JP7018113B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、圧縮機に関し、詳細には、スクリュ圧縮機におけるモータの冷却構造に関する。

スクリュ圧縮機では、雄雌一対のスクリュロータが、モータによって回転駆動されている。モータを高速で回転駆動すると、いわゆる鉄損（ヒステリシス損や渦電流損）や銅損（巻線抵抗による損失）等の電気的な損失により、モータが発熱する。

発熱したモータを冷却するために、冷却ジャケットがモータケーシングの外周部に設けられている。冷却ジャケットの中を流れる冷却水又はクーラント等の冷却液との熱交換により、モータを冷却している。

高速回転するモータを用いたスクリュ圧縮機では、モータのサイズが小さくなるにつれて、モータケーシングの外周部に設けられる冷却ジャケットも小さくなる。そして、冷却ジャケットは、モータを外部から冷却しており、モータを内部から冷却していない。そのため、小さな冷却ジャケットによる冷却だけでは、モータの冷却が不十分になり、固定子のコイル及び回転子の表面で温度が上昇し、モータ出力及び効率が低下する。そこで、モータの固定子を効率良く冷却するため、二重の冷却構造を備える液冷式モータが提案されている（特許文献１を参照）。

特開２００４－３４３８５７号公報

特許文献１の液冷式モータは、モータケーシングの外側部分を冷却する冷却ジャケットとモータケーシングの内側部分を冷却する冷却液通路という二重の冷却構造を備えている。当該二重の冷却構造では、モータケーシングを外側及び内側から冷却し、モータケーシングの内側に取り付けられたモータの固定子を外側から冷却している。すなわち、特許文献１の液冷式モータは、モータを外側から冷却する構造である。

また、特許文献１は、上記の二重の冷却構造に加えて、固定子の両端面から張り出して冷却ジャケットから離れたところに位置する巻き線端部に対して、冷却液通路又は冷却ジャケットからの冷却液を吹き付けることを開示する。しかしながら、冷却媒体として冷却液が回転子にも接触してしまい、機械損（回転子の回転抵抗）が生じて、モータ出力及び効率が低下する。また、冷却媒体として潤滑オイルを用いる場合、発熱部分に直接接する潤滑オイルの潤滑特性が劣化して、潤滑オイルの寿命が低下する。

したがって、この発明の解決すべき技術的課題は、冷却媒体の劣化を抑制しつつ、モータを内側から冷却して、モータ出力及び効率の低下を抑制する、圧縮機を提供することである。

上記技術的課題を解決するために、この発明によれば、以下の圧縮機が提供される。

すなわち、ガスを圧縮する圧縮機本体と、回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記圧縮機本体を回転駆動するモータと、前記圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するガスクーラと、前記ガスクーラによって冷却されたガスを前記モータ室内に導入する導入流路と、前記モータ室内に導入されて前記モータの内部を冷却した圧縮ガスを前記ガスクーラの上流側に戻す戻し流路と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、ガスクーラによって冷却された圧縮ガスが、導入流路を通じてモータ室内に導入され、当該圧縮ガスによってモータ内の回転子及び固定子がモータの内側から冷却される。モータの冷却に使用された圧縮ガスは、戻し流路を通じてガスクーラで冷却される。したがって、冷却媒体として働く圧縮ガスの劣化を抑制しつつ、モータを内側から冷却して、モータ出力及び効率の低下を抑制することができる。

本発明は、上記特徴に加えて次のような特徴を備えることができる。

前記モータ室内に導入された圧縮ガスが、前記回転子と前記固定子との間に形成されるエアギャップを流れるように構成されている。当該構成によれば、モータのエアギャップを流れる圧縮ガスにより、機械損（回転子の回転抵抗）の発生を抑制しながら、回転子及び固定子を効果的に冷却できる。

前記モータ室内に導入された圧縮ガスが、前記モータケーシングの内側部分であって前記固定子に対応する部分に形成された多条溝を流れるように構成されている。当該構成によれば、多条溝を流れる圧縮ガスにより、固定子及びモータケーシングを効果的に冷却できる。

前記多条溝が、螺旋状に形成されている。当該構成によれば、圧縮ガスがモータケーシングの内側部分の周面に沿って螺旋状に流れるので、固定子及びモータケーシングを均一に冷却できる。

前記ガスクーラによって冷却された圧縮ガスが、前記モータの外周部に設けられた冷却ジャケット部の中を流れるように構成されている。当該構成によれば、当該圧縮ガスによってモータが外側から冷却される。

前記圧縮機本体に供給されるオイルが、前記モータの外周部に設けられた冷却ジャケット部の中を流れるように構成されている。当該構成によれば、モータを外側から冷却する効果を高めることができる。

前記モータ室内に導入された圧縮ガスの温度が、前記冷却ジャケット部の中を流れるオイルの温度よりも低いように構成されている。当該構成によれば、冷却ジャケット部の中を流れるオイルの温度を上げること無く、モータを内側から冷却できる。

前記導入流路には、圧縮ガス中に含まれる水分を分離・除去するドレンセパレータが配設されている。当該構成によれば、水分を含まない圧縮ガスがモータの内部を流れることにより、モータへのダメージを低減できる。

前記導入流路には、アンロード運転時に閉止される開閉弁が配設されている。当該構成によれば、モータの負荷が小さいアンロード運転時において、圧縮ガスがモータの内部を流れないことで、モータの動力ロスを低減できる。

