JP3425308B2 - 多段圧縮機 - Google Patents

多段圧縮機

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多段圧縮機に係り、
特に磁気軸受により支承される多段圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動機または磁気軸受を冷却するため圧
縮機の圧縮ガスを分岐抽出し、抽出したガスを電動機ま
たは磁気軸受の冷却ガスとして供給することが、実開平
３−１９４９８号公報に示されれている。この従来技術
においては、電動機の回転軸軸端に遠心羽根車を設け、
電動機ロータを磁気軸受で支承して圧縮機を構成すると
ともに、圧縮機が凝縮器や蒸発器とともに冷凍サイクル
を構成している。ここで、冷凍サイクル中の冷媒の一部
をスプレーノズルから散布して磁気軸受及び電動機のコ
イルを冷却している。
【０００３】また、特開昭６４−８０７９９号公報に
は、高周波電動機に圧縮段を結合した圧縮機において、
回転軸を磁気軸受で支承するとともに、外部に対して機
密な共通のハウジングで覆った構成が示されている。こ
の圧縮装置では、複数の圧縮段間に設けたガス側導管を
表面冷却器として作用させている。つまり、表面冷却器
において再冷却された圧縮ガスの一部が、供給通路を経
て高周波電動機の回転子及び励磁気の回転子及び磁気軸
受へ冷却のため供給された後、排出通路を経て吸込管片
へ戻される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の項で示
した実開平３−１９４９８号公報に記載の冷却装置を圧
縮比の大きい多段圧縮機に適用すると、無負荷運転時に
必要な量に合わせて冷却ガスを最終段下流から抽出しな
ければならず、負荷運転時には必要以上の冷却風が流
れ、不経済であった。逆に、経済性を重視して中間段か
ら冷却ガスを抽出すると、無負荷運転時には抽出部が負
圧となり、冷却ガスを電動機内に通風することができな
いという不具合が生じる。さらに、上記公報に記載の冷
却装置は冷凍サイクル駆動用の遠心圧縮機に関するもの
で、電動機または磁気軸受の冷却に冷媒または冷却用媒
体を使用することを前提としており、一般の工業用空気
あるいはガスを圧縮する圧縮機の場合には冷却効果が十
分には得られない。
【０００５】上記従来技術の後者である特開昭６４−８
０７９９号公報に記載の圧縮装置は、分割ケーシング構
造と成らざるを得ず、そのケーシングの周りをコイル状
の表面冷却器が取り巻いているため、組立に多大の工程
と労力を要する。また、無負荷運転時の冷却については
何等考慮されていない。さらに、表面冷却器から凝縮液
を排出することも考慮されておらず、水蒸気を含んだ空
気等の圧縮に用いたときに表面冷却器内に凝縮液が溜ま
ったり、冷却ガスに凝縮液の飛沫が混入して圧縮機内部
で凝縮が起こるおそれがあった。
【０００６】本発明の目的は、上記従来の技術の不具合
を解消し、簡単な構成の多段の圧縮機において負荷運転
時の経済性を損なうことなく、無負荷運転時にも電動機
の冷却に必要な冷却ガス風量を確保することにある。◆
また、本発明の他の目的は、上記従来の技術の不具合を
解消し、磁気軸受により支持される簡単な構成の多段の
圧縮機において、負荷運転時の経済性を損なうことな
く、無負荷運転時にも磁気軸受の冷却に必要な冷却ガス
風量を確保することにある。◆本発明のさらに他の目的
は、小型で簡単な構造の信頼性の高い多段のパッケージ
型遠心圧縮機を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の態様は、回転軸を有する高速電動機
と、この回転軸の両端側に取り付けられた羽根車を含む
第１段及び第２段圧縮段と、この第１段及び第２段圧縮
段間に設けられた中間冷却器とを備え、負荷運転と無負
荷運転を切り換え可能にした多段圧縮機において、圧縮
機の吸込側に吸込絞り弁を、吐出側に放風弁をそれぞれ
設けるとともに、後段側の羽根車の下流側及び中間冷却
器の下流側から分岐した分岐路をそれぞれ設け、この分
岐路同士を接続して合流路を形成し、この合流路と高速
電動機を接続してこの高速電動機に冷却ガスを流通する
流通路を形成したものである。
【０００８】上記目的を達成するための本発明の第２の
態様は、回転軸を有し磁気軸受によりこの回転軸を支承
する高速電動機と、この回転軸の両端側に取り付けられ
た羽根車を含む第１段及び第２段圧縮段と、この第１段
及び第２段圧縮段間に設けられた中間冷却器とを備え、
負荷運転と無負荷運転を切り換え可能にした多段圧縮機
において、圧縮機の吸込側に吸込絞り弁を、吐出側に放
風弁を設け、後段側の羽根車の下流側及び中間冷却器の
下流側から分岐した分岐路をそれぞれ設け、この分岐路
同士を接続して合流路を形成し、この合流路と高速電動
機を接続して磁気軸受に冷却ガスを流通する流通路を形
