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CN102016326B - 大容量制冷机压缩机 - Google Patents

大容量制冷机压缩机 Download PDF

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CN102016326B
CN102016326B CN2009801147072A CN200980114707A CN102016326B CN 102016326 B CN102016326 B CN 102016326B CN 2009801147072 A CN2009801147072 A CN 2009801147072A CN 200980114707 A CN200980114707 A CN 200980114707A CN 102016326 B CN102016326 B CN 102016326B
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Abstract

本发明提供了一种用于大型制冷装置的效率高、维护少的单级或多级离心式压缩机组件。冷却系统通过将来自蒸发器段的液体制冷工质与来自冷凝器段的液体制冷工质混合而提供对电动机的直接、两相冷却。可通过类似的技术使用液体制冷工质来冷却定子。通过在叶轮与冷凝器段之间的点喷射液体制冷工质而提供噪声抑制系统。所述液体制冷工质可来源自从冷凝器段而来的高压液体制冷工质。

Description

大容量制冷机压缩机
相关申请的交叉引用
本申请案主张于2008年3月13日申请的第61/069,282号美国临时申请案的权益，该申请案的内容以引用方式全文并入本文。
技术领域
本发明主要涉及压缩机领域。更具体而言，本发明涉及用于制冷和空调系统的大容量压缩机。
背景技术
用于综合办公楼的工业制冷系统或空调器系统之类的大型冷却设备通常涉及使用大于400制冷吨(1400kW)的大冷却容量系统。输送这一水平的容量通常需要使用非常大的单级或多级压缩机系统。现有的压缩机系统通常由感应电动机驱动，所述感应电动机可为密封式、半密封式或开敝式驱动型。驱动电动机可以以超过250kW的功率水平和大约3600转/分钟的旋转速度运行。这种压缩机系统通常包括由润滑轴承、液压动力轴承、或滚动体轴承进行支撑的旋转元件。
根据特定的输入和输出条件，给定制冷系统的容量可能有相当大的变化。因此，采暖、通风和空调(HVAC)行业已开发出确定制冷系统容量的标准条件。水冷制冷机系统的标准额定条件包括：冷凝器水入口温度29.4℃(85°F)，0.054升/秒/千瓦(3.O加仑/分钟/吨)；水侧冷凝器污垢系数容差0.044m m2-℃/kW(0.00025 hr-ft2-°F/BTU)；蒸发器水出口温度6.7℃(44.O°F)，0.043升/秒/千瓦(2.4加仑/分钟/吨)；以及水侧蒸发器污垢系数容差0.018m2-℃/kW(0.0001 hr-ft2-°F/BTU。这些条件已由空调与制冷学会(ARI)设定，并在标题为“2003 Standard for Performance Rating of Water-Chilling Packages Using theVapor Compression Cycle(使用蒸气压缩循环的冷水机组的性能额定值2003年标准)”的ARI标准550/590中详细描述，该标准以引用的方式并入本文中，而非经具体定义之术语的任何明确定义。在下文中，按照这些条件确定的制冷系统的吨是指“标准制冷吨”。
在制冷机系统中，压缩机作为蒸气泵，其将制冷工质从蒸发压力压缩到较高的冷凝压力。在这一过程的执行该中，已利用多种压缩机，包括旋转式、螺杆式、涡旋式、往复式和离心式压缩机。在不同的冷却容量范围内，每一种压缩机都具有针对不同用途的优点。对于大的冷却容量，已知离心式压缩机具有最高的等熵效率，因此，其对于制冷机制冷循环具有最大的总体热效率。参见授予Scaringe等人的第5,924,847号美国专利。
一般而言，对驱动压缩机的电动机进行主动冷却，特别是大功率电动机。对于制冷机系统，制冷冷却剂与电动机的接近通常使其成为冷却电动机所选择的介质。许多系统都带有旁通回路，其设计为当压缩机以满负荷运行且伴随有通过该旁通回路的压力降时对电动机进行充分地冷却。其他压缩机，例如授予Conry的第5,857,348号美国专利所揭露的压缩机，将流经旁通回路的冷却剂流连接到调节进入压缩机之制冷工质流的节流装置。另外，授予de Larminat的第2005/0284173号美国专利申请公开案揭示了使用汽化(未压缩)制冷工质作为冷却介质。然而，该旁通回路具有固有的缺点。
某些系统对多个部件进行连续冷却，这会限制压缩机的运行范围。每一部件的冷却负荷要求将根据压缩机的冷却容量、压缩机汲取功率、可达到的温度和环境空气温度而变化。因此，冷却剂流仅与一组部件中的一个部件正确匹配，且仅在特定的条件下匹配，这将产生其他部件或者过冷却或欠冷却的情况。即使增加流控制也不能缓解该问题，因为冷却流将由需要最大程度冷却的装置决定。该组部件中的其他部件将过冷却、或者欠冷却。过冷却的部件如果暴露到环境空气，则可能形成冷凝。欠冷却的装置可能超出其运行极限，从而导致部件故障或机组停机。这种系统的另一个限制是需要某个最小压力差来推动制冷工质经过旁通回路。若没有这一最小压力，压缩机无法在允许的运行范围之内工作，或者受到限制。因此，需要一种设计来提供大工作范围的能力。
离心式压缩机也通常被认为具有不受欢迎的噪声。噪声来自离心叶轮的叶片在对制冷工质气体进行压缩时生成的尾迹(wake)。这一般称为“叶片通过频率”。噪声的另一个来源是压缩机与冷凝器之间的高速气体中存在的涡流。在大容量系统中，噪声效应尤其普遍。
现有的大容量离心式压缩机设计的另一个特征是组件的重量和尺寸。例如，一般的感应电动机的转子可能重达数百磅，且可能超过1000磅。容量超过200标准制冷吨的压缩机组件的重量可超过3000磅。另外，当开发超过现有功率和制冷吨容量的系统时，这些机组的重量可能在装运、安装和维护方面成为问题。当机组安装到地面以上时，由于提供额外结构支撑的开销，重量可能不仅会产生问题，而会成为限制因素。此外，容纳机组中的一个所需的空间也将非常大。
