JP2016156281A - 圧縮機システム - Google Patents

Abstract

【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果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、軸線Ｏ方向の一方側に配置されて、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冷却媒体を循環させて、ステータ３２内部、又はステータ３２とロータ３１との間の隙間に再び流通させる第一流路６２と、第一流路６２と軸線Ｏ方向に間隔を空けて隣接し、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を流通した冷却媒体を循環させて、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に再び流通させる第二流路６３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機システムに関する。

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。

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。

三菱重工技報 Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．５ Ｐ３１０−Ｐ３１３ Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１４ Ｐ１８−Ｐ２４

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。

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。

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果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。

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、軸線方向の一方側に配置されて、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冷却媒体を循環させて、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第一流路と、前記第一流路と軸線方向に間隔を空けて隣接し、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冷却媒体を循環させて、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第二流路と、を備える。

このような構成によれば、第一流路と第二流路とによって、軸線方向に長いロータ及びステータを、軸線方向に短く区分けして別々に冷却することができる。冷却する領域を短く区分けして別系統を流通する冷却媒体によってロータ及びステータを冷却することで、十分に冷却されない領域が生じてしまうことを抑えることができる。

また、上記圧縮機システムでは、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を流通した冷却媒体を冷却する熱交換器を備えていてもよい。

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第一流路及び第二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。

また、上記圧縮機システムでは、前記熱交換器は、前記第一流路を流通する前記冷却媒体を冷却するとともに、前記第二流路を流通する前記冷却媒体を冷却してもよい。

このような構成によれば、第一流路と第二流路とで共通の熱交換器によって冷却媒体をそれぞれ冷却することができ、少ない構成で第一流路や第二流路を構成することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の圧縮機システムによれば、軸線方向に離れて形成された第一流路と第二流路とによってそれぞれ冷却媒体を流通することで、ロータ及びステータを効果的に冷却することができる。

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。 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。 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。

《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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の外周面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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、図２に示すように、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循環させて再びステータ３２内部に流通させる第一内部流路（第一流路）６２と、第一内部流路６２と軸線Ｏ方向に間隔を空けて隣接し、ステータ３２内部を流通させた冷却媒体を循環させて再びステータ３２内部に流通させる第二内部流路（第二流路）６３とを有している。

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や第一内部流路６２や第二内部流路６３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。

また、冷却媒体としては、圧縮機２で圧縮した圧縮流体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６２１ａ等の冷却媒体を送り出す装置を用いずに冷却媒体を第一内部流路６２内や第二内部流路６３内に流通させることができる。したがって、簡易な構成で第一内部流路６２や第二内部流路６３を形成することができる。

熱交換器６１は、第一内部流路６２や第二内部流路６３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。熱交換器６１は、第一流路を流通する冷却媒体を冷却するとともに、第二内部流路６３を流通する冷却媒体を冷却する。即ち、本実施形態では熱交換器６１は、第一内部流路６２及び第二内部流路６３に対して一つだけ設けられている。

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、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。

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、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。

第一内部流路６２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。本実施形態の第一内部流路６２は、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。第一内部流路６２は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中心位置よりも下流側に配置されている。

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方向の一方側である下流側（図２紙面左側）とし、その反端側を軸線Ｏ方向の他方側である上流側（図２紙面右側）とする。

本実施形態の第一内部流路６２は、ステータ３２内部で軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって冷却媒体を流通させる。第一内部流路６２は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体を軸線Ｏ方向の途中からステータ３２内部に導入する第一内部導入流路６２１と、第一内部導入流路６２１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第一内部流通流路６２２と、第一内部流通流路６２２に接続されてステータ３２内部から冷却媒体を排出して熱交換器６１に供給する第一内部排出流路６２３とを有している。

第一内部導入流路６２１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。第一内部導入流路６２１は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中間位置で熱交換器６１からステータ３２内部まで繋がれた配管である。第一内部導入流路６２１は、途中に冷却媒体を圧送するポンプ６２１ａが設けられている。

第一内部流通流路６２２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。本実施形態の第一内部流通流路６２２は、軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって冷却媒体を流通させる。第一内部流通流路６２２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。第一内部流通流路６２２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方向の下流側の位置まで延在している。第一内部流通流路６２２は、軸線Ｏ方向の上流側の端部が第一内部導入流路６２１に接続されている。

第一内部排出流路６２３は、第一内部流通流路６２２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。第一内部排出流路６２３は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の下流側で第一内部流通流路６２２から熱交換器６１まで繋がれた配管である。第一内部排出流路６２３は、第一内部流通流路６２２の軸線Ｏ方向の下流側の端部に繋がれている。

