JP6472745B2

JP6472745B2 - ガスクーラ

Info

Publication number: JP6472745B2
Application number: JP2015254998A
Authority: JP
Inventors: 平田　和也; 和也平田; 亮任萩原
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: KR20180095069A; US20180363992A1; EP3396292B1; JP2017116238A; HK1254963A1; CN108431536B; BR112018012846A2; EP3396292A1; SG11201804798YA; US11371787B2; TWI629444B; BR112018012846B1; EP3396292A4; WO2017110346A1; KR102116764B1; TW201727183A; CN108431536A

Description

本発明は、ガスクーラに関する。

特許文献１に開示された圧縮機用のガスクーラは、冷却部の上方から下方へガスを通過させて冷却するものであり、ガス中の水分が凝縮したドレン水を回収するドレン回収部を底部に備える。ドレン回収部の上方には、導出口の付近に吹き上げ防止部が設けられている。吹き上げ防止部は、ガス流による導出口の付近のドレン水の吹き上げと、それによってドレン水がガスに随伴して外部に流出するのを防止している。

特開２０１５−２００４７３号公報

ガスクーラへ導入される圧縮ガスの流量が増加して流速が高くなると、吹き上げ防止部に達する前に、ガスクーラの底部に向けて吹き付けるガス流がドレン水を飛散させ、飛散したドレン水がガスに付随して外部へ流出するおそれがある。

本発明は、ガスクーラにおいて外部へのドレン水の流出を効果的に防止ないし抑制することを課題とする。

本発明は、ケーシングと、前記ケーシングの内部に設けられ、ガスを冷却する冷却部と、前記ケーシングの前記内部の前記冷却部で隔て形成され、前記冷却部より上方の上部空間及び前記冷却部より下方の底部空間と、前記上部空間に前記ガスを導入する導入口と、前記底部空間から前記ガスを導出する導出口と、前記底部空間に配置され、前記冷却部による冷却によって前記ガス中の水分が凝集して前記ガスに随伴するドレン水を、前記ガスの通過に伴い捕集する、ドレン飛散防止部材とを備え、前記ドレン飛散防止部材は、前記導出口を覆うように設けられ、かつ前記ケーシングの底壁に敷設されている、ガスクーラを提供する。

ドレン飛散部材は、ドレン水をガスの通過に伴い捕集する。そのため、ガス流によりドレン水が飛散するのを抑制し、その結果、ドレン水がガス流に随伴して導出口からガスクーラの外部に流出するのを効果的に防止ないし抑制できる。

前記冷却部は、前記上部空間と前記底部空間との間をシールするためのシールプレートを備えてもよい。

ガスクーラは、前記ドレン水を前記ケーシング外に排出するためのドレン排出口をさらに備える。

例えば、前記ドレン飛散防止部材は金属ウールのブロック体である。

あるいは、前記ドレン飛散防止部材は金属網の積層体である。

本発明に係るガスクーラによれば、ドレン飛散防止部材を配置したことで、ガス流によるドレン水の飛散が防止され、外部へのドレン水の流出が効果的に防止ないし抑制される。

本発明の実施形態に係るガスクーラの平面図。本発明の実施形態に係るガスクーラの正面図。図１Ａの線Ｉ−Ｉでの断面図。本発明の実施形態のガスクーラの一部の部品を除去した状態の右側面図。本発明の実施形態に係るガスクーラの模式的な平面図。図２の線III−IIIでの模式的な断面図。図２の線IV−IVでの模式的な断面図。図２の線Ｖ−Ｖでの模式的な断面図。冷却部の断面図。冷却部の模式的な側面図。変形例に係るガスクーラの図４と同様の模式的な断面図。他の変形例に係るガスクーラの図４と同様の模式的な平面図。

