CN103620231A - 带冷却功能的压缩机 - Google Patents

Abstract

冷却室的排出侧（42out，52out）的内壁面为圆弧状曲面，以位于热交换器（43，53）的中心线（43a）上方的分界部（47c）为界，设定为使分界部（47c）上方的上侧内壁面（47a，57a）与分界部（47c）下方的下侧内壁面（47b，57b）的曲率不同。

Description

带冷却功能的压缩机

技术领域

本发明涉及工厂的动力源或流程用的压缩机，特别涉及具备对压缩后的空气进行冷却的冷却功能的压缩机。

背景技术

如专利文献1所述，作为产业用的涡轮压缩机，公知有将通过第一级压缩机压缩了的流体进一步通过第二级压缩机进行压缩后排出的两级式涡轮压缩机。该涡轮压缩机将第一级压缩机的叶轮和第二级压缩机的叶轮通过旋转轴连结，经由齿轮装置通过驱动电动机使该旋转轴进行旋转。具体而言，上述旋转轴与驱动电动机的输出轴平行地配置，在其中央部啮合齿轮装置的齿轮，在驱动电动机侧的端部安装第一级压缩机的叶轮，在与其相反侧的端部安装第二级压缩机的叶轮。

另外，在第一级压缩机和第二级压缩机之间配设中间冷却器，在第二级压缩机之后配设后冷却器。并且，经第一级压缩机压缩的空气通过中间冷却器冷却后经第二级压缩机再次压缩，经第二级压缩机压缩过的空气通过后冷却器冷却向外部排出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第3470410

发明内容

但是，若经压缩机压缩过的空气通过中间冷却器以及后冷却器的冷却单元进行冷却，则饱和蒸汽压力下降，因此在冷却单元的壳体内部水发生冷凝。并且，冷凝的水在壳体下部贮存，从排出口排出。在专利文献1所述的压缩机中，由于壳体的形状不适当，因此流入冷却单元内部的压缩空气流紊乱，该紊乱成为冷却效率降低的主要原因。并且，流入冷却单元内部的压缩空气，局部地成为高速流，溅起贮存的冷凝水而产生向下游侧运送冷凝水的现象。

本发明是为了解决上述课题而完成的，目的在于提供能够改进冷却装置的冷却效率的带冷却功能的压缩机。

为了实现上述目的，本发明一实施方式的带冷却功能的压缩机，是具备通过驱动部旋转驱动的压缩装置、和对从上述压缩装置吐出的压缩空气进行冷却的冷却装置的带冷却功能的压缩机，其特征在于，上述冷却装置，具备：内部具备冷却室的壳体；设置在上述壳体的上表面，从上述压缩装置吐出的压缩空气流入的流入口；设置在上述壳体的上表面，将压缩空气向外部排出的排出口；收容于上述冷却室，对压缩空气进行冷却的热交换器；将上述冷却室内部的上述热交换器的周边空间分隔为具有上述流入口的流入侧冷却室和具有上述排出口的排出侧冷却室的分隔壁；以及贮存冷凝水的排水空间，该冷凝水在压缩空气通过上述热交换器时被冷却而生成，上述排出侧冷却室具有由圆弧状曲面构成的内壁面，上述内壁面以分界线为界，规定位于上述流入口以及流出口侧的内壁面为第一内壁面、位于上述排水空间侧的内壁面为第二内壁面，所述分界线位于与正交于上述分隔壁的方向上的上述热交换器的中心面相比靠上述流入口以及流出口侧，上述第一内壁面和上述第二内壁面具有互不相同的曲率。

附图说明

图1为本发明一实施方式的带冷却功能的压缩机的俯视图。

图2为沿图1的II-II线的剖视图。

图3为图1的带冷却功能的压缩机的主视图。

图4为沿图3的IV-IV线的剖视图。

图5为图2的中间冷却器的重要部位放大图。

图6为图2的后冷却器的重要部位放大图。

图7（a）为从图1左侧看低压侧冷却壳体的侧视图，图7（b）为从图1右侧看高压侧冷却壳体的侧视图。

图8（a）为表示专利文献1所述的带冷却功能的压缩机的冷却壳体中的空气的流场解析的结果的图，图8（b）为表示沿图8（a）的VIII-b线的剖面上的空气流场的图，图8（c）为表示沿图8（a）的VIII-c线的剖面上的空气流场的图。