第二内部流路６３は、第一内部流路６２よりも軸線Ｏ方向の上流側でステータ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。本実施形態の第二内部流路６３は、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って、第一内部流路６２とは独立している。第二内部流路６３は、第一内部流路６２と軸線Ｏ方向に間隔を空けて、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中心位置よりも上流側に配置されている。第二内部流路６３は、流路の長さが第一内部流路６２と同じ長さで形成されている。

本実施形態の第二内部流通流路６３２は、第一内部流路６２とは、冷却媒体の流通方向が逆方向であって、ステータ３２内部で軸線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。第二内部流路６３は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体を軸線Ｏ方向の途中からステータ３２内部に導入する第二内部導入流路６３１と、第二内部導入流路６３１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第二内部流通流路６３２と、第二内部流通流路６３２に接続されてステータ３２内部から冷却媒体を排出して熱交換器６１に供給する第二内部排出流路６３３とを有している。

第二内部導入流路６３１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。第二内部導入流路６３１は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中間位置で熱交換器６１からステータ３２内部まで繋がれた配管である。第二内部導入流路６３１は、第一内部導入流路６２１に対して軸線Ｏ方向の上流側に間隔を空けて配置されている。第二内部導入流路６３１は、第一内部導入流路６２１と同様に、途中に冷却媒体を圧送するポンプ６２１ａが設けられている。第二内部導入流路６３１は、第一内部導入流路６２１と同じ長さで形成されている。

第二内部流通流路６３２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。本実施形態の第二内部流通流路６３２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。第二内部流通流路６３２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。第二内部流通流路６３２は、軸線Ｏ方向の下流側の端部が第二内部導入流路６３１に接続されている。第二内部流通流路６３２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。即ち、第二内部流通流路６３２は、第一内部流通流路６２２とは軸線Ｏ方向の反対側に向かって延在している。第二内部流通流路６３２は、径方向の位置が第一内部流通流路６２２と同じ位置に配置されている。第二内部流通通路は、第一内部流通流路６２２と同じの長さで形成されている。また、第二内部流通流路６３２は、ステータ３２に対して第一内部流通流路６２２と一体に形成された後に、第一内部流通流路６２２との間をシールすることで形成されている。

第二内部排出流路６３３は、第二内部流通流路６３２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。第二内部排出流路６３３は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の上流側で第二内部流通流路６３２から熱交換器６１まで繋がれた配管である。第二内部排出流路６３３は、第二内部流通流路６３２の軸線Ｏ方向の上流側の端部に繋がれている。第二内部排出流路６３３は、第一内部排出流路６２３と同じの長さに形成されている。

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。

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第一内部導入流路６２１を介してステータ３２内部に導入され、第一内部流通流路６２２を流通する。これにより、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、第一内部流通流路６２２から第一内部排出流路６２３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、ポンプ６２１ａによって第一内部導入流路６２１を介して再びステータ３２内部に導入され、第一内部流通流路６２２を流通する。

同時に、熱交換器６１によって冷却された冷却媒体が第二内部導入流路６３１を介してステータ３２内部に導入され、第二内部流通流路６３２を流通する。これにより、ステータ３２の第一内部流通流路６２２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、第二内部流通流路６３２から第二内部排出流路６３３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、ポンプ６２１ａによって第二内部導入流路６３１を介して再びステータ３２内部に導入され、第二内部流通流路６３２を流通する。

したがって、第一内部流通流路６２２を流通する冷却媒体によって軸線Ｏ方向の下流側のロータ３１及びステータ３２を冷却しつつ、同時に第二内部流通流路６３２を流通する冷却媒体によって軸線Ｏ方向の上流側のロータ３１及びステータ３２を冷却することができる。そのため、第一内部流通流路６２２と第二内部流通流路６３２とによって、軸線Ｏ方向に長いロータ３１及びステータ３２を、軸線Ｏ方向の下流側の領域と上流側の領域とに短く区分けして別々に冷却することができる。例えば、ロータ３１及びステータ３２を軸線Ｏ方向の全域にわたって冷却する場合には、軸線Ｏ方向の下流側のロータ３１及びステータ３２を冷却することで冷却媒体の温度が上昇してしまい、軸線Ｏ方向の上流側を十分に冷却することができないおそれがある。ところが、本実施形態のように、冷却する領域を軸線Ｏ方向に短く区分けし、別系統を流通する冷却媒体によってロータ３１及びステータ３２を冷却することで、十分に冷却されない領域が生じてしまうことを抑えることができる。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。

また、熱交換器６１によって第一内部流通流路６２２や第二内部流通流路６３２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第一内部流通流路６２２及び第二内部流通流路６３２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。

