JP2024064458A - 圧縮空気の製造システム及び圧縮空気の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】季節や時間に依らず安定した圧縮空気を製造可能な圧縮空気の製造システムを提供する。【解決手段】圧縮空気の製造システムであって、吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温低湿の乾燥空気として送出する蓄熱槽を備える蓄熱部と、前記乾燥空気を冷却して低温低湿空気を生成する冷却部と、前記低温低湿空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮空気の製造システム及び圧縮空気の製造方法に関するものである。

従来より種々の産業分野において、エアコンプレッサを用いて生成された圧縮空気が利用されている。この圧縮空気は、例えば特許文献１に開示されるように、大気を吸引して圧縮空気を作り出すエアコンプレッサ、圧縮空気を乾燥するエアードライヤ、及び異物を除去するエアーフィルタが配設された製造装置を用いて製造されている。

特開２００７－１３０６１８号公報

ところで、特許文献１にも記載があるように、圧縮空気を生成するコンプレッサには一般的に外気（大気）が取り込まれるが、このように圧縮空気の製造に外気を用いた場合、例えば時間や季節による外気の温湿度の変化により、安定した圧縮空気の製造が困難になるおそれや、コンプレッサや除湿器（ドライヤ）の稼働効率が低下するおそれがある。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、季節や時間に依らず安定した圧縮空気を製造可能な圧縮空気の製造システムを提供することを目的とする。

本開示に係る技術は、圧縮空気の製造システムであって、吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温低湿の乾燥空気として送出する蓄熱槽を備える蓄熱部と、前記乾燥空気を冷却して低温低湿空気を生成する冷却部と、前記低温低湿空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、を有することを特徴としている。
上記構成によれば、圧縮機に供給する空気として外気に代えて冷却部からの低温低湿空気を利用することで、圧縮機における使用電力量を低減できると共に、温湿度の安定した圧縮空気を製造できる。

前記蓄熱部は複数の前記蓄熱槽を備えていてもよい。この場合、前記冷却部に対する複数の前記蓄熱槽の各々の接続を切り替え可能に構成されることが望ましい。
上記構成によれば、一の蓄熱槽の蓄熱運転を行う場合であっても、他の蓄熱槽により放熱運転を実行して冷却部へ乾燥空気を供給できるため、一の蓄熱槽で蓄熱運転を行う場合でも圧縮空気の製造を停止させる必要がない。

前記圧縮機に外気を導入する外気導入部を更に備えていてもよい。この場合、前記圧縮機に対する前記冷却部又は前記外気導入部の接続を切り替え可能に構成されることが望ましい。
上記構成によれば、蓄熱槽の蓄熱運転を行う場合であっても、外気導入部からの外気により圧縮機による圧縮空気の生成を継続できるため、蓄熱槽で蓄熱運転を行う場合でも圧縮空気の製造を停止させる必要がない。

前記圧縮機から送出される圧縮空気を除湿する除湿部を備えていてもよい。前記除湿部は、少なくとも冷却式除湿器を備えていることが望ましく、吸着式除湿器を更に備えていてもよい。
上記構成によれば、圧縮機で生成された圧縮空気の湿度（露点温度）を低下させ、圧縮空気の需要地である工場に、より適切な圧縮空気を供給できる。

前記冷却部が、前記乾燥空気を第１の冷媒との熱交換により冷却して冷却空気を生成する第１熱交換器と、前記冷却空気を第２の冷媒との熱交換により冷却して前記低温低湿空気を生成する第２熱交換器と、を備え、前記第１の冷媒は温水槽から供給される温水であり、前記第２の冷媒は、冷却塔から供給される冷水であってもよい。また、前記温水槽には、前記第１の冷媒をボイラからの蒸気との熱交換により加熱する第３熱交換器が接続されてもよい。
上記構成によれば、蓄熱槽からの乾燥空気を冷却して低温低湿空気として圧縮機に供給できるため、圧縮機における使用電力を低減できる。また、ボイラにおける燃料の使用量を低減できる。

前記冷却部が、前記乾燥空気を冷水との熱交換により冷却して、前記低温低湿空気を生成する第１熱交換器を備え、前記第１熱交換器では、前記乾燥空気との熱交換により前記冷水から温水を生成し、生成された当該温水をボイラに供給するようにしてもよい。
この場合、ボイラでの蒸気生成に係る燃料の使用量を低減できる。

本開示の別な観点に係る技術は、圧縮空気の製造方法であって、処理対象空気に含まれる吸着質を吸着材に吸着させ、当該処理対象空気よりも高温低湿の乾燥空気を生成する乾燥ステップと、前記乾燥空気を冷却して低温低湿空気を生成する冷却ステップと、前記低温低湿空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮ステップと、を含むことを特徴としている。

本開示の技術によれば、季節や時間に依らず安定した圧縮空気を製造可能な圧縮空気の製造システムを提供できる。

一実施形態にかかる製造システムの系統図を示した説明図である。 他の実施形態にかかる製造システムの系統図を示した説明図である。 他の実施形態にかかる製造システムの系統図を示した説明図である。 所要動力比と湿度の相関を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかる圧縮空気ＣＡの製造システム１（以下、単に「製造システム１」という。）の系統の概略を模式的に示している。一実施形態において製造システム１は、乾燥部１０、冷却部２０、圧縮部３０及び除湿部４０を備える。

なお、以下の説明においては、製造システム１において圧縮空気ＣＡを製造するために取り込まれる処理対象空気ＰＡの通流経路における乾燥部１０側を「上流側」、除湿部４０側を「下流側」とそれぞれ表現する場合がある。製造システム１においては、取り込まれた処理対象空気ＰＡが、乾燥部１０、冷却部２０、圧縮部３０及び除湿部４０をこの順に介して通流され、圧縮空気ＣＡの需要地である工場ＦＣへと供給される。