图9（a）为表示本发明一实施例的带冷却功能的压缩机的冷却壳体中的空气的流场解析的结果的图，图9（b）为表示沿图9（a）的IX-b线的剖面上的空气流场的图，图9（c）为表示沿图9（a）的IX-c线的剖面上的空气流场的图。

图10（a）为表示本发明一实施例的图1所述的带冷却功能的压缩机的中间冷却器与专利文献1的带冷却功能的压缩机的中间冷却器的温度效率特性的比较结果的图表，图10（b）为表示本发明的一实施例的图1所述的带冷却功能的压缩机的后冷却器与专利文献1的带冷却功能的压缩机的后冷却器的温度效率特性的比较结果的图表。

具体实施方式

参照附图对本发明的一实施方式进行说明。本实施方式的带冷却功能的压缩机1如图1以及图3所示，具备驱动电动机11、吸入部21、低压侧压缩机23、中间冷却器41、高压侧压缩机26、后冷却器51、齿轮装置12。驱动电动机11的驱动力通过齿轮装置12向低压侧压缩机23和高压侧压缩机26传递，驱动低压侧压缩机23和高压侧压缩机26。从吸入部21吸入的空气（气体），首先在低压侧压缩机23中压缩，压缩过的空气通过中间冷却器41冷却，供给高压侧压缩机26。然后，供给的空气在通过高压侧压缩机26进一步压缩后，通过后冷却器51冷却向外部排出。

齿轮箱13收容的齿轮装置12，具有与驱动电动机11的输出轴11a平行地配置的旋转轴（未图示）。在该旋转轴的驱动电动机11侧的端部设置低压侧压缩机23，在其相反侧的端部设置高压侧压缩机26。并且，低压侧压缩机23的吸入部21以及吸入管22，平行地配置在驱动电动机11的侧方。低压侧压缩机23与高压侧压缩机26，由将沿着轴向吸入的空气压缩并朝径向排出的离心压缩机构成，与旋转轴一起收容于涡轮壳体14。

中间冷却器41以及后冷却器51如图2所示收容于冷却壳体31，在齿轮装置12、低压侧压缩机23、高压侧压缩机26的下侧配置。冷却壳体31具备大致长方体的箱形状，兼作低压侧压缩机23、高压侧压缩机26、齿轮装置12、驱动电动机11以及吸入部21的支持基座。并且，冷却壳体31与收容齿轮装置12的齿轮箱13以及收容低压侧压缩机23、高压侧压缩机26的涡轮壳体14通过铸造等一体地形成。并且，在冷却壳体31中，如图2以及图4所示，低压侧冷却壳体33与高压侧冷却壳体34一体地形成，这些壳体33，34由隔壁32分隔。

中间冷却器41是低压侧压缩机23的冷却单元，具备低压侧冷却壳体33和低压侧热交换器43。

低压侧冷却壳体33如图2、图4以及图5所示形成为箱形状，内部具备低压侧冷却室42。在低压侧冷却壳体33的壳体上表面33a上设置有流入从低压侧压缩机23吐出的压缩空气的低压侧流入口45、和将低压侧冷却室42内的压缩空气向外部排出的低压侧排出口46。并且，在低压侧冷却室42上配设低压侧热交换器43。

低压侧热交换器43从图4的下侧向上侧上方插入、设置在低压侧冷却室42内。并且，以设置有低压侧热交换器43的状态，在低压侧冷却室42的内部沿着水平方向（图2以及图4的左右方向）形成压缩空气的流路。并且，在低压侧热交换器43的上表面和下表面、插入方向顶端面配置有分隔壁44。并且，通过该分隔壁44，低压侧热交换器43的周围被分隔为具有低压侧流入口45的流入侧冷却室42in、和具有低压侧排出口46的排出侧冷却室42out。

