JPWO2013002237A1 - 冷却機能付圧縮機 - Google Patents

Abstract

冷却室の排出側（４２ｏｕｔ，５２ｏｕｔ）の内壁面を円弧状の曲面とし、熱交換器（４３，５３）の中心線（４３ａ）より上方に位置する境界部（４７ｃ）を境にして、境界部（４７ｃ）より上方の上側内壁面（４７ａ，５７ａ）と、境界部（４７ｃ）より下方の下側内壁面（４７ｂ，５７ｂ）との曲率が異なるように設定する。

Description

本発明は、工場の動力源やプロセス用として用いられる圧縮機に関し、特に、圧縮後の空気を冷却する冷却機能を備えた圧縮機に関する。

特許文献１に記載されたように、産業用のターボ圧縮機として、第１段圧縮機で圧縮した流体をさらに第２段圧縮機で圧縮したのち排出する２段式のターボ圧縮機が知られている。このターボ圧縮機は、第１段圧縮機のインペラと第２段圧縮機のインペラとを回転軸で連結し、その回転軸を歯車装置を介して駆動モータによって回転させるようにしている。詳しくは、上記回転軸は、駆動モータの出力軸と平行に配置されており、その中央部に歯車装置の歯車が噛合され、駆動モータ側の端部に第１段圧縮機のインペラが取り付けられ、それと反対側の端部に第２段圧縮機のインペラが取り付けられている。

また、第１段圧縮機と第２段圧縮機との間には、インタークーラが配設され、第２段圧縮機の後には、アフタークーラが配設されている。そして、第１段圧縮機で圧縮された空気は、インタークーラで冷却されてから第２段圧縮機で再度圧縮され、第２段圧縮機で圧縮された空気は、アフタークーラで冷却されて外部に排出される。

特許第３４７０４１０

ところで、圧縮機で圧縮された空気がインタークーラおよびアフタークーラの冷却手段で冷却されると飽和蒸気圧が下がるので、冷却手段のケーシングの内部で水が凝縮する。そして、凝縮した水は、ケーシングの下部に貯留し、排出口より排出される。特許文献１に記載の圧縮機では、ケーシングの形状が適切ではなかったため、冷却手段の内部に流入する圧縮空気の流れが乱れ、この乱れが冷却効率の低下する要因となっていた。また、冷却手段の内部に流入する圧縮空気が、局所的に高速流となって、貯留している凝縮水が巻上げられ、後流側へ凝縮水を運んでしまうという現象が起こっていた。

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、冷却装置の冷却効率を改善することができる冷却機能付圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る冷却機能付圧縮機は、駆動部により回転駆動される圧縮装置と、前記圧縮装置から吐出された圧縮空気を冷却する冷却装置とを備えた冷却機能付圧縮機であって、前記冷却装置は、内部に冷却室を備えたケースと、前記ケースの上面に設けられ、前記圧縮装置から吐出された圧縮空気が流入する流入口と、前記ケースの上面に設けられ、圧縮空気を外部へ排出する排出口と、前記冷却室に収容され、圧縮空気を冷却する熱交換器と、前記冷却室の内部における前記熱交換器の周辺空間を、前記流入口を有する流入側冷却室と前記排出口を有する排出側冷却室とに仕切る仕切壁と、圧縮空気が前記熱交換器を通過する際に冷却されて生じた凝縮水を貯留するドレイン空間と、を備え、前記排出側冷却室は、円弧状の曲面からなる内壁面を有し、前記内壁面は、前記仕切壁に直交する方向における前記熱交換器の中心面より前記流入口及び流出口側に位置する境界線を境にして、前記流入口及び流出口側に位置する内壁面を第１の内壁面、前記ドレイン空間側に位置する内壁面を第２の内壁面として規定され、前記第１の内壁面と前記第２の内壁面とはお互いに異なる曲率を有することを特徴とする。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却機能付圧縮機の平面図である。 図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。 図３は、図１の冷却機能付圧縮機の正面図である。 図４は、図３のIV-IV線に沿った断面図である。 図５は、図２のインタークーラの要部の拡大図である。 図６は、図２のアフタークーラの要部の拡大図である。 図７（ａ）は低圧側冷却ケースを図１の左側から見た側面図、図７（ｂ）は高圧側冷却ケースを図１の右側から見た側面図である。 図８（ａ）は、特許文献１に記載の冷却機能付圧縮機の冷却ケースにおける空気の流れ場解析の結果を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のVIII−ｂ線に沿った断面における空気の流れ場を示す図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）のVIII−ｃ線に沿った断面における空気の流れ場を示す図である。 図９（ａ）は、本発明の一実施例の冷却機能付圧縮機の冷却ケースにおける空気の流れ場解析の結果を示す図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のIX−ｂ線に沿った断面における空気の流れ場を示す図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）のIX−ｃ線に沿った断面における空気の流れ場を示す図である。 図１０（ａ）は、本発明の一実施例である図1に記載の冷却機能付圧縮機のインタークーラと特許文献１の冷却機能付圧縮機のインタークーラとの温度効率特性の比較結果、図１０（ｂ）は本発明の一実施例である図1に記載の冷却機能付圧縮機のアフタークーラと特許文献１の冷却機能付圧縮機のアフタークーラとの温度効率特性の比較結果を示すグラフである。