乾燥部１０には、内部に吸着材を充填した蓄熱槽１１が配置される。蓄熱槽１１は、通気性のある仕切り板で区画して吸着材Ｍを充填した充填部１２を有し、充填部１２の上流側及び下流側には、空間１３、１４が設けられている。

一実施形態において、充填部１２に充填される吸着材Ｍとしては、例えば造粒された吸着材を使用できる。この吸着材Ｍには、吸着質（例えば水）を吸着／脱着することで発熱（放熱）／蓄熱する公知の吸着材を用いることができ、通風抵抗や熱／物質伝達など、所望の性能を有する吸着材の造粒体を、蓄熱機能を有する吸着材として用いることができる。かかる場合、非晶質アルミニウムケイ酸塩と低結晶性粘土からなる複合体、例えばハスクレイ（登録商標）や高分子収着材の低温再生型吸着材、或いは、従来の吸着材（シリカゲルやゼオライト等）を吸着材Ｍとして適用できる。

蓄熱槽１１の入口側である空間１３には、処理対象空気ＰＡを取り込むための第１ダクト１０１が接続されている。第１ダクト１０１には、例えばファン等の送気部（付番せず）が配置されている。
蓄熱槽１１の出口側（下流側）である空間１４には、第２ダクト１０２を介して後述の冷却部２０が接続されている。

乾燥部１０では、第１ダクト１０１を介して取り込んだ処理対象空気ＰＡを、充填部１２に充填された吸着材Ｍと接触させることで、処理対象空気ＰＡ中の吸着質を吸着材Ｍに吸着させ、少なくとも処理対象空気ＰＡよりも高温低湿の乾燥空気ＤＡを生成する。以下、処理対象空気ＰＡ中の吸着質を吸着材Ｍに吸着させる動作を、蓄熱槽１１の「放熱運転」という。
なお、蓄熱槽１１の放熱運転の詳細な方法については後述する。

なお、蓄熱槽１１に取り込まれる処理対象空気ＰＡとしては、例えば外気や居室からの還気等を任意に選択できる。ただし、温湿度が安定した圧縮空気ＣＡを製造する観点からは、処理対象空気ＰＡとして温湿度や供給量が安定した空気、例えばクリーンルームからの余剰排気等が選択されることが望ましい。
より好適には、後述の冷却部２０において乾燥空気ＤＡから生成される低温低湿空気ＬＡを、従来、後述のコンプレッサ３１に供給されていた外気ＯＡと比較して少なくとも同温度帯以下、低湿度で生成することができるように、処理対象空気ＰＡが選定されることが望ましい。より具体的に、上記した条件で低温低湿空気ＬＡを生成するための処理対象空気ＰＡの条件としては、温度２０℃～４０℃、湿度４０％～８０％、より好適には温度２５℃～３５℃、湿度４５％～７０％である。特に、処理対象空気ＰＡの湿度は、当該処理対象空気ＰＡが高温である時には５０％以下、低温である時は６０％以上あると、乾燥空気ＤＡの製造にかかる処理対象空気ＰＡの除湿効果と、後述する温水槽２３での温水生成効果（後述の第１の冷媒の加熱効果）を両立しやすい。

また蓄熱槽１１は、搬送部５０の動作により蓄熱部６０との間で搬送可能に構成されている。搬送部５０は、蓄熱槽１１を積載して搬送できるものであればよく、例えば蓄熱槽１１を収容するコンテナ、当該コンテナを搬送するトラック、トレーラーや船舶、又は航空機等を含む。
乾燥部１０は圧縮空気ＣＡの利用サイトである工場ＦＣの近傍に位置する。乾燥部１０では、蓄熱槽１１に処理対象空気ＰＡを取り込むことで吸着材Ｍに吸着質を吸着（蓄熱槽１１の放熱運転）させ、高温低湿の乾燥空気ＤＡを生成する。
蓄熱部６０は例えば工場ＦＣやその他任意の施設等からの高温の排気ＥＡが排出される排熱サイトであって、蓄熱槽１１に、これら排気ＥＡを取り込むことで吸着材Ｍから吸着質を脱着させる。

一例において蓄熱部６０には、蓄熱用熱交換器６１が配置されている。蓄熱用熱交換器６１では、例えば排気ダクト６２を通流する高温の排気ＥＡとの熱交換により、外気ダクト６３を通流する外気ＯＡの加熱を行う。
蓄熱用熱交換器６１での排気ＥＡとの熱交換により昇温された外気ＯＡは、その後、蓄熱槽１１に取り込まれる。そして蓄熱部６０では、外気ダクト６３を介して取り込んだ外気ＯＡを、充填部１２に充填された吸着材Ｍと接触させることで、吸着材Ｍから吸着質を脱着させ、これにより、吸着材Ｍを再生して蓄熱槽１１の再度の放熱運転を可能にする。以下、外気ＯＡにより吸着材Ｍから吸着質を脱着させる動作を、蓄熱槽１１の「蓄熱運転」という。
なお、蓄熱槽１１の蓄熱運転の詳細な方法については後述する。

なお、蓄熱用熱交換器６１での外気ＯＡとの熱交換に供された排気ＥＡ、及び、蓄熱槽１１の蓄熱運転に供された外気ＯＡは、その後、大気中に排出されてもよいし、工場ＦＣ等の排気経路に戻されてもよい。

