JP2008180100A - 空気圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】散水しても充分なドレン水量を確実に確保しつつ、コンパクトでかつ空冷式熱交換器の動力を抑制して冷却効果を向上させることができる空気圧縮装置を提供することである。
【解決手段】スクリューコンプレッサ１０から吐出された水分を含む圧縮空気が第１の気液分離タンク２０に供給され、第１の気液分離タンク２０により圧縮空気の水分が析出されて第１ドレン水として貯蓄され、第１ドレン水が水クーラ５０を介してスクリューコンプレッサ１０に還流される。また、第１の気液分離タンク２０により分離された圧縮空気が、ドライヤー７０およびファン８０を介して第２の気液分離タンク９０に供給され、第２の気液分離タンク９０により圧縮空気の水分がさらに析出されて第２ドレン水として貯蓄され、第１の気液分離タンク２０の下流に還流される。また、散水ノズル６０は、第１の気液分離タンク２０の下流に還流される第１ドレン水および第２ドレン水の少なくとも一方を水クーラ５０の外表面部に散水する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空冷式熱交換器を備えた空気圧縮装置に関する。

従来、空気圧縮装置においては、潤滑剤または冷却媒体として油および水を供給する油水供給手段等が設けられていた。しかし、製造上の問題、または環境上の問題から油を使用できない、または使用を希望しない場合が多く、水のみを潤滑剤および冷却媒体として使用したいというニーズが増加している。そのため、水のみを潤滑剤および冷却媒体として使用する空気圧縮装置の開発が行なわれ、さらに水のみを潤滑剤および冷却媒体として使用する空気圧縮装置の問題点を解決する開発も行なわれている。

例えば、特許文献１においては、水を補給することなく、長時間連続運転することができ、純水器や水質浄化装置を使用することなく、循環水の不純物濃度を低減して長時間清浄に保つことができ、循環水を交換することなく細菌の繁殖を抑制して循環水中の細菌量を低減することができるという水噴射式空気圧縮装置とその水質管理方法について開示されている。

この特許文献１記載の水噴射式空気圧縮装置とその水質管理方法によれば、水を補給することなく、長時間連続運転することができ、また、純水器や水質浄化装置を使用することなく、循環水の不純物濃度を低減して長時間清浄に保つことができるという効果が得られる。

また、特許文献２においては、空冷式熱交換器を備えた圧縮機について開示されている。

この特許文献２記載の空冷式熱交換器を備えた圧縮機によれば、吐出ガスから分離、析出したドレン水を空冷式熱交換器伝熱部の表面に導く散水流路を設けて形成してあるので、吐出ガスから分離、析出したドレン水を外部に導くための配管、溝工事が不要になるだけでなく、このドレン水を熱交換器冷却のために有効利用して熱交換器の小型化を可能にする等の効果を奏することができる。

特開２０００−４５９４８号公報 実開平４−４９６７８号公報

しかしながら、特許文献１記載の水噴射式空気圧縮装置とその水質管理方法においては、潤滑剤および冷却媒体として油を水に変えたことにより、圧縮機への供給水の温度を油潤滑式の潤滑油給油温度より低く設定する必要がある。このため、冷却すべき水と冷熱源である雰囲気空気との温度差が小さくなり、冷却システムへの負担が潤滑油と比較して大きくなるという課題が残る。

また、特許文献２記載の空冷式熱交換器を備えた圧縮機においては、散水された水の蒸発潜熱を利用しているが、熱交換器冷却のために散水流路からドレン水を吹き付けるので、ドレン水の水量が不足するという課題が残る。

本発明の目的は、散水しても充分なドレン水量を確実に確保しつつ、コンパクトでかつ空冷式熱交換器の動力を抑制して冷却効果を向上させることができる空気圧縮装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

（１）
第１の発明に係る空気圧縮装置は、空冷式熱交換器を備えた空気圧縮装置において、スクリューコンプレッサから吐出された水分を含む圧縮空気が第１の気液分離タンクに供給され、第１の気液分離タンクにより圧縮空気の水分が分離されて第１ドレン水として貯蓄され、第１ドレン水が空冷式熱交換器を介してスクリューコンプレッサに還流される第１循環経路と、第１の気液分離タンクにより分離された圧縮空気が、ドライヤーを介して第２の気液分離タンクに供給され、第２の気液分離タンクにより圧縮空気の水分が凝縮されて第２ドレン水として貯蓄され、第１の気液分離タンクの下流に還流される第２循環経路と、第１ドレン水および第２ドレン水の少なくとも一方を空冷式熱交換器の外表面部に散水する散水ノズルと、を含むものである。