在流入侧冷却室42in内，在低压侧冷却壳体33的与低压侧热交换器43的入口侧下缘部43b相对的部位，以顶端接近入口侧下缘部43b的方式形成有整流突部48。低压侧热交换器43的入口侧下缘部43b与低压侧冷却壳体33的整流突部48之间的间隔越窄越好。但是，在本实施方式中，在低压侧热交换器43的插入方向顶端，设有尺寸比通过压缩空气的热交换部大的顶端侧凸缘部43c，因此在将低压侧热交换器43装配于低压侧冷却壳体33上时，顶端侧凸缘部43c不与整流突部48碰撞的程度的间隔，设定于入口侧下缘部43b与整流突部48之间。由此，流入流入侧冷却室42in的压缩空气流通过整流突部48而改变方向，不会流入后述的排水空间49而流入低压侧热交换器43内。

在低压侧冷却室42的低压侧热交换器43下侧形成有排水空间49，压缩空气通过低压侧热交换器43，通过的压缩空气冷却时产生的冷凝水，从低压侧热交换器43落下，贮存于排水空间49。

排出侧冷却室42out的内壁面，从排水空间49到壳体上表面33a具有圆弧状曲面。该圆弧上曲面以设定于低压侧热交换器43的中心线（与分隔壁44正交的方向上的中心面）43a上方的分界部47c为界，由上侧内壁面47a和下侧内壁面47b构成。这里，上侧内壁面47a的曲率设定为比下侧内壁面47b的曲率小。在本实施方式中，上侧内壁面47a是曲率为0的平面状，沿着铅垂方向构成面。并且，在上侧内壁面47a的延长线上配设低压侧排出口46，在该低压侧排出口46上如图7（a）所示连结有从低压侧冷却室42通向外部的低压侧排出通路25。并且，低压侧排出通路25在正面看沿着上侧内壁面47a在铅垂方向上延伸，在侧面看形成为相对于铅垂方向倾斜地延伸。由此，通过低压侧热交换器43的压缩空气通过下侧内壁面47b的弯曲而改变方向为向上方的流动，沿着上侧内壁面47a导向低压侧排出口46，通过低压侧排出通路25从低压侧冷却室42向高压侧压缩机26排出。

后冷却器51是高压侧压缩机26的冷却单元，与中间冷却器41同样地具备高压侧冷却壳体34、高压侧热交换器53。

高压侧冷却壳体34如图2、图4以及图6所示形成为箱形状，内部具备高压侧冷却室52。在高压侧冷却壳体34的壳体上表面34a上，设有流入从高压侧压缩机26吐出的压缩空气的高压侧流入口55、和将高压侧冷却室52内的压缩空气向外部排出的高压侧排出口56。并且，在高压侧冷却室52配设有高压侧热交换器53。

高压侧热交换器53从图4的下侧向上侧上方插入、设置在高压侧冷却室52内。并且，以设置有高压侧热交换器53的状态，在高压侧冷却室52的内部沿着水平方向（图2以及图4的左右方向）形成压缩空气的流路。并且，在高压侧热交换器53的上表面和下表面、插入方向顶端面配置有分隔壁54。并且，通过该分隔壁54，高压侧热交换器53的周围被分隔为具有高压侧流入口55的流入侧冷却室52in、和具有高压侧排出口56的排出侧冷却室52out。

在流入侧冷却室52in内，在高压侧冷却壳体34的与高压侧热交换器53的入口侧下缘部53b相对的部位，以顶端接近入口侧下缘部53b的方式形成有整流突部58。高压侧热交换器53的入口侧下缘部53b与高压侧冷却壳体34的整流突部58之间的间隔越窄越好。但是，在本实施方式中，在将高压侧热交换器53装配于高压侧冷却壳体34时，顶端侧凸缘部53c不与整流突部58碰撞的程度的间隔，设定于入口侧下缘部53b与整流突部58之间。