成したものである。
【０００９】そして好ましくは、中間冷却器にドレン回
収部を設ける、または、後段側の羽根車の下流に設けた
分岐路の分岐位置が放風弁の下流である、分岐路と合流
路間に逆止弁を設けた、中間冷却器の下流側から分岐し
た分岐管に減圧弁を設けたものである。より好ましく
は、減圧弁の開度を負荷運転時と無負荷運転時とで変化
させる制御手段を設けることである。
【００１０】また好ましくは、それぞれの分岐館内の流
れのオン・オフを制御する流れ制御手段を設けたもので
ある。そして、より好ましくは、無負荷運転時には、後
段の羽根車の下流側から分岐した分岐管内の流れをオン
にし、他の分岐管内の流れをオフにするか、または負荷
運転時には、前記中間冷却器の下流で分岐した分岐管内
の流れをオンにし、他の分岐管内の流れをオフにするも
のである。
【００１１】また、高速電動機を冷却した冷却ガスを前
記吸い込み絞り弁の上流に戻す戻し流路を形成してもよ
いし、磁気軸受を冷却した冷却ガスを吸込絞り弁の上流
に戻す戻し流路を形成してもよい。
【００１２】上記目的を達成するための本発明の第３の
態様は、回転軸を有する高速電動機と、この回転軸の両
端側に取り付けられた羽根車を含む第１段及び第２段圧
縮段と、この第１段及び第２段圧縮段間に設けられた中
間冷却器とを備え、負荷運転と無負荷運転を切り換え可
能にした多段圧縮機において、圧縮機の負荷運転時に前
記高速電動機を冷却する冷却流路と、圧縮機の無負荷運
転時に前記高速電動機を冷却する冷却流路とを中間冷却
器と前記放風弁との間の異なる位置から分岐させたもの
である。◆なお、上記いずれの態様においても羽根車は
遠心羽根車であることが望ましい。
【００１３】上記目的を達成するための本発明の第４の
態様は、回転軸を有する高速電動機と、この回転軸の両
端側に取り付けられた羽根車を含む第１段及び第２段圧
縮段と、この第１段及び第２段圧縮段間に設けられた中
間冷却器とを備え、負荷運転と無負荷運転を切り換え可
能にした多段圧縮機において、後段側の羽根車の下流側
及び中間冷却器の下流側には第１、第２の分岐路を、圧
縮機の吐出側には吐出圧力を検出する圧力検出手段を設
けるとともに、この圧力検出手段の出力に基づいて負荷
運転と無負荷運転を切り換える運転制御手段を設け、第
１及び第２の分岐路間を接続して合流路を形成し、この
合流路と前記高速電動機を接続してこの高速電動機に冷
却ガスを流通する流通路を形成するものである。
【００１４】上記目的を達成するための本発明の第５の
態様は、磁気軸受により支承される回転軸を有する高速
電動機と、この回転軸の両端側に取り付けられた羽根車
を含む第１段及び第２段圧縮段と、この第１段及び第２
段圧縮段間に設けられた中間冷却器とを備え、負荷運転
と無負荷運転を切り換え可能にした多段圧縮機におい
て、後段側の羽根車の下流側及び中間冷却器の下流側に
は第１および第２の分岐路を、圧縮機の吐出側には吐出
圧力を検出する圧力検出手段を設けるとともに、この圧
力検出手段の出力に基づいて負荷運転と無負荷運転を切
り換える運転制御手段を設け、第１及び第２の分岐路間
を接続して合流路を形成し、この合流路と高速電動機と
を接続して磁気軸受に冷却ガスを流通する流通路を形成
したものである。
【００１５】すなわち、本発明に係る多段圧縮機によれ
ば、電動機の冷却ガスを複数の分岐抽出部から供給して
いることで、負荷運転時には圧縮機の中間段から、無負
荷運転時には大気放風通路から冷却ガスを電動機の冷却
用として供給でき、これにより、負荷運転時の経済性を
損なうことなく、無負荷運転時にも電動機の冷却に必要
な冷却ガス風量を確保できる。
【００１６】また、本発明の多段圧縮機においては、負
荷運転と無負荷運転の切り換えを可能にし、磁気軸受の
冷却ガスを複数の分岐から分岐抽出しているので、負荷
運転時には圧縮機の中間段から、無負荷運転時には大気
放風通路から冷却ガスを供給することができ、これによ
り、負荷運転時の経済性を損なうことなく、無負荷運転
時にも磁気軸受の冷却に必要な冷却ガス風量を確保でき
る
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施例
について、図面を参照しながら説明する。◆図２は、本
発明に係る多段圧縮機の概略外観形状を示す三面図であ
る。圧縮機上部に吸込フィルタ１３及び放風弁９に連動
した吸込絞り弁７がを配されており、圧縮機下部にはガ
ス冷却器６ａ、６ｂが配されている。第１段圧縮機１ａ
及び第２段圧縮機１ｂは、吸込ノズルを外周部に有し、
吸込ガス４ａ、４ｂは半径方向から流入する。また、第
１段圧縮機の吐出ノズル及び第２段圧縮機の吸込ノズル
と吐出ノズルは直接ガス冷却器に連結されており、コン
パクトな構造を実現している。
【００１８】抽出部１４ａは、第２段圧縮機のケーシン
グ外周部に設けられており、第２段圧縮機の羽根車直前
