(57)【要約】【課題】本発明圧縮機システムは、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。【解決手段】圧縮機システム１０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３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インペラ２２と、インペラ２２を外周側から覆うハウジング２３と、を有する圧縮機２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した流体を流通させ、前記流体とハウジング２３との間で熱交換可能とする熱交換流路６００と、を備える。【選択図】図１
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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インペラと、前記インペラを外周側から覆うハウジングと、を有する圧縮機と、
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流体を流通させ、前記流体と前記ハウジングとの間で熱交換可能とする熱交換流路と、
を備える圧縮機システム。
【請求項２】
前記流体が、前記インペラによって圧縮された作動流体である請求項１に記載の圧縮機システム。
【請求項３】
前記ハウジングと前記インペラとの温度差が予め定めた基準を満たした場合に、前記熱交換流路を流通する前記流体の流量を調整する流量調整部を有する請求項１または請求項２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、圧縮機システムの圧縮機では、停止している場合と、定常運転している場合とでは、インペラやハウジング等の圧縮機を構成する各部の温度が異なる。特に、インペラとハウジングとでは、それぞれの部材の体積差が大きいために起動時や停止時の温度変化の度合いが異なっている。そのため、圧縮機システムの運転状況に応じて、インペラとハウジングとの温度差が大きくなることで熱伸び量が大きくずれて、インペラとハウジングとのクリアランスが変動してしまう。その結果、起動時や停止時に、インペラとハウジングとの間隔が狭くなり過ぎで、接触してしまうおそれがある。
【０００６】
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、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制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】
【０００７】
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インペラと、前記インペラを外周側から覆うハウジングと、を有する圧縮機と、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流体を流通させ、前記流体と前記ハウジングとの間で熱交換可能とする熱交換流路と、を備える。
【０００８】
このような構成によれば、ステータ内部、又はステータとロータとの間の隙間を流通した流体は、ステータ及びロータを冷却することで温度が上昇する。温度の上昇した流体を熱交換流路によってハウジングに対して熱交換を行わせることで、ハウジングを効率良く早く温めることができる。その結果、起動時や停止時におけるインペラの温度変化に合わせて、ハウジングを早く温めることができ、インペラの熱伸び量とハウジングの熱伸び量とのずれを低減することができる。
【０００９】
また、上記圧縮機システムでは、前記流体が、前記インペラによって圧縮された作動流体であってもよい。
【００１０】
このような構成によれば、インペラによって圧縮されることで温度の上昇した作動流体によってロータ及びステータを冷却することで、作動流体をさらに温めてからハウジングに供給することができる。したがって、ハウジングを効果的に温めることができる。
【００１１】
また、上記圧縮機システムでは、前記ハウジングと前記インペラとの温度差が予め定めた基準を満たした場合に、前記熱交換流路を流通する前記流体の流量を調整する流量調整部を有していてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、流体調整部によって、ハウジングとインペラとの温度差が予め定めた基準を満たした場合に、流体の流量を調整することで、流体を必要な量だけ熱交換流路に流通させることができる。そのため、例えば、ハウジンググとインペラとの温度差が小さくなって、ハウジングを温める必要が無くなった場合に、熱交換流路に流体が流通し続けてしまうことを抑制することができる。したがって、流体を効率的に熱交換流路に流通させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧縮機システムによれば、ロータとステータとを冷却することで温度の上昇した流体を利用してハウジングを温めることができ、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一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】本発明の第二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３】本発明の第三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４】本発明の第四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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜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を参照して説明する。