図１Ａから図１Ｄに示す本発明の実施形態に係るガスクーラ１は、インタークーラ２Ａとアフタークーラ２Ｂとを有し、これらインタークーラ２Ａとアフタークーラ２Ｂを一体化したケーシング３を備える。本実施形態では、ガスクーラ１は、オイルフリーの二段スクリュ圧縮機に組み込まれている。インタークーラ２Ａが低段側スクリュ圧縮機と高段側スクリュ圧縮機との間のガス流路に設けられ、アフタークーラ２Ｂが高段側スクリュ圧縮機より下流のガス流路に設けられる。

図２から図５を併せて参照すると、ケーシング３は、底壁４、底壁４から立ち上がる一対の端壁５Ａ，５Ｂ、底壁４から立ち上がる一対の側壁６Ａ，６Ｂ、端壁５Ａ，５Ｂと側壁６Ａ，６Ｂとの上端の頂壁７、及び隔壁８を備える。隔壁８は、ケーシング３の内部、すなわち底壁４、端壁５Ａ，５Ｂ、側壁６Ａ，６Ｂ、及び頂壁７で囲まれた空間を、インタークーラ２Ａのための第１空間１１Ａとアフタークーラ２Ｂのための第２空間１１Ｂとに仕切っている。図１Ｄに最も明瞭に示すように、第１空間１１Ａ内にインタークーラ２Ａの冷却部（熱交換器）１３Ａが収容され、第２空間１１Ｂ内にはアフタークーラ２Ｂの冷却部（熱交換器）１３Ｂが収容されている。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、個々の冷却部１３Ａ，１３Ｂは、スペーサ１４で連結された一対のシールプレート１５，１５と、シールプレート１５，１５間に配置された管巣１６を備える。本実施形態における管巣１６は、多数の直線部１７ａと、隣接する２つの直線部１７ａの端部を流体的に接続する多数部の折り返し部（図示せず）とを備える冷却管１７により構成されている。また、個々の冷却部１３Ａ，１３Ｂは、間隔をあけて配置された多数のフィン１８を備え、冷却管１７の直線部１７ａは、これらのフィン１８と一体化されている。

ケーシング３の一方の端壁５Ａには、インタークーラ２Ａの冷却部１３Ａのための開口１９Ａと、アフタークーラ２Ｂのための開口１９Ｂとが設けられている。また、ケーシング３の他方の端壁５Ｂにも、インタークーラ２Ａの冷却部１３Ａのための開口１９Ｃと、アフタークーラ２Ｂのための開口１９Ｄとが設けられている。インタークーラ２Ａの冷却部１３Ａは、開口１９Ａ，１９Ｃに挿入することで、第１空間１１Ａ内に冷却管１７の直線部１７ａが水平方向に延びる姿勢で配置されている。同様に、アフタークーラ２Ｂの冷却部１３Ｂは、開口１９Ｂ，１９Ｄに挿入することで、第２空間１１ＢＢ内に冷却管１７の直線部１７ａが水平方向に延びる姿勢で配置されている。開口１９Ａ，１９Ｂは、取付部２１Ａ，２１Ｂによって気密状態で封止され、取付部２１Ａ，２１Ｂにはカバー２２Ａ，２２Ｂが取り付けられている。開口１９Ｃ，１９Ｄは、取付部２１Ｃ，２１Ｄによって気密状態で封止され、取付部２１Ｃ，２１Ｄにはカバー２２Ｃ，２２Ｄが取付られている。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、インタークーラ２Ａの冷却部１３Ａの冷却管１７には、カバー２２Ａに設けられた流入ポート２３Ａから冷却水が供給され、冷却管１７を通過した冷却水は、カバー２２Ａに設けられた流出ポート２４Ａから流出する。また、アフタークーラ２Ｂの冷却部１３Ｂの冷却管１７には、カバー２２Ｂに設けられた流入ポート２３Ｂから冷却水が供給され、冷却管１７を通過した冷却水は、カバー２２Ｂに設けられた流出ポート２４Ｂから流出する。

