(57)【要約】【課題】本発明の圧縮機システムは、ロータ及びステータを効率的に冷却することができる。【解決手段】圧縮機システム１は、軸線Ｏ回りに回転するロータ３１と、ロータ３１の外周側に配置されたステータ３２とを有するモータと、ロータ３１とともに回転することで作動流体を圧縮する圧縮機と、ステータ３２内部、又はステータ３２とロータ３１との間の隙間３３を流通した後の冷却媒体を冷却する熱交換器６１と、ステータ３２内部、又はステータ３２とロータ３１との間の隙間を流通させたに前記冷却媒体を熱交換器６１に供給し、熱交換器６１によって冷却された前記冷却媒体をステータ３２内部、又はステータ３２とロータ３１との間の隙間３３に再び流通させる冷却流路６４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転するロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータとを有するモータと、
前記ロータとともに回転することで作動流体を圧縮する圧縮機と、
前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間を流通した後の冷却媒体を冷却する熱交換器と、
前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間を流通させた前記冷却媒体を前記熱交換器に供給し、前記熱交換器によって冷却された前記冷却媒体を前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間に再び流通させる冷却流路と、を備える圧縮機システム。
【請求項２】
前記冷却流路は、
前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間の軸線方向の途中で、前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間を流通する前記冷却媒体を前記熱交換器に供給し、前記熱交換器で冷却された前記冷却媒体を前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間に流入させる中間冷却流路を有する請求項１に記載の圧縮機システム。
【請求項３】
前記中間冷却流路が、前記ステータに対して、軸線方向に複数設けられる請求項２に記載の圧縮機システム。
【請求項４】
前記熱交換器は、空気によって前記冷却媒体を冷却する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機システム。
【請求項５】
前記熱交換器は、真水によって前記冷却媒体を冷却する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機システム。
【請求項６】
前記熱交換器は、海水によって前記冷却媒体を冷却する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機システム。
【請求項７】
前記熱交換器は、前記圧縮機から抽気された圧縮流体によって前記冷却媒体を冷却する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータと圧縮機とが一体となっている圧縮機システムは、空気やガス等の気体を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動させるモータとを有している。圧縮機システムでは、圧縮機のケーシングから延在する回転軸と、モータのケーシングから同様に延在するモータの回転軸とが接続され、モータの回転が圧縮機に伝達される。このモータ及び圧縮機の回転軸は、複数の軸受により支持されることで安定して回転する。
【０００３】
このような圧縮機システムは、例えば、非特許文献１のような海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）や、非特許文献２のような浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用される。海底生産システムに使用される際には、圧縮機システムは、海底に設置され、海底から数千ｍの深さまで掘削した生産井から原油や天然ガス等が混在した生産流体を海上に送り出している。また、浮体式海洋石油貯蔵設備に使用される際には、圧縮機システムは、船舶等の海上設備に設置されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】三菱重工技報  Ｖｏｌ．３４  Ｎｏ．５  Ｐ３１０−Ｐ３１３
【非特許文献２】Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１４  Ｐ１８−Ｐ２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧縮機システムのモータでは、ロータが高速で回転することで、ロータとステータとの間で発熱し、ロータやステータが高温となってしまう。ロータやステータが高温となると、モータの効率が低下してしまうおそれがあり、ロータやステータを冷却する必要がある。
【０００６】
