JP2942932B2 - 空気の乾燥方法および装置 - Google Patents

空気の乾燥方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術的分野 本発明は、取入口を備えて配設されたハウジング内に
取り付けられ、また望ましくは連続的に回転するロータ
ーの補助により空気を乾燥させる方法に関する。ファン
によって圧縮された空気はローターの一部分を通過し、
そこで空気中に存在する湿気は前記ローター部分内に位
置する湿気吸収剤によって抽出される。熱い空気は、湿
気を吸収しながら前記ローターを再生させるためにロー
ターの他の部分を通じて導出され、該ハウジングから放
出される。ローター内で処理された空気はローター取出
口を通って外へ出る。
本発明はさらに、空気乾燥機または除湿機に関し、よ
り詳しくは、特許請求の範囲第７項のプレアンブル部分
に定義された種類の空気乾燥機に関するが、この種の空
気乾燥機のみに限定されるものではない。
先行技術 上記の通りに作動する種類の既知の空気乾燥機にあっ
ては、ローターは通常１時間に約25回転の速さで回転
し、供給されるエネルギーを効果的に利用しないため高
い運転コストを招く。このような空気乾燥機はまた、大
型で重く、従って高価である。
空気乾燥機はまた、構造的に見て比較的複雑であり、
その結果全体として高価で、たとえば修理および整備の
目的のために分解することが困難である。
現今の空気乾燥または除湿システムはまた、これらシ
ステムの寿命を十分長持ちさせることができないような
材料から組み立てられている。
現今の空気乾燥装置の効率が不十分であるのは、とり
わけ再生用器具装置がローターからかなり離れた場所に
位置するという事実による。従って、通常110℃から120
℃の温度を有する再生用空気は湿気を効果的に抽出する
ことができない。特に湿気を抽出することが最も困難な
ローターの低圧力側の場所に位置するローター部品の隅
や隙間で捕捉される湿気は十分抽出することができな
い。
この技術分野では、また、駆動手段、共通のモーター
によって運転される処理空気のための一枚のファンおよ
び再生空気のためのもう一枚のファンからなる二枚のフ
ァン、およびこれら二つの空気の流れを過するための
フィルターが配設された湿気吸収ローターを含む種類の
空気乾燥機または除湿器も知られている。
この既知の乾燥装置は、上下に配置された５つの部分
に分けられる。必需品である電気装置は、ローターの駆
動モーターと一緒に乾燥機の蓋またはカバー内に収めら
れている。二枚のファン、前記ファンに共通のモータ
ー、およびフィルターはそれぞれ第二および第三の部分
に収められる。下から二番目に低い部分は、処理空気お
よび再生空気を分配する機能を有する分配チャンバー
を、加熱電池とともに収容している。ローターそのもの
は底の部分に水平に、すなわち垂直な軸を有するように
収められている。乾燥機の最も低い部分でのローターの
再生に続いて、湿った空気および乾燥した空気が前記部
分から互いに異なる方向に通される。
この装置はまた、湿気を最も効果的に捕捉することが
できるローター部分、すなわち湿気を抽出することが最
も困難な部分がかなり高い温度レベルでも再生されない
という理由から効果的ではない。
この技術分野の現状を知るための例としてはGB−Ａ−
2165465（ミュンター・ロテア）およびSE−Ｂ−429301
（ミュンタース）がある。
本発明の目的 本発明の目的は既知の空気乾燥方法および装置の前述
の欠点をなくし、より効果的な方法で再生空気に伝達さ
れるエネルギーを回収し利用することによりその過程に
おける熱の産出度を高めることである。
発明の要旨 本発明の目的は、ローターの低圧側に配置され、ロー
ター内部に位置する湿気吸着手段または湿気吸収手段に
輻射熱を軸方向または放射状に伝える働きをする放熱装
置にごく近接した部分に再生空気を運ぶことを主な特徴
とする前述のような種類の方法によって実現することが
