JP2020019012A - 圧縮空気乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立体積を低減する圧縮空気乾燥装置を提供する。【解決手段】本発明は、車両の、特に移動作業機の圧縮空気設備（１）に供給される新気を乾燥させる乾燥装置であって、新気流路において圧縮機（２）の下流に接続されていて、圧縮機（２）から出る新気から熱を排出する冷却装置（３）と、新気流路において冷却装置（３）の下流に接続された乾燥剤容器（４）であって、該乾燥剤容器（４）を貫流する新気から水を奪取する吸着剤を有する乾燥剤容器と、新気流路において乾燥剤容器（４）の下流に接続された再生容器（５）であって、乾燥剤容器（４）から出る新気の第１部分を取り込み、必要に応じて再び乾燥剤容器（４）へ放出し、かつ冷却装置（３）によって排出された熱を取り込まれた新気に供給する再生容器と、を備える乾燥装置に関する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の、特に移動作業機、例えば、建設機械または移動式クレーンの圧縮空気設備に供給するための新気を乾燥させる乾燥装置に関する。

建設機械、移動式クレーン、および類似の移動車両のブレーキ設備は、通常、いわゆる圧縮空気式ブレーキとして仕上げられている。必要とされる圧縮空気を生成するために、周囲空気が吸入され、圧縮され、続いて圧縮空気設備の腐食被害を回避するために脱湿される。圧縮は、たいてい油潤滑によるピストン式圧縮機によって行われるので、さらに新気を浄化する必要がある。

圧縮空気を脱湿するために、凝縮、拡散または収着（吸収／吸着）という物理的原理を用いるいくつかの乾燥方法が知られている。吸着法もまた、使用される吸着剤の再生の種類によって真空再生法、熱再生法（Ｗａｒｍｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｖｅｒｆａｈｒｅｎ）、および常温再生法（Ｋａｌｔｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｖｅｒｆａｈｒｅｎ）に分けられる。

吸着によって圧縮空気を乾燥させる場合、乾燥されるべき空気が、いわゆる吸着剤を通って流れ、それにより、圧縮空気中に含まれる水が化学結合せずに多孔質吸着剤の内部表面および外部表面に蓄積する。このために、吸着剤は、水を蓄積し易くするために高表面積（ｈｏｈｅ Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅ）を有している。一般に用いられる吸着剤は、酸化アルミニウム、シリカゲル、および活性炭であるがモレキュラーシーブも用いられる。

水の蓄積によって吸着剤が飽和すると直ちに、蓄積した水を吸着剤から再び奪取することにより吸着剤を再生しなければならない。このいわゆる脱着は、付加的な熱供給なしに常温再生で行われる。このために、予め乾燥させた圧縮空気の一部をほぼ周囲圧力まで膨張（ｅｎｔｓｐａｎｎｔ）させ、飽和した吸着剤に通す。膨張によって極度に乾燥した空気流は、蓄積した水を取り込み、この水とともに出口弁を介して系から導出される。

吸着乾燥の場合に吸着剤に水を蓄積し易くするために、吸着剤に供給される圧縮空気の温度は、周囲空気の温度より高くなりすぎないようにすべきである。したがって、乾燥されるべき空気は、圧縮後に熱交換器で冷却され、公知の系では排熱が周囲へ排出される。

しかし、公知の吸着・常温再生・乾燥装置は、相当な組立体積（Ｂａｕｖｏｌｕｍｅｎ）を占め、このことは車両および車両のスペース状況で非定置使用（ｎｉｃｈｔ−ｓｔａｔｉｏｎａｅｒｅｒ Ｅｉｎｓａｔｚ）する場合に終始不利である。

本発明の課題は、この問題を解消すること、および吸着・常温再生・乾燥装置の組立体積を公知の解決策と比べてはるかに低減することである。

このために、本発明による乾燥装置は、新気流路において圧縮機の下流に接続されていて、圧縮機から出る新気から熱を排出する冷却装置と、新気流路において冷却装置の下流に接続された乾燥剤容器であって、乾燥剤容器を貫流する新気から水を奪取する吸着剤を有する乾燥剤容器と、新気流路において乾燥剤容器の下流に接続された再生容器であって、乾燥剤容器から出る新気の第１部分を取り込み、必要に応じて再び乾燥剤容器へ放出し、かつ冷却装置によって排出された熱を取り込まれた新気に供給する再生容器と、を備える。

換言すると、本発明では、圧縮機によって圧縮された空気から冷却装置を介して奪取された熱が少なくとも部分的に、圧縮され、乾燥され、かつ再生容器内に入った空気を加熱するために利用される。

この付加的な入熱によって、いずれにしてもすでに乾燥した再生容器内の空気の吸水力（Ｗａｓｓｅｒａｕｆｎａｈｍｅｆａｅｈｉｇｋｅｉｔ）がさらに高められ、このことにより、最終的に、再生段階において再生容器から出る空気が吸着剤を貫流するときの脱着がより良好になる。