図３から図６に最も明瞭に示すように、第１空間１１Ａでは、端壁５Ａ，５Ｂ間に延びる一対の支持リブ２５Ａ，２５Ａが側壁６Ａと隔壁８とに設けられている。これらの支持リブ２５Ａ，２５Ａ上に、インタークーラ２Ａの冷却部１３Ａが備えるシールプレート１５，１５の段差部２６（図６Ａ参照）が支持され、シール部が形成されている。そのため、第１空間１１Ａは、端壁５Ａ，５Ｂ間にわたって、冷却部１３よりも上方の上部空間２７Ａと、冷却部１３Ａよりも下方の底部空間２８Ａに区画されている。後述するように、上部空間２７Ａには冷却部１３Ａを通過前のガスが流通し、底部空間２８Ａには冷却部１３Ａを通過後のガスが流通する。

同様に、第２空間１１Ｂでは、側壁６Ｂと隔壁８とに設けられた端壁５Ａ，５Ｂ間に延びる一対の支持リブ２５Ｂ，２５Ｂ上に、アフタークーラ２Ｂの冷却部１３Ｂが備えるシールプレート１５，１５の段差部２６（図６Ａ参照）が支持され、シール部が形成されている。そのため、第２空間１１Ｂは、端壁５Ａ，５Ｂ間にわたって、冷却部１３Ｂよりも上方の上部空間２７Ｂと、冷却部１３Ｂよりも下方の底部空間２８Ｂに区画されている。後述するように、上部空間２７Ｂには冷却部１３Ｂを通過前のガスが流通し、底部空間２８Ｂには冷却部１３Ｂを通過後のガスが流通する。

図１Ｃ及び図３を参照すると、頂壁７の端壁５Ｂに隣接した位置に、インタークーラ２Ａの導入口３１Ａが、第１空間１１Ａの上部空間２７Ａに開口するように設けられている。導入口３１Ａは、低段圧縮機の吐出口と流体的に接続された入口ポート３２Ａ（図１Ａ及び図２参照）と連通している。また、図１Ｃ及び図４を参照すると、隔壁８の端壁５Ａに隣接した位置に、インタークーラ２Ａの導出口３３Ａが、第１空間１１Ａの底部空間２８Ａに開口するように設けられている。導出口３３Ａは、隔壁８に形成された流路３４を介して、頂壁７に設けられた出口ポート３５Ａ（図１Ａ、図２、及び図４参照）と連通している。出口ポート３５Ａは、高段圧縮機の吸込口と流体的に接続されている。

図２、図４、図５を参照すると、頂壁７の長手方向中央付近には、アフタークーラ２Ｂの２個の導入口３１Ｂ，３１Ｂが、第２空間１１Ｂの上部空間２７Ｂに開口するように設けられている。導入口３１Ｂ，３１Ｂは、高段圧縮機の吐出口に流体的に接続された入口ポート３２Ｂ（図１Ａ及び図２参照）と連通している。また、図４を参照すると、側壁６Ｂの端壁５Ａに隣接した位置に、アフタークーラ２Ｂの導出口３３Ｂが、第２空間１１Ｂの底部空間２８Ｂに開口するように設けられている。導出口３３Ｂは２段スクリュ圧縮機よりも下流側に流体的に接続されている。

図１Ｄを参照すると、第１空間１１Ａの底壁４側に連通する第１排水部３６Ａが設けられ、この第１排水部３６Ａを介してインタークーラ２Ａのドレン水が外部に排出される。第１排水部３６Ａには電磁弁３７Ａが設けられている。また、第２空間１１ＢＢの底壁４側に連通する第２排水部３６Ｂが設けられ、この第２排水部３６Ｂを介してアフタークーラ２Ｂのドレン水が外部に排出される。第２排水部３６Ｂには電磁弁３７Ｂが設けられている。