また、熱交換器６１が第一内部流路６２及び第二内部流路６３に対して共通して一つだけ設けられていることで、少ない構成で第一内部流路６２や第二内部流路６３を構成することができる。

また、第一内部流路６２と第二内部流路６３とにおける冷却媒体の流通方向が逆方向であることで、軸線Ｏ方向に最も近づく軸線Ｏ方向の中間位置に配置された第一内部導入流路６２１と第二内部導入流路６３１とのような径方向に延びる流路を流通する冷却媒体の流通方向を同じ方向にすることができる。そのため、軸線Ｏ方向に最も近づく位置に形成された流路をそれぞれ流通する冷却媒体同士の間で熱交換が生じてしまって影響を抑えることができる。特に、本実施形態のように第一内部流路６２と第二内部流路６３とが同じ長さで形成されており、内部を流通する流体の温度条件が同じ場合には、より効果的に熱交換が生じた際の影響を抑えることができる。

なお、本実施形態では、第一内部流通流路６２２と第一内部流通流路６２２との間をシールして、第一内部流路６２と第二内部流路６３と別々に形成したが、冷却媒体の流通方向を逆方向とした場合には、第一内部流路６２と第二内部流路６３とを一体に形成してもよい。これは、冷却媒体の流通方向を逆方向とすることで、第一内部導入流路６２１及び第二内部導入流路６３１のように、軸線Ｏ方向の位置が最も近づく位置に形成された径方向に延びる流路を流通する冷却媒体の流通方向が同方向となるためである。したがって、少ない工数で第一内部流路６２と第二内部流路６３とを形成することができる。

また、第一内部流路６２や第二内部流路６３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、第一内部流路６２や第二内部流路６３を流通する冷却媒体の流量を抑えることができる。

《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７の構成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、第一流路と第二流路とを流通する冷却媒体の流通方向が第一実施形態と異なる。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、第一実施形態と同様の熱交換器６１と、ステータ３２とロータ３１との間に形成された隙間３３を流通させた冷却媒体を循環させて再び隙間３３に流通させる第一隙間流路（第一流路）７２と、第一隙間流路７２と軸線Ｏ方向に間隔を空けて隣接し、の隙間３３を流通させた冷却媒体を循環させて再び隙間３３に流通させる第二隙間流路（第二流路）７３とを有している。

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。

第一隙間流路７２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。第一隙間流路７２は、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。第一隙間流路７２は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中心位置よりも下流側に配置されている。第一隙間流路７２は、隙間３３において軸線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。第一隙間流路７２は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体を軸線Ｏ方向の途中から隙間３３に導入する第一隙間導入流路７２１と、第一隙間導入流路７２１に接続されて隙間３３で軸線Ｏ方向に冷却媒体を流通させる第一隙間流通流路７２２と、第一隙間流通流路７２２に接続されて隙間３３から冷却媒体を排出して熱交換器６１に供給する第一隙間排出流路７２３とを有している。

第一隙間導入流路７２１は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体をケーシング５外部から隙間３３に導入する。第一隙間導入流路７２１は、ステータ３２の軸線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。第一隙間導入流路７２１は、途中に冷却媒体を圧送するポンプ６２１ａが設けられている。

第一隙間流通流路７２２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。本実施形態の第一隙間流通流路７２２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。第一隙間流通流路７２２は、隙間３３で軸線Ｏ方向に延在する配管である。第一隙間流通流路７２２は、隙間３３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方向の下流側の位置まで延在している。第一隙間流通流路７２２は、軸線Ｏ方向の下流側の端部が第一隙間導入流路７２１に接続されている。

第一隙間排出流路７２３は、第一隙間流通流路７２２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外部に排出して熱交換器６１まで供給する。第一隙間排出流路７２３は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中間位置で第一隙間流通流路７２２から熱交換器６１まで繋がれた配管である。第一隙間排出流路７２３は、第一隙間流通流路７２２の軸線Ｏ方向の上流側の端部に繋がれている。

第二隙間流路７３は、第一隙間流路７２よりも軸線Ｏ方向の上流側で隙間３３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。本実施形態の第二隙間流路７３は、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って、第一隙間流路７２とは独立している。第二隙間流路７３は、第一隙間流路７２と軸線Ｏ方向に間隔を空けて、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中心位置よりも上流側に配置されている。