再生容器に貯蔵された空気の良好な乾燥性能（Ｔｒｏｃｋｎｕｎｇｓｆａｅｈｉｇｋｅｉｔ）にもとづいて、再生のために必要な空気量を、したがって、再生容器の容量をも低減することができ、このことにより、乾燥装置の組立体積が公知の解決策と比べて低減される。

本発明の一実施形態では、冷却装置は、圧縮機によって圧縮された新気から熱を直接再生容器へ排出する。このことは、冷却装置が再生容器に直接隣接するか、または再生容器のすぐ近くにあることにより達成することができる。

その際、冷却装置は、熱を実質的に熱放射により再生容器へ伝達することができる。つまり、冷却装置と再生容器とは実質的に接触しない。しかし、これに代えて、本発明は、同様に、熱伝導または熱輸送（対流）によって冷却装置と再生容器との間で熱流が伝達されることを予定することができる。しかし、熱伝導による主要な伝達は、冷却装置と再生容器とが共通の、または物質的に直接互いに結合したエレメントを有することを必要とする。ここで注意すべきは、再生容器が圧力容器として形成される限り、特定の安全技術要求を満たさなければならないということである。再生容器に冷却装置を構造的に組み込む場合も当然、このような要求に注意を払わなければならない。これに対して、放射および／または熱輸送による熱伝達を伴う再生容器から冷却装置を「離間させること（Ｂｅａｂｓｔａｎｄｕｎｇ）」により、安全技術に関してすでに証明され、したがって、コストの低い標準化された部材を冷却装置と、特に、再生容器のために使用することが可能になる。

一実施形態において、冷却装置は冷却コイルを含んでもよく、特に、冷却コイルとして仕上げられていてもよい。冷却装置のために、基本的にあらゆる公知の熱交換器を用いることができるかもしれないが、らせん状に曲げられた管からなる冷却コイルは、それが例えば、プレートクーラ（Ｐｌａｔｔｅｎｋｕｅｈｌｅｒ）などの他の種類の熱交換器でのように氷や汚れ粒子で塞がれることがないという利点を提供する。本発明の一実施形態は、他の熱交換器と比べて冷却コイルの所要スペースが比較的大きいことを利用して、冷却コイルが再生容器の周りを取り囲むようにする。したがって、他に使い道のない、冷却コイルによって取り囲まれる容積が再生容器によって占められ、それにより、乾燥装置のために必要な組立体積がさらに低減される。

本発明のさらに別の実施形態によれば、再生容器の充填容量（Ｆｕｅｌｌｖｅｒｍｏｅｇｅｎ）が乾燥剤容器の完全な再生のために設計されていることにより必要な組立体積が最大限に節減される。換言すると、再生容器は、その中に貯蔵された空気量が乾燥剤容器に入っている吸着剤の完全な脱着を達成するために十分なだけの大きさに定められている。再生容器の収納能力（Ｓｐｅｉｃｈｅｒｋａｐａｚｉｔａｅｔ）をそれより大きくすることは、そのために付加的な組立体積が必要になること、および再生容器に付加的に貯蔵された空気量の用途がないことからここでは望ましくない。

同じように、本発明の別の実施形態では、乾燥剤容器の吸着能力は、蓄圧器を完全に充填するように設計されていてもよい。蓄圧器は、乾燥剤容器から出る新気の第２部分を取り込み、必要に応じて圧縮空気設備へ放出する。換言すると、乾燥剤容器に入った吸着剤の性質および量は、吸着剤が蓄圧器を充填するのにちょうど十分な大きさに定められていてもよい。

別の態様によれば、本発明は、車両、特に、移動作業機の圧縮空気設備に供給される新気を、特に、上記の乾燥装置を使用して乾燥させる方法を可能にする。

その場合、このような方法は、
−新気流路において圧縮機の下流に接続された冷却装置で、圧縮機によって圧縮された新気から熱を排出するステップと、
−新気流路において冷却装置の下流に接続されていて、吸着剤を有する乾燥剤容器に新気を通すことにより、新気から水を奪取するステップと、
−乾燥剤容器から流出する新気の一部を、新気流路において乾燥剤容器の下流に接続された再生容器に貯蔵するステップであって、貯蔵された新気に冷却装置から排出された熱が供給される、ステップと、
−再生容器に貯蔵された新気を必要に応じて乾燥剤容器へ給送して乾燥剤容器の中に入った吸着剤を再生するステップと、
を包含することができる。

以下、本発明を好ましい実施形態をもとにして、かつ添付の図を参照しながら詳しく説明する。本発明は、本明細書中に記載されるすべての特徴を個別に、または有意義な組合せで含むことができる。