在HVAC行业长期需要增大制冷机系统的容量。该需求的证据是大容量制冷机的销售量持续增大。例如，在2006年，售出了超过2000套压缩机容量大于200标准制冷吨的制冷机系统。因此，开发可克服前述问题和设计困难以运输远大于现有或先前的商业化系统制冷容量的压缩机系统一定会广受欢迎
发明内容
本发明的各个实施例包括设计用于大型冷却设备的单级和多级离心式压缩机组件。这些实施例提供了采用有益冷却结构的改进制冷机设计，这些结构包括两相冷却结构和其它特征以增大功率输出和效率、提高可靠性并减小维护需求。多种实施例中，所述设计的特性允许有较小的且物理上更紧凑的压缩机，此外，在多种实施例中，所揭露的设计利用声音抑制结构，其使得压缩机也具有广受欢迎的减噪特性。
大容量制冷机压缩机设计中的可变因素包括转子和定子组件的直径和长度以及构造材料。就转子组件的直径而言，可以进行设计折衷。一方面，转子组件必须具有足够大的直径以满足扭矩要求。另一方面，直径不应大到在以高转速(在本发明的某些实施例中可能超过11,000转/分钟，在某些情况下接近21,000转/分钟)工作时，会产生超过一般材料强度的表面应力的程度。另外，转子组件的直径越大、长度越长，可产生与工作中转子组件的长度，以及直径的平方，成比例的气动阻力(亦称为风阻)，从而导致较大的损耗。当使用标准构造材料时，较大的直径和长度往往还可能增大转子组件的质量和惯性矩。
减小应力和阻力往往会促使使用直径较小的转子组件。为了在直径较小转子组件范围内产生较大的功率容量，本发明的一些实施例利用永磁(PM)电动机。永磁电动机很适于3,600转/分钟以上的运行，且在压缩机的较宽速度和扭矩范围内显示出最高的经过证实的效率。与传统的感应电动机相比，永磁电动机每单位体积通常产生较大的功率，且良好地适用于变频驱动器。另外，与类似功率的感应电动机相比，永磁电动机的功率因数通常较大，且产生的热量通常较小。由此，永磁电动机比感应电动机提供增大的能量效率。
然而，在直径较小转子组件范围内进一步增大功率容量会产生较大的功率密度，且用于传递电气损耗所产生热量的外表面面积较小。因此，通常将利用永磁电动机的大型冷却应用(例如工业制冷系统或空气调节器系统)限制到200标准制冷吨(700kW)或以下。
为解决功率密度的增大，本发明的各个实施例利用来自蒸发器段的制冷气体来冷却转子和定子组件。其他实施例还进一步包括对电动机轴进行内部冷却，这会增大传热面积，并能够增大制冷工质气体和转子组件之间的传热系数的对流联接。
所述压缩机可构造为包括独立地冷却电动机轴/转子组件和定子组件的冷却系统，从而避免依次冷却这些部件所固有的缺点。各回路都可适于改变冷却容量和运行压力比，从而在一定的速度范围内将各部件维持在温度限制之内，而不会使电动机欠冷却和过冷却。实施例包括使得制冷工质气体或者制冷工质气体/液体混合物经过电动机轴和转子组件的整个外圆周冷却回路或旁通回路，从而通过导向至轴的直接导热以及对整个外圆周的热对流而提供转子组件的两相冷却。
所述压缩机可使用轻质的部件和铸件制造，从而提供高的功率/重量比。在单级设计中使用小重量部件能够实现在传统机组的大约三分之一的重量下具有相同的吨数。可通过使用铝或铝合金部件或铸件、剔除齿轮和使用较小的电动机来实现重量减小差。
一实施例中，揭露了一种制冷机系统，其包括离心式压缩机组件，其用于压缩制冷回路中的制冷工质。所述制冷回路包括含有制冷工质气体的蒸发器段和含有制冷工质液体的冷凝器段。所述离心式压缩机包括容纳在电动机外壳中的电动机，所述电动机外壳界定出内部腔室。本实施例中的所述电动机包括可绕旋转轴线旋转的电动机轴，以及与所述电动机轴的一部分可操作地联接的转子组件。所述电动机轴包括至少一个纵向通路和至少一个抽吸通路，所述至少一个纵向通路基本平行于所述旋转轴线地至少穿过所述电动机轴的所述部分。所述至少一个抽吸通路与所述电动机外壳的所述内部腔室以及所述至少一个纵向通路流体连通。本实施例中，所述蒸发器段与所述至少一个纵向通路流体连通，用于供给冷却所述电动机轴和所述转子组件的所述制冷工质气体。本实施例中所述冷凝器段与所述至少一个纵向通路流体连通，用于供给所述制冷工质液体。此外，所述冷凝器段与所述至少一个纵向通路之间设有用于将所述制冷工质液体膨胀为两相流的限流装置。
另一实施例中，揭露了一种制冷机系统，其包括压缩机组件，所述压缩机组件包括电动机和气动段，所述电动机包括电动机轴、转子组件、及定子组件。冷凝器段与所述压缩机组件流体连通，并且蒸发器段与所述冷凝器段和所述压缩机组件流体连通。所述压缩机组件包括转子冷却回路，所述转子冷却回路包括与所述蒸发器段可操作地联接的气体冷却进口。所述压缩机组件包括与所述冷凝器段可操作地联接的液体冷却进口。所述压缩机组件还包括与所述蒸发器段可操作地联接的出口。所述压缩机组件还包括定子冷却回路，所述定子冷却回路包括与所述冷凝器段可操作地联接的液体冷却进口。此外，所述压缩机组件还包括与所述蒸发器段可操作地联接的液体冷却出口。
再一实施例中，揭露了一种制冷机系统，其包括压缩机组件，所述压缩机组件包括电动机和气动段。所述电动机包括与电动机轴可操作地联接的转子组件、及定子组件以产生所述电动机轴的旋转。所述电动机轴和所述气动段设置为直接驱动所述气动段。冷凝器段和蒸发器段各自与所述气动段可操作地联接，其中所述冷凝器段的工作压力大于所述蒸发器段。所述制冷机系统还包括液体旁通回路和气体旁通回路。所述液体旁通回路使用液体制冷工质冷却所述定子组件和所述转子组件，所述液体制冷工质由所述冷凝器段供给并且返回至所述蒸发器段，通过所述冷凝器段的高于所述蒸发器段的所述工作压力促使所述液体制冷工质经过所述液体旁通回路。所述气体旁通回路使用气体制冷工质冷却所述转子组件，通过由所述电动机周到旋转而形成的压力差将所述气体制冷工质从所述蒸发器段抽出，并且使之返回至所述蒸发器段。
本发明的其它实施例包括一种制冷机系统，其包括压缩机组件，所述压缩机组件包括容纳在气动外壳之内的叶轮。所述压缩机组件还包括压缩机排放段，排放出的制冷工质气体可经由所述压缩机排放段集中在所述气动外壳与冷凝器段之间。所述压缩机排放段还包括液体制冷工质从其处喷射的液体喷射位置。所述液体制冷工质可来源自所述冷凝器段。喷射出的液体制冷工质局部地穿过所述排放出的制冷工质气体的流截面，并且形成悬浮在制冷工质气体中的制冷工质液滴的浓缩雾，以减小来自所述叶轮的噪声。