の吸込部からガス冷却器６ａで冷却した後の比較的低温
のガスを抽出している。また、分岐部１４ａの直後に
は、減圧手段としてオリフィス３１が設置されている。
一方、抽出部１４ｂは、吸込フィルタ１３の前面に位置
しており、フィルタ内部で吸込絞り弁７の上流側及び放
風弁９の下流の放風通路１８と連通している。
【００１９】抽出部１４ａ、１４ｂから分岐した流路に
は、それぞれ逆止弁２０ａ、２０ｂが設置されており、
逆止弁２０ａ、２０ｂの下流で冷却ガスの分岐箱３２に
接続されている。本図中には明示していないが、電動機
外周面に設けた冷却ガス供給部２９ａ、２９ｂ、２９
ｃ、２９ｄと冷却ガス分岐箱の間は、フレキシブルチュ
ーブで接続されている。同様に、冷却ガス排出部３０
ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅから排出された冷
却ガスは、フレキシブルチューブにより、冷却ガス合流
箱３３へ導かれている。冷却ガス合流箱３３でまとめら
れた電動機２を冷却した後のガスは、第１段圧縮機のケ
ーシング外周部に設けられた再合流部１５を経て、第１
段圧縮機の羽根車直前の吸込部へ戻される。
【００２０】ここで、電動機２はインバータ制御の高速
電動機であり、また、回転軸は磁気軸受によって支承さ
れている。図示しないが、圧縮機の駆動には電源盤やイ
ンバータ盤および磁気軸受制御盤等が必要であり、これ
は圧縮機１に隣接して設置される。
【００２１】この図２で示した多段圧縮機の一実施例の
フロー及び詳細を、図１及び図３を用いて説明する。図
１は、本発明に係る多段圧縮機の第１の実施例の構成を
示す圧縮機システムのフロー図である。この実施例では
多段の圧縮機は、工場空気源等の定圧ガス生成に用いら
れており、取り扱いガスとして空気が用いられている。
【００２２】図１において、多段圧縮機１の低圧段を構
成する圧縮機１ａ及び高圧段を構成する圧縮機１ｂは、
それぞれ少なくとも１個の遠心羽根車を有している。こ
れらの羽根車は電動機２の本体から突出して延びる回転
軸３の両端側に取り付けられ、電動機２の回転と共に回
転駆動される。電動機２は回転軸３が磁気軸受により支
承された高速電動機であり、駆動部及び磁気軸受部に配
設されたコイルの鉄損と、高速回転による風損とによっ
て発熱する。
【００２３】第１段圧縮機１ａの上流には、吸込絞り弁
７とフィルタ１３が設置されている。圧縮機の吸込ガス
４はフィルタ１３によって除塵された後、吸込絞り弁７
を通過し、第１段圧縮機１ａに導かれる。また、第１段
圧縮機１ａと第２段圧縮機１ｂの間には中間ガス冷却器
６ａが設置されており、第１段圧縮機１ａで昇圧されて
温度が上昇したガスは、ガス冷却器６ａで冷却されてか
ら第２段圧縮機１ｂへと導かれる。なお、フィルタ１３
の上流側は大気開放されている。さらに、一般に吸込ガ
スは水蒸気を含んだ湿り空気である。
【００２４】圧縮機に吸込まれたガスは、昇圧されると
水蒸気の分圧が高くなる。この昇圧されたガスを、ガス
冷却器６ａで冷却すると水蒸気の飽和圧力が下がり、ガ
スの相対湿度が上昇する。吸い込んだ大気の条件によっ
ては、冷却の途中の温度でガスの相対湿度が１となった
後で、さらに冷却されれば水蒸気の一部が凝縮し霧や露
を生じる。本発明の第１の実施例においては、この様に
して生じた凝縮液はガス冷却器中に溜まるので、ガス冷
却器はこのドレンをガス冷却器外に連続的に排出可能な
構造となっている。これにより、絶対湿度が上流側より
も小さいガス冷却器の下流側では相対湿度が１以下とな
り、水蒸気の凝縮が生じるおそれがない。本実施例で
は、構造の簡単化のため凝縮液をガスから分離する機器
を特には設置していないが、ガス冷却器の下流側に、エ
リミネータやデミスタを設けても良く、その場合、水分
をより確実に分離できる。
【００２５】第２段圧縮機１ｂの下流には、ガス冷却器
６ｂと逆止弁１０とレシーバタンク１２とが設置されて
おり、第２段圧縮機１ｂの吐出ガス５ｂはガス冷却器６
ｂで冷却された後、その一部はレシーバタンク１２に蓄
えられる、残りは下流の各ガス消費元に供給される。ガ
ス冷却器６ｂと逆止弁１０との間から放風通路１８が分
岐しており、放風通路１８の途中に放風弁９が設置され
ている。放風弁９を開くことにより、第２段圧縮機１ｂ
の吐出ガスを吸込フィルタ１３へ導くことができる。本
実施例によれば、放風通路１８を吸込フィルタ１３へ導
き、フィルタがサイレンサの機能兼ねているので、構造
が簡単化する。なお、別個にサイレンサを設けて大気に
開放しても良いことは言うまでもない。
【００２６】逆止弁１０の下流の圧力はプロセスへの供
給圧力であるから、多段圧縮機１はこの圧力を略一定に
保つように制御される。そのため、逆止弁の下流に供給
ガス圧を測定する圧力測定器１１ａが設置されている。
圧力測定器１１ａが測定したガス圧に基づいて定風圧制
御する制御装置１１が設けられている。また、制御装置