また、図示の例では工場ＦＣからの排気ＥＡを蓄熱用熱交換器６１での外気ＯＡとの熱交換に供することで、蓄熱槽１１のいわゆる間接熱交換を行った。しかしながら、蓄熱部６０の構成はこれに限定されるものではなく、例えば工場ＦＣからの排気ＥＡがクリーンである（汚れていない）場合や高湿でない場合には、蓄熱槽１１の空間１３に対して直接的に供給されてもよい。換言すれば、蓄熱部６０では蓄熱用熱交換器６１が省略されてもよい。

なお、図１に示す例においては、搬送部５０により蓄熱槽１１を乾燥部１０と蓄熱部６０の間で搬送可能に構成しているが、蓄熱槽１１は定置型で運用されてもよい。換言すれば、乾燥部１０と蓄熱部６０を同一の場所に設定し、蓄熱槽１１の放熱運転と蓄熱運転を同一の場所で行うようにしてもよい。

冷却部２０は、上流側が第２ダクト１０２を介して乾燥部１０と接続され、下流側が第３ダクト１０３を介して後述の圧縮部３０に接続されている。冷却部２０は、上流側から順に第１熱交換器２１及び第２熱交換器２２を有する。また冷却部２０は、冷媒管２１ａを介して第１熱交換器２１との間で冷媒を循環させる温水槽２３と、冷水管２２ａを介して第２熱交換器２２との間で冷水を循環させる冷却塔２４を有する。

第１熱交換器２１では、例えば冷媒管２１ａを通流する第１の冷媒（例えば温水）との熱交換により、蓄熱槽１１からの高温低湿の乾燥空気ＤＡの温度を低下させ、中温低湿の冷却空気ＣｏＡを生成する。
第２熱交換器２２では、例えば冷水管２２ａを通流する第２の冷媒（例えば冷却水）との熱交換により、第１熱交換器２１からの中温低湿の冷却空気ＣｏＡの温度を低下させ、低温低湿空気ＬＡを生成する。

温水槽２３は、上記したように冷媒管２１ａを介して第１熱交換器２１と接続されている。温水槽２３から第１熱交換器２１に送られた第１の冷媒は、上記したように高温低湿の乾燥空気ＤＡの冷却に供される。
また、温水槽２３には、第３熱交換器２５がさらに接続されている。第３熱交換器２５では、第１熱交換器２１における高温低湿の乾燥空気ＤＡとの熱交換に供されて温度が上昇した第１の冷媒を、例えば温水生成手段２６からの蒸気との熱交換により更に加熱する。第１熱交換器２１での乾燥空気ＤＡとの熱交換、及び第３熱交換器２５での蒸気との熱交換により高温となった第１の冷媒（例えば温水）は、図示しない温水需要地に供給されて冷却された後、再度、第１熱交換器２１に供給される。

温水生成手段２６は、第３熱交換器２５での第１の冷媒の加熱（温水槽２３の加温）に供される蒸気を生成する。温水生成手段２６としては、供給された重油や灯油などの液体燃料、又は都市ガスなどの気体燃料等を燃焼して蒸気を生成するボイラや、電力の投入により蒸気を生成する電気ヒータ、または圧縮式、吸着式またはケミカル式のヒートポンプ等、任意に選択できる。
温水生成手段２６としては、第３熱交換器２５での第１の冷媒の加熱に供される蒸気を生成するために配置されたものを用いてもよいし、または、製造システム１や圧縮空気ＣＡの需要地である工場ＦＣ等において他の目的のために配置されたものを用いてもよい。換言すれば、第３熱交換器２５に供給される蒸気は、第１の冷媒の加熱のために生成されたものであってもよいし、他の目的で生成された蒸気を冷媒の加熱に流用するものであってもよい。

冷却塔２４は、上記したように冷水管２２ａを介して第２熱交換器２２と接続されている。冷却塔２４では、第２熱交換器２２における中温低湿の冷却空気ＣｏＡとの熱交換に供されて温度が上昇した第２の冷媒を冷却する。
冷却塔２４で冷却された第２の冷媒は、冷水管２２ａを介して第２熱交換器２２へと供給され、冷却空気ＣｏＡの冷却に再度用いられる。
なお、第２熱交換器２２に接続されるのは冷却塔２４には限られず、第２の冷媒を冷却できれば、冷却塔２４以外にも低温度帯の温水槽等を採用されてもよい。

なお、冷却部２０の第２熱交換器２２及び冷却塔２４は、例えば第１熱交換器２１において乾燥空気ＤＡの温度を充分に低下できる場合、換言すれば、第１熱交換器２１において低温低湿空気ＬＡが生成できる場合には、図２に示すように、製造システム１から省略できる。

また、図１に示した例においては、第１熱交換器２１を温水槽２３と接続し、温水槽２３を、温水生成手段２６からの蒸気との熱交換により第１の冷媒の加熱を行う第３熱交換器２５にさらに接続する場合を例に説明を行ったが、図２に示したように、第１熱交換器２１は給水タンク２７に接続されてもよい。給水タンク２７は、温水生成手段２６に供給するための冷水を一時的に貯留する。
図２に示した例によれば、温水生成手段２６に供給する冷水の温度を、第１熱交換器２１での乾燥空気ＤＡにより予め加温することで、温水生成手段２６における燃料等の使用量を低減できる。

圧縮部３０は、上流側が第３ダクト１０３を介して冷却部２０と接続され、下流側が第４ダクト１０４を介して後述の除湿部４０と接続されている。圧縮部３０は、上流側から順に、第２熱交換器２２からの低温低湿空気ＬＡを圧縮するためのコンプレッサ（圧縮機）３１、アフタークーラ３２及びレシーバタンク３３を有する。

