JP3061611B2 - 未浄化加圧ガス流を清浄及び乾燥する二塔式ガス乾燥装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、従来の二塔式空気
乾燥装置に伴う多くの問題点を解決する新しい改良型の
二塔式空気清浄／乾燥装置に関する。特に、本発明は、
新しい改良型遠心分離器、新しい改良型制御弁、新しい
改良型シャトル弁機構、及び乾燥剤浄化サイクル中の乾
燥剤からの水分除去を高めるためにパージ管を各々有す
る乾燥剤収容室を含む多くの改良部材を含み、これら総
てが互いに組み合わさって、濾過済みの乾燥空気の含水
率を極めて低レベルまで下げるように大幅に改良された
新しい改良型の二塔式空気清浄／乾燥装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人であるウエスチングハウス・
エヤー・ブレーキ・コンパニーのＣ−１空気乾燥機は、
鉄道列車、輸送車両等に用いられ、必要に応じて空気ブ
レーキ装置及び空気弁を作動させるために、圧縮空気系
統に使用される圧縮空気から水分を除去するように構成
されていることが理解されるであろう。本願出願人の所
有する米国特許第５，４２３，１２９号は、乾燥剤を収
容している再生装置に圧縮空気を流すことにより、水分
を吸収し粒状物質を濾過することができる、圧縮空気を
清浄し乾燥させる装置を開示している。乾燥剤は、その
乾燥剤を通して少量の乾燥空気を逆流させ、この乾燥空
気が乾燥剤に回収された水分の少なくとも一部を吸収し
てから排出されることによって、再生される。

【０００３】次に、作用を説明すると、上記の従来型空
気乾燥装置（ここでは「単塔式」装置と称す）は、通常
の空気圧縮機から圧縮空気を受け取るが、この供給源に
は、一般的に容認できないほどの大量の水分及び他の粒
状物質が浮遊状態で含まれている。この未浄化の圧縮空
気は、一般的に多孔質乾燥剤を収容している多孔カート
リッジの形状をした乾燥剤内を上方に流れる。圧縮空気
が乾燥剤内を上方に流れる時、乾燥剤は水分を吸収し、
様々な粒状物質（例えば埃、ゴミ等）を捕らえるので、
乾燥剤は、単塔式空気乾燥装置において重要な役割を果
たしている。水分及び粒状物質が空気流から取り出され
た後、清浄な乾燥圧縮空気は、乾燥剤から塔の上部付近
に配置された浄化チェック弁を通って流れ続ける。この
清浄圧縮空気は、次に側部室を通り、その一部が最終的
に浄化部に達する。

【０００４】空気圧縮機が運転を停止した時、空気乾燥
装置は、浄化モードで作動する。浄化モードでは、浄化
部内に収容されている清浄圧縮空気が浄化チェック弁内
のチョークをゆっくり逆方向に流れてから、乾燥剤内を
逆流する。乾燥空気のこの低速流は、乾燥剤内に先に回
収されていた水分の一部分を再吸収する。乾燥空気のこ
の通過流内に蒸発した後、蒸発水分は、最終的に水受け
部から大気へ排出される。乾燥空気が空気乾燥装置内を
逆流して徐々に浄化することによって、乾燥剤を乾燥さ
せて若返らせる、すなわち再生することができる。空気
圧縮機が運転を再開すると、単塔式空気乾燥装置は、乾
燥モードでの作動を再開し、乾燥剤が再びそれを通る未
浄化圧縮空気流から水分を除去する。

【０００５】最近では、１対の乾燥剤収容室または塔を
設けて、各々を乾燥モード及びリサイクルモードで交互
に作動させる二塔式装置が提案され、開発されている。
従って、いずれの作動時点でも、一方の塔が空気乾燥サ
イクルで作動しているのに対して、他方がリサイクルモ
ード、すなわち浄化サイクルで作動している。これらの
流れ方向を逆転させるように流れを自動的に切り換える
ために、１対の制御弁を設けることによって、所定時間
後にサイクルが逆転して、各塔が交互に乾燥モードで作
動して水分を乾燥剤に回収する間、他方の塔がリサイク
ルモードで乾燥剤から回収水分を除去することによっ
て、実質的に連続作動が達成される。この独特の装置
は、当然ながら水分除去能力が高いと共に、蓄積した水
分を乾燥剤から除去するために未浄化空気源の運転を停
止させる必要が回避され、それによって、圧縮機を止め
ている間に空気圧系統への清浄な乾燥圧縮空気の定常供
給を一時的に停止する必要がなくなる。

