JP2009095745A - 圧縮空気除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却式除湿器および膜式除湿器を組み合わせた圧縮空気除湿装置において、従来よりも一層低い露点まで除湿できる圧縮空気除湿装置を提供する。
【解決手段】圧縮・凝縮・膨張・蒸発の工程で冷媒を循環させる冷凍サイクル８における蒸発器１５を内部に配すると共に蒸発器１５の周囲を通流させることで圧縮空気を冷却して水分を結露させて除湿する冷却器２と、水蒸気透過性の中空糸膜の内側に圧縮空気を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４と、通流する圧縮空気を加熱する再熱器２４とを備え、冷却器２の下流に膜式除湿器４を配すると共に、膜式除湿器４の下流に再熱器６を配して圧縮空気を除湿する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルによる冷却、および中空糸膜による水蒸気の分離で圧縮空気を除湿する圧縮空気除湿装置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。

圧縮空気を冷却することで除湿する冷却式除湿装置では、到達可能な圧縮空気の露点は圧力０．６９メガパスカル下で１０℃（大気圧下−１７℃）程度である。これよりも低い露点の圧縮空気を必要とする場合には、水蒸気透過性の中空糸膜を用いた膜式除湿装置を用いる。膜式除湿器では、条件にもよるが一般的に大気圧下約−１５〜−３０℃程度の露点まで除湿できる。さらに低い露点の圧縮空気が必要な場合には、吸着式除湿装置を用いる。吸着式除湿装置では、大気圧下約−４０〜−７０℃の低い露点まで除湿できるが、吸着材などの消耗品を取り替える必要がある。

しかし、圧縮空気中の水分を全て膜式除湿装置や吸着式除湿装置で除湿するためには、装置が大型化してしまい、パージ空気も大量に必要になる。

このため、膜式除湿装置や吸着式除湿装置の前段に冷却式除湿装置を設置して、膜式除湿装置や吸着式除湿装置の負荷を軽減することで、装置を小型化することが行われている。

例えば、冷凍サイクル式エアドライヤ（冷却式除湿器）の後段に膜式ドライヤ（膜式除湿器）を接続することで、膜式除湿器を小型化し、かつパージ空気量を低減化した圧縮空気除湿装置が、特許文献１に示されている。

この圧縮空気除湿装置の冷凍サイクル式エアドライヤでは、高温の圧縮空気がプレクーラ（再熱器）で予冷されてエアクーラ（冷却器）に入る。圧縮空気は、冷却器で冷却されることで水分が結露して除湿される。除湿された低温の圧縮空気は、再熱器で温められて膜式除湿器に送られる。再熱器では、入ってくる高温の圧縮空気と出ていく低温の圧縮空気とが熱交換されることで、低温の圧縮空気が温められている。

特許第３２６８３０５号公報

特許文献１の圧縮空気除湿装置では、冷却器で除湿された圧縮空気が再熱器で加熱することで、圧縮空気は室温程度の温度に加熱されると共に、圧縮空気の相対湿度が低くなる。相対湿度の低い室温程度の圧縮空気が膜式除湿器でさらに除湿されて機器に供給されている。

ところが、この従来の圧縮空気除湿装置では、例えば吸着式除湿装置で得られるような低い露点近くまで除湿できないという課題がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、冷却式除湿器および膜式除湿器を組み合わせた圧縮空気除湿装置において、従来よりも一層低い露点まで除湿できる圧縮空気除湿装置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装置は、圧縮・凝縮・膨張・蒸発の工程で冷媒を循環させる冷凍サイクルにおける蒸発器を内部に配すると共に該蒸発器の周囲を通流させることで圧縮空気を冷却して水分を結露させて除湿する冷却器と、水蒸気透過性の中空糸膜の内側に圧縮空気を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、通流する圧縮空気を加熱する再熱器とを備え、該冷却器の下流に該膜式除湿器を配すると共に、該膜式除湿器の下流に該再熱器を配して圧縮空気を除湿することを特徴とする。

請求項２に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項１に記載されたものであって、前記再熱器は、前記冷凍サイクルにおける圧縮機から凝縮器までの間の冷媒流路に配され、内部の該冷媒流路の周囲に圧縮空気を通流させて該冷媒流路の放熱で圧縮空気を加熱することを特徴とする。

請求項３に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項１に記載されたものであって、前記再熱器は、前記冷凍サイクルにおける凝縮器の少なくとも一部を内部に配し、内部の該凝縮器の周囲に圧縮空気を通流させて該凝縮器の放熱で圧縮空気を加熱することを特徴とする。

請求項４に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項１に記載されたものであって、前記膜式除湿器には、前記中空糸膜の外側をパージ空気が通流するパージ空気通路が形成され、該中空糸膜の内側を通流して前記再熱器に至る前の圧縮空気の一部が前記パージ空気として該パージ空気通路に入気されることを特徴とする。

