JP2000042347A - 吸着塔および空気除湿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトな構成の吸着塔を採用し、空気除
湿装置を低コストで提供すること。 【解決手段】 ２つの吸着層２２および２３を同心円状
に配置することにより、吸着および再生を行うために必
要な２つの吸着層を１つの吸着塔２０に収納可能し、さ
らに、吸着側の吸着層で発生する熱を再生側の吸着層に
伝熱可能とする。したがって、１つの吸着塔２０を設け
ることにより継続的に乾燥空気を出力するコンパクトな
吸着式の空気除湿装置１０を実現することができ、さら
に、加熱ヒータなども不要なので小型で消費エネルギー
の少ない空気除湿装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乾燥空気を供給す
るための吸着式の吸着塔および、この吸着塔を備えた空
気除湿装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】医薬品や半導体製品の製造過程、計装制
御用などとして使用される圧縮空気を供給するために、
空気圧縮器（エアーコンプレッサー）を空気供給源とし
た圧縮空気供給システムが用いられている。このシステ
ムでは、コンプレッサーから吐出された圧縮空気から水
分を除去し乾燥空気として供給するために、空気除湿装
置（エアードライヤー）が設置されている。

【０００３】図５に、空気除湿装置の一例を示してあ
る。この空気除湿装置９８はエアーコンプレッサー５の
下流に接続され、コンプレッサー５の側から冷凍式空気
除湿機８０および吸着式空気除湿機９０が順番に接続さ
れている。

【０００４】冷凍式空気除湿機８０はエアーコンプレッ
サー５から供給された圧縮空気７０を冷却して除湿する
冷却除湿部８１と、この冷却除湿部８１を冷却する冷凍
サイクル８９とを備えている。冷凍サイクル８９は、冷
媒を膨張させて冷却除湿部８１の冷却パイプ８１ａに供
給するキャピラリチューブ８６と、冷媒を圧縮するコン
プレッサー８４と、圧縮された冷媒の熱を放熱する凝縮
器８２および放熱用のファン８７を備えている。一方、
吸着式の空気除湿機９０は、シリカゲルなどの吸着剤が
収納された２つの吸着塔９１および９２を備えており、
一方の吸着塔９１に冷凍式空気除湿機８０からの圧縮空
気７０が供給されて吸着除湿が行なわれ、十分に乾燥し
た空気７２が放出されるようになっている。この吸着塔
９１と他方の吸着塔９２とは配管によって接続されてお
り、一方の吸着塔９１が除湿を行っている間、他方の吸
着塔９２には吸着塔９１から出力される乾燥空気の一部
７２ａが逆方向に供給され、吸着塔内の吸着材が再生さ
れるようになっている。そして、図５に示した空気除湿
装置９８においては、再生用の空気が冷凍サイクル８９
の凝縮器８２に導かれその熱により加温された後に、再
生を行う吸着塔９２に供給されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような空気除湿装
置においても、小型化および低コスト化は、常に要求さ
れていることであり、小型で高性能な空気除湿装置が要
求されている。例えば、吸着式の除湿装置においては、
吸着および再生をサイクリックに行うために、少なくと
も２つの吸着塔を配置し、一方が再生中のときは他方で
吸着除湿を行い、乾燥空気を連続的に出力できるように
する必要がある。このため、２つ以上の吸着塔を、これ
らを接続する配管系も含めてコンパクトに配置すること
が要求される。しかしながら、複数の吸着塔の設置スペ
ースを節約するために吸着塔を隣接して隙間なく配置し
ようとすると配管を繋ぎ込むスペースを確保することが
難しくなる。このため、組み立てやメンテナンスが難し
く、組立コストが上昇する原因となる。また、圧縮空気
を通すために吸着塔は耐圧性の高い円筒形となってお
り、２つ以上の吸着塔を並列に配置する場合は無駄なス
ペースが生じないように配置することが困難である。一
方、無駄なスペースを無くすために、方形の容器を採用
することも可能であるが、方形の容器を耐圧構造にする
ために余分な部材が必要となり、コストが上昇してしま
う。

【０００６】さらに、再生時の効率を向上するため、冷
凍式空気除湿機の凝縮熱で再生用の空気を加熱してお
り、このために吸着式空気除湿機と冷凍式空気除湿機を
配管で接続しなければならず、配管経路が複雑で組立て
にくいものになっいている。冷凍式空気除湿機の熱を利
用する代わりに、ヒータなどの加熱装置を吸着式空気除
湿機に設置しても良いが、加熱装置のためのスペースお
よび制御などが必要となり、吸着式空気除湿機のサイズ
が大きくなる。また、加熱装置を加えることにより、コ
ストが上昇し、吸着式空気除湿機で消費されるエネルギ
ーも増加する。