１１からの制御信号１９ａ、１９ｂはそれぞれ放風弁９
と吸込絞り弁７に送られ、供給ガス圧に応じて圧縮機１
の運転状態を制御する。
【００２７】圧縮機１の運転状態はプロセスへの供給ガ
ス圧に応じて制御され、制御装置１１に予じめ設定され
ている所定の設定圧に対し、供給ガス圧が低い場合には
吸込絞り弁７を開き放風弁９を閉じて通常の負荷運転を
行う。一方、プロセスで消費されるガス量が少なく供給
ガス圧が設定圧を上回ったときには、圧縮機１のサージ
ングを防止し消費動力を節約するため、放風弁９を開
く。これとともに、吸込絞り弁７を絞り無負荷運転状態
（実際には負荷は減少するがゼロとはならない）に制御
する。
【００２８】負荷運転時には、吸込絞り弁７は開放され
ているため第１段圧縮機１ａの吸込ガス４ａの圧力は大
気圧にほぼ等しく約１気圧である。そして、第１段圧縮
機１ａ及び第２段圧縮機１ｂはともに仕様点で圧縮比が
約３となるよう設計されており、第１段圧縮機１ａの吐
出ガス５ａ及び第２段圧縮機１ｂの吸込ガス４ｂの圧力
は約３気圧、第２段圧縮機１ｂの吐出ガス５ｂの圧力は
約９気圧である。
【００２９】無負荷運転時には、放風弁９は開放され吸
込絞り弁７は圧縮比を約３に保つよう絞られるため、放
風弁９の上流側の圧力（第２段圧縮機１ｂの吐出圧にほ
ぼ等しい）はバルブ及び管路の圧力損失により約１．５
気圧となり、第２段圧縮機１ｂの吸込ガス圧及び第１段
圧縮機１ａの吐出ガス圧は約０．５気圧、第１段圧縮機
１ａの吸込ガス圧は約０．２気圧となる。
【００３０】中間ガス冷却器６ａと第２段圧縮機１ｂの
間には抽出部１４ａが、また放風弁９の下流の放風通路
１８の途中には抽出部１４ｂがそれぞれ設けられてお
り、これら抽出部から圧縮機１の作動ガスを電動機２の
冷却のために抽出している。抽出部１４ａ、１４ｂはそ
れぞれガス冷却器６ａ、６ｂの下流に位置しており、こ
れらから供給されるガスは常温程度に冷却されているの
で、電動機２内を通風するだけで電動機２を冷却でき
る。抽出部１４ａから分岐した抽出流路２２ａ中には減
圧弁８及び逆止弁２０ａが、また抽出部１４ｂから分岐
した抽出流路２２ｂ中には逆止弁２０ｂが設けられてい
る。これらの抽出流路２２ａ、２２ｂは逆止弁２０ａ、
２０ｂの下流で１本にまとめられ、電動機２へ導かれ
る。電動機２に導かれたガスは電動機２を冷却した後排
気され、吸込絞り弁７と第１段圧縮機１ａの間の再合流
部１５に導かれる。なお、抽出流路２２ａ、２２ｂを逆
止弁２０ａ、２０ｂの下流で１本にまとめているが、こ
れをまとめずに直接電動機２へ導いても良い。
【００３１】負荷運転時には、抽出部１４ａ及び再合流
部１５のガス圧は、前述の通りそれぞれ約３気圧、約１
気圧である。そして、放風弁９を閉じているので放風通
路１８内にはガスの流れが存在せず、抽出部１４ｂのガ
ス圧は吸込フィルタ１３部の圧力に等しく約１気圧であ
る。したがって、再合流部１５の圧力に対して抽出部１
４ａで約２気圧の差圧があるのに対し、抽出部１４ｂで
は差圧はほぼゼロとなるので、冷却ガス１６は専ら抽出
部１４ａから供給される。電動機２の冷却に必要なガス
風量を確保できる差圧は概ね０．５〜１気圧なので、段
間に位置する抽出部１４ａから、十分な風量の冷却ガス
を電動機２に供給できる。
【００３２】冷却ガスを最終段下流からでなく中間段か
ら抽出するのは、冷却ガスとして最小限必要な風量を確
保すれば良く、それ以上の風量を通風することは圧縮機
の仕事で得られた高エネルギーのガスを浪費することに
なるからである。さらに経済性を考慮すれば、約２気圧
の差圧は電動機の冷却にはなお大きすぎるから、減圧弁
８を絞り、必要最小限の圧力にまで減圧してから電動機
２に導く方が良い。
【００３３】無負荷運転時には吸込絞り弁７を絞るの
で、抽出部１４ａ及び再合流部１５のガス圧は、前述の
通りそれぞれ約０．５気圧、約０．２気圧となる。そし
て、放風弁９を開いて放風通路１８にもガスを流し、放
風通路の途中の抽出部１４ｂと吸込フィルタ１３の間に
設けたオリフィスや絞り弁等の絞り２１で流路を絞るこ
とにより、抽出部１４ｂにおいて１気圧強のガス圧が得
られる。ただし、絞り２１を設けなくても、抽出部１４
ｂの圧力は吸込フィルタ部とほぼ等しい約１気圧となる
ので、再合流部１５の圧力に対する差圧は抽出部１４ａ
で約０．３気圧、抽出部１４ｂで０．８気圧強となり、
冷却ガス１６は専ら抽出部１４ｂから供給される。これ
により、無負荷運転時にも電動機の冷却に必要な冷却ガ
ス風量を確保できる。
【００３４】なお、無負荷運転時には、回転数が一定の
ため風損や磁気軸受の鉄損は変化せず電動機駆動部の鉄
損が減少するので、必要な冷却風量は負荷運転時より少
ない。抽出部１４ｂから分岐した抽出流路２２ｂの途中
に、オリフィスや絞り弁等の絞りを設置し、電動機への
通風量をさらに減少させることもできる。ただし、この
ように構成すると、負荷運転時はともかく無負荷運転時