請求項５に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項４に記載されたものであって、前記膜式除湿器の前記パージ空気通路から排気されるパージ空気を、前記冷凍サイクルにおける凝縮器に当てるように導くことを特徴とする。

請求項６に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項１に記載されたものであって、前記膜式除湿器には、前記中空糸膜の外側をパージ空気が通流するパージ空気通路が形成され、前記再熱器を通流した圧縮空気の一部が前記パージ空気として該パージ空気通路に入気されることを特徴とする。

請求項７に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項４または６に記載されたものであって、前記膜式除湿器に入気する前記パージ空気の流量を外部からの制御で調節する流量調節部と、前記再熱器を通流した圧縮空気の露点を検知する露点検知部と、該露点検知部の検知した露点に基づいて該流量調節部を制御してパージ空気の流量を調節する制御部とを備えていることを特徴とする。

請求項８に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項４または６に記載されたものであって、前記膜式除湿器に入気する前記パージ空気を弁の開／閉で入気／停止させるパージ空気用電磁弁と、前記再熱器の下流に配されて圧縮空気の流量を検知する流量検知部と、該流量検知部の検知に基づいて該パージ空気用電磁弁を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

請求項９に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項１に記載されたものであって、前記膜式除湿器には前記中空糸膜の外側が大気に剥き出しに開放されて配置され、前記冷凍サイクルにおける凝縮器に外気を通風して冷却する凝縮器ファンが備えられて、該凝縮器ファンの作動で凝縮器を通風した外気が、該中空糸膜に送風される位置に該膜式除湿器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装置によれば、圧縮空気を冷却して水分を結露させて圧縮空気を除湿し、圧縮空気を加熱する前に、冷却されたままの相対湿度の高い状態で圧縮空気を中空糸膜に通流させる。このため、中空糸膜の水蒸気の透過効率が良いことから、膜式除湿器の除湿効率が高くなり、従来よりも一層低い露点まで除湿することができる。

請求項２記載の圧縮空気除湿装置によれば、冷凍サイクルにおける圧縮機から吐出される冷媒の放熱を利用して圧縮空気を加熱する。このため、冷却器に入気する圧縮空気と熱交換する従来の圧縮空気除湿装置と比較して、圧縮空気路よりも冷媒流路のほうが細いため、再熱器を小さくすることができる。

請求項３記載の圧縮空気除湿装置によれば、冷凍サイクルにおける凝縮器の放熱で圧縮空気を加熱する。このため、凝縮器は、低温の圧縮空気が周囲を通流することにより、効率良く冷媒を冷却することができる。したがって、凝縮器に送風するための凝縮器ファンは、不要であるか、または小型のファンの装備で良いため、省エネルギー化することができる。また、凝縮器を小型化することができる。

請求項４記載の圧縮空気除湿装置によれば、中空糸膜を通流して加熱前の圧縮空気の一部をパージ空気とすることにより、短く簡単な空気管路、または膜式除湿器の内部に形成する空気通路でパージ空気を導入することができる。

請求項５記載の圧縮空気除湿装置によれば、排気されるパージ空気を、冷凍サイクルにおける凝縮器に当てるように導く。パージ空気は、過熱前の圧縮空気を用いていて低温であるので、凝縮器の冷却効率が高くなる。したがって、凝縮器に送風するためのファンは、不要であるか、または小型のファンの装備で良いため、省エネルギー化することができる。また、凝縮器を小型化することができる。

請求項６記載の圧縮空気除湿装置によれば、加熱後の圧縮空気の一部をパージ空気とすることにより、中空糸膜の水分の蒸発が促進されるため、一層露点を低くすることができる。

請求項７記載の圧縮空気除湿装置によれば、パージ空気の流量を除湿後の圧縮空気の露点に基づいて調節することにより、任意の露点の圧縮空気を供給することができる。

請求項８記載の圧縮空気除湿装置によれば、加熱後の圧縮空気の流量に基づいてパージ空気の入気を停止させることにより、除湿した圧縮空気が供給されていない場合に、パージ空気が通流し続けて圧縮空気が無駄に消費されることを防止できるため、省エネルギー化することができる。

請求項９記載の圧縮空気除湿装置によれば、膜式除湿器の中空糸膜の外側が大気に剥き出しに開放され、該凝縮器ファンの作動で凝縮器を通風した外気が中空糸膜に送風される。このため、パージ空気を膜式除湿器に導入する回路やパージ空気を制御する回路を不要とすることができ、簡単な構成の装置とすることができる。また、膜式除湿器内部にパージ空気通路を不要とすることができ、簡単な構成の膜式除湿器を用いることができる。さらに、圧縮空気の一部がパージ空気として消費されないため、この分だけ出力できる圧縮空気量を増加することができる。また、この分の圧縮空気の生成を不要として省エネルギー化することができる。

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装置の一実施形態を示すブロック図である。この圧縮空気除湿装置１は、冷却器２、膜式除湿器４、再熱器６、および冷凍サイクル８を備えている。