図１Ｃ並びに図３から図５を参照すると、インタークーラ２Ａのための第１空間１１Ａでは、底壁４にドレン飛散防止部材４１Ａが敷設されている。本実施形態では、ドレン飛散防止部材４１Ａは、平面視で第１空間１１Ａの長手方向の全体に敷設されている。言い換えれば、端壁５Ａから端壁５Ｂまで、ドレン飛散防止部材４１Ａが敷設されている。また、ドレン飛散防止部材４１Ａは、平面視で第１空間１１Ａの幅方向の全体に敷設されている。言い換えれば、側壁６Ａから隔壁８までドレン飛散防止部材４１Ａが敷設されている。さらに、ドレン飛散防止部材４１Ａの高さは一定であり、上面は平坦である。図４を参照すると、ドレン飛散防止部材４１Ａの高さは、導出口３３Ａの上端の高さよりも高く設定されている。言い換えれば、ドレン飛散防止部材４１Ａは、導出口３３Ａを覆うように設けられている。

図１Ｃ並びに図３から図５を参照すると、アフタークーラ２Ｂのための第２空間１１Ｂにおいても、底壁４にドレン飛散防止部材４１Ｂが敷設されている。本実施形態では、ドレン飛散防止部材４１Ｂは、平面視で第２空間１１Ｂの長手方向の全体に敷設されている。また、ドレン飛散防止部材４１Ｂは、平面視で第２空間１１Ｂの幅方向の全体に敷設されている。さらに、ドレン飛散防止部材４１Ｂの高さは一定であり、上面は平坦である。図４を参照すると、ドレン飛散防止部材４１Ｂの高さは、導出口３３Ｂの上端の高さよりも高く設定されている。言い換えれば、ドレン飛散防止部材４１Ｂは、導出口３３Ｂを覆うように設けられている。

ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂは、ガスの通過は許容する一方で、ドレン水を捕集する構造を有する。また、ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂを構成する材料は、耐熱性を有することが好ましい。さらに、ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂを構成する材料は、耐食性を有することが好ましい。本実施形態におけるドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂは、金属ウールのブロック体の一例である、ステンレスウールのブロック体であり、耐熱性と耐食性を有する。ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂは、金属ウールのブロック体以外に、金属網の集積体であってもよい。

低段圧縮機の吐出口から吐出されたガス（圧縮空気）は、入口ポート３２Ａを経て導入口３１Ａからインタークーラ２Ａの上部空間２７Ａに導入される。図１Ｃにおいて矢印で概念的に示すように、ガスは上部空間２７Ａ内で長手方向に拡がりつつ、冷却部１３Ａを上方から下方へ通過する。図４を併せて参照すると、冷却部１３Ａを通過して底部空間２８Ａに流入したガスは、導出口３３Ａから流路３４へ流れ、出口ポート３５Ａより導出される。このようにインタークーラ２Ａでは、上部空間２７Ａから、つまり上方からガスが導入され、底部空間２８Ａから、つまり下方からガスが導出される。インタークーラ２Ａから導出されたガスは、高段圧縮機の吸込口に吸い込まれる。

図６Ｂを参照すると、冷却部１３Ａへ送られたガスは、隣接するフィン１８，１８間の隙間を通って上部空間２７Ａ側から底部空間２８Ａ側へ移動する。その際、ガスは冷却部１３Ａの冷却管１７の外面及びフィン１８と接触することにより、冷却管１７内部の冷却水と熱交換して冷却される。冷却されたガス中の水分は凝縮して、液滴となり、冷却管１７及びフィン１８を伝って、底壁４へ落下する。また、フィン１８，１８間の隙間を流れるガスによって、冷却管１７及びフィン１８に付着した液滴の落下が促進される。底壁４に落下した液滴はドレン水となる。