本発明に係る空気圧縮装置においては、スクリューコンプレッサ、第１の気液分離タンク、および空冷式熱交換器により第１循環経路が形成され、ドライヤーおよび第２の気液分離タンクにより第２循環経路が形成される。そして、スクリューコンプレッサから吐出された水分を含む圧縮空気が第１の気液分離タンクに供給され、第１の気液分離タンクにより圧縮空気の水分が分離されて第１ドレン水として貯蓄され、第１ドレン水が空冷式熱交換器を介してスクリューコンプレッサに還流される。また、第１の気液分離タンクにより分離された圧縮空気が、ドライヤーを介して第２の気液分離タンクに供給され、第２の気液分離タンクにより圧縮空気の水分が凝縮されて第２ドレン水として貯蓄され、第１の気液分離タンクの下流に還流される。また、散水ノズルは、第１の気液分離タンクの下流に還流される第１ドレン水および第２ドレン水の少なくとも一方を空冷式熱交換器の外表面部に散水する。

この場合、第１ドレン水および第２ドレン水が散水されるので、散水された水の蒸発潜熱により空冷式熱交換器において流通するドレン水の温度を低下させることができる。また、第１ドレン水のみならず、第２ドレン水も使用することができるため、散水時にドレン水の量が不足するという問題も解決することができる。さらに、水の蒸発潜熱により空冷式熱交換器の熱交換を補助することができるので、空冷式熱交換器における動力を抑制することができ、空気圧縮装置の小型化を実現することができる。

（２）
第１の気液分離タンクは、液体の電気伝導率を検知する電気伝導率検知装置を含んでもよい。

この場合、第１の気液分離タンク内に貯蓄される第１ドレン水の塩類濃度を電気伝導率検知装置により検知することができる。その結果、水の汚れを認識でき、純水に近い水を散布することができるので、空冷式熱交換器の熱交換部位に不純物の付着を防止することができ、長期の使用を行なうことが可能となる。その結果、冷却効果を継続して向上させることができる。

（３）
散水ノズルは、第１循環経路における空冷式熱交換器の上流側に接続された分岐配管に設けられてもよい。

この場合、散水ノズルは、第１循環経路における空冷式熱交換器の上流側に接続されるので、第１ドレン水を有効に使用することができる。また、第１ドレン水の流量が少ない場合でも、第２ドレン水を使用することができるので、ドレン水の水量不足となることを防止することができる。

（４）
散水ノズルは、第１循環経路における空冷式熱交換器の下流側に接続された分岐配管に設けられてもよい。

この場合、散水ノズルは、第１循環経路における空冷式熱交換器の下流側に接続されるので、第１ドレン水または第２ドレン水が冷却された後に使用されるので、空冷式熱交換器の熱交換効率を向上させることができ、空冷式熱交換器の動力を削減することができる。

（５）
空冷式熱交換器には、空冷用の送風を供給することができるファンがさらに設けられ、散水ノズルは、空冷式熱交換器に対して重力方向に沿って第１ドレン水および第２ドレン水の少なくともいずれか一方を散布可能なように設けられ、ファンは、重力方向と逆方向に沿って空冷式熱交換器の熱交換器部に対して空冷用の風を与えることができるように設けられてもよい。

この場合、重力方向に沿って散水された第１ドレン水および第２ドレン水の少なくともいずれか一方が空冷式熱交換器の熱交換器部に付着し、さらに、重力方向と逆方向から、ファンにより送風が行なわれるので、空冷式熱交換器の熱交換率を高めることができる。その結果、オイルフリーの環境下においても、空冷能力を高めて効率良く冷却することができる。また、重力方向に沿って第１ドレン水および第２ドレン水の少なくともいずれか一方を散布するので、重力に逆らうことなく、所定の圧力で第１ドレン水および第２ドレン水の少なくともいずれか一方を効率よく散布することができる。また、ファンを空冷式熱交換器の下方に設けることができるので、空冷式熱交換器の上方に設ける場合と比較して振動対策等によるファンの固定を簡易にすることができ、空気圧縮装置の小型化を実現することができる。