冷凍サイクル８は、冷媒を圧縮する圧縮機１１、冷媒を冷却して液化させる凝縮器１２、液化冷媒中の固形異物を除去する冷媒ストレーナ１３、冷媒を膨張させるキャピラリチューブ１４、冷媒が熱交換して蒸発して冷却される蒸発器１５、ホットガスバイパス回路１６、および凝縮器ファン１７を備えている。この冷凍サイクル８は、圧縮・凝縮・膨張・蒸発の工程で冷媒を循環させる。具体的には、冷凍サイクル８は、配管接続された、圧縮機１１、凝縮器１２、冷媒ストレーナ１３、キャピラリチューブ１４、および蒸発器１５をこの順番で冷媒が通過して、圧縮機１１に循環させる。蒸発器１５は、後述する冷却器２の内部に配されている。凝縮器ファン１７は、凝縮器１２に外気を通風して凝縮器１２を冷却する。

ホットガスバイパス回路１６は、圧縮機１１の冷媒吐出側（出力側）の冷媒流路と、キャピラリチューブ１４から蒸発器１５までの間の冷媒流路とをバイパスさせる。このホットガスバイパス回路１６には、バイパス路を開閉するバイパス用電磁弁１８が付されて、冷凍サイクル８の負荷が無いときに、制御部（非図示）の制御でバイパス用電磁弁１８が開かれる。これにより、ホットガスバイパス回路１６は、圧縮機１１の圧縮で高温・高圧になった冷媒を蒸発器１５に流し込んで、冷媒の温度を高く保つことで、冷媒の過度の温度低下を防止して、冷却器２内のドレン水の凍結を防止する。

冷却器２には、湿った圧縮空気を入気する入気口２１、および、除湿した圧縮空気を出力する出力口２３が形成されると共に、内部に蒸発器１５が配され、外部にオートドレントラップ２２が装着されている。冷却器２の内部には、蒸発器１５の放熱フィンとして機能すると共に、蒸発器１５の周囲に圧縮空気を通流させる空気路が入気口２１から出力口２３まで形成されている。

入気口２１は、図外の空気圧縮機に接続されている。オートドレントラップ２２は、冷却器２内で結露して発生したドレン水を自動的に排出する。

冷却器２の出力口２３は、空気管路で膜式除湿器４の入気口に接続され、膜式除湿器４の出力口は、空気管路で再熱器６に接続されている。再熱器６の出力には、圧縮空気を動力源とする機器（非図示）が空気管路で接続されている。

図２に膜式除湿器４の断面図を示す。同図に示すように、膜式除湿器４には、圧縮空気を導入する入気口３０、除湿されて乾燥した圧縮空気を出力する出力口３１、パージ空気を入気するパージ空気入気口３２、パージ空気が通流するパージ空気通路３３、パージ空気が排気されるパージ空気排気口３４が形成されている。また、膜式除湿器４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３５，３５，３５・・・が配置されている。

パージ空気は、図３に示すように、冷却器２および膜式除湿器４（中空糸膜３５）を通流した圧縮空気の一部が、再熱器６に至る前にパージ空気導入管３８で分岐されて膜式除湿器４のパージ空気入気口３２に還流されている。なお、図３では、膜式除湿器４の排気後の圧縮空気を分岐しているが、中空糸膜３５，３５，３５・・・を通流後の圧縮空気の一部を膜式除湿器４内部で直接パージ空気入気口３２に還流させる構造としてもよい。また、パージ空気導入管３８、またはパージ空気導入口３２にパージ空気の通量を制限するオリフィスを配してもよい。このように、中空糸膜を通流して加熱前の圧縮空気の一部をパージ空気とすることにより、短く簡単なパージ空気導入管３８、または膜式除湿器４内部に形成する空気通路でパージ空気入気口３２にパージ空気を導入することができる。

再熱器６は、図１に示すように、冷凍サイクル８の圧縮機１１から凝縮器１２までの冷媒流路に配されている。この再熱器６は、内部に冷媒流路を有し、この内部の冷媒流路の周囲を圧縮空気が通流して冷媒と圧縮空気とが熱交換可能に構成されている。この場合、冷却器に入気する圧縮空気と熱交換する従来の再熱器と比較して、圧縮空気路よりも冷媒流路のほうが細いため、再熱器６を小さくすることができる。この再熱器６内部の冷媒流路には、熱交換の効率を良くするために、冷媒流路の周囲にフィンが設けられていてもよい。

次に、この圧縮空気除湿装置１の動作について図１から図３を参照して説明する。

冷凍サイクル８が作動することで、圧縮機１１が冷媒を圧縮して高温・高圧の冷媒を吐出する。この高温・高圧の冷媒は、再熱器６の内部の冷媒流路を通過して凝縮器１２に至る。凝縮器ファン１７の送風によって凝縮器１２が冷却されて、凝縮器１２内の冷媒が冷却され液化する。液化した冷媒は、冷媒ストレーナ１３で異物が除去され、キャピラリチューブ１４に送られて膨張される。膨張した低圧の冷媒は、蒸発器１５で蒸発して気体になり、圧縮機１１に還流する。

