JP2014128104A - 圧縮システム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の圧縮システムは、インバータ装置を小型化し圧縮ユニットと一体化することが可能な圧縮システムを提供することを目的とする。
【解決手段】回転磁界に基づいてロータ112aが軸線O回りに回転するモータ112と、ロータ112aに接続されたシャフト111aが軸線O回りに回転することによりインペラ111bによって流体を圧縮する圧縮機111と、これらモータ112及び圧縮機111を一体に収容する第一ケーシング113と、を有する圧縮ユニット11と、スイッチング素子123としてSiC素子を有し、モータ112が回転磁界を生成するための電流をモータ112に供給するインバータ装置121と、内面にインバータ装置121が固定されて、第一ケーシング113に一体に固定された第二ケーシング122と、を有する電源ユニット12と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図2
【解決手段】回転磁界に基づいてロータ112aが軸線O回りに回転するモータ112と、ロータ112aに接続されたシャフト111aが軸線O回りに回転することによりインペラ111bによって流体を圧縮する圧縮機111と、これらモータ112及び圧縮機111を一体に収容する第一ケーシング113と、を有する圧縮ユニット11と、スイッチング素子123としてSiC素子を有し、モータ112が回転磁界を生成するための電流をモータ112に供給するインバータ装置121と、内面にインバータ装置121が固定されて、第一ケーシング113に一体に固定された第二ケーシング122と、を有する電源ユニット12と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、圧縮システムに関する。
モータと圧縮機とが一体となっている圧縮ユニットは、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。圧縮ユニットでは、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。
圧縮ユニットは石油や天然ガス等の海底資源の採掘する海底生産システムであるサブシーシステムにも使用されている。サブシーシステムとして海底で使用される場合、圧縮ユニットを船で目的地まで搬送して海底に設置し、海上の船に配置した発電機やインバータ装置等を有する電力変換装置から電力を圧縮ユニットに供給している。
このような圧縮ユニットは、圧縮機とモータとを一体化することで圧縮ユニットの小型化を図っている。例えば、特許文献1では、圧縮ユニットとして、モータの回転軸とコンプレッサの回転軸とをハース・セレーションや継手ボルトを介して連結することで一体化して共通の筐体に収容し、かつ、二段及び三段のブリッジ電力変換器で構成された電力変換装置を用いる高速電動モータが開示されている。このような構成とすることで、小型化を図りながら大型モータを動作効率や信頼性を向上させて高速回転させることができる。
上述した圧縮ユニットは、電力変換器や圧縮機用の制御回路等の制御ユニットを電力変換装置として一体化しているだけでなく、圧縮機やモータ等の物理的部品も圧縮ユニットとして一体化している。そのため、電力変換装置と圧縮ユニットとをそれぞれ小型化を図っており電力変換装置と圧縮ユニットとは別の部品として設置されている。
ところで、電力変換装置の一部であるインバータ装置は、圧縮ユニットに変換した電力を供給している。インバータ装置は、圧縮ユニットの大型になればなるほど素子の耐圧・耐電流が上昇するため素子が大型化し、それに合わせて素子から生じる熱量も大きくなり冷却するためのヒートシンクも大型化してしまうことで、大型化してしまう。そのため、圧縮ユニットと一体することが難しく、電力変換装置として発電機等と共に船上に配置されている。
しかしながら、圧縮ユニットは、大型である場合が多く必要とする電力も大きいことから使用されるインバータ装置も大きくなってしまう。そのため、大型のインバータ装置では船上に配置できる数が限られてしまい、海底で使用できる圧縮ユニットの数も制限されてしまうという問題を有している。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、インバータ装置を小型化し圧縮ユニットと一体化することが可能な圧縮システムを提供することを目的とする。
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。
