JP2502313B2

JP2502313B2 - 冷凍式圧縮空気除湿装置

Info

Publication number: JP2502313B2
Application number: JP62150310A
Authority: JP
Inventors: 光幸山本; 大資鳥越; 一郎草柳; 源一長尾
Original assignee: NAGAO SEISAKUSHO KK; Hitachi Ltd
Current assignee: NAGAO SEISAKUSHO KK; Hitachi Ltd
Priority date: 1987-06-18
Filing date: 1987-06-18
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPS63315867A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、冷凍式圧縮空気除湿装置に係り、特に、例
えば小容量の小形空気圧縮機と一体にコンパクトに構成
するのに好適な冷凍式圧縮空気の除湿装置に関するもの
である。

［従来の技術］圧縮空気中の水分を除去する圧縮空気の除湿装置とし
て、例えば実開昭60−95185号公報には、空気圧縮機か
ら吐出された圧縮空気を第１の熱交換器で予冷却し、次
いで冷媒圧縮器、凝縮器、膨張弁、蒸発器からなる冷凍
サイクルの蒸発器部を第２の熱交換器として、予冷却さ
れた圧縮空気を第２の熱交換器でさらに冷却，除湿し、
それを第１の熱交換器で再加熱して湿分の少ない乾燥さ
れた圧縮空気として外部へ供給する技術が開示されてい
る。

また、前記公報には記載されていないが、従来の技術
では、冷媒と圧縮空気との熱交換を行う熱交換器を収納
する容器の外側には、外気からの熱の流入を防止し、容
器表面への結露を防止するために、容器表面に断熱材を
取付けねばならなかった。これは、熱交換によって冷却
される圧縮空気が外気温度よりも低くなり、容器壁を介
して熱交換するためである。

［発明が解決しようとする問題点］上記従来技術の問題点について、第４図を参照して説
明する。

第４図は、従来技術の圧縮空気除湿装置の構成を模式
的に表わした説明図である。

従来技術の基本的な構成は、第４図に模式的に示すよ
うに、冷媒と圧縮空気との熱交換を行う熱交換器3Aを内
蔵する容器1Aからなり、容器1A内を流れる圧縮空気６は
外気７よりも温度が低く、したがって容器1Aの壁を通し
て外部から熱量Q₂を受けて暖められる。これを熱交換器
3A内を流れる冷媒４にて冷却することになるため、熱交
換器は、この熱量を考慮して設計する必要があり大形化
する。また、容器1Aの外表面には、外気中の水分が凝縮
して結露する。そこで従来は、これらを防止するため容
器1Aの外表面に断熱材８を巻きつけて外部からの熱の流
入を防止している。この処理は、圧縮空気６の温度が、
外気７よりも低くなる部分全てに必要であった。したが
って、断熱材が多量に必要で、かつ、取付作業にも手間
がかかりコスト高となっていた。

本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、エアタンク表面に断熱材を巻く必要が
なく、また、圧縮空気との熱交換率を向上させて小形化
を図りうる冷凍式圧縮空気除湿装置の提供を、その目的
としている。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍式空気
除湿装置の構成は、空気圧縮機から吐出された圧縮空気
を第１の熱交換器で予冷却したのち、冷媒圧縮機、凝縮
器、減圧手段、蒸発器からなる冷凍サイクルの蒸発器を
第２の熱交換器として作用させて、前記圧縮空気をさら
に冷却，除湿する冷凍式圧縮空気除湿装置において、前
記空気圧縮機の吐出配管に接続するエアタンクを備え、
高温の圧縮空気を当該エアタンク内に導入しタンク器壁
から外気へ放熱しうるようにするとともに、このエアタ
ンク内に、前記第１の熱交換器として、空気圧縮機の吐
出配管からの圧縮空気を流通せしめる外管と、第２の熱
交換器で冷却された圧縮空気を流通せしめる内管とを二
重管構成にして設け、さらに前記エアタンク内に、前記
第２の熱交換器として、前記第１の熱交換器で予冷され
た圧縮空気を流通せしめる内管と、冷凍サイクルの冷媒
を流通せしめる外管とを二重管構成にして設け、前記第
１の熱交換器の外管は、前記エアタンク内に導入した高
温の圧縮空気を当該外管に導く吸い上げ部を前記エアタ
ンク内に開口し、前記第１の熱交換器の外管が前記第２の熱交換器の内管
に直列的に接続し、前記第２の熱交換器の内管が前記第
１の熱交換器の内管に直列的に接続し、前記第一の熱交
換器の内管が前記エアタンクから需要側への圧縮空気供
給管に通じるようにしたものである。

