JP2023509129A - 圧縮ガスを乾燥させるための方法 - Google Patents

Abstract

乾燥される圧縮ガスの入口（７）と乾燥された圧縮ガスの出口（８）を有する乾燥装置（１）によって圧縮ガスを乾燥させる方法であって、乾燥装置（１）は、再生可能な乾燥剤（３）で満たされた少なくとも２つの容器（２）と、入口（７）及び出口（８）をそれぞれ容器（２）に接続する第１のバルブブロック（５）及び第２のバルブブロック（６）で構成される調節可能なバルブシステム（４）とを備え、調節可能なバルブシステム（４）は、少なくとも一方の容器（２）が圧縮ガスを乾燥させながら、他方の容器（２）が連続して再生及び冷却されるように調整され、バルブシステム（４）を調整することによって、容器（２）の各々が、順番に圧縮ガスを乾燥させるようになっており、本方法は、式ｔads＝Ａ＊Ｂに基づいて、容器（２）が圧縮ガスを乾燥する期間（ｔads）を計算することからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮ガスを乾燥させるための方法に関する。

より具体的には、本発明は、乾燥される圧縮ガスの入口と、乾燥された圧縮ガスの出口とを備えた乾燥装置を対象とし、乾燥装置は、再生可能な乾燥剤で満たされている少なくとも２つの容器と、上記の入口及び出口を上記の容器に接続する調節可能なバルブシステムとを含み、調節可能なバルブシステムは、少なくとも１つの容器が圧縮ガスを乾燥させながら、他の容器が連続して再生及び冷却されるように調整され、容器の各々は、バルブシステムの調整により順番に圧縮ガスを乾燥させることになる。

再生可能な乾燥剤とは、吸着によってガスから水分を吸収することができ、水分で飽和した状態になると、いわゆる再生ガスをこれを通して送ることによって乾燥させることができる吸湿剤又は乾燥剤を意味する。このプロセスは、乾燥剤の再生とも呼ばれる。再生ガスは、通常、高温ガスである。

これは吸着の原理であるが、本発明は吸収の原理にも適用することができる。

容器が乾燥すると、乾燥させる圧縮ガスから、乾燥剤を飽和させる水分を吸収することになる。

次に、この容器は再生され、一般的に、温かい空気が通過することができる。この温かい空気は、乾燥剤から水分を抽出してこれを再生させることになる。

公知の乾燥装置では、乾燥から再生への容器の切り替えが行われる、すなわち、露点の測定に基づいて、容器が乾燥する期間又は吸着サイクルの長さの決定が行われる。

乾燥装置の出口における露点は、露点センサによって測定されるものとする。

露点が所定の閾値以上に上昇する場合、これは、圧縮ガスを乾燥させる関連容器内の乾燥剤が飽和していることを意味する。

その時に、バルブシステムは、別の容器が圧縮ガスを乾燥させながら、飽和状態の乾燥剤を有する容器は再生されるように制御される。

従って、このような公知の乾燥装置は、乾燥装置の正確な動作のために露点センサの測定値に完全に依存するという欠点を有する。

しかしながら、露点センサは非常に敏感なセンサであり、これは、測定された露点の狂いが非常に容易に起こり得ることを意味する。

さらに、このようなセンサは非常に高価であり、非常に壊れやすいため、定期的に交換する必要がある。

本発明は、上述及び他の欠点の少なくとも１つを解決することを目的とし、露点センサを必要とせずに、容器が乾燥する期間又は吸着サイクルの長さを決定することを可能にする方法を提供する。