【０００６】上記利点に加えて、２つの乾燥アセンブリ
を乾燥及び浄化モード間で交互に切り換えることによっ
て、二塔式空気乾燥装置は、従来の単塔式空気乾燥装置
よりも効果的に空気流を乾燥させることができる。空気
乾燥装置に１つではなく２つの乾燥塔を用いて、一方が
水分を吸収している間、他方がその水分を除去してい
る。２つの乾燥アセンブリを乾燥及び浄化モード間で交
互に切り換えることによって、二塔式空気乾燥装置から
継続的に水分を除去することができる。このため、さら
に十分に除湿された空気が空気圧系統へ供給される。乾
燥剤の量、密度及び全体表面積も、様々な要求に合わせ
て選択することができる。

【０００７】二塔式空気乾燥装置は、様々な空気圧系統
に適用することができる。二塔式空気乾燥装置を適用で
きる空気圧系統の一般的な例として、旅客及び貨物鉄道
列車、地下鉄及び様々な他の鉄道関連輸送システムの空
気圧ブレーキ系統が含まれる。さらなる例として、様々
なトラック輸送車両の空気圧ブレーキ系統がある。二塔
式空気乾燥装置を適用できる他の形式の空気圧系統は、
輸送分野以外にも見つけることができるであろう。

【０００８】単塔式空気乾燥装置の他の問題点として、
それは浄化モード中に、一定の限定量の水分しか除去で
きないということである。乾燥するために空気乾燥装置
に流入する未浄化空気の量が、乾燥剤の浄化に使用され
る浄化空気の量より遙かに多いため、単塔式空気乾燥装
置の作動中において、乾燥剤は、決して十分に乾燥され
ない。実際に、乾燥剤が十分に乾燥するのは、空気乾燥
装置がそれを達成することができる十分に長い時間に亙
って空気乾燥装置を停止させた後だけである。従来の二
塔式空気乾燥装置は、除水能力を大幅に向上させている
が、完全に問題がない作動が望めるほどの向上ではな
い。

【０００９】

【発明の概要】本発明は、圧縮空気、または空気以外の
圧縮ガスから水または水分を除去する新しい大幅に改良
された二塔式空気乾燥装置の着想及び開発に基づいてい
る。この新しい発明装置は、新しい改良型遠心分離器、
新しい改良型制御弁、新しい改良型シャトル弁機構、及
び乾燥剤浄化サイクル中の乾燥剤からの水分除去を高め
るためにパージ管を各々有する乾燥剤収容室を含む多く
の改良部材を備えており、これら総てが互いに組み合わ
さって、圧縮空気の温度が急激に低下した時でも、空気
からの水分の凝結が発生し得ないほどの極めて低レベル
まで清浄な乾燥空気の含水率を下げることができるよう
装置を大幅に改良したものである。

【００１０】要約すると、新しい装置は、未浄化空気流
から水分及び他の粒子を、最初に遠心分離する遠心分離
器を含み、遠心分離器は、内部に水平に配置され遠心分
離室を上小室と下小室とに実質的に分割するが、遠心分
離によって集められた液体が遠心分離室の内壁に沿って
流れ落ちるのを阻止するほど十分には分割しないバッフ
ルと、遠心分離された液体を遠心分離室の底部で集める
液体溜と、遠心分離された液体を液体溜から定期的に排
水するドレーンとを有している。

