WO2016136038A1 - 圧縮機システム - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a compressor system.
  • This application claims priority in Japanese Patent Application No. 2015-032803 for which it applied on February 23, 2015, and uses the content here.
  • a compressor system in which a motor and a compressor are integrated includes a compressor that compresses a gas such as air or gas, and a motor that drives the compressor.
  • a rotating shaft extending from the casing of the compressor and a rotating shaft of a motor extending similarly from the motor casing are connected.
  • the rotation of the motor is transmitted to the compressor.
  • the rotating shafts of the motor and the compressor are stably rotated by being supported by a plurality of bearings.
  • Such a compressor system is, for example, a subsea production system such as Non-Patent Document 1 (Subsea Production System) or a floating production oil storage facility such as Non-Patent Document 2 (Floating Production Storage and Offloading, FPSO). used.
  • a subsea production system such as Non-Patent Document 1 (Subsea Production System) or a floating production oil storage facility such as Non-Patent Document 2 (Floating Production Storage and Offloading, FPSO).
  • a subsea production system such as Non-Patent Document 1 (Subsea Production System) or a floating production oil storage facility such as Non-Patent Document 2 (Floating Production Storage and Offloading, FPSO).
  • FPSO Floating Production Storage and Offloading
  • This invention provides the compressor system which can suppress that the space
  • a compressor system compresses a working fluid by rotating with a rotor having a rotor that rotates about an axis, a stator that is disposed on an outer peripheral side of the rotor, and the rotor.
  • a compressor having an impeller and a housing that covers the impeller from the outer peripheral side; and a fluid that flows through a gap in the stator or between the stator and the rotor, and between the fluid and the housing. And a heat exchange flow path that enables heat exchange.
  • the temperature of the fluid flowing in the stator or in the gap between the stator and the rotor rises by cooling the stator and the rotor.
  • the housing can be efficiently and quickly heated by causing the fluid whose temperature has risen to exchange heat with the housing through the heat exchange channel.
  • the housing can be warmed quickly in accordance with the temperature change of the impeller at the time of start and stop. Thereby, the shift
  • the compressor system 10 includes a compressor 2, a motor 3, a bearing portion 4, a casing 5, a heat exchange flow path 600, and a flow rate adjustment portion 7.
  • the compressor 2 includes a shaft 21 that extends in the axis O direction (left and right direction in FIG. 1) as a rotation axis.
  • the motor 3 has a rotor 31 that is directly connected to the shaft 21.
  • the bearing portion 4 supports the shaft 21.
  • the casing 5 accommodates the motor 3 and the compressor 2.
  • the heat exchange channel 600 heats the housing 23 of the compressor 2 by exchanging heat with the fluid flowing through the inside.
  • the flow rate adjusting unit 7 adjusts the flow rate of the fluid flowing through the heat exchange flow path 600.
  • the compressor 2 is accommodated in the casing 5.
  • the compressor 2 compresses the working fluid by rotating the shaft 21 around the axis O together with the rotor 31.
  • the compressor 2 of this embodiment includes a shaft 21, an impeller 22, and a housing 23.
  • the shaft 21 extends in the direction of the axis O.
  • the impeller 22 is fixed to the outer peripheral surface of the shaft 21 and rotates with the rotor 31 to compress the working fluid.
  • the housing 23 covers the impeller 22 from the outside.
  • the shaft 21 is a rotating shaft extending in the direction of the axis O.
  • the shaft 21 is supported by the casing 5 so as to be rotatable around the axis O.
  • the shaft 21 penetrates the housing 23 in the direction of the axis O.
  • the shaft 21 extends from the housing 23 at both ends.
  • the shaft 21 extends in the direction of the axis O in the casing 5 described later.
  • the impeller 22 rotates together with the shaft 21 and compresses the working fluid passing through the impeller 22 to generate a compressed fluid.
  • a plurality of impellers 22 are fixed to the outer peripheral surface of the shaft 21 side by side in the direction of the axis O.
  • the housing 23 is an exterior of the compressor 2.
  • the housing 23 accommodates the impeller 22 therein.
  • the housing 23 is accommodated in the casing 5.
  • the housing 23 is provided with a plurality of internal spaces 23a that repeat the contraction and expansion.
  • the impellers 22 are accommodated in the internal spaces 23a.
  • the impeller 22 is disposed at a predetermined interval with respect to the housing 23.
  • the housing 23 has an impeller 22 disposed on the upstream side (right side in FIG. 1) on one side in the axis O direction and the impeller 22 adjacent to the downstream side (left side in FIG. 1) on the other side in the axis O direction.
  • a flow path (not shown) through which the working fluid flows is formed.