本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。本実施形態の冷却機能付圧縮機１は、図１および図３に示すように、駆動モータ１１、吸入部２１、低圧側圧縮機２３、インタークーラ４１、高圧側圧縮機２６、アフタークーラ５１、歯車装置１２を備える。駆動モータ１１の駆動力が歯車装置１２によって低圧側圧縮機２３と高圧側圧縮機２６へと伝達され、低圧側圧縮機２３と高圧側圧縮機２６は駆動される。吸入部２１から吸入された空気（ガス）は、まず低圧側圧縮機２３において圧縮され、圧縮された空気は、インタークーラ４１で冷却されて、高圧側圧縮機２６に供給される。そして、供給された空気は、高圧側圧縮機２６でさらに圧縮された後に、アフタークーラ５１で冷却されて、外部へ排出される。

ギヤケース１３に収容された歯車装置１２は、駆動モータ１１の出力軸１１ａに平行に配置された回転軸（図示せず）を有する。その回転軸の駆動モータ１１側の端部には低圧側圧縮機２３が設けられ、その反対側の端部には高圧側圧縮機２６が設けられている。そして、低圧側圧縮機２３の吸入部２１および吸入管２２が、駆動モータ１１の側方に平行に配置されている。低圧側圧縮機２３と高圧側圧縮機２６は、軸方向に沿って吸入された空気を圧縮しつつ、径方向へ排出する遠心圧縮機で構成され、回転軸とともにターボケース１４に収容されている。

インタークーラ４１およびアフタークーラ５１は、図２に示すように、冷却ケース３１に収容され、歯車装置１２、低圧側圧縮機２３、高圧側圧縮機２６の下側に配置される。冷却ケース３１は、略直方体の箱形状を備え、低圧側圧縮機２３、高圧側圧縮機２６、歯車装置１２、駆動モータ１１、および吸入部２１の支持基盤を兼ねている。そして、冷却ケース３１は、歯車装置１２を収容するギヤケース１３、および低圧側圧縮機２３、高圧側圧縮機２６を収容するターボケース１４と鋳造などによって一体的に形成されている。また、冷却ケース３１においては、図２および図４に示すように、低圧側冷却ケース３３と高圧側冷却ケース３４とが一体に形成されており、これらのケース３３，３４は隔壁３２によって仕切られている。

インタークーラ４１は、低圧側圧縮機２３の冷却手段であり、低圧側冷却ケース３３と低圧側熱交換器４３とを備える。

低圧側冷却ケース３３は、図２、図４、および図５に示すように、箱形状に形成され、内部に低圧側冷却室４２を備えている。低圧側冷却ケース３３のケース上面３３ａには、低圧側圧縮機２３から吐出された圧縮空気が流入する低圧側流入口４５と、低圧側冷却室４２内の圧縮空気を外部へ排出する低圧側排出口４６とが設けられている。また、低圧側冷却室４２には、低圧側熱交換器４３が配設されている。

低圧側熱交換器４３は、図４の下側から上側上方へ向かって低圧側冷却室４２内に挿入、設置される。そして、低圧側熱交換器４３が設置された状態で、低圧側冷却室４２の内部には、水平方向（図２および図４の左右方向）に沿って圧縮空気の流路が形成される。また、低圧側熱交換器４３には、上面と下面、挿入方向先端面に仕切壁４４が配置されている。そして、この仕切壁４４によって、低圧側熱交換器４３の周囲は、低圧側流入口４５を有する流入側冷却室４２ｉｎと、低圧側排出口４６を有する排出側冷却室４２ｏｕｔとに仕切られる。

