JP2005074387A

JP2005074387A - 除湿装置

Info

Publication number: JP2005074387A
Application number: JP2003311030A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Hanazawa; 一吉花澤
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】圧縮気体の損失を少なくすることでランニングコストを下げることが可能な除湿装置を提供する。
【解決手段】ハウジング１２内に高分子浸透膜からなる多数本の中空糸膜１３を束ねて収容する。ハウジング１２内における中空糸膜１３の内部を高圧領域Ｓ１とするとともに中空糸膜１３の外面近傍領域を低圧領域Ｓ２とする。低圧領域Ｓ２には、高圧領域Ｓ１に送り込まれる除湿前の圧縮エアよりも乾燥している乾燥エアを導入する。この乾燥エアは、中空糸膜１３を通過して除湿される圧縮エアの除湿経路Ａ１とは別経路なる乾燥エア供給路Ａ２から導入される。
【選択図】図１

Description

本発明は高分子浸透膜を用いて圧縮空気内の水分を除去する除湿装置に関するものである。

この種の除湿装置（特許文献１参照）は、高分子浸透膜からなる多数本の中空糸膜が束ねた状態でハウジングに収容されており、ハウジング内が中空糸膜内の高圧領域と中空糸膜外の低圧領域とに隔てられている。中空糸膜内へ送り込まれた除湿前の圧縮エア内に含まれる気体状水分は、中空糸膜を通過するときに低圧領域へ浸透分離される。これにより、だ圧縮エアは中空糸膜から入り込んでから送り出されるまでに除湿されるようになっている。
特開平９−１６８７１６

ところが、背景技術に示す除湿装置は、中空糸膜内の高圧領域と、中空糸膜外の低圧領域とに水蒸気分圧差を持たせるために、この低圧領域には除湿前の圧縮エアよりも乾燥した乾燥エアを供給しているが、この乾燥エアは除湿装置によって除湿された圧縮エアの一部をパージしたものである。そのため、圧縮エアの損失が大きく、圧縮エアを作り出すのに大きい消費電力が必要となり、結果としてランニングコストが高くなる。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、圧縮気体の損失を少なくすることでランニングコストを下げることが可能な除湿装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、外部から圧縮気体が導入される気体導入口と内部に導入された圧縮気体が排出される気体排出口とを有するハウジング内に、高分子浸透膜からなりかつ両端が開口している多数本の中空糸膜を束ねるとともに、同中空糸膜内が前記気体導入口及び気体排出口に連通するように収容し、前記ハウジング内における中空糸膜の内部を高圧領域とするとともに中空糸膜の外面近傍領域を低圧領域とし、除湿前の圧縮気体よりも乾燥している乾燥気体を前記低圧領域に導入するための給気口と、前記低圧領域に導入された乾燥気体をハウジングの外部に排出するための排気口とをハウジングに設けた除湿装置において、前記中空糸膜を通過して除湿される圧縮気体の除湿経路とは別経路なる乾燥気体供給路を前記給気口に接続したことを要旨とする。

この構成にすれば、除湿経路とは別経路なる乾燥気体供給経路からハウジングの低圧領域に乾燥気体が供給される。つまり、除湿経路を流れる除湿された圧縮気体の一部はハウジングの低圧領域に供給されないことから、圧縮気体の損失がない。そのため、圧縮気体を生成するのに必要な消費電力を減らすことができ、ランニングコストの低減を図ることが可能になる。

請求項２に記載の発明では、前記乾燥気体供給路には前記乾燥気体を生成するロータリ式ドライヤが設けられ、前記ロータリ式ドライヤは、被乾燥気体が通過可能なハニカム状の基材に乾燥剤が担持されている吸着ロータと、前記吸着ロータで乾燥された乾燥気体を前記ハウジング内における低圧領域に送り出す送風ファンとを含んで構成されていることを要旨とする。

この構成にすれば、乾燥気体を生成するロータリ式ドライヤは、例えば冷媒によって気体を冷却することでその中に含まれる気体状水分を凝縮させ、その気体状水分をドレンとして取り除く冷凍式ドライヤ等と比較して、冷媒回路上で冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を凝縮させるコンデンサ、更には冷媒を膨張させるキャピラリチューブといった多くの構成部品を必要としない。従って、ロータリ式ドライヤの構成を簡単にすることができ、ロータリ式ドライヤのイニシャルコストを低減することができる。