［作用］上記技術手段の作用を、第３図を参照して説明する。

第３図は、本発明の圧縮空気除湿装置の構成を模式的
に表わした説明図であり、先の第４図と対比して、従来
技術と本発明との相違を明らかにする説明図である。

本発明の基本的な構成は、第３図に模式的に示すよう
に、冷媒と圧縮空気との熱交換を行う熱交換器は、二重
管の内管３と外管２とからなり、これを内蔵する容器１
とから構成される。

容器１内に入ってきた圧縮空気６は外気７よりも温度
が高く、したがってこの容器の壁を通してQ₃の熱量が外
気へ放出される。一方、二重管の内管３の内側の圧縮空
気５と、外管２の外側の圧縮空気６は、二重管の中を流
れる冷媒４により、それぞれQ₁,Q₂の熱量を奪われる。

この熱の流れを整理すると、冷媒４が持ち去る熱量
は、 Q₁＋Q₂＝H₀−H₃−Q₃ と表わすことができる。ここに、 H₀:圧縮空気の入口における保有熱量 H₃:圧縮空気の出口における保有熱量である。

一方、第４図に示した従来技術では、冷媒が持ち去る
熱量は、 Q₁＝H₀−H₃＋Q₂ となる。従来は断熱材を用いていたため、このQ₂を仮り
に０としても、本発明の方がQ₃の熱量だけ交換熱量が少
なくてすみ、装置の小形化、封入冷媒量の低減がなされ
るとともに、冷媒を一時溜めておく受液器が省略でき、
冷媒配管の簡素化、製品の低コスト化を図ることができ
る。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照
して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る冷媒式圧縮空気除
湿装置の系統図、第２図は、第１図の冷凍式圧縮空気除
湿装置を搭載した空気圧縮機の外観を示す略示構成図で
ある。

第２図において、９は空気圧縮機、10は、空気圧縮機
９にて圧縮された空気を冷凍式圧縮空気除湿装置のエア
タンクへ導く吐出配管である。

第１図において、11は冷媒圧縮機、12は凝縮器、13
は、凝縮器12を空冷するファン、14は、減圧手段に係る
キャピラリチューブ、15はエアタンクで、このエアタン
ク15は、後述する熱交換器を収納するとともに圧縮空気
を充填し、圧力変動に対応しうる密閉容器を構成するも
のである。なお、エアタンク15は、第３図に示す容器１
に相当する。16はホットガスバイパス弁である。

17はプレクーラ内管、18はプレクーラ外管で、この２
重管により、エアタンク15内に導入された圧縮空気を予
冷するための第１の熱交換器を構成している。

また、19はエアクーラ内管、20はエアクーラ外管で、
この２重管により、予冷した圧縮空気をさらに冷却，除
湿するための第２の熱交換器を構成しており、この第２
の熱交換器は、前述の冷媒圧縮機11、凝縮器12、キャピ
ラリチューブ14、および蒸発器よりなる冷凍サイクルの
蒸発器として機能するものである。

21はオートドレントラップ、22は、需要例へサービス
エアを提供するための空気出口である。

このような冷凍式圧縮空気除湿装置の作用を次に説明
する。

空気圧縮機９で圧縮され、実線矢印のように吐出配管
10を経て導かれた外気温度よりも高い高温多湿の圧縮空
気は、エアタンク15に充填され、エアタンク15の器壁を
通して外気と熱交換して保有熱量の一部が放熱される
（第３図Q₃参照）。

その後、圧縮空気は、吸い上げ管18aから第１の熱交
換器を構成するプレクーラ外管18内に入り、プレクーラ
内管17を流通する冷却，除湿された圧縮空気と熱交換し
て予冷される。

この予冷された圧縮空気は、第２の熱交換器を構成す
るエアクーラ内管19の中を流れ、エアクーラ外管20を流
通する冷媒により充分に冷やされ、圧縮空気中の水蒸気
は多量に凝縮してドレンとなる。このドレンは、配管途
中に設けられたオートドレントラップ21により自動的に
外部へ排出される。

一方、冷却された圧縮空気は、前記第１の熱交換器の
プレクーラ内管17を流れ、プレクーラ外管18の高温の圧
縮空気と熱交換し温められて湿分の少ない乾燥されたサ
ービスエアとして空気出口22から需要側へ供給される。

次に、冷凍式圧縮空気除湿装置の冷媒側における熱交
換について説明する。

冷媒圧縮機11から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、
破線矢印の方向に流れ、凝縮器12に入りファン13により
冷却され高圧の液冷媒となる。この高圧冷媒はキャピラ
リーチューブ14により減圧され低圧の液冷媒となって、
エアタンク15内の第２の熱交換器を構成するエアクーラ
外管20の中を流通し、ここでエアクーラ内管19を通通す
る予冷された圧縮空気と熱交換され、蒸発して過熱蒸気
となって冷媒圧縮機11に吸入され再び圧縮されて吐出さ
れ、以下同じサイクルを繰り返す。また、ホットガスバ
スパス弁16は負荷および外気温度の状況に応じて自動的
に作動し、冷媒の蒸発温度を一定に保つよう制御し、低
温無負荷時でも、冷えすぎてドレンが凍結することのな
いようにしている。