コンプレッサ３１では、冷却部２０からの低温低湿空気ＬＡを取り込み、取り込んだ低温低湿空気ＬＡを圧縮して圧縮空気ＣＡを生成する。コンプレッサ３１には図示しない電力供給部に接続され、当該電力供給部からの電力供給によりコンプレッサ３１を駆動させる。
アフタークーラ３２では、コンプレッサ３１で低温低湿空気ＬＡの圧縮により生成された高温の圧縮空気ＣＡを冷却する。
レシーバタンク３３は、コンプレッサ３１により生成され、アフタークーラ３２により冷却された後の圧縮空気ＣＡを一時的に貯留する。

一般的に、蓄熱槽１１に充填された吸着材Ｍは、放熱運転の経時により徐々に湿度が高まっていくため、生成される乾燥空気ＤＡ、ひいては圧縮空気ＣＡの温湿度が変化する。また、例えば蓄熱槽１１の運転切替を行う際には、乾燥空気ＤＡの生成が一時的に中断され、これにより圧縮空気ＣＡを生成できず、工場ＦＣに対する安定した圧縮空気ＣＡの供給ができなくなるおそれがある。
この点、このように圧縮部３０にレシーバタンク３３を設け、生成された圧縮空気ＣＡを一時的に、一定量を貯留可能に構成することで、例えば蓄熱槽１１の運転切替の際にも工場ＦＣに対する圧縮空気ＣＡの供給を継続できる。また、当該レシーバタンク３３において圧縮空気ＣＡを一時的に貯留して圧縮空気ＣＡの温湿度を平準化することで、温湿度が安定した圧縮空気ＣＡを工場ＦＣに供給できる。

なお、圧縮部３０のアフタークーラ３２及びレシーバタンク３３は、例えば需要地である工場ＦＣにおける圧縮空気ＣＡの使用目的や、コンプレッサ３１で生成される圧縮空気ＣＡ温湿度等の条件に応じて、適宜、製造システム１から省略できる。

なお、図１に示したように、圧縮部３０の上流側に接続された第３ダクト１０３には、圧縮部３０のコンプレッサ３１に対して外気ＯＡを供給するための外気導入部としての外気ダクト１１０が接続されていてもよい。この場合、第３ダクト１０３における外気ダクト１１０との接続部分よりも上流側、及び外気ダクト１１０にはそれぞれダンパｄ１、ｄ２が設けられ、コンプレッサ３１に対する低温低湿空気ＬＡの供給と外気ＯＡの供給とを切り替え可能に構成することが望ましい。

上記したように、乾燥部１０に配置される蓄熱槽１１では、充填部１２に充填された吸着材Ｍからの吸着質の脱着（蓄熱運転）と、吸着材Ｍに対する吸着質の吸着（放熱運転）とを交互に繰り返して実行する必要がある。このため、蓄熱槽１１の蓄熱運転に際しては圧縮空気ＣＡの製造のための乾燥空気ＤＡを生成できず、圧縮空気ＣＡの製造を一時的に中断する必要がある。
かかる点を鑑みて、第３ダクト１０３に外気ダクト１１０を接続し、低温低湿空気ＬＡの供給と外気ＯＡの供給とを切り替え可能に構成し、低温低湿空気ＬＡをコンプレッサ３１に供給する場合にダンパｄ１を開、ダンパｄ２を閉とし、外気ＯＡをコンプレッサ３１に供給する場合にダンパｄ１を閉、ダンパｄ２を開とすることで、蓄熱槽１１の蓄熱運転時においても圧縮空気ＣＡの製造を中断する必要がない。

なお、このように第３ダクト１０３に外気ダクト１１０を接続することに代えて、又は加えて、図３に示すように、乾燥部１０に複数の蓄熱槽１１を配置してもよい。この場合、複数の蓄熱槽１１の各々を冷却部２０に対して並列に接続し、各々の蓄熱槽１１と冷却部２０との接続を切り替え可能に構成することで、一の蓄熱槽１１の蓄熱運転時においても圧縮空気ＣＡの製造を中断する必要がない。
また、このように複数の蓄熱槽１１を配置する場合、コンプレッサ３１に対する外気ＯＡの供給を切り替え可能に構成する場合と比較して、コンプレッサ３１に供給する圧縮対象空気の温湿度を安定化させることができるため、より安定した圧縮空気ＣＡの製造が可能になる。

但し、このように複数の蓄熱槽１１を配置する場合であっても、蓄熱槽１１間で乾燥空気ＤＡの供給元の切り替えを行う際には、コンプレッサ３１に取り込む低温低湿空気ＬＡの温湿度を完全に一定に制御することは困難である。
かかる点を鑑みて、複数の蓄熱槽１１を配置する場合には、各々の蓄熱槽１１から供給される乾燥空気ＤＡ（より具体的には冷却部２０を介して生成される低温低湿空気ＬＡ）の温湿度を安定化させるため、例えばコンプレッサ３１の上流側にバッファタンク（図示せず）を配置するようにしてもよい。このようにバッファタンクを配置して乾燥空気ＤＡを一時的に貯留することで、乾燥空気ＤＡの供給元となる蓄熱槽１１の切換えが行われた場合であっても、各々の蓄熱槽１１からの乾燥空気ＤＡがバッファタンクの中で混合（平準化）され、温湿度を安定化させることができる。

図１の説明に戻る。
除湿部４０は、上流側が第４ダクト１０４を介して圧縮部３０に接続され、下流側が第５ダクト１０５を介して圧縮空気ＣＡの需要地である工場ＦＣに接続されている。除湿部４０は、圧縮部３０からの圧縮空気ＣＡの除湿（乾燥）を行うための１つ以上、図示の例では２つの除湿器、冷却式除湿器４１と吸着式除湿器４２を上流側からこの順に有する。