【００１１】さらに、各々が乾燥剤を収容している１対
の乾燥剤収容室が設けられており、乾燥剤収容室は、さ
らに、乾燥剤内においてその上表面から下方へ乾燥剤の
長さの約２／３だけ離れた位置まで垂直に延在している
パージ管を含む。フラッパ弁は、乾燥剤及びパージ管の
上方に配置されており、空気が乾燥剤収容室内を上方に
流れている時、閉弁してパージ管を通る空気の流れを制
限すると共に、空気が乾燥剤収容室内を下方に流れてい
る時、開弁してパージ管を通る空気の流れを促進するこ
とができる。装置は、さらに、乾燥剤収容室に連結さ
れ、開放状態または閉鎖状態のいずれかになることがで
きる１対の制御弁を含み、開放状態の時、制御弁は、未
浄化空気流を遠心分離器から一方の乾燥剤収容室へ送
り、閉鎖状態の時、該乾燥剤収容室を大気に開放する。
さらに、制御弁を交互に周期的に開閉するタイマー制御
装置を備えており、第１の制御弁が開放状態にある時、
第２の制御弁は閉鎖状態にあり、第１の乾燥剤収容室
は、空気濾過／乾燥モードで機能して、未浄化空気を第
１の乾燥剤収容室内の乾燥剤に流すことができ、逆の場
合も同じである。第１の制御弁が開放状態にある時、第
１の乾燥剤収容室から出た濾過済み乾燥空気の出力分を
保管室へ流し、それと交互して、第２の制御弁が開放状
態にある時、第２の乾燥剤収容室から出た濾過済み乾燥
空気の出力分を保管室へ流すことができるシャトル弁も
設けられており、シャトル弁は、さらに、第１の制御弁
が開放状態にある時、濾過済み乾燥空気の浄化分を第２
の乾燥剤収容室へ流し、それと交互して、第２の制御弁
が開放状態にある時、濾過済み乾燥空気の浄化分を第１
の乾燥剤収容室へ流すことができるバイパス手段を備え
ている。

【００１２】従って、本発明の主たる目的は、圧縮空気
の温度が急激に低下した時でも、空気からの水分の凝結
が発生し得ないほどの極めて低レベルまで含水率を下げ
ることができる、従来の二塔式空気清浄／乾燥装置より
も優れた新しい改良型二塔式空気清浄／乾燥装置を提供
することである。

【００１３】本発明の別の目的は、圧縮空気が乾燥剤収
容室（塔）へ導入される前に、圧縮空気からかなりの水
分を除去することができる新しい改良型遠心分離器を含
むことによって、圧縮空気からさらに完全な水分除去を
行うことができるようにした新しい改良型二塔式空気清
浄／乾燥装置を提供することである。

【００１４】本発明のさらなる目的は、総てのシールを
軸方向において空気圧作動式または電動ピストンの周囲
に配置し、密封性を向上させると共に部品の摩耗を最小
限に抑えることができ、また、対応部品への取付及び取
り外しが容易であると共に、開いた弁ポートのいずれに
も最適な流れを与え、内部ダイアフラムに背圧をまった
く加えないため、同様な従来の弁と比べて内部ダイアフ
ラムの寿命が長くなるようにした新しい改良型弁を含む
新しい改良型二塔式空気清浄／乾燥装置を提供すること
である。

【００１５】本発明のさらに別の目的は、含水率が最も
高い乾燥剤の場所に再循環乾燥空気を流入させるパージ
管が各乾燥剤収容塔内に設けられており、このパージ管
に、空気が空気乾燥サイクルで流れている時、閉弁して
パージ管を通る空気の流れを制限すると共に、空気が乾
燥剤浄化サイクルで流れている時、開弁してパージ管を
通る空気の流れを促進することができる一方弁手段を設
けている新しい改良型二塔式空気清浄／乾燥装置を提供
することである。

【００１６】本発明のさらなる目的は、設置及び取り外
しをさらに容易にするために、比較的大型にした低速で
短いストロークの往復動シャトル弁であって、可動部材
が中央に配置され、主窪み部が弁体の幾何学的中心付近
に収束することによって、一方側から他方側へ移動する
時に往復動シャトル弁を中央に配置することができるた
め、シャトル弁が作動している時に装置の性能が低下し
ないようにした新しい構造のシャトル弁機構を含む新し
い改良型二塔式空気清浄／乾燥装置を提供することであ
る。

【００１７】本発明の二塔式空気清浄／乾燥装置の上記
目的及び利点に加えて、特に説明を添付の図面及び請求
項と組み合わせて考えた時、本発明の以下の詳細な説明
から本発明の他の様々な目的及び利点が当業者により容
易に理解されるであろう。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明を詳細に説明する前に、明
確にして理解しやすくするために、添付図面の各々にお
いて同一機能を有する同一部材には、各図面を通して同
一の参照番号を付していることを記しておく。