しかしながら、ロータの軸線方向の一方から他方に向かってステータ内部やステータとロータとの間の隙間に冷却媒体を流通させてロータ及びステータを冷却する場合には、流通している途中で冷却媒体が温まってしまい、効率的にロータ及びステータを冷却することが難しい。
【０００７】
本発明は、上記要望を解決するためになされたものであって、ロータ及びステータを効率的に冷却することが可能な圧縮機システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様に係る圧縮機システムは、軸線回りに回転するロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータとを有するモータと、前記ロータとともに回転することで作動流体を圧縮する圧縮機と、前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間を流通した後の冷却媒体を冷却する熱交換器と、前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間を流通させた前記冷却媒体を前記熱交換器に供給し、前記熱交換器によって冷却された前記冷却媒体を前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間に再び流通させる冷却流路と、を備える。
【０００９】
このような構成によれば、熱交換器によってステータ及びロータを冷却するために必要な温度まで効率的に冷却媒体を冷却することができる。熱交換器によって冷却された冷却媒体を冷却流路に流通させることで、ステータ内部、又はステータとロータとの間の隙間に十分に冷却された冷却媒体を流通させることができる。
【００１０】
また、上記圧縮機システムでは、前記冷却流路は、前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間の軸線方向の途中で、前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間を流通する前記冷却媒体を前記熱交換器に供給し、前記熱交換器で冷却された前記冷却媒体を前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間に流入させる中間冷却流路を有していてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、中間冷却流路によって冷却媒体を軸線方向の途中でステータ外部に排出して熱交換器に供給し、熱交換器で冷却された冷却媒体を流通させることができる。そのため、軸線方向の途中から熱交換器で冷却し直された冷却媒体によってロータ及びステータを冷却することができる。つまり、冷却媒体が流通していく中でロータ及びステータを冷却することで温まってしまい、ロータ及びステータの軸線方向の途中からの領域が十分に冷却されなくなってしまうことを防ぐことができる。したがって、軸線方向に熱交換器によって冷却された冷却媒体がそれぞれ流通することで、軸線方向に生じる温度ムラを抑えてロータ及びステータを冷却することができる。
【００１２】
また、上記圧縮機システムでは、前記中間冷却流路が、前記ステータに対して、軸線方向に複数設けられていてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、複数の中間冷却流路を有することで、軸線方向の複数箇所で温度の上昇した冷却媒体を熱交換器によって冷却し直すことができる。そのため、軸線方向の複数箇所で新たに冷却された冷却媒体を流通させることができる。したがって、軸線方向におけるロータ及びステータの冷却効率をより向上させることができる。
【００１４】
また、上記圧縮機システムでは、前記熱交換器は、空気によって前記冷却媒体を冷却してもよい。
【００１５】
また、上記圧縮機システムでは、前記熱交換器は、真水によって前記冷却媒体を冷却してもよい。
【００１６】
また、上記圧縮機システムでは、前記熱交換器は、海水によって前記冷却媒体を冷却してもよい。
【００１７】
また、上記圧縮機システムでは、前記冷却媒体が前記圧縮機から抽気された圧縮流体であってもよい。
【００１８】
このような構成によれば、簡易な構成で冷却流路を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の圧縮機システムによれば、熱交換器によって冷却された冷却媒体を冷却流路から流通させることで、ロータ及びステータを効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における圧縮機システムを説明する模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態における圧縮機システムの冷却部を示す模式図である。
【図３】本発明の第二実施形態における圧縮機システムの冷却部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第一実施形態＞
以下、本発明に係る第一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