其它实施例还包括具有紧凑尺寸的离心式压缩机组件，其用于压缩制冷回路中的制冷工质。所述压缩机组件包括含有永磁电动机的电动机外壳，其中所述电动机外壳界定出内部腔室。所述永磁电动机包括可绕旋转轴线旋转的电动机轴，以及与所述电动机轴的一部分可操作地联接的转子组件。所述永磁电动机适于提供140KW以上的功率、产生每分钟11,000次以上的转速、并且超过标准工业额定条件下的200吨的制冷容量。一实施例中，所述具有这种容量的离心式压缩机组件的重量小于约365kg(800磅)～1100kg(2500磅)，并且尺寸为可配合入约115cm(45英寸)长乘以63cm(25英寸)宽乘以263cm(25英寸)高的空间。
其它实施例还包括一种操作大容量制冷机系统的方法。所述包括设置离心式压缩机组件，其用于压缩制冷回路中的制冷工质。所述制冷回路包括含有制冷工质气体的蒸发器段和含有制冷工质液体的冷凝器段。所述离心式压缩机包括与定子组件可操作地联接的转子组件。所述转子组件包括这样的结构，即界定出穿过其中的通路，并且所述离心式压缩机包括与所述蒸发器段、所述冷凝器段、及所述转子组件可操作地联接的混合器组件。所述方法还包括将所述制冷工质液体从所述冷凝器段传递至所述混合器组件，并且将将所述制冷工质气体从所述蒸发器段传递至所述混合器组件。最后，所述方法包括使用所述混合器组件将来自所述传递步骤的所述制冷工质液体与所述制冷工质气体混合以产生两相制冷工质混合物；且使得所述气体-液体制冷工质混合物流经所述转子组件的流路，以提供所述转子组件的两相冷却。
附图说明
图1为根据本发明实施例的制冷机系统的示意图；
图2为根据本发明实施例的压缩机组件的部分分散立体图；
图3为根据本发明实施例的单级压缩机组件的气动段的立体剖视图；
图3A为根据本发明实施例的位于图3气动段的扩散段处的槽喷射器的部分放大剖视图；
图3B为根据本发明实施例的孔阵列喷射器的部分放大剖视图；
图4为根据本发明实施例的压缩机动力传动机构组件的立体剖视图；
图5为图4动力传动机构组件的转子和定子组件的剖视图；
图6为图4动力传动机构组件的剖视图，突出显示了用于图5转子组件的气体旁通回路；
图6A为图6的电动机轴的剖视图；
图6B为根据本发明实施例的电动机轴的剖视图；
图6C为图6B的电动机轴的局部放大剖视图；
图7为根据本发明实施例的具有混合相喷射回路的制冷机系统；
图7A～7D为本发明多个实施例中的图7混合器组件构造的局部视图；
图8为压缩机组件剖视图，突出显示了用于图4动力传动机构的定子组件的液体旁通回路的剖视图；
图8A～8C为可用于图8液体旁通回路的螺旋通路的放大剖视图。
具体实施方式
参见图1，其示出了根据本发明一实施例的制冷机系统28，制冷机系统28具有冷凝器段30、膨胀装置32、蒸发器段34和离心式压缩机组件36。制冷机系统28还包括对冷却离心式压缩机组件36的各个部件进行冷却的液体旁通回路38和气体旁通回路40。
运行中，如方向箭头41所示，制冷机系统28内的制冷工质被从离心式压缩机组件36驱动到冷凝器段30，从而建立如图1所示的顺时针流。离心式压缩机组件36使冷凝器段30的工作压力升高，而膨胀装置32使蒸发器段34的工作压力降低。因此，制冷机系统28的运行期间存在压差，其中冷凝器段30的工作压力可高于蒸发器段34的工作压力。
参见图2和3，示出了根据本发明的离心式压缩机组件36的一个实施例。离心式压缩机组件36包括具有中央轴线44的单级压缩机43的气动段42、电动机外壳46、电子装置室48和输入电源终端壳体50。应理解，多级压缩机可容易地代替单级压缩机43。电动机外壳46大致界定出用于容纳并安装压缩机组件36的各个部件的内部腔室49。法兰连接部51可提供电动机外壳46与气动段42之间的联接。
一实施例中，单级压缩机43的气动段42(图3所示)包含离心式压缩机级52，离心式压缩机级52包括蜗壳嵌件56和叶轮外壳57内的叶轮80。离心式压缩机级52可容纳在排放外壳54内，并与入口外壳58流体连通。
入口外壳58可在入口导管(未示)与压缩机级52的入口62之间提供入口过渡部60。所述入口导管可配置为安装到入口过渡部50。入口外壳58还可提供用于支撑入口导向叶片组件64的结构，并用作抵靠着排放外壳54保持蜗壳嵌件56。
一些实施例中，蜗壳嵌件56和排放外壳54一同形成扩散段66和蜗壳68。排放外壳54还可配备与蜗壳68流体连通的出口过渡部70。出口过渡部70可与排放喷嘴72界接，排放喷嘴72在排放外壳54和导向冷凝器段30的下游导管73(图2)之间进行过渡。下游扩散系统74可操作地与叶轮80联接，且可包括扩散段66、蜗壳68、过渡部70和排放喷嘴72。
排放喷嘴72可由可焊接的铸钢(例如ASTM A216牌号WCB)制造。各个外壳54、56、57和58可由钢、或者由高强度铝合金或轻质合金制造，以减小压缩机组件36的重量。
气动段42可包括一或多个液体制冷工质喷射位置(例如，79a～79d)，如图3所示。一般地，液体制冷工质喷射位置79可位于叶轮外壳57与冷凝器段30之间的任何位置。在叶轮外壳57与冷凝器段30之间的流道可称为压缩机排放段。图3所示的实施例中，位置79a位于或靠近扩散段66的入口，位置79b和79c靠近过渡部70和排放喷嘴72的接合处，并且位置79d靠近排放喷嘴72的出口。
通过单个喷射点、圆周间隔的多个喷射点(例如79b)、圆周槽(例如，79a、79c)，或者提供穿过至少一部分流截面的液滴喷雾的其它构造来实现液体喷射。因此，形成了包括悬浮在制冷工质气体中的制冷工质液滴的浓缩雾，以减弱叶轮的噪声。
一实施例中，液体制冷工质喷射位置79的源头来自冷凝器段30中的高压液体制冷工质。因此，所述喷射位置离叶轮外壳57越远，液体制冷工质喷射位置79与冷凝器段30之间的压差越小，这是因为下游扩散系统的压力恢复。
运行中，来自冷凝器段30的液体制冷工质喷射入液体制冷工质喷射位置79，在局部穿过所述流截面。所述穿过的、带有液滴的流可用作减缓传自叶轮外壳57之噪声(如叶片通过频率)的幕帘。某些情况下，噪声的抑制可将总声压水平减小六分贝以上。
参考图3A，本发明的一个实施例示出了位于叶轮出口(位置79a)的槽喷射器81。本实施例中，槽喷射器81包括形成在排放外壳54中的环形槽84，以及配合界定出静压室(plenum)88和弧形槽90的覆盖环86。弧形槽90可为环形，并且连续围绕叶轮80的周边。覆盖环86可利用固定件固定至排放外壳54。弧形槽90提供静压室88和扩散段66之间的流体连通。圆形的、连续的弧形槽90的示例性和非限制性的尺寸范围为约7～50cm的直径，3～20mm的流路长度，及0.02～0.4mm的宽度，其中所述流路为流经槽的尺寸(例如，覆盖环86的厚度)，所述宽度为流经槽的流路正交的所述槽的尺寸。当在叶轮出口位置79a处实现时，所述槽正好位于所述叶轮的直径处，或径向向外一点(例如，1.1倍的直径)。