【００１９】図１及び図２は、新しい改良型二塔式圧縮
空気濾過／乾燥装置の現時点で好適な実施例を示してい
る。開示の装置は、他の気体から他の液体を分離するた
めに使用できるが、以下の説明では、特に鉄道列車用の
二塔式空気浄化装置に使用される圧縮空気からの水の分
離について説明する。従来の二塔式空気浄化装置と同様
に、本発明の装置は、空気コンプレッサ等の圧縮空気源
から受け取った未浄化の加圧空気流を浄化して乾燥させ
ることによって、清浄な圧縮空気を空気圧系統へ供給す
ることができるように構成されている。通常の空気コン
プレッサからの未浄化圧縮空気は、一般的に、水または
様々なオイル等他の液体の形状をした水分、並びに、様
々な物質の蒸気を含む。簡略化するため、ここでは蒸気
及び水分を合わせて「水分」と呼ぶ。未浄化空気はま
た、一般的に、ゴミ、埃、花粉及び様々な他の汚染物質
も含んでいるであろう。

【００２０】特に図３を参照すると、新しい改良型二塔
式空気濾過／乾燥装置は、軸線が垂直向きのほぼ円形の
内壁を備えた円筒室１４を有する遠心分離器１２を取り
付けたシステムのハウジング構造物１０を含む。円筒室
１４の底部には、圧縮空気から分離された後の分離水を
回収する液体溜１８の床を実質的に形成している傾斜床
１６と、回収水を液体溜１８から制御可能に排水するド
レーン弁付きの排出口２０が設けられている。ドレーン
弁は、定期的に、また圧縮空気供給源が圧縮空気流の供
給を中断した時はいつも、作動するようになっている。
また、低温での作動中に、液体溜内に集められた流体及
び他の粒子の凍結を防止することにより、ドレーン弁の
詰まりを防止するために、ドレーン弁用のヒータ部材が
配設されている。なお、ドレーン弁の作動に伴う騒音を
低減させるために、ドレーン排出サイレンサも配設され
ている。

【００２１】さらに図３に示されているように、湿った
圧縮空気を円筒室１４に流入させるための入口２４を接
線方向に備えた入口分配器２２が配設されており、流入
した湿った空気を円筒室１４内でサイクロン状に高速回
転させることによって、水を遠心力により円筒室１４の
円筒形内壁上に凝結させて集めることができ、水の濃度
が高くなった時、水が重力によって該内壁に沿って流れ
落ちるて、最終的に液体溜１８内の液だまりとして集め
られる。他方、水よりも質量が小さい圧縮空気は、サイ
クロン運動を継続することによって、最終的に比較的乾
燥した状態で、円筒室１４の軸方向中心に集中する。湿
った圧縮空気内の大部分の水が除去された後、圧縮空気
を円筒室１４から流出できるようにする空気孔２８が、
ハウジング構造物１０の下端部に軸方向に貫設されてい
る。

【００２２】仕切板または分離ディスク３０が円筒室１
４内に水平に配置されており、ほぼ円形の縁部が円筒室
１４の内壁から、円筒室１４を上小室１４ａと下小室１
４ｂとにほぼ分割するが、遠心分離で円筒室１４の内壁
に集められた水が流れ落ちるのを阻止するほどの大きさ
ではない間隔を置いて配置されているため、水は、仕切
板３０の周囲において、仕切板の縁部と円筒室１４の円
形表面との間に設けられた隙間３２を通って、上小室１
４ａの内壁に沿って下小室１４ｂ内へ流れ落ちることが
できる。

【００２３】空気孔２８は、ほぼ逆漏斗形の空気スクー
プ４０を備えているのが好ましく、空気スクープの底部
の大きい特大開口４２に脱水空気が円筒室１４ａの軸方
向中心から流入して、空気孔２８へ進むことができる。
粒状物質を濾過するため、スクリーン等のフィルタ部材
４４が特大開口４２の下側に取り付けられている。特大
開口４２及びフィルタ部材４４が大型であることによっ
て、脱水空気を十分に流出させることができなくなるほ
どに、粒状物質がフィルタ部材４４に詰まる危険性を最
少限に抑えることができる。