図外の空気圧縮機から圧送される圧縮空気は、冷却器２の内部で蒸発器１５と熱交換されて、一例として約１０℃に冷却される。冷却された圧縮空気中の水分は、その大部分が結露して、ドレン水としてオートドレントラップ２２から排出される。冷却器２の出力口２３からは、露点１０℃（圧力下）で温度１０℃の圧縮空気が出力される。つまり、飽和水蒸気量の水蒸気を含む相対湿度の高い（１００％に近い）圧縮空気が出力される。このように、出力口２３からは、常に同じ条件の、低温で相対湿度の高い圧縮空気が出力される。

この相対湿度の高い圧縮空気は、膜式除湿器４の入気口３０から入気して、中空糸膜３５，３５，３５・・・の内側を通流する。圧縮空気中の水分は、通流する際に中空糸膜３５の内側から外側に透過する。これにより、中空糸膜３５を通流する圧縮空気は除湿される。中空糸膜３５では、通流する圧縮空気の相対湿度が高いため、水蒸気の透過効率がよい。このため、除湿効率が高い。中空糸膜３５を通流した圧縮空気は、出力口３１から出力される。

膜式除湿器４を通流した圧縮空気の一部は、パージ空気導入管３８を通流してパージ空気入気口３２に入気してパージ空気になる。このパージ空気は、パージ空気通路３３を通流する際に、中空糸膜３５の外側に透過した水蒸気をパージして、パージ空気排気口３４から大気中に排気される。

膜式除湿器４を通流した低温の圧縮空気は、再熱器６を通流する際に高温の冷媒と熱交換して約２０℃〜２５℃程度まで暖められる。これにより、圧縮空気除湿装置１から室温程度の相対湿度の低い圧縮空気が出力される。

実施例
本発明の圧縮空気除湿装置１によって圧縮空気を除湿した例を以下に記載する。冷却器２および冷凍サイクル８としてオリオン機械株式会社製の冷凍式エアードライヤー：型式ＲＡＸ３Ｆを用い、膜式除湿器４としてオリオン機械株式会社製の膜式ドライヤー：型式ＭＤ７５を用いた。再熱器６は、オリオン機械株式会社製の冷凍式エアードライヤー：型式ＲＡＸ３Ｆの再熱器を実験のために加工して用いた。

これらを図１，３に示すように冷却器２、膜式除湿器４、および再熱器６の順で接続した。パージ空気は、図３に示すように、膜式除湿器４から再熱器６までの空気路からパージ空気導入管３８で分岐して入気した。

測定条件は、周囲温度２５℃、冷却器２に入気する圧縮空気の圧力０．６９メガパスカル、冷却器２に入気する圧縮空気の温度２５℃、冷却器２に入気する圧縮空気の湿度１００％、パージ空気量を４０リットル／分〜８０リットル／分まで変化させた。パージ空気量は、パージ空気導入管３８にオリフィス（非図示）を装着して変化させた。圧縮空気の流量は、再熱器６から出力される圧縮空気量が３００リットル／分となるように調整した。

比較例
比較例として、図１４に示した従来の圧縮空気除湿装置の構成を用いた。図１４に示すように、冷却器２、再熱器６および膜式除湿器４の順で接続した。冷却器２、再熱器６および膜式除湿器４は、上記実施例と同じものを用いた。パージ空気は、膜式除湿器４の出力の一部をパージ空気導入管３８で分岐して入気した。測定条件は、上記実施例と同様に測定した。この場合、圧縮空気の流量は、膜式除湿器４から出力される圧縮空気がパージ空気を除いて３００リットル／分となるように調整した。

実施例および比較例の構成で圧縮空気の除湿を行った場合の圧縮空気の露点を図１３に示す。それぞれ、圧縮空気除湿装置から出力される圧縮空気の露点を大気圧露点に換算して表示している。

パージ空気量を４０リットル／分としたときに、実施例では露点−３１℃、比較例では露点−２７℃となった。パージ空気量を６０リットル／分としたときに、実施例では露点−３４℃、比較例では露点−２８℃となった。パージ空気量を８０リットル／分としたときに、実施例では露点−３６℃、比較例では露点−２８℃となった。いずれの条件であっても、実施例のほうが低い露点まで除湿することができた。また、従来の構成では、パージ空気量を６０リットル／分から８０リットル／分まで増加させても露点は変化しないが、実施例では、露点が下がっている。これは、従来例では、圧縮空気の相対湿度の低さによって中空糸膜を透過する水蒸気量が一定の限界値まで達しているものと考察できる。しかし、実施例では、圧縮空気の相対湿度が高いため、中空糸膜を透過する水蒸気量は限界値まで達してなく、パージ空気量をさらに増加させれば一層低い露点まで除湿可能であると考察できる。

