JP2010104964A

JP2010104964A - 冷凍式エアドライヤ

Info

Publication number: JP2010104964A
Application number: JP2008282011A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Aono; 秀昭青野
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-13
Also published as: CN101721892A; TW201033552A; KR20100048887A; DE102009051429A1; US20100107674A1

Abstract

【課題】出口配管の圧縮空気の昇温に、冷媒系において発生した熱を利用するリヒータを用いながらも、該リヒータに流す流体の流量調整により、電気ヒータを用いる場合と同様に出口配管の圧縮空気の温度を精度よく制御できるようにする。
【解決手段】冷媒圧縮機１０により圧縮された冷媒の断熱膨張により、空気入り口２０からの湿った圧縮空気を冷却して除湿し、それを冷媒圧縮機により圧縮した高温の冷媒とリヒータ１８において熱交換させる冷凍式エアドライヤにおいて、上記リヒータ１８に送入する除湿空気または冷媒圧縮機１０からの冷媒の流量を、出口配管２１を流れる除湿空気の温度を検出して該温度が一定になるように制御するコントローラ４２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮空気を冷却し、水分を凝縮させることにより除湿する冷凍式エアドライヤに関するものである。

電磁弁やエアシリンダなどの空気圧機器を用いた空気圧システムでは、そこに供給される圧縮空気中の水分によるトラブルを防ぐため、圧縮空気中の水分をあらかじめ除去するのが望ましく、その水分の除去に冷凍式エアドライヤが用いられている。そして、この冷凍式エアドライヤにおいては、冷却によって除湿した圧縮空気を再度昇温させて、エアドライヤの二次側の空気配管が結露するのを防止するため、エアドライヤ出口の圧縮空気の温度を制御することが望まれる。

図３は、従来の冷凍式エアドライヤにおいて、上記エアドライヤ出口の圧縮空気の温度を制御できるシステムの冷媒系と空気系の回路を示している。この冷凍式エアドライヤにおける冷媒系は、冷媒圧縮機１０と、該冷媒圧縮機１０により圧縮されて冷媒配管２２を通して送られた冷媒を凝縮させるコンデンサ１１と、該コンデンサ１１により凝縮された冷媒を断熱膨張により減圧させる膨張弁１２と、該膨張弁１２で断熱膨張させた冷媒により空気入り口２０からの湿った圧縮空気を冷却するクーラ１３とを有し、該クーラ１３からの冷媒を冷媒配管２６を通して上記冷媒圧縮機１０に戻す系である。

一方、上記空気系は、外部から空気入り口２０を通して流入する圧縮空気を、上記クーラ１３を経てドレンセパレータ１６でドレン分離し、該クーラ１３において冷却した低温の除湿空気を電気ヒータ１４によって再加熱したうえで出口配管２１に送る系である。エアドライヤの出口の圧縮空気の温度の制御は、上記出口配管２１の圧縮空気の温度を検出する温度センサ４０を設け、その温度センサ４０で検出した温度を温度コントローラ４１に入力して、その温度コントローラ４１で電気ヒータ１４の出力を制御することにより行われ、比較的精度よく温度制御することができるる。なお、上記ドレン分離を行うドレンセパレータ１６には、生じた水滴を分離して外部に排出するドレンバルブ１５を設けている。

この主の従来の冷凍式エアドライヤにおいては、上記電気ヒータ１４を用いて冷却により除湿した圧縮空気を再加熱するために、冷凍機とほぼ同じくらいの大きな電力を要するため、この従来のシステムでは、精度よく温度制御できるにしても、冷凍式エアドライヤの消費電力が大きくなってしまうという弱点がある。

これに対し、上記電気ヒータ１４に代えて、上記空気入り口２０から流入する空気と上記クーラ１３を経た低温の除湿空気とをそれらの温度差により熱交換させるリヒータを設けることも、既に知られている。このようなリヒータを設けたものでは、エアドライヤに入ってきた圧縮空気をリヒータで予冷して冷凍回路に対する負荷を低減できると共に、エアドライヤの二次側の圧縮空気を加熱して空気配管が結露するのを防止でき、熱エネルギーを有効に利用できるが、出口配管２１の空気温度が空気入り口２０の温度に左右され、エアドライヤの空気入り口２０の空気温度が低い場合には、上記結露を防止できる温度まで出口配管２１の空気を昇温させることができない場合があり、安定的に所要の温度範囲に制御することが困難である。