  • the motor 3 is accommodated in the casing 5 with an interval in the direction of the axis O with respect to the compressor 2.
  • the motor 3 has a rotor 31 and a stator 32.
  • the rotor 31 is fixed so as to be integrated with the shaft 21.
  • the stator 32 is disposed on the outer peripheral side of the rotor 31.
  • the rotor 31 is integrated with the shaft 21 so as to be rotatable around the axis O.
  • the rotor 31 is directly connected to the outer peripheral side of the shaft 21, which is the outer side in the circumferential direction with respect to the axis O, so as to rotate integrally with the shaft 21 of the compressor 2 without using a gear or the like.
  • the rotor 31 has, for example, a rotor core (not shown) through which an induced current flows when the stator 32 generates a rotating magnetic field.
  • the bearing part 4 is accommodated in the casing 5, and supports the shaft 21 rotatably.
  • the bearing portion 4 of this embodiment includes a plurality of journal bearings 41 and thrust bearings 42.
  • the secondary cooling medium when the compressor system 10 is used in a seabed production system and is provided on the seabed, surrounding seawater is preferably used. By using the surrounding seawater, there is no need to newly prepare a secondary cooling medium for the heat exchanger 601. That is, the fluid can be cooled to a temperature at which the motor 3 can be sufficiently cooled only by exchanging heat with the seawater at low temperature on the seabed.
  • the introduction channel 602 introduces fluid from the heat exchanger 601 into the stator 32 on the upstream side in the direction of the axis O.
  • the introduction flow path 602 is a pipe connected from the heat exchanger 601 to the inside of the stator 32 on the upstream side of the stator 32 in the axis O direction.
  • the introduction channel 602 is provided with a pump 601a that pumps fluid in the middle.
  • the valve unit 72 switches the flow state of the fluid flowing through the first connection channel 604.
  • the valve part 72 of the present embodiment is an electromagnetic valve that closes so as to restrict the first connection channel 604 by receiving a signal from the control part 73.
  • the fluid cooled by the heat exchanger 601 is introduced into the stator 32 through the introduction flow path 602 and flows through the stator internal flow path 603. Thereby, the part near the rotor 31 of the stator 32 is cooled. Therefore, the rotor 31 and the stator 32 heated by the heat generated between the rotor 31 and the stator 32 can be cooled.
  • the fluid sufficiently cooled by the heat exchanger 601 is circulated through the stator internal flow path 603. Therefore, a fluid capable of cooling the rotor 31 and the stator 32 with high accuracy over the direction of the axis O can be circulated inside the stator 32. Therefore, when the rotor 31 rotates, the rotor 31 and the stator 32 heated by the heat generated between the rotor 31 and the stator 32 can be efficiently cooled in the direction of the axis O. Thereby, it can suppress that the area
  • the middle stage bleed introduction passage 622 bleeds the compressed fluid compressed by the impeller 22 from the middle stage of the compressor 2 and supplies it to the upstream side of the gap 33 in the direction of the axis O.
  • the middle stage bleed introduction passage 622 of the present embodiment is a pipe connected from the middle stage of the compressor 2 to the upstream side in the direction of the axis O of the motor 3 inside the casing 5.
  • the middle stage bleed introduction flow path 622 is connected to the upstream side in the axis O direction from the rotor 31 and the stator 32 inside the casing 5. That is, the middle extraction air introduction channel 622 supplies the compressed fluid from the upstream side in the direction of the axis O to the gap 33.
  • a valve portion 72 is provided in a portion located outside the casing 5 in the middle extraction air introduction flow path 622.
  • the second housing flow path 625 is disposed inside the housing 23 to allow fluid to flow inside the housing 23.
  • the second housing flow path 625 is connected to the second connection flow path 624 and allows the compressed fluid to flow from the upstream side toward the downstream side in the direction of the axis O.
  • the second housing flow path 625 is a pipe extending in the axis O direction on the outer side in the radial direction than the internal space 23 a in which the impeller 22 inside the housing 23 is disposed.
  • the second housing channel 625 is connected to the second connecting channel 624 at the upstream end in the axis O direction.
  • the compressed fluid which is the working fluid compressed by the impeller 22, is extracted from the middle stage of the compressor 2 through the middle stage extraction air introduction channel 622. Thereafter, the compressed fluid is supplied to the upstream side of the gap 33 in the direction of the axis O. Therefore, the compressed fluid flows through the gap 33 from the upstream side in the axis O direction toward the downstream side, and the periphery of the gap 33 is cooled over the axis O direction. Thereby, the rotor 31 and the stator 32 heated by the heat generated by the rotation of the rotor 31 can be cooled.