（６）
空冷式熱交換器には、空冷用の送風を供給することができるファンがさらに設けられ、散水ノズルは、空冷式熱交換器に対して重力方向に逆方向に沿って第１ドレン水および第２ドレン水の少なくともいずれか一方を散布可能なように設けられ、ファンは、散水ノズルの散布方向と同じ方向から空冷式熱交換器の熱交換器部に対して空冷用の風を与えることができるように設けられてもよい。

この場合、一方より供給された送風および散水された第１ドレン水および第２ドレン水の少なくともいずれか一方が空冷式熱交換器に与えられるので、ドレン水を効率よく、空冷式熱交換器に与えることができ、空冷式熱交換器の熱交換率を高めることができる。その結果、オイルフリーの環境下においても、空冷能力を高めて効率良く冷却することができる。また、ファンを空冷式熱交換器の下方に設けることができるので、空冷式熱交換器の上方に設ける場合と比較して振動対策等によるファンの固定を簡易にすることができ、空気圧縮装置の小型化を実現することができる。

（７）
ファンは、シロッコファンからなってもよい。

この場合、ファンがシロッコファンからなるので、空気圧縮装置自体の小型化を実現できる。また、シロッコファンを用いることで、大風量の送風を行なうことができ、空冷式熱交換器の熱交換率を高めることが可能となる。

（８）
散水ノズルから散布された水滴の空気抵抗と重力とが釣り合って等速運動となる場合の鉛直下向きの終端速度が零よりも大きくなるように、ファンから与えられる風の速度と、散水ノズルから散布される水滴の初速度および水滴の径とが調整されることが好ましい。

この場合、散布される水滴には、無風状態において散水ノズルから散布される水滴と比較して、ファンから与えられる風による空気抵抗が増大する。したがって、散水ノズルから散布される水滴が、鉛直下向きに正の値の終端速度を有するように各パラメータが調整されるので、熱交換器部の全体に水滴を散布することができる。その結果、散水された水の蒸発潜熱により空冷式熱交換器において流通するドレン水の温度を低下させることができる。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。なお、本実施の形態においては、空冷式熱交換器として水クーラを用いた場合について説明する。
（第１の実施の形態）

図１は、第１の実施の形態に係る水クーラ５０を備えた空気圧縮装置１００の構成の一例を示す模式図である。

図１に示すように、空気圧縮装置１００は、スクリューコンプレッサ１０、第１気液分離タンク２０、流量調整弁３０、シロッコファン４０、水クーラ５０、散水ノズル６０、電磁弁６５、ドライヤー７０、冷却ファン８０、第２気液分離タンク９０およびドレンタンク９５を含む。

図１に示すように、外部の空気が、吸い込み配管Ｐ１からスクリューコンプレッサ１０に供給される。なお、後述する配管Ｐ６からドレン水が還流して供給される。これらのドレン水は、後述するスクリューコンプレッサ１０（図２参照）内の軸における潤滑剤および冷却媒体として使用される。

図２は、スクリューコンプレッサ１０の一例を示す模式図である。図２に示すように、スクリューコンプレッサ１０は、スクリュ１０ａ，１０ｂからなり、軸１１ａ，１１ｂが回転することにより、スクリュ１０ａ，１０ｂに設けられた羽根により吸い込み配管Ｐ１から供給された空気が圧縮される。この場合、配管Ｐ６から供給された水がシール材および潤滑剤として使用される。スクリューコンプレッサ１０は、吸い込み配管Ｐ１から供給された空気を圧縮して、所定の圧力まで上昇させ、配管Ｐ２（図１参照）を介して第１の気液分離タンク２０に供給する。

図１の第１の気液分離タンク２０には、デミスター２１および電気伝導率計２２が設けられる。デミスター２１は、第１の気液分離タンク２０内の配管Ｐ２および後述する配管Ｐ１１の互いの接続口を遮蔽するように設けられる。本実施の形態においては、第１の気液分離タンク２０内の上部水平面に沿って設けられる。また、電気伝導率計２２は、第１の気液分離タンク２０内の下部に設けられる。