圧縮機システム１は、海洋油ガス田開発方式の一つである海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用されて海底に設けられたり、浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用されて海上に設けられたりする。圧縮機システム１は、海底数百から数千ｍに存在する油ガス田の生産井から採取された油・ガス等の生産流体を作動流体として圧送する。
【００２２】
圧縮機システム１は、図１に示すように、回転軸として軸線Ｏ方向（図１左右方向）に延在するシャフト２１を有する圧縮機２と、シャフト２１に直接的に接続されるロータ３１を有するモータ３と、シャフト２１を支持する軸受部４と、モータ３と圧縮機２とを収容するケーシング５と、モータ３を冷却する冷却部６とを備えている。本実施形態の圧縮機システム１は、モータと圧縮機とが一体となっているモータ圧縮機である。
【００２３】
圧縮機２は、ケーシング５内に収容され、ロータ３１とともにシャフト２１が軸線Ｏ回りに回転することで作動流体を圧縮する。本実施形態の圧縮機２は、軸線Ｏ方向に延在するシャフト２１と、シャフト２１の外周面に固定されたインペラ２２と、インペラ２２を収容するハウジング２３とを有している。
【００２４】
シャフト２１は、軸線Ｏ方向に延在する回転軸であり、軸線Ｏ回りに回転可能にケーシング５に支持されている。シャフト２１は、ハウジング２３を貫通しており、両端がハウジング２３から延出している。シャフト２１は、後述するケーシング５内において軸線Ｏ方向に延在している。
【００２５】
インペラ２２は、シャフト２１とともに回転し、インペラ２２内部を通過する作動流体を圧縮して圧縮流体を生成する。
ハウジング２３は、圧縮機２の外装であり、インペラ２２を内部に収容している。ハウジング２３は、ケーシング５内に収容されている。
【００２６】
モータ３は、圧縮機２に対して軸線Ｏ方向に間隔を空けてケーシング５内に収容されている。モータ３は、シャフト２１と一体をなすように固定されたロータ３１と、ロータ３１の外周側に配置されるステータ３２とを有している。
【００２７】
ロータ３１は、シャフト２１と一体となって軸線Ｏ回りに回転可能とされている。ロータ３１は、圧縮機２のシャフト２１に対してギア等を介さずに一体となって回転するように、軸線Ｏを基準とする周方向の外側であるシャフト２１の外周側に直接的に接続されている。ロータ３１は、例えば、ステータ３２が回転磁界を生成することで誘導電流が流れる回転子鉄心（不図示）を有している。
【００２８】
ステータ３２は、ロータ３１を外周側から覆うように周方向に隙間３３を空けて設けられている。ステータ３２は、例えばロータ３１の周方向に沿って複数配置された固定子鉄心（不図示）と、固定子鉄心に巻回された固定子巻線（不図示）とを有している。ステータ３２は、外部から電流が流れることで回転磁場を生成してロータ３１を回転させる。ステータ３２は、ケーシング５内に固定されている。
【００２９】
軸受部４は、ケーシング５内に収容され、シャフト２１を回転可能に支持する。本実施形態の軸受部４は、複数のジャーナル軸受４１及びスラスト軸受４２を備えている。
【００３０】
ジャーナル軸受４１は、シャフト２１に対して軸線Ｏを基準とする径方向に作用する荷重を支持する。ジャーナル軸受４１は、軸線Ｏ方向からモータ３及び圧縮機２を挟み込むようにシャフト２１の軸線Ｏ方向の両端に配置されている。ジャーナル軸受４１は、圧縮機２が設けられた領域とモータ３が設けられた領域との間であって、後述するシール部材５１よりもモータ３側にも配置されている。
【００３１】
スラスト軸受４２は、シャフト２１に形成されたスラストカラー２１ａを介して、シャフト２１に対して軸線Ｏ方向に作用する荷重を支持する。スラスト軸受４２は、圧縮機２が設けられた領域とモータ３が設けられた領域との間であって、後述するシール部材５１よりも圧縮機２側に配置されている。
【００３２】
ケーシング５は、圧縮機２とモータ３とを内部に収容している。ケーシング５は、軸線Ｏに沿った円筒形状をなしている。ケーシング５の内面は、軸線Ｏ方向の圧縮機２とモータ３との間でシャフト２１に向かって突出している。ケーシング５は、圧縮機２が設けられた領域とモータ３が設けられた領域との間をシールするシール部材５１が突出した部分に設けられている。
【００３３】
冷却部６は、ロータ３１及びステータ３２を冷却する。本実施形態の冷却部６は、ステータ３２内部を流通した後の冷却媒体を冷却する熱交換器６１と、ステータ３２内部を流通させた冷却媒体を熱交換器６１に供給し、熱交換器６１によって冷却された冷却媒体をステータ３２内部に再び流通させる冷却流路６４とを有している。
【００３４】
冷却媒体としては、例えば、空気やヘリウム等の気体が用いられることが好ましい。空気やヘリウム等の気体を用いることで、液体や水蒸気のような液分を多く含む気体に比べて、熱交換器６１や冷却流路６４を構成する金属材料が酸化して強度が低下してしまうことを抑制することができる。
【００３５】
また、冷却媒体としては、圧縮機２で圧縮された圧縮流体の一部を抽気して利用してもよい。圧縮機２の圧縮流体を冷却媒体とすることで、ポンプ６５３等の冷却媒体を送り出す装置を用いずに冷却媒体を冷却流路６４内に流通させることができる。したがって、簡易な構成で冷却流路６４を形成することができる。
【００３６】