本実施形態の第二隙間流路７３は、第一隙間流路７２とは、冷却媒体の流通方向が逆方向であって、隙間３３で軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって冷却媒体を流通させる。第二隙間流路７３は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体を軸線Ｏ方向の上流側から隙間３３に導入する第二隙間導入流路７３１と、第二隙間導入流路７３１に接続されて隙間３３で軸線Ｏ方向に冷却媒体を流通させる第二隙間流通流路７３２と、第二隙間流通流路７３２に接続されて隙間３３から冷却媒体を排出して熱交換器６１に供給する第二隙間排出流路７３３とを有している。第二隙間流路７３は、流路の長さが第一隙間流路７２と同じ長さで形成されている。

第二隙間導入流路７３１は、熱交換器６１で冷却された冷却媒体をケーシング５外部から隙間３３に導入する。第二隙間導入流路７３１は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の上流側で熱交換器６１から隙間３３まで繋がれた配管である。第二隙間導入流路７３１は、第一隙間導入流路７２１と同様に、途中に冷却媒体を圧送するポンプ６２１ａが設けられている。

第二隙間流通流路７３２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。本実施形態の第二隙間流通流路７３２は、軸線Ｏ方向の上流側から下流側に向かって冷却媒体を流通させる。第二隙間流通流路７３２は、隙間３３で軸線Ｏ方向に延在する配管である。第二隙間流通流路７３２は、軸線Ｏ方向の上流側の端部が第二隙間導入流路７３１に接続されている。第二隙間流通流路７３２は、隙間３３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。即ち、第二隙間流通流路７３２は、第一隙間流通流路７２２とは軸線Ｏ方向の反対側に向かって延在している。第二隙間流通流路７３２は、径方向の位置が第一隙間流通流路７２２と同じ位置に配置されている。第二隙間流通流路７３２は、第一隙間流通流路７２２と同じ長さに形成されている。

第二隙間排出流路７３３は、第二隙間流通流路７３２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外部に排出して熱交換器６１まで供給する。第二隙間排出流路７３３は、ステータ３２の軸線Ｏ方向の中間位置で第二隙間流通流路７３２から熱交換器６１まで繋がれた配管である。第二隙間排出流路７３３は、第二隙間流通流路７３２の軸線Ｏ方向の下流側の端部に繋がれている。第二隙間排出流路７３３は、第一隙間排出流路７２３に対して軸線Ｏ方向の上流側に間隔を空けて配置されている。第二隙間排出流路７３３は、第一隙間排出流路７２３と同じの長さに形成されている。

上記のような圧縮機システム１０によれば、第一実施形態と同様に、第一隙間流通流路７２２と第二隙間流通流路７３２とによって、軸線Ｏ方向に長いロータ３１及びステータ３２を、軸線Ｏ方向の下流側の領域と上流側の領域とに短く区分けして別々に冷却することができる。したがって、冷却する領域を軸線Ｏ方向に短く区分けし、別系統を流通する冷却媒体によってロータ３１及びステータ３２を冷却することで、十分に冷却されない領域が生じてしまうことを抑えることができる。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。

また、第一隙間流通流路７２２や第二隙間流通流路７３２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。

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。

なお、熱交換器６１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６１は、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。

また、第一流路や第二流路のみの構成に限定されるものではなく、さらに軸線Ｏ方向に離れて隣接する第三流路や第四流路等の複数の冷却媒体を流通させる流路が設けられていてもよい。

また、第一流路と第二流路との冷却媒体の流通方向は逆方向であることに限定されるものではなく、同じ方向であってもよい。

１、１０…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 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 ６２…第一内部流路 ６２１…第一内部導入流路 ６２１ａ…ポンプ ６２２…第一内部流通流路 ６２３…第一内部排出流路 ６３…第二内部流路 ６３１…第二内部導入流路 ６３２…第二内部流通流路 ６３３…第二内部排出流路 ７２…第一隙間流路 ７２１…第一隙間導入流路 ７２２…第一隙間流通流路 ７２３…第一隙間排出流路 ７３…第二隙間流路 ７３１…第二隙間導入流路 ７３２…第二隙間流通流路 ７３３…第二隙間排出流路

Claims (7)

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、
   軸線方向の一方側に配置されて、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冷却媒体を循環させて、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第一流路と、
   前記第一流路と軸線方向に間隔を空けて隣接し、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冷却媒体を循環させて、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第二流路と、を備える圧縮機システム。
2. 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冷却媒体を冷却する熱交換器を備える請求項１に記載の圧縮機システム。
3. 前記熱交換器は、前記第一流路を流通する前記冷却媒体を冷却するとともに、前記第二流路を流通する前記冷却媒体を冷却する請求項２に記載の圧縮機システム。
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３に記載の圧縮機システム。
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３に記載の圧縮機システム。
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３に記載の圧縮機システム。
7. 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る請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の圧縮機システム。

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