参考图3B，本发明的一个实施例示出了位于叶轮出口(位置79a)处的孔阵列喷射器81a。本实施例中，覆盖环86设计为覆盖环形槽84和穿通覆盖环86形成以提供静压室88和扩散段66之间流体连通的出口孔93。出口孔93的直径可保持不变，或者形成为提供沿孔长度的至少一部分的收敛和/或扩张流路。(图3A表示在出口孔93的下游部上的扩张流槽。)
根据阵列喷射器的尺寸和机加工或者形成处理的限制，孔阵列喷射器81a中的孔的数量范围一般在10～50个之间。可根据经验确定所述排放孔的总和最小流通面积(即，排放孔93的最小截面的面积)，并且标准化为叶轮出口流通面积的百分比。一般地，叶轮出口流通面积越大，喷雾越多。确定出口孔93之直径的出口孔的总和最小流通面积一般为叶轮出口流通面积的约0.5％～3％。出口孔94的收敛角/扩张角的示例性非限制范围为与流轴线成15～45度，并且孔长度为3～20mm。此外，喷嘴或雾化器可连接至覆盖环86，或者形成于其中，以将雾化喷雾传送至扩散段66。
运行中，静压室88的工作压力大于扩散段66的工作压力。静压室88中充满了来自冷凝器段30的液体制冷工质。冷凝器段30的较高压力使得液体制冷工质经由槽90进入扩散段66的低压区域。随之而来的液体制冷工质的膨胀使得仅一部分的液体闪蒸为蒸汽相，而剩余部分仍然处于液体状态。剩余的液体制冷工质可形成以流的形式喷出的液滴，所述流液滴在经过扩散段66时以包含制冷工质气体94的流这一形式喷出。所述液滴可作用为减缓传自叶轮外壳57的噪声。
槽喷射器81使得能够界定出沿较长的横向长度均匀地流经所述槽的液滴幕。在弧形槽是连续的实施例中，所述幕也是连续的，以提供声音的均匀减小，而不会形成发散的点喷射所固有的间隙。
孔阵列喷射器81a的出口孔93的收敛部及/或发散部促进出口孔93之内的液体制冷工质的贯流。所述贯流可使得液体制冷工质的喷射图形在其离开出口孔93时展开，这可使得喷射覆盖的面积比等直径孔更大。更大的覆盖面积趋向于增强对传播自叶轮区的噪声的减小。
将喷射位置设置为靠近位置79a提供了流约束两端的压力差(即，静压室88与扩散段66之间的压力差)。来自压缩机的主气体流一般在位置79a处或其附近达到最高速度。因此，降低流的静态压力的文丘里效应一般在位置79a处或其附近为最大，由此增大了压力差。尽管这一效应一般沿排放路径存在，但一般在扩散段66的进口处为最大。
尽管图3A和3B示出了具有平面表面的覆盖环，且流动方向基本平行且正交于平面表面，应理解槽喷射器和孔阵列喷射器不限于所示的几何形状。相同的概念可应用于圆柱形环和平截头环，如位置79c处所述，其处的流具有大致径向的分量。
参考图4，示出了电动机外壳46的实施例，其包括动力传动件150，所述动力传动件150包括具有永磁电动机152、定子组件156、安装在电动机轴82上的转子组件156、及在操作期间使得电动机轴82悬起的无油磁性轴承158和160。可通过经由端子总线板组件163连接至定子组件154的导线162对永磁电动机152进行供电。
参考图5，示出了根据本发明一实施例的转子。电动机轴82包括叶轮80可安装其上的驱动端164，以及延伸入电动机外壳46的非驱动端166。转子组件156可由内部间隙直径168和包括有效长度172的总长度170来表征，永磁材料174能放置在有效长度上。
图5还示出了根据本发明一实施例的六相定子组件154。应理解，也可容易地使用3相定子组件。这一实施例中，定子组件154一般描述为中空筒176，所述筒的壁包括叠片178和封装在高温环氧树脂之类绝缘铸件中的具有末端匝部181和182的六个绕组180(由图5最佳地示出)。总共六根导线162(图5示出了其中的四根)，每个绕组180一根导线，导线从这一形态的中空筒176的端部186开始延伸。可包括在中空筒176的整个外表面上延伸的套筒188，并且所述套筒188与叠片178和绝缘铸件183的外径向周部紧密接触。套筒188可由高导电性的非磁性材料制成，例如，铝，或者不锈钢。可设置多个热电偶或者热敏电阻之类的温度传感器190以感测定子组件154的温度，其末端从中空筒176的端部186延伸。
参考图6、6A和6B，示出了根据本发明一实施例的转子冷却回路。转子冷却回路192可为气体旁通回路40(图1)的子部分或者分支。来自蒸发器段34的制冷工质气体94可通过形成在端部外壳161上的进口通道194进入转子冷却回路192，并且经由形成在电动机外壳46中的出口通路195排放。因此，电动机冷却回路192界定为旁通回路40在进口通路194与出口通路195之间的一段。进口通路194可与纵向通路196流体连通，所述纵向通路196为同电动机轴82的旋转轴线89大致同心的中央通路。纵向通路196可具有位于电动机轴82的非驱动端166处的开口端198。纵向通路196可穿过并且超过电动机轴82的其上安装有转子组件156的部分，并且终止于闭合端200处。
本发明的另一实施例中，可使用多个如图6B所示的流动通路206，它们与电动机轴82的旋转轴线89大致平行，但不同心。流动通路206可代替图6A所示的单个纵向通路196，或者作为纵向通路196的补充。所述多个通过可与抽吸通路202流体连通。
流动通路206还可包括热传递增强结构，诸如沿流动通路206的长度延伸并且凸出进入流动通路206的纵向鳍206a。本技术领域的技术人员还可知其它的此类热传递增强结构，包括但不限于，螺旋鳍、形成在流动通路206的壁上的螺旋形(膛线形)槽、或者错列结构。图6和6A的纵向通路196中也可包含这些热传递增强结构。
图6示出了电动机轴82的非驱动端166与端部外壳161之间的间隙201。这一结构中，制冷工质气体94经由进口通路194从内部腔室49抽入纵向通路196的开口端198。或者，所述轴可与端部外壳161上的配合结构(例如，动态密封件)接触，以使制冷工质气体84经管道直接进入纵向通路196。
一实施例中，多个径向抽吸通路202与闭合端200附近的纵向通路196及/或206流体连通，抽吸通路202穿过电动机轴82径向向外延伸。抽吸通路202可配置为使得气体制冷工质94排入定子组件154与电动机轴82之间的腔室区域203。定子组件154与转子组件156之间可界定出环形间隙204，以传送制冷工质气体94。一般地，旁通回路40的转子冷却回路192可设为使得制冷工质气体可流经容纳在转子组件156与端部壳体161(例如，磁性轴承158)之间的各个组件。排出出口通路195的气体制冷工质94可返回至蒸发器段34。通过这一结构，动力传动件150的组件与蒸汽相的冷却制冷工质(气体制冷工质94)接触，并且，在某些条件下，与液体相的制冷工质接触。