熱交換器６１は、冷却流路６４を介してステータ３２内部を流通し、温まってしまった冷却媒体を冷却する。本実施形態の熱交換器６１は、ケーシング５外部に配置されている。熱交換器６１は、周囲の二次冷却媒体と冷却媒体との間で熱交換することで、モータ３を冷却するために適した温度まで冷却媒体を冷却する。
【００３７】
二次冷却媒体としては、圧縮機システム１が海底生産システムに使用されて海底に設けられている場合には、周囲の海水が用いられることが好ましい。周囲の海水を用いることで、熱交換器６１のために二次冷却媒体を新たに準備することなく、海底の低温の海水と熱交換させるだけで、モータ３を十分に冷却可能な温度まで冷却媒体を冷却することができる。
【００３８】
また、二次冷却媒体としては、圧縮機システム１がＦＰＳＯに使用されて船舶等の海上設備に設けられている場合には、周囲の空気や、海上設備に貯蔵されている真水が用いられることが好ましい。周囲の空気や真水を用いることで、熱交換器６１のために二次冷却媒体を新たに準備する必要が無いだけでなく、配管が腐食してしまう等の影響を抑えながら、モータ３を十分に冷却可能な温度まで冷却媒体を冷却することができる。
【００３９】
冷却流路６４は、ステータ３２内部に冷却媒体を流通させ、ロータ３１及びステータ３２を冷却する。本実施形態の冷却流路６４は、図２に示すように、冷却媒体を熱交換器６１とモータ３との間で循環させる閉ループ流路である。冷却流路６４は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体を軸線Ｏ方向の下流側でステータ３２内部に流通させる下流側冷却流路６５と、軸線Ｏ方向の途中で下流側冷却流路６５から熱交換器６１に冷却媒体を供給するとともに再びステータ３２内部に戻す中間冷却流路６６と、中間冷却流路６６に接続されて軸線Ｏ方向の上流側でステータ３２内に冷却媒体を流通させる上流側冷却流路６９と、を有している。
【００４０】
ここで、軸線Ｏ方向におけるモータ３に対して圧縮機２が配置されている側を軸線Ｏ方向の下流側（図２紙面左側）とし、その反端側を軸線Ｏ方向の上流側（図２紙面右側）とする。
【００４１】
下流側冷却流路６５は、軸線Ｏ方向の下流側で熱交換器６１からステータ３２内部に冷却媒体を導入する導入流路６５１と、導入流路６５１に接続されてステータ３２内部で軸線Ｏ方向に冷却媒体を流通させる下流側流通流路６５２とを有している。
【００４２】
導入流路６５１は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体をケーシング５外部からステータ３２内部に導入する。導入流路６５１は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の下流側で熱交換器６１からステータ３２内部まで繋がれた配管である。導入流路６５１は、途中に冷却媒体を圧送するポンプ６５３が設けられている。
【００４３】
下流側流通流路６５２は、ステータ３２内部に配置されることで、ステータ３２内部に冷却媒体を流通させる。本実施形態の下流側流通流路６５２は、軸線Ｏ方向の下流側から上流側に向かって冷却媒体を流通させる。下流側流通流路６５２は、ステータ３２内部の径方向のロータ３１に近い部分で軸線Ｏ方向に延在する配管である。下流側流通流路６５２は、ステータ３２内部において、ロータ３１よりも軸線Ｏ方向の下流側の位置からロータ３１の軸線Ｏ方向の中間位置まで延在している。下流側流通流路６５２は、軸線Ｏ方向の下流側の端部が導入流路６５１に接続されている。
【００４４】
中間冷却流路６６は、ステータ３２内部の軸線Ｏ方向の途中でステータ３２内部を流通する冷却媒体を熱交換器６１に供給し、熱交換器６１で冷却された冷却媒体をステータ３２内部に再び流入させる。中間冷却流路６６は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中間位置に形成されている。中間冷却流路６６は、ステータ３２内部の軸線Ｏ方向の途中で冷却媒体をステータ３２内部から排出して熱交換器６１に供給する中間排出流路６６１と、ステータ３２内部の軸線Ｏ方向の途中で熱交換器６１からステータ３２内部に冷却媒体を導入する中間導入流路６６２とを有している。
【００４５】
中間排出流路６６１は、下流側流通流路６５２を流通して温度の上昇した冷却媒体をステータ３２内部からケーシング５外部に排出して熱交換器６１まで供給する。中間排出流路６６１は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中間位置で下流側流通流路６５２から熱交換器６１まで繋がれた配管である。中間排出流路６６１は、下流側流通流路６５２の軸線Ｏ方向の上流側の端部に繋がれている。
【００４６】
中間導入流路６６２は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体を再びケーシング５外部からステータ３２内部に導入する。中間導入流路６６２は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中間位置で熱交換器６１から上流側冷却流路６９まで繋がれた配管である。中間導入流路６６２は、ステータ３２内部において、中間排出流路６６１に対して軸線Ｏ方向の上流側に間隔を空けて並んで配置されている。中間導入流路６６２は、中間排出流路６６１と同じ長さで形成されている。
【００４７】
