JP2009018281A

JP2009018281A - 圧縮空気除湿システム

Info

Publication number: JP2009018281A
Application number: JP2007184324A
Authority: JP
Inventors: Mariko Suzuki; まり子鈴木; Akihiro Takemae; 昭宏竹前
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】除湿性能を維持しつつ省エネルギー化を図ることのできる圧縮空気除湿システムを提供する。
【解決手段】空気圧縮機によって圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器１と、冷却器１によって冷却された圧縮空気を水蒸気透過性の中空糸膜の内側に通流させると共に中空糸膜の外側にパージ空気を通流させて圧縮空気を除湿する膜式除湿器３とを備えた圧縮空気除湿システムであって、冷却器１には圧縮空気の流れで駆動されるエアモータ式の冷却ファン４が備えられ、膜式除湿器３から出力される圧縮空気の一部を分岐して該冷却ファンのエアモータ１０の入気口１１に通流させるファン駆動用管路３１が配設されると共に、エアモータ１０に入気した圧縮空気が排気される排気口１２から膜式除湿器３のパージ空気入気口２２に圧縮空気を通流させるパージ空気導入管路３２が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧縮機によって圧縮された圧縮空気を除湿する圧縮空気除湿システムに関するものである。

圧縮空気を動力源とする機器には、水分による機器の錆付き・損傷防止などのために、乾燥した圧縮空気を供給する必要がある。

たとえば、空気圧縮機に、送風機（冷却ファン）を備えたアフタークーラー（冷却器）、エアフィルタ、および膜式気体ドライヤ（膜式除湿器）を接続して圧縮空気を除湿するシステムが、特許文献１に示されている。

この膜式除湿器には、出力した乾燥空気の一部がパージ空気として還流され、大気中に排気されている。

冷却器に備えられた冷却ファンは、電動式のファンや圧縮空気で駆動されるエアモータ式のファンが用いられる。電動式のファンには電源が必要であるが、エアモータ式のファンには電源が必要でなく無電源で作動するという利点がある。

例えば、圧縮空気で駆動される冷却ファンでアフタークーラーが冷却される圧縮空気作業機が、特許文献２に示されている。この冷却ファンを駆動した圧縮空気は大気中に排気されている。

特開平１０−４３５３６号公報特開２００３−１４８４２０号公報

膜式除湿器を通過したパージ空気は大気中に排気されている。また、冷却ファンを駆動した圧縮空気も大気中に排気されている。排気される圧縮空気の生成に必要なエネルギーはエネルギーロスとなる。したがって、排気される圧縮空気の量を低減化するという課題がある。

本発明はこの課題を解決するためになされたもので、除湿性能を維持しつつ省エネルギー化を図ることのできる圧縮空気除湿システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された圧縮空気除湿システムは、空気圧縮機によって圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器と、該冷却器によって冷却された圧縮空気を水蒸気透過性の中空糸膜の内側に通流させると共に該中空糸膜の外側にパージ空気を通流させて圧縮空気を除湿する膜式除湿器とを備えた圧縮空気除湿システムであって、該冷却器には圧縮空気の流れで駆動されるエアモータ式の冷却ファンが備えられ、該膜式除湿器から出力される圧縮空気の一部を分岐して該冷却ファンのエアモータの入気口に通流させるファン駆動用管路が配設されると共に、該エアモータに入気した圧縮空気が排気される排気口から該膜式除湿器のパージ空気入気口に圧縮空気を通流させるパージ空気導入管路が配設されていることを特徴とする。

請求項２に記載された冷却装置は、請求項１に記載されたものであって、該ファン駆動用管路から該パージ空気入気口までの圧縮空気流路に、該エアモータの駆動に必要な圧縮空気の流量、または該膜式除湿器の該パージ空気として必要な圧縮空気の流量のいずれか多い方の流量に、圧縮空気の流量を制限するオリフィスが配置されていることを特徴とする。

請求項１記載の圧縮空気除湿システムによれば、ファン駆動用管路によって膜式除湿器から出力される圧縮空気の一部を分岐して冷却ファンのエアモータの入気口に通流させ、エアモータの排気口から排気される圧縮空気をパージ空気導入管路で膜式除湿器のパージ空気入気口に通流させることで、エアモータの駆動用に用いられた圧縮空気を膜式除湿器のパージ空気として利用することができる。このため、除湿性能を維持しつつ、エネルギーロスとなる圧縮空気の大気中への排気を減らすことができ、省エネルギー化することができる。

請求項２記載の圧縮空気除湿システムによれば、ファン駆動用管路からパージ空気入気口までの間に、エアモータの駆動に必要な圧縮空気の流量、または膜式除湿器のパージ空気として必要な圧縮空気の流量のいずれか多い方の流量に、圧縮空気の流量を制限するオリフィスを配置したことにより、冷却器および膜式除湿器の除湿性能に必要なだけの圧縮空気が大気中に排気される。このため、無駄な圧縮空気を大気中に排気することを防止することができる。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１は本発明を適用する圧縮空気除湿システムの一実施形態を示すブロック図である。この圧縮空気除湿システムは、冷却器１、エアフィルタ２および膜式除湿器３を備えている。