前記導入流路には、前記固定子のコイル温度に応じて圧縮ガスの流量を調整する流量調整弁が配設されている。当該構成によれば、適量の圧縮ガスがモータの内部を流れて、需要先への圧縮ガスの供給ロスを低減できる。

前記戻し流路には、前記圧縮機本体から吐出された圧縮ガスが前記モータ室に流れることを防止する逆止弁が配設されている。当該構成によれば、アンロード運転時に、圧縮機本体から吐出される高温の圧縮ガスがモータ室に逆流することを防止できる。

圧縮機は、ガスを圧縮する第１の圧縮機本体と、
中間流路に配設され、前記第１の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラと、
前記インタークーラで冷却された圧縮ガスを圧縮する第２の圧縮機本体と、
吐出流路に配設され、前記第２の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するアフタークーラと、
回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記第１の圧縮機本体を回転駆動する第１のモータと、
回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記第２の圧縮機本体を回転駆動する第２のモータと、
前記アフタークーラによって冷却された圧縮ガスを前記第１のモータのモータ室内および前記第２のモータのモータ室内の少なくとも一方に導入する導入流路と、
前記導入流路が接続されている方の前記モータ室内に導入されて前記モータの内部を冷却した圧縮ガスを前記中間流路の前記インタークーラより上流側に戻す戻し流路とを備える。当該構成によれば、複数の圧縮機本体を１つのモータで駆動する場合と比べて、各モータが小型化され、小型化された各モータでのモータ出力及び効率の低下を抑制できる。

また、別の第１態様によれば、圧縮機は、ガスを圧縮する圧縮機本体と、
回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記圧縮機本体を回転駆動するモータと、
前記圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを前記モータ室内に導入する導入流路と、
前記導入流路に設けられ、前記導入流路を開閉する導入弁と、を備え、
圧縮機のアンロード運転時において、前記導入弁は開放される。

前記構成によれば、アンロード運転時において、外部に放出されていた圧縮ガスをモータの冷却に有効活用することができる。

前記別の第１態様は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。

前記導入流路には、前記モータ室の内部に導入される圧縮ガスを冷却する導入クーラが設けられている。

前記構成によれば、導入クーラで冷却された圧縮ガスがモータ室に導入されるため、モータを効率よく冷却することができる。

別の第２態様によれば、圧縮機は、ガスを圧縮する複数の圧縮機本体と、
前記複数の圧縮機本体毎に設けられ、回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記圧縮機本体を回転駆動するモータと、
少なくとも１つの前記圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを少なくとも１つの前記モータ室内に導入する少なくとも１つの導入流路と、
前記導入流路に設けられ、前記導入流路を開閉する導入弁と、を備え、
圧縮機のアンロード運転時において、前記導入弁は開放され、複数の前記モータ室の内、所定のモータ室の内部に圧縮ガスが導入される。

前記構成によれば、モータが複数設けられている場合、冷却の必要な所定のモータについて冷却することができる。

前記別の第２態様は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。

ガスを圧縮する第１の圧縮機本体と、
中間流路に配設され、前記第１の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラと、
前記インタークーラで冷却された圧縮ガスを圧縮する第２の圧縮機本体と、を備え、
前記導入流路は、前記インタークーラによって冷却された圧縮ガスを前記モータ室に導入する。

前記構成によれば、インタークーラによって冷却された圧縮ガスがモータ室に導入されるため、モータを効率よく冷却することができる。

前記別の第１態様又は前記別の第２態様は、さらに、次のような構成を備えるのが好ましい。

ガスを圧縮する第１の圧縮機本体と、
中間流路に配設され、前記第１の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラと、
前記インタークーラで冷却された圧縮ガスを圧縮する第２の圧縮機本体と、
吐出流路に配設され、前記第２の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するアフタークーラと、
前記モータ室内に導入されて前記モータの内部を冷却した圧縮ガスを前記インタークーラの上流側に戻す戻し流路と、
前記モータ室に接続され、前記モータ室内と機外とを連通し又は閉塞する放気弁と、を備え、
圧縮機のアンロード運転時において、前記放気弁は開放され、前記第２の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスは前記モータ室に導入され、前記モータ室に導入された圧縮ガスは前記モータ室から前記放気弁を介して機外に解放され、
圧縮機のロード運転時において、前記放気弁は閉止され、前記アフタークーラによって冷却された圧縮ガスは前記モータ室に導入され、前記モータ室に導入された圧縮ガスは前記戻し流路を介して前記インタークーラの上流側に戻される。

前記構成によれば、アンロード運転時及びロード運転時の両方において、圧縮ガスをモータ室に導入することによって、モータを冷却することができる。また、ロード運転時においては、モータ室に導入された圧縮ガスをインタークーラの上流側に戻すことによって、圧縮ガスを外部に放出せず、圧縮ガスを有効活用することができる。

別の第３態様によれば、圧縮機は、ガスを圧縮する圧縮機本体と、
回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記圧縮機本体を回転駆動するモータと、
前記圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを前記モータ室内に導入する導入流路と、
前記モータ室内のガスを外部へ放出させるガス放出部と、を備え、
前記導入流路及び前記ガス放出部を介して前記モータ室内のガスが置換される。

