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

圧縮空気の製造システム及び圧縮空気の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2024064458A
JP2024064458A JP2022173065A JP2022173065A JP2024064458A JP 2024064458 A JP2024064458 A JP 2024064458A JP 2022173065 A JP2022173065 A JP 2022173065A JP 2022173065 A JP2022173065 A JP 2022173065A JP 2024064458 A JP2024064458 A JP 2024064458A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
low
compressed air
temperature
humidity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022173065A
Other languages
English (en)
Inventor
孝政 大山
みなも 篠崎
理亮 川上
美志 鎌田
健次 桑原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Original Assignee
Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Takasago Thermal Engineering Co Ltd filed Critical Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority to JP2022173065A priority Critical patent/JP2024064458A/ja
Publication of JP2024064458A publication Critical patent/JP2024064458A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Drying Of Gases (AREA)

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。
JP2022173065A 2022-10-28 2022-10-28 圧縮空気の製造システム及び圧縮空気の製造方法 Pending JP2024064458A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022173065A JP2024064458A (ja) 2022-10-28 2022-10-28 圧縮空気の製造システム及び圧縮空気の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022173065A JP2024064458A (ja) 2022-10-28 2022-10-28 圧縮空気の製造システム及び圧縮空気の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024064458A true JP2024064458A (ja) 2024-05-14

Family

ID=91034173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022173065A Pending JP2024064458A (ja) 2022-10-28 2022-10-28 圧縮空気の製造システム及び圧縮空気の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024064458A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rambhad et al. Solid desiccant dehumidification and regeneration methods—A review
JP6787885B2 (ja) 除湿システム及び方法
KR101071350B1 (ko) 클린룸용 하이브리드 제습냉방 외조기 시스템
JP4986152B2 (ja) 吸着式冷凍機結合デシカント空調方法及び装置
JP2005525528A (ja) 収着式熱交換器及び関連する冷却収着方法
US20210055010A1 (en) Method and system for dehumidification and atmospheric water extraction with minimal energy consumption
JP2009090979A (ja) 小型デシカント空調装置
JP6018938B2 (ja) 外気処理用空調システム
CN101368753A (zh) 液-固混合式除湿器和除湿方法
CN103140273B (zh) 除湿器和除湿方法
JP2024064458A (ja) 圧縮空気の製造システム及び圧縮空気の製造方法
JP2003279069A (ja) デシカント空調システム
JP2011177632A (ja) 圧縮気体の除湿方法及びその装置
JP2013096665A (ja) デシカント空気調和装置
JP2009083851A (ja) 小型デシカント空調装置
JP4753102B2 (ja) 小型デシカント空調装置
JP4565111B2 (ja) 流動層型デシカント空調システム
JP5991698B2 (ja) 除湿装置
JP4352139B2 (ja) 小型デシカント空調装置
KR102597628B1 (ko) 재생배기 없는 하이브리드 데시칸트 제습기 및 제습방법
JP2005337559A (ja) 小型デシカント空調装置
JP2000257895A (ja) 暖房器
WO2022093245A1 (en) Method and system for dehumidification and atmospheric water extraction with minimal energy consumption
JP2004271081A (ja) デシカント空調方法および空調システム
JP2001263725A (ja) 除湿システム、加湿システム、除加湿システム