【０００７】そこで、本発明においては、従来の吸着用
の吸着塔と、再生用の吸着塔を別々に設けるといった構
成と異なる構成の吸着塔を採用することにより、コンパ
クトな吸着式の空気除湿装置を提供することを目的とし
ている。さらに、再生する空気を外部から加温するので
はなく、自己発熱を利用することにより、消費エネルギ
ーを抑え、さらに、加温装置または、加温のための配管
システムなどを省略し、コンパクトで高性能の空気除湿
装置を低コストで提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、吸着および再生をサイクリックに行うために必要
な２つの吸着層を別々の吸着塔として配置する代わり
に、これら２つの吸着層を同心円状に配置することによ
り、１つの吸着塔に収納できるようにしている。すなわ
ち、本発明の吸着塔は、圧縮空気を通して除湿可能な第
１および第２の吸着層が同心円状に配置されていること
を特徴としている。第１の吸着層と第２の吸着層を同心
円状に配置することにより、１つの吸着塔に少なくと
も、２つの吸着層を収納することができる。従って、こ
の吸着塔と、吸着塔内の吸着層の一方に圧縮空気を通
し、他方の吸着層に再生用の空気を供給する供給再生手
段を設けることにより、吸着および再生をサイクリック
に行いながら、連続して乾燥空気を出力できる空気除湿
装置を提供できる。このように、本発明の吸着塔を用い
ることにより、従来、少なくとも２つ必要であった吸着
塔を１つにすることができ、空気除湿装置をコンパクト
に纏めることができる。

【０００９】吸着塔内を平板で２層に区切って、第１お
よび第２の吸着層とすることも可能であるが、圧縮空気
を通して吸着を行う層と、大気圧下で再生を行う層との
圧力バランスがとれにくく構成が複雑になる。これに対
して、同心円状に第１および第２の吸着層を配置するこ
とにより、圧力バランスもとれ、圧力容器としても構成
が簡単で低コストで製造できる。

【００１０】第１の吸着層と第２の吸着層の間の隔壁
は、断熱性であってももちろん良いが、熱良導性の隔壁
とすることにより、吸着側の吸着熱を隔壁を介して再生
側に伝熱することができる。したがって、この吸着熱に
より再生側の吸着層が加温されるので、加熱ヒータを設
けたり、冷凍式空気除湿機の凝縮熱を用いて加温しなく
ても再生効率を向上することができる。このため、加熱
ヒータを設置するスペースや、吸着式空気除湿機と冷凍
式空気除湿機とを接続するための配管を省略することが
可能であり、コンパクトで簡易な構成の空気除湿装置を
低コストで提供することができる。さらに、再生時の加
温用の熱源が吸着熱によって賄われるので、再生時のエ
ネルギー消費を少なくすることも可能となる。

【００１１】また、本発明の吸着塔においては、第１お
よび第２の吸着層を同心円状に配置し、筒型の中心軸に
沿って延びた円筒の隔壁で、第１および第２の吸着層は
仕切られる。このため、中心軸に沿って設けた平板によ
って吸着塔内を２分する場合より、第１と第２の吸着層
は、隔壁を介して接触する面積が広くなり熱交換率を高
くできる。さらに、熱交換率を高めるために、隔壁にフ
ィンを設けたり、凹凸を設けることが可能である。

【００１２】また、本発明の吸着塔は、第１および第２
の吸着層の断面積が異なっていても良いが、吸着および
再生を均等にサイクリックに行い、各々の層に均等な負
荷をかけられるという点では、断面積が等しい方が好ま
しい。そして、第１および第２の吸着層に均等な負荷を
かけられるようにすることにより、安定したオペレーシ
ョンが可能となり、信頼性の高い吸着式の空気除湿装置
を提供できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１に、本発明に係る空気除湿装
置１０を吸着塔２０を中心にその概略構成を断面図で示
してある。さらに、図２に、吸着塔２０を構成する主な
部品を展開して示してある。