本発明の一態様に係る圧縮システムは、回転磁界に基づいてロータが軸線回りに回転するモータと、前記ロータに接続されたシャフトが前記軸線回りに回転することによりインペラによって流体を圧縮する圧縮機と、これらモータ及び圧縮機を一体に収容する第一ケーシングと、を有する圧縮ユニットと、スイッチング素子としてSiC素子を有し、前記モータが回転磁界を生成するための電流を前記モータに供給するインバータ装置と、内面に前記インバータ装置が固定されて、前記第一ケーシングに一体に固定された第二ケーシングと、を有する電源ユニットと、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る圧縮システムは、回転磁界に基づいてロータが軸線回りに回転するモータと、前記ロータに接続されたシャフトが前記軸線回りに回転することによりインペラによって流体を圧縮する圧縮機と、これらモータ及び圧縮機を一体に収容する第一ケーシングと、を有する圧縮ユニットと、スイッチング素子としてSiC素子を有し、前記モータが回転磁界を生成するための電流を前記モータに供給するインバータ装置と、内面に前記インバータ装置が固定されて、前記第一ケーシングに一体に固定された第二ケーシングと、を有する電源ユニットと、を備えることを特徴とする。
このような構成の圧縮システムよれば、スイッチング素子としてSiC素子を有するインバータ装置を用いることで、インバータ装置が低損失となり発熱が抑えられることで放熱部材を削減することができ、インバータ装置を小型化することが可能となる。また、高速スイッチングが可能となるためモータへ供給される電流品質が向上し、モータを高速回転させることが可能となる。そのため、モータや圧縮機を高速回転させることで圧縮ユニットを小型化させ、インバータ装置を一体化して搭載するためのスペースを確保することができる。
また、本発明の他の態様に係る圧縮システムは、前記電源ユニットは、前記圧縮ユニットの前記モータに隣接するように前記軸線上に配置されることを特徴とする。
このような構成の圧縮システムよれば、モータに隣接するように軸線上に配置されているため、モータの発熱の影響をより抑えることが可能となる。
さらに、本発明の他の態様に係る圧縮システムは、前記電源ユニットは、前記圧縮ユニットの前記モータに隣接するように前記軸線の径方向外側に配置されていることを特徴とする。
このような構成の圧縮システムよれば、電源ユニットをモータに隣接するよう軸線の径方向外側に配置することで、電源ユニットのインバータ装置とモータとの距離が短くすることができる。そのため、インバータ装置からモータへ電流を供給する際のエネルギー損失を抑えることができる。これにより、モータを効率的に高速回転させることが可能となる。
また、本発明の他の態様に係る圧縮システムは、前記インバータ装置は、前記第二ケーシング内における前記第一ケーシングと固定されている側の内面から離間し、かつ前記第二ケーシングの内面に前記スイッチング素子が接するように配置されていることを特徴とする。
このような構成の圧縮システムよれば、インバータ装置が第二ケーシング内で圧縮ユニットから離間して配置されているため、圧縮ユニットとインバータ装置との間に空間を設けることができ、圧縮ユニットが駆動する際に生じる熱がインバータ装置まで達しづらくなることで、熱によるインバータ装置への影響を抑えることができる。さらに、スイッチング素子が第二ケーシングの内面に接することでスイッチング素子から生じる熱を第二ケーシングによって効率的に放熱することができる。これにより、インバータ装置の放熱部材を削減でき、インバータ装置をより小型化することが可能となる。
さらに、本発明の他の態様に係る圧縮システムは、前記第二ケーシングは、金属材料で形成されていることを特徴とする。
このような構成の圧縮システムよれば、第二ケーシングが高い放熱効果を有することとなり、インバータ装置の放熱部材をより削減することができる。また、放射ノイズに対する高いシールド効果を有することとなり、インバータ装置の放射ノイズ対策部材をより削減することができる。これにより、インバータ装置をより一層小型にすることが可能となる。
また、本発明の他の態様に係る圧縮システムは、前記インバータ装置は、スイッチング動作によって交流電圧を直流電圧に変換するアクティブコンバータを有することを特徴とする。
このような構成の圧縮システムよれば、アクティブコンバータが交流電圧を直流電圧にスイッチング動作によって変換することで昇圧回路として機能するため、入力される電圧の電圧降下を抑制することが可能となる。
さらに、本発明の他の態様に係る圧縮システムは、サブシーシステムとして使用され、海水によって前記第二ケーシングを介して前記インバータ装置を冷却することを特徴とする。
このような構成の圧縮システムよれば、海水を冷却水として使用し、海水が第二ケーシングを介してインバータ装置を冷却することができる。そのため、強制空冷用のファン等が不要となり、また、インバータ装置の放熱部材をより削減することができ、インバータ装置を小型化することが可能となる。
本発明の圧縮ユニットによれば、SiC素子を用いることでインバータ装置を小型化し圧縮ユニットと一体化することが可能となる。