圧縮機システム１０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１０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。
【００１６】
圧縮機システム１０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、内部を流通する流体と熱交換させることで圧縮機２のハウジング２３を加熱する熱交換流路６００と、熱交換流路６００を流通する流体の流量を調整する流量調整部７とを備えている。
【００１７】
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てロータ３１とともに回転することで作動流体を圧縮するインペラ２２と、インペラ２２を外側から覆うハウジング２３とを有している。
【００１８】
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を軸線Ｏ方向に貫通しており、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。
【００１９】
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。インペラ２２は、シャフト２１の外周面に軸線Ｏ方向に間隔を空けて複数並んで固定されている。
【００２０】
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。ハウジング２３は、縮径及び拡径を繰り返す内部空間２３ａが複数設けられている。この内部空間２３ａには、それぞれインペラ２２が収容されている。内部空間２３ａでは、インペラ２２がハウジング２３に対して所定の間隔を隔てて配置されている。ハウジング２３には、軸線Ｏ方向の一方側である上流側（図１紙面右側）に配置されたインペラ２２から軸線Ｏ方向の他方側である下流側（図１紙面左側）に隣接するインペラ２２に作動流体を流通させる流路（不図示）が形成されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
熱交換流路６００は、内部に流体を流通させることで、流通させた流体とハウジング２３との間で熱交換可能とする。本実施形態の熱交換流路６００は、ステータ３２内部に流体を流通させてロータ３１及びステータ３２を冷却する。熱交換流路６００は、ロータ３１及びステータ３２を冷却することで温度の上昇した流体をハウジング２３内部に流通させる。熱交換流路６００は、ハウジング２３内部を流通した流体を熱交換器６０１に供給して冷却し、ステータ３２内部に再び流通させる。本実施形態の熱交換流路６００は、流体をモータ３と圧縮機２との間で循環させる閉ループ流路である。
【００２９】
なお、本実施形態における流体としては、例えば、空気やヘリウム等の気体を用いた冷却媒体を使用さ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、熱交換流路６００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。
【００３０】
第一実施形態の熱交換流路６００は、ハウジング２３内部を流通した後の流体を冷却する熱交換器６０１と、熱交換器６０１によって冷却された流体をステータ３２内部に導入する導入流路６０２と、導入流路６０２に接続されてステータ３２内部で流体を流通させるステータ内部流路６０３と、ステータ内部流路６０３に連結されてハウジング２３まで流体を供給する第一連結流路６０４と、第一連結流路６０４に接続されてハウジング２３内部に流体を流通させる第一ハウジング流路６０５と、第一ハウジング流路６０５に接続されてハウジング２３内部から流体を排出して熱交換器６０１まで供給する第一排出流路６０６と、を有している。
【００３１】
熱交換器６０１は、ステータ３２内部及びハウジング２３内部を流通した流体を冷却する。本実施形態の熱交換器６０１は、ケーシング５外部に配置されている。熱交換器６０１は、周囲の二次冷却媒体と流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流体を冷却する。
【００３２】
二次冷却媒体としては、圧縮機システム１０が海底生産システムに使用され、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６０１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流体を冷却することができる。
【００３３】
また、二次冷却媒体としては、圧縮機システム１０がＦＰＳＯに使用され、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６０１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流体を冷却することができる。