【００１４】本例の空気除湿装置１０は、エアーコンプ
レッサー（不図示）などから供給された圧縮空気７０の
水分を吸着除湿し露点が−４０℃から−７０℃近い乾燥
空気を供給可能な空気除湿装置であり、このため、吸着
材を収納した吸着塔２０を備えている。本例の吸着塔２
０は、図３に示すような円筒状で、その内部は図４に示
すように同心円状に２つに区切られており、吸着材を収
納した２つの吸着層２２および２３が収納されている。
したがって、本例の空気除湿装置１０は、１つの吸着塔
２０で吸着および再生をサイクリックに行い継続的に乾
燥空気を供給することが可能である。このため、本例の
空気除湿装置１０は、吸着塔２０の軸方向の両端に、２
つの吸着層２２または２３のいずれか一方に圧縮空気を
供給し、他方には再生用の乾燥空気を供給する供給再生
手段としての機能を果たす配管系統４０が設けられてい
る。

【００１５】図１および図２に示すように、本例の吸着
塔２０は、一方の端１２ａが底壁で封止され、他方の端
が蓋１３で密閉可能な筒状のハウジング１２を備えてお
り、このハウジング１２の内部に、外側から円筒状の外
部隔壁２５および内部隔壁２４が同軸状に配置されてい
る。これらの外部隔壁２５および内部隔壁２４の両端
は、これらの隔壁と共にハウジング１２内に収納される
リング状の端板３２の溝３２ａおよび３２ｂに差し込ま
れ、隔壁２５および２４の間に所定の空間が確保される
ようになっている。リング状の端板３２は、中心が開口
３３であり、さらに端板３２を貫通するように複数の貫
通孔３４が設けられている。また、これらの端板３２の
内側には、パンチングメタル３１などの多孔性で吸着材
の流出を防止できる保持部材が内部隔壁２４および外部
隔壁２５の両端を塞ぐように設置されている。このた
め、内部隔壁２４の内側の空間と、内部隔壁２４および
外部隔壁２５によって区切られた空間とにシリカゲルあ
るいはモレキュラシーブなどの吸着材２１を充填し、第
１の吸着層２２および第２の吸着層２３を形成できるよ
うになっている。

【００１６】ハウジング１２および蓋１３は、これらを
組み合わせると接続部分がＯ−リングなどのパッキン３
８によって密閉され、圧縮空気の圧力に耐えられる圧力
容器が構成されるようになっている。また、リング状の
端板３２の外周面および内周面にもパッキン３６および
３７が設けられており、内部隔壁２４および外部隔壁２
５によって形成される第１および第２の吸着層２２およ
び２３をそれぞれ隔離し圧力をかけられるようになって
いる。ハウジング１２の底壁１２ａおよび蓋１３には、
第１の吸着層２２と連通する接続口２７ａおよび２８ａ
と、第２の吸着層２３と連通する接続口２７ｂおよび２
８ｂとが別々に設けられている。したがって、図３に示
すように、これらの接続口に、供給再生手段となる配管
のジョイントを接続することにより第１および第２の吸
着層２２および２３を別々に制御し、吸着および再生を
サイクリックに行うことができる。

【００１７】吸着塔２０の内部では、図４に示すように
第１および第２の吸着層２２および２３が内部隔壁２４
を隔てて同心円状に配置されている。本例の吸着塔２０
においては、第１および第２の吸着層２２および２３と
して利用される吸着材の量を均等にするために吸着層２
２および２３の断面積が均等となるように内部隔壁２４
の位置およびサイズが決められている。すなわち、内部
隔壁２４の内部の断面積と、内部隔壁２４および外部隔
壁２５によって区切られた区画の断面積とが等しくなる
ようにしている。また、通常のオペレーションでは、こ
れら２つ吸着層２２および２３の一方に圧縮空気が流
れ、他方は再生のために大気開放状態となるが、これら
第１および第２の吸着層２２および２３を同心円状に配
置することにより、圧力差を均等に配分し簡易な構成で
高い耐圧性が得られるようにしている。本例の吸着塔２
０においては、外部隔壁２５とハウジング１２との間に
微少な隙間３９が開くように設計されているが、この隙
間３９は第１および第２の吸着層２２および２３から隔
離されているために圧縮空気あるいは再生用の空気が流
れることはない。また、この隙間３９によって断熱効果
が得られるので、後述するように、吸着材が湿分を吸着
する際に発生する熱の放散を抑止し、再生熱としての利
用効率を高めることができる。