本発明に係る乾燥装置の回路図である。 本発明に係る冷却装置と再生容器とからなる構成ユニットの斜視図である。

図１は、圧縮空気設備１のための圧縮空気を提供する本発明に係る乾燥装置を示す。

圧縮機２によって周囲空気が吸入および圧縮される。圧縮により加熱された空気が圧縮機２の下流に接続された熱交換器３において再び冷却され、排出された熱は少なくとも部分的に直接再生容器５に、およびその中に貯蔵された圧縮空気に供給される。図１に見て取れるように、熱交換器または冷却装置３は、十分な太さと長さの管によって形成され、管は、円筒形圧力容器として仕上げられた再生容器５をらせん状に取り囲む。その際、図２により良好に見て取れるように、管７から形成された冷却コイル６は、場合によっては冷却時に管７内に形成される凝縮物が流出できるように仕上げられている。さらに、冷却装置３によって冷却された空気流は、万一汚染物質が存在しても空気流から除去するフィルタ１２に供給される。次いで、圧縮され、冷却され、浄化された空気流が乾燥剤容器４に供給され、その中に入っている吸着剤を貫流する。この場合、空気中に蓄えられた水は吸着剤の表面に蓄積する。そうして、乾燥した空気流の大部分が下流に接続された蓄圧器９に貯蔵され、必要な場合に圧縮空気設備１に利用可能になる。乾燥剤容器４を出た空気流のより小さい別の部分が再生容器５に供給され、ここに貯蔵される。前もって冷却装置３から排出された熱流は、少なくとも部分的に再生容器５に供給され、それにより、その中に入っている空気が加熱される。

乾燥剤容器４を貫流する空気流を乾燥させることによって乾燥剤容器４内の吸着剤の吸着容量が使い果たされると、切替弁１４によって圧縮機２の空気給送が中断され、それにより、乾燥剤容器４に入った吸着剤を、いわゆる常温再生によって乾燥させることができる。切替弁１３を切り替えることによって、再生容器５に貯蔵された空気が乾燥剤容器４を逆方向に通り、弁１３と出口１１とを介して周囲へ導出される。再生容器５から出る圧縮空気は、乾燥剤容器４に入る前に絞りまたはスロットル１０によって略周囲圧力まで膨張され、したがって、非常に乾いている。それによって、この圧縮空気は、以前に吸着剤の表面に蓄積した水を容易に取り込んで系から排出することができる。乾燥剤容器４内の吸着剤の再生が行われた後、新たな吸着段階を開始するために弁１３、１４を再び切り替えることができる。

図２は、実質的に、圧力容器として形成された円筒形再生容器５と該再生容器をらせん状に取り囲む管状冷却コイル３とから形成される構成ユニット８を示す。

本発明による乾燥装置の省スペース的な形態は、とりわけ、冷却コイル３によって取り囲まれる容積に再生容器５が配置されることにもとづいている。これに加えて、冷却コイル３から放出される熱が、再生容器５に貯蔵された圧縮空気を加熱するため、およびそれによって、圧縮空気の吸水容量（Ｗａｓｓｅｒａｕｆｎａｈｍｅｋａｐａｚｉｔａｅｔ）を高めるために利用される。再生容器５内の圧縮空気の吸水容量が高まることによって、再生容器５に貯蔵されるべき圧縮空気量を低減することができ、それにより、再生容器５、ひいては構成ユニット８全体をも小さくすることができる。

Claims (10)

1. 車両の圧縮空気設備（１）に、特に移動作業機に供給される新気を乾燥させる乾燥装置であって、
   −新気流路において圧縮機（２）の下流に接続されていて、前記圧縮機（２）から出る新気から熱を排出する冷却装置（３）と、
   −前記新気流路において前記冷却装置（３）の下流に接続された乾燥剤容器（４）であって、前記乾燥剤容器（４）を貫流する新気から水を奪取する吸着剤を有する、乾燥剤容器と、
   −前記新気流路において前記乾燥剤容器（４）の下流に接続された再生容器（５）であって、前記乾燥剤容器（４）から出る新気の第１部分を取り込み、必要に応じて再び前記乾燥剤容器（４）へ放出し、かつ前記冷却装置（３）によって排出された熱を前記取り込まれた新気に供給する、再生容器と
   を備える、乾燥装置。
2. 前記冷却装置（３）は、熱を直接前記再生容器（５）へ排出する、請求項１に記載の乾燥装置。
3. 前記冷却装置（３）は、熱を実質的に熱放射によって前記再生容器（５）へ排出する、請求項１または２のいずれか１項に記載の乾燥装置。
4. 前記冷却装置（３）は、冷却コイル（６）を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の乾燥装置。
5. 前記冷却装置（３）は、実質的に正の勾配を有する流路（７）を備え、特にそのような流路によって形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の乾燥装置。
6. 前記冷却コイル（６）は、前記再生容器（５）を取り囲む、請求項４または５のいずれか１項に記載の乾燥装置。
7. 前記冷却装置（３）は、前記再生容器（５）とともに１つの構成ユニット（８）を形成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の乾燥装置。
8. 前記再生容器（５）は、実質的に円筒形圧力容器として形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の乾燥装置。
9. 前記再生容器（５）の充填容量は、前記乾燥剤容器（４）を完全に再生するように設計されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の乾燥装置。
10. 前記新気流路において前記乾燥剤容器（４）の下流に接続された蓄圧器（９）をさらに備え、該蓄圧器は、前記乾燥剤容器（４）から出る新気の第２部分を取り込み、必要に応じて前記圧縮空気設備（１）へ放出し、前記乾燥剤容器（４）の吸着能力は、前記蓄圧器（９）を完全に充填するように設計されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の乾燥装置。

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