できる。
放熱装置をローターにごく近接した部分に取り付ける
ことにより、ローターを再生するために要する熱に高い
温度を与えることができ、しかもそれによって、とりわ
けローターの通路内での熱産出率を高める。すなわち熱
の損失をなくすことができる。
さらに、ローターを再生するために輻射熱を利用する
ことにより、ローターの通常最も再生することが困難な
部分を十分に加熱することができる。
本発明の望ましい一の実施態様に基づけば、ローター
内に蓄えられた熱は捕捉された空気量を予備加熱するた
めに使われ、加熱された空気は向きをそらされて再生空
気となる。すなわち、予備加熱された空気は、ローター
の所定の部分を占める再生用の一式の器具装置の中に入
る。この再生用器具装置は主として熱エネルギーを直接
ローター内部へ放射する働きをする。この純粋な放射熱
は、最高の産出率をあたえるのもであるが、捕捉され、
そらされ、予備加熱された空気の流れは、ケーシングを
通過する間にさらに加熱されるが、この空気の流れも、
前記ローターの高圧側付近に置かれ、したがって再生用
器具装置からの輻射熱が同程度には効果的に届かないロ
ーター部分からの湿気をも同様に移動させることが求め
られる。
これに加えて、高いエネルギー・レベルの輻射熱が吸
湿剤が吸収した湿気を除去するにあたってもっとも大き
な困難の存在するローターに伝えられ、その間、低いレ
ベルのエネルギーは前記水分の除去が比較的簡単な場所
で利用される。
したがって、本発明にもとづく方法によれば、利用可
能なエネルギーがより合理的に利用され、したがって、
空気乾燥工程の効率を増大させることができる。
実際には、ローターを通過する間に予備加熱された空
気が、ケーシングによって方向をそらされ、発熱装置に
よって、前記輻射熱とあいまって、ケーシングの近隣に
置かれたローター材料をのぞましくは250℃以上の温度
に加熱されることがのぞましい。
これにより、伝達される熱エネルギーが最適に利用さ
れることが確実となる。
また、ファンによって加圧されてローターを通過する
空気の15〜35％、のぞましくは約20％がケーシングによ
って捕捉され、再生用空気として利用されることがこの
ましい。
試験の結果、加圧された空気の約五分の一ないし六分
の一がローターを通じて再生用空気としてリサイクルさ
れたときに、本発明にもとづく方法によって最高の効率
がえられることが示された。この空気の量は通例よりも
少ないので、再生用空気はローターのあらゆる部分でよ
り高い温度を得ることになり、したがって同種の既知の
構造より効果的に水分を除去することができる。
従来の空気乾燥装置のローターは、通常、10〜12回転
／時（rph）の速度で回転する。本発明によれば、伝え
られたエネルギーをより効率的に回収することが可能と
なるので、従来最適のローター速度と考えられていたも
のより速い速度でローターを回転させることができ、し
たがって装置の効率をさらに向上させることができる
し、また装置の構造をより軽量でより安価なものとする
ことができる。
本発明にもとづく方法を実施するにあたっては、ロー
ター速度は、15〜30回転／時の範囲内にあることがのぞ
ましく、またローター速度が約25回転／時のときに最良
の結果が得られる。
実施にあたっては、また、ローターを通じてリサイク
ルされる再生用空気は、ローターの圧力側の最初に述べ
たケーシングに対向して配置される他のケーシングで捕
捉し、ハウジングから来る湿った再生用空気は、このケ
ーシングから例えば放出用導管を通って放出されること
がのぞましい。
すでに述べたように、本発明はまた、空気乾燥装置に
関する。この装置は、主として特許請求の範囲第７項に
記載の特徴的諸機能を特徴とする。
本発明にもとづいて構成される空気乾燥機は、連続す
る工程の中で空気の水分をダイナミックに除去し、内部
の湿度を一定に保つことを可能にする。
空気の乾燥には、例えば吸収剤あるいは吸着剤など各
種の乾燥剤を使用することができる。ここで用いるに適