以下、本発明に係る第一実施形態について図1から図2を参照して説明する。
図1に示すように、第一本実施形態のサブシーシステム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)である。サブシーシステム1は、海底数百から数千mに存在する油ガス田Fから採掘された油・ガス等の産出流体を集めて分岐させるマニホールド2と、マニホールド2で採集した油やガスを搬送する配管であるフローライン3と、フローライン3によって搬送された油やガスを海上に送り出す圧縮システム10とを備えている。そして、サブシーシステム1は、圧縮システム10によって海上に油・ガスを搬送する配管であるライザー4と、圧縮システム10等に電力を供給するケーブルであるアンビリカルライン5と、海上に係留しライザー4やアンビリカルライン5が接続され油やガスを貯蔵する船Sとを備えている。
図1に示すように、第一本実施形態のサブシーシステム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)である。サブシーシステム1は、海底数百から数千mに存在する油ガス田Fから採掘された油・ガス等の産出流体を集めて分岐させるマニホールド2と、マニホールド2で採集した油やガスを搬送する配管であるフローライン3と、フローライン3によって搬送された油やガスを海上に送り出す圧縮システム10とを備えている。そして、サブシーシステム1は、圧縮システム10によって海上に油・ガスを搬送する配管であるライザー4と、圧縮システム10等に電力を供給するケーブルであるアンビリカルライン5と、海上に係留しライザー4やアンビリカルライン5が接続され油やガスを貯蔵する船Sとを備えている。
マニホールド2は、海底の油ガス田Fの生産井付近に設置され、採掘された油・ガスを集め、分岐させることで複数のフローライン3に搬送する装置である。
フローライン3は、マニホールド2から圧縮システム10まで油・ガスを油ガス田Fの圧力エネルギーによって圧送するパイプラインである。
ライザー4は、海底の圧縮システム10から海上の船Sまで延びるパイプラインであり、圧縮システム10で生成された圧縮ガスによって、油・ガスを海上の船Sに配置された図示しない貯蔵タンクまで搬送している。
アンビリカルライン5は、圧縮システム10を制御するための電力ケーブルや油圧ケーブルや信号ケーブルを有する複合ケーブルであり、船S上の図示しない発電機から電力や信号を圧縮システム10やマニホールド2に送っている。
フローライン3は、マニホールド2から圧縮システム10まで油・ガスを油ガス田Fの圧力エネルギーによって圧送するパイプラインである。
ライザー4は、海底の圧縮システム10から海上の船Sまで延びるパイプラインであり、圧縮システム10で生成された圧縮ガスによって、油・ガスを海上の船Sに配置された図示しない貯蔵タンクまで搬送している。
アンビリカルライン5は、圧縮システム10を制御するための電力ケーブルや油圧ケーブルや信号ケーブルを有する複合ケーブルであり、船S上の図示しない発電機から電力や信号を圧縮システム10やマニホールド2に送っている。
圧縮システム10は、図2に示すように、油・ガスを海上に送り出すための圧縮ガスを生成する圧縮ユニット11と、圧縮ユニット11に電力を供給する電源ユニット12と、圧縮ユニット11及び電源ユニット12を外側から囲んで内部に固定する枠体13とを有している。
圧縮ユニット11は、回転軸として軸線O方向(図2上下方向)に延在するロータ112aを有するモータ112と、ロータ112aに直接的に接続されるシャフト111aを有する圧縮機111と、モータ112と圧縮機111とを一体に収容する第一ケーシング113とを有している。
モータ112は、供給される電流に基づいて回転磁界が生成され、ロータ112aに誘導電流が発生し軸線O回りに回転する誘導電動機である。モータ112は、軸線O方向に延在するロータ112aと、ロータ112aの周りに配置されるステータ112bと、ロータ112a及びステータ112bを収容するモータケース112cとを有する。
ロータ112aは、軸線O方向に延在するモータ112の回転軸であり、軸線O周りに回転可能に配置されている。ロータ112aは、ステータ112bが回転磁界を生成することで誘導電流が流れる鉄心を有している。
ステータ112bは、コイルを有しており、コイルに電流が流れることで回転磁場を生成している。
モータケース112cは、円筒形状をなして内部にロータ112a及びステータ112bを収容しており、軸線O方向にシャフト111aが貫通して配置されている。
ロータ112aは、軸線O方向に延在するモータ112の回転軸であり、軸線O周りに回転可能に配置されている。ロータ112aは、ステータ112bが回転磁界を生成することで誘導電流が流れる鉄心を有している。
ステータ112bは、コイルを有しており、コイルに電流が流れることで回転磁場を生成している。