ここで、デミスター２１は、圧縮空気における水分の分離促進を行なうためのものである。このデミスター２１内においては、圧縮気中に含まれる微小液滴がデミスター２１内の線条（例えば、メリヤス状に編まれたワイヤー）の表面にぶつかり、微小液滴が濡性と毛細血管現象とにより合体大径化される。すなわち、第１の気液分離タンク２０内に設けられたデミスター２１の働きにより、圧縮空気内の微小液滴が合体大径化され、重力沈降により第１の気液分離タンク２０内に貯蓄される。

また、電気伝導率計２２は、断面積１ｃｍ^２、距離１ｃｍの相対する電極間にある溶液の２５℃における電導度を計測するものであり、単位は、主にジーメンス（Ｓ）／ｍまたはマイクロジーメンス(μＳ)／ｃｍで表される。なお、電気伝導率とは、導電率および比電気伝導度とも呼ばれる。

さらに、当該電気伝導率計２２は、第１の気液分離タンク２０内に貯蓄される第１ドレン水の塩類濃度の計測手段として利用される。すなわち、水（第１ドレン水）は、含有する電解質が多いほど電気を通しやすくなるため、電気伝導率(導電率とも呼ばれる)により溶解している電解質の量を推定することができる。

次に、図１に示すように、第１の気液分離タンク２０の下方に貯蓄されたドレン水が、第１の気液分離タンク２０の下部に設けられた配管Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５および流量調整弁３０を介して水クーラ５０に供給される。すなわち、流量調整弁３０が開放されることにより水クーラ５０へドレン水の供給が開始され、開度調整により供給流量が調整され流量調整弁３０が閉塞されることにより水クーラ５０へのドレン水の供給が停止する。水クーラ５０の下方には、２個のシロッコファン４０が設けられる。このシロッコファン４０は、水クーラ５０の下方から上方に向けて風を送る働きを有する。その結果、水クーラ５０を通過したドレン水は、冷却されて排出される。

また、水クーラ５０により冷却されたドレン水は、配管Ｐ６を介してスクリューコンプレッサ１０に供給される。配管Ｐ６の途中には、水クーラ５０の上方へ延在した配管Ｐ７が設けられている。配管Ｐ７には、電磁弁６５および複数の散水ノズル６０が設けられている。複数の散水ノズル６０は、電磁弁６５が開放されることにより散水ノズル６０から水クーラ５０へのドレン水の散布を開始し、電磁弁６５が閉塞されることにより散水ノズル６０から水クーラ５０へのドレン水の散布を停止する。この電磁弁６５は、電気伝導率計２２からの信号により開放または遮蔽のいずれか一方に制御される。本実施の形態においては、電気伝導率計２２における電気伝導率の計測値が、全硬度で２００ｍｇＣａＣＯ_３ ／Ｌを超えると電磁弁６５を開放から遮蔽に移行させるように設定した。なお、電気伝導率計２２における電気伝導率の計測値が、全硬度で２００ｍｇＣａＣＯ_３ ／Ｌを下回ると電磁弁６５を遮蔽から開放に移行させるように設定した。

なお、本実施の形態においては、制御装置を設けていないが、これに限定されず、電気伝導率計２２からの信号を制御装置が受け取り、電磁弁６５の開放または遮蔽を制御してもよい。さらに、本実施の形態においては、電気伝導率の計測値が、全硬度で２００ｍｇＣａＣＯ_３ ／Ｌを超えると電磁弁６５の開放を遮蔽に移行させることとしたが、これに限定されず、他の任意の数値を基準として用いてもよい。また、開放から遮蔽への移行時と、遮蔽から開放への移行時の基準値を異ならせてもよい。

一方、第１の気液分離タンク２０のデミスター２１の上部に分離された圧縮空気は、第１の気液分離タンク２０の上部から配管Ｐ１１を介してドライヤー７０に与えられる。このドライヤー７０には、冷却ファン８０が設けられている。冷却ファン８０は、ドライヤー７０の下方に設けられ、冷却ファン８０からドライヤー７０に送風が与えられる。圧縮空気がドライヤー７０により冷却される。冷却された圧縮空気は、配管Ｐ１２を介して、第２の気液分離タンク９０に与えられる。