【００１８】このように、本例の吸着塔２０は、吸着層
２２および２３を同心円状に配置することで、１つの塔
に２つの吸着層２２および２３を無駄なスペースなく纏
めることができる。したがって、本例の空気除湿装置１
０においては、従来、少なくとも２つの吸着塔が必要で
あったのに対し、１つの吸着塔で吸着および再生をサイ
クリックに行うことができ、コンパクトで低コストの空
気除湿装置を提供することができる。また、２つの吸着
層を１つの吸着塔２０に集中配置することにより、２つ
の吸着塔を配置することに比べて、周囲に組立スペース
を確保することができ、配管の繋ぎ込みなども容易にと
なる。このため、装置の組立も簡単になり、組立コスト
も削減できる。一方、２つの吸着層を１つの吸着塔に纏
めても、２つの吸着層２２および２３の断面積を等しく
することにより、従来と同様に吸着および再生を均等に
行い、安定したオペレーションが可能で、信頼性の高い
吸着式の空気除湿装置を提供できる。

【００１９】さらに、本例の吸着塔２０では、２つの吸
着層２２および２３が内部隔壁２４を挟んで隣接して配
置されている。このため、この内部隔壁２４をステンレ
ススチール、鋼板あるいは銅板などの熱良導性の部材を
用いて形成することにより、吸着側で発生した吸着熱を
再生側に伝達し、ヒータなどの加熱手段を用いずに再生
効率を向上することができる。例えば、内側の第１の吸
着層２２が吸着中であり、外側の第２の吸着層２３が再
生中の場合は、図４に示した示すように、吸着中の吸着
層２２で生じる吸着熱７８が内部隔壁２４を介して再生
中の吸着層２３に伝熱される。吸着中の層では、例え
ば、５℃〜７℃の温度上昇をもたらす程度の発熱があ
り、これを再生側の吸着層に伝達することによって再生
中の吸着層を加温され、再生効率を向上し、再生に使用
される乾燥空気の量を削減することができる。特に、本
例の吸着塔２０は、２つの吸着層２２および２３を円筒
状に配置されているので、例えば、平板状の隔壁を用い
て２分割に配置されたものに比べて、２つの吸着層２２
および２３が内部隔壁２４を介して接触する面積が広く
確保される。したがって、本例の吸着塔２０では、２つ
の吸着層の間で効率良く自己発熱する熱量を利用し、再
生効率を高めることができる。このため、本例の吸着塔
２０を採用した空気除湿装置１０においては、ヒータあ
るいは冷凍式空気除湿機の凝縮器と接続するための配管
系統が不要であり、再生空気を供給する系統も非常にシ
ンプルに構成できる。

【００２０】図１を参照して、本例の吸着塔２０を採用
した空気除湿装置１０の供給再生部４０の構成を説明す
る。本例の空気除湿装置１０は、吸着塔２０の底壁１２
ａの側から圧縮空気を供給し乾燥空気をカバー１３の側
から排出するようになっている。これとは逆に、再生用
には、乾燥空気をカバー１３の側から再生側に流し、底
壁１２ａから排出できるようになっている。このため、
供給塔２０の第１および第２の吸着層２２および２３に
繋がる空気の入口となる接続口２７ａおよび２７ｂは四
方弁４１によって接続されており、四方弁４１を切り換
えることにより、圧縮空気７０が一方の吸着層に供給さ
れ、他方の吸着層はバルブ４６を介して消音器４７と接
続され再生用空気が放出できるようになっている。ま
た、カバー１３に設けられた空気の出口となる接続口２
８ａおよび２８ｂは三方弁４２が接続されており、第１
または第２の吸着層２２または２３のいずれかから乾燥
空気７２を放出できるようになっている。また、空気の
出口となる接続口２８ａおよび２８ｂは、流量調節用の
オリフィス４８を介して直に接続されており、吸着除湿
を行っている吸着層から出力された乾燥された空気７２
の一部を再生空気７２ａとして再生側の吸着層に供給
し、その吸着層を再生できるようになっている。再生空
気７２ａは、再生側の吸着層を通って空気の入口となる
接続口２７ａまたは２７ｂから放出され、消音器４７を
介して大気に放出される。多くの場合、乾燥空気の一部
は再生用として常に供給されているが、再生空気の排気
中の湿分などを検出しバルブ４６で再生空気の流れを止
め、再生空気が浪費されるのを防止することも可能であ
る。