运行中，电动机轴82之内的径向抽吸通路202的旋转用作离心叶轮，经由气体旁通回路40吸出气体制冷工质94并且冷却定子组件154。这一实施例中，残留在抽吸通路202中的气体被径向向外抛出入腔室203，籍此在闭合端200产生将制冷工质气体94经由进口通路194从蒸发器段34吸取制冷工质气体94的较低压力或者抽吸作用。气体移动进入腔室203也在腔室203内形成较高的压力，其驱动气体制冷工质94经过环形间隙204和出口通路195而返回蒸发器段34。由这一离心作用产生的压力差使得制冷工质气体94流进和流出蒸发器段34。
可在现有制冷压缩机设计的若干方面来增强转子组件156的冷却。可通过向冷却电动机轴82的直接热传导沿内部间隙直径168冷却转子组件156。一般地，通过经由环形槽204推动的气体制冷工质94所产生的强制对流也可冷却转子组件156的外表面。
可使用节流装置207来控制气体制冷工质94的流动以及随之而来的热传递。测温探针205可作为反馈元件来控制制冷工质气体94的流速。
较之使用制冷工质液体，使用制冷工质气体94来冷却电动机具有若干优点。气体的黏性一般小于液体，由此在移动表面施加的摩擦或者气动阻力较小。气动阻力会减小机组的效力。在所述的实施例中，特别是流经环形间隙204的流动中普遍存在气动阻力，因为这里不仅有轴向速度分量，而且有因转子组件156的高速旋转产生的较大的切向速度分量。
使用多个流动通路206可通过增大热传递面积而增大气体制冷工质94与转子组件156之间的总的热传递系数。热传递增强结构亦可增大热传递面积，并且在某些结构下，可对流动进行导向以进一步增大热传递。由于可缩短导热路径的有效径向厚度，还可减少流动通路206与电动机轴82外表面之间的导热联接。多个通路可进一步为设计者提供可进行操控或优化的另一组参数，以生成增强气体制冷工质94与流动通路206的壁之间的对流热传递系数的较优雷诺数区域。
或者气体旁通回路40的电动机冷却回路192的进口侧(如图6所示)或出口侧可包括节流装置207。节流装置207可为被动式或者自动式的。被动式装置一般是不包括主动反馈控制的装置，诸如带有固定孔装置或者带有使用开环控制的可变孔装置。自动装置是采用处于闭环控制的反馈元件的装置，诸如开/关控制器或者使用比例/积分/微分控制方案的控制器。
可使用温度感测探针205之类的反馈元件来监视排出电动机冷却回路192的气体制冷工质的温度。所述反馈元件可用于节流装置207的闭环控制。或者，可使用流量计、热通量计、或压力传感器之类的其它反馈元件。
参考图7，示出了根据本发明一实施例的包括混合相喷射回路222的制冷机系统220。本实施例中，在进入电动机外壳46的进口通路194之前，来自气体蒸发器段34的制冷工质气体与来自冷凝器段30的液体制冷工质混合。混合相喷射回路222可包括混合器组件224。一实施例中，混合器组件224的混合相喷射回路222可包括开/关控制226和膨胀装置230。混合器组件224还可包括可操作地联接至气体旁通回路40的节流装置232。
开/关控制226可包括手动致动、由电磁线圈或步进电动机远程致动、由阀杆致动器被动致动或者由本领域技术人员已知的其它开/关控制装置致动的阀。膨胀装置230可为固定型(例如，孔径)，其尺寸形成为产生与一进口压力范围相对应的流速范围。或者，膨胀装置230可包括可变孔或者可变限流结构236，并且流控制器234可包括与一或多个反馈元件238(图7)可操作地联接的闭环控制装置，以对可变限流结构236进行控制而达成所需的一或多个设定点。
从功能上说，混合相喷射系统222用以增大电动机冷却回路192的冷却效力。由于混合的蒸气/液体制冷工质流经电动机轴82，该蒸气/液体混合物的液体分量的至少一部分可经历相变，由此提供纵向通路196或者电动机轴82的通路206的蒸发冷却。通过由喷射入流的液体制冷工质的相变所去除的潜热增加了由对流热传递去除的显热。以这种方式，蒸汽冷却可极大地增大传递出电动机组件156的热传递，籍此增加电动机冷却回路192的冷却容量。
可使用流控制器234来控制液体/蒸气混合物的喷射。反馈元件238可为流控制器234提供电动机进口或出口处的气体温度、电动机定子温度、内腔室温度、或这些参数的一些组合的指示。流控制器234可以是开/关控制器，其在反馈元件238超过或者低于一些设定点范围时起动或停用混合相喷射系统222。例如，若反馈元件238是监视定子和转子温度的温度传感器，流控制器234可配置为当这些温度中的任一个超过一些设定点时起动混合相喷射系统222。相反地，若电动机气体出口温度变得过低，可停用混合相喷射系统222，这样，可仅通过来自蒸发器段34的蒸气来冷却电动机。
参考图7A～7D，示出了根据本发明多个实施例的混合器组件224(分别标为224a～224d)的结构。图7A、7B和7C所示的膨胀装置230为可变型，流控制器234包括电动机驱动。图7D所示的膨胀装置包括固定的限流装置264。混合器组件224a～224d还可包括气体制冷工质进口或管路240、液体制冷工质进口或管路242、及混合腔室244。
一般地，液体制冷工质流246被导入液体制冷工质进口242。液体制冷工质流246的压力在经过膨胀装置230或264之后下降为与蒸发器段34(图7)的压力差不多，随之转换成两相的制冷工质流248。即，液体制冷工质的压力下降会使得穿过所述膨胀装置制冷工质或其一部分变化膨胀为蒸气状态。所述膨胀亦趋向于降低制冷工质流的温度。
两相制冷工质流248的质量(即，处于蒸气状态的制冷工质的质量分率)一般会随着膨胀装置230的孔或者限流结构236两端的压力差或者其有效尺寸而改变。因此，对于利用可变限流的膨胀装置230，可主动控制两相制冷工质流248的质量。
两相制冷工质流248还可与来自蒸发器段34的制冷工质气体94混合，以生成进入电动机外壳46和电动机轴82的纵向通路196或通路206(图6)的液体/蒸气混合物250。两相制冷工质流248与制冷工质气体94的混合有效地在液体/蒸汽混合物250生成了这样一种质量，其在流248的质量与制冷工质气体94的质量之间。