【００３４】
導入流路６０２は、軸線Ｏ方向の上流側で熱交換器６０１からステータ３２内部に流体を導入する。導入流路６０２は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の上流側で熱交換器６０１からステータ３２内部まで繋がれた配管である。導入流路６０２は、途中に流体を圧送するポンプ６０１ａが設けられている。
【００３５】
ステータ内部流路６０３は、ステータ３２内部に配置されることで、ステータ３２内部に流体を流通させる。本実施形態のステータ内部流路６０３は、導入流路６０２に接続されて軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって流体を流通させる。ステータ内部流路６０３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。ステータ内部流路６０３は、ステータ３２内部において、ロータ３１よりも軸線Ｏ方向の上流側の位置からロータ３１よりも軸線Ｏ方向の下流側の位置まで延在している。ステータ内部流路６０３は、軸線Ｏ方向の上流側の端部が導入流路６０２に接続されている。
【００３６】
第一連結流路６０４は、ステータ内部流路６０３を流通して温度の上昇した流体をステータ３２内部からケーシング５外部を流通させてハウジング２３内部まで供給する。本実施形態の第一連結流路６０４は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の下流側からケーシング５外部まで延び、ハウジング２３の軸線Ｏ方向の上流側に繋がれた配管である。第一連結流路６０４は、ステータ内部流路６０３の軸線Ｏ方向の下流側の端部に繋がれている。
【００３７】
第一ハウジング流路６０５は、ハウジング２３内部に配置されることで、ハウジング２３内部に流体を流通させる。本実施形態の第一ハウジング流路６０５は、第一連結流路６０４に接続されて軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって流体を流通させる。第一ハウジング流路６０５は、ハウジング２３内部のインペラ２２が配置された内部空間２３ａよりも径方向外側で軸線Ｏ方向に延びている配管である。第一ハウジング流路６０５は、軸線Ｏ方向の上流側の端部が第一連結流路６０４に接続されている。
【００３８】
第一排出流路６０６は、第一ハウジング流路６０５を流通した流体をハウジング２３内部からケーシング５外部に排出して熱交換器６０１まで供給する。第一排出流路６０６は、ハウジング２３の軸線Ｏ方向の下流側でハウジング２３内部から熱交換器６０１まで繋がれた配管である。第一排出流路６０６は、第一ハウジング流路６０５の軸線Ｏ方向の下流側の端部に繋がれている。
【００３９】
流量調整部７は、ハウジング２３とインペラ２２との温度差が予め定めた基準を満たした場合に、熱交換流路６００を流通する流体の流量を調整する。本実施形態の流量調整部７では、ハウジング２３とインペラ２２との温度差が予め定めた基準よりも小さくなった場合に、第一連結流路６０４を流通する流体の流量を絞る。流量調整部７では、ハウジング２３及びインペラ２２の温度を直接測定せずに、第一排出流路６０６を流通した流体の温度を測定して、ハウジング２３とインペラ２２との温度差を確認する。
【００４０】
本実施形態の流量調整部７は、第一排出流路６０６を流通した流体の温度を測定する温度測定部７１と、第一連結流路６０４の途中に設けられている弁部７２と、温度測定部７１の測定結果に基づいて弁部７２に対して開度を調整するよう信号を送る制御部７３とを有している。
【００４１】
温度測定部７１は、第一排出流路６０６の途中に設けられている。温度測定部７１は、第一排出流路６０６を流通する流体の温度を測定する温度計である。温度測定部７１は、測定した流体の温度情報を測定結果として制御部７３に送る。
【００４２】
弁部７２は、第一連結流路６０４を流通する流体の流通状態を切り替える。本実施形態の弁部７２は、制御部７３からの信号を受けることで、第一連結流路６０４を絞るように閉じる電磁弁である。
【００４３】
制御部７３は、温度測定部７１した測定結果が予め定めた基準を満たした場合に、信号を送って弁部７２を閉じさせる。
【００４４】
本実施形態における予め定めた基準とは、例えば、ハウジング２３とインペラ２２とが接触する恐れがないとみなせる温度差である。具体的には、ハウジング２３とインペラ２２とが接触する恐れがないとみなせる温度差とは、定常運転時のように、ハウジング２３及びインペラ２２が十分に温められた状態におけるハウジング２３とインペラ２２との温度差である。
【００４５】
本実施形態の制御部７３は、温度測定部７１から測定結果が入力される入力部７３１と、入力部７３１に入力された結果に基づいて、測定した測定結果が予め定めた基準を満たしているか否かを判定する判定部７３２と、判定部７３２での判定結果に応じて弁部７２に信号を送る出力部７３３とを有している。
【００４６】
上記のような圧縮機システム１０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。
【００４７】
また、モータ３では、熱交換器６０１によって冷却された流体が導入流路６０２を介してステータ３２内部に導入され、ステータ内部流路６０３を流通する。これにより、ステータ３２のロータ３１に近い部分が冷却される。そのため、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を冷却することができる。