インタークーラ２Ａの底部空間２８Ａでは、底壁４上にはドレイ水が存在する。しかし、底壁４にはドレン飛散防止部材４１Ａが敷設されているので、ガスの流れは許容しつつ、底壁４に向けて吹き付けられるガス流によって底壁４上のドレン水が吹き上げられて飛散するのを抑制できる。具体的には、ドレン水はドレン飛散防止部材４１Ａによって捕集されるので、ガス流が底壁４に吹き付けられた際のドレン水の飛散が抑制される。その結果、ドレン水がガス流に随伴して導出口３３Ａからインタークーラ２Ａの外部に流出するのを、効果的に防止ないし抑制できる。また、ドレン飛散防止部材４１Ａは導出口３３Ａを覆うように設けられているので、ガス流に付随してドレン水が導出口３３Ａを通過しようとしても、ドレン飛散防止部材４１Ａによって捕集される。その結果、ドレン水がガス流に付随して導出口３３からインタークーラ２Ａの外部へ流出するのを抑制できる。ドレン飛散防止部材４１Ａを設けることで、インタークーラ２Ａへ導入される圧縮ガスの流量が増加して流速が高くなった場合でも、ガス流によるドレン水の飛散が防止され、外部へのドレン水の流出が効果的に防止ないし抑制される。

高段圧縮機の吐出口から吐出されたガスは、入口ポート３２Ｂを経て導入口３１Ｂ，３１Ｂからアフタークーラ２Ｂの上部空間２７Ｂに導入される。ガスは上部空間２７Ａ内で長手方向に広がりつつ、冷却部１３Ｂを上方から下方に通過し、冷却部１３Ｂを通過して底部空間２８Ｂに流入したガスは、導出口３３Ｂから流出して出口ポート３５Ｂを経て下流側に送られる。このようにアフタークーラ２Ｂでは、上部空間２７Ｂから、つまり上方からガスが導入され、底部空間２８Ｂから、つまり下方からガスが導出される。冷却部１３Ｂによる冷却によって凝縮したガス中の水分が液滴となって底壁４に落下し、ドレイ水となる。

アフタークーラ２Ｂの底部空間２８Ｂでは、底壁４上にはドレイ水が存在する。しかし、底壁４にはドレン飛散防止部材４１Ｂが敷設されているので、ガスの流れは許容しつつ、底壁４に向けて吹き付けられるガス流によって底壁４上のドレン水が吹き上げられて飛散するのを抑制できる。具体的には、ドレン水はドレン飛散防止部材４１Ａによって捕集されるので、ガス流が吹き付けられた際のドレン水の飛散が抑制される。その結果、ドレン水がガス流に随伴して導出口３３Ｂからアフタークーラ２Ｂの外部に流出するのを効果的に防止ないし抑制できる。また、ドレン飛散防止部材４１Ｂは導出口３３Ｂを覆うように設けられているので、ガス流に付随してドレン水が導出口３３Ｂを通過しようとしても、ドレン飛散防止部材４１Ｂによって捕集される。その結果、ドレン水がガス流に付随して導出口３３からインタークーラ２Ａの外部へ流出するのを抑制できる。ドレン飛散防止部材４１Ｂを設けることで、アフタークーラ２Ｂへ導入される圧縮ガスの流量が増加して流速が高くなった場合でも、ガス流によるドレン水の飛散が防止され、外部へのドレン水の流出が効果的に防止ないし抑制される。

前述のように、本実施形態におけるドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂはステンレスウールのブロック体である。このステンレスウールは、例えば素線径が０．２５ｍｍ以上で、空間率が９４％以上９９％以下である。ここでの空間率は、ステンレスウールの体積に対する空間ないし隙間の体積の割合である。素線径が０．２５ｍｍ未満では、圧縮ガスの脈動による振動で素線同士が擦れた場合に摩耗し、素線が脱落しやすくなる。空間率が９９％より大きいと捕集効果が低下し、９４％未満だと圧力損失により圧縮機の比動力が悪化する。

以下、本実施形態の変形例について説明する。

本実施形態のように、インタークーラ２Ａとアフタークーラ２Ｂを備えた多段圧縮機にドレン飛散防止部材を適用する場合、アフタークーラ２Ｂにのみドレン飛散防止部材４１Ｂのみを設けても良い。つまり、本実施形態において、インタークーラ２Ａのドレン飛散防止部材４１Ａをなくしてもよい。