請求項３に記載の発明では、前記圧縮気体を生成するコンプレッサからの排熱を利用した再生用気体が流れる排熱経路上に前記吸着ロータが配置されていることを要旨とする。
この構成にすれば、吸着ロータに暖かい再生用気体が吹き当てられると、吸着ロータに吸着した水分が取り除かれ、吸着ロータの再生が図られる。再生用気体の熱源として圧縮気体を生成するコンプレッサの排熱を利用しているため、ロータリ式ドライヤに加熱器を設ける必要がない。よって、ロータリ式ドライヤの構成をよりいっそう簡単にすることができ、ロータリ式ドライヤのイニシャルコストを更に低減することができる。

本発明によれば、ランニングコストを低下することができ経済的に稼働させることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、除湿装置１１のハウジング１２内にはポリイミド製の高分子浸透膜からなる多数本の中空糸膜１３が束ねられて収容されている。束ねられた中空糸膜１３の両端部は、いずれも開口されており、シール部材１４，１５によりハウジング１２の両端部内周面に固定されている。ハウジング１２の一端部に形成された気体導入口としての圧縮エア導入口１７に連通する導入領域１８と、他端部に形成された気体排出口としての圧縮エア排出口１９に連通する排出領域２０とは、ハウジング１２内において中空糸膜１３内のみを介して連通している。すなわち、中空糸膜１３及び両シール部材１４，１５によりハウジング１２内が導入領域１８、中空糸膜１３内及び排出領域２０からなる高圧領域Ｓ１と、ハウジング１２内における中空糸膜１３外の外面近傍の低圧領域Ｓ２とに区分設定されている。

ハウジング１２の圧縮エア導入口１７にはコンプレッサ２１が接続されており、コンプレッサ２１によって得られた圧縮気体としての圧縮エアは、中空糸膜１３を通過することで除湿されるようになっている。圧縮エア排出口１９には、図示しないエアシリンダ等のアクチュエータ２２が接続され、このアクチュエータには圧縮エア排出口１９から排出される除湿を終えた圧縮エアが供給されるようになっている。

ハウジング１２の外周面には、前記低圧領域Ｓ２に通じる給気口２３と排気口２４とが形成されている。この給気口２３には、乾燥気体供給路としての乾燥エア供給路Ａ２が接続され、この乾燥エア供給路Ａ２上にはロータリ式ドライヤ２５が設けられている。そして、ロータリ式ドライヤ２５によって生成された乾燥気体としての乾燥エアは、除湿経路Ａ１とは別経路なる乾燥エア供給路Ａ２を介して給気口２３からハウジング１２内の低圧領域Ｓ２に供給されるようになっている。ロータリ式ドライヤ２５で生成される乾燥エアは、コンプレッサ２１からハウジング１２の圧縮エア導入口１７に入り込む除湿前の圧縮エアよりも乾燥している。

ロータリ式ドライヤ２５は、ハニカム状の基材２６ａにシリカゲルやゼオライトなどの乾燥剤を担持しているとともに、中心軸方向に沿ってエアを通過させることが可能なドラム状の吸着ロータ２６を備えている。吸着ロータ２６は図示しないケーシング内に回転可能に収容されており、吸着ロータ２６には、伝達ベルト２７を介してモータ２８が駆動連結されている。そして、モータ２８が駆動することにより、吸着ロータ２６は一定速度で回転するようになっている。本実施形態においては、伝達ベルト２７及びモータ２８から吸着ロータ２６を回転させるための回転手段が構成されている。

吸着ロータ２６は、それを収容するケーシング（図示せず）に設けられた区画手段としてのシール部材２９によって、吸着ゾーンＺ１と再生ゾーンＺ２とに区分けされている。吸着ロータ２６の吸着ゾーンＺ１は乾燥エア供給路Ａ２上に配置されており、送風ファン３１によって水分を含んだ大気中にあるエア（被乾燥気体）がフィルタ３２を介して吸着ゾーンＺ１に流れるようになっている。そして、空気中に含まれる気体状水分は、水酸基（シラノール基）の作用により吸着ロータ２６に担持された乾燥剤の細孔内壁に吸着されるとともに、毛細管凝縮により乾燥剤の細孔中に多量の水分が吸着される。

吸着ロータ２６の再生ゾーンＺ２はコンプレッサ２１からの排熱が通る排熱経路Ａ３に配置されており、排熱用ブロア３３によってコンプレッサ２１の排熱を利用した再生用気体としての再生用エアがフィルタ３４を介して再生ゾーンＺ２に流れるようになっている。吸着ロータ２６の再生ゾーンＺ２を通過する排熱エアの流れる方向は、吸着ゾーンＺ１を通過するエアの流れる方向とは、互いに逆方向となるように設定されている。そして、再生用エアを流すことにより、吸着ロータ２６の乾燥剤の細孔内に吸着された気体状水分が、温度上昇により吸着力は断ち切られ、細孔から飛び出すことで吸着ロータ２６の吸着力が再生される。