冷却式除湿器４１では、圧縮部３０からの圧縮空気ＣＡを冷却水や冷水との熱交換により冷却し、これにより圧縮空気ＣＡの露点温度を低下させ、当該圧縮空気ＣＡ中の湿分を除去（除湿）する。
冷却式除湿器４１には、図示しない冷却水や冷水の供給源が接続されている。

吸着式除湿器４２では、内部に封入された例えばシリカゲル等の吸着材と圧縮空気ＣＡの接触により、冷却式除湿器４１で除湿された後の圧縮空気ＣＡ中の湿分を更に除去（除湿）する。
吸着式除湿器４２には、図示しない吸着材乾燥用の熱媒供給源が接続され、当該熱媒供給源からの熱媒（例えば蒸気や電気）により吸着材を乾燥させ、再度の圧縮空気ＣＡの除湿を可能にする。

なお、冷却式除湿器４１及び吸着式除湿器４２は、それぞれ除湿機能を使用していない際には、上流側からの空気を下流側へとそのまま流すことができるように構成されている。換言すれば、冷却式除湿器４１及び吸着式除湿器４２は、除湿機能が作用しない場合においては、単に流路（第４ダクト１０４または第５ダクト１０５）として作用する。

なお、除湿部４０が備える除湿器の数や種類はこれに限定されるものではなく、１つ以上の任意の除湿器を組み合わせて圧縮部３０の下流側に配置することが可能である。例えば製造システム１においては、吸着式除湿器４２の配置を省略し、冷却式除湿器４１のみを圧縮部３０の下流側に配置していてもよい。

除湿部４０と工場ＦＣを接続する第５ダクト１０５の経路上には、圧縮空気ＣＡ中の異物を除去するためのフィルタ１０５ａが設けられている。フィルタ１０５ａの構成は特に限定されるものではなく、例えば圧縮空気ＣＡ中の塵やミスト、又は圧縮空気ＣＡの色や匂いをそれぞれ除去可能なフィルタを組み合わせて使用してもよい。

一実施形態に係る製造システム１は、以上のように構成される。なお、製造システム１の構成は以上の種々の例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

例えば製造システム１においては、工場ＦＣにおいて圧縮空気ＣＡが不要な際に、工場ＦＣに対する圧縮空気ＣＡの供給を一時的に停止するための機構を配置してもよい。
この機構は、例えば製造された圧縮空気ＣＡを一時的に貯留する貯留タンク（図示せず）であってもよいし、又は、製造された圧縮空気ＣＡを系外に排出するための排気ダクト（図示せず）であってもよい。
または、例えば製造システム１における圧縮空気ＣＡの製造を一時的に停止するための機構であって、蓄熱槽１１への処理対象空気ＰＡの供給を停止するダンパや排気ダクト（図示せず）であってもよいし、又は、コンプレッサ３１に供給される乾燥空気ＤＡや低温低湿空気ＬＡを系外に排出するための排気ダクト（図示せず）であってもよい。

続いて、図１に示した製造システム１を用いて行われる圧縮空気ＣＡの製造方法の詳細について説明する。なお、以下の製造方法において示す各種空気の温湿度等は全て例示的なものであり、実際の運用上における温湿度等と必ずしも一致するものではない。

先ず、処理対象空気ＰＡ（２５℃、５０％ＲＨ）を、第１ダクト１０１を介して乾燥部１０の蓄熱槽１１に取り込む。蓄熱槽１１には、蓄熱部６０において予め蓄熱運転（吸着材Ｍの乾燥）が行われている。

蓄熱槽１１では、処理対象空気ＰＡを取り込むことで放熱運転が行われる。具体的に、蓄熱槽１１に取り込まれた処理対象空気ＰＡは、蓄熱槽１１の空間１３から充填部１２へと送られ、充填部１２に充填されている吸着材Ｍを通過する。この時、処理対象空気ＰＡ中の水分（吸着質）が吸着材Ｍに吸着され、これにより吸着材Ｍが発熱して、処理対象空気ＰＡよりも高温低湿な乾燥空気ＤＡ（６０℃、－３５℃ＤＰ）が生成される（乾燥ステップ）。生成された乾燥空気ＤＡは、空間１４から第２ダクト１０２を介して下流側の冷却部２０へと送られる。

続いて冷却部２０では、蓄熱槽１１からの乾燥空気ＤＡを第１熱交換器２１、第２熱交換器２２で順次冷却する（冷却ステップ）。

具体的に、第１熱交換器２１では、乾燥空気ＤＡと温水槽２３からの第１の冷媒（例えば３５℃の温水）との熱交換により、中温低湿の冷却空気ＣｏＡ（４０℃、－３５℃ＤＰ）が生成される。
第１熱交換器２１での乾燥空気ＤＡとの熱交換により昇温（例えば４５℃）された温水は、上記したように温水需要地において利用されてもよい。この場合、温水需要地に供給する温水を、温水生成手段２６からの蒸気（第３熱交換器２５）と第１熱交換器２１を通流する乾燥空気ＤＡの両方を利用して加温できるため、温水生成手段２６からの蒸気のみを用いて温水を加温する場合と比較して、温水生成手段２６で使用される燃料や電力等の使用量、及び温水生成に係るコストを削減できる。

また、第２熱交換器２２では、冷却空気ＣｏＡと冷却塔２４からの第２の冷媒（例えば３０℃の冷却水）との熱交換により、低温低湿空気ＬＡ（３５℃、－３５℃ＤＰ）が生成される。