【００２４】１対の乾燥剤収容室５０が横に並んだ状態
でハウジング構造物１０内に設けられており、一対の乾
燥剤収容室は、円筒形で、ほぼ同一であるのが好まし
い。各乾燥剤収容室５０には、その底部付近の円形突出
フランジ５４に載ったスクリーン等の円形の多孔支持部
材５２が設けられており、それによって多孔支持部材５
２の下側において、乾燥剤収容室の下部分に入口室５６
が形成されている。各入口室５６の底部の入口ポート５
８は、制御弁８０に連結されており、この制御弁によっ
て、遠心分離器１２から送られた圧縮空気を一方の入口
ポート５８を介して乾燥剤収容室５０の底部へ、さらに
そこに連通した入口室５６へ流入させることができる。
遠心分離器１２から出た圧縮空気は、２つの制御弁８０
を通過して流れるが、各々一方の制御弁は、開いて圧縮
空気を対応の乾燥剤収容室５０へ流入させることができ
るのに対して、他方の制御弁は閉じており、他方の乾燥
剤収容室５０は、乾燥剤浄化サイクルになる。制御弁８
０は、好ましくは、空気乾燥サイクルでは一方向へ開い
て遠心分離器１２からの湿った空気を対応の乾燥剤収容
室５０へ流して、その乾燥剤収容室を作動させることが
でき、乾燥剤浄化サイクルでの作動中には、反対方向へ
閉じて対応の乾燥剤収容室５０からの浄化空気を排気す
ることができる、軸方向シールを備えた空気またはソレ
ノイド作動式シリンダである。

【００２５】好ましくは、乾燥剤収容室５０用の乾燥剤
は、カートリッジまたは袋に入れられて、多孔支持部材
５２の上部に支持されている。各乾燥剤収容室５０の上
部には、乾燥剤収容カートリッジの上表面の上方に出口
室６０が設けられている。出口室６０の一部は、２つの
乾燥剤収容室５０の上方に取り付けられたカバー部材６
２の下表面で形成されており、カバー部材６２は、さら
に、乾燥剤収容室５０（空気乾燥サイクルで作動中のも
の）から出た乾燥圧縮空気をさらに利用する装置へ送る
ことができるシャトル弁機構６４を含む。同時に、シャ
トル弁機構６４は、少量の乾燥圧縮空気を他方の乾燥剤
収容室５０の上部へ出口室６０を介して送り込むことが
でき、この限定量の乾燥圧縮空気は、該他方の乾燥剤収
容室５０及びその内部の乾燥剤内を下方へ移動して、該
他方の乾燥剤収容室５０内で乾燥剤浄化サイクルを実施
することができる。従って、遠心分離器１２から出た空
気は、一方の乾燥剤収容乾燥剤収容室５０内で空気清浄
／乾燥サイクルを実施できるように開いている方の制御
弁８０を介して、該一方の乾燥剤収容室５０内を上方へ
流れる。同時に、シャトル弁機構６４は、該一方の乾燥
剤収容室５０から出た乾燥空気の一部を他方の乾燥剤収
容室５０の上部へ送り乾燥剤浄化サイクルを実施できる
ようにすることにより、乾燥空気は、他方の乾燥剤収容
室５０内を下方へ流れ、内部の乾燥剤から水分を除去す
ることができる。２つの制御弁８０の他方の制御弁は、
再吸収水分を含む再循環空気を大気へ排出することがで
きる。２つのサイクルを周期的間隔で逆転させるよう
に、２つの制御弁８０を周期的に変化させるためにタイ
マー９０が設けられている。そのような逆転時間は、特
に重要ではないが、３０秒の間隔が理想的であると考え
られるため、各乾燥剤収容室は、３０秒間で水分を除去
した後、次の３０秒間で乾燥剤浄化作動を行う。

【００２６】各乾燥剤収容カートリッジは、２つの乾燥
剤収容室５０内に挿入され、各々、多孔支持部材５２の
上に載置され、必要に応じて乾燥剤収容カートリッジの
上方で乾燥剤収容室５０内に出口室６０を形成する。従
って、各乾燥剤収容室５０は、空気乾燥サイクルで機能
することができるので、乾燥すべき空気は、入口室５６
へ流入し、乾燥剤を通って上方へ流れて、出口室６０か
ら出る。