には経済的なメリットが少ない。また、冷却ガスを放風
通路１８の途中からではなく大気から直接導入してもよ
い。この場合、大気中の水蒸気が電動機内で凝縮する恐
れがあるので、吸込口には除塵フィルタが必要である。
【００３５】図３に、図１に示した第１の実施例におけ
る電動機２及び圧縮機１ａ、１ｂの内部構造と、電動機
冷却ガスの供給経路の概略を示す。
【００３６】図３において、第１段圧縮機１ａ及び第２
段圧縮機１ｂは、それぞれ遠心羽根車２８ａ、２８ｂを
有し、これら遠心羽根車は電動機２の本体から突き出た
回転軸３の両端部に直接取り付けられている。電動機２
はインバータ制御式の高速電動機であり、中央部に駆動
部２４を配し、回転軸はこの駆動部２４と２枚の羽根車
２８ａ、２８ｂとの間に配設された２組のラジアル磁気
軸受２５ａ、２５ｂによって支承されている。また、第
２段圧縮機１ｂ側のラジアル軸受２５ｂより駆動部２４
側には、圧縮機１で発生する軸方向推力を担持するアキ
シャル磁気軸受２６ａ、２６ｂが設置されている。
【００３７】この実施例の電動機２においては、コイル
等における電気的なロスである鉄損と、回転体の高速回
転に起因する風損が発熱要因であり、主要な発熱源は電
動機の駆動部２４とラジアル磁気軸受２５ａ、２５ｂ、
アキシャル磁気軸受２６ａ、２６ｂ、及びこれらと回転
体の間隙部である。圧縮機の負荷運転時は、電動機駆動
部２４の発熱が大きく、磁気軸受の発熱はこれに比較し
て小さい。また、圧縮機の無負荷運転時には、回転数が
一定ため風損による発熱量は変わらないが、電動機２の
駆動動力が小さくなるので、電動機駆動部２４の鉄損に
よる発熱は負荷運転時より小さくなる。
【００３８】これらの発熱源から発生する熱を冷却する
ために、圧縮機で昇圧されガス冷却器で冷却されたガス
の一部を抽出し、電動機２に冷却ガス１６として供給す
る。電動機は、各発熱源の近傍に計４カ所の冷却ガス供
給部２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄを有しており、さ
らに各供給部は、それぞれ円周方向の複数箇所に供給口
を有している。また、電動機２を冷却した後の排気は、
やはり計５カ所の排出部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０
ｄ、３０ｅに設けられた円周方向に複数の排出口から排
出される。
【００３９】第１段圧縮機１ａ側のラジアル磁気軸受２
５ａを主として冷却するための冷却ガス１６ａは、冷却
ガス供給部２９ａからラジアル磁気軸受２５ａと羽根車
２８ａとの間に形成された空間へ導かれる。冷却ガスの
一部は第１段圧縮機１ａからの漏れ流れとともに排出部
３０ａから排出され、残りがラジアル磁気軸受２５ａと
回転軸３との間隙を経て磁気軸受２５ａを冷却した後、
排出部３０ｂから排出される。同様に、冷却ガス１６ｂ
は、電動機の駆動部２４を冷却した後排出部３０ｂ及び
３０ｃから排出され、また冷却ガス１６ｃは、アキシャ
ル磁気軸受２６ａを冷却した後排出部３０ｄから排出さ
れ、冷却ガス１６ｄはアキシャル磁気軸受２６ｂとラジ
アル磁気軸受２５ｂとを冷却した後排出部３０ｄ及び３
０ｅから排出される。
【００４０】電動機２内部における冷却ガス１６の通路
は複雑かつ多様であり、供給部から排気部に至る間の圧
力損失は、各供給部位置毎に異なる。よって、各発熱部
の冷却に必要な通風量を確保するために、各供給部２９
ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄの上流にはそれぞれ、オリ
フィスや弁等の風量調整用の絞り２７ａ、２７ｂ、１７
ｃ、１７ｄが設けられている。
【００４１】なおこの実施例においては、圧縮機の羽根
車を電動機の回転軸に直接取り付けているが、カップリ
ング等により連結されても良く、羽根車の枚数や配置も
これに限るものではない。つまり、本発明は負荷運転と
無負荷運転を切り換え可能な多段圧縮機に共通に適用可
能なものである。以上述べたように、図１ないし図３に
示した構成とすることで、負荷運転時の経済性を損なう
ことなく、無負荷運転時にも電動機あるいは磁気軸受の
冷却に必要な冷却ガス風量を確保した多段圧縮機を実現
できる。
【００４２】図４に、本発明に係る多段圧縮機の第２の
実施例の概略構成を示す。この第２の実施例は、図１に
示した第１の実施例とは、抽出部１４ａ、１４ｂから電
動機２に至る冷却ガス流路が異なっている。その他、同
一符号は同一部品を示す。
【００４３】図４において、電動機２を冷却するガスの
抽出部１４ａ、１４ｂは、第１の実施例と同様に、それ
ぞれ中間ガス冷却器６ａと第２段圧縮機１ｂの間及び放
風弁９の下流の放風通路１８中に位置している。抽出部
１４ａ、１４ｂから導かれる抽出流路２２ａ、２２ｂ中
には、それぞれ逆止弁２０ａ、２０ｂが設置されてい
る。またこれらの抽出流路２２ａ、２２ｂは、逆止弁２