図２に冷却器１の正面図および上面図が示されている。図１および図２に示すように、冷却器１は、冷却ファン４および熱交換器５を備えている。冷却ファン４は、一例として軸流式のファンであって、圧縮空気の流れで駆動されるエアモータ１０を備え、エアモータ１０の回転軸に送風羽根が取付けられている。このエアモータ１０には、駆動用の圧縮空気を入気するエアモータ入気口１１、および入気された圧縮空気が排気されるエアモータ排気口１２が設けられている。

熱交換器５は、放熱フィン付きの内部を圧縮空気が通流する曲折したパイプで構成され、空気を圧送する空気圧縮機（非図示）と空気管路で接続されている。この熱交換器５は、冷却ファン４からの送風で空気圧縮機から圧送される高温の圧縮空気を冷却する。熱交換器５の出力は、エアフィルタ２に空気管路で接続されている。

エアフィルタ２は、圧縮空気中の油分・塵埃を除去するフィルタであって、その出力が膜式除湿器３の圧縮空気入気口２０に空気管路で接続されている。

図３に膜式除湿器３の断面図が示されている。図１および図３に示すように、膜式除湿器３には、圧縮空気が入気される圧縮空気入気口２０、除湿されて乾燥した圧縮空気を出力する圧縮空気出力口２１、パージ空気を入気するパージ空気入気口２２、パージ空気が通流するパージ空気通路２３、パージ空気が排気されるパージ空気排気口２４が形成されている。また、膜式除湿器３の内部には、圧縮空気がその内側を通流してパージ空気がその外側を通流する水蒸気透過性の複数の中空糸膜２５，２５，２５・・・を備えている。

膜式除湿器３の圧縮空気出力口２１には、圧縮空気の一部を分岐する空気管路３３が配設されている。空気管路３３の分岐路は、ファン駆動用管路３１によって冷却ファン４のエアモータ１０のエアモータ入気口１１に接続されている。空気管路３３の母管路には、エアータンク（非図示）が接続されている。

パージ空気入気口２２には、圧縮空気の流量を、除湿に必要なパージ空気の流量、または、エアモータ１０の駆動に必要な流量のいずれか多い方の流量に制限するオリフィス２６が装着されている。一例として、この圧縮空気除湿システムでは、乾燥した圧縮空気を毎分４００リットル供給する必要がある場合において、膜式除湿器３では、パージ空気として圧縮空気を毎分８０リットル必要とする。また、エアモータ１０の駆動には毎分８０リットルの圧縮空気を必要とする。この場合、どちらも同じ圧縮空気の流量を必要としているので、毎分８０リットルの流量になるようなオリフィス２６を装着する。なお、必要とする流量がどちらかが多い場合には多いほうの流量とする。

また、パージ空気入気口２２には、エアモータ１０のエアモータ排気口１２に接続されてエアモータ排気口１２から排気された圧縮空気を通流するパージ空気導入管路３２が接続されている。

次に、この圧縮空気除湿システムの動作について図１から図３を参照して説明する。

空気圧縮機から圧送された圧縮空気は、熱交換器５、エアフィルタ２、および膜式除湿器３を通流して、膜式除湿器３の圧縮空気出力口２１から出力される。圧縮空気出力口２１から出力された圧縮空気は、その一部が空気管路３３の分岐路からファン駆動用管路３１を通流して冷却ファン４のエアモータ１０のエアモータ入気口１１に入気する。なお、このファン駆動用管路３１を通流する圧縮空気の量は、パージ空気入気口２２に装着されたオリフィス２６で必要なだけの適正な量に制限されている。

圧縮空気の入気によってエアモータ１０が駆動されて冷却ファン４が作動する。冷却ファン４の作動によって、熱交換器５に送風されて、熱交換器５内を通流する圧縮空気が冷却される。

エアモータ１０のエアモータ入気口１１から入気した圧縮空気は、エアモータ排気口１２から排気されてパージ空気導入管路３２を通流して、パージ空気入気口２２に入気される。パージ空気排気口２４は大気に開放されているため、パージ空気通路２３の圧力は大気圧近くまで低下している。中空糸膜２５の内側を通流する圧縮空気と外側（パージ空気通路２３）を通流するパージ空気との水蒸気分圧の差圧によって水蒸気が膜の外側に透過してパージ空気と共にパージ空気排気口２４から大気中に排気される。中空糸膜２５の内側を通流して水分を除去された圧縮空気は、圧縮空気出力口２１から出力される。乾燥した圧縮空気は空気管路３３の母管路に接続されたエアータンクに貯留されて、圧縮空気で作動するエアー式の各種機器で使用される。

従来のように、膜式除湿器３のパージ空気とエアモータ１０の駆動用の圧縮空気とをそれぞれ別々に供給した場合、この例では、パージ空気として毎分８０リットル、エアモータ１０駆動用に毎分８０リットルの圧縮空気が必要なため、毎分１６０リットルの圧縮空気が大気中に排気されている。