した吸収剤としては、吸湿性の塩、たとえば塩化リチウ
ムを挙げることができる。乾燥剤は、水分を奪うにつれ
てその分子構造を変える。多量の水分が処理される場合
には、乾燥剤の中には液状に変化するものもある。この
ような性質の乾燥剤は、回転式除湿機あるいは乾燥機の
ローターの含浸に用いられる。
吸収姓乾燥剤は水分を奪っても物理的あるいは化学的
に変化しない材料を含んでいる。この種の材料に属する
一例として酸化アルミニウムが挙げられる。この物質は
高いpH値と高い相対湿度で用いられる。
モレキュラーシーブは、本発明の目的に使用するにあ
ったてきわめて有効な物質に属し、とくに空気中の水分
がきわめて低いときに効果的である。ただし、モレキュ
ラーシーブは高いエネルギー入力および高い再生温度を
必要とするので、その点で、本発明にもとづく方法に用
いて好適である。
シリカゲルは、それ自身の重量の約40％に相当する多
量の水分を吸収することができる結晶性物質である。異
なる使用分野に応じてさまざまな種類のシリカゲルを利
用することができる。
上の最後に挙げた吸着剤あるいはそれらに密接に関係
する薬剤、すなわちシリカゲルやモレキュラーシーブな
どが本発明の実施に当たって用いられる。ただし、本発
明では利用可能なあらゆる種類の乾燥剤を使用すること
ができることはもちろんである。
本発明の実施にあたっては、またさまざまな種類のロ
ーターを使用することができる。使用にあたって好適な
ローターは、例えばシリカゲルなどの水分吸収剤を収容
することのできる多数の通路を有するものである。な
お、シリカゲルは吸収床で構成される場合がある。
ローター内で除湿された空気の一部を捕捉し、その方
向をそらさせ、またローターとともに発熱装置を収容す
るケーシングは、のぞましくは、ローターから離れた方
向に向かう逆輻射を反射するために反射性の高い材料で
作られる。この点からみて、アルミニウムまたはその適
当な合金がケーシングの材料として好適である。
ただし、その他の材料も使用することができるし、ま
たケーシングに比較的安価な金属あるいはプラスチック
材料を使用し、それに反射性のコーティングを施したも
のを用いることもできる。
以下、好ましい実施例を図示した添付の図面を参照し
つつ、本発明を詳細に説明する。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明にもとづいて構成された空気乾燥機
あるいは除湿機の見取り図であり、ここでは、該空気乾
燥機の各種構成部分を示すことができるように、空気乾
燥機のハウジングは透明であると仮定する。
第２図は、第１図の空気乾燥機の垂直断面図である。
第３図は、ローターの一部の展開見取り図であり、ロ
ーターと協働し、またそれぞれローターの高圧側および
低圧側に配置されたケーシングも示されている。
第４図は、第２図の実施例に代わる実施例の断面図で
ある。
第５図は、シリカゲルの結晶を拡大した図式図であ
り、該結晶したがってローターを再生するときに生じる
事象を理論的に描いた図である。
のぞましい実施態様の説明 第１図および第２図を参照して、空気乾燥機１は、取
り入れ口３および取り出し口４を備えたハウジング２を
有する。
該ハウジング２には、仕切り壁５が取り付けられてい
る。該仕切り壁５は、その中に、ローター６を収容する
円形孔を有するが、ローターのジャーナルは図に示され
ていない。ローターは、ベルト８を介して空気モーター
７によって駆動され、またローターを仕切り５に対して
密封する適当なシール９を備えている。
ローター６は多数の通路6aを含んでおり、それらの中
に乾燥剤、例えばシリカゲルあるいはモレキュラーシー
ブなどが収容されていて、それによりローターを実質的
に無制限に再生できるようになっている。
取り入れ口３に隣接して、遠心ファン10が配設され、
湿った空気を取り入れ口３の中に引き込むように作動す
る。このファンは、仕切り壁５に隣接して配置されたハ
ウジング部分2aの中に過圧を生成するように機能する。