本発明は、乾燥される圧縮ガスの入口と乾燥された圧縮ガスの出口を有する乾燥装置によって圧縮ガスを乾燥させる方法を有し、乾燥装置は、再生可能な乾燥剤で満たされた少なくとも２つの容器と、入口及び出口をそれぞれ容器に接続する第１のバルブブロック及び第２のバルブブロックで構成される調節可能なバルブシステムとを備え、調節可能なバルブシステムは、少なくとも一方の容器が圧縮ガスを乾燥させながら、他方の容器が連続して再生及び冷却されるように調整され、バルブシステムを調整することによって、容器の各々が、順番に圧縮ガスを乾燥させるようになっており、本方法は、式
ｔ_ads＝Ａ＊Ｂ
に基づいて、容器が圧縮ガスを乾燥する期間を計算することからなり、ここで、
－ｔ_ads＝容器が圧縮ガスを乾燥させる期間；
－Ａ＝所定の吸着時間；
－Ｂ＝以下に示す係数の１又は２以上の積；
であり、この係数は、
・Ｃ_ΔP＝乾燥装置上の基準圧力降下と比較した乾燥装置上の平均圧力降下に関する補正係数；
・Ｃ_P＝基準入口圧力と比較した平均入口圧力に関する補正係数；
・Ｃ_T＝基準入口温度と比較した平均入口温度に関する補正係数；
・Ｃ＝固定補正係数；
であり、
基準圧力損失、基準入口圧力、及び基準入口温度は、基準条件下で動作した場合に乾燥装置で測定又は決定される値である。

上記の基準条件は、乾燥装置に依存し、多くの場合、乾燥装置が設計される設計パラメータである。

基準条件は、例えば、乾燥される圧縮ガスの全開流量での所定の圧力及び温度である。次に、これらの条件下で、基準圧力損失、入口圧力、及び温度が決定される。

これらの値は、一度だけ決定する必要がある。
利点は、この方法は、ある容器が圧縮ガスを乾燥させる期間を計算すること、すなわちこの容器が乾燥を停止して他の容器が圧縮ガスを乾燥させるために使用する必要がある時間を計算することができる点である。

これは、容器が乾燥を停止して他の容器を乾燥に使用する必要がある時間を決定するための露点センサを不要にする。

温度センサ及び圧力センサだけが必要であり、これらはより信頼性が高く、より安価なセンサである。

本発明の特徴をよりよく示すために、圧縮ガスを乾燥させるための本発明に基づく方法のいくつかの好ましい実施形態は、非制限的な例として、添付図面を参照して以下に説明される。

本発明による方法によって圧縮ガスを乾燥させるための乾燥装置を概略的に示す。

図１に概略的に示される圧縮ガスの乾燥のための乾燥装置１は、基本的に、水分吸収剤３で満たされた２つの容器２を備える。

この再生可能な水分吸収剤３は、乾燥剤とも呼ばれる。

勿論、容器２は３つ以上とすることができる。

乾燥装置１は、第１のバルブブロック５及び第２のバルブブロック６で構成されるバルブシステム４をさらに備える。

第１のバルブブロック５は、容器２を乾燥圧縮ガスのための入口７に接続し、第２のバルブブロック６は、容器２を乾燥圧縮ガスのための出口８に接続することになる。

上記のバルブブロック５、６は、どの時点においても、少なくとも１つの容器２が再生され、その一方で１又は複数の他の容器２が圧縮ガスを乾燥するように調整することができる異なるパイプ及びバルブのシステムであり、バルブシステム４を調整することによって、容器２の各々は、順番に圧縮ガスを乾燥させることになる。

さらに、本発明によれば、乾燥装置１は、四方弁９、周囲空気を吸い込むためのブロア１０と、及びガスを放出するためのガス放出ポート１１を備え、これらは、図１に示すように、四方弁９の第１の位置では、ブロア１０は、第１のバルブブロック５を介して容器２に接続されるように構成され、四方弁９の第２の位置では、ガス放出ポート１１は、第１のバルブブロック５を介して容器２に接続されるように構成される。

図１に示すように、乾燥装置１は、四方弁９の第１の位置において、ブロア１０により四方弁９及び第１のバルブブロック５を介して吸い込まれた周囲空気が、冷却される容器２に入ることができるようになっている。

勿論、バルブブロック５は、ガスの正しい流路を可能にするために適切な方法で調整される。

図１の例では、本発明では必須ではないが、乾燥装置１は、第２のバルブブロック６をブロア１０の入口側１３に接続する冷却パイプ１２を備える。

図１から、四方弁９が上記の第１の位置にある場合、ブロア１０、四方弁９、第１のバルブブロック５、容器２、第２のバルブブロック６、及び冷却パイプ１２によって連続的に形成される閉鎖型冷却回路１４が形成されることになることが分かる。