上記のように構成された除湿装置１１において、コンプレッサ２１によって生成された除湿前の圧縮エアがハウジング１２の圧縮エア導入口１７を介して導入領域１８へ送り込まれるとともに、ロータリ式ドライヤ２５によって生成された乾燥エアがハウジング１２の給気口２３を介して低圧領域Ｓ２に導入される。すると、除湿前の圧縮エアは中空糸膜１３内を通過する間に高分子浸透膜の浸透分離作用を受ける。そして、以下に示す式（１）による関係でもって、圧縮エア内の気体状水分がハウジング１２内の低圧領域Ｓ２内へ浸透分離される。

Ｑi＝ρＡ（Ｐ１・Ｘ１−Ｐ２・Ｘ２）………（１）
Ｑiは中空糸膜１３内から低圧領域Ｓ２へ流れる水分の透過流量、ρは気体状水分の透過速度定数、Ａは全ての中空糸膜１３の透過面積、Ｐ１は高圧領域Ｓ１側の圧力、Ｐ２は低圧領域Ｓ２側の圧力、Ｘ１は高圧領域Ｓ１側における水分のモル分率、Ｘ２は低圧領域Ｓ２側における水分のモル分率である。気体状水分の透過速度定数ρはエアの構成気体である酸素及び窒素に比して数倍〜数百倍程度大きく、中空糸膜１３を気体状水分が優先的に透過する。これにより中空糸膜１３を通って排出領域２０へ排出された圧縮エアは除湿される。特に、高圧領域Ｓ１の水蒸気分圧（式（１）に示すＰ１・Ｘ１）と低圧領域Ｓ２の水蒸気分圧（式（１）に示すＰ２・Ｘ２）との差が大きいほど、除湿効率が高くなる。そのために、低圧領域Ｓ２側の圧力を高圧領域Ｓ１のそれよりも低くしたり、低圧領域Ｓ２に供給される乾燥エアを高圧領域Ｓ１の圧縮エアよりも乾燥させたりすることで、高圧領域Ｓ１の水蒸気分圧よりも低圧領域Ｓ２の水蒸気分圧ができるだけ低くなるようにしている。

従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）中空糸膜１３を通って除湿された圧縮エアは、その一部を低圧領域Ｓ２に分流させることなく、全てがアクチュエータ２２に供給されるようになっている。そのため、ハウジング１２の低圧領域Ｓ２に除湿された圧縮エアを供給しない分だけ、圧縮エアの生成を少量で済ませることができる。つまり、除湿装置１１によって除湿される圧縮エアの損失流量を少なくすることができるため、コンプレッサ２１の消費電力を低減することができ、除湿装置１１を稼働する際にかかるランニングコストを低減することができる。ちなみに、低減できたコンプレッサ２１の消費電力と、ロータリ式ドライヤ２５を稼働するときの消費電力を比較すると、ロータリ式ドライヤ２５を稼働するときの消費電力の方が明らかに小さい。

（２）ロータリ式ドライヤ２５は、乾燥剤が担持されている吸着ロータ２６と、吸着ロータ２６によって乾燥された乾燥エアをハウジング１２内における低圧領域Ｓ２に送り出す送風ファン３１とを含んで構成されている。そのため、例えばフロン等の冷媒によってエアを冷却することでその中に含まれる気体状水分を凝縮させ、その気体状水分をドレンとして取り除く冷凍式ドライヤ等と比較して、冷媒回路上で冷媒を圧縮する冷媒圧縮機、冷媒を凝縮させるコンデンサ、更には冷媒を膨張させるキャピラリチューブといった多くの構成部品を必要としない。従って、ロータリ式ドライヤ２５の構成を簡単にすることができ、ロータリ式ドライヤ２５のイニシャルコスト、ひいては除湿装置１１のイニシャルコストを低減することができる。又、冷凍式ドライヤのように消費電力の大きい冷媒圧縮機が設けられていないため、冷凍式ドライヤよりもロータリ式ドライヤ２５の方がランニングコストは小さくなる。

（３）コンプレッサ２１からの排熱が、吸着ロータ２６の吸着力を再生するための再生用エアに利用されている。そのため、再生エアを加熱するために、加熱器を不要とすることができるため、ロータリ式ドライヤ２５の小型化及び簡素化を図ることができ、ロータリ式ドライヤ２５によって乾燥エアを得るためのランニングコストを低減することができる。