ファン10によって引き込まれ加圧された空気は、ロータ
ー６を通過し、その中で除湿され、予備加熱される。こ
の空気流の大部分は仕切り壁の反対側に配置されたチャ
ンバー2bに入り、取り入れ口４から出て、その後有用な
目的、例えば乾いた空気の貯蔵用あるいは他の目的に関
連した材料乾燥用に用いられる。
ローター６を通過する空気の一部、例えば入ってくる
空気流の五分の一程度は、アルミニウムその他同様な材
料で作られ、ローター６の低圧側にローターに隣接して
取り付けられたケーシング12によって捕捉される。ケー
シング12は、ローター軸に対応する部分を除いてほぼ扇
形状を示す。
ケーシング12は、分割壁12aによって二つのチャンバ
ー12b,12cに分割されている。ローターの高圧側、前記
ローターに密接してチャンバー12cに対応する他の同様
なチャンバー13が配設されており、ハウジング部分2aの
中でローターに対して密封されている。
既に述べたように、ローターを通って流れる空気の一
部は、該ケーシング部分12bによって捕捉される。この
捕捉された空気は、90°偏向し、壁12aの開口部を通っ
てチャンバー12cの中に入る。電気素子15の形をとる発
熱装置は、チャンバー12c内に取り付けられている。
該電気素子15は、ローター６に密接して取り付けら
れ、強い輻射熱をケーシング12の近くに置かれたロータ
ー部分に伝えるように意図されている。駆動装置７、８
は、ハウジング２内でローターを反時計回りに駆動する
ように意図されている。
ケーシング12によって偏向され、ローターを通ってリ
サイクルされた加熱された空気流による吸着物質の再生
に加えて、該収着剤は発熱電気素子15によって伝えられ
る輻射熱によっても再生される。
したがって、高温の熱エネルギーはローターの中に直
接輻射し、その中でケーシングに隣接するローター部分
は約250℃ことによると300℃以上に加熱される。
このため、水分が到達するのが最も困難であり、した
がって抽出するのが最も困難なローター６の部分は、主
としてこれらの電気素子15によって伝えられる輻射エネ
ルギーのために最も効果的に再生されることになる。
ローターの中を通過する間に予備加熱され、偏向さ
れ、またそこを通ってリサイクルされた空気流は、電気
素子15によって熱せられた後も再生の目的にとって必要
である。この空気流は、したがって、主としてローター
の高圧側近くに配置されたローター部分、すなわちケー
シング12に隣接して配置され電気そのため15からの輻射
熱が限られた効果しかもたないローター部分ほどには抽
出が困難でないローター部分を効果的に再生する。
第５図は、シリカゲルを図式的にきわめて拡大して示
した図であり、この種結晶の主要な構成を示し、また結
晶性乾燥剤から水が再生されるときに生じる事象を示し
ている。結晶は参照番号30で示される。
第５図に示されるように、結晶は多数の通路30aを有
し、この種結晶１グラムは約500m2の比表面を有する。
第５図は、また、この種通路の一つの中にある水の分子
Ｈ−Ｏ−Ｈを示している。矢印Ｐは、結晶を通る空気の
方向を示す。
第５図は、さらに、温度が高いほど再生中に結晶から
水を除去する駆動力が大きく、またしたがって乾燥工程
で水を除去することが容易となることを示している。
このメカニズムを理解すれば、本発明が有する利点を
理論的に説明することができる。
水分再生用空気はケーシング13の中に集められ、ホー
ス17を通じてハウジング２から放出される。
仕切り壁５の中には、ローター−ジャーナルを支える
ための支持構造が取り付けられており、この支持構造
は、就中、壁５の両側にそれぞれ一本ずつ垂直Ｕ字形棒
20を有し、またボルト21、ローター−ジャーナル（図示
せず）をのせたプレート22、および該プレート22を固定
するボルト23を有する。
ファン10によって生成される空気流は、湾曲したプレ
ート24によって偏向する。
図示した実施態様にあっては、ハウジング２は0.4x0.
4mx0.4の寸法を有し、ローターは25回転／時の速度で回
転するようにする。
この種の空気乾燥機にあっては、取り出し口４を通っ
て出る乾燥した空気の量は200m3／時程度であればよ
い。本実施例にあっては、この空気の量の約四分の一以
上はケーシング12によって補足され、ローター２を通じ
て再生用空気としてリサイクルされる。
実験の結果、ローター速度を10〜25回転／時より高く
した場合には、他のパラメーターをすべて同じとする
と、空気乾燥機の容量は約20％増大することが示され
た。しかし、ローター速度をそれ以上高くしても、容量
は逆に減少する。
したがって、ローター速度は15〜30回転／時の範囲
内、のぞましくは約25回転／時間でなければならない。
再生用空気の量を過度に減らすと、放射エネルギーの
効果を正しく利用できないために水分が効果的に運び去
られないので、結果として空気乾燥機の効率も低下す
る。しかし、本発明では、少量の空気を使用し、したが
って温度のレベルを高くすることができるので、結果と
して再生を効率的に行うことがきる。
実施試験の結果、上に挙げた容量の乾燥機、すなわち
毎時200m3の乾燥した空気を生成する乾燥機の場合に
は、最適の電力消費レベルは1.6〜1.7kW程度であること
が示された。この最適構成の乾燥機では、ローター速度
は25回転／時、また再生に使用される空気の量は40m3／
時である。
これらの値で作動する空気乾燥機は、単位エネルギー
入力当たり最大の再生効果を生じる。
上に示した値は、ローター深度100mmのときに適用さ
れる。ローター深度がこれ以上高くすれば、たとえば20
0mmのローター深度では乾燥機の容量は約10％増大する
が、一般的に、乾燥機の寸法が大きくなり、製造費がか
なり高くなってしまう。
実際には、毎時600m3までの乾燥した空気を送ること
のできる空気乾燥機にあっては、ローター深度は100mm
が適当なことが明らかにされている。このレベル以上の
乾燥した空気の量では、200mmのローター深度が適当で
ある。
上に挙げた値は、乾燥機に他のパラメーターを用いた
場合の変化を説明する目安としても役立つことを理解す
べきである。
第４図は、第１〜３図の実施例を変形した実施例を示
すが、この実施例では、ローター６を通って流れる当初
の流れはいっさい捕捉されず、またローターの低圧側で
は偏向されない。
第４図の実施例にあっては、その代わりに、再生用空
気は、直接、参照番号12′で示す変形されたケーシング
に接続された導管18を通って供給される。この再生用空
気流は、オプションとして、図示しない手段によって予
備加熱し、またケーシングを通過する間にさらに加熱し
てもよい。ケーシング内には電気素子15の形状をとる発
熱装置が取り付けられ、前に述べた実施例と同様に配列
されている。即ち、電気素子15は、ローター６に密接し
て取り付けられ、強い輻射熱を、軸方向、ケーシング1
2′に隣接して配置されたローター部分上に伝えるよう
に考案されている。
該発熱装置は、先の実施例に関連して説明した発熱装
置と同様の機能を有する。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】取り入れ口および取り出し口を備えたハウ
    ジング内に取り付けられたのぞましくは連続的に回転す
    るローターを用いて行う空気の乾燥方法であり、ファン
    によって加圧された空気がローターの第一の部分を通
    り、該空気中に存在する水分が前記ローター内に存在す
    る水分収着剤によって奪われ、また、加熱された空気が
    水分を奪いながらローターの第二の部分を再生させるた
    めに前記ローター部分を通って該ハウジングから放出さ
    れ、また、該ローター内で処理された空気は前記取り出
    し口を通って乾燥機から出る空気の乾燥方法において、
    該再生用空気を、ローターの低圧側で該ローターに密接
    して取り付けられまた輻射熱をローターの内部に配置さ
    れた水分収着手段に直接向けるように作動する発熱装置
    でさらに加熱して該ローター内に流れるようにすること
    を特徴とする空気の乾燥方法。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
    て、再生用空気をローターの低圧側に配置されて発熱装
    置を収納するケーシングへ送ることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載の方法で、加
    圧された空気の僅かな部分がローターの低圧側で捕捉さ
    れ、加熱された後前記第二のローター部分を通って再生