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Abstract

　圧縮機システム（１０）は、軸線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。

Description

圧縮機システム
　本発明は、圧縮機システムに関する。
　本願は、２０１５年２月２３日に出願された特願２０１５－０３２８０３号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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ている。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、海底に設置される。圧縮機システムは、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。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、接触してしまう可能性がある。
　本発明は、インペラとハウジングとの間隔が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。
　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。
　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る。これにより、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。
　本発明の第二の態様に係る圧縮機システムでは、第一の態様において、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。
　このような構成によれば、インペラで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ができる。その結果、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。
　本発明の第三の態様に係る圧縮機システムでは、第一または第二の態様において、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。
　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。
　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る。その結果、インペラとハウジングとの間隔が狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。
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。 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。 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。 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。
＜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。
　圧縮機システム１０は、図１に示すように、圧縮機２と、モータ３と、軸受部４と、ケーシング５と、熱交換流路６００と、流量調整部７とを備えている。圧縮機２は、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。モータ３は、シャフト２１に直接的に接続されるロータ３１を有する。
軸受部４は、シャフト２１を支持している。ケーシング５は、モータ３と圧縮機２とを収容している。熱交換流路６００は、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。流量調整部７は、熱交換流路６００を流通する流体の流量を調整する。
　圧縮機２は、ケーシング５内に収容されている。圧縮機２は、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、シャフト２１と、インペラ２２と、ハウジング２３とを有している。シャフト２１は、軸線Ｏ方向に延在している。インペラ２２は、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。ハウジング２３は、インペラ２２を外側から覆っている。
　シャフト２１は、軸線Ｏ方向に延在する回転軸である。シャフト２１は、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方向に貫通している。シャフト２１は、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。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。
　ハウジング２３は、圧縮機２の外装である。ハウジング２３は、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。
　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、ロータ３１と、ステータ３２とを有している。ロータ３１は、シャフト２１と一体をなすように固定されている。ステータ３２は、ロータ３１の外周側に配置されている。
　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。
　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。
　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。
　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。
　第一実施形態の熱交換流路６００は、熱交換器６０１と、導入流路６０２と、ステータ内部流路６０３と、第一連結流路６０４と、第一ハウジング流路６０５と、第一排出流路６０６と、を有している。熱交換器６０１は、ハウジング２３内部を流通した後の流体を冷却する。導入流路６０２は、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。ステータ内部流路６０３は、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。第一連結流路６０４は、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。第一ハウジング流路６０５は、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。第一排出流路６０６は、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。
　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。
　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必要が無い。つまり、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。
　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。加えて、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　本実施形態の流量調整部７は、温度測定部７１と、弁部７２と、制御部７３とを有している。温度測定部７１は、第一排出流路６０６を流通した流体の温度を測定する。弁部７２は、第一連結流路６０４の途中に設けられている。制御部７３は、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。
　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。
　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。
　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。
　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とが接触する可能性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とが接触する可能性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。
　本実施形態の制御部７３は、入力部７３１と、判定部７３２と、出力部７３３とを有している。入力部７３１は、温度測定部７１から測定結果が入力される。判定部７３２は、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。出力部７３３は、判定部７３２での判定結果に応じて弁部７２に信号を送る。
　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。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。
　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。
　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る。その後、温度の上昇した流体は、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る。その結果、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る。したがって、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。
　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る。その後、流体は、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。そのため、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。
　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る。これにより、流体の温度を効率よく低下させることができる。
　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に流通させている。そのため、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る。その結果、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。
　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に測定結果が送られる。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。これにより、判定部７３２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に信号が送られる。これにより、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が閉じる。
　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。
　判定部７３２で基準を満たしていると判定した場合には、制御部７３が弁部７２を閉じさせる。これにより、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。
＜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。
　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、中段抽気導入流路６２２と、第二連結流路６２４と、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。中段抽気導入流路６２２は、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。第二連結流路６２４は、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。第二ハウジング流路６２５は、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。第二排出流路６２６は、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。
　なお、本実施形態における隙間３３は、ステータ３２とロータ３１と間に形成された空間である。隙間３３は、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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る。その後、圧縮流体は、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。
　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。これにより、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る。これにより、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。したがって、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。
　圧縮機２で圧縮した作動流体の一部が抽気されて熱交換流路６２０を流通する流体として利用されている。これにより、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。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が冷却される。これにより、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。
＜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。
　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、第二中段抽気導入流路６３２を有している。第二中段抽気導入流路６３２は、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。
　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。
　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が抽気されて熱交換流路６２０を流通する流体として利用される。これにより、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。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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。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。
　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い。ハウジング２３とインペラとの温度差は、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い。ハウジング２３とインペラとの温度差は、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。
　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い。第一ハウジング流路６０５や第二ハウジング流路６２５は、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。
　上記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る。その結果、インペラとハウジングとの間隔が狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。
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

Claims (3)

  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。
  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。
  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。
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