上流側冷却流路６９は、中間導入流路６６２に接続されてステータ３２内部で軸線Ｏ方向に冷却媒体を流通させる上流側流通流路６９１と、上流側流通流路６９１に接続されて軸線Ｏ方向の上流側からステータ３２内部を流通する冷却媒体を熱交換器６１に供給する排出流路６９２と、を有している。
【００４８】
上流側流通流路６９１は、ステータ３２内部に配置されることで、ステータ３２内部に冷却媒体を流通させる。本実施形態の上流側流通流路６９１は、軸線Ｏ方向の下流側から上流側に向かって冷却媒体を流通させる。上流側流通流路６９１は、ステータ３２内部の径方向のロータ３１に近い部分で軸線Ｏ方向に延在する配管である。上流側流通流路６９１は、軸線Ｏ方向の下流側の端部が中間導入流路６６２に接続されている。上流側流通流路６９１は、径方向の位置が下流側流通流路６５２と同じ位置に配置されている。上流側流通通路は、下流側流通流路６５２よりも軸線Ｏ方向の上流側に配置されている。上流側流通流路６９１は、ステータ３２内部において、ロータ３１の軸線Ｏ方向の中間位置からロータ３１よりも軸線Ｏ方向の上流側の位置まで延在している。上流側流通流路６９１は、下流側流通流路６５２と同じの長さに形成されている。また、上流側流通流路６９１は、ステータ３２に対して下流側流通流路６５２と一体に形成された後に、下流側流通流路６５２との間をシールすることで形成されている。
【００４９】
排出流路６９２は、上流側流通流路６９１を流通して温度の上昇した冷却媒体をステータ３２内部からケーシング５外部に排出して熱交換器６１まで供給する。排出流路６９２は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の上流側でステータ３２内部から熱交換器６１まで繋がれた配管である。排出流路６９２は、上流側流通流路６９１の軸線Ｏ方向の上流側の端部に繋がれている。
【００５０】
上記のような圧縮機システム１によれば、図示しない発電機等の外部装置によって、ステータ３２に電流に供給されると、供給された電流に基づいて回転磁界が生成され、モータ３のロータ３１がシャフト２１とともに回転を開始する。シャフト２１が高速で回転することで、圧縮機２では、圧縮機２内に軸線Ｏ方向の上流側から流入する作動流体をシャフト２１と共に回転するインペラ２２が圧縮して軸線Ｏ方向の下流側から圧縮流体を排出する。
【００５１】
また、モータ３では、熱交換器６１によって冷却された冷却媒体が導入流路６５１を介してステータ３２内部に導入され、下流側流通流路６５２を流通する。そのため、ステータ３２の軸線Ｏ方向の下流側のロータ３１に近い部分が冷却される。ステータ３２のロータ３１に近い部分を冷却することで温度の上昇した冷却媒体は、下流側流通流路６５２から中間排出流路６６１を介してケーシング５外部に排出され、熱交換器６１に供給されて冷却される。熱交換器６１で冷却された冷却媒体は、中間導入流路６６２を介して再びステータ３２内部に導入され、上流側流通流路６９１を流通する。そのため、ステータ３２の下流側流通流路６５２よりも軸線Ｏ方向の上流側のロータ３１に近い部分が冷却される。ステータ３２のロータ３１に近い部分を冷却することで温度の上昇した冷却媒体は、上流側流通流路６９１から排出流路６９２を介してケーシング５外部に排出され、再び熱交換器６１に供給されて冷却される。熱交換器６１で冷却された冷却媒体は、ポンプ６５３によって導入流路６５１を介してステータ３２内部に再び導入され、下流側流通流路６５２を流通する。したがって、ロータが回転することで、ロータ３１とステータ３２との間に生じる発熱によって加熱されたロータ３１及びステータ３２を軸線Ｏ方向で二段階に分けて冷却することができる。
【００５２】
さらに、熱交換器６１によって下流側流通流路６５２や上流側流通流路６９１を流通した冷却媒体を冷却することで、ロータ３１及びステータ３２を十分に冷却可能な温度まで効率的に冷却媒体を冷却することができる。つまり、ロータ３１及びステータ３２を冷却するために適していな温度となってしまった冷却媒体を熱交換器６１によって二次冷却媒体と熱交換させて冷却することで、効率よく冷却媒体の温度を低下させることができる。
熱交換器６１によって効率よく冷却された冷却媒体を下流側流通流路６５２及び上流側流通流路６９１に流通させることで、軸線Ｏ方向にわたってロータ３１及びステータ３２を高い精度で冷却可能な冷却媒体をステータ３２内部に流通させることができる。したがって、ロータ３１が回転することで、ロータ３１とステータ３２との間に生じる発熱によって加熱されたロータ３１及びステータ３２を軸線Ｏ方向にわたって効率的に冷却することができる。これにより、ロータ３１及びステータ３２に局所的に温度の高い領域が生じてしまうことを抑制でき、モータ３の効率低下を抑制したり、寿命の向上を図ったりすることができる。
【００５３】