图7A的实施例包括“Y”形结构，其中液体制冷工质流146和制冷工质气体94在混合腔室244的夹角处相遇。所述制冷工质流经由独立的路径进入端部外壳161，这样，混合腔室244包含在电动机外壳46(图2)的端部外壳161之中。示出了开/关控制226和流控制器234处于端部外壳161的外部，而流控制器234通过钎焊连接件252连接至液体制冷工质管路242。可在端部外壳161中加工形成一对基座254，以容纳螺纹接头256，诸如压缩接头(已示)或管接头。
图7B的结构大致类似于图7A的“Y”形结构，但液体制冷工质流246经由形成在端部外壳161的铸件中的端口258进入膨胀装置230。膨胀装置230形成为容纳加工在端部外壳161内的阀座260。
从功能上说，图7B的结构提供了一个优点，即，便于装配且减少位于压缩机外部的钎焊连接件。此外，膨胀装置230和开/关控制226的重量由端部外壳161直接支撑，由此减小了使用外部液体制冷工质管路242悬臂支撑这些组件(如，图7A的结构)可能会造成的应力和振动特性。
图7C的结构包括“T”形接头260，其中两相制冷工质流248和制冷工质气体94在进入混合腔室244前在直角处相遇。这一结构中，混合腔室244占据了“T”形接头260的共用通路。这一结构亦采用电动机外壳46的单个进口通路194，使得能够与如图1和2的实施例所示的单个压缩接头进行混合。
从功能上说，使混合腔室244位于端部壳体161的外部，因更紧凑的电动机外壳设计而占据较小的电动机外壳46内部空间。两相制冷工质流248和制冷工质气体94的直角汇合，促进了生成涡流，从而增强了进入电动机外壳46的液体/蒸汽混合物250的混合。
图7D的结构包括与电动机外壳46的单进口通路194对齐的液体制冷工质进口242。如图所示，液体制冷工质进口242可通过钎焊连接件262连接至气体制冷工质进口或者通路240，或者气体制冷工质通路240的弯曲部可铸有使得液体制冷工质进口242与气体制冷工质进口240紧靠单进口通路194的上游部分同轴对齐的端口(未示)。在所示的实施例中，液体制冷工质进口242形成为混入制冷工质气体94中的液体制冷工质流246的喷射管。进口242可包括固定的限流装置264，其将液体制冷工质流246膨胀为细雾或喷雾266，以产生包含在制冷工质气体94中的两相制冷工质流248。或者，固定限流装置264可与位于固定限流装置264上游的可变限流装置(例如，图7A～7C的可变限流236)一同工作。此外，图7D示出混合腔室244的延伸长度大于图7A～7C实施例所示的长度，该延伸的长度包括液体制冷工质进口242的末端部268和进口通路194。固定限流装置264可包括孔或者雾喷嘴。
从功能上说，图7D的结构可沿气体流动的方向导向制冷工质，并且使得蒸发器中的回流为最小。细雾或喷雾266倾向于促进液体制冷工质流246在两相制冷工质流248中的悬浮。混合腔室244的延伸长度可促进两相制冷工质流248在进入电动机外壳46之前更加均匀地混合。
混合相或者两相冷却需要考量的一个方面是纵向通路196或通路206之内的液体/蒸汽混合物的液体分量的不完全蒸发，这一般会在传递至所述液体/蒸汽混合物的热传递不足以蒸发液体分量时发生，可能是因为转子组件156未生成足够的热，或者传递至液体/蒸汽混合物的热传递机制的效率差。不完全蒸发的后果是纵向通路196或通路206中集合有液体制冷工质，这会导致液滴从抽吸通路抛出，并且撞击表面或者组件。所述撞击会导致对象表面或者组件的腐蚀。
此外，导致液滴开始形成的条件可为许多参数的共同作用，包括但不必限于，电动机轴82的温度、液体/蒸气混合物和制冷工质气体94的温度、压力及流速、及液体/蒸气混合物的质量。
可通过若干种方式来防止生成液体液滴。一实施例中，可在电动机外壳46上设置窥镜，以视觉观察内部腔室49的液滴形成。可进行调节直至液滴形成充分缓和。使用窥镜可包括窥镜本身的简单视觉检查来检查其上是否形成有液体制冷工质。更复杂的使用包括激光探测以及测量由液滴形成所造成的散射光。
另一种方法是使得流控制器234监视内部腔室49的压力和温度，并且响应监视结果，以根据适当制冷工质的列表数据，使得其中的状况足以保持在液体形成开始的状况之上。压力和温度的测量可在腔室区域203之内或者附近进行。或者，可获取压力已测量并且已知与腔室区域203的压力相似之处(如，蒸发器处)的压力。然后，通过试验或者通过原型测试建立所述相似压力与所述腔室区域203的压力之间的相关，由此就无需额外的压力测量。
另一种方法是使得由温度感测探针205提供的制冷工质气体94的温度与腔室区域203中的制冷工质气体94的温度相关联。可在原型测试期间，通过试验建立所述关联。可扩充所述关联使之包括除温度之外的流速和压力的测量指标，以更精细地判定正排出电动机的制冷工质的状态。
参考图8和8A，着重描述了根据本发明实施例的用于冷却定子组件154的液体旁通回路38的定子冷却段308。定子冷却段308包括管形件309a，其界定出形成在套管188的外部上的螺旋通路310。通过管形件309a与套管188之间的热传导填隙材料311来增强向在管形件309a内流动的制冷工质的热传递。管形件309a通过焊接、钎焊、夹紧，或本领域技术人员公知的其它方法固定至套管188。
参考图8B，螺旋通路310包括槽309b，其使得液体制冷工质316能在其中流动以与套管188形成直接接触。槽209b通过焊接、钎焊或本领域技术人员公知的提供密封通路的其它方法固定至套管188。如图1和7所示，液体制冷工质316可来源自液体旁通回路38。
参考图8C，螺旋通路310包括槽309c，其形成在电动机外壳46的内表面和环绕定子154的所述套管的外表面上。因此，这一螺旋通路310是在装配压缩机时界定出的。槽309c使得在其中流动的液体制冷工质316与套管188直接接触，以高效地冷却定子154。如其它实施例已描述的，液体制冷工质316可来源自液体旁通回路38(图1和7)。
还应注意，本发明不限于用于定子冷却段308的螺旋结构。可将现有的圆柱形冷却夹套(例如宾夕法尼亚州Lafayette Hill的Dean Products公司提供的PANELCOIL产品系列)安装到套管188上，甚至用以取代独立的套管。
螺旋通路310可形成为与液体冷却进口312和液体冷却出口314流体连通，制冷工质液体316经由输送进口312供给且经由出口314返回。液体冷却进口312可连接至制冷回路的冷凝器段30，并且液体冷却出口314可连接至蒸发器段34。由于冷凝器段30的工作压力高于蒸发器段34的工作压力，本实施例中的制冷工质液体316被从冷凝器段30驱动到蒸发器段34(图1)。