【００２１】このようにして、本例の空気除湿装置１０
は、供給再生用の配管系統４０に設けられた四方弁４１
および三方弁４２を適時切り変えることにより、２つの
吸着層２２および２３で吸着および再生をサイクリック
に行い、乾燥空気７２を継続的に安定して出力できる。
また、本例の吸着塔２０は自己発熱で再生側を加温でき
るので、加熱用のヒータを設けたり、冷凍式空気除湿機
の凝縮熱などを用いて、再生用の圧縮空気７２ａを加温
する必要がなくなる。このため、これらを設置するスペ
ースや、ヒータあるいは凝縮器と吸着塔２０とを連結す
る配管系を省くことが可能であり、配管系統も簡素化で
きる。また、吸着側の吸着層の冷凍器などが必要なくな
る。さらに、再生側の吸着層を加温する熱源として吸着
側の吸着層の吸着熱が利用できるようになっているの
で、再生時のエネルギー消費を抑えることができる。同
時に、再生側の吸着層が加温されるので再生効率が高
く、再生用の空気７２ａの流量を削減できる。したがっ
て、本例の吸着塔２０を採用した空気除湿装置１０にお
いては、再生空気として消費される空気と、再生に加温
するためのエネルギーの両方を削減することが可能であ
り、除湿効率が高く、コンパクトな高性能な空気除湿装
置１０を低コストで提供できる。

【００２２】なお、上記では、２つの吸着層２２および
２３のうち、吸着層２２で吸着除湿が行われ、吸着層２
３が再生されている状態における空気および熱の流れを
図示しているが、吸着層２３で吸着除湿が行われ、吸着
層２２が再生中の場合はこれらの流れが逆になる。

【００２３】また、吸着塔２０の２つの吸着層２２およ
び２３を分離する内部隔壁２４は、熱良導性の素材を用
いた円筒状であるが、この内部隔壁２４に凹凸を設けた
り、あるいはフィンを付加することももちろん可能であ
り、さらに熱交換効率を高し、再生側を効率良く加温す
ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の吸着塔
は、２つの吸着層を同心円状に配置することにより、１
つの吸着塔に２つの吸着層を収納することができる。し
たがって、１つの吸着塔で吸着および再生をサイクリッ
クに行い、乾燥空気を継続して供給できる吸着式の空気
除湿装置を実現することができ、スペース効率が高く、
コンパクトで低コストの空気除湿装置を提供できる。

【００２５】さらに、本発明の吸着塔は、吸着塔内部を
２つの吸着層を熱伝導性の高い隔壁で区切って配置する
ことにより、吸着側で生じる吸着熱を再生側の吸着層へ
伝熱できる。したがって、自己発熱を利用して再生側を
加温できるので、ヒータあるいは冷凍式空気除湿機の凝
縮熱などを用いて外部から加温しなくても再生効率を高
めることができる。したがって、加温のための消費エネ
ルギーを節約でき、さらに、吸着層を加温するための配
管システムなどを省略できる。このため、さらに、コン
パクトであり、除湿効率の高い高性能の空気除湿装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る吸着塔の概略構成を示す断面図、
およびこれに空気除湿装置の概略構成を配管系統図で示
す図である。

【図２】図１に示す吸着塔の主な構成部分を展開して示
す図である。

【図３】図１に示した空気除湿装置の外観を示す斜視図
である。

【図４】図１に示した空気除湿装置の吸着塔の横断面図
である。

【図５】従来の空気除湿装置の概略構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１０・・空気除湿装置 １２・・ハウジング、１２ａ・・底壁 １３・・蓋 １６・・ジョイント ２０・・吸着塔 ２１・・吸着剤 ２２，２３・・吸着層 ２４・・内部隔壁 ２５・・外部隔壁 ２７，２８・・接続口 ３１・・パンチングメタルプレート ３２・・端板 ３３，３４・・貫通孔 ３６，３７，３８・・Ｏリング ４０・・供給再生系統 ４１・・四方弁 ４２・・三方弁（シャトル弁） ４６・・再生空気バルブ ４７・・消音器 ４８・・オリフィス ７０・・圧縮空気 ７２・・乾燥空気、７２ａ・・再生用空気 ７８・・吸着熱

フロントページの続き (72)発明者 村岡 正一 長野県須坂市大字幸高246番地 オリオン 機械株式会社内 (72)発明者 竹内 俊一 長野県須坂市大字幸高246番地 オリオン 機械株式会社内 Ｆターム(参考） 4D052 AA01 CD00 DA02 DA05 DB01 FA05 FA09 GA01 GB08 HA01 HA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮空気を通して除湿可能な第１および
   第２の吸着層が同心円状に配置されていることを特徴と
   する吸着塔。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１および第２
   の吸着層は熱良導性の隔壁を介して隣接していることを
   特徴とする吸着塔。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記第１および第２
   の吸着層の断面積はほぼ等しいことを特徴とする吸着
   塔。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の吸
   着塔と、前記第１および第２の吸着層の一方に圧縮空気
   を通し、その一方の吸着層から他方の前記吸着層に再生
   用の空気を供給する供給再生手段を有することを特徴と
   する空気除湿装置。