前記構成によれば、導入流路及びガス放出部によって、モータ室内のガスを置換し、モータを冷却することができる。

本発明によれば、冷却媒体の劣化を抑制しつつ、モータを内側から冷却して、モータ出力及び効率の低下を抑制できる。

この発明の第１実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 図１に示すスクリュ圧縮機の模式的縦断面図。 この発明の第２実施形態に係るスクリュ圧縮機の模式的縦断面図。 この発明の第３実施形態に係るスクリュ圧縮機の模式的縦断面図。 この発明の第４実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第５実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第６実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第１の変形例に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第２の変形例に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第３の変形例に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第７実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第８実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第９実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第１０実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第１１実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第１２実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。 この発明の第１３実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す概略図。

まず、この発明の第１実施形態に係るスクリュ圧縮機１の全体構成について、図１を参照しながら説明する。

図１は、２段型のスクリュ圧縮機１を示し、低圧側の第１段圧縮機本体２，モータ３，高圧側の第２段圧縮機本体４，インタークーラ５，逆止弁７、アフタークーラ６，吸込流路１１，中間流路１２及び吐出流路１３を備える。例えば、第１段圧縮機本体２のロータ軸２３が、モータ３によって回転駆動されるとともに、第２段圧縮機本体４のロータ軸と同期して回転するように構成されている。

第１段圧縮機本体２の吸込口には、吸込流路１１が接続されている。第１段圧縮機本体２の吐出口と第２段圧縮機本体４の吸込口とを接続する中間流路１２には、インタークーラ５が配設されている。第２段圧縮機本体４の吐出口に接続される吐出流路１３には、逆止弁７及びアフタークーラ６が配設されている。インタークーラ５及びアフタークーラ６は、それぞれ、圧縮ガスを冷却するガスクーラとして働く。吐出流路１３から分岐された導入流路１５が、モータ３のガス導入部３８（図２に図示）等に接続されている。モータ３のガス排出下部３９（図２に図示）等に接続される戻し流路１６が、中間流路１２に接続されている。戻し流路１６を流れる圧縮ガスはモータ３を冷却した後のものであるため、圧縮ガスの温度が高くなっている。戻し流路１６が、中間流路１２において、インタークーラ５よりも上流側に接続されることにより、温度の上昇した圧縮ガスをインタークーラ５で冷却することができる。

次に、図１に示すスクリュ圧縮機１のうち、第１段圧縮機本体２及びモータ３の構成について、図２を参照しながら説明する。

図２に示した第１段圧縮機本体２は、モータ直結タイプのオイルフリースクリュ圧縮機である。第１段圧縮機本体２の本体ケーシング２１が、隔壁ケーシング２４を介して、モータ３のモータケーシング３１に一体的に結合されている。本体ケーシング２１のロータ室内には、雄雌咬合する一対のスクリュロータ２２が回転可能に収容されている。ロータ軸２３の吐出側軸部及び吸込側軸部は、それぞれ、吐出側軸受軸封部２５及び吸込側軸受軸封部２７によって、回転可能に支持されているとともに軸封されている。吐出側軸受軸封部２５が隔壁ケーシング２４に配設され、吸込側軸受軸封部２７が本体ケーシング２１の吸込側に配設されている。本体ケーシング２１の吸込側は、カバー２６によって閉じられている。

一方のスクリュロータ２２のロータ軸２３とモータ３の出力軸３２とは直結している。出力軸３２によりロータ軸２３を介して一方のスクリュロータ２２が回転する。一方のスクリュロータ２２に伝達された回転駆動力は、タイミングギアを介して他方のスクリュロータ２２に伝達される。このようにして、一対のスクリュロータ２２が、非接触状態で同期して回転してガスを圧縮する。

モータ３のモータケーシング３１のモータ室３７内には、回転子３３及び固定子３４が収納されている。モータケーシング３１は、略円筒形状をしており、モータケーシング３１の反負荷側がカバー４２で閉じられている。出力軸３２に対向するように、カバー４２の略中央部には、カバー４２を貫通するガス導入部３８が設けられている。モータケーシング３１の上部には、モータケーシング３１を貫通するガス排出上部４０が設けられている。隔壁ケーシング２４の下部には、隔壁ケーシング２４を貫通するガス排出下部３９が設けられている。

モータケーシング３１の外周部を包囲するように、冷却ジャケット部３６が設けられている。図示しないオイル流路を通じて、冷却ジャケット部３６に対して、オイルが供給される。オイルは、第１段圧縮機本体２及び第２段圧縮機本体４にも供給されるものであり、冷却ジャケット部３６の下側から供給され、冷却ジャケット部３６の上側から排出される。冷却ジャケット部３６を流れるオイルにより、モータケーシング３１が効果的に冷却される。なお、冷却ジャケット部３６だけをオイルで冷却するならば、オイルの温度はあまり上昇しないので、オイルの劣化は少ない。また、モータ室３７内にオイルを導入して冷却する場合と比べてオイルの使用量が少なくなるため、小型のオイルクーラ及びオイルポンプを使用することができる。

モータケーシング３１内に導入された圧縮ガスの温度が、冷却ジャケット部３６の中を流れるオイルの温度よりも低いように構成されている。当該構成によれば、冷却ジャケット部３６の中を流れるオイルの温度を上げること無く、圧縮ガスによってモータ３を内側から冷却できる。

固定子３４は、モータケーシング３１の内側面に取り付けられて、コアとコイル３５とを備える。コイル３５は、断面視で軸方向に延びるとともに、コイル３５の軸方向の両端には、モータケーシング３１の方に突出するコイル端部を備えている。電流がコイル３５に流れることにより固定子３４が発熱するので、固定子３４は発熱部分として働く。固定子３４から発熱した熱は、モータケーシング３１に熱伝導するとともに、エアギャップ４１を介して回転子３３に熱伝達する。

ロータ軸２３から延びる出力軸３２が、回転子３３の軸中心の貫通孔に挿入されて、回転子３３がボルト等によって回転子３３に取り付けられている。したがって、回転子３３が回転すると、出力軸３２に連結されたロータ軸２３を介して、スクリュロータ２２の一方が回転する。

固定子３４と回転子３３との間には、エアギャップ４１が形成されている。エアギャップ４１のサイズは、例えば約１ｍｍである。ガス導入部３８から導入された圧縮ガスが、エアギャップ４１を軸方向に流れることにより、回転子３３及び固定子３４が冷却される。したがって、エアギャップ４１は、冷却用の圧縮ガスが流れるガス通路として働く。

モータケーシング３１の内側部分であって固定子３４に対応する部分には、螺旋多条溝４３が形成されている。螺旋多条溝４３は、複数の溝部が軸方向に螺旋状に延びている。ガス導入部３８から導入された圧縮ガスが、螺旋多条溝４３の中をモータケーシング３１の内側部分の周面に沿って螺旋状に流れるので、固定子３４及びモータケーシング３１を均一に冷却できる。したがって、螺旋多条溝４３は、同様に、ガス通路として働く。

また、ガス導入部３８から螺旋多条溝４３に向けて圧縮ガスが流れる過程で、圧縮ガスによってコイル３５のコイル端部の反負荷側が冷却される。また、螺旋多条溝４３からガス排出下部３９及びガス排出上部４０に向けて圧縮ガスが流れる過程で、圧縮ガスによってコイル３５のコイル端部の負荷側が冷却される。従来は、冷却するのが困難であったコイル３５のコイル端部が、螺旋多条溝４３に係る圧縮ガスによって効果的に冷却される。

エアギャップ４１及び螺旋多条溝４３を流れた圧縮ガスは、ガス排出下部３９及びガス排出上部４０を通じて排出される。モータ室３７の底部にガス排出下部３９を備えることにより、運転停止で冷えることによって発生したドレンが、運転再開で圧縮ガスと共に排出されるので、モータ室３７の内部にドレンが溜まりにくくなる。

固定子３４のコイル３５には、コイル温度を測定する温度センサ４９が取り付けられている。温度センサ４９は、例えば、後述するように、導入流路１５に配設された流量調整弁５４を制御するときに使用される。

このような圧縮ガスによる冷却構造によれば、スクリュ圧縮機１の運転が開始されると、アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスが、ガス導入部３８を通じて、モータ室３７内に導入される。モータ室３７内では、圧縮ガスが、エアギャップ４１を軸方向に流れるとともに、螺旋多条溝４３の中をモータケーシング３１の内側部分の周面に沿って螺旋状に流れる。エアギャップ４１及び螺旋多条溝４３を流れる圧縮ガスによって、モータ３内の回転子３３及び固定子３４がモータ３の内側から冷却される。モータ３の冷却に使用された圧縮ガスは、戻し流路１６を通じて、中間流路１２に戻されて、インタークーラ５で冷却される。したがって、冷却媒体として働く圧縮ガスの劣化を抑制しつつ、モータ３を内側から冷却して、モータ出力及び効率の低下を抑制することができる。

次に、この発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機１について、図３を参照しながら説明する。なお、この第２実施形態において、上記第１実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第２実施形態では、モータケーシング３１の内側部分であって固定子３４に対応する部分には、直線多条溝４４が形成されている。直線多条溝４４は、複数の溝部が軸方向に直線状に延びている。ガス導入部３８から導入された圧縮ガスが、直線多条溝４４の中をモータケーシング３１の内側部分の周面に沿って軸方向に流れるので、固定子３４及びモータケーシング３１を均一に冷却できる。したがって、直線多条溝４４はガス通路として働く。

このような圧縮ガスによる冷却構造によれば、スクリュ圧縮機１の運転が開始されると、アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスが、ガス導入部３８を通じて、モータ室３７内に導入される。モータ室３７内では、圧縮ガスが、エアギャップ４１を軸方向に流れるとともに、直線多条溝４４の中をモータケーシング３１の内側部分の周面に沿って軸方向に流れる。エアギャップ４１及び直線多条溝４４を流れる圧縮ガスによって、モータ３内の回転子３３及び固定子３４がモータ３の内側から冷却される。モータ３の冷却に使用された圧縮ガスは、戻し流路１６を通じて、中間流路１２に戻されて、インタークーラ５で冷却される。したがって、冷却媒体として働く圧縮ガスの劣化を抑制しつつ、モータ３を内側から冷却して、モータ出力及び効率の低下を抑制することができる。

この発明の第３実施形態のスクリュ圧縮機１について、図４を参照しながら説明する。なお、この第３実施形態において、上記第１実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第３実施形態では、モータケーシング３１の外周部に配設された冷却ジャケット部３６に対して、アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスが供給される。圧縮ガスは、冷却ジャケット部３６の上側のジャケット導入部４６から導入され、冷却ジャケット部３６の下側のジャケット排出部４７から排出される。冷却ジャケット部３６を流れる圧縮ガスにより、モータケーシング３１が冷却される。なお、運転停止で冷えることによって発生したドレンが、運転再開で圧縮ガスと共に排出されるので、冷却ジャケット部３６の内部にドレンが溜まりにくくなる。

このような圧縮ガスによる冷却構造によれば、アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスが、ガス導入部３８を通じて、モータ室３７内に導入されて、モータ３内の回転子３３及び固定子３４がモータ３の内側から冷却される。それとともに、アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスが、ジャケット導入部４６を通じて、冷却ジャケット部３６内に導入されて、モータ３が外側から冷却される。したがって、冷却された圧縮ガスがモータ３を内側及び外側から冷却して、モータ出力及び効率の低下を抑制することができる。

この発明の第４実施形態のスクリュ圧縮機１について、図５を参照しながら説明する。なお、この第４実施形態において、上記第１実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第４実施形態では、図５に示すように、ドレンセパレータ５１が導入流路１５に配設されている。ドレンセパレータ５１は、圧縮ガス中に含まれる水分を分離・除去する。当該構成によれば、水分を含まない圧縮ガスがモータ３内を流れることにより、モータ３へのダメージを低減できる。

この発明の第５実施形態のスクリュ圧縮機１について、図６を参照しながら説明する。なお、この第５実施形態において、上記第１実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第５実施形態では、図６に示すように、開閉弁５２が、導入流路１５に配設されている。開閉弁５２は、図示しない制御部によって電磁的に開閉されて、アンロード運転時には閉止される。当該構成によれば、モータの負荷が小さいアンロード運転時において、圧縮ガスがモータ３内を経由して中間流路へ流れないことで、モータ３の動力ロスを低減できる。また、アンロード運転時に、第１段圧縮機本体２から吐出される高温のガスがモータ室３７に逆流することを防止するために、逆止弁５３が戻し流路１６に設けられている。なお、逆止弁５３の代わりに、図示しない制御部によって開閉弁５２よりも先にあるいは開閉弁５２と同時に閉じられる開閉弁を用いることもできる。

この発明の第６実施形態のスクリュ圧縮機１について、図７を参照しながら説明する。なお、この第６実施形態において、上記第１実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第６実施形態では、図７に示すように、流量調整弁５４が導入流路１５に配設されている。流量調整弁５４は、温度センサ４９によって測定された固定子３４のコイル温度に応じて、圧縮ガスの流量を調整する。固定子３４のコイル温度が高くなると、流量調整弁５４が開弁する方向に制御され、圧縮ガスの流量が増加して、モータ３内を冷却する。流量調整弁５４は、流路面積を変えることのできるオリフィス、ニードル弁である。当該構成によれば、適量の圧縮ガスがモータ３の内部を流れて、需要先への圧縮ガスの供給ロスを低減できる。

なお、この発明は、上述した各実施形態の具体的な構成や数字に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した内容を逸脱しない範囲で考えられる各種の変形例を含むことができる。

この発明は、シール及び冷却を目的として、スクリュロータ２２でガスを圧縮するロータ室に対してオイルを供給する油冷式のスクリュ圧縮機にも適用できる。また、この発明は、スクリュ圧縮機１として２段型のものを例示したが、１つだけの圧縮機本体を備える単段型のもの、３つ以上の圧縮機本体を備える多段型のものにも適用できる。

上述した各実施形態では、第１段圧縮機本体２および第２段圧縮機本体４のロータ軸を連結して、１つのモータ３で両圧縮機本体２，４を同期して駆動する２段型のスクリュ圧縮機１を例示した。この発明は、上記実施形態に限らず、図８に示す第１の変形例のように、第１段圧縮機本体２のロータ軸と第２段圧縮機本体４のロータ軸とを２つのピニオンギヤと１つのブルギヤを介して１つのモータ３に接続して、１つのモータ３で両圧縮機本体２，４を同期して駆動する２段型のスクリュ圧縮機１にも適用できる。また、図９に示す第２の変形例のように、複数の圧縮機本体が流体的に直列に接続され、圧縮機本体毎に設けられたモータ３（すなわち、第１のモータ３ａ，第２のモータ３ｂ）で駆動する多段型のスクリュ圧縮機１にも適用できる。圧縮機本体毎にモータを設ける多段型のスクリュ圧縮機は、複数の圧縮機本体を１つのモータで駆動する場合と比べて、各モータが小型化されるため、この発明を一層好適に適用できる。

上述した各実施形態では、スクリュ圧縮機１に対してドレンセパレータ５１、開閉弁５２、逆止弁５３および流量調整弁５４がそれぞれ単独で設けられているが、図８に示す第１の変形例のように、および図１０に示す第３の変形例のように、それらの２つ以上を組合わせて設けてもよい。

図９および図１０のそれぞれに示されるように、スクリュ圧縮機１は、ガスを圧縮する第１の圧縮機本体２と、中間流路１２に配設され、第１段圧縮機本体（第１の圧縮機本体）２によって圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラ５と、インタークーラ５で冷却された圧縮ガスを圧縮する第２段圧縮機本体（第２の圧縮機本体）４と、吐出流路１３に配設され、第２の圧縮機本体４によって圧縮された圧縮ガスを冷却するアフタークーラ６と、回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、第１段圧縮機本体（第１の圧縮機本体）２を回転駆動する第１のモータ３ａと、回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、第２段圧縮機本体（第２の圧縮機本体）４を回転駆動する第２のモータ３ｂと、アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスを第１のモータ３ａのモータ室内および第２のモータ３ｂのモータ室内の少なくとも一方に導入する導入流路１５と、導入流路１５が接続されている方のモータ室内に導入されてモータの内部を冷却した圧縮ガスを中間流路１２のインタークーラ５より上流側に戻す戻し流路１６とを備える。

上述した各実施形態では、戻し流路１６は、圧縮ロスを低減するため、中間流路１２に接続されているが、吸込流路１１に接続してもよい。戻し流路１６は、中間流路１２上にインタークーラ５が配設されている場合、該インタークーラ５の上流側に接続されることが好ましい。単段型のスクリュ圧縮機１では、戻し流路１６が吸込流路１１に接続される。３つ以上の多段型のスクリュ圧縮機１では、戻し流路１６が、最終段圧縮機本体の手前に位置する中間流路１２上に接続され、当該中間流路１２上にインタークーラ５が配設されている場合、該インタークーラ５の上流側に接続される。

この発明の第７実施形態のスクリュ圧縮機１について、図１１を参照しながら説明する。なお、この第７実施形態において、上記第１実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第７実施形態では、図１１に示すように、導入流路１５に導入弁５５が配設されている。導入弁５５は電磁弁であり、圧縮機のアンロード運転時において開放される。また、吸込流路１１には、吸込調整弁１１ａが配設されており、圧縮機のアンロード運転時においては閉止される。また、モータ３のモータ室には、モータ室内のガスをモータ室の外部に放出するガス放出部６１が設けられる。ガス放出部６１は、例えば第１実施形態のガス排出下部３９およびガス排出上部４０の何れかに対応する。ガス放出部６１は、そこから放出されたガスをさらに機外（大気）に解放する構成としてもよく、また、そこから放出されたガスを圧縮機の流路に戻す構成としてもよい。

上記構成によれば、圧縮機のアンロード運転時において、導入弁５５は開放されるので、これまで活用されていなかった圧縮ガスをモータ３の冷却に有効活用することができる。そして、導入流路１５及びガス放出部６１によって、モータ室内のガスを置換し、モータ３を冷却することができる。なお、本実施形態において、導入弁５５を削除し、モータ室内とガス放出部６１を介して機外とを連通し又は閉塞する放気弁（不図示）を設けてもよい。これによっても、導入流路１５を介して、常時圧縮ガスをモータ室内に導入し、圧縮機のアンロード運転時において、放気弁を開放して、モータ室内のガスをガス放出部６１からモータ室の外部へ放出させることができる。

この発明の第８実施形態のスクリュ圧縮機１について、図１２を参照しながら説明する。なお、この第８実施形態において、上記第７実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第８実施形態では、図１２に示すように、導入流路１５に導入クーラ８１が配設されている。

上記構成によれば、導入流路１５には、モータ室の内部に導入される圧縮ガスを冷却する導入クーラ８１が設けられているので、導入クーラ８１で冷却された圧縮ガスがモータ室に導入されるため、モータ３を効率よく冷却することができる。なお、本実施形態では、導入クーラ８１は、導入弁５５の下流側に設けられているが、導入弁５５の上流側に設けられてもよい。

この発明の第９実施形態のスクリュ圧縮機１について、図１３を参照しながら説明する。なお、この第９実施形態において、上記第７実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第９実施形態では、図１３に示すように、モータ３（３ａ，３ｂ）は、圧縮機本体２，４毎に設けられており、モータ３ａへの導入流路１５には、導入弁５５（５５ａ）が設けられ、モータ３ｂへの導入流路１５には、導入弁５５（５５ｂ）が設けられている。そして、圧縮機のアンロード運転時において、導入弁５５ａ及び導入弁５５ｂの少なくとも１つが開放され、複数のモータ室の内、所定のモータ室の内部に圧縮ガスが導入される。すなわち、モータ３ａのモータ室に圧縮ガスを導入する場合、導入弁５５ａが開放され、モータ３ｂのモータ室に圧縮ガスを導入する場合、導入弁５５ｂが開放される。

上記構成によれば、圧縮機のアンロード運転時において、導入弁５５ａ及び導入弁５５ｂの少なくとも１つが開放され、複数のモータ室の内、所定のモータ室の内部に圧縮ガスが導入されるので、冷却の必要な所定のモータについて冷却することができる。なお、本実施形態では、モータ３は２体（モータ３ａ，３ｂ）設けられているが、圧縮機本体が３体以上設けられ、それぞれの圧縮機に対してモータが設けられて、モータが３体以上設けられてもよい。この場合、導入弁もモータに対応する数だけ設けることが望ましい。しかしながら、本発明はそれに限らず、１つの導入弁を２以上のモータに対応させて設けてもよい。

この発明の第１０実施形態のスクリュ圧縮機１について、図１４を参照しながら説明する。なお、この第１０実施形態において、上記第７実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第１０実施形態では、図１４に示すように、第１の圧縮機本体２によって圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラ５が中間流路１２に設けられ、第２の圧縮機本体４は、インタークーラ５によって冷却された圧縮ガスをさらに圧縮して吐出流路１３に吐出する。そして、導入流路１５は、インタークーラ５下流側の中間流路１２とモータ室とに接続されている。これにより、導入流路１５は、インタークーラ５によって冷却された圧縮ガスをモータ室に導入するようになっている。

上記構成によれば、インタークーラ５によって冷却された圧縮ガスがモータ室に導入されるため、モータ３ａを効率よく冷却することができる。なお、本実施形態では、圧縮ガスはモータ３ａのみを冷却するようになっているが、破線で示されるように、圧縮ガスはモータ３ｂのみを冷却するようになっていてもよい。また、圧縮ガスはモータ３ａ及びモータ３ｂの両方を冷却するようになっていてもよい。ここで、図１４においてはモータ３ｂのガス放出部６１は必要に応じて設けられるものであるため、図示を省略している（図１５も同様）。

この発明の第１１実施形態のスクリュ圧縮機１について、図１５を参照しながら説明する。なお、この第１１実施形態において、上記第７実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第１１実施形態では、図１５に示すように、アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスをモータ室に導入する導入流路１７が設けられている。導入流路１７には、導入弁５６が配設されている。導入弁５６は電磁弁であり、圧縮機のロード運転時において開放される。また、モータ３ａのモータ室には、モータ室内のガスをモータ室の外部に放出するための放気弁５７が接続される。さらに、モータ３ａのモータ室内のガスをインタークーラ５の上流側の中間流路１２に戻す戻し流路１６が設けられ、戻し流路１６には、インタークーラ５の上流側からモータ３ａのモータ室にガスが流れることを禁止する逆止弁５８が設けられる。

圧縮機のアンロード運転時において、導入弁５５及び放気弁５７は開放され、圧縮機本体４によって圧縮された圧縮ガスは、導入流路１５を介して、モータ３ａのモータ室に導入される。モータ室に導入された圧縮ガスは、モータ室から放気弁５７を介して機外（大気）に解放される。また、圧縮機のロード運転時において、導入弁５６は開放され、導入弁５５及び放気弁５７は閉止される。アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスは、導入流路１７を介して、モータ３ａのモータ室に導入され、モータ室に導入された圧縮ガスは、戻し流路１６を介して、インタークーラ５の上流側に戻される。

上記構成によれば、アンロード運転時及びロード運転時の両方において、圧縮ガスをモータ室に導入することによって、モータ３ａを冷却することができる。また、ロード運転時においては、モータ室に導入された圧縮ガスをインタークーラ５の上流側に戻すことによって、圧縮ガスを機外（大気）に解放せず、圧縮ガスを有効活用することができる。なお、本実施形態では、圧縮ガスはモータ３ａのみを冷却するようになっているが、破線で示されるように、圧縮ガスはモータ３ｂのみを冷却するようになっていてもよい。また、圧縮ガスはモータ３ａ及びモータ３ｂの両方を冷却するようになっていてもよい。また、本実施形態では、戻し流路１６に接続されたガス放出部６１とは別のガス放出路６１に放気弁５７が接続されているが、本発明ではこれに限らず、モータ３ｂ側に破線で示されるように、戻し流路１６に接続されたガス放出部６１に放気弁５７が接続されていてもよい。この場合、逆止弁５８より上流側の戻し流路１６に放気弁５７を接続すればよい。

なお、第１１実施形態は、図１６に示す第１２実施形態のように、第１段圧縮機本体２のロータ軸と第２段圧縮機本体４のロータ軸とを２つのピニオンギヤと１つのブルギヤを介して１つのモータ３に接続して、１つのモータ３で両圧縮機本体２，４を同期して駆動する２段型のスクリュ圧縮機１にも適用できる。

この発明の第１３実施形態のスクリュ圧縮機１について、図１７を参照しながら説明する。なお、この第１３実施形態において、上記第１１実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

第１３実施形態では、図１７に示すように、導入流路１５，１７の合流部には導入弁５９として三方弁が設けられ、戻し流路１６には、ロード時においてモータ室内の圧縮ガスをインタークーラ５の上流側に戻す戻し弁６０として三方弁が設けられる。三方弁である導入弁５９は、圧縮機のアンロード運転時において、第２の圧縮機本体４によって圧縮された圧縮ガスをモータ３のモータ室に導入し、圧縮機のロード運転時において、アフタークーラ６によって冷却された圧縮ガスをモータ３のモータ室に導入するように作動する。三方弁である戻し弁６０は、圧縮機のアンロード運転時において、モータ３のモータ室に導入された圧縮ガスを機外（大気）に解放し、圧縮機のロード運転時において、モータ３のモータ室に導入された圧縮ガスをインタークーラ５の上流側に戻すように作動する。なお、破線で示すように、戻し弁６０より下流側の戻し流路１６に逆止弁５８を設けてもよい。

上記構成によれば、導入流路１５，１７に複数の弁を設ける必要がなくなり、また、戻し流路１６をモータ室に導入された圧縮ガスを外部に放出する流路として兼用することができる。その結果、圧縮機の構成を簡素化することができる。

なお、上述した各実施形態では、圧縮ガスがモータ３の反負荷側から負荷側に向けて流れるように構成されているが、圧縮ガスがモータ３の負荷側から反負荷側に向けて流れるように構成することもできる。

１：スクリュ圧縮機（圧縮機）
２：第１段圧縮機本体（第１の圧縮機本体）
３：モータ
３ａ：第１のモータ（モータ）
３ｂ：第２のモータ（モータ）
４：第２段圧縮機本体（第２の圧縮機本体）
５：インタークーラ（ガスクーラ）
６：アフタークーラ（ガスクーラ）
７：逆止弁
１１：吸込流路
１１ａ：吸込調整弁
１２：中間流路
１３：吐出流路
１５：導入流路
１６：戻し流路
１７：導入流路
２１：本体ケーシング
２２：スクリュロータ
２３：ロータ軸
２４：隔壁ケーシング
２５：吐出側軸受軸封部
２６：カバー
２７：吸込側軸受軸封部
３１：モータケーシング
３２：出力軸
３３：回転子
３４：固定子
３５：コイル
３６：冷却ジャケット部
３７：モータ室
３８：ガス導入部
３９：ガス排出下部
４０：ガス排出上部
４１：エアギャップ
４２：カバー
４３：螺旋多条溝
４４：直線多条溝
４６：ジャケット導入部
４７：ジャケット排出部
４９：温度センサ
５１：ドレンセパレータ
５２：開閉弁
５３：逆止弁
５４：流量調整弁
５５：導入弁
５６：導入弁
５７：放気弁
５８：逆止弁
５９：導入弁
６０：戻し弁
６１：ガス放出部

Claims (4)

1. ガスを圧縮する第１の圧縮機本体と、
   中間流路に配設され、前記第１の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラと、
   前記インタークーラで冷却された圧縮ガスを圧縮する第２の圧縮機本体と、
   吐出流路に配設され、前記第２の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するアフタークーラと、
   回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記第１の圧縮機本体を回転駆動する第１のモータと、
   回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記第２の圧縮機本体を回転駆動する第２のモータと、
   前記アフタークーラによって冷却された圧縮ガスを前記第１のモータのモータ室内および前記第２のモータのモータ室内の少なくとも一方に導入する導入流路と、
   前記導入流路が接続されている方の前記モータ室内に導入されて前記モータの内部を冷却した圧縮ガスを前記中間流路の前記インタークーラより上流側に戻す戻し流路と、
   前記モータ室内の圧縮ガスを前記モータ室の外部へ放出して機外である大気へ解放するガス放出部と、を備える、圧縮機の運転方法であって、
   圧縮機のアンロード運転時において、前記導入流路を介して圧縮ガスを前記モータ室に導入し、かつ、前記ガス放出部を介して前記モータ室から圧縮ガスを大気へ放出することで前記モータ室内のガスが置換され、
   圧縮機のロード運転時において、前記モータ室内に導入され、前記モータ室に導入された圧縮ガスは前記戻し流路を介して前記インタークーラの上流側に戻される、圧縮機の運転方法。
2. ガスを圧縮する第１の圧縮機本体と、
   中間流路に配設され、前記第１の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するインタークーラと、
   前記インタークーラで冷却された圧縮ガスを圧縮する第２の圧縮機本体と、
   吐出流路に配設され、前記第２の圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを冷却するアフタークーラと、
   回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記第１の圧縮機本体を回転駆動する第１のモータと、
   回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記第２の圧縮機本体を回転駆動する第２のモータと、
   前記アフタークーラによって冷却された圧縮ガスを前記第１のモータのモータ室内および前記第２のモータのモータ室内の少なくとも一方に導入する導入流路と、
   前記導入流路が接続されている方の前記モータ室内に導入されて前記モータの内部を冷却した圧縮ガスを前記中間流路の前記インタークーラより上流側に戻す戻し流路と、
   前記モータ室内の圧縮ガスを前記モータ室の外部へ放出して機外である大気へ解放するガス放出部と、を備える、圧縮機であって、
   圧縮機のアンロード運転時において、前記導入流路を介して圧縮ガスを前記モータ室に導入し、かつ、前記ガス放出部を介して前記モータ室から圧縮ガスを大気へ放出することで前記モータ室内のガスが置換され、
   圧縮機のロード運転時において、前記モータ室内に導入され、前記モータ室に導入された圧縮ガスは前記戻し流路を介して前記インタークーラの上流側に戻される、圧縮機。
3. ガスを圧縮する圧縮機本体と、
   回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記圧縮機本体を回転駆動するモータと、
   前記圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを前記モータ室内に導入する導入流路と、
   前記モータ室内に導入された圧縮ガスを前記ガスクーラの上流側に戻す戻し流路と、
   前記モータ室内のガスを前記モータ室の外部へ放出して機外である大気へ解放するガス放出部と、を備えた圧縮機の運転方法であって、
   圧縮機のアンロード運転時において、前記導入流路を介して圧縮ガスを前記モータ室に導入し、かつ、前記ガス放出部を介して前記モータ室から圧縮ガスを大気へ放出することで前記モータ室内のガスが置換され、
   圧縮機のロード運転時において、前記モータ室内に導入され、前記モータ室に導入された圧縮ガスは前記戻し流路を介して前記ガスクーラの上流側に戻される、
   圧縮機の運転方法。
4. ガスを圧縮する圧縮機本体と、
   回転子及び固定子がモータケーシングのモータ室内に収容されて、前記圧縮機本体を回転駆動するモータと、
   前記圧縮機本体によって圧縮された圧縮ガスを前記モータ室内に導入する導入流路と、
   前記モータ室内に導入された圧縮ガスを前記ガスクーラの上流側に戻す戻し流路と、
   前記モータ室内のガスを前記モータ室の外部へ放出して機外である大気へ解放するガス放出部と、を備えた圧縮機であって、
   圧縮機のアンロード運転時において、前記導入流路を介して圧縮ガスを前記モータ室に導入し、かつ、前記ガス放出部を介して前記モータ室から圧縮ガスを大気へ放出することで前記モータ室内のガスが置換され、
   圧縮機のロード運転時において、前記モータ室内に導入され、前記モータ室に導入された圧縮ガスは前記戻し流路を介して前記ガスクーラの上流側に戻される、圧縮機。

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