また、中間排出流路６６１によって下流側流通流路６５２を流通して温度の上昇した冷却媒体をケーシング５外部に一度排出して熱交換器６１に供給し、中間導入流路６６２によって熱交換器６１で冷却された冷却媒体を上流側流通流路６９１に流通させることができる。そのため、熱交換器６１で冷却された冷却媒体を下流側流通流路６５２に流通させることによってロータ３１及びステータ３２の軸線Ｏ方向の下流側を確実に冷却した上で、軸線Ｏ方向の途中から新たに熱交換器６１で冷却し直された冷却媒体を上流側流通流路６９１に流通させることができる。その結果、ロータ３１及びステータ３２の軸線Ｏ方向の上流側も確実に冷却することができる。つまり、ロータ３１及びステータ３２の軸線Ｏ方向の上流側の領域が、十分に冷却されなくなってしまうことを防ぐことができる。したがって、下流側流通流路６５２及び上流側流通流路６９１に熱交換器６１によって冷却された冷却媒体がそれぞれ流通することで、軸線Ｏ方向に生じる温度ムラを抑えてロータ３１及びステータ３２を冷却することができる。これにより、局所的に温度の高い領域が生じてしまうことを高い精度で抑制でき、モータ３の効率低下を抑制したり、寿命の向上を図ったりことが効果的にできる。
【００５４】
また、中間排出流路６６１及び中間導入流路６６２がステータ３２の軸線Ｏ方向の中間位置に形成されていることで、ロータ３１及びステータ３２を軸線Ｏ方向の中間位置よりも上流側と下流側とで同じ条件で冷却することができる。その結果、ロータ３１及びステータ３２を軸線Ｏ方向にわたって同じように冷却され、軸線Ｏ方向に生じる温度ムラをより高い精度で抑制できる。
【００５５】
また、冷却流路６４が閉ループ流路として形成されていることで、新たに冷却媒体を供給する必要が無いため、冷却流路６４を流通する冷却媒体の流量を抑えることができる。
【００５６】
＜第二実施形態＞
次に、図３を参照して第二実施形態の圧縮機システム１０について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の圧縮機システム１０は、冷却部の構成について第一実施形態と相違する。
【００５７】
即ち、第二実施形態の圧縮機システム１０の冷却部７では、ステータ３２とロータ３１との間の隙間３３（以下、単に隙間３３と称する。）に冷却媒体を流通させるとともに、熱交換器及び中間冷却流路が、ステータ３２に対して、軸線Ｏ方向に複数設けられている。具体的には、第二実施形態の冷却部７は、図３に示すように、軸線Ｏ方向の下流側で冷却媒体を冷却する第一熱交換器７１と、軸線Ｏ方向の上流側で冷却媒体を冷却する第二熱交換器７２と、隙間３３を流通させた冷却媒体を第一熱交換器７１や第二熱交換器７２に供給し、第一熱交換器７１や第二熱交換器７２によって冷却された冷却媒体を隙間３３に再び流通させる冷却流路７４とを有している。
【００５８】
なお、本実施形態における隙間３３とは、ステータ３２とロータ３１と間に形成された空間であって、ロータ３１の径方向外側を向く外周面とステータ３２の径方向内側を向く内周面との径方向に対向する面同士に挟まれた空間である。
また、第二実施形態の冷却部７における冷却媒体や、第一熱交換器７１及び第二熱交換器７２における二次冷却媒体は、第一実施形態と同様のものが用いられる。
【００５９】
第一熱交換器７１は、第一実施形態の熱交換器６１と同様の装置が用いられる。第一熱交換器７１は、ケーシング５外部に配置されている。
第二熱交換器７２は、ケーシング５外部において、第一熱交換器７１よりも軸線Ｏ方向の上流側に配置されている。第二熱交換器７２は、第一実施形態の熱交換器６１や第一熱交換器７１と同様の装置が用いられる。
【００６０】
第二実施形態の冷却流路７４は、隙間３３に冷却媒体を流通させて、ロータ３１及びステータ３２を冷却する。第二実施形態の冷却流路７４は、冷却媒体を第一熱交換器７１及び第二熱交換器７２とモータ３との間で循環させる閉ループ流路である。冷却流路７４は、第一熱交換器７１で冷却された冷却媒体を軸線Ｏ方向の下流側で隙間３３に流通させる下流側冷却流路７５と、軸線Ｏ方向の途中で下流側冷却流路７５から第一熱交換器７１に冷却媒体を供給するとともに再び隙間３３に戻す第一中間冷却流路７６と、第一中間冷却流路７６に接続されて軸線Ｏ方向の途中で隙間３３に冷却媒体を流通させる中間流通流路７７と、第一中間冷却流路７６から第二熱交換器７２に冷却媒体を供給するとともに再び隙間３３に戻す第二中間冷却流路７８と、第二中間冷却流路７８に接続されて軸線Ｏ方向の上流側で隙間３３に冷却媒体を流通させる上流側冷却流路７９と、第一熱交換器７１と第二熱交換器７２とを繋ぐ連結流路８０とを有している。
【００６１】
第二実施形態の下流側冷却流路７５は、軸線Ｏ方向の下流側で第一熱交換器７１から隙間３３に冷却媒体を導入する導入流路７５１と、導入流路７５１に接続されて隙間３３で軸線Ｏ方向に延在している下流側流通流路７５２とを有している。
【００６２】
第二実施形態の導入流路７５１は、第一熱交換器７１で冷却された冷却媒体を隙間３３に導入する。導入流路７５１は、軸線Ｏ方向の下流側で熱交換器６１から隙間３３まで繋がれた配管である。導入流路７５１は、途中に冷却媒体を圧送するポンプ６５３が設けられている。
【００６３】
第二実施形態の下流側流通流路７５２は、隙間３３に配置されることで隙間３３に冷却媒体を流通させる。本実施形態の下流側流通流路７５２は、軸線Ｏ方向の下流側から上流側に向かって冷却媒体を流通させる。下流側流通流路７５２は、隙間３３で軸線Ｏ方向に延在する配管である。下流側流通流路７５２は、軸線Ｏ方向の下流側の端部が導入流路７５１に接続されている。下流側流通流路７５２は、ロータ３１よりも軸線Ｏ方向の下流側の位置からロータ３１の軸線Ｏ方向の長さの三分の一程度の長さに形成されている。
【００６４】