モータケース112cは、円筒形状をなして内部にロータ112a及びステータ112bを収容しており、軸線O方向にシャフト111aが貫通して配置されている。
圧縮機111は、ロータ112aに直接的に接続されるシャフト111aと、シャフト111aの外周面に固定されたインペラ111bと、インペラ111bを収容するハウジング111cとを有する。
シャフト111aは、ギア等を介さずにロータ112aに直接接続され軸線O方向に延在する圧縮機111の回転軸であり、軸線O周りに回転自在に配置されている。シャフト111aは、ハウジング111cから延出しており、モータケース112cも貫通して配置されている。
インペラ111bは、シャフト111aとともに回転し、インペラ111b内部を通過する流体を遠心力により圧縮・加圧して圧縮流体を生成する。
ハウジング111cは、圧縮機111の外装であり、インペラ111bを内部に収容し、軸線O方向にシャフト111aが貫通して配置されている。
シャフト111aは、ギア等を介さずにロータ112aに直接接続され軸線O方向に延在する圧縮機111の回転軸であり、軸線O周りに回転自在に配置されている。シャフト111aは、ハウジング111cから延出しており、モータケース112cも貫通して配置されている。
インペラ111bは、シャフト111aとともに回転し、インペラ111b内部を通過する流体を遠心力により圧縮・加圧して圧縮流体を生成する。
ハウジング111cは、圧縮機111の外装であり、インペラ111bを内部に収容し、軸線O方向にシャフト111aが貫通して配置されている。
第一ケーシング113は、軸線Oに沿って円筒形状をなしており、内部に圧縮機111とモータ112とを軸線O方向に並ぶように一体に収容している。
電源ユニット12は、船S上に配置された図示しない発電機からアンビリカルライン5を介して供給される電力を変換してモータ112に回転磁界を生成するための電流を供給するインバータ装置121と、インバータ装置121を内部に収容する第二ケーシング122とを有する。電源ユニット12は、圧縮ユニット11のモータ112に隣接するように圧縮ユニット11と一体となって枠体13内に配置されている。
インバータ装置121は、船S上に配置された図示しない発電機から供給される電力を直流変換した後、直流から交流に再度変換し、モータ112に任意の周波数に変換した電流を供給する電力変換装置である。インバータ装置121は、スイッチング素子123を各相二組ずつ用いた三相出力のDC−ACインバータと、入力される電圧よりも昇圧された電圧を得るアクティブコンバータとを有している。
DC−ACインバータは、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換回路であり、スイッチング素子123としてSiC素子を用いて電力の制御を行っている。
アクティブコンバータは、スイッチング動作によって交流電圧を直流電圧に変換する電力変換回路である。
DC−ACインバータは、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換回路であり、スイッチング素子123としてSiC素子を用いて電力の制御を行っている。
アクティブコンバータは、スイッチング動作によって交流電圧を直流電圧に変換する電力変換回路である。
インバータ装置121によって行われる制御は、例えば、本実施形態ではPWM(Pulse Width Modulation)制御を行っている。PWM制御は、モータ112のONとOFFのスイッチングを早い周期でスイッチング素子123にて行うことで、ONのパルス幅に比例した任意の平均電圧を得ることができる。さらに、インバータ装置121ではPWM制御によってONとしている時間の幅(デューティ)を周期的に大きくしたり小さくしたりと変化させることにより、モータ112が駆動する上で最適な正弦波の平均電圧を出力することができる。このような制御によって、インバータ回路は、ロータ112aの回転位置に合わせて、出力電圧と出力周波数とを任意に制御し、モータ112の回転速度やトルクを制御している。
第二ケーシング122は、円筒形状をなしており、軸線Oと平行に配置されている。第二ケーシング122は、電源ユニット12のモータ112隣接するよう軸線Oの径方向外側に配置され、側面が第一ケーシング113の側面と一体となって固定されている。第二ケーシング122は、第一ケーシング113と固定されている側の側面から離間して反対側の側面の内面にインバータ装置121をスイッチング素子123が接するように固定している。そして、第二ケーシング122はステンレス鋼で形成されている。
枠体13は、高強度鋼で構成されており、複数の棒状の部材が連結し、複数の立方格子が積み重なってジャングルジムのような形状をなしている。枠体13は内部に圧縮ユニット11と電源ユニット12とを収容して着脱可能に固定している。