第２の気液分離タンク９０は、第１の気液分離タンク２０と同様に、デミスター９１が設けられている。それにより、第２の気液分離タンク９０内に設けられたデミスター９１の働きにより、圧縮空気内の微小液滴が合体大径化され、重力沈降により、第２の気液分離タンク９０内からドレンタンク９５に貯蓄される。ドレンタンク９５内に貯蓄された第２ドレン水は、流量調整弁３０が開放されることにより配管Ｐ１４，配管Ｐ４および配管Ｐ５を介して水クーラ５０への供給が開始され、流量調整弁３０が閉塞することにより水クーラ５０への供給が停止される。なお、第２の気液分離タンク９０においてデミスター９１により水分が分離された後の圧縮空気は、配管Ｐ１５を介して外部において利用される。

続いて、図３は、水クーラ５０の内部構造の一例を示す図である。

図３に示すように、配管Ｐ５に接続された水クーラ５０の内部構造は、一本または複数本の配管Ｐ５１が湾曲して形成されている。また、図３に示すように、配管Ｐ５１の円断面に沿って、複数枚の放熱フィン５２が並行して設けられる。すなわち、配管Ｐ５１が、並行して設けられた複数の放熱フィン５２を繰り返して突き抜けるように設けられる。また、水クーラ５０の鉛直方向の高さは、Ｈ（ｍ）からなる。

水クーラ５０の上方には、散水ノズル６０が下方に向けて２個設けられる。この散水ノズル６０は、例えば空円錐ノズルの中噴量形等を用いることが好ましい。また、水クーラ５０の下方には、シロッコファン４０が２個設けられる。シロッコファン４０は、水クーラ５０に対して下方から風量ＢＬを供給する。散水ノズル６０から散布された水は、シロッコファン４０から供給される風量ＢＬに逆らって、水クーラ５０のほぼ高さＨの全域にわたって散布することができる水滴の径および水圧（初速度）に調整される。すなわち、散布された水が、鉛直下向きに正の値の終端速度（零よりも大きい終端速度）を有するように調整される。

続いて、図４は、図３の水クーラ５０の内部構造の他の例を示す図である。

図４に示す水クーラ５０を構成する部品等は、図３に示す水クーラ５０の構成物品と同じである。しかし、図３と異なり散水ノズル６０ａが、水クーラ５０と２個のシロッコファン４０との間に設けられている。図４に示すように、水クーラ５０の下方には、２個の散水ノズル６０ａが上方に向けて設けられる。この散水ノズル６０ａは、例えば、空円錐ノズルの細霧発生小流量形等を用いることが好ましい。

また、水クーラ５０および散水ノズル６０ａの下方には、シロッコファン４０が２個設けられる。散水ノズル６０ａから散布される水は、シロッコファン４０からの風量ＢＬに沿って、ほぼ高さＨの全域にわたって散布することができる水量および水圧に調整される。すなわち、図４の水クーラ５０においては、図３の水クーラ５０と異なり、ドレン水の圧力が低い場合でも、風量ＢＬに沿って広範囲にドレン水を散布することができる。

また、図５は、シロッコファン４０と水クーラ５０との相互の位置関係の一例を示す説明図である。

図５に示すように、本実施の形態における水クーラ５０の長さＬおよび幅Ｂに対して、シロッコファン４０からの風の吹き出し口は、長さ約０．３Ｌであり、幅約０．５Ｂである。また、シロッコファン４０からの吹き出し口は、ほぼ左右均等に配置される。

また、図６は、図５の相互の位置関係にさらに散水ノズル６０から散水されたドレン水の噴霧位置を示す説明図である。

図６に示すように、散水ノズル６０から散水されたドレン水は、ほぼ水クーラ５０の水平断面の全域を覆うように噴霧される。すなわち、散水ノズル６０の噴霧領域が、少なくとも直径Ｂ（水クーラ５０の幅）以上に設定され、散水ノズル６０の個数は、長さＬおよび散水ノズルの散布領域の値によって増減される。本実施の形態においては、長さＬの値が幅Ｂの値の約２倍であることから、散水ノズル６０が２個設けられている。なお、本実施の形態においては、散水ノズル６０を２個としたが、これに限定されず、３個または４個、他の任意の数設けることとしてもよい。また、散水ノズル６０から噴射される水が気流速度の比較的遅くなる領域に噴射させることとしてもよい。