    用空気としてリサイクルされる方法において、前記再生
    用空気を発熱装置へ送る前に前記ケーシングによって捕
    捉し偏向させることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項に記載の方法におい
    て、前記ケーシングを用いて、生成された乾いた空気の
    量の15〜35％を捕捉し、前記捕捉された量を再生用空気
    として利用することを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
    れかに記載の方法において、再生用空気を、発射された
    輻射熱とともに働いて、前記ケーシングに隣接したロー
    ター材料を200℃以上にする温度まで加熱することを特
    徴とする方法。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第１項ないし第５項のいず
    れかに記載の方法において、ローターを15〜30回転／時
    の速度で回転させることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】空気乾燥機であって、 ａ）空気取り入れ口（３）および取り出し口（４）を備
    えたハウジング（２）、 ｂ）ハウジング内でジャーナル止めされまた水分収着剤
    例えばシリカゲル結晶をのせた通路（6a）ないしは床を
    備えたローター（６）、 ｃ）のぞましくは連続的にローター（６）を駆動するた
    めの手段、 ｄ）取り入れ口（３）に供給される空気を加圧して、該
    空気がローターの少なくとも一部分を通って流れ、水分
    抽出後、取り出し口（４）から出るようにするためのフ
    ァン、 ｅ）ローターの他の部分を通る再生用空気を加熱するた
    めの手段、 からなる空気乾燥機において、ローター（６）の低圧側
    で該ローターに密接して取り付けられまた輻射熱をロー
    ターの通路（6a）ないしは床上に収納された水分収着剤
    上軸方向に向けるように作動する発熱装置（15）を特徴
    とする空気乾燥機。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項に記載の空気乾燥機
    において、発熱装置がローターの低圧側に配置されたケ
    ーシング（12;12′）内に取り付けられることを特徴と
    する空気乾燥機。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第８項に記載の空気乾燥機
    であり、再生用空気として使用するためにローター
    （６）を通る空気の僅かな部分を捕捉してリサイクルす
    るための手段を有する空気乾燥機において、ケーシング
    （12）の一部が再生用空気の流れを捕捉して偏向させる
    ように機能すること、および発熱装置（15）が前記ケー
    シングの他の部分内に取り付けられていることを特徴と
    する空気乾燥機。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項に記載の空気乾燥
    機において、ケーシング（12）が、輻射熱を反射してロ
    ーターの中に返す材料、例えばアルミニウムからなるこ
    とを特徴とする空気乾燥機。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第９項または第10項に記
    載の空気乾燥機において、ケーシング（12）が、ロータ
    ーの軸に対応する部分を除いてほぼ扇形状を示し、ロー
    ター表面の約四分の一を覆うこと、および、他のケーシ
    ング（13）が、前記第一のケーシング（12）に対向して
    ローター（６）の高圧側に配置され、湿った再生用空気
    を捕捉して例えばホース（17）を通じてハウジング
    （２）から誘導するように機能することを特徴とする空
    気乾燥機。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第７項ないし第11項のい
    ずれかに記載の空気乾燥機において、ローター（６）が
    ハウジング内に取り付けられた仕切り壁（５）内の凹み
    に取り付けられており、前記仕切り壁（５）に対してロ
    ーターを密閉するための密封手段（９）を備えているこ
    と、および、ケーシング（12）が前記ローターに対して
    密閉されていることを特徴とする空気乾燥機。
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