０ａ、２０ｂの下流で１本にまとめられ、減圧弁８を経
た後電動機２へ導かれる。減圧弁８の開度は、圧縮機の
負荷運転と無負荷運転の運転状態に応じて調節可能であ
り、その制御信号１９ｃは制御装置１１から得られる。
【００４４】この第２の実施例においても、抽出部１４
ａ、１４ｂ及び再合流部１５の圧力は、第１の実施例と
同じであり、負荷運転時にはそれぞれ約３気圧、約１気
圧、約１気圧、無負荷運転時にはそれぞれ約０．５気
圧、１気圧前後、約０．２気圧である。よって、冷却ガ
スは、やはり第１の実施例と同様に、負荷運転時には抽
出部１４ａから、無負荷運転時には抽出部１４ｂから供
給される。
【００４５】本実施例においては、抽出部１４ａ、１４
ｂから供給された冷却ガスはともに減圧弁８を通過す
る。負荷運転時には、再合流部１５の圧力より抽出部１
４ａの圧力は約２気圧高いので、減圧弁を絞れば電動機
２の冷却に最小限必要なガス流量が通風される。無負荷
運転時には、減圧弁８を開放して電動機２の冷却に必要
な通風量を確保する。この様に減圧弁８の開度は、制御
装置１１からの制御信号１９ｃに基づき、負荷運転また
は無負荷運転の運転状態に応じて制御され、このとき制
御装置１１は定風圧制御信号とともに減圧弁８の制御信
号を発信する。
【００４６】以上のような構成とすることで、第２の実
施例においても第１の実施例と同様の効果が得られる。
すなわち、負荷運転時の経済性を損なうことなく、無負
荷運転時にも電動機あるいは磁気軸受の冷却に必要な冷
却ガス風量を確保できる。
【００４７】図５に、本発明に係る多段圧縮機の第３の
実施例の概略構成を示す。この第３の実施例は、図１に
示した第１の実施例とは、抽出部１４ａ、１４ｂから電
動機２に至る冷却ガス流路が異なる。その他、図中同一
符号で示したものは同一部品を示す。
【００４８】図５において、電動機２を冷却するガスの
抽出部１４ａは、第１の実施例と同様に、中間ガス冷却
器６ａと第２段圧縮機１ｂの間に位置している。一方、
抽出部１４ｂは、第１の実施例とは異なり、放風弁９の
上流の放風通路１８中に位置している。この抽出部１４
ｂは必ずしも放風通路１８中にある必要はなく、圧力が
ほぼ等しい第２段圧縮機１ｂの下流に設けたガス冷却器
６ｂより下流にあっても良い。なお、抽出部１４ｂが放
風弁９の上流に位置するため、第１の実施例における絞
り２１に相当する装置は不要である。
【００４９】抽出部１４ａ、１４ｂから分岐した供給通
路は三方弁２３に連結されており、冷却ガスはこれらの
いずれか一方からのみ電動機２へ供給される。三方弁
は、圧縮機の負荷運転と無負荷運転の運転状態に応じて
経路が切り換わり、その切り換えの制御信号１９ｄが制
御装置１１から出力される。抽出部１４ａから三方弁へ
至る間には、減圧弁８が設置されている。
【００５０】第３の実施例においては、抽出部１４ａ及
び再合流部１５の圧力は、第１の実施例と同じであり、
負荷運転時にはそれぞれ約３気圧と約１気圧、無負荷運
転時にはそれぞれ約０．５気圧と約０．２気圧である。
また抽出部１４ｂの圧力は、第２段圧縮機１ｂの吐出圧
にほぼ等しく、負荷運転時には約９気圧、無負荷運転時
には約１．５気圧である。
【００５１】第１および第２の実施例において、電動機
２の冷却ガスの経路は、抽出部１４ａ、１４ｂの圧力に
よって受動的に決まるのに対し、第３の実施例では、三
方弁８を切り換えることで能動的に決定される。ここで
三方弁の切り換えは、制御装置１１からの制御信号１９
ｄに基づき、負荷運転と無負荷運転の運転状態に応じて
制御され、このとき制御装置１１から定風圧制御信号と
ともに減圧弁８の制御信号も出力される。
【００５２】負荷運転時には、三方弁２３は抽出部１４
ａから分岐した流路側に開放される。冷却ガスは減圧弁
８において必要最小限の風量に絞られ、電動機２へ供給
される。抽出部１４ｂは放風弁９の上流に位置してお
り、その圧力は約９気圧と高いが、抽出部１４ｂから分
岐した流路に対しては三方弁２３が閉じられているの
で、不経済に多量のガスが電動機２へ通風されるおそれ
はない。
【００５３】無負荷運転時には、三方弁２３は抽出部１
４ｂから分岐した流路側へ開放されている。このとき、
再合流部１５の圧力に対する抽出部１４ｂの差圧は約
１．３気圧であり、電動機の冷却に必要な冷却ガスの通
風量を十分確保できる。
【００５４】以上のような構成とすることで、第３の実
施例においても、やはり第１の実施例と同様の効果を得
ることができ、すなわち、負荷運転時の経済性を損なう
ことなく、無負荷運転時にも電動機あるいは磁気軸受の
冷却に必要な冷却ガス風量を確保できる。
【００５５】なお、上記説明においては２段の遠心圧縮
機を例にとり説明したが、３段以上の遠心圧縮機でも同
様に行うことができることは言うまでもない。また、圧
縮機としては、遠心形に限るものでなく軸流形や容積形
であっても良い。
【００５６】
【発明の効果】以上の詳細な説明からも明らかなよう