第一中間冷却流路７６は、隙間３３の軸線Ｏ方向の途中で、隙間３３を流通する冷却媒体を第一熱交換器７１に供給し、第一熱交換器７１で冷却された冷却媒体を隙間３３に再び流入させる。第一中間冷却流路７６は、隙間３３の軸線Ｏ方向の途中に形成されている。第一中間冷却流路７６は、隙間３３の軸線Ｏ方向の途中で冷却媒体を隙間３３から排出して第一熱交換器７１に供給する第一中間排出流路７６１と、隙間３３の軸線Ｏ方向の途中で第一熱交換器７１から隙間３３に冷却媒体を導入する第一中間導入流路７６２とを有している。
【００６５】
第一中間排出流路７６１は、下流側流通流路７５２を流通して温度の上昇した冷却媒体を隙間３３からケーシング５外部に排出して第一熱交換器７１まで供給する。第一中間排出流路７６１は、下流側流通流路７５２の軸線Ｏ方向の上流側の端部から第一熱交換器７１まで繋がれた配管である。
【００６６】
第一中間導入流路７６２は、第一熱交換器７１で冷却された冷却媒体をケーシング５外部から再び隙間３３に導入する。第一中間導入流路７６２は、熱交換器６１から中間流通流路７７まで繋がれた配管である。第一中間導入流路７６２は、ステータ３２内部において、第一中間排出流路７６１に対して軸線Ｏ方向の上流側に間隔を空けて並んで配置されている。第一中間導入流路７６２は、第一中間排出流路７６１と同じ長さで形成されている。
【００６７】
中間流通流路７７は、隙間３３に配置されることで隙間３３に冷却媒体を流通させる。本実施形態の中間流通流路７７は、軸線Ｏ方向の下流側から上流側に向かって冷却媒体を流通させる。中間流通流路７７は、隙間３３で軸線Ｏ方向に延在する配管である。中間流通流路７７は、軸線Ｏ方向の下流側の端部が第一中間導入流路７６２に接続されている。中間流通流路７７は、隙間３３において、下流側流通流路７５２よりも軸線Ｏ方向の上流側に配置されている。中間流通流路７７は、ロータ３１の軸線Ｏ方向の長さの三分の一程度の長さに形成されている。即ち、中間流通流路７７は、下流側流通流路７５２と同じ長さで形成されている。
【００６８】
第二中間冷却流路７８は、隙間３３の軸線Ｏ方向の途中で、隙間３３を流通する冷却媒体を第二熱交換器７２に供給し、第二熱交換器７２で冷却された冷却媒体を隙間３３に再び流入させる。第二中間冷却流路７８は、隙間３３の軸線Ｏ方向の途中であって、第一中間冷却流路７６よりも軸線Ｏ方向の上流側に形成されている。第二中間冷却流路７８は、隙間３３の軸線Ｏ方向の途中で冷却媒体を隙間３３から排出して第二熱交換器７２に供給する第二中間排出流路７８１と、隙間３３の軸線Ｏ方向の途中で第二熱交換器７２から隙間３３に冷却媒体を導入する第二中間導入流路７８２とを有している。
【００６９】
第二中間排出流路７８１は、中間流通流路７７を流通して温度の上昇した冷却媒体を隙間３３からケーシング５外部に排出して第二熱交換器７２まで供給する。第二中間排出流路７８１は、中間流通流路７７の軸線Ｏ方向の上流側の端部から第二熱交換器７２まで繋がれた配管である。つまり、第二中間排出流路７８１は、第一中間導入流路７６２よりも軸線Ｏ方向の上流側に配置されている。
【００７０】
第二中間導入流路７８２は、第二熱交換器７２で冷却された冷却媒体を再び隙間３３に導入する。第二中間導入流路７８２は、第二熱交換器７２から上流側冷却流路７９まで繋がれた配管である。第二中間導入流路７８２は、ステータ３２内部において、第二中間排出流路７８１に対して軸線Ｏ方向の上流側に間隔を空けて並んで配置されている。二中間導入流路７８２は、第二中間排出流路７８１と同じ長さで形成されている。
【００７１】
上流側冷却流路７９は、第二中間導入流路７８２に接続されて隙間３３で軸線Ｏ方向に延在している上流側流通流路７９１と、上流側流通流路７９１に接続されて軸線Ｏ方向の上流側から隙間３３を流通する冷却媒体を第二熱交換器７２に供給する排出流路７９２と、を有している。
【００７２】
上流側流通流路７９１は、隙間３３に配置されることで、隙間３３に冷却媒体を流通させる。本実施形態の上流側流通流路７９１は、軸線Ｏ方向の下流側から上流側に向かって冷却媒体を流通させる。上流側流通流路７９１は、隙間３３で軸線Ｏ方向に延在する配管である。上流側流通流路７９１は、軸線Ｏ方向の下流側の端部が第二中間導入流路７８２に接続され、上流側の端部が排出流路７９２に接続されている。上流側流通流路７９１は、下流側流通流路７５２及び中間流通流路７７と径方向が同じ位置に配置されている。上流側流通流路７９１は、中間流通流路７７よりも軸線Ｏ方向の上流側に配置されている。上流側流通流路７９１は、ロータ３１の軸線Ｏ方向の長さの三分の一程度の長さに形成されている。即ち、上流側流通流路７９１は、下流側流通流路７５２及び中間流通流路７７と同じ長さに形成されている。
【００７３】
排出流路７９２は、上流側流通流路７９１を流通して温度の上昇した冷却媒体を隙間３３からケーシング５外部に排出して第二熱交換器７２まで供給する。排出流路７９２は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の上流側でステータ３２内部から第二熱交換器７２まで繋がれた配管である。排出流路７９２は、上流側流通流路７９１の軸線Ｏ方向の上流側の端部に繋がれている。
【００７４】
連結流路８０は、第二熱交換器７２で冷却された冷却媒体を第一熱交換器７１に供給する。連結流路８０は、ケーシング５外部で第一熱交換器７１と第二熱交換器７２とを繋ぐ配管である。