（４）ハウジング１２の低圧領域Ｓ２に乾燥エアを送り込むロータリ式ドライヤ２５に設けられた吸着ロータ２６は常に回転しているため、吸着ロータ２６は、吸着ゾーンＺ１と再生ゾーンＺ２とに対して連続的に移行するようになっている。そのため、吸着ゾーンＺ１において水分を吸着した吸着ロータ２６を、吸着容量を越える前に再生ゾーンＺ２へ移行させて再生することができるため、吸着ロータ２６による気体状水分の吸着と吸着ロータ２６の再生とを同時に行うことができる。従って、ハウジング１２の低圧領域Ｓ２には連続して乾燥エアを供給することができるため、除湿装置１１を連続的に運転することができる。

（別の実施形態）
本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記ロータリ式ドライヤ２５によって生成される乾燥気体は大気中のエアとしているが、コンプレッサ２１によって得られる除湿前の圧縮エアよりも乾燥している乾燥気体であれば、例えば窒素などの不活性ガスに変更してもよい。

・ロータリ式ドライヤ２５に代えて、例えばフロン等の冷媒によってエアを冷却することでその中に含まれる気体状水分を凝縮させ、その気体状水分をドレンとして取り除く冷凍式ドライヤに変更することが可能である。

・前記実施形態ではロータリ式ドライヤ２５の吸着ロータ２６を再生する再生用エアの熱源としてコンプレッサ２１の排熱を利用したが、この排熱を利用しない代わりとしてロータリ式ドライヤ２５に加熱器を設け、加熱器の熱源を再生用エアの熱源としてもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に示す。
［１］前記吸着ロータを、前記乾燥気体供給路に対応する吸着ゾーン及び排熱経路に対応する再生ゾーンに区画する区画手段と、前記吸着ロータを前記各ゾーンに対して連続的に移行させるように所定の速度で回転させる回転手段とが備えられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の除湿装置。この構成によれば、吸着ロータによる気体状水分の吸着と、吸着ロータの再生とを同時に行うことができるため、除湿装置の連続運転が可能になる。

［２］前記ロータリ式ドライヤによって乾燥される被乾燥気体は大気中のエアであることを特徴とする請求項２、３、前記［１］のうちいずれかに記載の除湿装置。この構成にすれば、ランニングコストをよりいっそう低減することができる。

一実施形態における除湿装置の概略説明図。

符号の説明

Ａ１…除湿経路、Ａ２…乾燥エア供給路（乾燥気体供給路）、Ａ３…排熱経路、Ｓ１…高圧領域、Ｓ２…低圧領域、１１…除湿装置、１２…ハウジング、１３…中空糸膜、１７…圧縮エア導入口（気体導入口）、１９…圧縮エア排出口（気体排出口）、２１…コンプレッサ、２３…給気口、２４…排気口、２５…ロータリ式ドライヤ、２６…吸着ロータ、２６ａ…基材、３１…送風ファン。

Claims

外部から圧縮気体が導入される気体導入口と内部に導入された圧縮気体が排出される気体排出口とを有するハウジング内に、高分子浸透膜からなりかつ両端が開口している多数本の中空糸膜を束ねるとともに、同中空糸膜内が前記気体導入口及び気体排出口に連通するように収容し、前記ハウジング内における中空糸膜の内部を高圧領域とするとともに中空糸膜の外面近傍領域を低圧領域とし、除湿前の圧縮気体よりも乾燥している乾燥気体を前記低圧領域に導入するための給気口と、前記低圧領域に導入された乾燥気体をハウジングの外部に排出するための排気口とをハウジングに設けた除湿装置において、
前記中空糸膜を通過して除湿される圧縮気体の除湿経路とは別経路なる乾燥気体供給路を前記給気口に接続したことを特徴とする除湿装置。
前記乾燥気体供給路には前記乾燥気体を生成するロータリ式ドライヤが設けられ、前記ロータリ式ドライヤは、被乾燥気体が通過可能なハニカム状の基材に乾燥剤が担持されている吸着ロータと、前記吸着ロータで乾燥された乾燥気体を前記ハウジング内における低圧領域に送り出す送風ファンとを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の除湿装置。
前記圧縮気体を生成するコンプレッサからの排熱を利用した再生用気体が流れる排熱経路上に前記吸着ロータが配置されていることを特徴とする請求項２に記載の除湿装置。