なお、図２に示したように、冷却部２０の第２熱交換器２２及び冷却塔２４を省略する場合には、第１熱交換器２１において、蓄熱槽１１からの乾燥空気ＤＡを給水タンク２７からの冷水（例えば２０℃）と熱交換させることで、第２熱交換器２２を介さずに低温低湿空気ＬＡ（例えば３０℃、－３６℃ＤＰ）を生成できる。
この場合、第１熱交換器２１において乾燥空気ＤＡとの熱交換により冷水から生成された温水（例えば３０℃）は給水タンク２７へと戻され、その後、温水生成手段２６に供給されて蒸気が生成される。この場合であっても、給水タンク２７から温水生成手段２６に供給される温水の温度を予め昇温（２０℃から３０℃）できるため、温水生成手段２６における燃料等の使用量、及び蒸気生成に係るコストを削減できる。

冷却部２０で生成された低温低湿空気ＬＡは、続いて、第３ダクト１０３を介して下流側の圧縮部３０へと送られ、コンプレッサ３１に取り込まれる。コンプレッサ３１では、冷却部２０からの低温低湿空気ＬＡを圧縮し、これにより高温の圧縮空気ＣＡ（１００℃、０．７ＭＰａ）を生成する（圧縮ステップ）。

ここで、コンプレッサ３１における使用電力（所要動力比）は、図４の温湿度‐動力の相関グラフ（参照：ＣＯ_２ポテンシャル診断 実践ガイドライン２０１９）で示すように、圧縮対象の低温低湿空気ＬＡの温湿度が低いほど低下することがわかる。
この点、本開示の技術に係る製造システム１では、圧縮空気ＣＡの製造に際して、従来、コンプレッサ３１に取り込んでいた外気ＯＡに代えて、冷却部２０から供給される少なくとも当該外気ＯＡと比較して同温度帯、低湿度（低露点温度）の低温低湿空気ＬＡを使用する。これにより、図４に示したように外気ＯＡを使用する場合と比較してコンプレッサ３１における使用電力を低減でき、圧縮空気ＣＡの製造に係る使用エネルギー量、及びコストを低減できる。

また、コンプレッサ３１に外気ＯＡを取り込む場合、上記したように、季節や時間の変化により外気ＯＡの温湿度が大きく変化する。このため、コンプレッサ３１から送出される圧縮空気ＣＡの温湿度にばらつきが生じることや、コンプレッサ３１や後段の除湿部４０におけるエネルギー使用量、コストが増加することが懸念される。
この点、本開示の技術に係る製造システム１によれば、圧縮空気ＣＡの製造に際して外気ＯＡに代えて温湿度が安定した低温低湿空気ＬＡを使用する。これにより、温湿度が安定した圧縮空気ＣＡの製造が可能となり、また、コンプレッサ３１や除湿部４０におけるエネルギー使用量やコストを低減できる。

コンプレッサ３１で生成された高温の圧縮空気ＣＡは、続いて、アフタークーラ３２により冷却され、低温の圧縮空気ＣＡ（４０℃、０．７ＭＰａ）とされる。アフタークーラ３２で冷却された圧縮空気ＣＡは、その後、レシーバタンク３３に一時的に貯留される。

続いて、低温の圧縮空気ＣＡは、第４ダクト１０４を介して除湿部４０へと送られる。除湿部４０では、圧縮部３０からの圧縮空気ＣＡを冷却式除湿器４１、吸着式除湿器４２により順次除湿し、湿度（露点温度）を需要地である工場ＦＣでの目的の値まで低下させる（除湿ステップ）。

具体的に、冷却式除湿器４１では、圧縮空気ＣＡを図示しない供給源からの冷水等により冷却し、これにより圧縮空気ＣＡの湿度（露点温度）を大気圧下で－１７℃ＤＰ（圧力下１０℃ＤＰ）程度まで低下させる。
また、吸着式除湿器４２では、圧縮空気ＣＡを図示しない吸着材と接触させることで圧縮空気ＣＡ中の水分を吸着材に吸着させ、これにより圧縮空気ＣＡの湿度（露点温度）を大気圧下で－４０℃ＤＰ以下まで低下させる。

ここで、本開示の技術に係る製造システム１において除湿部４０に供給される圧縮空気ＣＡは、乾燥部１０の蓄熱槽１１で生成される乾燥空気ＤＡ、冷却部２０で生成される低温低湿空気ＬＡ、を介して処理対象空気ＰＡから生成されたものである。換言すれば、本開示の技術に係る製造システム１で除湿部４０に供給される圧縮空気ＣＡは、従来のように外気ＯＡをコンプレッサ３１で圧縮して生成される圧縮空気と比較して露点温度が低いものである。
このため、外気ＯＡから生成される圧縮空気を除湿部４０で除湿する場合（従来例）と比較して、本開示に係る技術によれば、除湿部４０での圧縮空気ＣＡの露点温度の低下幅（すなわち水分の除去量）を小さくできる。これにより、除湿部４０におけるエネルギー消費量やコスト、具体的には冷却式除湿器４１における冷水等の使用量や、圧縮空気ＣＡの除湿に係るコストを削減できる。