【００４８】
また、ロータ３１及びステータ３２を冷却することで温度の上昇した流体は、ステータ内部流路６０３から第一連結流路６０４を介してケーシング５外部に一度排出され、第一ハウジング流路６０５に供給される。温度の上昇した流体が第一ハウジング流路６０５を流通することで、流体とハウジング２３とで熱交換が行われ、ハウジング２３が温められる。つまり、ロータ３１とステータ３２とを冷却した際の排熱を利用して、ハウジング２３を効率良く早く温めることができる。その結果、圧縮機システム１０の起動時や停止時におけるインペラ２２の温度変化に合わせて、ハウジング２３を早く温めることができ、インペラ２２の熱伸び量とハウジング２３の熱伸び量とのずれを低減することができる。これにより、起動時や停止時に、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。
【００４９】
また、第一ハウジング流路６０５を流通した流体が第一排出流路６０６を介して熱交換器６０１に供給されて冷却され、再び導入流路６０２からステータ内部流路６０３まで供給される。このように熱交換流路６００が閉ループ流路として形成されていることで、新たに流体を供給する必要が無いため、熱交換流路６００を流通する流体の流量を抑えることができる。
【００５０】
また、熱交換器６０１によって流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流体を冷却することができる。つまり、ステータ内部流路６０３や第一ハウジング流路６０５を流通することでロータ３１及びステータ３２を冷却するには温度が上がりすぎてしまった流体を熱交換器６０１で二次冷却媒体と熱交換させて冷却でき、流体の温度を効率よく低下させることができる。
【００５１】
また、熱交換器６０１によって十分に冷却された流体をステータ内部流路６０３に流通させることで、ロータ３１及びステータ３２を軸線Ｏ方向にわたって高い精度で冷却可能な流体をステータ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。
【００５２】
また、温度測定部７１によって第一排出流路６０６を流通する流体の温度を測定し、制御部７３の入力部７３１に測定結果を送る。制御部７３では、入力部７３１から判定部７３２に入力された測定結果が送られる。判定部７３２では、測定した温度が予め定めた基準を満たしている否かを判定することで、ハウジング２３とインペラ２２とが接触する恐れがないとみなせる温度差になっているかを判定する。判定部７３２で基準を満たしていると判定した場合には、出力部７３３から弁部７２に信号を送ることで、第一連結流路６０４を流通する流体の流量を絞るように弁部７２を閉じさせる。
【００５３】
したがって、定常運転時のように、ハウジング２３及びインペラ２２が十分に温められて温度差が小さくなっているか否かを判定部７３２で確認することができる。つまり、ハウジング２３が十分に温められて、インペラ２２の熱伸び量とハウジング２３の熱伸び量とのずれが小さくなっているか否かを確認することができる。
【００５４】
また、判定部７３２で基準を満たしていると判定した場合には、弁部７２を閉じさせることで、流体を必要な量だけ熱交換流路６００に流通させることができる。したがって、例えば、ハウジング２３とインペラ２２との温度差が十分に小さくなって、ハウジング２３を温める必要が無くなった場合に、熱交換流路６００に流体が流通し続けてしまうことを抑制することができる。したがって、流体を効率的に熱交換流路６００に流通させることができる。
【００５５】
＜第二実施形態＞
次に、図２を参照して第二実施形態の圧縮機システム１２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１２は、熱交換流路６２０の構成について第一実施形態と相違する。
【００５６】
即ち、第二実施形態の圧縮機システム１２の熱交換流路６２０では、流体としてインペラ２２によって圧縮された作動流体である圧縮流体を用いて、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。）に流体を流通させる。具体的には、第二実施形態の熱交換流路６２０は、図２に示すように、圧縮機２の中段から圧縮流体を抽気してモータ３の隙間３３に導入する中段抽気導入流路６２２と、隙間３３を流通した圧縮流体をハウジング２３まで供給する第二連結流路６２４と、第二連結流路６２４に接続されてハウジング２３内部に圧縮流体を流通させる第二ハウジング流路６２５と、第二ハウジング流路６２５に接続されてハウジング２３内部から圧縮流体をケーシング５外部に排出する第二排出流路６２６と、を有している。
【００５７】
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。
【００５８】
中段抽気導入流路６２２は、圧縮機２の中段からインペラ２２で圧縮された圧縮流体を抽気するとともに、隙間３３の軸線Ｏ方向の上流側に供給する。本実施形態の中段抽気導入流路６２２は、圧縮機２の中段からケーシング５内部のモータ３の軸線Ｏ方向の上流側まで繋がれた配管である。中段抽気導入流路６２２は、ケーシング５内部においてロータ３１及びステータ３２よりも軸線Ｏ方向の上流側に繋がれている。つまり、中段抽気導入流路６２２は、隙間３３に対して軸線Ｏ方向の上流側から圧縮流体を供給する。中段抽気導入流路６２２には、ケーシング５外部に位置する部分に弁部７２が設けられる。