しかし、本発明を適用した圧縮空気除湿システムでは、パージ空気とエアモータ１０の駆動用の圧縮空気を共通に使用しているため、毎分８０リットルの圧縮空気が大気中に排気される。したがって、この実施例では、本発明を適用することで、除湿性能は従来どおりのままで、大気中に排気される圧縮空気の量を半分に減らすことができる。

一例として、大気中に排気される毎分８０リットルの圧縮空気のコストを以下に計算する。

圧縮空気のコストは、
（電気代＋設備償却費＋運転人件費＋保全費）／空気圧縮機の圧縮空気吐出量
で計算できる。使用する機器や電気契約基本料金によって異なるが、一般的に、圧縮空気のコストは、１立方メートル当たり約３円程度、すなわち１リットル当たり約０．００３円になる。一日に圧縮空気除湿システムを１０時間、一ヶ月に２０日稼働させた場合の大気中に排気される圧縮空気のコストは、年間で
０．００３円×８０リットル×６０分×１０時間×２０日×１２月
によって計算できて、３４，５６０円になる。この金額分の圧縮空気の大気中への放出を削減することができる。

このように、この圧縮空気除湿システムによれば、ファン駆動用管路３１によって膜式除湿器３の圧縮空気出力口２１から出力される圧縮空気の一部を分岐して冷却ファン４のエアモータ１０のエアモータ入気口１１に通流させ、エアモータ１０のエアモータ排気口１２から排気される圧縮空気をパージ空気導入管路３２で膜式除湿器３のパージ空気入気口２２に通流させることで、エアモータ１０の駆動用に用いられた圧縮空気を膜式除湿器３のパージ空気として利用することができる。このため、除湿性能を維持しつつ、エネルギーロスとなる圧縮空気の大気中への排気を減らすことができ、省エネルギー化することができる。

また、この圧縮空気除湿システムによれば、ファン駆動用管路３１からパージ空気入気口２２までの間に、エアモータ１０の駆動に必要な圧縮空気の流量、または膜式除湿器３のパージ空気として必要な圧縮空気の流量のいずれか多い方の流量に、圧縮空気の流量を制限するオリフィス２６を配置したことにより、冷却器１および膜式除湿器３の除湿性能に必要なだけの圧縮空気が大気中に排気される。このため、無駄な圧縮空気を大気中に排気することを防止することができる。

なお、本発明を適用する圧縮空気除湿システムでは、冷却器１の冷却ファン４を軸流式のファンで構成した例について説明したが、これに限定されず、エアモータで作動するファンであればシロッコファンやターボファンなどの遠心式のファンで構成することもできるし、他の形式のファンで構成することもできる。

また、オリフィス２６を膜式除湿器３のパージ空気入気口２２に装着した例について説明したが、これに限定されず、ファン駆動用管路３１の入口からパージ空気入気口２２に至るまでの間のいずれかの位置であれば装着することができる。また、膜式除湿器３に圧縮空気出力口２１とは別に、乾燥した圧縮空気の一部を出力する出力口を設け、この出力口にファン駆動用管路３１を接続することもできる。この出力口やパージ空気入気口２２の内部にオリフィス２６を組み込んでもよい。同様にエアモータ１０にオリフィス２６を組み込んでもよい。

本発明を適用する圧縮空気除湿システムの一実施形態を示すブロック図である。本発明を適用する圧縮空気除湿システムに備えられた冷却器の正面図および上面図である。本発明を適用する圧縮空気除湿システムに備えられた膜式除湿器の断面図である。

符号の説明

１は冷却器、２はエアフィルタ、３は膜式除湿器、４は冷却ファン、５は熱交換器、
１０はエアモータ、１１はエアモータ入気口、１２はエアモータ排気口、２０は圧縮空気入気口、２１は圧縮空気出力口、２２はパージ空気入気口、２３はパージ空気通路、２４はパージ空気排気口、２５は中空糸膜、２６はオリフィス、３１はファン駆動用管路、３２はパージ空気導入管路、３３は空気管路である。

Claims

空気圧縮機によって圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器と、該冷却器によって冷却された圧縮空気を水蒸気透過性の中空糸膜の内側に通流させると共に該中空糸膜の外側にパージ空気を通流させて圧縮空気を除湿する膜式除湿器とを備えた圧縮空気除湿システムであって、該冷却器には圧縮空気の流れで駆動されるエアモータ式の冷却ファンが備えられ、該膜式除湿器から出力される圧縮空気の一部を分岐して該冷却ファンのエアモータの入気口に通流させるファン駆動用管路が配設されると共に、該エアモータに入気した圧縮空気が排気される排気口から該膜式除湿器のパージ空気入気口に圧縮空気を通流させるパージ空気導入管路が配設されていることを特徴とする圧縮空気除湿システム。
該ファン駆動用管路から該パージ空気入気口までの圧縮空気流路に、該エアモータの駆動に必要な圧縮空気の流量、または該膜式除湿器の該パージ空気として必要な圧縮空気の流量のいずれか多い方の流量に、圧縮空気の流量を制限するオリフィスが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気除湿システム。