因みに、上記従来の冷凍式エアドライヤにおいては、通常、冷媒圧縮機１０から冷媒配管２２を通ってコンデンサ１１に流れる冷媒の温度は約９０℃であり、膨張弁１２を出て断熱膨張したうえでクーラ１３に流れる冷媒配管２３の冷媒温度は約５℃である。また、空気入り口２０の圧縮空気の温度は４０℃（定格）であり、クーラ１３からドレンセパレータ１６を経て電気ヒータ１４に送られる圧縮空気の温度は約１０℃である。

なお、上記冷媒圧縮機１０とコンデンサ１１との間の冷媒配管２２と膨張弁１２とクーラ１３との間の冷媒配管２３とを、容量調整弁１７を設けたバイパス冷媒配管２５で連通させているが、このバイパス冷媒配管２５は、後述するように、クーラ１３に流れる冷媒の温度が過度に低下して空気入り口２０からクーラ１３に流れる圧縮空気中の水分が凍結しないように、冷媒圧縮機１０からコンデンサ１１に流れる冷媒の一部を混入させるためのものである。

本発明の技術的課題は、上記従来の冷凍式エアドライヤのように、電気ヒータを用いて出口配管の除湿空気温度を加熱することなく、該出口配管の圧縮空気の昇温に、冷媒系において発生した熱を利用するリヒータを用いながらも、該リヒータに流す流体の流量調整により、電気ヒータを用いる場合と同様に出口配管の圧縮空気の温度を精度よく制御できるようにした冷凍式エアドライヤを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、冷媒圧縮機と、該冷媒圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させるコンデンサと、該コンデンサにより凝縮された冷媒を断熱膨張により減圧させる減圧機構と、該減圧機構で断熱膨張させた冷媒により空気入り口からの湿った圧縮空気を冷却するクーラとを有し、該クーラからの冷媒を上記冷媒圧縮機に戻す冷媒系と；上記空気入り口から送入した圧縮空気を冷却する上記クーラと、該クーラで冷却した圧縮空気をドレン分離により除湿したうえで、上記冷媒系における冷媒圧縮機により圧縮された高温の冷媒と熱交換させるリヒータとを有し、該リヒータにおいて加熱した圧縮空気を出口配管に送る空気系と；を備えた冷凍式エアドライヤにおいて、上記リヒータに送入する上記空気系においてドレン分離した除湿空気、または上記冷媒圧縮機からの冷媒の流量を、上記出口配管を流れる除湿空気の温度を検出して該温度が一定になるように制御するコントローラを備えたことを特徴とする冷凍式エアドライヤが提供される。

本発明に係る上記冷凍式エアドライヤの好ましい実施形態においては、上記リヒータに送入する上記空気系でドレン分離した除湿空気の空気配管から、該除湿空気の一部を上記リヒータの出口側に流す迂回配管を分岐させて、その分岐部または上記リヒータの出口側への合流部に、両配管に流す除湿空気の流量を制御するバルブを設け、上記出口配管に、そこを流れる除湿空気の温度を検出する温度センサを設け、上記温度センサの出力に基づいて、該出口配管の除湿空気温度が一定になるように上記バルブにおいて上記迂回配管とリヒータとに流す除湿空気の流量を制御する温度コントローラを備えたものとして構成され、あるいは、冷媒圧縮機から上記リヒータに冷媒を送入する冷媒配管から、該冷媒の一部を上記リヒータの出口側に流す冷媒迂回配管を分岐させて、その分岐部または上記リヒータの出口側への合流部に、両配管に流す冷媒の流量を制御するバルブを設け、上記出口配管に、そこを流れる除湿空気の温度を検出する温度センサを設け、上記温度センサの出力に基づいて、該出口配管の除湿空気温度が一定になるように上記バルブにおいて上記冷媒迂回配管とリヒータとに流す冷媒の流量を制御する温度コントローラを備えたものとして構成される。

また、本発明に係る上記冷凍式エアドライヤの好ましい実施形態においては、当該冷凍式エアドライヤが、上記冷媒圧縮機により圧縮された冷媒をリヒータに流す冷媒配管と、上記減圧機構で減圧された冷媒をクーラに流す冷媒配管とを連通させるバイパス冷媒配管を設け、該バイパス冷媒配管中に容量調整弁を配設したものとして構成される。