【００２７】パージ管６６は、各乾燥剤収容室５０内の
乾燥剤内に、乾燥剤を通る空気の流れ方向に整合するよ
うに配置されており、パージ管６６の上部が乾燥剤の上
表面と同じ高さであり、従って出口室６０に開いてい
る。パージ管６６の下端部は、乾燥剤の上表面から下方
へ乾燥剤の長さの約２／３だけ離れた位置にあり、乾燥
剤の底部は、多孔支持部材５２から上方へ離れている。
従って、パージ管６６は、好ましくは、乾燥剤の上２／
３部分に亙って垂直に延在しており、その上端部が出口
室６０に開き、その下端部は、乾燥剤の残りの１／３の
長さ分だけ底部または多孔支持部材５２から上方に離れ
た位置で乾燥剤内に開いている。

【００２８】乾燥剤収容室５０と同じ直径を有する円形
のディスク形フラッパ弁６８が、各乾燥剤収容カートリ
ッジまたは袋の上表面に載置されている。好ましくはゴ
ムシート製のフラッパ弁６８は、乾燥剤収容カートリッ
ジまたは袋の環状の多孔性の上表面に重なり且つ覆うと
共に、パージ管６６内に通じる上開口を覆うことができ
る。フラッパ弁６８は、さらに、円形の軸線位置で交差
する複数の直径方向スロットまたは切れ目を備えてお
り、フラッパ弁６８の複数の扇形部分の先端が軸線位置
で互いに向き合い、扇形部分の外端部がフラッパ弁６８
の円形外周部で互いに結合している。従って、扇形部分
は、フラッパ弁６８の軸線位置で内向きまたは外向きに
撓むことができる一方、フラッパ弁６８の外周位置にお
ける扇形部分の基端部は撓まない。フラッパ弁６８の上
部には、円形のスクリーン部材６９が配置されており、
さらにそのスクリーン部材の上に、円形の波形ばね６９
ａが配置されている。

【００２９】シャトル弁機構６４は、第１に、それに意
図された用途のために、乾燥剤収容室５０（すなわち空
気濾過／乾燥サイクルで作動中の乾燥剤収容室５０）か
ら出た濾過済み乾燥圧縮空気の出力分を空気圧系統へ送
ることを目的とし、第２に、その濾過済み乾燥空気の浄
化分を二塔式空気乾燥装置（すなわち乾燥剤浄化サイク
ルで作動中の乾燥剤収容室５０）に戻すことを目的とし
ている。濾過済み乾燥空気の浄化分は、その乾燥剤収容
室内の乾燥剤から、この乾燥剤が先に回収していた水分
を浄化するために使用される。図示のように、カバー部
材６２の下側では、１対の横に並んだ円錐形の窪み部が
下表面に機械加工されており、これらの窪み部の各々
は、それらの下側の各々の乾燥剤収容室５０の上方に出
口室６０を形成できる大きさである。カバー部材６２の
ほぼ中心に、矩形室７０が水平方向に配置されており、
カバー部材６２内の第１通路７２が第１の出口室６０を
形成している第１の円錐形窪み部の頂部を矩形室７０の
第１端部と連通させており、カバー部材６２内の第２通
路７４が第２の出口室６０を形成している第２の円錐形
窪み部の頂部を矩形室７０の第２端部と連通させてい
る。従って、乾燥剤収容室５０の各々は、第１及び第２
通路７２及び７４の一方を介して、矩形室７０と連通し
ている。カバー部材６２の内部には、矩形室７０の第１
及び第２端部の中間点から、すなわち２つの通路７２及
び７４の中間から外向きに延出する出口ポート７６も設
けられている。出口ポート７６は、意図された用途のた
めに清浄／乾燥装置から圧縮空気系統へ送り出される濾
過済み乾燥圧縮空気用の主出口である。