除湿部４０で湿度が低下された圧縮空気ＣＡは、その後、フィルタ１０５ａにより異物が除去された後、第５ダクト１０５を介して需要地である工場ＦＣに供給される。

製造システム１における圧縮空気ＣＡの製造は以上のようにして行われる。
なお、利用サイトの乾燥部１０において処理対象空気ＰＡを取り込んで放熱運転が行われた蓄熱槽１１は、その後、搬送部５０により排熱サイトの蓄熱部６０へと搬送され、例えば工場ＦＣ等からの高温の排気ＥＡ等を利用して蓄熱運転が行われる。
蓄熱運転により吸着材Ｍが再生された蓄熱槽１１は、搬送部５０により再び利用サイトの乾燥部１０に搬送され、処理対象空気ＰＡの取り込み（放熱運転）が行われる。

以上、本開示の技術に係る製造システム１によれば、乾燥部１０及び冷却部２０を介して処理対象空気ＰＡから製造された低温低湿空気ＬＡをコンプレッサ３１に供給する。
これにより、従来のように外気ＯＡをコンプレッサ３１に供給する場合と比較して、コンプレッサ３１に供給される空気の温湿度を安定させることができ、この結果、コンプレッサ３１での電力使用量、及び冷却式除湿器４１における冷水等の使用量を低減し、圧縮空気ＣＡの製造に係るコストを低減できる。

また、蓄熱槽１１で生成された乾燥空気ＤＡを、冷却部２０の第１熱交換器２１において、温水需要地に供給する温水の加温に利用することで、温水生成に係る温水生成手段２６での燃料等の使用量、及びコストを低減できる。

具体的に、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、このように乾燥部１０及び冷却部２０により生成された低温低湿空気ＬＡを用いて圧縮空気ＣＡの製造を行うことで、低温低湿空気ＬＡを外気温度まで冷却できれば、コンプレッサ３１での電力使用量を約１．５％、除湿部４０における冷水等の使用量を約１００％、圧縮空気ＣＡの製造に係るコストを約４％低減でき、また、温水生成手段２６における燃料使用量を約３％、温水生成に係るコストを約３％低減でき、ファンなどの補器類による電力使用量を考慮すると全体コストで約５％低減できることを知見した。

なお、上記実施形態においては、圧縮部３０で生成された圧縮空気ＣＡを、除湿部４０の２つの除湿器、すなわち冷却式除湿器４１と吸着式除湿器４２の両方を用いて除湿する場合を例に説明を行ったが、除湿部４０が備える除湿器の稼働パターンはこれに限定されるものではない。

例えば、除湿部４０に供給される圧縮空気ＣＡの湿度（露点温度）、より具体的には冷却部２０からの低温低湿空気ＬＡの湿度（露点温度）が低い場合には、冷却式除湿器４１を停止させ、吸着式除湿器４２のみを用いて圧縮空気ＣＡの除湿を行ってもよい。
または、除湿部４０に供給される圧縮空気ＣＡ（冷却部２０からの低温低湿空気ＬＡ）の湿度（露点温度）が、工場ＦＣでの目的湿度に到達しており、除湿部４０での除湿が必要ない場合には、冷却式除湿器４１及び吸着式除湿器４２の両方を停止させ、除湿部４０における圧縮空気ＣＡの除湿（除湿ステップ）を省略してもよい。

除湿部４０に供給される圧縮空気ＣＡの湿度は、例えば除湿部４０の少なくとも上流側で測定することで取得してもよいが、例えば蓄熱部６０での蓄熱槽１１の蓄熱運転に用いられる排気ＥＡの温度や、乾燥部１０での放熱運転前の蓄熱槽１１の重量（より好適には吸着材Ｍに対する吸着質の吸着量）から予測により取得してもよい。

すなわち、例えば蓄熱運転に用いられる排気ＥＡが高温である場合には、蓄熱運転により吸着材Ｍから吸着質が十分に脱着されて蓄熱槽１１の重量が軽くなり、この結果、放熱運転に際して処理対象空気ＰＡからより多くの吸着質（水分）を吸着して乾燥空気ＤＡの湿度（露点温度）が低下すると予測できる。
一方、例えば蓄熱運転に用いられる排気ＥＡが中温以下である場合には、排気ＥＡが高温である場合と比較して、蓄熱運転による吸着材Ｍからの吸着質の脱着量が低下して蓄熱槽１１の重量が重くなり、この結果、放熱運転に際して処理対象空気ＰＡからの吸着質（水分）の吸着量が低下して乾燥空気ＤＡの湿度（露点温度）が比較的に高くなると予測できる。

以上の点を鑑みて、本開示の技術に係る製造システム１においては、蓄熱運転に用いられる排気ＥＡの温度が閾値（例えば１５０℃）以上である場合、又は蓄熱槽１１の重量が閾値以下である場合には、冷却式除湿器４１と吸着式除湿器４２の両方を停止させ、除湿部４０における圧縮空気ＣＡの除湿（除湿ステップ）を省略するようにしてもよい。
また、蓄熱運転に用いられる排気ＥＡの温度が閾値（例えば１５０℃）未満である場合、又は蓄熱槽１１の重量が閾値を超える場合には、冷却式除湿器４１のみを停止させ、吸着式除湿器４２のみを用いて圧縮空気ＣＡの除湿（除湿ステップ）を行うようにしてもよい。

又は、例えば上記したように除湿部４０が吸着式除湿器４２を備えず、冷却式除湿器４１のみを有する場合においては、蓄熱運転に用いられる排気ＥＡの温度に依らず、除湿部４０における圧縮空気ＣＡの除湿（除湿ステップ）を省略するようにしてもよい。