上記構成を有する本発明の冷凍式エアドライヤにおいては、リヒータに送入するドレン分離した除湿空気、または冷媒圧縮機からの冷媒の流量を、上記出口配管を流れる除湿空気の温度に基づいて該温度が一定になるように制御するので、電気的手段により容易にその流量を比較的正確に制御することができ、従って、リヒータを用いながらも電気ヒータを用いる場合と同様に出口配管の圧縮空気の温度を精度よく制御することができる。

上述した本発明の冷凍式エアドライヤによれば、上記従来の冷凍式エアドライヤのように、電気ヒータを用いて出口配管の除湿空気温度を加熱することなく、該出口配管の圧縮空気の昇温に、冷媒系において発生した熱を利用するリヒータを用いながらも、該リヒータに流す流体の流量調整により、電気ヒータを用いる場合と同様に出口配管の圧縮空気の温度を精度よく制御することができる。

図１は、本発明に係る冷凍式エアドライヤの第１実施例を示し、図２は本発明に係る冷凍式エアドライヤの第２実施例を示している。なお、これらの図に示す実施例において、図３に示す従来の冷凍式エアドライヤと共通する要素には同一の符号を付している。
上記図１の第１実施例に係る冷凍式エアドライヤは、大別して、冷媒系と、空気系と、それらの間において用いているリヒータに送る除湿空気または冷媒の流量を制御する制御系とを備えている。

上記冷媒系は、冷媒圧縮機１０と、該冷媒圧縮機１０により圧縮されて冷媒配管２２に設けたリヒータ１８を通して送られた冷媒を凝縮させるコンデンサ１１と、該コンデンサ１１により凝縮された冷媒を断熱膨張により減圧させる膨張弁１２と、該膨張弁１２で断熱膨張させた冷媒により空気入り口２０からの湿った圧縮空気を冷却するクーラ１３とを有し、該クーラ１３からの冷媒を冷媒配管２６を通して上記冷媒圧縮機１０に戻す系である。なお、上記膨張弁１２は、前記減圧機構の一例として示すものであって、該膨張弁に代えて、例えば、キャピラリーチューブ等を用いることもできる。

一方、この冷凍式エアドライヤの空気系は、外部から上記空気入り口２０を通して送入される湿った圧縮空気（定格温度４０℃）を冷却して、その水分を凝縮させる上記クーラ１３と、該クーラ１３で冷却した圧縮空気をドレン分離により除湿するドレンセパレータ１６と、該ドレンセパレータ１６でドレン分離した低温の圧縮空気を上記冷媒系における冷媒圧縮機１０により圧縮された高温の冷媒と熱交換させるリヒータ１８とを有し、該リヒータ１８における加熱により低温の除湿空気を昇温させて、それを出口配管２１に送る系である。
なお、上記ドレン分離を行うドレンセパレータ１６には、生じた水滴を分離して外部に排出するドレンバルブ１５を設けている。

そして、この出口配管２１を流れる除湿空気の温度を一定に制御するため、上記リヒータ１８に送入するドレン分離した除湿空気の空気配管２８から、該除湿空気の一部を上記リヒータ１８の出口側に流す迂回配管２９を分岐させ、その分岐部に両配管に流す除湿空気の流量を制御する三方流量調整バルブ３０を設け、また、上記出口配管２１にはそこを流れる除湿空気の温度を検出する温度センサ４０を設け、該温度センサ４０で検出した温度が一定になるように、リヒータ１８に送入する除湿空気の流量を上記三方流量調整バルブ３０で制御するために、上記温度センサ４０及び三方流量調整バルブ３０を温度コントローラ４２に接続している。

上記温度コントローラ４２は、外部からの温度設定による出口配管２１内の空気温度の目標値と、上記温度センサ４０の出力に基づいて検出される出口配管２１内の温度を比較し、該出口配管の除湿空気温度が一定になるように、上記三方流量調整バルブ３０において上記迂回配管２９とリヒータ１８とに流す除湿空気の流量を制御するものである。上記三方流量調整バルブ３０は、温度コントローラ４２からの制御信号に基づいて迂回配管２９とリヒータ１８とに流す除湿空気の流量を制御する単独の流量調整バルブである必要はなく、要は上記温度コントローラ４２からの信号に基づいて、除湿空気の所要の流量を上記迂回配管２９またはリヒータ１８に流すように制御される単一または複数のバルブであればよい。