【００３０】好ましくは立方体の形状の往復動弁部材７
８が、好ましくはやはり対応の正方形断面を有する矩形
室７０内を往復移動するように配置されており、矩形室
７０の一端部から他端部へ移動することができる。従っ
て、往復動弁部材７８は、この往復動弁部材７８が矩形
室７０の第２端部に配置されている時、第１通路７２
（および第１の乾燥剤収容室５０）を出口ポート７６に
開くことができ、反対に、往復動弁部材７８が矩形室７
０の他端部、すなわち第１端部に配置されている時、第
２通路７４（および第２の乾燥剤収容室５０）を出口ポ
ート７６に開くことができる。当然ながら、どちらの乾
燥剤収容室５０が空気乾燥サイクルで作動中であって
も、その乾燥剤収容室から流出した空気の圧力及び流れ
に応じて、往復動弁部材７８は、矩形室７０内を前後に
往復移動することができる。従って、左側の第１の乾燥
剤収容室５０が空気濾過／乾燥サイクルで機能している
時、その乾燥剤収容室を流れる空気流が往復動弁部材７
８を右側へ押し付けて、第１通路７２を出口ポート７６
に開き、それによって意図された用途のために濾過済み
の乾燥空気を空気圧系統へ送ることができる。右側の第
２の乾燥剤収容室５０が空気濾過／乾燥サイクルで作動
すると、その乾燥剤収容室を流れる空気流の変化によっ
て往復動弁部材７８が左側へ押し付けられて、第１通路
７２が閉鎖され、代わりに第２通路７４が出口ポート７
６に開く。

【００３１】バイパスポート（図示せず）が、往復動弁
部材７８の本体に貫設されており、このバイパスポート
は、限定量の圧縮空気が空気濾過及び乾燥サイクルで機
能していない乾燥剤収容室５０へ流れ込む、すなわち第
１通路７２が出口ポート７６に開いている時に、第１通
路７２から第２通路７４に流れ込むことができるように
すると共に、逆の状況でも機能する、すなわち、第２通
路７４が出口ポート７６に開いている時に、限定量の圧
縮空気が第２通路７４から第１通路７２へ流れ込むこと
ができるようにする。従って、往復動弁部材７８は、矩
形室７０内を前後に往復移動して、第１通路７２または
第２通路７４のいずれか一方の通路を出口ポート７６に
開くことによって、意図された用途のために濾過済みの
乾燥圧縮空気の出力分を空気圧系統へ送ると同時に、濾
過済みの乾燥空気の浄化分をバイパスポート（図示せ
ず）を介して往復動弁部材７８を迂回して２つの内の他
方の乾燥剤収容室５０へ送り込み、その他方の乾燥剤収
容室５０内で浄化サイクルを実施できるようにする。

【００３２】作用を説明すると、一般的な圧縮機（図示
せず）からの、好ましくは周囲温度の−１２．２°Ｃ
（１０゜Ｆ）以内に冷却された圧縮空気が遠心分離器１
２に、９０度間隔で半径に直交する方向に設けられた入
口２４から流入するため、圧縮空気は、上小室１４ａに
接線方向に入って円筒室１４内に圧縮空気のサイクロン
状の回転運動を発生する。既知のように、サイクロン運
動から生じる遠心力によって、重い分子、すなわち水分
子は、回転中の空気の外周へ押しやられ、一方、軽い脱
水空気は、回転軸線の方へ内向きに押しやられる。水分
子に作用する遠心力によって、水分子は、円筒室１４の
円形壁で凝結して、重力によって水は壁の内表面に沿っ
て流れ落ち、最終的に液体溜１８内の液だまりに集めら
れる。隙間３２のため、仕切板３０は、水が液体溜１８
内へ下向きに移動して流れ落ちることを阻止しない。同
時に、回転軸線、すなわち円筒室１４の軸線に集中した
脱水空気は、空気スクープ４０を通って空気孔２８から
遠心分離器の外へ押し進められる。従って、空気孔２８
から出る脱水空気の量及び速度は、入口２４から遠心分
離器に流入する圧縮空気の量及び速度に等しいであろ
う。

【００３３】周期的間隔で、液体溜１８内の液位が所定
の貯水高さに達した時、分離水は、排出口２０を適当に
開くことによって排出口２０を介して液体溜１８から排
水される。通常は、そのようなドレーン弁が開いている
時、円筒室１８内の圧縮空気は、液体溜１８内の水を排
出口２０から容易に押し出すだけでなく、円筒室１４内
に大きな圧力差が生じるため、相当な空気乱流が円筒室
１４内に発生する。実際に、そのような乱流は、通常は
非常に大きいため、液体溜１８内の水は、円筒室１４の
壁に沿って流れ落ちる水と共に、攪拌されるため、それ
の表面張力が相当に破壊されることによって、かなりの
量の水が、それを取り除いた脱水空気に再溶解する。従
って、排出口２０の開放によって生じる乱流作用は、遠
心分離によって得ようとする脱水作用を大きく低下させ
易い。しかし、仕切板３０が存在することによって、サ
イクロン状の空気移動、並びに開放した排出口２０から
生じる乱流空気移動は、上小室１４ａにほぼ集中し易く
なるため、下小室１４ｂ内の乱流空気移動は、極めて小
さいものとなり、回収された水の多くを脱水空気に再溶
解させるほどに大きくない。