【００５９】
第二連結流路６２４は、軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって隙間３３を流通した圧縮流体を隙間３３から抽気して第二ハウジング流路６２５まで供給する。第二連結流路６２４は、ハウジング２３からケーシング５内部のモータ３の軸線Ｏ方向の下流側まで繋がれた配管である。第二連結流路６２４は、ケーシング５内部においてロータ３１及びステータ３２よりも軸線Ｏ方向の下流側に繋がれている。つまり、第二連結流路６２４は、隙間３３の軸線Ｏ方向の下流側から圧縮流体を抽気する。
【００６０】
第二ハウジング流路６２５は、ハウジング２３内部に配置されることで、ハウジング２３内部に流体を流通させる。第二ハウジング流路６２５は、第二連結流路６２４に接続されて軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって圧縮流体を流通させる。第二ハウジング流路６２５は、ハウジング２３内部のインペラ２２が配置された内部空間２３ａよりも径方向外側で軸線Ｏ方向に延びている配管である。第二ハウジング流路６２５は、軸線Ｏ方向の上流側の端部が第二連結流路６２４に接続されている。
【００６１】
第二排出流路６２６は、第二ハウジング流路６２５に接続されて軸線Ｏ方向の下流側からハウジング２３内部を流通する圧縮流体をケーシング５外部に排出する。第二排出流路６２６は、ハウジング２３の軸線Ｏ方向の下流側でハウジング２３内部からケーシング５外部まで繋がれた配管である。第二排出流路６２６は、第二ハウジング流路６２５の軸線Ｏ方向の下流側の端部に繋がれている。第二排出流路６２６は、ケーシング５外部に位置する部分に温度測定部７１が設けられている。
【００６２】
上記のような圧縮機システム１２によれば、インペラ２２によって圧縮された作動流体である圧縮流体が中段抽気導入流路６２２を介して圧縮機２の中段から抽気されて隙間３３の軸線Ｏ方向の上流側に供給される。そのため、圧縮流体が隙間３３を軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって流通し、軸線Ｏ方向にわたって隙間３３の周辺が冷却される。これにより、ロータ３１が回転することで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を冷却することができる。
【００６３】
また、隙間３３を流通した圧縮流体が第二連結流路６２４を介して隙間３３の軸線Ｏ方向の下流側から抽気されて第二ハウジング流路６２５に供給されることで、ロータ３１及びステータ３２を冷却することで温度の上昇した圧縮流体によってハウジング２３を温めることができる。つまり、ロータ３１とステータ３２とを冷却した際の排熱を利用して、ハウジング２３を効率良く早く温めることができる。その結果、圧縮機システム１０の起動時や停止時におけるインペラ２２の温度変化に合わせて、ハウジング２３を早く温めることができ、インペラ２２の熱伸び量とハウジング２３の熱伸び量とのずれを低減することができる。これにより、起動時や停止時に、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。
【００６４】
また、圧縮機２で圧縮した作動流体の一部を抽気して熱交換流路６２０を流通する流体として利用することで、ポンプ６０１ａ等の流体を送り出す装置を用いずに熱交換流路６２０内に流通させることができる。さらに、インペラ２２によって圧縮されることで温度の上昇した作動流体によってロータ３１及びステータ３２を冷却することで、作動流体をさらに温めてからハウジング２３に供給することができる。したがって、簡易な構成でハウジング２３を効果的に温めることができる。
【００６５】
＜第三実施形態＞
次に、図３を参照して第三実施形態の圧縮機システム１３について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態及び第二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。この第三実施形態の圧縮機システム１３は、熱交換流路６３０の構成について第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
【００６６】
即ち、第三実施形態の圧縮機システム１３の熱交換流路６３０では、第二実施形態と異なり、流体として圧縮流体を用いつつ、モータ３側には流体を供給しない。具体的には、第三実施形態の熱交換流路６３０は、図３に示すように、圧縮機２の中段から圧縮された圧縮流体を抽気して第二ハウジング流路６２５に供給する第二中段抽気導入流路６３２を有している。また、第三実施形態の熱交換流路６３０は、第二実施形態と同様に、第二ハウジング流路６２５と、第二排出流路６２６とを有している。
【００６７】
第二中段抽気導入流路６３２は、圧縮機２の中段からインペラ２２で圧縮された圧縮流体を抽気して第二ハウジング流路６２５に供給する。本実施形態の第二中段抽気導入流路６３２は、圧縮機２の中段からから第二ハウジング流路６２５の軸線Ｏ方向の上流側まで繋がれた配管である。第二中段抽気導入流路６３２には、ケーシング５外部に位置する部分に弁部７２が設けられる。
【００６８】
上記のような圧縮機システム１３によれば、圧縮機２で圧縮した作動流体の一部を抽気して熱交換流路６２０を流通する流体として利用することで、ポンプ６０１ａ等の流体を送り出す装置を用いずに熱交換流路６２０内に流通させることができる。さらに、インペラ２２によって圧縮されることで温度の上昇した作動流体をハウジング２３に供給することができる。したがって、簡易な構成でハウジング２３を効果的に温めることができる。