このような構成を有する上記第１実施例の冷凍式エアドライヤにおいては、リヒータ１８に送入するドレン分離した除湿空気の流量を、温度センサ４０により検出した上記出口配管２１を流れる除湿空気の温度に基づいて、該温度が一定になるように迂回配管２９とリヒータ１８とに流す除湿空気の流量を制御するので、電気的手段により容易にその流量を比較的正確に制御することができ、従って、リヒータ１８を用いながらも従来の電気ヒータを用いる場合と同様に出口配管２１の圧縮空気の温度を精度よく制御することができる。

次に、図２に示す本発明の第２実施例に係る冷凍式エアドライヤについて、上記第１実施例と対比しながら説明する。この第２実施例における冷媒系では、冷媒圧縮機１０とリヒータ１８との間の冷媒配管２２に、温度コントローラ４２により制御される三方流量調整バルブ３２を設け、上記リヒータ１８に冷媒を送入する上記冷媒配管２２から、該冷媒の一部を上記リヒータ１８の出口側に流す冷媒迂回配管３１を分岐させ、その分岐部にリヒータ１８と冷媒迂回配管３１とに流す冷媒の流量を制御する三方流量調整バルブ３２を設けているが、この点を除いて第１実施例の冷凍式エアドライヤと実質的に変わるところがないので、ここではその共通部分の説明を省略する。

上記温度コントローラ４２による上記三方流量調整バルブ３２の制御は、温度センサ４０により検出した出口配管２１の空気温度が温度コントローラ４２に設定した目標値になるように制御するもので、第１実施例における三方流量調整バルブ３０の制御と実質的に同一である。また、上記三方流量調整バルブ３２も第１実施例における三方流量調整バルブ３０と同様に、温度コントローラ４２からの制御信号に基づいて冷媒迂回配管３１とリヒータ１８とに流す除湿空気の流量を制御する単独の流量調整バルブである必要はなく、要は上記温度コントローラ４２からの信号に基づいて、除湿空気の所要の流量を上記冷媒迂回配管３１またはリヒータ１８に流すように制御される単一または複数のバルブであればよい。

一方、上記第２実施例における空気系は、第１実施例の冷凍式エアドライヤにおける空気系に比して、ドレンセパレータ１６でドレン分離した低温の圧縮空気を、上記冷媒系における冷媒圧縮機１０により圧縮された高温の冷媒と熱交換させるリヒータ１８に直接的に流入させる点を除いて、前記第１実施例の冷凍式エアドライヤと実質的に変わるところがない。

この第２実施例では、上述したように、冷媒圧縮機１０とリヒータ１８との間の冷媒配管２２に、温度コントローラ４２により制御される三方流量調整バルブ３２を設け、リヒータ１８に送る高温の冷媒の流量を制御するようにしているので、第１実施例の場合と同様に、温度センサ４０により検出した出口配管２１の空気温度が温度コントローラ４２に設定した目標値になるように制御される。なお、第２実施例を示す図２においては、第１実施例と共通する要素に第１実施例と同一の符号を付している。

上記第１実施例においては、リヒータ１８に送入する除湿空気の空気配管２８から迂回配管２９を分岐させて、その分岐部に両配管に流す除湿空気の流量を制御する三方流量調整バルブ３０を設けているが、上記三方流量調整バルブ３０は、迂回配管２９のリヒータ１８の出口側への合流部に設けることもでき、また、上記第２実施例においては、冷媒圧縮機１０からリヒータ１８に冷媒を送入する冷媒配管２２から冷媒迂回配管３１を分岐させて、その分岐部に両配管に流す冷媒の流量を制御する三方流量調整バルブ３２を設けているが、上記三方流量調整バルブ３２は、冷媒迂回配管３１のリヒータ１８の出口側への合流部に設けることもできる。それらの合流部に三方流量調整バルブを設ける場合にも、温度コントローラ４２からの制御信号に基づいて両配管に流す流量を制御するのは勿論である。また、上記合流部に三方流量調整バルブを設ける場合においても、それが流量を制御する単独の流量調整バルブである必要はなく、温度コントローラ４２からの信号に基づいて両配管に必要な流量を流すように制御される単一または複数のバルブであってもよい。

なお、上記第１及び第２実施例において、冷媒圧縮機１０とコンデンサ１１との間の冷媒配管２２と、膨張弁１２とクーラ１３との間の冷媒配管２３とは、容量調整弁１７を設けたバイパス冷媒配管２５で連通させている。このバイパス冷媒配管２５は、上記クーラ１３の負荷が小さくなって、膨張弁１２から冷媒配管２３を通ってクーラ１３に流れる冷媒の温度が過度に低下することにより、空気入り口２０からクーラ１３に流れる湿った圧縮空気中の水分が凍結しないように、容量調整弁１７を必要量だけ開いて、冷媒圧縮機１０からコンデンサ１１に流れる冷媒の一部を冷媒配管２３中の冷媒に混入させ、この冷媒の温度を一定温度以下に低下しないように保持するためのものである。