図面から分かるように、冷却パイプ１２は冷却器１５を含む。この冷却器１５は、例えば、空気対空気冷却器１５とすることができる。

上記の閉鎖型冷却回路１４は、容器を冷却するために使用されることになる。

加えて、乾燥装置１は、四方弁９を第２のバルブブロック６に接続する再生パイプ１６を備える。

四方弁９の第２の位置において、四方弁９がガス放出ポート１１を第１のバルブブロック５に接続する場合、四方弁９はブロア１０を再生パイプ１６に、従って第２のバルブブロック６に接続することになる。

この再生パイプ１９は、ヒータ１７、この場合は電気ヒータ１７を備える。

四方弁９の第２の位置では、ブロア１０、四方弁９、ヒータ１７を備えた再生パイプ１６、第２のバルブブロック６、再生される容器２、第１のバルブブロック５、四方弁９及びガス放出ポート１１を備える再生回路１８が形成される。

再生回路１８は、容器を再生するために使用されることになる。

図面から分かるように、この場合、再生パイプ１６と冷却パイプ１２は部分的に一致する。

この場合、第２のバルブブロック６からは１つのパイプ１９だけが出ることになるが、このパイプは上記のヒータ２０も含む。上記のパイプ１９は２つの別々のパイプ１９ａ、１９ｂに分岐し、一方は冷却器１５が含まれるブロア１０の入口側１３につながり、他方は四方弁９につながる。

言うまでもなく、閉鎖型冷却回路１４及び再生回路１８を実施する場合には、バルブブロック５、６及び四方弁９を適切に調整することに加え、上記のヒータ１７及び冷却器１５も適切に調整される。

最後に、この場合の乾燥装置１は、本発明では必須ではないが、入口温度Ｔ_inを測定するための温度センサ２０及び入口圧力Ｐ_in及び出口圧力Ｐ_outをそれぞれ測定するための２つの圧力センサ２１及び２２を含む。

圧力センサ２１及び２２の測定値に基づいて、入口圧力Ｐ_inと出口圧力Ｐ_outとの間の差を計算することによって、乾燥装置１上の圧力損失ΔＰを決定できることは明らかであろう。

乾燥装置１の動作及び乾燥装置１を用いて圧縮ガスを乾燥させるための本発明による方法は、非常に簡単であり、以下の通りである。

乾燥装置１の動作中、乾燥される圧縮ガスは、入口７から乾燥している容器２に入ることになり、この容器２は、以下、容器２ａと呼ぶことにする。

この容器２ａを通過する際に、乾燥剤３は、水分を吸着してガスから水分を抽出することになる。

乾燥圧縮ガスは、出口８から乾燥装置１を出ることになる。

前のサイクルで既にガスを乾燥させた他の容器２は、水分を含んでおり、その間に再生される。この容器２は、以下、容器２ｂと呼ぶことにする。

再生サイクルが使用され、これは周囲空気を加熱して、容器２ｂを通して送り、次に放出することからなる。

この再生サイクルのために、上記の再生回路１８が使用される。

このために、四方弁９は第２の位置に置かれ、バルブブロック５、６は、再生回路１８が実現されるように調整される。ヒータ１７もオンにされる。

ブロア１０は、周囲空気を吸い込み、周囲空気は、ガスが加熱されるヒータ１７に沿って再生パイプ１６を通過することになる。

第２のバルブブロック６を介して、加熱されたガスは上記の容器２ｂに供給され、この容器２ｂを通過する際に乾燥剤３から水分を抽出することになる。

第１のバルブブロック５を介して、高温湿潤ガスは、ガス放出ポート１１を通って乾燥装置１から出ることになる。

再生サイクルの後、ヒータ１７はオフにされることになる。

乾燥剤３が再生されると、容器２ｂは冷却されることになる。

閉鎖型冷却回路１４が使用され、周囲空気が冷却される容器２ｂを通して送られる。

ブロア１０によって吸い込まれた周囲空気は、閉鎖型冷却回路１４を循環することになり、容器２ｂを通過した後、冷却器１５によって冷却される。次に、この冷却されたガスは、再びブロア１０を経由して容器２ｂを通過することになる。

容器２ｂの冷却が完了した後、この容器２ｂは、圧縮ガスの乾燥に使用することができるが、前に乾燥に使用した他方の容器２ａは、今度は再生及び冷却することができる。

冷却後にも容器２ｂが容器２ａを冷却する場合、容器２ｂは冷却後に待機状態になる。これは、容器２ｂが乾燥、再生、又は冷却しないことを意味する。

切り替えの瞬間、すなわち容器２ａの再生が開始される瞬間は、本発明による方法によって決定される。

本発明によれば、容器２が圧縮ガスを乾燥させる期間（ｔ_ads）は、以下の式に基づいて計算される。
ｔ_ads＝Ａ＊Ｂ
ここで、
－ｔ_ads＝容器２が圧縮ガスを乾燥させる期間；
－Ａ＝所定の吸着時間；
－Ｂ＝以下に示す係数の１又は２以上の積；
であり、この係数は、
・Ｃ_ΔP＝乾燥装置１上の基準圧力降下ΔＰ_refと比較した乾燥装置１上の平均圧力降下ΔＰ_gemに関する補正係数；
・Ｃ_P＝基準入口圧力Ｐ_refと比較した平均入口圧力Ｐ_gemに関する補正係数；
・Ｃ_T＝基準入口温度Ｔ_refと比較した平均入口温度Ｔ_gemに関する補正係数；
・Ｃ＝固定補正係数；
である。

以下では、Ｂ＝Ｃ_ΔP＊Ｃ_p＊Ｃ_T＊Ｃであると仮定する。しかし、例えば、Ｂ＝Ｃ_ΔP＊Ｃ_p又はＢ＝Ｃ_T又はこれらの係数の１つから４つの他の可能な組み合わせも可能である。

計算された期間ｔ_adsが経過した後、容器２ａ、２ｂは切り替わることになる。すなわち、容器２ａは再生されるが、容器２ｂはガスを乾燥させることになる。

上述した方法が繰り返されるが、容器２ａ、２ｂの機能は逆になる。

上述のように、基準圧力損失ΔＰ_ref、基準入口圧力Ｐ_ref、及び基準入口温度Ｔ_refは、乾燥装置１上の圧力損失ΔＰ、それぞれ入口圧力Ｐ_in及び入口温度Ｔ_inの値であり、基準条件下で動作した場合に乾燥装置１で測定又は決定される値である。

これらの基準条件は、乾燥される圧縮ガスの全開流量での温度、例えば３５℃、圧縮ガスの圧力、例えば７バールの固定値である。

乾燥装置１がこれらの基準条件下で動作すると、乾燥装置１上の圧力差ΔＰ、入口圧力Ｐ_in及び入口温度Ｔ_inが決定されることになり、これはΔＰ_ref、Ｐ_ref及びＴ_refに対応する。

基準圧力差ΔＰ_ref、基準入口圧力Ｐ_ref及び基準入口温度Ｔ_refに関するこれらの値は固定値である。

好ましくは、上述のｔ_adsの式からのパラメータＡは、乾燥装置１が基準条件で動作したときに容器２が吸着することができる吸着時間に等しい。

換言すると、このパラメータＡは、上述の基準値と同じように決定され、固定値である。

好ましくは、固定補正係数であるパラメータＣは、ゼロより大きく、１以下の数に等しい。実際には、Ｃは典型的には０．８から０．９の値を有することになる。

これは、容器２が非常に長時間吸着を行うことなく、容器２が時間内に切り替わるようにｔ_adsを制限するための安全係数である。

他のパラメータＣ_ΔP、Ｃ_p、Ｃ_Tは固定値ではなく、次の吸着サイクルのｔ_adsを計算できるように各吸着サイクル中に再計算される。

好ましくは、Ｃ_ΔPに関して以下の式が使用される。
Ｃ_ΔP＝（ΔＰ_ref／ΔＰ_gem）^1/2
ここで、ΔＰ_refは、乾燥装置１上の基準圧力降下であり、ΔＰ_gemは、乾燥サイクルにわたって測定された乾燥装置１上の平均圧力降下である。