本実施例によれば、次のような効果がある。

１）エアタンク内の圧縮空気の温度が外気温度よりも高
いため、熱は内側から外側へ放熱される。従来はこの逆
であったため、エアタンク表面に断熱材を巻いていた
が、本実施例ではこのような処理は、ほとんど必要なく
なる。

また、圧縮空気はエアタンクに入ることにより、その
表面積を通じて外気と熱交換されるため圧縮空気の冷却
を効率よく行うことができる。

２）前記により、冷媒による交換熱量がこの分軽減で
き、封入する冷媒量を減らすことができる。さらに従来
は、冷媒を一時溜めておく受液器を設けていたものを省
略でき、安価な製品とすることができる。

３）エアタンク内に熱交換器部を収納して圧縮空気除湿
装置を小形化できるとともに、空気圧縮機との一体化が
可能となり、製品全体としても小形化できる。

４）従来、エアタンクと冷凍式圧縮空気除湿装置の両方
に設けていたドレン排出用ドレントラップが１個とな
り、ドレン排出管や排出溝も２箇所から１箇所に減らす
ことができ、設置作業が容易になる。

５）従来は、空気圧縮機、エアタンク、冷凍式圧縮空気
除湿装置の３種類の機器、あるいはエアタンク内蔵式空
気圧縮機と冷凍式圧縮空気除湿装置の２種類の機器の据
付スペースが必要であったが、本実施例では１つの据付
スペースで設備できて省スペースとなるほか、設置配管
および作業の簡略化が可能となり経済的効果が大であ
る。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、エアタンク表面
に断熱材を巻く必要がなく、また、圧縮空気との熱交換
率を向上させて小形化を図りうる冷凍式圧縮空気除湿装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明の一実施例に係る冷凍式圧縮空気除湿
装置の系統図、第２図は、第１図の冷凍式圧縮空気除湿
装置を搭載した空気圧縮機の外観を示す略示構成図、第
３図は、本発明の圧縮空気除湿装置の構造を模式的に表
わした説明図、第４図は、従来技術の圧縮空気除湿装置
の構造を模式的に表わした説明図である。９……空気圧縮機、10……吐出配管、11……冷媒圧縮
機、12……凝縮器、14……キャピラリチューブ、15……
エアタンク、17……プレクーラ内管、18……プレクーラ
外管、19……エアクーラ内管、20……エアクーラ外管、
21……オートドレントラップ、22……空気出口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者草柳一郎東京都港区浜松町１丁目１番10号株式会社長尾製作所内 (72)発明者長尾源一東京都港区浜松町１丁目１番10号株式会社長尾製作所内 (56)参考文献実開昭56−53159（ＪＰ，Ｕ) 実開昭56−7526（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空気圧縮機から吐出された圧縮空気を第１
の熱交換器で予冷却したのち、冷媒圧縮機、凝縮器、減
圧手段、蒸発器からなる冷凍サイクルの蒸発器を第２の
熱交換器として作用させて、前記圧縮空気をさらに冷
却，除湿する冷凍式圧縮空気除湿装置において、前記空気圧縮機の吐出配管に接続するエアタンクを備
え、高温の圧縮空気を当該エアタンク内に導入しタンク
器壁から外気へ放熱しうるようにするとともに、このエアタンク内に、前記第１の熱交換器として、空気
圧縮機の吐出配管からの圧縮空気を流通せしめる外管
と、第２の熱交換器で冷却された圧縮空気を流通せしめ
る内管とを二重管構成にして設け、さらに前記エアタンク内に、前記第２の熱交換器とし
て、前記第１の熱交換器で予冷された圧縮空気を流通せ
しめる内管と、冷凍サイクルの冷媒を流通せしめる外管
とを二重管構成にして設け、前記第１の熱交換器の外管は、前記エアタンク内に導入
した高温の圧縮空気を当該外管に導く吸い上げ部を前記
エアタンク内に開口し、前記第１の熱交換器の外管が前記第２の熱交換器の内管
に直列的に接続し、前記第２の熱交換器の内管が前記第
１の熱交換器の内管に直列的に接続し、前記第一の熱交
換器の内管が前記エアタンクから需要側への圧縮空気供
給管に通じることを特徴とする冷凍式圧縮空気除湿装
置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のものにおい
て、前記第２の熱交換器の内管が前記第１の熱交換器の内管
に直列的に通じる配管にドレントラップを設けたことを
特徴とする冷凍式圧縮空気除湿装置。