上記第１及び第２実施例の冷凍式エアドライヤにおける冷媒系および空気系における各部の冷媒や圧縮空気の温度は、上記出口配管２１における圧縮空気の温度を除いて、前記図３の従来の冷凍式エアドライヤの場合とあまり変わらないが、上記各実施例においては出口配管２１の温度を制御するので、その温度を安定化させることができる。しかも、リヒータ１７に送入するドレン分離した除湿空気、または、冷媒圧縮機１０からの冷媒の流量を、上記出口配管２１を流れる除湿空気の温度に基づいて該温度が一定になるように制御するので、電気的手段により容易にその流量を比較的正確に制御することができ、従って、リヒータ１７を用いながらも、電気ヒータを用いる場合と同様に出口配管２１の圧縮空気の温度を精度よく制御することができる。

本発明に係る冷凍式エアドライヤの第１実施例の冷凍系及び空気系の回路図である。本発明に係る冷凍式エアドライヤの第２実施例の同様な回路図である。従来の冷凍式エアドライヤの冷凍系及び空気系の回路図である。

符号の説明

１０冷媒圧縮機
１１コンデンサ
１２膨張弁
１３クーラ
１７容量調整弁
１８リヒータ
２０空気入り口
２１出口配管
２２冷媒配管
２５バイパス冷媒配管
２８空気配管
２９迂回配管
３０，３２三方流量調整バルブ
３１冷媒迂回配管
４０温度センサ
４２温度コントローラ

Claims

冷媒圧縮機と、該冷媒圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させるコンデンサと、該コンデンサにより凝縮された冷媒を断熱膨張により減圧させる減圧機構と、該減圧機構で断熱膨張させた冷媒により空気入り口からの湿った圧縮空気を冷却するクーラとを有し、該クーラからの冷媒を上記冷媒圧縮機に戻す冷媒系と；
上記空気入り口から送入した圧縮空気を冷却する上記クーラと、該クーラで冷却した圧縮空気をドレン分離により除湿したうえで、上記冷媒系における冷媒圧縮機により圧縮された高温の冷媒と熱交換させるリヒータとを有し、該リヒータにおいて加熱した圧縮空気を出口配管に送る空気系と；
を備えた冷凍式エアドライヤにおいて、
上記リヒータに送入する上記空気系においてドレン分離した除湿空気、または上記冷媒圧縮機からの冷媒の流量を、上記出口配管を流れる除湿空気の温度を検出して該温度が一定になるように制御するコントローラを備えた、
ことを特徴とする冷凍式エアドライヤ。
上記リヒータに送入する上記空気系でドレン分離した除湿空気の空気配管から、該除湿空気の一部を上記リヒータの出口側に流す迂回配管を分岐させて、その分岐部または上記リヒータの出口側への合流部に、両配管に流す除湿空気の流量を制御するバルブを設け、
上記出口配管に、そこを流れる除湿空気の温度を検出する温度センサを設け、
上記温度センサの出力に基づいて、該出口配管の除湿空気温度が一定になるように上記バルブにおいて上記迂回配管とリヒータとに流す除湿空気の流量を制御する温度コントローラを備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍式エアドライヤ。
冷媒圧縮機から上記リヒータに冷媒を送入する冷媒配管から、該冷媒の一部を上記リヒータの出口側に流す冷媒迂回配管を分岐させて、その分岐部または上記リヒータの出口側への合流部に、両配管に流す冷媒の流量を制御するバルブを設け、
上記出口配管に、そこを流れる除湿空気の温度を検出する温度センサを設け、
上記温度センサの出力に基づいて、該出口配管の除湿空気温度が一定になるように上記バルブにおいて上記冷媒迂回配管とリヒータとに流す冷媒の流量を制御する温度コントローラを備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍式エアドライヤ。
上記冷媒圧縮機により圧縮された冷媒をリヒータに流す冷媒配管と、上記減圧機構で減圧された冷媒をクーラに流す冷媒配管とを連通させるバイパス冷媒配管を設け、該バイパス冷媒配管中に容量調整弁を配設した、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍式エアドライヤ。