【００６９】
＜第四実施形態＞
次に、図４を参照して第四実施形態の圧縮機システム１４について説明する。
第四実施形態においては第一実施形態から第三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。この第四実施形態の圧縮機システム１４は、熱交換流路６４０の構成について第一実施形態から第三実施形態と相違する。
【００７０】
熱交換流路６４０を流通する流体として圧縮流体を用いる場合、第二実施形態や第三実施形態のように、圧縮流体は圧縮機２の中段から抽気される構成に限定されるものではなく、インペラ２２によって圧縮された作動流体を抽気することができればよい。したがって、例えば、圧縮流体は、圧縮機２の最後段から抽気されてもよい。
【００７１】
即ち、第四実施形態の圧縮機システム１４の熱交換流路６４０では、圧縮機２の最後段から圧縮流体を抽気する。具体的には、第四実施形態の熱交換流路６４０は、図４に示すように、圧縮機２の最後段から圧縮された圧縮流体を抽気して第二ハウジング流路６２５に供給する後段抽気導入流路６４２を有している。
【００７２】
後段抽気導入流路６４２は、圧縮機２の最後段からインペラ２２で最も圧縮された状態の圧縮流体を抽気して第二ハウジング流路６２５に供給する。本実施形態の後段抽気導入流路６４２は、圧縮機２の最後段から第二ハウジング流路６２５の軸線Ｏ方向の上流側まで繋がれた配管である。後段抽気導入流路６４２は、圧縮機２の最後段に設けられた圧縮流体をハウジング２３の外部に吐出する吐出口（不図示）に繋がれている。後段抽気導入流路６４２には、ケーシング５外部に位置する部分に弁部７２が設けられる。
【００７３】
上記のような圧縮機システム１４によれば、第三実施形態よりも温度の高い圧縮流体によってハウジング２３を温めることができる。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、熱交換器６０１は、第一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、流体を冷却することができればよい。例えば、熱交換器６０１は、ケーシング５の内部に配置されていてもよい。また、熱交換器６０１は、本実施形態のように一つであることに限定されるものではなく、複数設けられていてもよい。
【００７６】
また、ハウジング２３とインペラとの温度差は、本実施形態のように第一ハウジング流路６０５や第二ハウジング流路６２５を流通した流体の温度を測定して確認することに限定されるものではなく、ハウジング２３及びインペラ２２の温度を直接測定して確認してもよく、予めハウジング２３とインペラ２２との温度差とシャフト２１の回転数との関係を定めておき、シャフト２１の回転数によって確認してもよい。
【００７７】
また、ハウジング２３に流体を供給する第一ハウジング流路６０５や第二ハウジング流路６２５は本実施形態のように、ハウジング２３内部で軸線Ｏ方向に延びる構造に限定されるものではなく、内部を流通させる流体とハウジング２３との間で熱交換可能な構成であればよい。例えば、第一ハウジング流路６０５や第二ハウジング流路６２５は、ハウジング２３とケーシング５との間で設けられていてもよい。この場合、第一ハウジング流路６０５や第二ハウジング流路６２５は、ハウジング２３の外周に螺旋状に巻き付けられていてもよく、軸線Ｏ方向に沿って直線状に延びて配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１０、１２、１３、１４…圧縮機システム  Ｏ…軸線  ２…圧縮機  ２１…シャフト  ２１ａ…スラストカラー  ２２…インペラ  ２３…ハウジング  ２３ａ…内部空間  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  ６００、６２０、６３０、６４０…熱交換流路  ６０１…熱交換器  ６０１ａ…ポンプ  ６０２…導入流路  ６０３…ステータ内部流路  ６０４…第一連結流路  ６０５…第一ハウジング流路  ６０６…第一排出流路  ７…流量調整部  ７１…温度測定部  ７２…弁部  ７３…制御部  ７３１…入力部  ７３２…判定部  ７３３…出力部  ６２２…中段抽気導入流路  ６２４…第二連結流路  ６２５…第二ハウジング流路  ６２６…第二排出流路  ６３２…第二中段抽気導入流路  ６４２…後段抽気導入流路
【図１】
2016156282.tif 000003
【図２】
2016156282.tif 000004
【図３】
2016156282.tif 000005
【図４】
2016156282.tif 000006
【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】
2016156282.tif 000007
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2016156282.tif 000008
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2016156282.tif 000009
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2016156282.tif 000010