以上のように、図３において散水ノズル６０から散布される水は、対向するシロッコファン４０からの風量ＢＬより終端速度が大きくなるような直径を有するように設定していることから、散水ノズル６０から散布される水は、水クーラ５０の高さＨ、長さＬ、幅Ｂの全領域において散布される。その結果、水クーラ５０において水滴の付着による蒸発潜熱の効果により水クーラから潜熱が奪われ、有効な冷却効果を高めることができる。

以上により、第１の実施の形態に係る空気圧縮装置１００においては、第１ドレン水および第２ドレン水が水クーラ５０の外表面に散水されるので、散水された水の蒸発潜熱により水クーラ５０において流通するドレン水の温度を低下させることができる。また、第１ドレン水のみならず、第２ドレン水も利用できるため、ドレン水の水量不足が生じない。さらに、散布するドレン水の蒸発潜熱により水クーラ５０の熱交換を補助することができるので、水クーラ５０における動力を抑制することができる。その結果、散水しても充分なドレン水量を確実に確保しつつ、コンパクトでかつ水クーラ５０の動力を抑制して冷却効果を向上させることができる空気圧縮装置１００を提供することができる。

また、第１の気液分離タンク２０内に貯蓄される第１ドレン水の塩類濃度を電気伝導率検知装置２２により検知することができるので、ドレン水の汚れを認識でき、純水に近い水を散布することができるので、水クーラ５０の熱交換部位に不純物の付着を防止することができ、長期の使用を行なうことが可能となる。

（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る空冷式熱交換器を備えた空気圧縮装置１００ａの構成の一例を示す模式図である。

図７に示す空冷式熱交換器を備えた空気圧縮装置１００ａが、図１の空気圧縮装置１００と異なるのは以下の点である。

図７に示す空気圧縮装置１００ａは、図１の配管Ｐ７の代わりに配管Ｐ８が設けられる。配管Ｐ８は、第１の気液分離タンク２０の下部から水クーラ５０の上方まで延在して設けられる。

配管Ｐ８には、電磁弁６５および複数の散水ノズル６０が設けられている。電磁弁６５が開放されることにより、散水ノズル６０から水クーラ５０への水の散布が開始され、電磁弁６５が閉塞されることにより、散水ノズル６０から水クーラ５０への水の散布が停止される。本実施の形態においては、電気伝導率計２２における電気伝導率の計測値が、全硬度で２００ｍｇＣａＣＯ_３ ／Ｌを超えると電磁弁６５を開放から遮蔽に移行させるように設定した。なお、電気伝導率計２２における電気伝導率の計測値が、全硬度で２００ｍｇＣａＣＯ_３ ／Ｌを下回ると電磁弁６５を遮蔽から開放に移行させるように設定した。

なお、本実施の形態においては、制御装置を設けていないが、これに限定されず、電気伝導率計２２からの信号を制御装置が受け取り、電磁弁６５の開放または遮蔽を制御してもよい。さらに、本実施の形態においては、電気伝導率の計測値が、全硬度で２００ｍｇＣａＣＯ_３ ／Ｌを超えると電磁弁６５の開放を遮蔽に移行させることとしたが、これに限定されず、他の任意の数値を基準として用いてもよい。また、開放から遮蔽への移行時と、遮蔽から開放への移行時の基準値を異ならせてもよい。

それにより、散水ノズル６０から散水するドレン水が、冷却前の第１の気液分離タンク２０からのドレン水となり、第２の気液分離タンク９０から供給されるドレン水のみがスクリューコンプレッサ１０に供給される。第２の気液分離タンク９０から供給されるドレン水は、純水に近いため、スクリューコンプレッサ１０の冷却媒体または潤滑剤として使用することにメリットがある。