図７に示す変形例では、ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂの高さは、導出口３３Ａ，３３Ｂの付近では、導出口３３Ａ，３３Ｂの上端の高さよりも高く設定されているが、その他の部分では、導出口３３Ａ，３３Ｂの下端の高さよりも低く設定されている。

図８に示す変形例では、ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂの幅は、それぞれ第１空間１１Ａと第２空間１１ＢＢの幅よりも十分狭く設定されている。導出口３３Ａ，３３Ｂの付近を除いて、インタークーラ２Ａとアフタークーラ２Ｂのいずれについても、底壁４上にドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂが配置されていない。ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂは、導出口３３Ａ，３３Ｂを覆うように設けられている。底壁４に向けて吹き付けられるガス流によってドレン水の飛散が生じ、ガス流に付随してドレン水が導出口３３Ａ，３３Ｂを通過しようとしても、ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂによって捕集される。その結果、ドレン水がガス流に付随して導出口３３Ａ，３３Ｂから外部へ流出するのを抑制できる。

本実施形態においてはドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂをケーシング３の底部と接するように敷設するものについて説明したが、ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂは、ケーシング３の底壁４に対して隙間を設けつつ敷設してもよい。例えば、底壁４とドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂとの間に隙間形成部を設けることができる。隙間形成部は、底部４に形成された凸状部であってもよく、ケーシングと別部材のスペーサであってもよく、ドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂに設けられた凸状部であってもよい。底壁４とドレン飛散防止部材４１Ａ，４１Ｂとの間に隙間を設けることにより、ケーシングの底部４に溜まるドレンをドレン排出口へ向けて流しやすくすることができる。

１ガスクーラ
２Ａインタークーラ
２Ｂアフタークーラ
３ケーシング
４底壁
５Ａ，５Ｂ端壁
６Ａ，６Ｂ側壁
７頂壁
８隔壁
１１Ａ第１空間
１１Ｂ第２空間
１３Ａ，１３Ｂ冷却部
１４スペーサ
１５シールプレート
１６管巣
１７冷却管
１８フィン
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ開口
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ取付部
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄカバー
２３Ａ，２３Ｂ流入ポート
２４Ａ，２４Ｂ流出ポート
２５Ａ，２５Ｂ支持リブ
２６段差部
２７Ａ，２７Ｂ上部空間
２８Ａ，２８Ｂ底部空間
３１Ａ，３１Ｂ導入口
３２Ａ，３２Ｂ入口ポート
３３Ａ，３３Ｂ導出口
３４流路
３５Ａ，３５Ｂ出口ポート
３６Ａ第１排水部
３６Ｂ第２排水部
３７Ａ，３７Ｂ電磁弁
４１Ａ，４１Ｂドレン飛散防止部材

Claims

ケーシングと、
前記ケーシングの内部に設けられ、ガスを冷却する冷却部と、
前記ケーシングの前記内部の前記冷却部で隔て形成され、前記冷却部より上方の上部空間及び前記冷却部より下方の底部空間と、
前記上部空間に前記ガスを導入する導入口と、
前記底部空間から前記ガスを導出する導出口と、
前記底部空間に配置され、前記冷却部による冷却によって前記ガス中の水分が凝集して前記ガスに随伴するドレン水を、前記ガスの通過に伴い捕集する、ドレン飛散防止部材と
を備え、
前記ドレン飛散防止部材は、前記導出口を覆うように設けられ、かつ前記ケーシングの底壁に敷設されている、ガスクーラ。
前記冷却部は、前記上部空間と前記底部空間との間をシールするためのシールプレートを備える、請求項１に記載のガスクーラ。
前記ドレン水を前記ケーシング外に排出するためのドレン排出口をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載のガスクーラ。
前記ドレン飛散防止部材は金属ウールのブロック体である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスクーラ。
前記ドレン飛散防止部材は金属網の積層体である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスクーラ。