KR101834877B1 - 냉각 기능을 구비한 압축기 - Google Patents

냉각 기능을 구비한 압축기 Download PDF

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Abstract

냉각실의 배출측(42out, 52out)의 내벽면을 원호형의 곡면으로 하고, 열교환기(43, 53)의 중심선(43a)보다 위쪽에 위치하는 경계부(47c)를 경계로 하여, 경계부(47c)보다 위쪽의 상측 내벽면(47a, 57a)과 경계부(47c)보다 아래쪽의 하측 내벽면(47b, 57b)과의 곡률이 상이하도록 설정한다.

Description

냉각 기능을 구비한 압축기{COMPRESSOR WITH COOLING FUNCTION}
본 발명은, 공장의 동력원이나 프로세스용으로서 사용되는 압축기에 관한 것이며, 특히, 압축 후의 공기를 냉각시키는 냉각 기능을 구비한 압축기에 관한 것이다.
특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 산업용의 터보 압축기로서, 제1단(段) 압축기에 의해 압축한 유체를 다시 제2단 압축기에 의해 압축한 후 배출하는 2단식의 터보 압축기가 알려져 있다. 이 터보 압축기는, 제1단 압축기의 임펠러(impeller)와 제2단 압축기의 임펠러를 회전축으로 연결하고, 그 회전축을 기어 장치를 통하여 구동 모터에 의해 회전시키도록 하고 있다. 상세하게는, 상기 회전축은, 구동 모터의 출력축과 평행하게 배치되어 있고, 그 중앙부에 기어 장치의 기어가 서로 맞물려져 구동 모터측의 단부(端部)에 제1단 압축기의 임펠러가 장착되고, 그와는 반대측의 단부에 제2단 압축기의 임펠러가 장착되어 있다.
또한, 제1단 압축기와 제2단 압축기와의 사이에는, 인터쿨러가 설치되고, 제2단 압축기의 후에는, 애프터쿨러가 설치되어 있다. 그리고, 제1단 압축기에 의해 압축된 공기는, 인터쿨러에 의해 냉각되고나서 제2단 압축기로 재차 압축되고, 제2단 압축기에 의해 압축된 공기는, 애프터쿨러에 의해 냉각되어 외부로 배출된다.
일본 특허 제3470410호
그런데, 압축기에 의해 압축된 공기가 인터쿨러 및 애프터쿨러의 냉각 수단에 의해 냉각되면 포화 증기압이 내리므로, 냉각 수단의 케이싱의 내부에서 물이 응축된다. 그리고, 응축된 물은, 케이싱의 하부에 저류되고, 배출구로부터 배출된다. 특허 문헌 1에 기재된 압축기에서는, 케이싱의 형상이 적절하지 않았기 때문에, 냉각 수단의 내부로 유입되는 압축 공기의 흐름이 흐트러지고(turbulent),이 흐트러짐이 냉각 효율이 저하되는 요인으로 되어 있었다. 또한, 냉각 수단의 내부로 유입되는 압축 공기가, 국소적으로 고속류로 되어, 저류되어 있는 응축수가 감겨올라가(raise) 후류측(後流側)으로 응축수를 옮겨 버리는 현상이 일어나고 있었다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 냉각 장치의 냉각 효율을 개선할 수 있는 냉각 기능을 구비한 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시형태에 관한 냉각 기능을 구비한 압축기는, 구동부에 의해 회전 구동되는 압축 장치와, 상기 압축 장치로부터 토출된 압축 공기를 냉각시키는 냉각 장치를 구비한 냉각 기능을 구비한 압축기로서, 상기 냉각 장치는, 내부에 냉각실을 구비한 케이스와, 상기 케이스의 상면에 설치되고, 상기 압축 장치로부터 토출된 압축 공기가 유입되는 유입구와, 상기 케이스의 상면에 설치되고, 압축 공기를 외부로 배출하는 배출구와, 상기 냉각실에 수용되고, 압축 공기를 냉각시키는 열교환기와, 상기 냉각실의 내부에서의 상기 열교환기의 주변 공간을, 상기 유입구를 가지는 유입측 냉각실과 상기 배출구를 가지는 배출측 냉각실로 구분하는 칸막이벽과, 압축 공기가 상기 열교환기를 통과할 때 냉각되어 생긴 응축수를 저류(貯留)하는 드레인 공간을 구비하고, 상기 배출측 냉각실은, 원호형의 곡면으로 이루어지는 내벽면을 가지고, 상기 내벽면은, 상기 칸막이벽과 직교하는 방향에서의 상기 열교환기의 중심면보다 상기 유입구 및 배출구 측에 위치하는 경계선을 경계로 하여, 상기 유입구 및 배출구 측에 위치하는 내벽면을 제1 내벽면, 상기 드레인 공간 측에 위치하는 내벽면을 제2 내벽면으로서 규정하고, 상기 제1 내벽면과 상기 제2 내벽면은 서로 상이한 곡률을 가지는 것을 특징으로 한다.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 관한 냉각 기능을 구비한 압축기의 평면도이다.
도 2는, 도 1의 II―II선에 따른 단면도(斷面圖)이다.
도 3은, 도 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 정면도이다.
도 4는, 도 3의 IV―IV선에 따른 단면도이다.
도 5는, 도 2의 인터쿨러의 주요부의 확대도이다.
도 6은, 도 2의 애프터쿨러의 주요부의 확대도이다.
도 7의 (a)는 저압측 냉각 케이스를 도 1의 좌측으로부터 본 측면도, 도 7의 (b)는 고압측 냉각 케이스를 도 1의 우측으로부터 본 측면도이다.
도 8의 (a)는, 특허 문헌 1에 기재된 냉각 기능을 구비한 압축기의 냉각 케이스에서의 공기의 플로우필드(flow field) 해석의 결과를 나타낸 도면이며, 도 8의 (b)는, 도 8의 (a)의 VIII―b선에 따른 단면에서의 공기의 플로우필드를 나타낸 도면이며, 도 8의 (c)는, 도 8의 (a)의 VIII―c선에 따른 단면에서의 공기의 플로우필드를 나타낸 도면이다.
도 9의 (a)는, 본 발명의 일실시예의 냉각 기능을 구비한 압축기의 냉각 케이스에서의 공기의 플로우필드 해석의 결과를 나타낸 도면이며, 도 9의 (b)는, 도 9의 (a)의 IX―b선에 따른 단면에서의 공기의 플로우필드를 나타낸 도면이며, 도 9의 (c)는, 도 9의 (a)의 IX―c선에 따른 단면에서의 공기의 플로우필드를 나타낸 도면이다.
도 10의 (a)는, 본 발명의 일실시예인 도 1에 기재된 냉각 기능을 구비한 압축기의 인터쿨러와 특허 문헌 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 인터쿨러와의 온도 효율 특성의 비교 결과, 도 10의 (b)는 본 발명의 일실시예인 도 1에 기재된 냉각 기능을 구비한 압축기의 애프터쿨러와 특허 문헌 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 애프터쿨러와의 온도 효율 특성의 비교 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태의 냉각 기능을 구비한 압축기(1)는, 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동 모터(11), 흡입부(21), 저압측 압축기(23), 인터쿨러(41), 고압측 압축기(26), 애프터쿨러(51), 기어 장치(12)를 구비한다. 구동 모터(11)의 구동력이 기어 장치(12)에 의해 저압측 압축기(23)와 고압측 압축기(26)로 전달되고, 저압측 압축기(23)와 고압측 압축기(26)는 구동된다. 흡입부(21)로부터 흡입된 공기(가스)는, 먼저 저압측 압축기(23)에 있어서 압축되고, 압축된 공기는, 인터쿨러(41)에 의해 냉각되어, 고압측 압축기(26)에 공급된다. 그리고, 공급된 공기는, 고압측 압축기(26)에 의해 다시 압축된 후에, 애프터쿨러(51)에 의해 냉각되어, 외부로 배출된다.
기어 케이스(13)에 수용된 기어 장치(12)는, 구동 모터(11)의 출력축(11a)에 평행하게 배치된 회전축(도시하지 않음)을 가진다. 그 회전축의 구동 모터(11) 측의 단부에는 저압측 압축기(23)가 설치되고, 그 반대측의 단부에는 고압측 압축기(26)가 설치되어 있다. 그리고, 저압측 압축기(23)의 흡입부(21) 및 흡입관(22)이, 구동 모터(11)의 측방에 평행하게 배치되어 있다. 저압측 압축기(23)와 고압측 압축기(26)는, 축 방향을 따라 흡입된 공기를 압축하면서, 직경방향으로 배출하는 원심 압축기로 구성되며, 회전축과 함께 터보 케이스(14)에 수용되어 있다.
인터쿨러(41) 및 애프터쿨러(51)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 냉각 케이스(31)에 수용되고, 기어 장치(12), 저압측 압축기(23), 고압측 압축기(26)의 아래쪽에 배치된다. 냉각 케이스(31)는, 대략 직육면체의 상자형상을 구비하고, 저압측 압축기(23), 고압측 압축기(26), 기어 장치(12), 구동 모터(11), 및 흡입부(21)의 지지 기반(基盤)을 겸하고 있다. 그리고, 냉각 케이스(31)는, 기어 장치(12)를 수용하는 기어 케이스(13), 및 저압측 압축기(23), 고압측 압축기(26)를 수용하는 터보 케이스(14)와 주조(鑄造) 등에 의해 일체로 형성되어 있다. 또한, 냉각 케이스(31)에 있어서는, 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 저압측 냉각 케이스(33)와 고압측 냉각 케이스(34)가 일체로 형성되어 있고, 이들 케이스(33, 34)는 격벽(32)에 의해 구획되어 있다.
인터쿨러(41)는, 저압측 압축기(23)의 냉각 수단이며, 저압측 냉각 케이스(33)와 저압측 열교환기(43)를 구비한다.
저압측 냉각 케이스(33)는, 도 2, 도 4, 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상자형상으로 형성되고, 내부에 저압측 냉각실(42)을 구비하고 있다. 저압측 냉각 케이스(33)의 케이스 상면(33a)에는, 저압측 압축기(23)로부터 토출된 압축 공기가 유입되는 저압측 유입구(45)와, 저압측 냉각실(42) 내의 압축 공기를 외부로 배출하는 저압측 배출구(46)가 설치되어 있다. 또한, 저압측 냉각실(42)에는, 저압측 열교환기(43)가 설치되어 있다.
저압측 열교환기(43)는, 도 4의 아래쪽으로부터 위쪽 상방을 향해 저압측 냉각실(42) 내에 삽입, 설치된다. 그리고, 저압측 열교환기(43)가 설치된 상태에서, 저압측 냉각실(42)의 내부에는, 수평 방향(도 2 및 도 4의 좌우 방향)을 따라 압축 공기의 유로가 형성된다. 또한, 저압측 열교환기(43)에는, 상면과 하면, 삽입 방향 선단면에 칸막이벽(44)이 배치되어 있다. 그리고, 이 칸막이벽(44)에 의해, 저압측 열교환기(43)의 주위는, 저압측 유입구(45)를 가지는 유입측 냉각실(42in)과, 저압측 배출구(46)를 가지는 배출측 냉각실(42out)로 칸막이 된다.
유입측 냉각실(42in)에 있어서, 저압측 냉각 케이스(33)의 저압측 열교환기(43)의 입구측 하측 에지부(43b)와 대향하는 부위에는, 입구측 하측 에지부(43b)에 선단이 근접하도록 정류(整流) 돌출부(48)가 형성되어 있다. 저압측 열교환기(43)의 입구측 하측 에지부(43b)와 저압측 냉각 케이스(33)의 정류 돌출부(48)와의 사이의 간격은, 좁을수록 바람직하다. 그러나, 본 실시형태에서는, 저압측 열교환기(43)의 삽입 방향 선단에, 압축 공기가 통과하는 열교환부보다 치수가 큰 선단측 플랜지부(43c)가 설치되어 있으므로, 저압측 열교환기(43)를 저압측 냉각 케이스(33)에 조립할 때, 선단측 플랜지부(43c)가 정류 돌출부(48)에 부딪치지 않을 정도의 간격이, 입구측 하측 에지부(43b)와 정류 돌출부(48)와의 사이에 설정되어 있다. 이로써, 유입측 냉각실(42in)에 유입된 압축 공기의 흐름이, 정류 돌출부(48)에 의해 방향을 바꿀 수 있어, 후술하는 드레인 공간(49)에 들어가지 않고, 저압측 열교환기(43) 내로 유입된다.
저압측 냉각실(42)의 저압측 열교환기(43)의 아래쪽에는, 드레인 공간(49)이 형성되어 있고, 압축 공기가 저압측 열교환기(43)를 통과하고, 통과한 압축 공기가 냉각될 때 발생하는 응축수가, 저압측 열교환기(43)로부터 낙하하고, 드레인 공간(49)에 저류된다.
배출측 냉각실(42out)의 내벽면은, 드레인 공간(49)으로부터 케이스 상면(33a)에 걸쳐 원호형의 곡면을 가지고 있다. 이 원호형의 곡면은, 저압측 열교환기(43)의 중심선[칸막이벽(44)과 직교하는 방향에서의 중심면](43a)보다 위쪽에 설정한 경계부(47c)를 경계로 하여, 위쪽 내벽면(47a)과 아래쪽 내벽면(47b)으로 이루어진다. 여기서, 위쪽 내벽면(47a)의 곡률은, 아래쪽 내벽면(47b)의 곡률보다 작아지도록 설정된다. 본 실시형태에 있어서는, 위쪽 내벽면(47a)은, 곡률 0의 평면형으로, 연직(鉛直) 방향을 따라 면을 구성한다. 또한, 위쪽 내벽면(47a)의 연장 상에 저압측 배출구(46)가 설치되고, 이 저압측 배출구(46)에는, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 저압측 냉각실(42)로부터 외부로 통하는 저압측 배출 통로(25)가 연결되어 있다. 그리고, 저압측 배출 통로(25)는, 정면에서 볼 때는 위쪽 내벽면(47a)을 따라 연직 방향으로 연장되는, 측면에서 볼 때는 연직 방향에 대하여 경사지게 연장되도록 형성되어 있다. 이로써, 저압측 열교환기(43)를 통과한 압축 공기는, 아래쪽 내벽면(47b)의 만곡에 의해 위쪽으로의 흐름으로 방향이 변경되어, 위쪽 내벽면(47a)을 따라 저압측 배출구(46)로 안내되고, 저압측 배출 통로(25)를 통해 저압측 냉각실(42)로부터 고압측 압축기(26)로 배출된다.
애프터쿨러(51)는, 고압측 압축기(26)의 냉각 수단이며, 인터쿨러(41)와 마찬가지로, 고압측 냉각 케이스(34)와 고압측 열교환기(53)를 구비한다.
고압측 냉각 케이스(34)는, 도 2, 도 4, 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 상자형상으로 형성되고, 내부에 고압측 냉각실(52)을 구비하고 있다. 고압측 냉각 케이스(34)의 케이스 상면(34a)에는, 고압측 압축기(26)로부터 토출된 압축 공기가 유입되는 고압측 유입구(55)와, 고압측 냉각실(52) 내의 압축 공기를 외부로 배출하는 고압측 배출구(56)가 설치되어 있다. 또한, 고압측 냉각실(52)에는, 고압측 열교환기(53)가 설치되어 있다.
고압측 열교환기(53)는, 도 4의 아래쪽으로부터 위쪽 상방을 향해 고압측 냉각실(52) 내에 삽입, 설치된다. 그리고, 고압측 열교환기(53)가 설치된 상태에서, 고압측 냉각실(52)의 내부에는, 수평 방향(도 2 및 도 4의 좌우 방향)을 따라 압축 공기의 유로가 형성된다. 또한, 고압측 열교환기(53)에는, 상면과 하면, 삽입 방향 선단면에 칸막이벽(54)이 배치되어 있다. 그리고, 이 칸막이벽(54)에 의해, 고압측 열교환기(53)의 주위는, 고압측 유입구(55)를 가지는 유입측 냉각실(52in)과, 고압측 배출구(56)를 가지는 배출측 냉각실(52out)로 칸막이 된다.
유입측 냉각실(52in)에 있어서, 고압측 냉각 케이스(34)의 고압측 열교환기(53)의 입구측 하측 에지부(53b)와 대향하는 부위에는, 입구측 하측 에지부(53b)에 선단이 근접하도록 정류 돌출부(58)가 형성되어 있다. 고압측 열교환기(53)의 입구측 하측 에지부(53b)와 고압측 냉각 케이스(34)의 정류 돌출부(58)와의 사이의 간격은, 좁을수록 바람직하다. 본 실시형태에서는, 고압측 열교환기(53)를 고압측 냉각 케이스(34)에 조립할 때, 선단측 플랜지부(53c)가 정류 돌출부(58)에 부딪치지 않을 정도의 간격이, 입구측 하측 에지부(53b)와 정류 돌출부(58)와의 사이에 설정되어 있다.
고압측 냉각실(52)의 고압측 열교환기(53)의 아래쪽에는, 드레인 공간(59)이 형성되어 있다.
배출측 냉각실(52out)의 내벽면은, 드레인 공간(59)으로부터 케이스 상면(34a)에 걸쳐 원호형의 곡면을 가지고 있다. 이 원호형의 곡면은, 고압측 열교환기(53)의 중심선[칸막이벽(54)과 직교하는 방향에서의 중심면](53a)보다 위쪽에 설정한 경계부(57c)를 경계로 하여, 위쪽 내벽면(57a)과 아래쪽 내벽면(57b)으로 된다. 여기서, 위쪽 내벽면(57a)의 곡률은, 아래쪽 내벽면(57b)의 곡률보다 커지도록 설정된다. 이로써, 고압측 열교환기(53)의 상면, 케이스 상면(34a), 위쪽 내벽면(57a)을 내벽으로 한 고압측 열교환기(53)의 상부 공간에서는 반시계 방향 회전의 운동 에너지가 큰 공기의 흐름을 낳는다. 그리고, 이 공기류는, 고압측 열교환기(53)로부터 나와 아래쪽 내벽면(57b)에 의해 위쪽으로 감겨올라간(raising) 공기를 받아들이면서, 받아들인 공기를 고압측 배출구(56)까지 안내한다. 또한, 경계부(57c)의 상부에는, 외측으로 돌출하면서, 위쪽을 향해 개구되는 고압측 배출구(56)가 설치되고, 고압측 배출구(56)에는, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 고압측 냉각실(52)로부터 외부로 통하는 고압측 배출 통로(28)가 연결되어 있다. 그리고, 고압측 배출 통로(28)는, 정면에서 볼 때와 측면에서 볼 때의 양쪽에서 위쪽 내벽면(57a)을 따라 연직 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 이로써, 고압측 열교환기(53)를 통과한 압축 공기는, 아래쪽 내벽면(57b)의 만곡에 의해 위쪽으로의 흐름으로 방향을 바꿀 수 있어, 위쪽 내벽면(57a)을 따라 고압측 배출구(56)로 안내되고, 고압측 배출 통로(28)를 통해 고압측 냉각실(52)로부터 외부로 배출된다.
즉, 위쪽 내벽면(47a, 57a)의 구성과, 저압측 배출 통로(25), 및 고압측 배출 통로(28)의 구성이 상이한 점을 제외하고, 인터쿨러(41)와 애프터쿨러(51)는, 격벽(32)을 협지(sandwich)하여 대칭적으로 구성, 배치되어 있다. 이와 같이 배치된 것에 의해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 저압측 압축기(23)에 의해 압축된 공기는, 저압측 유입 통로(24)를 통해 저압측 유입구(45)로부터 유입되어, 저압측 열교환기(43) 내를 통과하면서 냉각되어 저압측 배출구(46)로부터 저압측 배출 통로(25)로 배출되어, 고압측 압축기(26)에 도입된다. 그리고, 고압측 압축기(26)에 의해 재차 압축된 압축 공기는, 고압측 유입 통로(27)를 통해 고압측 유입구(55)로부터 유입되어, 고압측 열교환기(53) 내를 통과하면서 냉각되어 고압측 배출구(56)로부터 고압측 배출 통로(28)를 통해 외부로 배출된다.
그리고, 인터쿨러(41)와 애프터쿨러(51)가, 격벽(32)을 협지하여 저압측 유입구(45)와 고압측 유입구(55)가 인접하도록 설정된 것에 의해, 압축기에 의해 압축된 직후에 고온의 압축 공기가 인접함으로써, 고온의 압축 공기에 의해 냉각 후의 압축 공기가 따뜻해져, 냉각 효율이 악화되는 것을 방지하고 있다.
상기 구성에 있어서, 배출측 냉각실(42out, 52out)의 내벽면이, 경계부(47c, 57c)의 상하에서 상이한 곡률의 곡면으로 설정된 것에 의해, 배출측 냉각실(42out, 52out)의 내부의 압축 공기의 흐름이 정류되어, 압축 공기가 열교환기(43, 53)의 내부를 원활하게 흐르므로, 인터쿨러(41) 및 애프터쿨러(51)의 냉각 효율을 개선할 수 있다. 또한, 배출측 냉각실(42out, 52out) 내의 압축 공기의 흐름이 정류됨으로써, 드레인 공간(49, 59)에 저류된 응축수가 감겨올라가는 것이 억제되므로, 후류 측으로 옮겨지는 응축수가 억제된다.
열교환기(43, 53)의 입구측 하측 에지부(43b, 53b)에 선단이 근접하도록 설정된 정류 돌출부(48, 58)를 구비한 것에 의해, 열교환기(43, 53) 아래에 설정된 드레인 공간(49, 59)에 압축 공기가 들어가는 양이 줄어들어, 냉각실 유입측(42in, 52in)내의 압축 공기의 흐름이 정류되어, 압축 공기가 열교환기(43, 53) 내를 원활하게 흐르므로, 인터쿨러(41), 및 애프터쿨러(51)의 냉각 효율을 더욱 개선할 수 있다.
인터쿨러(41)에서는, 위쪽 내벽면(47a)의 곡률이 0으로 설정되고, 위쪽 내벽면(47a)의 연장 상에 저압측 배출구(46)가 설치되고, 저압측 배출구(46)로부터 외부로 통하는 저압측 배출 통로(25)가, 위쪽 내벽면(47a)을 따라, 연직 방향에 대하여 경사지게 형성된 것에 의해, 배출측 냉각실(42out) 내의 압축 공기의 속도 증가를 억제하고, 또한 정류되므로, 압력 손실 발생을 억제하면서 냉각 효율을 더 한층 개선할 수 있다.
애프터쿨러(51)에서는, 위쪽 내벽면(57a)의 곡률이, 경계부(57c)보다 아래쪽에 위치하는 아래쪽 내벽면(57b)의 곡률보다 크게 설정되고, 고압측 배출구(56)로부터 외부로 통하는 고압측 배출 통로(28)가, 연직 방향을 따라 형성된 것에 의해, 벽면의 내압(耐壓) 강도를 유지하면서 배출측 냉각실(52out) 내의 압축 공기의 흐름이 더욱 정류되므로, 냉각 효율을 더 한층 개선할 수 있다.
다음에, 본 발명의 일실시예에 관한 냉각 기능을 구비한 압축기의 냉각 케이스(인터쿨러, 애프터쿨러)와 특허 문헌 1에 관한 냉각 기능을 구비한 압축기의 냉각 케이스(인터쿨러, 애프터쿨러)와의 공기의 플로우필드 해석의 결과를 비교한 결과를, 도 8 및 도 9를 사용하여 나타낸다. 도 8의 (a)는, 특허 문헌 1에서의 냉각 케이스에서의 공기의 플로우필드 해석의 결과를 나타낸 도면이다. 도 8의 (b)는, 도 8의 (a)의 VIII―b선에 따른 단면(斷面)(입구측 단면)에서의 공기의 플로우필드를 나타낸 도면이며, 구체적으로는, 유입 통로(24)로부터 유입측 냉각실(42in)에 유입된 공기의 흐름의 모양을 나타내고 있다. 또한, 도 8의 (c)는, 도 8의 (a)의 VIII―c선에 따른 단면(출구측 단면)에서의 공기의 플로우필드를 나타낸 도면이며, 냉각 케이스(41)의 유출측 냉각실(42out)로부터 배출 통로(25)에 유출하는 공기의 흐름의 모양을 나타내고 있다. 동일하게, 도 9의 (a)는, 본 발명의 일실시예에 관한 냉각 기능을 구비한 압축기의 냉각 케이스에서의 공기의 플로우필드를 나타낸 도면이다. 도 9의 (b)는, 도 9의 (a)의 IX―b선에 따른 단면(입구측 단면)에서의 공기의 플로우필드 해석의 결과를 나타낸 도면이며, 구체적으로는, 유입 통로(24)로부터 유입측 냉각실(42in)에 유입된 공기의 흐름의 모양을 나타내고 있다. 도 9의 (c)는, 도 9의 (a)의 IX―c선에 따른 단면(출구측 단면)에서의 공기의 플로우필드를 나타낸 도면이며, 냉각 케이스(41)의 유출측 냉각실(42out)로부터 배출 통로(25)로 유출되는 공기의 흐름의 모양을 나타내고 있다.
도 8의 (b), (c)와 도 9의 (b), (c)를 비교하면, 본 발명의 일실시예와 특허 문헌 1과의 사이에 다음과 같은 차이가 있는 것을 알 수 있다. 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 냉각 케이스(41)의 입구측 단면에 있어서는, 열교환기(43)의 입구와 유입측 냉각실(42in)의 측벽과의 사이의 공간에 있어서, 공기가 시계 방향으로 대류하고 있는 것을 알 수 있다(화살표 A1∼A4). 상세하게는, 이 공간에서는, 유입 통로(24)로부터 유입된 공기는 열교환기(43)의 상면에서 우측 방향의 흐름으로 바뀌고, 또한 유입측 냉각실(42in)의 측벽을 따라서 하방향의 흐름으로 바뀐다(화살표 A2). 이 흐름은 유입측 냉각실(42in)의 측벽의 하면에서 흐름의 방향이 변해(화살표 A3), 상방향의 흐름(화살표 A4)과 유입측 냉각실(42in)의 하벽을 따른 흐름(화살표 A6)으로 분기된다. 유입측 냉각실(42in)의 하벽을 따른 흐름(화살표 A6)은, 드레인 공간(49)과 시계 방향 회전의 흐름에 따라 상기한 상방향의 흐름(화살표 A4)에 합류하는 것, 또는 열교환기(43)의 하부의 칸막이벽(44)과 병행하여 흐르는 경우가 있다. 이 칸막이벽(44)과 병행하여 흐른 공기가, 도 8의 (c)에 나타내는, 냉각 케이스(41)의 출구측 단면(斷面)에 있어서는, 드레인 공간(49)으로부터 열교환기(43)로 향하는 흐름으로 바뀐다(화살표 A7, A8). 따라서, 특허 문헌 1에 있어서는, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 냉각 케이스(41)의 입구측 단면에 있어서, 공기가 열교환기(43)에 유입되는 양이 적은 것, 이 단면에서는 냉각 효율이 나쁜 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 있어서는, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 냉각 케이스(41)의 유입측 냉각실(42in)의 드레인 공간(49) 측의 측벽에 정류 돌출부(48)를 형성함으로써, 열교환기(43)의 드레인 공간(49) 측의 코너부와 정류 돌출부(48)와의 거리가 좁아진다(양 화살표 B). 이로써, 드레인 공간(49)으로의 공기의 돌아들어감이 억제되므로, 유입 통로(24)로부터 냉각 케이스(41)의 유입측 냉각실(42in)에 유입되고, 아래쪽을 향해 흐르는 공기(화살표 A11)는, 원활하게 열교환기(43)의 입구로 안내된다(화살표 A12).
또한, 도 8의 (c)와 도 9의 (c)를 비교하면, 본 발명의 일실시예와 특허 문헌 1과의 사이에 다음과 같은 차이가 있는 것도 알 수 있다. 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는, 냉각 케이스(41)의 유출측 냉각실(42out)의 내벽면은, 열교환기(43)의 중심선(43a)에 대하여 그 상하에서 곡률이 대칭으로 되도록 한 형상을 하고 있다. 따라서, 화살표 A9 및 A10으로 나타낸 바와 같이, 열교환기(43)의 출구로부터 배출측 냉각실(42out)로의 공기의 흐름은, 중심선(43a)에 대하여 상하 방향으로 향하는 2개의 흐름으로 분기된다(화살표 A9, A10). 이것에 의해, 아래쪽으로 향하는 공기(화살표 A10)는, 드레인 공간(49)으로 흘러들고, 그 기세로, 드레인 공간(49)에 저류된 응축수를 감겨올릴 우려가 있다(영역 D). 또한, 드레인 공간(49)로 유입된 공기는, 칸막이벽(44)과 병행하여 흘러, 도 8의 (b)에 나타낸, 냉각 케이스(41)의 입구측 단면에 있어서는, 드레인 공간(49)으로부터 유출측 냉각실(42out)의 벽면을 따라 감겨올라가, 흐트러진 흐름이 발생하는 원인으로 되어 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 있어서는, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 냉각 케이스(41)의 유출측 냉각실(41out)의 내벽면은, 열교환기(43)의 중심선(43a)보다 위쪽[배출 통로(25) 측)]에 변곡점(곡률이 변화하는 점)(47c)을 가지는 곡면 형상을 가지고 있다. 여기서, 변곡점(47c)보다 위쪽의 내벽면을 제1 내벽면, 아래쪽[드레인 공간(49) 측]의 내벽면을 제2 내벽면이라고 하는 것으로 하면, 제2 내벽면을 향해 흐르는 공기도, 변곡점(47c)이 중심선(43a)보다 위쪽에 있으므로, 대부분이 배출 통로(25)의 방향을 향해 흐르게 된다(화살표 A13). 그 결과, 배출측 냉각실(42out)의 드레인 공간(49)을 향하는 공기의 흐름은 적고, 드레인 공간(49)에 저류된 응축수가 감겨올려갈 우려는 작아진다(영역 D).
마지막으로, 상기한 바와 같은 본 발명의 일실시예와 1종래예와의 인터쿨러(41) 및 애프터쿨러(51)의 구조 상의 차이가, 실제로 이들 냉각 특성에 주는 영향에 대하여 설명한다. 도 10의 (a)는, 본 발명의 일실시예인 도 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 인터쿨러와 특허 문헌 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 인터쿨러와의 온도 효율 특성의 비교 결과, 도 10의 (b)는 본 발명의 일실시예인 도 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 애프터쿨러와 특허 문헌 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 애프터쿨러와의 온도 효율 특성의 비교 결과를 나타낸 그래프이다. 각 그래프에서의 가로축은 열당량비(熱當量比)[공기의 열용량과 냉각수의 열용량의 비율의 대소(大小)를 나타내는 지표(指標)]를 나타내고, 세로축은 온도 효율을 나타낸다. 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 인터쿨러에 대하여, 본 실시예인 도 1의 냉각 기능을 구비한 압축기와 특허 문헌 1의 냉각 기능을 구비한 압축기와도 열당량비의 대소에 관계없이 대략 변동이 없는 온도 효율을 얻고 있다. 이 경향은 애프터쿨러에 대해서도 같다. 결론으로서, 인터쿨러(41)에 대해서는 특허 문헌 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 인터쿨러에 대하여 평균하여 약 4% 온도 효율이 향상되어 있고, 또한 애프터쿨러(51)에 대해서는 특허 문헌 1의 냉각 기능을 구비한 압축기의 애프터쿨러에 대하여 평균하여 약 2% 온도 효율이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
[산업 상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명의 일실시형태에 관한 냉각 기능을 구비한 압축기에서는, 냉각실 내의 압축 공기의 흐름이 정류되어, 압축 공기가 열교환기 내를 원활하게 흐르므로, 냉각 수단의 냉각 효율을 개선할 수 있다. 또한, 상기 압축기에서는, 드레인 공간에 저류된 응축수의 감아올림이 억제되므로, 후류측으로 옮겨지는 응축수가 억제된다.

Claims (4)

  1. 구동부에 의해 회전 구동되는 압축 장치; 및
    상기 압축 장치로부터 토출된 압축 공기를 냉각시키는 냉각 장치;
    를 포함하는, 냉각 기능을 구비한 압축기에 있어서,
    상기 냉각 장치는,
    내부에 냉각실을 구비한 케이스;
    상기 케이스의 상면에 설치되고, 상기 압축 장치로부터 토출된 압축 공기가 유입되는 유입구;
    상기 케이스의 상면에 설치되고, 상기 압축 공기를 외부로 배출하는 배출구;
    상기 냉각실에 수용되고, 상기 압축 공기를 냉각시키는 열교환기;
    상기 냉각실의 내부에서의 상기 열교환기의 주변 공간을, 상기 유입구를 가지는 유입측 냉각실과 상기 배출구를 가지는 배출측 냉각실로 구분하는 칸막이벽; 및
    압축 공기가 상기 열교환기를 통과할 때 냉각되어 생긴 응축수를 저류(貯留)하는 드레인 공간;
    을 포함하고,
    상기 배출측 냉각실은, 원호형의 곡면으로 이루어지는 내벽면을 가지고,
    상기 내벽면은, 상기 칸막이벽과 직교하는 방향에서의 상기 열교환기의 중심면보다 상기 유입구 및 상기 배출구 측에 위치하는 경계선을 경계로 하여, 상기 유입구 및 상기 배출구 측에 위치하는 내벽면을 제1 내벽면, 상기 드레인 공간 측에 위치하는 내벽면을 제2 내벽면으로서 규정하고,
    상기 제1 내벽면과 상기 제2 내벽면은 서로 상이한 곡률을 가지고,
    상기 드레인 공간은, 상기 유입측 냉각실 및 상기 배출측 냉각실에서의 상기 열교환기의 하측에 형성되고,
    상기 유입측 냉각실의 하면(下面)에는, 상기 열교환기의 하측 에지부와 대향하는 위치에, 상기 열교환기의 하측 에지부에 선단(先端)이 근접하도록 정류(整流) 돌출부가 형성되어 있는,
    냉각 기능을 구비한 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내벽면의 곡면은 곡률 0으로 설정되고,
    상기 배출구로부터 외부로 통하는 배출 통로가, 상기 제1 내벽면을 따라, 상기 칸막이벽의 연장 방향에 대하여 경사지게 형성된, 냉각 기능을 구비한 압축기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내벽면의 곡면은, 상기 제2 내벽면의 곡면의 곡률보다 크게 설정되고,
    상기 배출구로부터 외부로 통하는 배출 통로가, 상기 칸막이벽의 연장 방향을 따라 형성된, 냉각 기능을 구비한 압축기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 내벽면은 상기 드레인 공간으로부터 상기 케이스의 상면에 걸쳐 만곡(灣曲)되어 있는, 냉각 기능을 구비한 압축기.

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