次に、上記構成の第一実施形態の圧縮システム10を備えたサブシーシステム1の作用について説明する。
上記のような第一実施形態のサブシーシステム1では、油ガス田Fから採掘された油・ガスはマニホールド2に集められ、油ガス田Fから採掘される際の圧力エネルギーによってフローライン3内を搬送されて圧縮システム10に供給される。
上記のような第一実施形態のサブシーシステム1では、油ガス田Fから採掘された油・ガスはマニホールド2に集められ、油ガス田Fから採掘される際の圧力エネルギーによってフローライン3内を搬送されて圧縮システム10に供給される。
圧縮システム10では、船S上の図示しない発電機から、アンビリカルライン5によって電力ユニットのインバータ装置121に電力が供給される。インバータ装置121では、入力された電力を用いてPWM制御が行われ、SiC素子によってスイッチングが行われる。SiC素子によるスイッチングは、Si素子等を用いたスイッチング素子123よりも数倍高速で行われるため、インバータ装置121から出力される平均電圧に基づく電流はSi素子を用いた場合の波形よりも、非常に滑らかな正弦波に類似した波形を示す。このような波形を示す電流がインバータ装置121から出力され、圧縮ユニット11のモータ112に供給される。
モータ112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ロータ112aが軸線O回りに回転を開始する。モータ112に供給される電流は、SiC素子による高速スイッチングによって非常に滑らかな正弦波に類似した波形となるため、電流品質が向上され、モータ112は6000rpmから20000rpmと非常に高速で回転する。
モータ112が高速で回転すると、モータ112と圧縮機111との回転軸であるシャフト111aがギア等を介さず一体となっているため、圧縮機111も同回転数で高速で回転する。そして、圧縮機111は、圧縮機111のシャフト111aが高速で回転することでインペラ111bがシャフト111aと共に回転し、圧縮機111内で圧縮ガスを生成し、圧縮ガスによって油・ガスを圧送しライザー4に送り込んでいる。
圧縮システム10から送り出され産出流体である油・ガスは、ライザー4内を圧縮システム10で生成された圧縮ガスによって圧送され船S上の図示しない貯蔵タンクに供給される。
モータ112が高速で回転すると、モータ112と圧縮機111との回転軸であるシャフト111aがギア等を介さず一体となっているため、圧縮機111も同回転数で高速で回転する。そして、圧縮機111は、圧縮機111のシャフト111aが高速で回転することでインペラ111bがシャフト111aと共に回転し、圧縮機111内で圧縮ガスを生成し、圧縮ガスによって油・ガスを圧送しライザー4に送り込んでいる。
圧縮システム10から送り出され産出流体である油・ガスは、ライザー4内を圧縮システム10で生成された圧縮ガスによって圧送され船S上の図示しない貯蔵タンクに供給される。
上記のような圧縮システム10によれば、電源ユニット12のインバータ装置121がスイッチング素子123としてSiC素子を有することで、インバータ装置121の効率が向上し低損失とすることができるためインバータ装置121からの発熱が抑えられる。そのため、インバータ装置121に設ける放熱部材を削減することができ、インバータ装置121を小型化することが可能となる。また、SiC素子によって高速スイッチングが可能となるため、モータ112に入力される電流が滑らかな正弦波に類似した波形となりモータ112に供給される電流品質を向上させることができる。そのため、モータ112を高速回転させることが可能となり、ギア等の別部材を介さず圧縮機111を高速回転できる。その結果、圧縮ユニット11自体を小型化することが可能となり、インバータ装置121を一体化して搭載するためのスペースを確保することが可能となる。これらにより、インバータ装置121を小型化しつつ、圧縮ユニット11も小型化することで圧縮ユニット11の第一ケーシング113とインバータ装置121を有する電源ユニット12の第二ケーシング122とを一体化することが可能となる。
また、圧縮ユニット11と電源ユニット12とを一体化することで、圧縮システム10としてモジュール化することが可能となるため、圧縮システム10の設置が容易となる。これにより、サブシーシステム等の設置スペースが限られた場所に対しても容易に設置することが可能となり、省スペース化を図ることができる。
さらに、第二ケーシング122内においてインバータ装置121が、第一ケーシング113と第二ケーシング122とが固定されている側から離間して反対側の側面の内面に固定されているため、圧縮ユニット11のモータ112及び圧縮機111と電源ユニット12のインバータ装置121との間に空間を設けることができる。そのため、圧縮ユニット11のモータ112及び圧縮機111が駆動して回転することにより生じる熱がインバータ装置121まで達しづらくなり、熱によるインバータ装置121への影響を抑えることができる。そして、スイッチング素子123が第二ケーシング122の内面に接するように固定されていることでスイッチング素子123から生じる熱を第二ケーシング122によって効率的に放熱することができる。これにより、インバータ装置121の放熱部材を削減でき、インバータ装置121をより小型化することが可能となる。