に、本発明に係る多段圧縮機によれば、電動機の冷却ガ
スを複数の抽出部から抽出する構成としたので、負荷運
転時には圧縮機の中間段から、無負荷運転時には大気放
風通路から冷却ガスを抽出でき、負荷運転時の経済性を
損なうことなく、無負荷運転時にも磁気軸受の冷却に必
要な冷却ガス風量を確保できる。
【００５７】また、本発明に係る磁気軸受で支持される
多段圧縮機において、磁気軸受の冷却ガスを複数の抽出
部から抽出するように構成したので、負荷運転時には圧
縮機の中間段から、無負荷運転時には大気放風通路から
冷却ガスを抽出することができ、負荷運転時の経済性を
損なうことなく、無負荷運転時にも磁気軸受の冷却に必
要な冷却ガス風量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多段圧縮機の第１実施例の構成図
である。
【図２】本発明に係る多段圧縮機の第１実施例の上面
図、正面図及び側面図である。
【図３】本発明に係る多段圧縮機の第１実施例の縦断面
図であり、圧縮機内部の詳細を示す図である。
【図４】本発明に係る多段圧縮機の第２実施例の構成図
である。
【図５】本発明に係る多段圧縮機の第３実施例の構成図
である。
【符号の説明】
１…圧縮機、１ａ…第１段圧縮機、１ｂ…第２段圧縮
機、２…駆動電動機、３…回転軸、４…吸込ガス、４ａ
…第１段圧縮機吸込ガス、４ｂ…第２段圧縮機吸込ガ
ス、５…吐出ガスまたは供給ガス、５ａ…第１段圧縮機
吐出ガス、５ｂ…第２段圧縮機吐出ガス、６…ガス冷却
器、６ａ…中間ガス冷却器、６ｂ…吐出ガス冷却器、７
…吸込絞り弁、８…減圧弁、９…放風弁、１０…逆止
弁、１１…圧力検出器及び制御装置、１２…レシーバタ
ンク、１３…吸込フィルタ、１４…抽出部、１４ａ…負
荷運転時の抽出部、１４ｂ…無負荷運転時の抽出部、１
５…再合流部、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…電動
機冷却ガス、磁気軸受冷却ガス、１７ａ，１７ｂ，１７
ｃ，１７ｄ，１７ｅ…冷却後の排気ガス、１８…放風通
路、１９ａ…放風弁駆動信号、１９ｂ…吸込絞り弁駆動
信号、１９ｃ…減圧弁駆動信号、１９ｄ…三方弁駆動信
号、２０ａ…逆止弁、２０ｂ…逆止弁、２１…絞り、２
２…抽出ガス、２２ａ…負荷運転時の抽出ガス、２２ｂ
…無負荷運転時の抽出ガス、２３…三方弁、２４…電動
機の駆動部、２５ａ，２５ｂ…ラジアル磁気軸受、２６
ａ，２６ｂ…アキシャル磁気軸受、２７ａ，２７ｂ，２
７ｃ，２７ｄ…絞り弁、２８…羽根車、２８ａ…第１段
圧縮機羽根車、２８ｂ…第２段圧縮機羽根車、２９ａ，
２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ…冷却ガス供給部、３０ａ，３
０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ…冷却ガス排出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 直彦 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所 土浦工場内 (56)参考文献 特開 平６−101498（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−223090（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−51076（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平３−17179（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04D 1/06 - 1/08 F04D 13/06 F04D 17/12 - 17/14 F04D 29/04 F04D 29/58 F04B 39/00

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転軸を有する高速電動機と、この回転軸
    の両端側に取り付けられた羽根車を含む第１段及び第２
    段圧縮段と、この第１段及び第２段圧縮段間に設けられ
    た中間冷却器とを備え、負荷運転と無負荷運転を切り換
    え可能にした多段圧縮機において、圧縮機の吸込側に吸
    込絞り弁を、吐出側に放風弁をそれぞれ設けるととも
    に、後段側の前記羽根車の下流側及び前記中間冷却器の
    下流側から分岐した分岐路をそれぞれ設け、この分岐路
    同士を接続して合流路を形成し、この合流路と前記高速
    電動機を接続してこの高速電動機に冷却ガスを流通する
    流通路を形成したことを特徴とする多段圧縮機。
  2. 【請求項２】回転軸を有し磁気軸受によりこの回転軸を