そして、このように除湿部４０における圧縮空気ＣＡの除湿（除湿ステップ）を省略する場合、冷却式除湿器４１に対する冷水等の供給が不要になるため、除湿部４０における冷水等の使用量やコストを削減量を１００％とすることができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成例も本開示の技術的範囲に属する。
（１）圧縮空気の製造システムであって、吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温低湿の乾燥空気として送出する蓄熱槽を備える蓄熱部と、前記乾燥空気を冷却して低温低湿空気を生成する冷却部と、前記低温低湿空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、を有することを特徴とする、圧縮空気の製造システム。
（２）前記蓄熱部は複数の前記蓄熱槽を備え、前記冷却部に対する複数の前記蓄熱槽の各々の接続を切り替え可能に構成されることを特徴とする、前記（１）に記載の圧縮空気の製造システム。
（３）前記圧縮機に外気を導入する外気導入部を更に備え、前記圧縮機に対する前記冷却部又は前記外気導入部の接続を切り替え可能に構成されることを特徴とする、前記（１）又は前記（２）に記載の圧縮空気の製造システム。
（４）前記圧縮機から送出される圧縮空気を除湿する除湿部を備え、前記除湿部が、少なくとも冷却式除湿器を備えることを特徴とする、前記（１）～前記（３）のいずれかに記載の圧縮空気の製造システム。
（５）前記除湿部が、吸着式除湿器を更に備えることを特徴とする、前記（４）に記載の圧縮空気の製造システム。
（６）前記冷却部が、前記乾燥空気を第１の冷媒との熱交換により冷却して冷却空気を生成する第１熱交換器と、前記冷却空気を第２の冷媒との熱交換により冷却して前記低温低湿空気を生成する第２熱交換器と、を備え、前記第１の冷媒は温水槽から供給される温水であり、前記第２の冷媒は、冷却塔から供給される冷水であることを特徴とする、前記（１）～前記（５）のいずれかに記の圧縮空気の製造システム。
（７）前記温水槽には、前記第１の冷媒をボイラからの蒸気との熱交換により加熱する第３熱交換器が接続される、前記（６）に記載の圧縮空気の製造システム。
（８）前記冷却部が、前記乾燥空気を冷水との熱交換により冷却して、前記低温低湿空気を生成する第１熱交換器を備え、前記第１熱交換器では、前記乾燥空気との熱交換により前記冷水から温水を生成し、生成された当該温水をボイラに供給することを特徴とする、前記（１）～前記（５）のいずれかに記載の圧縮空気の製造システム。

（９）圧縮空気の製造方法であって、処理対象空気に含まれる吸着質を吸着材に吸着させ、当該処理対象空気よりも高温低湿の乾燥空気を生成する乾燥ステップと、前記乾燥空気を冷却して低温低湿空気を生成する冷却ステップと、前記低温低湿空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮ステップと、を含むことを特徴とする、圧縮空気の製造方法。

本発明は、圧縮空気を利用する工場等における圧縮空気の製造システムとして有用である。

１ 製造システム
１０ 乾燥部
１１ 蓄熱槽
２０ 冷却部
２１ 第１熱交換器
２２ 第２熱交換器
３０ 圧縮部
３１ コンプレッサ
４０ 除湿部
４１ 冷却式除湿器
４２ 吸着式除湿器
５０ 搬送部
６０ 蓄熱部
６１ 蓄熱用熱交換器
ＣＡ 圧縮空気
ＣｏＡ 冷却空気
ＤＡ 乾燥空気
ＥＡ 排気
ＬＡ 低温低湿空気
ＯＡ 外気
ＰＡ 処理対象空気

Claims (9)

1. 圧縮空気の製造システムであって、
   吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温低湿の乾燥空気として送出する蓄熱槽を備える蓄熱部と、
   前記乾燥空気を冷却して低温低湿空気を生成する冷却部と、
   前記低温低湿空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、を有することを特徴とする、圧縮空気の製造システム。
2. 前記蓄熱部は複数の前記蓄熱槽を備え、
   前記冷却部に対する複数の前記蓄熱槽の各々の接続を切り替え可能に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮空気の製造システム。
3. 前記圧縮機に外気を導入する外気導入部を更に備え、
   前記圧縮機に対する前記冷却部又は前記外気導入部の接続を切り替え可能に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮空気の製造システム。
4. 前記圧縮機から送出される圧縮空気を除湿する除湿部を備え、
   前記除湿部が、少なくとも冷却式除湿器を備えることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の圧縮空気の製造システム。
5. 前記除湿部が、吸着式除湿器を更に備えることを特徴とする、請求項４に記載の圧縮空気の製造システム。
6. 前記冷却部が、
   前記乾燥空気を第１の冷媒との熱交換により冷却して冷却空気を生成する第１熱交換器と、
   前記冷却空気を第２の冷媒との熱交換により冷却して前記低温低湿空気を生成する第２熱交換器と、を備え、
   前記第１の冷媒は温水槽から供給される温水であり、
   前記第２の冷媒は、冷却塔から供給される冷水であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の圧縮空気の製造システム。
7. 前記温水槽には、前記第１の冷媒をボイラからの蒸気との熱交換により加熱する第３熱交換器が接続される、請求項６に記載の圧縮空気の製造システム。
8. 前記冷却部が、
   前記乾燥空気を冷水との熱交換により冷却して、前記低温低湿空気を生成する第１熱交換器を備え、
   前記第１熱交換器では、前記乾燥空気との熱交換により前記冷水から温水を生成し、生成された当該温水をボイラに供給することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の圧縮空気の製造システム。
9. 圧縮空気の製造方法であって、
   処理対象空気に含まれる吸着質を吸着材に吸着させ、当該処理対象空気よりも高温低湿の乾燥空気を生成する乾燥ステップと、
   前記乾燥空気を冷却して低温低湿空気を生成する冷却ステップと、
   前記低温低湿空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮ステップと、を含むことを特徴とする、圧縮空気の製造方法。

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