また、第二ケーシング122が金属材料であるステンレス鋼で構成されているため、高い放熱効果を有することとなりインバータ装置121やスイッチング素子123に生じる熱は第二ケーシング122を介して外部に放熱される。特に、サブシーシステム1のように海底で使用される場合、周囲の海水は低温であるために、海水を冷却水として使用し、低温の海水が第二ケーシング122を介してインバータ装置121やスイッチング素子123を冷却することができる。そのため、従来船S上設置されていたインバータ装置121で必要であった強制空冷用のファンが不要となり、また、インバータ装置121の放熱部材をより削減することができ、インバータ装置121を小型化することが可能となる。
さらに、第二ケーシング122が金属材料であるステンレス鋼で構成されているため、放射ノイズに対しても高いシールド効果を有することとなる。その結果、インバータ装置121から生じる放射ノイズの大部分を遮蔽し、放射ノイズによる圧縮ユニット11であるモータ112や圧縮機111に設けられたセンサーへの影響をより抑えることができる。そのため、インバータ装置121の放射ノイズ対策部材をより削減することができる。
放熱部材及び放射性ノイズ対策部材をインバータ装置121から削減できることで、インバータ装置121をより一層小型にすることが可能となる。
さらに、第二ケーシング122が金属材料であるステンレス鋼で構成されているため、放射ノイズに対しても高いシールド効果を有することとなる。その結果、インバータ装置121から生じる放射ノイズの大部分を遮蔽し、放射ノイズによる圧縮ユニット11であるモータ112や圧縮機111に設けられたセンサーへの影響をより抑えることができる。そのため、インバータ装置121の放射ノイズ対策部材をより削減することができる。
放熱部材及び放射性ノイズ対策部材をインバータ装置121から削減できることで、インバータ装置121をより一層小型にすることが可能となる。
また、電源ユニット12をモータ112と隣接するよう軸線Oの周方向外側である第一ケーシング113の周方向外側に配置して第一ケーシング113と第二ケーシング122とが一体となるよう固定することで、電源ユニット12のインバータ装置121と圧縮ユニット11のモータ112との空間距離を短くすることができる。そのため、インバータ装置121で変換し電流をモータ112へ供給するための配線も短くすることができ、モータ112へ電流を供給する際のエネルギー損失を抑えることができる。これにより、効率的にモータ112を高速回転させることが可能となる。
さらに、サブシーシステム1では、アンビリカルライン5が海底まで数kmにわたって延びている。そのため、船S上の発電機から供給される電力はケーブルであるアンビリカルライン5によって電圧降下を生じ、インバータ装置121へ入力される電圧が必要な電圧を下回ることでモータ112を正常に駆動させられないおそれがある。しかし、アクティブコンバータがスイッチング動作によって交流電圧を直流電圧に変換することで、昇圧回路としての機能することとなる。これにより、発電機からインバータ装置121に入力される電圧の電圧降下を抑制することが可能となる。
次に、図3を参照して第二実施形態の圧縮システム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伏して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の圧縮システム10は、電源ユニット12の配置する点について、第一実施形態と相違する。
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伏して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の圧縮システム10は、電源ユニット12の配置する点について、第一実施形態と相違する。
即ち、第二実施形態の圧縮システム10においては、電源ユニット12の代わりに軸線電源ユニット12aが、モータ112に隣接するように軸線O上に配置され、圧縮ユニット11と一体となって固定されている。軸線電源ユニット12aは、第一実施形態と同様のインバータ装置121と、インバータ装置121を内部に収容する軸線第二ケーシング122aとを有する。