在高压侧冷却室52的高压侧热交换器53下侧形成有排水空间59。

排出侧冷却室52out的内壁面，从排水空间59到壳体上表面34a具有圆弧状的曲面。该圆弧状曲面以设定于高压侧热交换器53的中心线（与分隔壁54正交的方向上的中心面）53a上方的分界部57c为界，由上侧内壁面57a和下侧内壁面57b构成。这里，上侧内壁面57a的曲率设定为比下侧内壁面57b的曲率大。由此，在以高压侧热交换器53的上表面、壳体上表面34a、上侧内壁面57a为内壁的高压侧热交换器53的上部空间内产生逆时针的动能较大的空气流。并且，该空气流将从高压侧热交换器53流出而通过下侧内壁面57b向上方卷起的空气带入，并将带入的空气引导到高压侧排出口56。并且，在分界部57c的上方配设向外侧伸出并向上方开口的高压侧排出口56，在高压侧排出口56上如图7（b）所示连结有从高压侧冷却室52通向外部的高压侧排出通路28。并且，高压侧排出通路28在正面看和侧面看的两种角度看时形成为沿着上侧内壁面57a在铅垂方向上延伸。由此，通过高压侧热交换器53的压缩空气，通过下侧内壁面57b的弯曲而改变方向为向上方流动，沿着上侧内壁面57a导向高压侧排出口56，通过高压侧排出通路28从高压侧冷却室52向高压侧压缩机26排出。

即，除了上侧内壁面47a、57a的构成和低压侧排出通路25以及高压侧排出通路28的构成不同以外，中间冷却器41与后冷却器51夹着隔壁32对称地构成、配置。通过这样配置，如图2所示，经低压侧压缩机23压缩的空气，通过低压侧流入通路24而从低压侧流入口45流入，在低压侧热交换器43内通过并冷却，从低压侧排出口46向低压侧排出通路25排出，导入高压侧压缩机26。并且，经高压侧压缩机26再次压缩的压缩空气，通过高压侧流入通路27从高压侧流入口55流入，在高压侧热交换器53内通过并冷却，从高压侧排出口56通过高压侧排出通路28向外部排出。

并且，中间冷却器41与后冷却器51以夹着隔壁32而使低压侧流入口45与高压侧流入口55邻接的方式设定，由此防止在经压缩机刚刚压缩后高温的压缩空气相互邻近，由于高温的压缩空气而使冷却后的压缩空气升温导致冷却效率不良的情况。

在上述构成中，排出侧冷却室42out、52out的内壁面在分界部47c、57c的上下设定为不同曲率的曲面，从而对排出侧冷却室42out、52out内部的压缩空气流进行整流，压缩空气在热交换器43、53内部顺畅地流动，因此能够改进中间冷却器41以及后冷却器51的冷却效率。并且，通过对排出侧冷却室42out、52out内的压缩空气流进行整流，从而抑制排水空间49、59贮存的冷凝水的溅起，从而抑制向下游侧运送的冷凝水。

通过具备以顶端接近热交换器43、53的入口侧下缘部43b、53b的方式设定的整流突部48、58，从而使压缩空气进入设定在热交换器43、53之下的排水空间49、59的量减少，对冷却室流入侧42in、52in内的压缩空气流进行整流，压缩空气在热交换器43、53内顺畅地流动，因此能够进一步改进中间冷却器41以及后冷却器51的冷却效率。

在中间冷却器41中，上侧内壁面47a的曲率设定为0，在上侧内壁面47a的延长线上配设低压侧排出口46，从低压侧排出口46通向外部的低压侧排出通路25，沿着上侧内壁面47a相对于铅垂方向倾斜地形成，从而抑制冷却室排出侧42out内的压缩空气的速度增加，并且进行整流，因此能够抑制压力损失的发生并进一步改进冷却效率。

在后冷却器51中，上侧内壁面57a的曲率设定为比位于分界部57c下方的下侧内壁面57b的曲率大，从高压侧排出口56通向外部的高压侧排出通路28沿着铅垂方向形成，从而保持壁面的耐压强度并对排出侧冷却室52out内的压缩空气流进一步进行整流，因此能够进一步改进冷却效率。