定子冷却段308的进口侧或者出口侧上可包括节流装置(未示)，以调节流经它们的液体制冷工质流。节流装置可为被动式或自动式。
动力传动件150可从电动机轴82的非驱动端166装配在。在装配期间使得定子组件156滑过非驱动端166(而不是驱动端164)可防止损坏径向的抽吸通路202。
从功能上说，永磁电动机152能以高速在较大的工作范围内具有更高的效率，并与类似规格的感应电动机相比，还具有大输出功率和增大的功率因数的优点。永磁电动机152所占据的体积或空间较小，籍此提供较高的功率密度和较高的功率-重量比。根据所使用的材料，压缩机的重量可小于2500磅，并且在一实施例中，压缩机的重量为大约800磅。装配在一起的电动机外壳46、排放外壳54和进口外壳58的多种实施例可安装到约45英寸长、25英寸高且25英寸宽的空间内。此外，电动机轴82可用作永磁电动机152与气动段42的叶轮80之间的直接联接。这一形式的结构在此称为“直接驱动”结构。电动机轴与叶轮80的直接联接消除了会导致传送低效、需要维护和增加重量的中间传动装置。本领域的技术人员应认识到，本说明书的某些方面可应用于包括独立于并且不同于电动机驱动轴82的驱动轴在内的结构。
如一实施例所述，可通过作为液体进入螺旋通路310的液体制冷工质316来冷却定子组件154。然而，随着液体制冷工质316流经定子冷却段308，所述制冷工质的一部分可被气化，从而生成两相或者核态沸腾情况，并提供非常有效的热传递。
由于存在于冷凝器段30与蒸发器段34之间的压力差，使得液体制冷工质316被驱动经过液体旁通回路38以及定子冷却段308。节流装置(未示)被动地或主动地减小或调节流经液体旁通回路38的流动。可在反馈控制回路中结合节流装置使用温度传感器190。
可使用对传导性热传递进行热扩散并促进层叠片178和介电铸件183两者的外圆周均匀冷却的高热导率材料来制造衬套188。对于螺旋形的卷绕槽309b的结构，套管188还用作阻止液体制冷工质316渗透叠片178的挡板。
将定子组件154的端匝部181和182封装在绝缘铸件183内起到将热量从端匝部181和182导向定子冷却段308的作用，籍此减小气体旁通回路40的电动机冷却回路192上的热负荷要求。绝缘铸件183包括流经定子中的槽并且完全封装端匝部的材料。绝缘铸件183亦可减小经由电动机冷却回路192暴露至气体制冷工质94流的端匝部181和182发生腐蚀的可能性。
或者，定子组件的冷却可包括在定子冷却段308中的两相流。所述两相混合物可通过位于液体旁通回路38中的孔产生，类似于前述用于冷却转子的装置和方法。例如，所述孔可为位于定子冷却段308上游的固定孔，其导致制冷工质快速膨胀为两相(亦称为“闪蒸(flash)”)混合物。另一实施例中，可在定子冷却段308的上游使用可变孔，其具有大致相同的效力，但能对制冷工质的流速和两相混合物的质量量进行主动控制，从而能够进一步控制电动机温度。可提供用于控制可变孔的反馈温度，诸如定子绕组温度、定子冷却回路制冷工质温度、铸件温度、或它们的组合。
另一实施例中，由此可在定子冷却段308的下游侧上设置固定或可变孔测量装置来限制所述流，以使其足以允许在通路(例如，309a、309b)之内开始形成核态沸腾，并且相对于单相冷却(显热传递)而言增强热传递。
能够使用多种方法来操作诸如本申请描述的大容量制冷机系统。一种方法包括提供离心式压缩机组件，以用于压缩制冷回路中的制冷工质。具体地，制冷回路包括含有制冷工质气体的蒸发器段和含有制冷工质液体的冷凝器段。此外，离心式压缩机包括与定子组件可操作地联接的转子组件。转子组件包括界定出有流路穿通的结构，并且离心式压缩机包括与蒸发器段、冷凝器段以及转子组件可操作地联接的制冷工质混合组件。
该方法包括将所述制冷工质液体从冷凝器段传递至制冷工质混合组件，并且将所述制冷气体从蒸发器段传递至制冷工质混合组件。制冷工质混合组件用于将来自传递步骤的所述制冷工质液体与所述制冷工质气体混合以生成气体-液体制冷工质混合物。该气体-液体制冷工质混合物流经转子组件的流路，以提供转子组件的两相冷却。
所设置的离心式压缩机组件可包括与所述冷凝器段可操作地联接的定子组件。定子组件可包括这样的结构，该结构界定出可操作地与之联接的冷却通路。该方法包括将制冷工质液体从冷凝器段传递至定子组件的冷却通路，以冷却定子组件。
本发明可实施为在本说明书中未揭示的其他实施例。所提及的相对性术语(例如“上面”和“下面”、“前面”和“背面″、“左边”和“右边”等)均旨在方便描述而不是要将本发明或其部件限制为任何具体定向。附图中绘示的所有尺寸均可随可能的设计和本发明的某个具体实施例的预期用途而变化，而并不脱离本发明的范围。
本说明书中所揭示的附图和方法的各自均可单独使用或结合其他特征和方法使用，以提供改进的装置、系统以及制造和使用所述装置和系统的方法。因此，实施最宽泛意义的本发明可能不需要本说明书中所揭示的特征和方法的组合，揭示它们的目的仅仅是具体描述本发明的代表性实施例。
为便于解释本发明的权利要求，明确打算除非在权利要求中记载具体的措词“用于...的装置”或“用于...的步骤”，否则不援引35U.S.C第112节第6段的条款。

Claims (28)

1.一种制冷机系统，包括：
离心式压缩机组件，其用于压缩制冷回路中的制冷工质，所述制冷回路包括含有制冷工质气体的蒸发器段和含有制冷工质液体的冷凝器段，所述离心式压缩机组件包括容纳在电动机外壳中的电动机，所述电动机外壳界定出内部腔室，所述电动机包括可绕旋转轴线旋转的电动机轴以及与所述电动机轴的一部分可操作地联接的转子组件，
所述电动机轴包括至少一个纵向通路和至少一个抽吸通路，所述至少一个纵向通路基本平行于所述旋转轴线延伸穿过至少所述一部分的电动机轴，所述至少一个抽吸通路与所述电动机外壳的所述内部腔室以及所述至少一个纵向通路流体连通；
所述蒸发器段与所述至少一个纵向通路流体连通，用于供给所述制冷工质气体以冷却所述电动机轴和所述转子组件；且
所述冷凝器段与所述至少一个纵向通路流体连通，用于供给所述制冷工质液体以冷却所述电动机轴和所述转子组件，其中来自所述蒸发器段的气体与来自所述冷凝器段的液体在进入所述电动机之前混合；及
设在所述冷凝器段与所述至少一个纵向通路之间用于将所述制冷工质液体膨胀为两相流的限流装置。