軸線第二ケーシング122aは、軸線Oを中心とする円筒形状をなしている。軸線第二ケーシング122aは、電源ユニット12のモータ112と隣接するように軸線O上に配置されて、圧縮ユニット11と一体となって枠体13内に配置されている。軸線第二ケーシング122aは、第一ケーシング113と固定されている側の側面から離間して反対側の側面の内面にインバータ装置121をスイッチング素子123が接するように固定している。
軸線第二ケーシング122aは、軸線Oを中心とする円筒形状をなしている。軸線第二ケーシング122aは、電源ユニット12のモータ112と隣接するように軸線O上に配置されて、圧縮ユニット11と一体となって枠体13内に配置されている。軸線第二ケーシング122aは、第一ケーシング113と固定されている側の側面から離間して反対側の側面の内面にインバータ装置121をスイッチング素子123が接するように固定している。
上記のような第二実施形態の圧縮システム10は、モータ112から生じる熱が軸線Oの周方向外側に向かって放出されるが、軸線電源ユニット12aが圧縮ユニット11のモータ112の軸線O上に配置される軸線電源ユニット12aに向かって放出される熱は少ないために、圧縮ユニット11のモータ112からインバータ装置121が受ける熱の影響をより抑えることが可能となる。
また、第一実施形態と同様に、軸線第二ケーシング122a内でインバータ装置121が、第一ケーシング113と第二ケーシング122とが固定されている側から離間して反対側の側面の内面に固定されているため、圧縮ユニット11のモータ112と軸線電源ユニット12aのインバータ装置121との物理的な距離が離されることとなる。そのため、圧縮ユニット11のモータ112が駆動して回転することにより生じる熱がインバータ装置121までより達しづらくなり、熱によるインバータ装置121への影響をより一層抑えることができる。
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、第一実施形態の変形例として図4が挙げられる。
図4に示すように、変形例として、電源ユニット12を二つ設けても良い。即ち、電源ユニット12と同様の構成を有するサブ電源ユニット12bを電源ユニット12と軸線Oの周方向反対側に設けても良い。
このような構造にすることで、圧縮システム10が予備のインバータ基板を備えることができ、電源ユニット12のインバータ装置121が故障した場合でもサブ電源ユニット12bのインバータ装置121に切り替えることでインバータ装置121の交換を容易にすることができる。
図4に示すように、変形例として、電源ユニット12を二つ設けても良い。即ち、電源ユニット12と同様の構成を有するサブ電源ユニット12bを電源ユニット12と軸線Oの周方向反対側に設けても良い。
このような構造にすることで、圧縮システム10が予備のインバータ基板を備えることができ、電源ユニット12のインバータ装置121が故障した場合でもサブ電源ユニット12bのインバータ装置121に切り替えることでインバータ装置121の交換を容易にすることができる。
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、クレームの範囲によってのみ限定される。
なお、本発明の実施形態で用いられる第二ケーシング122はステンレス鋼に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム合金等の合金であっても良く、金属材料であれば良い。
また、本実施形態のインバータ装置121に用いられる制御方法はPWM制御に限られるものではなく、例えば、PAM制御であっても良い。
さらに、電源ユニット12内に収容される装置がインバータ装置121のみに限定されるものではなく、例えば、圧縮機を制御する制御回路等を有する制御装置を合わせて収容していても良く、圧縮ユニットの他の制御装置を有していても良い。
また、アクティブコンバータは、SiC素子を用いた回路としても良い。SiC素子を用いた回路とすることで、アクティブコンバータによるスイッチング動作をより効率的に行うことができるため、昇圧回路として機能をより向上させることが可能となる。
また、本実施形態のインバータ装置121に用いられる制御方法はPWM制御に限られるものではなく、例えば、PAM制御であっても良い。
さらに、電源ユニット12内に収容される装置がインバータ装置121のみに限定されるものではなく、例えば、圧縮機を制御する制御回路等を有する制御装置を合わせて収容していても良く、圧縮ユニットの他の制御装置を有していても良い。
また、アクティブコンバータは、SiC素子を用いた回路としても良い。SiC素子を用いた回路とすることで、アクティブコンバータによるスイッチング動作をより効率的に行うことができるため、昇圧回路として機能をより向上させることが可能となる。