接着，用图8以及图9表示对本发明一实施例的带冷却功能的压缩机的冷却壳体（中间冷却器、后冷却器）与专利文献1的带冷却功能的压缩机的冷却壳体（中间冷却器、后冷却器）的空气的流场解析的结果进行比较的结果。图8（a）是表示专利文献1中的冷却壳体中的空气的流场解析的结果的图。图8（b）是表示沿图8（a）的VIII－b线的剖面（入口侧剖面）上的空气流场的图，具体而言，表示出从流入通路24流入流入侧冷却室42in的空气的流动状态。并且，图8（c）是表示沿图8（a）的VIII－c线的剖面（出口侧剖面）上的空气流场的图，表示出从冷却壳体41的流出侧冷却室42out向排出通路25流出的空气的流动状态。同样地，图9（a）是表示本发明一实施例的带冷却功能的压缩机的冷却壳体中的空气流场的图。图9（b）是表示沿图9（a）的IX－b线的剖面（入口侧剖面）中的空气的流场解析的结果的图，具体而言，表示出从流入通路24流入流入侧冷却室42in的空气的流动状态。图9（c）是表示沿图9（a）的IX－c线的剖面（出口侧剖面）上的空气流场的图，表示出从冷却壳体41的流出侧冷却室42out向排出通路25流出的空气的流动状态。

对图8（b）、8（c）和图9（b）、9（c）进行比较，可以知道本发明的一实施例与专利文献1之间存在以下区别。如图8（b）所示可知，在冷却壳体41的入口侧剖面上，热交换器43的入口与流入侧冷却室42in的侧壁之间的空间内，空气顺时针对流（箭头A1～A4）。具体而言，在该空间内，从流入通路24流入的空气在热交换器43的上表面变为右方向的流动，进而通过流入侧冷却室42in的侧壁变为下方向的流动（箭头A2）。该流动在流入侧冷却室42in的侧壁的下表面改变流动的方向（箭头A3），分支为上方向的流动（箭头A4）和沿着流入侧冷却室42in的下壁的流动（箭头A6）。沿着流入侧冷却室42in的下壁的流动（箭头A6），具有在排水空间49通过顺时针的流动与上述上方向的流动（箭头A4）合流、或者与热交换器43下部的分隔壁44并行流动。与该分隔壁44并行流动的空气在图8（c）所示的冷却壳体41的出口侧剖面上，变为从排水空间49向热交换器43的流动（箭头A7、A8）。因此可知，在专利文献1中，如图8（b）所示在冷却壳体41的入口侧剖面上，空气流入热交换器43的量少、在该剖面上冷却效率差。

另一方面，在本发明的一实施例中，如图9（b）所示，在冷却壳体41的入口侧冷却室42in的排水空间49侧的侧壁设置整流突部48，从而使热交换器43的排水空间49侧的角部与整流突部48的距离变窄（两箭头B）。由此，抑制向排水空间49的空气回流，从流入通路24流入冷却壳体41的流入侧冷却室42in、向下方流动的空气（箭头A11）顺利地导向热交换器43的入口（箭头A12）。

另外，对图8（c）和图9（c）进行比较可知，本发明的一实施例与专利文献1之间也存在以下区别。如图8（c）所示，在本发明的一实施例中，冷却壳体41的流出侧冷却室41out的内壁面具有相对于热交换器43的中心线43a在其上下曲率对称的形状。因此，如箭头A9以及A10所示，从热交换器43的出口向排出侧冷却室42out的空气流动，相对于中心线43a分支为向上下方向的2个流动（箭头A9，A10）。这样，向下方的空气（箭头A10）流入排水空间49，按照其态势，存在溅起排水空间49贮存的冷凝水的可能性（区域D）。并且，流入排水空间49的空气与分隔壁44并行流动，在图8（b）所示的冷却壳体41的入口侧剖面上，成为从排水空间49沿着流出侧冷却室43out的壁面卷起、发生乱流的原因。