次に、本発明に係る圧縮空気除湿装置の別の実施形態について説明する。

図４は本発明を適用する圧縮空気除湿装置の別の実施形態を示すブロック図である。なお、すでに説明した構成については、同じ符号を付して、以下説明を省略する。

図４に示す圧縮空気除湿装置１ａでは、圧縮機１１から凝縮器１２ａまでの冷媒流路に再熱器６ａを配置する構成ではなく、再熱器６ａの内部に凝縮器１２ａが配されている点で圧縮空気除湿装置１の構成と異なっている。また、凝縮器ファン１７を装備していない。再熱器６ａの内部には、凝縮器１２ａが配されると共に、凝縮器１２ａの周囲を圧縮空気が通流するような空気路が凝縮器１２ａのフィンで形成されている。凝縮器１２ａの放熱で低温の圧縮空気が室内温度程度に加熱される。凝縮器６ａは、低温の圧縮空気が周囲を通流することにより、効率良く冷媒を冷却することができる。したがって、凝縮器６ａに送風するための凝縮器ファン１７は、不要になるか、または必要であったとしても小型のファンの装備で良いため、省エネルギー化することができる。また、凝縮器６ａは、冷却効率が高くなるため小型化できる。

パージ空気は、図３に示すように、膜式除湿器４を通流した圧縮空気の一部が再熱器６ａに至る前にパージ空気導入管３８で分岐されてパージ空気入気口３２に還流されている。なお、凝縮器１２ａでの冷媒の冷却、および再熱器６ａでの圧縮空気の過熱の程度により、凝縮器１２ａすべてを再熱器６ａの内部に配置せずに一部を再熱器６ａの内部に配する構成としてもよい。

次に、本発明を適用する圧縮空気除湿装置のさらに別の実施形態について説明する。図５に示す圧縮空気除湿装置１ｂでは、冷却器２、膜式除湿器４、および再熱器６の順で圧縮空気が通流し、再熱器６を通流した圧縮空気の一部がパージ空気導入管３８ａでパージ空気として膜式除湿器４のパージ空気入気口３２に還流されている。パージ空気導入管３８をパージ空気導入管３８ａに換えた構成が圧縮空気除湿装置１の構成と異なっている。再熱器６で加熱後の温かい圧縮空気をパージ空気とすることにより、中空糸膜の水分の蒸発が促進されるため、一層露点を低くすることができる。再熱器６を再熱器６ａに換えた圧縮空気除湿装置１ｃでも同様である。

次に、本発明に係る圧縮空気除湿装置のさらに別の実施形態について説明する。

図６に示す圧縮空気除湿装置１ｄは、図３を用いて説明した圧縮空気除湿装置１の構成に、流量調節部４０、露点検知部４１、制御部４２および露点設定部４３を追加して構成されている。

流量調節部４０は、パージ空気導入管３８に付された調節弁で、パージ空気の流量を制御部４２からの制御で複数段階、または無段階に調節する。露点検知部４１は、再熱器６を通流した圧縮空気の露点を検知して制御部４２に出力する。制御部４２は、露点検知部４１の検知した露点に基づいて、予め設定された目標露点になるように流量調節部４０を制御してパージ空気の流量を調節する。露点設定部４３は、操作者によって操作されて制御部４２に目標露点を設定する。

膜式除湿器４は、パージ空気の流量を調節することで露点を調節できる。このため、パージ空気の流量を除湿後の圧縮空気の露点に基づいて調節することにより、任意の露点の圧縮空気を供給することができる。また、パージ空気量を固定値とするよりもパージ空気が無駄に消費されず、省エネルギーになる。再熱器６を再熱器６ａに換えた圧縮空気除湿装置１ｅでも同様である。

また、図６に点線で示したように、パージ空気導入管３８をパージ空気導入管３８ａに換えて、パージ空気導入管３８ａに流量調節部４０を付した構成とすることもできる。この場合も、再熱器６で構成した圧縮空気除湿装置１ｆ、および再熱器６ａで構成した圧縮空気除湿装置１ｇは、パージ空気の流量を除湿後の圧縮空気の露点に基づいて調節することにより、任意の露点の圧縮空気を安定して供給することができる。

次に、本発明に係る圧縮空気除湿装置のさらに別の実施形態について説明する。

図７に示す圧縮空気除湿装置１ｈは、図３を用いて説明した圧縮空気除湿装置１の構成に、パージ空気用電磁弁４４、流量検知部４５、および制御部４２ａを追加して構成されている。

パージ空気用電磁弁４４は、パージ空気導入管３８に付された電磁弁で、制御部４２ａから制御されて弁の開／閉でパージ空気を入気／停止する。流量検知部４５は、再熱器６の下流に配されて圧縮空気の流量を検知して制御部４２ａに出力する。制御部４２ａは、流量検知部４５の検知に基づいてパージ空気用電磁弁４４を制御する。

再熱器６から下流に圧縮空気が供給されていない場合であっても、膜式除湿器４のパージ空気排気口３４が大気中に開放されていることから、パージ空気が大気中に放出されて、圧縮空気が消費され続けてしまう。このため、制御部４２ａは、流量検知部４５の検知により圧縮空気の流量を無しと判別したときにパージ空気用電磁弁４４を制御して弁を閉じる。パージ空気用電磁弁４４を閉じることで、除湿した圧縮空気が供給されていない場合に、パージ空気が通流し続けて圧縮空気が消費されることが防止されるため、省エネルギー化することができる。

制御部４２ａは、流量検知部４５の検知により圧縮空気の流量を有りと判別したときにパージ空気用電磁弁４４を制御して弁を開く。再熱器６を再熱器６ａに換えた圧縮空気除湿装置１ｉでも同様である。

また、図７に点線で示したように、パージ空気導入管３８をパージ空気導入管３８ａに換えて、パージ空気導入管３８ａにパージ空気用電磁弁４４を付した構成とすることもできる。この場合も、再熱器６で構成した圧縮空気除湿装置１ｊ、および再熱器６ａで構成した圧縮空気除湿装置１ｋは、圧縮空気が無駄に消費されることが防止されるため、省エネルギー化することができる。

図８に示す圧縮空気除湿装置１ｍは、図６，７を用いて説明した圧縮空気除湿装置１ｄおよび圧縮空気除湿装置１ｈのそれぞれ異なる構成を備えている。つまり、圧縮空気除湿装置１の構成に流量調節部４０、露点検知部４１、露点設定部４３、流量検知部４５、および制御部４２ｂを備えて構成されている。この場合、流量調節部４０は、パージ空気用電磁弁４４を兼用し、制御部４２ｂからの制御によって弁の開度を全閉から全開まで複数段階、または無段階に調整する。制御部４２ｂは、制御部４２および制御部４２ａの機能を備えている。

制御部４２ｂは、再熱器６の下流に配された露点検知部４１および流量検知部４５の検知に基づいて、圧縮空気の流量がない場合には、流量調節部４０を閉じてパージ空気の通流を停止させる。また、圧縮空気の流量がある場合には、制御部４２ｂは、露点が目標露点になるように流量調節部４０を制御してパージ空気の流量を制御する。このようにすることで、任意の露点の圧縮空気を安定して供給することができると共に、パージ空気が通流し続けて圧縮空気が消費されることが防止されるため、省エネルギー化することができる。再熱器６を再熱器６ａに換えた圧縮空気除湿装置１ｎでも同様である。

また、図８に点線で示したように、パージ空気導入管３８をパージ空気導入管３８ａに換えて、パージ空気導入管３８ａにパージ空気用電磁弁４４を兼用する流量調節部４０を付した構成とすることもできる。

次に、本発明に係る圧縮空気除湿装置のさらに別の実施形態について説明する。

図９に示す圧縮空気除湿装置１ｑは、上記した再熱器６およびパージ空気導入管３８を備えた圧縮空気除湿装置１の構成に導風器３７を追加して構成されている。

導風器３７は、膜式除湿器４のパージ空気排気口３４に接続されて、パージ空気排気口３４から排気されるパージ空気を凝縮器１２まで導く管路と、凝縮器１２にパージ空気が通風するように凝縮器１２の大きさに傘状に広がったフードとで構成されている。パージ空気排気口３４から排気されたパージ空気は、この導風器３７を通って、凝縮器１２に当たるように導かれる。パージ空気は過熱前の低温の圧縮空気を用いているので、凝縮器１２の冷却効率が高くなる。したがって、凝縮器１２に送風するための凝縮器ファン１７は、不要であるか、または小型のファンの装備でよくなるため、省エネルギー化することができる。また、凝縮器１２は、冷却効率が高くなるため小型化できる。

圧縮空気除湿装置１ｄ，１ｈ，１ｍでも同様に導風器３７を備えて、凝縮器１２の冷却効率を高くすることができる。

なお、導風器３７は、パージ空気排気口３４から凝縮器１２までの空気管路だけで構成することもできる。また、パージ空気排気口３４と凝縮器１２とを近接して配置することで導風器３７を接続せずに、パージ空気排気口３４から直接に排気したパージ空気を凝縮器１２に当てる構成とすることもできる。この際、パージ空気排気口３４に導風器３７としてルーバーを装着して、排気したパージ空気が凝縮器１２の方向に流れるように方向付けられるようにしてもよい。

次に、本発明に係る圧縮空気除湿装置のさらに別の実施形態について説明する。

図１０に示す圧縮空気除湿装置１ｒは、上記した圧縮空気除湿装置１の膜式除湿器４に換えて、図１１に示す膜式除湿器４ａを備えている。また、圧縮空気除湿装置１ｒでは、圧縮空気除湿装置１に備えられていたパージ空気導入管３８を備えていない。また、圧縮空気除湿装置１ｒでは、図１０に示すように、凝縮器ファン１７の作動で凝縮器１２を通風した外気が、さらに膜式除湿器４ａの中空糸膜３５にも送風される位置に膜式除湿器４ａが配置されている。これらの構成が圧縮空気除湿装置１と異なっている。

なお、凝縮器ファン１７は、凝縮器１２に向けて外気を吹き出す位置に配置されていても良いし、また、図１０に点線で示す凝縮器ファン１７のように、凝縮器１２に外気を吸い込む位置に配置されていてもよい。

図１１に膜式除湿器４ａの断面図を示す。同図に示すように、膜式除湿器４ａには、圧縮空気を導入する入気口３０、除湿された圧縮空気を出力する出力口３１が形成されている。また、膜式除湿器４ａには、入気口３０から入気した圧縮空気がその内側を通流する水蒸気透過性の複数の中空糸膜３５，３５，３５・・・が配置されている。この中空糸膜３５を通流した圧縮空気が出力口３１から出力される。

中空糸膜３５は、入気口３０側から出力口３１側まで真っ直ぐに伸びるように、その両端部が固定され、両端部以外の中間部分はその外側が大気に剥き出しに開放されて配置されている。複数の中空糸膜３５，３５，３５・・・は、各々が密着せずに外気が通流できる一定の間隔を保って固定されている。

膜式除湿器４ａ本体の入気口３０側と出力口３１側とは、図示しないが支持体で接続支持されている。

この圧縮空気除湿装置１ｒでは、凝縮器ファン１７の作動で凝縮器１２を通風した外気が、膜式除湿器４ａにも送風される。膜式除湿器４ａに送風された外気は、中空糸膜３５，３５，３５・・・の外側を通流する。この外気の通流によって中空糸膜３５の内側から外側に透過した水蒸気がパージされ、圧縮空気が除湿される。なお、膜式除湿器４ａでは、凝縮器１２を通流した後に中空糸膜３５の外側を通流する外気が、本発明におけるパージ空気に相当する。

この圧縮空気除湿装置１ｒでは、膜式除湿器４ａのパージ空気に凝縮器ファン１７で送風された外気を使用しているため、前記した、パージ空気を導入するための空気管路３８，３８ａ、パージ空気を停止するパージ空気用電磁弁４４や、パージ空量を可変する流量調整部４０、この弁を制御する制御部４２，４２ａ，４２ｂ、または、圧縮空気の状態を検知する露点検知部４１や流量検知部４５などのパージ空気回路を不要とすることができる。このため、簡単な構成の装置とすることができる。また、膜式除湿器４ａでは、膜式除湿器４に形成されていたパージ空気通路３３が不要である。このため、簡単な構成の膜式除湿器を用いることができる。さらに、圧縮空気除湿装置１〜１ｑと比較して、圧縮空気の一部がパージ空気として消費されないため、この分だけ出力できる圧縮空気量を増加することができる。また、この分の圧縮空気の生成を不要として省エネルギー化することができる。

なお、圧縮空気除湿装置１ｒの膜式除湿器４ａに換えて、図１２に示す膜式除湿器４ｂを用いることもできる。膜式除湿器４ｂは、膜式除湿器４ａと形状が異なっているが膜式除湿器４ａと同様に機能する。

膜式除湿器４ｂは、同図に示すように、入気口３０と出力口３１とが背中合わせに近接して形成されている。中空糸膜３５は、Ｕ字型に曲げられて、入気口３０側と出力口３１側とに各端部が固定され、両端部以外の中間部分はその外側が大気に剥き出しに開放されている。複数の中空糸膜３５，３５，３５・・・は、互いに密着せずに外気が通流できる一定の間隔を保って固定されている。この場合、Ｕ字管の内側に配置されるほど全長の短い中空糸膜３５としてもよく、または全て同じ全長の中空糸膜３５としてもよい。この膜式除湿器４ｂでは、膜式除湿器４ａと同様に、凝縮器ファン１７の作動で凝縮器１２を通流した外気が、中空糸膜３５，３５，３５・・・の外側を通流する。この外気の通流によって中空糸膜３５の内側から外側に透過した水蒸気がパージされ、圧縮空気が除湿される。

これらのように、本発明を適用した圧縮空気除湿装置１〜１ｒによれば、冷却器２で圧縮空気を冷却して水分を結露させて圧縮空気を除湿し、再熱器６（６ａ）で圧縮空気を加熱する前に、冷却されたままの相対湿度の高い状態で圧縮空気を膜式除湿器４の中空糸膜３５に通流させる。このため、中空糸膜３５の水蒸気の透過効率が良いことから、膜式除湿器４の除湿効率が高くなり、従来の圧縮空気除湿装置よりも一層低い、例えば吸着式除湿装置でないと得られないような大気圧露点−４０℃に近い露点まで除湿することができる。また、吸着式除湿装置では、消耗品の交換が必要であるが、本発明を適用した圧縮空気除湿装置では、消耗品がないため交換する必要が無い。また、膜式除湿器４に入気する圧縮空気の露点および温度が一定のため、膜式除湿器４から出力される圧縮空気の露点も安定する。このため、安定した露点の圧縮空気を供給することができる。

本発明を適用する圧縮空気除湿装置の一実施例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装置に備えられた膜式除湿器の断面図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置の発明の要部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装置の別の実施例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装置のさらに別の実施例の要部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装置のさらに別の実施例の要部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装置のさらに別の実施例の要部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装置のさらに別の実施例の要部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装置のさらに別の実施例の要部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装置の別の実施例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装置に備えられた別の膜式除湿器の断面図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置に備えられた別の膜式除湿器の断面図である。 実施例および比較例の構成で測定した圧縮空気の露点の結果を示すグラフ図である。 従来の圧縮空気除湿装置を示すブロック図である。

符号の説明

１,１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅ,１ｆ,１ｇ,１ｈ,１ｉ,１ｊ,１ｋ,１ｍ,１ｎ,１ｏ,１ｐ,１ｑ,１ｒは圧縮空気除湿装置、２は冷却器、４,４ａ,４ｂは膜式除湿器、６，６ａは再熱器、８は冷凍サイクル、１１は圧縮機、１２，１２ａは凝縮器、１３は冷媒ストレーナ、１４はキャピラリチューブ、１５は蒸発器、１６はホットガスバイパス回路、１７は凝縮器ファン、１８はバイパス用電磁弁、２１，３０は入気口、２２はオートドレントラップ、２３，３１は出力口、３２はパージ空気入気口、３３はパージ空気通路、３４はパージ空気排気口、３５は中空糸膜、３７は導風器、３８，３８ａはパージ空気導入管、４０は流量調節部、４１は露点検知部、４２，４２ａ，４２ｂは制御部、４３は露点設定部、４４はパージ空気用電磁弁、４５は流量検知部である。

Claims (9)

1. 圧縮・凝縮・膨張・蒸発の工程で冷媒を循環させる冷凍サイクルにおける蒸発器を内部に配すると共に該蒸発器の周囲を通流させることで圧縮空気を冷却して水分を結露させて除湿する冷却器と、水蒸気透過性の中空糸膜の内側に圧縮空気を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、通流する圧縮空気を加熱する再熱器とを備え、該冷却器の下流に該膜式除湿器を配すると共に、該膜式除湿器の下流に該再熱器を配して圧縮空気を除湿することを特徴とする圧縮空気除湿装置。
2. 前記再熱器は、前記冷凍サイクルにおける圧縮機から凝縮器までの間の冷媒流路に配され、内部の該冷媒流路の周囲に圧縮空気を通流させて該冷媒流路の放熱で圧縮空気を加熱することを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気除湿装置。
3. 前記再熱器は、前記冷凍サイクルにおける凝縮器の少なくとも一部を内部に配し、内部の該凝縮器の周囲に圧縮空気を通流させて該凝縮器の放熱で圧縮空気を加熱することを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気除湿装置。
4. 前記膜式除湿器には、前記中空糸膜の外側をパージ空気が通流するパージ空気通路が形成され、該中空糸膜の内側を通流して前記再熱器に至る前の圧縮空気の一部が前記パージ空気として該パージ空気通路に入気されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気除湿装置。
5. 前記膜式除湿器の前記パージ空気通路から排気されるパージ空気を、前記冷凍サイクルにおける凝縮器に当てるように導くことを特徴とする請求項４に記載の圧縮空気除湿装置。
6. 前記膜式除湿器には、前記中空糸膜の外側をパージ空気が通流するパージ空気通路が形成され、前記再熱器を通流した圧縮空気の一部が前記パージ空気として該パージ空気通路に入気されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気除湿装置。
7. 前記膜式除湿器に入気する前記パージ空気の流量を外部からの制御で調節する流量調節部と、前記再熱器を通流した圧縮空気の露点を検知する露点検知部と、該露点検知部の検知した露点に基づいて該流量調節部を制御してパージ空気の流量を調節する制御部とを備えていることを特徴とする請求項４または６に記載の圧縮空気除湿装置。
8. 前記膜式除湿器に入気する前記パージ空気を弁の開／閉で入気／停止させるパージ空気用電磁弁と、前記再熱器の下流に配されて圧縮空気の流量を検知する流量検知部と、該流量検知部の検知に基づいて該パージ空気用電磁弁を制御する制御部とを備えていることを特徴とする請求項４または６に記載の圧縮空気除湿装置。
9. 前記膜式除湿器には前記中空糸膜の外側が大気に剥き出しに開放されて配置され、前記冷凍サイクルにおける凝縮器に外気を通風して冷却する凝縮器ファンが備えられて、該凝縮器ファンの作動で凝縮器を通風した外気が、該中空糸膜に送風される位置に該膜式除湿器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装置。

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