F…油ガス田 1…サブシーシステム 2…マニホールド 3…フローライン 4…ライザー 5…アンビリカルライン S…船 O…軸線 10…圧縮システム 11…圧縮ユニット 111…圧縮機 111a…シャフト 111b…インペラ 111c…ハウジング 112…モータ 112a…ロータ 112b…ステータ 112c…モータケース 113…第一ケーシング 12…電源ユニット 121…インバータ装置 122…第二ケーシング 123…スイッチング素子 13…枠体 12a…軸線電源ユニット 122a…軸線第二ケーシング 12b…サブ電源ユニット
Claims (7)
- 回転磁界に基づいてロータが軸線回りに回転するモータと、
前記ロータに接続されたシャフトが前記軸線回りに回転することによりインペラによって流体を圧縮する圧縮機と、
これらモータ及び圧縮機を一体に収容する第一ケーシングと、
を有する圧縮ユニットと、
スイッチング素子としてSiC素子を有し、前記モータが回転磁界を生成するための電流を前記モータに供給するインバータ装置と、
内面に前記インバータ装置が固定されて、前記第一ケーシングに一体に固定された第二ケーシングと、
を有する電源ユニットと、
を備えることを特徴とする圧縮システム。 - 前記電源ユニットは、前記圧縮ユニットの前記モータに隣接するように前記軸線の径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の圧縮システム。
- 前記電源ユニットは、前記圧縮ユニットの前記モータに隣接するように前記軸線上に配置されることを特徴とする請求項1に記載の圧縮システム。
- 前記インバータ装置は、前記第二ケーシング内における前記第一ケーシングと固定されている側の内面から離間し、かつ前記第二ケーシングの内面に前記スイッチング素子が接するように配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の圧縮システム。
- 前記第二ケーシングは、金属材料で形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の圧縮システム。
- 前記インバータ装置は、スイッチング動作によって交流電圧を直流電圧に変換するアクティブコンバータを有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の圧縮システム。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の圧縮システムであって、
サブシーシステムとして使用され、海水によって前記第二ケーシングを介して前記インバータ装置を冷却することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の圧縮システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012282693A JP2014128104A (ja) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | 圧縮システム |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2012282693A Pending JP2014128104A (ja) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | 圧縮システム |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016009658A1 (ja) * | 2014-07-18 | 2016-01-21 | 三菱重工業株式会社 | 圧縮機システム、これを備える海中生産システム、及び圧縮機の洗浄方法 |
JP2017078356A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | 株式会社豊田自動織機 | 遠心圧縮機 |
-
2012
- 2012-12-26 JP JP2012282693A patent/JP2014128104A/ja active Pending
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WO2016009658A1 (ja) * | 2014-07-18 | 2016-01-21 | 三菱重工業株式会社 | 圧縮機システム、これを備える海中生産システム、及び圧縮機の洗浄方法 |
JP2017078356A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | 株式会社豊田自動織機 | 遠心圧縮機 |
WO2017069122A1 (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | 株式会社 豊田自動織機 | 遠心圧縮機 |
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