    支承する高速電動機と、この回転軸の両端側に取り付け
    られた羽根車を含む第１段及び第２段圧縮段と、この第
    １段及び第２段圧縮段間に設けられた中間冷却器とを備
    え、負荷運転と無負荷運転を切り換え可能にした多段圧
    縮機において、圧縮機の吸込側に吸込絞り弁を、吐出側
    に放風弁を設け、後段側の前記羽根車の下流側及び前記
    中間冷却器の下流側から分岐した分岐路をそれぞれ設
    け、この分岐路同士を接続して合流路を形成し、この合
    流路と前記高速電動機を接続して前記磁気軸受に冷却ガ
    スを流通する流通路を形成したことを特徴とする多段圧
    縮機。
  3. 【請求項３】回転軸を有する高速電動機と、この回転軸
    の両端側に取り付けられた羽根車を含む第１段及び第２
    段圧縮段と、この第１段及び第２段圧縮段間に設けられ
    た中間冷却器とを備え、負荷運転と無負荷運転を切り換
    え可能にした多段圧縮機において、圧縮機の負荷運転時
    に前記高速電動機を冷却する冷却流路と、圧縮機の無負
    荷運転時に前記高速電動機を冷却する冷却流路とを前記
    中間冷却器と前記放風弁との間の異なる位置から分岐さ
    せたことを特徴とする多段圧縮機。
  4. 【請求項４】前記それぞれの分岐管内の流れのオン・オ
    フを制御する流れ制御手段を設けたことを特徴とする請
    求項１または請求項２に記載の多段圧縮機。
  5. 【請求項５】負荷運転時には、前記中間冷却器の下流で
    分岐した分岐管内の流れをオンにし、他の分岐管内の流
    れをオフにすることを特徴とする請求項４に記載の多段
    圧縮機。
  6. 【請求項６】無負荷運転時には、後段の羽根車の下流側
    から分岐した分岐管内の流れをオンにし、他の分岐管内
    の流れをオフにすることを特徴とする請求項５に記載の
    多段圧縮機。
  7. 【請求項７】前記高速電動機を冷却した冷却ガスを前記
    吸い込み絞り弁の上流に戻す戻し流路を形成したことを
    特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
  8. 【請求項８】前記磁気軸受を冷却した冷却ガスを前記吸
    い込み絞り弁の上流に戻す戻し流路を形成したことを特
    徴とする請求項２に記載の多段圧縮機。
  9. 【請求項９】回転軸を有する高速電動機と、この回転軸
    の両端側に取り付けられた羽根車を含む第１段及び第２
    段圧縮段と、この第１段及び第２段圧縮段間に設けられ
    た中間冷却器とを備え、負荷運転と無負荷運転を切り換
    え可能にした多段圧縮機において、多段圧縮機の負荷運
    転時に前記高速電動機を冷却する冷却流路と、多段圧縮
    機の無負荷運転時に前記高速電動機を冷却する冷却流路
    とを設け、少なくとも１本の前記冷却流路はほぼ大気圧
    雰囲気から分岐していることを特徴とする多段圧縮機。
  10. 【請求項１０】回転軸を有する高速電動機と、この回転
    軸の両端側に取り付けられた羽根車を含む第１段及び第
    ２段圧縮段と、この第１段及び第２段圧縮段の間に設け
    られた中間冷却器とを備え、負荷運転と無負荷運転を切
    り換え可能にした多段圧縮機において、 後段側の前記羽根車の下流側及び前記中間冷却器の下流
    側には第１、第２の分岐路を、圧縮機の吐出側には吐出
    圧力を検出する圧力検出手段を設けるとともに、 この圧
    力検出手段の出力に基づいて負荷運転と無負荷運転を切
    り換える運転制御手段を設け、前記第１及び第２の分岐
    路間を接続して合流路を形成し、この合流路と前記高速
    電動機を接続してこの高速電動機に冷却ガスを流通する
    流通路を形成したことを特徴とする多段圧縮機。
  11. 【請求項１１】磁気軸受により支承される回転軸を有す
    る高速電動機と、この回転軸の両端側に取り付けられた
    羽根車を含む第１段及び第２段圧縮段と、この第１段及
    び第２段圧縮段の間に設けられた中間冷却器とを備え、
    負荷運転と無負荷運転を切り換え可能にした多段圧縮機
    において、後段側の前記羽根車の下流側及び前記中間冷
    却器の下流側には第１および第２の分岐路を、圧縮機の
    吐出側には吐出圧力を検出する圧力検出手段を設けると
    ともに、この圧力検出手段の出力に基づいて負荷運転と
    無負荷運転を切り換える運転制御手段を設け、前記第１
    及び第２の分岐路間を接続して合流路を形成し、この合
    流路と前記高速電動機とを接続して前記磁気軸受に冷却
    ガスを流通する流通路を形成したことを特徴とする多段
    圧縮機。
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