另一方面，在本发明的一实施例中，如图9（c）所示，冷却壳体41的流出侧冷却室41out的内壁面在热交换器43的中心线43a上侧（排出通路25侧）具有拐点（曲率变化的点）47c的曲面形状。这里，如果设拐点47c上侧的内壁面为第一内壁面、下侧（排水空间49侧）的内壁面为第二内壁面，则向第二内壁面流动的空气也会由于变极点47c位于中心线43a上侧而大部分向排出通路25的方向流动（箭头A13）。其结果是，流向流出侧冷却室41out的排水空间49的空气流较少，排水空间49贮存的冷凝水溅起的可能性减小（区域D）。

最后，说明上述这样的本发明的一实施例和一现有例的中间冷却器41以及后冷却器51的构造上的区别在实际中对它们冷却特性的影响。图10（a）是表示本发明一实施例的图1的带冷却功能的压缩机的中间冷却器与专利文献1的带冷却功能的压缩机的中间冷却器的温度效率特性的比较结果的图表，图10（b）是表示本发明的一实施例的图1的带冷却功能的压缩机的后冷却器与专利文献1的带冷却功能的压缩机的后冷却器的温度效率特性的比较结果的图表。各图表中的横轴表示热当量比（表示空气的热容量与冷却水的热容量的比率的大小的指标），纵轴表示温度效率。如图10（a）所示，就中间冷却器而言，本实施例的图1的带冷却功能的压缩机和专利文献1的带冷却功能的压缩机都与热当量比的大小无关地获得大致平稳的温度效率。该倾向对于后冷却器也是同样的。结论可知，就中间冷却器41而言，相对于专利文献1的带冷却功能的压缩机的中间冷却器，温度效率平均地约提高4％，就后冷却器51而言，相对于专利文献1的带冷却功能的压缩机的后冷却器，温度效率平均地约提高2％。

产业上的利用可能性

以上这样，在本发明一实施方式的带冷却功能的压缩机中，对冷却室内的压缩空气流进行整流，压缩空气在热交换器内顺畅地流动，因此能够改进冷却单元的冷却效率。并且，在该压缩机中，能够抑制排水空间贮存的冷凝水的溅起，从而抑制向下游侧运送的冷凝水。

Claims (4)

1.一种带冷却功能的压缩机，具备通过驱动部进行旋转驱动的压缩装置、和对从上述压缩装置吐出的压缩空气进行冷却的冷却装置，其特征在于，

上述冷却装置，具备：

内部具备冷却室的壳体；

设置在上述壳体的上表面，从上述压缩装置吐出的压缩空气流入的流入口；

设置在上述壳体的上表面，将压缩空气向外部排出的排出口；

收容于上述冷却室，对压缩空气进行冷却的热交换器；

将上述冷却室内部的上述热交换器的周边空间分隔为具有上述流入口的流入侧冷却室和具有上述排出口的排出侧冷却室的分隔壁；以及

贮存冷凝水的排水空间，该冷凝水在压缩空气通过上述热交换器时被冷却而生成，

上述排出侧冷却室具有由圆弧状曲面构成的内壁面，

上述内壁面以分界线为界，规定位于上述流入口以及流出口侧的内壁面为第一内壁面、位于上述排水空间侧的内壁面为第二内壁面，所述分界线位于与正交于上述分隔壁的方向上的上述热交换器的中心面相比靠上述流入口以及流出口侧，

上述第一内壁面和上述第二内壁面具有互不相同的曲率。

2.权利要求1所述的带冷却功能的压缩机，其特征在于，

在上述流入侧冷却室的下表面的与上述热交换器的下缘部相对的位置，以顶端与上述热交换器的下缘部接近的方式设有整流突部。

3.权利要求1或2所述的带冷却功能的压缩机，其特征在于，

上述第一内壁面的曲面设定为曲率为0，

从上述排出口通向外部的排出通路，沿着上述第一内壁面相对于上述分隔壁的延伸设置方向倾斜地形成。

4.权利要求1或2所述的带冷却功能的压缩机，其特征在于，

上述第一内壁面的曲面设定为比上述第二内壁面的曲面的曲率大，从上述排出口通向外部的排出通路，沿着上述分隔壁的延伸设置方向形成。

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