以上により、第２の実施の形態に係る空気圧縮装置１００ａにおいては、第１ドレン水および第２ドレン水が水クーラ５０の外表面に散水されるので、散水された水の蒸発潜熱により水クーラ５０において流通するドレン水の温度を低下させることができる。また、第１ドレン水のみならず、第２ドレン水も利用できるため、ドレン水の水量不足が生じない。さらに、散布するドレン水の蒸発潜熱により水クーラ５０の熱交換を補助することができるので、水クーラ５０における動力を抑制することができる。その結果、散水しても充分なドレン水量を確実に確保しつつ、コンパクトでかつ水クーラ５０の動力を抑制して冷却効果を向上させることができる空気圧縮装置１００ａを提供することができる。

（実施例１）
以下、第１の実施の形態に係る空気圧縮装置１００を用いて、散水ノズル６０から散水される水滴の直径と終端速度との関係について実験を行なった。

図４に示すように、水クーラ５０の下方に散水ノズル６０を設け、水クーラ５０の下方からシロッコファン４０により風を供給した。すなわち、散水ノズル６０から鉛直上向きにドレン水を噴射させた。ドレン水の水量は、１．２×１０^-３ｋｇ／ｓとなるように調整し、水クーラ５０を一度通過して、配管Ｐ２に流れる循環水併用ドレン水の水量は、２．４×１０^−３ｋｇ／ｓ（循環水の０．２％）となるように流量調整弁３０を調整した。この場合に、リング状噴霧ノズルを用いて配管Ｐ７からの散水ノズル６０から散水したドレン水の滴下状態を確認した。

表１に示すように、散水ノズル６０からの水滴の直径が２ｍｍの場合、終端速度は７．１ｍ／ｓであり、散水ノズル６０からの水滴の直径が１ｍｍの場合、終端速度は４．２ｍ／ｓであり、散水ノズル６０からの水滴の直径が５００μｍの場合、終端速度は２．１ｍ／ｓであり、散水ノズル６０からの水滴の直径が１００μｍの場合、終端速度は０．４ｍ／ｓであった。

以上のように、ドレン水の水量が、１．２×１０^-３ｋｇ／ｓとなるように調整し、水クーラ５０を一度通過して、配管Ｐ２に流れる循環水併用ドレン水の水量が、２．４×１０^−３ｋｇ／ｓ（循環水の０．２％）となるように流量調整弁３０を調整した場合において、散水ノズル６０からの水滴の直径は、約１００μｍ以上が好ましいことがわかった。

（実施例２）
次に、シロッコファン４０から水クーラ５０の出口における気流速度分布のシミュレーションを行なった。

図８は、シロッコファン４０から水クーラ５０出口への冷却空気の気流速度分布図である。縦軸は、速度強さ（ｍ／ｓ）を示し、赤色に近づくに連れて大きくなり、青色に近づくに連れて小さくなる。

図８に示すように、シロッコファン４０の吹き出し口に相当する部分（図５参照）においては、気流速度が大きく、周囲に行くほど徐々に気流速度が低下することがわかった。

以上のことから、シロッコファン４０の吹き出し口に相当する部分に接する水クーラ５０においては、熱交換率が高いことがわかった。また、周囲の部分に対しては、散水ノズル６０から水を散布することにより水クーラ５０全体において、熱交換率を向上できることが予想できる。

上記第１および第２の実施の形態においては、水クーラ５０が空冷式熱交換器に相当し、空気圧縮装置１００が空気圧縮装置に相当し、スクリューコンプレッサ１０がスクリューコンプレッサに相当し、第１気液分離タンク２０が第１の気液分離タンクに相当し、第１気液分離タンク２０内の流体が第１ドレン水に相当し、水クーラ５０が空冷式熱交換器に相当し、配管Ｐ５１および複数枚の放熱フィン５２が熱交換部に相当し、配管Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６が第１循環経路に相当し、ドライヤー７０および冷却ファン８０がドライヤーに相当し、第２気液分離タンク９０が第２の気液分離タンクに相当し、第２気液分離タンク９０およびドレンタンク９５内の流体が第２ドレン水に相当し、配管Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４が第２循環経路に相当し、散水ノズル６０が散水ノズルに相当し、電気伝導率計２２が電気伝導率検知装置に相当し、配管Ｐ８が空冷式熱交換器の上流側に接続された分岐配管に相当し、配管Ｐ７が空冷式熱交換器の下流側に接続された分岐配管に相当し、シロッコファン４０がファンおよびシロッコファンに相当する。