代替的に、Ｃ_ΔPは、測定された又は決定された流量を用いて決定又は測定することができる。この目的のために、例えば、流量センサを使用することができる。これは、Ｃ_flowと呼ばれ、ここで
Ｃ_flow＝Ｆｌｏｗ ｒａｔｅ_ref／Ｆｌｏｗ ｒａｔｅ_gem
であり、Ｆｌｏｗ ｒａｔｅ_refは乾燥装置１を通る基準流量であり、Ｆｌｏｗ ｒａｔｅ_gemは乾燥サイクル中に乾燥装置１を通る測定流量である。

別の代替案は、乾燥装置が接続されている圧縮機のｒｐｍに基づいてＣ_ΔPを決定又は計算することである。

好ましくは、Ｃ_Pに関して以下の式が使用される。
Ｃ_P＝Ｐ_gem／Ｐ_ref
ここで、Ｐ_refは基準入口圧力であり、Ｐ_gemは乾燥サイクルにわたって測定された平均入口圧力である。

好ましくは、Ｃ_Tに関して以下の式が使用される。
Ｃ_T＝（Ｔ_refでの単位ｍ³のガスの水分量）／（Ｔ_gemでの単位ｍ³のガスの水分量）
ここで、Ｔ_refは基準入口温度であり、Ｔ_gemは乾燥サイクルにわたって測定された平均入口温度である。

所定の温度での単位ｍ³のガスの水分量は、文献で知られている表又は曲線から読み取ることができる。

平均圧力損失ΔＰ_gem、平均入口圧力Ｐ_gem及び平均入口温度Ｔ_gemは、入口温度Ｔ_inを決定するための温度センサ２０の測定値と、入口圧力Ｐ_in及び出口圧力Ｐ_outをそれぞれ決定するための２つの圧力センサ２１及び２２の測定値とから容易に決定することができる。

上記の式を用い、センサ２０、２１、２２の測定値に基づいて、各吸着サイクル後の次のサイクルに関するｔ_adsを計算することができる

好ましくは、容器２が圧縮ガスを乾燥させる、計算された期間ｔ_adsは、いわゆる最小半サイクル時間に等しい。

全サイクルは、第１の容器２を再生すること及び第２の容器２を再生することからなる。

つまり、半サイクルは１つの容器２を再生する。半サイクル時間は、１つの容器２を再生するために必要な時間である。

半サイクル時間、すなわち少なくとも１つの容器２を再生する必要がある時間は、原理的には吸着時間又は容器２がガスを乾燥させることになる時間にも等しい。

計算された期間ｔ_adsは、最小半サイクル時間、すなわち容器２の最小吸着時間に等しい。

これは、吸着時間が少なくとも計算された期間ｔ_adsに等しい必要があることを意味する。

露点センサが存在する場合、例えば計算された期間ｔ_adsの終了後にも露点が十分に高い場合、容器２により長く吸着させることが可能である。

上記に示して説明した例は、２つの容器２について言及しているが、３以上の容器２が存在することは排除されない。圧縮ガスを乾燥させる容器２は、常に少なくとも１つ存在する。

圧縮ガスを乾燥させる容器２が同時に２又は３以上存在する場合、ｔ_adsは両方の容器に対して有効とすることができる。

２つの容器２が同時に圧縮ガスの乾燥を開始しない場合、ｔ_adsは、これらの容器２のそれぞれについて計算されることになる。

本発明は、例示的な図示の実施形態に限定されるものではなく、このような方法は、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形例で実施することができる。

Claims (7)