2.如权利要求1所述的制冷机系统，其中所述电动机轴包括多个穿过所述电动机轴的纵向通路。
3.如权利要求2所述的制冷机系统，其中所述多个纵向通路包括热传递增强结构。
4.如权利要求1所述的制冷机系统，其中所述供给至所述电动机轴的制冷工质液体中的一部分发生相变以提供蒸发冷却。
5.如权利要求1所述的制冷机系统，其中使用节流装置来控制制冷工质气体流。
6.如权利要求1所述的制冷机系统，其中所述电动机为永磁电动机。
7.一种制冷机系统，包括：
压缩机组件，其包括电动机和气动段，所述电动机包括电动机轴、转子组件、及定子组件；
与所述压缩机组件流体连通的冷凝器段；
与所述冷凝器段和所述压缩机组件流体连通的蒸发器段，
所述压缩机组件包括转子冷却回路，所述转子冷却回路具有与所述蒸发器段可操作地联接的气体冷却进口、与所述冷凝器段可操作地联接的液体冷却进口、及与所述蒸发器段可操作地联接的出口，其中来自所述蒸发器段的气体与来自所述冷凝器段的液体在进入所述电动机之前混合。
8.如权利要求7所述的制冷机系统，其中所述压缩机组件还包括定子冷却回路，所述定子冷却回路具有与所述冷凝器段可操作地联接的液体冷却进口、与所述蒸发器段可操作地联接的液体冷却出口。
9.如权利要求7所述的制冷机系统，还包括这样的结构，该结构界定出围绕所述定子组件的用于液体冷却的通路。
10.如权利要求7所述的制冷机系统，其中所述转子冷却回路还包括节流装置，用于调节流经所述冷却回路的气体制冷工质。
11.如权利要求7所述的制冷机系统，其中所述转子冷却回路包括界定在所述电动机轴之内的纵向通路。
12.如权利要求11所述的制冷机系统，其中所述电动机轴界定出多个用于冷却的纵向通路。
13.如权利要求7所述的制冷机系统，其中所述电动机为永磁电动机。
14.一种制冷机系统，包括：
压缩机组件，其包括电动机和气动段，所述电动机包括与电动机轴可操作地联接的转子组件、及定子组件，以产生所述电动机轴的旋转，所述电动机轴和所述气动段设置为直接驱动所述气动段；
冷凝器段和蒸发器段，它们各自与所述气动段可操作地联接，所述冷凝器段的工作压力大于所述蒸发器段；
液体旁通回路，其使用制冷工质液体冷却所述定子组件和所述转子组件，所述制冷工质液体由所述冷凝器段供给并且返回至所述蒸发器段，通过所述冷凝器段的高于所述蒸发器段的所述工作压力促使所述制冷工质液体经过所述液体旁通回路；及
气体旁通回路，其使用制冷工质气体冷却所述转子组件，通过由所述电动机的旋转而形成的压力差将所述制冷工质气体从所述蒸发器段抽出，并且使之返回至所述蒸发器段，其中来自所述蒸发器段的气体与来自所述冷凝器段的液体在进入所述电动机之前混合。
15.如权利要求14所述的制冷机系统，其中所述冷凝器段与所述气动段之间设有限流装置。
16.如权利要求14所述的制冷机系统，还包括这样的结构，该结构界定出围绕所述定子组件以用于液体冷却的通路。
17.如权利要求14所述的制冷机系统，其中所述电动机轴之内界定出中心纵向通路，以用于冷却所述转子组件。
18.如权利要求14所述的制冷机系统，其中通过反馈元件监视所述气体旁通回路中的所述制冷工质气体的温度。
19.一种压缩机组件，包括：
容纳在电动机外壳中的电动机，所述电动机外壳界定出内部腔室，所述电动机包括可绕旋转轴线旋转的电动机轴以及与所述电动机轴的一部分可操作地联接的转子组件，所述电动机轴包括至少一个纵向通路和至少一个抽吸通路，所述至少一个纵向通路基本平行于所述旋转轴线延伸穿过至少所述一部分的电动机轴，所述至少一个抽吸通路与所述电动机外壳的所述内部腔室以及所述至少一个纵向通路流体连通；
与所述至少一个纵向通路可操作地联接以将制冷工质气体供给至所述至少一个纵向通路的气体制冷工质源；
与所述至少一个纵向通路可操作地联接以将制冷工质液体供给至所述至少一个纵向通路的液体制冷工质源；及
设在所述液体制冷工质源与所述至少一个纵向通路之间的用于将所述制冷工质液体膨胀为两相流的限流装置，
其中所述压缩机组件还包括用以对制冷回路之内的制冷工质进行压缩的离心式压缩机，所述制冷回路包括蒸发器，所述蒸发器是所述气体制冷工质源，所述制冷回路还包括冷凝器，所述冷凝器是所述液体制冷工质源，并且来自所述蒸发器的气体与来自所述冷凝器的液体在进入所述电动机之前混合。
20.如权利要求19所述的压缩机组件，其中所述电动机为永磁电动机，所述永磁电动机适于提供140KW以上的功率、每分钟11,000次以上转速、及在标准工业额定条件下的至少200吨的制冷容量。
21.如权利要求20所述的压缩机组件，其中所述压缩机组件还包括排放外壳和进口外壳，其中所述电动机外壳、所述排放外壳及所述进口外壳的组件适合45英寸长乘以25英寸宽乘以25英寸高以内的尺寸。
22.如权利要求20所述的压缩机组件，其中所述压缩机组件的重量小于2500磅。
23.如权利要求19所述的压缩机组件，其中所述电动机轴由磁性轴承支撑。
24.如权利要求19所述的压缩机组件，其中所述电动机外壳由铝合金元件制成。
25.如权利要求19所述的压缩机组件，其中所述压缩机组件为直接驱动。
26.如权利要求19所述的压缩机组件，其中所述电动机包括定子组件，所述定子组件与用于冷却所述定子的所述液体制冷工质源可操作地联接。
27.一种操作大容量制冷机系统的方法，包括：
设置离心式压缩机组件，其用于压缩制冷回路中的制冷工质，所述制冷回路包括含有制冷工质气体的蒸发器段和含有制冷工质液体的冷凝器段，所述离心式压缩机组件包括与定子组件可操作地联接的转子组件，所述转子组件包括这样的结构，该结构界定出穿过其中的流路，所述离心式压缩机包括与所述蒸发器段、所述冷凝器段、及所述转子组件可操作地联接的混合器组件；
将所述制冷工质液体从所述冷凝器段传递至所述混合器组件；
将所述制冷工质气体从所述蒸发器段传递至所述混合器组件；
使用所述混合器组件将来自上述传递步骤的所述制冷工质液体与所述制冷工质气体混合，以产生两相制冷工质混合物；以及
使得所述气体-液体制冷工质混合物流经所述转子组件的流路，以提供所述转子组件的两相冷却。
28.如权利要求27所述的方法，其中在所述设置步骤设置的所述离心式压缩机组件还包括与所述冷凝器段可操作地联接的所述定子组件，所述定子组件包括界定出与之可操作地联接的冷却通路的结构，所述方法还包括将所述制冷工质液体从所述冷凝器段传递至所述定子组件的所述冷却通路，以冷却所述定子组件。
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