung steht. Innerhalb des Gehäuses 50 ist ein Schwimmer in der Form einer hohlen Kugel 63 vorgesehen. Von der Kugel 63 erstreckt sich eine Stange 64 nach unten, die drehbar mit dem Gestänge 65 und 66 verbunden ist, das wiederum mit einer Drosselklappe 67, welche bei 68 geschwenkt wird, in Verbindung steht.The housing 50 is provided with an outlet 59 which connects to the refrigerant line 61, which leads to the inlet 23 of the evaporator 10, is in communication. Within the Housing 50, a float in the form of a hollow ball 63 is provided. from The ball 63 extends downwardly a rod 64 which is rotatable with the linkage 65 and 66 is connected, which in turn is connected to a throttle valve 67, which at 68 is pivoted, is in connection.

Wenn die Menge des aus der Leitung 52 kommenden flüssigen Kältemittels nicht ausreicht, um die Flüssigkeit in dem Gehäuse 50 im wesentlichen auf dem gezeigten Niveau 69 zu halten, senkt sich der Schwimmer 63 und hält die Drosselklappe 67 geschlossen, wie es in der F i g. 1 gezeigt ist. Sobald der Flüssigkeitsspiegel über das Niveau 69 hinaus ansteigt, hebt sich der Schwimmer 63 und öffnet die Drosselklappe 67, so daß der Flüssigkeitsspiegel im wesentlichen auf dem gezeigten Niveau 69 gehalten wird. Auf diese Weise wird stets eine ausreichende Menge an flüssigem Kältemittel in der Schwimmerkammer gehalten, um den Verteilerring 46 mit dem Kältemittel zu versorgen und eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Kondensatorauslaß 53 und dem Verdampfereinlaß 23 zu bilden.When the amount of liquid refrigerant coming out of line 52 is not sufficient to keep the liquid in the housing 50 essentially on the one shown To maintain level 69, the float 63 lowers and keeps the throttle valve 67 closed, as shown in FIG. 1 is shown. Once the liquid level is above the level 69 rises, the float 63 rises and opens the throttle valve 67, so that the liquid level is kept substantially at the level 69 shown will. In this way there is always a sufficient amount of liquid refrigerant held in the float chamber to the distribution ring 46 with the refrigerant supply and a liquid seal between the condenser outlet 53 and the To form evaporator inlet 23.

Um den Durchfluß des Kältemittels durch den Spalt 47 zwischen dem Stator und dem Rotor des Motors zu unterstützen, ist eine Pumpe in Form einer Platte 70 mit mehreren auf ihr angeordneten Schaufeln 71 vorgesehen, die auf den Raum innerhalb des Motorgehäuses 36 eine Saugwirkung ausübt. So zieht während des Betriebes des Motors die mit der Welle 42 und dem Läufer 30 drehfest verbundene Platte 70 das Kältemittel aus dem Spalt 47 durch die Öffnung 35 in den Kanal 74, der im Kompressorgehäuse angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Kältemittelumlauf durch den Kompressormotor erreicht, wobei die Zahl der verwendeten Rohre so gering wie möglich bleibt.To the flow of refrigerant through the gap 47 between the To support the stator and the rotor of the motor is a pump in the form of a plate 70 provided with a plurality of blades 71 arranged on it, which point to the space inside of the motor housing 36 exerts a suction effect. During the operation of the Motor, the plate 70 that is non-rotatably connected to the shaft 42 and the rotor 30 Refrigerant from the gap 47 through the opening 35 into the channel 74 in the compressor housing is arranged. In this way, refrigerant is circulated through the compressor motor achieved, whereby the number of pipes used remains as low as possible.

Hierdurch wird ein äußerst wirksamer Kühlkreislauf erreicht, weil flüssiges Kältemittel durch die Öffnungen 46 a in den Spalt 47 zwischen dem Stator und dem Rotor eingespritzt wird und unter Verdampfung im Motorgehäuse 36 expandiert. Dabei nimmt das Kältemittel große Wärmemengen auf, bevor es durch die Schaufeln 71 in die Kompressorkammer zurückgezogen und an den Kondensator abgegeben wird, wo es wieder kondensiert wird.As a result, an extremely effective cooling circuit is achieved because liquid refrigerant through the openings 46 a into the gap 47 between the stator and is injected into the rotor and expands with evaporation in the motor housing 36. The refrigerant absorbs large amounts of heat before it passes through the blades 71 is withdrawn into the compressor chamber and discharged to the condenser, where it is condensed again.

Um den Kompressormotor zu kühlen, kann auch die Kältemittel-Zufuhr von beiden Enden des Spaltes zwischen Rotor und Stator erfolgen. Dabei fließt das flüssige Kältemittel von den beiden Enden des Spaltes aus zu wenigstens einem vom mittleren Teil des Spalts abgehenden Auslaßkanal, und es wird eine sehr gute Kühlung gewährleistet.The refrigerant supply can also be used to cool the compressor motor from both ends of the gap between the rotor and stator. And that flows liquid refrigerant from the two ends of the gap to at least one of the middle part of the gap outgoing outlet channel, and there will be a very good cooling guaranteed.

Claims

Claims: 1. Cooling device for a particular drive a compressor of a refrigeration system serving electric motor with one opposite the Hermetically sealed atmosphere Rotor and stator of the Motor receiving housing, with part of the refrigerant flow circulating in the cooling system taken from a collection chamber in liquid form, into the motor housing, through the same through - and via a lower pressure outlet into the System is returned, characterized in that within the motor housing near the end of the rotor (41) with the collecting chamber (50) for liquid refrigerant connected refrigerant distribution ring (46) is arranged, which has a number of CO openings (46a), the gap formed between the rotor (41) and stator (38) (47) are directed, the gap (47) being the only connection in a known manner between the refrigerant supply device (46) and the outlet (74, 99).

2. Cooling device according to claim 1, characterized in that in per se known Way, the refrigerant is supplied from both ends of the rotor and for return of the refrigerant into the system is an outlet channel extending from the central part of the gap is provided.

3. Cooling device according to claim 1 or 2, characterized in that that to generate the lower pressure in the outlet of the system a suction device (71, 74) is provided.

4. Cooling device according to claim 3 in a cooling system working with a rotary compressor, characterized in that additional blades (71) are provided on the rotor of the compressor (31) as a suction device. Documents considered: German Patent No. 844 015; German interpretative document No. 1029 013; French Patent No. 1156 902-USA.-Patent Nos. 2 247 950, 2 746 269, 2793506.