1. 乾燥される圧縮ガスの入口（７）と乾燥された圧縮ガスの出口（８）を有する乾燥装置（１）によって圧縮ガスを乾燥させる方法であって、前記乾燥装置（１）は、再生可能な乾燥剤（３）で満たされた少なくとも２つの容器（２）と、前記入口（７）及び前記出口（８）をそれぞれ前記容器（２）に接続する第１のバルブブロック（５）及び第２のバルブブロック（６）で構成される調節可能なバルブシステム（４）とを備え、前記調節可能なバルブシステム（４）は、少なくとも一方の容器（２）が圧縮ガスを乾燥させながら、他方の容器（２）が連続して再生及び冷却されるように調整され、前記バルブシステム（４）を調整することによって、前記容器（２）の各々が、順番に圧縮ガスを乾燥させるようになっており、
   前記方法は、式
   ｔ_ads＝Ａ＊Ｂ
   に基づいて、容器（２）が圧縮ガスを乾燥する期間（ｔ_ads）を計算することからなり、ここで、
   －ｔ_ads＝前記容器（２）が圧縮ガスを乾燥させる期間；
   －Ａ＝所定の吸着時間；
   －Ｂ＝以下に示す係数の１又は２以上の積；
   であり、前記係数は、
   ・Ｃ_ΔP＝前記乾燥装置（１）上の基準圧力降下（ΔＰ_ref）と比較した前記乾燥装置（１）上の平均圧力降下（ΔＰ_gem）に関する補正係数；
   ・Ｃ_P＝基準入口圧力（Ｐ_ref）と比較した平均入口圧力（Ｐ_gem）に関する補正係数；
   ・Ｃ_T＝基準入口温度（Ｔ_ref）と比較した平均入口温度（Ｔ_gem）に関する補正係数；
   ・Ｃ＝固定補正係数；
   であり、
   基準圧力損失（ΔＰ_ref）、基準入口圧力（Ｐ_ref）、及び基準入口温度（Ｔ_ref）は、基準条件下で動作した場合に前記乾燥装置（１）で測定又は決定される値である、方法。
2. Ｃ_ΔPに関して以下の式が使用され、
   Ｃ_ΔP＝（ΔＰ_ref／ΔＰ_gem）^1/2
   ここで、ΔＰ_refは、前記乾燥装置（１）上の基準圧力降下（ΔＰ_ref）であり、ΔＰ_gemは、乾燥サイクルにわたって測定された前記乾燥装置（１）上の平均圧力降下（ΔＰ_gem）であり、又は、Ｃ_ΔPは、測定された又は決定された流量を用いて決定又は測定され、ここで、
   Ｃ_ΔP＝Ｃ_flow＝Ｆｌｏｗ ｒａｔｅ_ref／Ｆｌｏｗ ｒａｔｅ_gem
   であり、前記Ｆｌｏｗ ｒａｔｅ_refは前記乾燥装置（１）を通る基準流量であり、前記Ｆｌｏｗ ｒａｔｅ_gemは乾燥サイクル中に前記乾燥装置（１）を通る測定流量であり、又は、Ｃ_ΔPは、前記乾燥装置（１）が接続されている圧縮機のｒｐｍに基づいて決定又は計算される、請求項１に記載の方法。
3. Ｃ_Pに関して以下の式が使用され、
   Ｃ_P＝Ｐ_gem／Ｐ_ref
   ここで、Ｐ_refは基準入口圧力（Ｐ_ref）であり、Ｐ_gemは乾燥サイクルにわたって測定された平均入口圧力（Ｐ_gem）である、請求項１又は２に記載の方法。
4. Ｃ_Tに関して以下の式が使用され、
   Ｃ_T＝（Ｔ_refでの単位ｍ³のガスの水分量）／（Ｔ_gemでの単位ｍ³のガスの水分量）
   ここで、Ｔ_refは基準入口温度（Ｔ_ref）であり、Ｔ_gemは乾燥サイクルにわたって測定された平均入口温度（Ｔ_gem）である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. Ａは、前記乾燥装置（１）が基準条件下で動作するときに容器（２）が吸着できる時間に等しい、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. Ｃは、ゼロより大きく、１以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 容器（２）が圧縮ガスを乾燥する前記計算された期間（ｔ_ads）は、前記最小半サイクル時間に等しい、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

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