流入側冷却室４２ｉｎにおいて、低圧側冷却ケース３３の低圧側熱交換器４３の入口側下縁部４３ｂと対向する部位には、入口側下縁部４３ｂに先端が近接するよう整流突部４８が形成されている。低圧側熱交換器４３の入口側下縁部４３ｂと低圧側冷却ケース３３の整流突部４８との間の間隔は、狭いほど良い。しかし、本実施形態では、低圧側熱交換器４３の挿入方向先端に、圧縮空気が通過する熱交換部よりも寸法が大きな先端側フランジ部４３ｃが設けられているため、低圧側熱交換器４３を低圧側冷却ケース３３に組付ける際に、先端側フランジ部４３ｃが整流突部４８にぶつからない程度の間隔が、入口側下縁部４３ｂと整流突部４８との間に設定されている。これにより、流入側冷却室４２ｉｎに流入した圧縮空気の流れが、整流突部４８によって向きを変えられて、後述するドレイン空間４９へ入り込むことなく、低圧側熱交換器４３内に流入する。

低圧側冷却室４２の低圧側熱交換器４３下側には、ドレイン空間４９が形成されており、圧縮空気が低圧側熱交換器４３を通過し、通過した圧縮空気が冷却される際に発生する凝縮水が、低圧側熱交換器４３から落下し、ドレイン空間４９に貯留される。

排出側冷却室４２ｏｕｔの内壁面は、ドレイン空間４９からケース上面３３ａにかけて円弧状の曲面を有している。この円弧上の曲面は、低圧側熱交換器４３の中心線（仕切壁４４と直交する方向における中心面）４３ａより上方に設定した境界部４７ｃを境にして、上側内壁面４７ａと下側内壁面４７ｂとからなる。ここで、上側内壁面４７ａの曲率は、下側内壁面４７ｂの曲率よりも小さくなるように設定される。本実施形態においては、上側内壁面４７ａは、曲率０の平面状で、鉛直方向に沿って面を構成する。また、上側内壁面４７ａの延長上に低圧側排出口４６が配設され、この低圧側排出口４６には、図７（ａ）に示すように、低圧側冷却室４２から外部へ通じる低圧側排出通路２５が連結している。そして、低圧側排出通路２５は、正面視では上側内壁面４７ａに沿って鉛直方向に延び、側面視では鉛直方向に対して斜めに延びるように形成されている。これにより、低圧側熱交換器４３を通過した圧縮空気は、下側内壁面４７ｂの湾曲によって上方への流れに向きが変えられ、上側内壁面４７ａに沿って低圧側排出口４６へ導かれ、低圧側排出通路２５を通じて低圧側冷却室４２から高圧側圧縮機２６へ排出される。

アフタークーラ５１は、高圧側圧縮機２６の冷却手段であり、インタークーラ４１と同様に、高圧側冷却ケース３４と、高圧側熱交換器５３とを備える。

高圧側冷却ケース３４は、図２、図４、および図６に示すように、箱形状に形成され、内部に高圧側冷却室５２を備えている。高圧側冷却ケース３４のケース上面３４ａには、高圧側圧縮機２６から吐出された圧縮空気が流入する高圧側流入口５５と、高圧側冷却室５２内の圧縮空気を外部へ排出する高圧側排出口５６とが設けられている。また、高圧側冷却室５２には、高圧側熱交換器５３が配設されている。

高圧側熱交換器５３は、図４の下側から上側上方へ向かって高圧側冷却室５２内に挿入、設置される。そして、高圧側熱交換器５３が設置された状態で、高圧側冷却室５２の内部には、水平方向（図２および図４の左右方向）に沿って圧縮空気の流路が形成される。また、高圧側熱交換器５３には、上面と下面、挿入方向先端面に仕切壁５４が配置されている。そして、この仕切壁５４によって、高圧側熱交換器５３の周囲は、高圧側流入口５５を有する流入側冷却室５２ｉｎと、高圧側排出口５６を有する排出側冷却室５２ｏｕｔとに仕切られる。

流入側冷却室５２ｉｎにおいて、高圧側冷却ケース３４の高圧側熱交換器５３の入口側下縁部５３ｂと対向する部位には、入口側下縁部５３ｂに先端が近接するよう整流突部５８が形成されている。高圧側熱交換器５３の入口側下縁部５３ｂと高圧側冷却ケース３４の整流突部５８との間の間隔は、狭いほど良い。とは言え、本実施形態では、高圧側熱交換器５３を高圧側冷却ケース３４に組付ける際に、先端側フランジ部５３ｃが整流突部５８にぶつからない程度の間隔が、入口側下縁部５３ｂと整流突部５８との間に設定されている。

高圧側冷却室５２の高圧側熱交換器５３下側には、ドレイン空間５９が形成されている。

排出側冷却室５２ｏｕｔの内壁面は、ドレイン空間５９からケース上面３４ａにかけて円弧状の曲面を有している。この円弧状の曲面は、高圧側熱交換器５３の中心線（仕切壁５４と直交する方向における中心面）５３ａより上方に設定した境界部５７ｃを境にして、上側内壁面５７ａと下側内壁面５７ｂとならなる。ここで、上側内壁面５７ａの曲率は、下側内壁面５７ｂの曲率よりも大きくなるように設定される。これにより、高圧側熱交換器５３の上面、ケース上面３４ａ、上側内壁面５７ａを内壁とした高圧側熱交換器５３の上部空間では反時計回りの運動エネルギーが大きい空気の流れを生み出す。そして、この空気流は、高圧側熱交換器５３から出て下側内壁面５７ｂによって上方へ巻き上げられた空気を取込みながら、取り込んだ空気を高圧側排出口５６まで導く。また、境界部５７ｃの上方には、外側へ張出しつつ、上方に向かって開口する高圧側排出口５６が配設され、高圧側排出口５６には、図７（ｂ）に示すように、高圧側冷却室５２から外部へ通じる高圧側排出通路２８が連結している。そして、高圧側排出通路２８は、正面視と側面視の両方で上側内壁面５７ａに沿って鉛直方向に延びるように形成されている。これにより、高圧側熱交換器５３を通過した圧縮空気は、下側内壁面５７ｂの湾曲によって上方への流れに向きが変えられ、上側内壁面５７ａに沿って高圧側排出口５６へ導かれ、高圧側排出通路２８を通じて高圧側冷却室５２から高圧側圧縮機２６へ排出される。

つまり、上側内壁面４７ａ，５７ａの構成と、低圧側排出通路２５、および高圧側排出通路２８の構成が異なる点を除いて、インタークーラ４１とアフタークーラ５１とは、隔壁３２を挟んで対称的に構成、配置されている。このように配置されたことで、図２に示すように、低圧側圧縮機２３で圧縮された空気は、低圧側流入通路２４を通じて低圧側流入口４５から流入して、低圧側熱交換器４３内を通過しつつ冷却され、低圧側排出口４６から低圧側排出通路２５へ排出されて、高圧側圧縮機２６へ導入される。そして、高圧側圧縮機２６で再度圧縮された圧縮空気は、高圧側流入通路２７を通じて高圧側流入口５５から流入して、高圧側熱交換器５３内を通過しつつ冷却され、高圧側排出口５６から高圧側排出通路２８を通じて外部へ排出される。

なお、インタークーラ４１とアフタークーラ５１が、隔壁３２を挟んで低圧側流入口４５と高圧側流入口５５が隣接するように設定されたことで、圧縮機で圧縮された直後で高温の圧縮空気が隣合うことになり、高温の圧縮空気によって冷却後の圧縮空気が温められて、冷却効率が悪化することを防止している。

上記構成において、排出側冷却室４２ｏｕｔ，５２ｏｕｔの内壁面が、境界部４７ｃ，５７ｃの上下で異なる曲率の曲面に設定されたことにより、排出側冷却室４２ｏｕｔ，５２ｏｕｔの内部の圧縮空気の流れが整流され、圧縮空気が熱交換器４３，５３の内部をスムーズに流れるため、インタークーラ４１およびアフタークーラ５１の冷却効率を改善することができる。また、排出側冷却室４２ｏｕｔ，５２ｏｕｔ内の圧縮空気の流れが整流されることで、ドレイン空間４９，５９に貯留された凝縮水の巻き上げが抑制されるため、後流側へ運ばれる凝縮水が抑制される。

熱交換器４３，５３の入口側下縁部４３ｂ，５３ｂに先端が近接するよう設定された整流突部４８，５８を備えたことにより、熱交換器４３，５３の下に設定されたドレイン空間４９，５９に圧縮空気が入り込む量が減り、冷却室流入側４２ｉｎ，５２ｉｎ内の圧縮空気の流れが整流され、圧縮空気が熱交換器４３，５３内をスムーズに流れるため、インタークーラ４１、およびアフタークーラ５１の冷却効率をさらに改善することができる。

インタークーラ４１では、上側内壁面４７ａの曲率が０に設定され、上側内壁面４７ａの延長上に低圧側排出口４６が配設され、低圧側排出口４６から外部へ通じる低圧側排出通路２５が、上側内壁面４７ａに沿って、鉛直方向に対して斜めに形成されたことにより、冷却室排出側４２ｏｕｔ内の圧縮空気の速度増加を抑制し、さらに整流されるため、圧力損失発生を抑制しながら冷却効率をより一層改善することができる。

アフタークーラ５１では、上側内壁面５７ａの曲率が、境界部５７ｃより下方に位置する下側内壁面５７ｂの曲率よりも大きく設定され、高圧側排出口５６から外部へ通じる高圧側排出通路２８が、鉛直方向に沿って形成されたことにより、壁面の耐圧強度を保ちながら排出側冷却室５２ｏｕｔ内の圧縮空気の流れがさらに整流されるため、冷却効率をより一層改善することができる。

次に、本発明の一実施例に係る冷却機能付圧縮機の冷却ケース（インタークーラ、アフタークーラ）と特許文献１に係る冷却機能付圧縮機の冷却ケース（インタークーラ、アフタークーラ）との空気の流れ場解析の結果を比較した結果を、図８及び図９を用いて示す。図８（ａ）は、特許文献１における冷却ケースにおける空気の流れ場解析の結果を示す図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のVIII−ｂ線に沿った断面（入口側断面）における空気の流れ場を示す図であり、具体的には、流入通路２４から流入側冷却室４２ｉｎに流入した空気の流れの様子を表している。また、図８（ｃ）は、図８（ａ）のVIII−ｃ線に沿った断面（出口側断面）における空気の流れ場を示す図であり、冷却ケース４１の流出側冷却室４２ｏｕｔから排出通路２５へ流出する空気の流れの様子を表している。同じく、図９（ａ）は、本発明の一実施例に係る冷却機能付圧縮機の冷却ケースにおける空気の流れ場を示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のIX−ｂ線に沿った断面（入口側断面）における空気の流れ場解析の結果を示す図であり、具体的には、流入通路２４から流入側冷却室４２ｉｎに流入した空気の流れの様子を表している。図９（ｃ）は、図９（ａ）のIX−ｃ線に沿った断面（出口側断面）における空気の流れ場を示す図であり、冷却ケース４１の流出側冷却室４２ｏｕｔから排出通路２５へ流出する空気の流れの様子を表している。

図８（ｂ）、８（ｃ）と図９（ｂ）、９（ｃ）とを比較すれば、本発明の一実施例と特許文献１との間に以下のような違いがあることが分かる。図８（ｂ）に示すように、冷却ケース４１の入口側断面においては、熱交換器４３の入口と流入側冷却室４２ｉｎの側壁との間の空間において、空気が時計回りに対流していることが分かる（矢印Ａ１〜Ａ４）。詳細には、この空間では、流入通路２４から流入した空気は熱交換器４３の上面で右方向の流れに変わり、さらに流入側冷却室４２ｉｎの側壁によって下方向の流れに変わる（矢印Ａ２）。この流れは流入側冷却室４２ｉｎの側壁の下面で流れの方向が変わり（矢印Ａ３）、上方向の流れ（矢印Ａ４）と流入側冷却室４２ｉｎの下壁に沿った流れ（矢印Ａ６）に分岐する。流入側冷却室４２ｉｎの下壁に沿った流れ（矢印Ａ６）は、ドレイン空間４９で時計回りの流れによって上記の上方向の流れ（矢印Ａ４）に合流するもの、あるいは熱交換器４３下部の仕切壁４４と並行に流れるものがある。この仕切壁４４と並行に流れた空気が、図８（ｃ）で示す、冷却ケース４１の出口側断面においては、ドレイン空間４９から熱交換器４３へ向かう流れに変わる（矢印Ａ７、Ａ８）。従って、特許文献１においては、図８（ｂ）に示すように、冷却ケース４１の入口側断面において、空気が熱交換器４３へ流入する量が少ないこと、この断面では冷却効率が悪いことが分かる。

一方、本発明の一実施例においては、図９（ｂ）に示したように、冷却ケース４１の入口側冷却室４２ｉｎのドレイン空間４９側の側壁に整流突部４８を設けたことにより、熱交換器４３のドレイン空間４９側の角部と整流突部４８との距離が狭くなる（両矢印Ｂ）。これにより、ドレイン空間４９への空気の回り込みが抑制されるため、流入通路２４から冷却ケース４１の流入側冷却室４２ｉｎに流入し、下方へ向けて流れる空気（矢印Ａ１１）は、円滑に熱交換器４３の入口へと導かれる（矢印Ａ１２）。

また、図８（ｃ）と図９（ｃ）とを比較すれば、本発明の一実施例と特許文献１との間に以下のような違いがあることも分かる。図８（ｃ）に示したように、本発明の一実施例では、冷却ケース４１の流出側冷却室４１ｏｕｔの内壁面は、熱交換器４３の中心線４３ａに対してその上下で曲率が対称となるような形状をしている。従って、矢印Ａ９及びＡ１０で示したように、熱交換器４３の出口から排出側冷却室４２ｏｕｔへの空気の流れは、中心線４３ａに対して上下方向へと向かう２つの流れへと分岐する（矢印Ａ９，Ａ１０）。このことにより、下方へと向かう空気（矢印Ａ１０）は、ドレイン空間４９へと流れ込み、その勢いで、ドレイン空間４９に貯留された凝縮水を巻上げる恐れがある（領域Ｄ）。さらに、ドレイン空間４９へと流れ込んだ空気は、仕切壁４４と並行に流れ、図８（ｂ）に示す、冷却ケース４１の入口側断面においては、ドレイン空間４９から流出側冷却室４３ｏｕｔの壁面に沿って巻き上がり、乱れた流れが発生する原因になっている。

一方、本発明の一実施例においては、図９（ｃ）に示したように、冷却ケース４１の流出側冷却室４１ｏｕｔの内壁面は、熱交換器４３の中心線４３ａよりも上側（排出通路２５側）に変曲点（曲率が変化する点）４７ｃを有する曲面形状を有している。ここで、変曲点４７ｃよりも上側の内壁面を第１の内壁面、下側（ドレイン空間４９側）の内壁面を第２の内壁面と呼ぶことにすれば、第２の内壁面に向けて流れる空気も、変極点４７ｃが中心線４３ａよりも上側にあることで、大部分が排出通路２５の方向に向けて流れることになる（矢印Ａ１３）。その結果、流出側冷却室４１ｏｕｔのドレイン空間４９に向かう空気の流れは少なく、ドレイン空間４９に貯留された凝縮水が巻き上げられる恐れは小さくなる（領域Ｄ）。

最後に、上記したような本発明の一実施例と一従来例とのインタークーラ４１及びアフタークーラ５１の構造上の違いが、実際にそれらの冷却特性に与える影響について述べる。図１０（ａ）は、本発明の一実施例である図１の冷却機能付圧縮機のインタークーラと特許文献１の冷却機能付圧縮機のインタークーラとの温度効率特性の比較結果、図１０（ｂ）は本発明の一実施例である図１の冷却機能付圧縮機のアフタークーラと特許文献１の冷却機能付圧縮機のアフタークーラとの温度効率特性の比較結果を示すグラフである。各グラフにおける横軸は熱当量比（空気の熱容量と冷却水の熱容量の比率の大小を表す指標）を表し、縦軸は温度効率を表す。図１０（ａ）に示すように、インタークーラについて、本実施例である図１の冷却機能付圧縮機と特許文献１の冷却機能付圧縮機とも熱当量比の大小に関わらずほぼ横ばいの温度効率を得ている。この傾向はアフタークーラについても同じである。結論として、インタークーラ４１については特許文献１の冷却機能付圧縮機のインタークーラに対して平均して約４％温度効率が向上しており、また、アフタークーラ５１については特許文献１の冷却機能付圧縮機のアフタークーラに対して平均して約２％温度効率が向上していることが分かる。

以上のように、本発明の一実施形態に係る冷却機能付圧縮機では、冷却室内の圧縮空気の流れが整流され、圧縮空気が熱交換器内を円滑に流れるため、冷却手段の冷却効率を改善することができる。また、当該圧縮機では、ドレイン空間に貯留された凝縮水の巻き上げが抑制されるため、後流側へ運ばれる凝縮水が抑制される。

排出側冷却室４２ｏｕｔの内壁面は、ドレイン空間４９からケース上面３３ａにかけて円弧状の曲面を有している。この円弧状の曲面は、低圧側熱交換器４３の中心線（仕切壁４４と直交する方向における中心面）４３ａより上方に設定した境界部４７ｃを境にして、上側内壁面４７ａと下側内壁面４７ｂとからなる。ここで、上側内壁面４７ａの曲率は、下側内壁面４７ｂの曲率よりも小さくなるように設定される。本実施形態においては、上側内壁面４７ａは、曲率０の平面状で、鉛直方向に沿って面を構成する。また、上側内壁面４７ａの延長上に低圧側排出口４６が配設され、この低圧側排出口４６には、図７（ａ）に示すように、低圧側冷却室４２から外部へ通じる低圧側排出通路２５が連結している。そして、低圧側排出通路２５は、正面視では上側内壁面４７ａに沿って鉛直方向に延び、側面視では鉛直方向に対して斜めに延びるように形成されている。これにより、低圧側熱交換器４３を通過した圧縮空気は、下側内壁面４７ｂの湾曲によって上方への流れに向きが変えられ、上側内壁面４７ａに沿って低圧側排出口４６へ導かれ、低圧側排出通路２５を通じて低圧側冷却室４２から高圧側圧縮機２６へ排出される。

排出側冷却室５２ｏｕｔの内壁面は、ドレイン空間５９からケース上面３４ａにかけて円弧状の曲面を有している。この円弧状の曲面は、高圧側熱交換器５３の中心線（仕切壁５４と直交する方向における中心面）５３ａより上方に設定した境界部５７ｃを境にして、上側内壁面５７ａと下側内壁面５７ｂとならなる。ここで、上側内壁面５７ａの曲率は、下側内壁面５７ｂの曲率よりも大きくなるように設定される。これにより、高圧側熱交換器５３の上面、ケース上面３４ａ、上側内壁面５７ａを内壁とした高圧側熱交換器５３の上部空間では反時計回りの運動エネルギーが大きい空気の流れを生み出す。そして、この空気流は、高圧側熱交換器５３から出て下側内壁面５７ｂによって上方へ巻き上げられた空気を取込みながら、取り込んだ空気を高圧側排出口５６まで導く。また、境界部５７ｃの上方には、外側へ張出しつつ、上方に向かって開口する高圧側排出口５６が配設され、高圧側排出口５６には、図７（ｂ）に示すように、高圧側冷却室５２から外部へ通じる高圧側排出通路２８が連結している。そして、高圧側排出通路２８は、正面視と側面視の両方で上側内壁面５７ａに沿って鉛直方向に延びるように形成されている。これにより、高圧側熱交換器５３を通過した圧縮空気は、下側内壁面５７ｂの湾曲によって上方への流れに向きが変えられ、上側内壁面５７ａに沿って高圧側排出口５６へ導かれ、高圧側排出通路２８を通じて高圧側冷却室５２から外部へ排出される。

次に、本発明の一実施例に係る冷却機能付圧縮機の冷却ケース（インタークーラ、アフタークーラ）と特許文献１に係る冷却機能付圧縮機の冷却ケース（インタークーラ、アフタークーラ）との空気の流れ場解析の結果を比較した結果を、図８及び図９を用いて示す。図８（ａ）は、特許文献１における冷却ケースにおける空気の流れ場解析の結果を示す図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のVIII−ｂ線に沿った断面（入口側断面）における空気の流れ場を示す図であり、具体的には、流入通路２４から流入側冷却室４２ｉｎに流入した空気の流れの様子を表している。また、図８（ｃ）は、図８（ａ）のVIII−ｃ線に沿った断面（出口側断面）における空気の流れ場を示す図であり、冷却ケース４１の排出側冷却室４２ｏｕｔから排出通路２５へ流出する空気の流れの様子を表している。同じく、図９（ａ）は、本発明の一実施例に係る冷却機能付圧縮機の冷却ケースにおける空気の流れ場を示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のIX−ｂ線に沿った断面（入口側断面）における空気の流れ場解析の結果を示す図であり、具体的には、流入通路２４から流入側冷却室４２ｉｎに流入した空気の流れの様子を表している。図９（ｃ）は、図９（ａ）のIX−ｃ線に沿った断面（出口側断面）における空気の流れ場を示す図であり、冷却ケース４１の排出側冷却室４２ｏｕｔから排出通路２５へ流出する空気の流れの様子を表している。

一方、本発明の一実施例においては、図９（ｂ）に示したように、冷却ケース４１の流入側冷却室４２ｉｎのドレイン空間４９側の側壁に整流突部４８を設けたことにより、熱交換器４３のドレイン空間４９側の角部と整流突部４８との距離が狭くなる（両矢印Ｂ）。これにより、ドレイン空間４９への空気の回り込みが抑制されるため、流入通路２４から冷却ケース４１の流入側冷却室４２ｉｎに流入し、下方へ向けて流れる空気（矢印Ａ１１）は、円滑に熱交換器４３の入口へと導かれる（矢印Ａ１２）。

また、図８（ｃ）と図９（ｃ）とを比較すれば、本発明の一実施例と特許文献１との間に以下のような違いがあることも分かる。図８（ｃ）に示したように、本発明の一実施例では、冷却ケース４１の排出側冷却室４２ｏｕｔの内壁面は、熱交換器４３の中心線４３ａに対してその上下で曲率が対称となるような形状をしている。従って、矢印Ａ９及びＡ１０で示したように、熱交換器４３の出口から排出側冷却室４２ｏｕｔへの空気の流れは、中心線４３ａに対して上下方向へと向かう２つの流れへと分岐する（矢印Ａ９，Ａ１０）。このことにより、下方へと向かう空気（矢印Ａ１０）は、ドレイン空間４９へと流れ込み、その勢いで、ドレイン空間４９に貯留された凝縮水を巻上げる恐れがある（領域Ｄ）。さらに、ドレイン空間４９へと流れ込んだ空気は、仕切壁４４と並行に流れ、図８（ｂ）に示す、冷却ケース４１の入口側断面においては、ドレイン空間４９から排出側冷却室４２ｏｕｔの壁面に沿って巻き上がり、乱れた流れが発生する原因になっている。

一方、本発明の一実施例においては、図９（ｃ）に示したように、冷却ケース４１の排出側冷却室４２ｏｕｔの内壁面は、熱交換器４３の中心線４３ａよりも上側（排出通路２５側）に変曲点（曲率が変化する点）４７ｃを有する曲面形状を有している。ここで、変曲点４７ｃよりも上側の内壁面を第１の内壁面、下側（ドレイン空間４９側）の内壁面を第２の内壁面と呼ぶことにすれば、第２の内壁面に向けて流れる空気も、変曲点４７ｃが中心線４３ａよりも上側にあることで、大部分が排出通路２５の方向に向けて流れることになる（矢印Ａ１３）。その結果、排出側冷却室４２ｏｕｔのドレイン空間４９に向かう空気の流れは少なく、ドレイン空間４９に貯留された凝縮水が巻き上げられる恐れは小さくなる（領域Ｄ）。

Claims (4)

1. 駆動部により回転駆動される圧縮装置と、前記圧縮装置から吐出された圧縮空気を冷却する冷却装置とを備えた冷却機能付圧縮機において、
   前記冷却装置は、
   内部に冷却室を備えたケースと、
   前記ケースの上面に設けられ、前記圧縮装置から吐出された圧縮空気が流入する流入口と、
   前記ケースの上面に設けられ、圧縮空気を外部へ排出する排出口と、
   前記冷却室に収容され、圧縮空気を冷却する熱交換器と、
   前記冷却室の内部における前記熱交換器の周辺空間を、前記流入口を有する流入側冷却室と前記排出口を有する排出側冷却室とに仕切る仕切壁と、
   圧縮空気が前記熱交換器を通過する際に冷却されて生じた凝縮水を貯留するドレイン空間と、
   を備え、
   前記排出側冷却室は、円弧状の曲面からなる内壁面を有し、
   前記内壁面は、前記仕切壁に直交する方向における前記熱交換器の中心面より前記流入口及び流出口側に位置する境界線を境にして、前記流入口及び流出口側に位置する内壁面を第１の内壁面、前記ドレイン空間側に位置する内壁面を第２の内壁面として規定され、
   前記第１の内壁面と前記第２の内壁面とはお互いに異なる曲率を有することを特徴とする冷却機能付圧縮機。
2. 請求項１記載の冷却機能付圧縮機において、
   前記流入側冷却室の下面には、前記熱交換器の下縁部と対向する位置に、前記熱交換器の下縁部に先端が近接するように整流突部が設けられていることを特徴とする冷却機能付圧縮機。
3. 請求項１または請求項２記載の冷却機能付圧縮機において、
   前記第１の内壁面の曲面は曲率０に設定され、
   前記排出口から外部へ通じる排出通路が、前記第１の内壁面に沿って、前記仕切壁の延設方向に対して斜めに形成されたことを特徴とする冷却機能付圧縮機。
4. 請求項１または請求項２記載の冷却機能付圧縮機において、
   前記第１の内壁面の曲面は、前記第２の内壁面の曲面の曲率よりも大きく設定され、
   前記排出口から外部へ通じる排出通路が、前記仕切壁の延設方向に沿って形成されたことを特徴とする冷却機能付圧縮機。