【００７５】
第二実施形態の圧縮機システム１０によれば、第一熱交換器７１によって冷却された冷却媒体が導入流路７５１を介して隙間３３に導入され、下流側流通流路７５２を流通する。そのため、隙間３３の軸線Ｏ方向の下流側の周辺が冷却される。隙間３３の軸線Ｏ方向の下流側の周辺を冷却することで温度の上昇した冷却媒体は、下流側流通流路７５２から第一中間排出流路７６１を介してケーシング５外部に排出され、第一熱交換器７１に供給されて冷却される。第一熱交換器７１で冷却された冷却媒体は、第一中間導入流路７６２を介して再び隙間３３に導入され、中間流通流路７７を流通する。そのため、下流側流通流路７５２よりも軸線Ｏ方向の上流側である隙間３３の軸線Ｏ方向の中間付近の周辺が冷却される。隙間３３の軸線Ｏ方向の中間付近の周辺を冷却することで温度の上昇した冷却媒体は、中間流通流路７７から第二中間排出流路７８１を介してケーシング５外部に排出され、第二熱交換器７２に供給されて冷却される。第二熱交換器７２で冷却された冷却媒体は、第二中間導入流路７８２を介して再び隙間３３に導入され、上流側流通流路７９１を流通する。そのため、中間流通流路７７よりも軸線Ｏ方向の上流側である隙間３３の軸線Ｏ方向の上流側の周辺が冷却される。隙間３３の軸線Ｏ方向の上流側の周辺を冷却することで温度の上昇した冷却媒体は、上流側流通流路７９１から排出流路７９２を介してケーシング５外部に排出され、再び第二熱交換器７２に供給されて冷却される。第二熱交換器７２で冷却された冷却媒体は連結流路８０を流通して、第一熱交換器７１に供給されてさらに冷却される。第一熱交換器７１で冷却された冷却媒体は、ポンプ６５３によって導入流路７５１を介してステータ３２内部に再び導入され、下流側流通流路７５２を流通する。したがって、ロータ３１とステータ３２との間に生じる発熱によって加熱されたロータ３１及びステータ３２を軸線Ｏ方向で三段階に分けて冷却することができる。
【００７６】
さらに、第一中間冷却流路７６と第二中間冷却流路７８とを有していることで、隙間３３に対して軸線Ｏ方向の複数箇所で温度の上昇した冷却媒体を第一熱交換器７１や第二熱交換器７２によって冷却し直すことができる。そのため、隙間３３において軸線Ｏ方向の二カ所で新たに冷却された冷却媒体を流通させることができる。したがって、軸線Ｏ方向にロータ３１及びステータ３２の冷却効率をより向上させることができる。
【００７７】
また、下流側流通流路７５２と、中間流通流７７と、上流側流通流路７９１とを有していることで、隙間３３に冷却媒体を流通させることができる。そのため、ステータ３２内部に冷却媒体を流通させた場合に比べて、よりロータ３１に近い位置に冷却媒体を流通させることができる。したがって、ロータ３１の冷却効率を向上させることができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００７９】
なお、熱交換器は、本実施形態のようにケーシング５外部に配置されることに限定されるものではなく、冷却媒体を冷却することができればよい。例えば、熱交換器６１や第一熱交換器７１や第二熱交換器７２は、ケーシング５の内部に配置されていてもよい。
【００８０】
また、熱交換器６１は、第一実施形態においても一つであることに限定されるものではなく、第二実施形態にように二つ設けたり、三つ以上設けていてもよい。
【００８１】
また、中間冷却流路は、第一実施形態の中間冷却流路６６のようにステータ３２の中間位置や、第二実施形態の第一中間冷却流路７６や第二中間冷却流路７８のように均等に配置されていることに限定されるものではなく、冷却の必要な箇所に応じてステータ３２に対して不均等に配置されていてもよい。また、中間冷却流路は、第二実施形態のように二つ設けることに限定されるものではなく、三つ以上設けていてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１、１０…圧縮機システム  Ｏ…軸線  ２…圧縮機  ２１…シャフト  ２２…インペラ  ２３…ハウジング  ３…モータ  ３１…ロータ  ３２…ステータ  ３３…隙間  ４…軸受部  ４１…ジャーナル軸受  ４２…スラスト軸受  ５…ケーシング  ５１…シール部材  ６、７…冷却部  ６１…熱交換器  ６４、７４…冷却流路  ６５、７５…下流側冷却流路  ６５１、７５１…導入流路  ６５２、７５２…下流側流通流路  ６５３…ポンプ  ６６…中間冷却流路  ６６１…中間排出流路  ６６２…中間導入流路  ６９、７９…上流側冷却流路  ６９１、７９１…上流側流通流路  ６９２、７９２…排出流路  ７１…第一熱交換器  ７２…第二熱交換器  ７６…第一中間冷却流路  ７６１…第一中間排出流路  ７６２…第一中間導入流路  ７７…中間流通流路  ７８…第二中間冷却流路  ７８１…第二中間排出流路  ７８２…第二中間導入流路  ８０…連結流路
【図１】
2016156280.tif 000003
【図２】
2016156280.tif 000004
【図３】
2016156280.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月1日(2015.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2016156280.tif 000006