本発明は、上記の好ましい第１および第２の実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

第１の実施の形態に係る水クーラを備えた空気圧縮装置の構成の一例を示す模式図 スクリューコンプレッサの一例を示す模式図 水クーラの内部構造の一例を示す図 図３の水クーラの内部構造の他の例を示す図 シロッコファンと水クーラとの相互の位置関係の一例を示す説明図 図５の相互の位置関係にさらに散水ノズルから散水されたドレン水の噴霧位置を示す説明図 第２の実施の形態に係る空冷式熱交換器を備えた空気圧縮装置の構成の一例を示す模式図 シロッコファンから水クーラ出口への冷却空気の気流速度分布図

符号の説明

１０ スクリューコンプレッサ
２０ 第１気液分離タンク
２２ 電気伝導率計
４０ シロッコファン
５０ 水クーラ
６０ 散水ノズル
７０ ドライヤ
８０ 冷却ファン
９０ 第２気液分離タンク
９５ ドレンタンク
１００ 空気圧縮装置
Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６ 配管
Ｐ７，Ｐ８ 配管
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４ 配管

Claims (8)

1. 空冷式熱交換器を備えた空気圧縮装置において、
   スクリューコンプレッサから吐出された水分を含む圧縮空気が第１の気液分離タンクに供給され、前記第１の気液分離タンクにより前記圧縮空気の水分が分離されて第１ドレン水として貯蓄され、前記第１ドレン水が空冷式熱交換器を介して前記スクリューコンプレッサに還流される第１循環経路と、
   前記第１の気液分離タンクにより分離された前記圧縮空気が、ドライヤーを介して第２の気液分離タンクに供給され、前記第２の気液分離タンクにより前記圧縮空気の水分が凝縮されて第２ドレン水として貯蓄され、前記第２ドレン水が第１の気液分離タンクの下流に還流される第２循環経路と、
   前記第１ドレン水および第２ドレン水の少なくとも一方を前記空冷式熱交換器の外表面部に散水する散水ノズルと、を含むことを特徴とする空気圧縮装置。
2. 前記第１の気液分離タンクは、
   液体の電気伝導率を検知する電気伝導率検知装置を含むことを特徴とする請求項１記載の空気圧縮装置。
3. 前記散水ノズルは、
   前記第１循環経路における前記空冷式熱交換器の上流側に接続された分岐配管に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気圧縮装置。
4. 前記散水ノズルは、
   前記第１循環経路における前記空冷式熱交換器の下流側に接続された分岐配管に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気圧縮装置。
5. 前記空冷式熱交換器には、空冷用の送風を供給することができるファンがさらに設けられ、
   前記散水ノズルは、前記空冷式熱交換器に対して重力方向に沿って前記第１ドレン水および前記第２ドレン水の少なくともいずれか一方を散布可能なように設けられ、
   前記ファンは、前記重力方向と逆方向に沿って前記空冷式熱交換器の熱交換器部に対して空冷用の風を与えることができるように設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空気圧縮装置。
6. 前記空冷式熱交換器には、空冷用の送風を供給することができるファンがさらに設けられ、
   前記散水ノズルは、前記空冷式熱交換器に対して重力方向に逆方向に沿って前記第１ドレン水および前記第２ドレン水の少なくともいずれか一方を散布可能なように設けられ、
   前記ファンは、前記散水ノズルの散布方向と同じ方向から前記空冷式熱交換器の熱交換器部に対して空冷用の風を与えることができるように設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の空気圧縮装置。
7. 前記ファンは、シロッコファンからなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の空気圧縮装置。
8. 前記散水ノズルから散布された水滴の空気抵抗と重力とが釣り合って等速運動となる場合の鉛直下向きの終端速度が零よりも大きくなるように、前記ファンから与えられる風の速度と、前記散水ノズルから散布される水滴の初速度および水滴の径とが調整されたことを特徴とする請求項５記載の空気圧縮装置。