【００３４】遠心分離器１２から出た圧縮空気は、まだ
比較的湿っており、２つの制御弁８０へ送られるが、そ
の内の一方の制御弁だけが開いているため、湿った圧縮
空気は、一方の入口ポート５８を通り、そこから対応の
入口室５６へ流入し、そこから対応の乾燥剤収容室５０
内の乾燥剤内を上方へ進むことができ、もちろん、乾燥
剤は、圧縮空気から水分を除去するように機能する。上
方へ流れる力のため、フラッパ弁６８は、圧縮空気の流
れを偏向させようとするが、スクリーン部材６９が途中
にあって、フラッパ弁６８の扇形部分の大きな撓みを阻
止するので、圧縮空気の流れを偏向させることができな
い。従って、フラッパ弁６８の形状は、ほぼ平坦な状態
のままであり、それによってパージ管６６を通って上昇
する圧縮空気の流れを制限するため、大部分の圧縮空気
は、乾燥剤収容室５０内の乾燥剤を通ることになるの
で、乾燥剤は、意図された通りに機能して、その乾燥剤
から水分を除去することができる。当然ながら、圧縮空
気の上昇流の圧力がフラッパ弁６８を持ち上げて、少な
くともそのフラッパ弁を通過できる程度まで変形させる
ため、圧縮空気の上昇流は、出口室６０へ容易に流れ込
むことができる。フラッパ弁６８には、パージ管６６を
通って上昇する圧縮空気の流れを阻止する機能がない
が、スクリーン部材によって比較的平坦な状態に維持さ
れていることによって、そうでなければ当然であるパー
ジ管６６を通るそのような上昇流が制限されるため、実
質的に大部分の圧縮空気は、乾燥剤を通って上方へ流れ
ることができる。波形ばね６９ａは、フラッパ弁６８を
乾燥剤収容カートリッジの上表面に押し付けた状態に維
持し、フラッパ弁６８の平坦な形状の維持を助けること
ができる。

【００３５】しかし、いずれかの乾燥剤収容室５０が乾
燥剤浄化サイクルで機能している時、その乾燥剤収容室
を通る圧縮空気の流れは、逆方向であるため、清浄され
た乾燥空気は、出口室６０（この時には入口室になる）
に流入する。出口室から、乾燥空気は、乾燥剤内を下向
きに押し進められ、乾燥剤から水分を除去する。この指
向性の流れによって、出口室６０内の圧力が上昇するた
め、フラッパ弁６８は、乾燥剤収容カートリッジの上表
面において下向きに押し付けられ、これによってその乾
燥空気の多くが多孔性の上表面を通って直接的に乾燥剤
に流入することができない。しかし、出口室６０内の圧
縮乾燥空気の下向きの流れは、フラッパ弁６８の扇形部
分をパージ管６６の開放上端部内へ撓ませるため、圧縮
乾燥空気の大部分は、多孔性上表面を通って乾燥剤収容
カートリッジに流入する代わりに、パージ管６６に流入
し、そのパージ管内部を下方へ移動する。従って、この
圧縮乾燥空気は、乾燥剤の含水率が高濃度であるパージ
管６６の下端部から出る時を除いて、直接的に乾燥剤内
へ流入することはない。明らかなように、圧縮乾燥空気
は、スロットや外周縁部の周囲を通ってフラッパ弁６８
を迂回することができるので、フラッパ弁６８は、圧縮
乾燥空気の逆流に対する気密シールを備えていない。し
かしながら、フラッパ弁６８は、逆流する乾燥空気のほ
ぼ大部分が乾燥剤の上部分を通るのではなく、パージ管
６６内を下向きに流れることができるようにすることに
よって、含水率が高濃度である乾燥剤の上表面から下方
へ約２／３離れた位置での乾燥剤からの水分の除去を促
進及び開始することができる。他方、空気乾燥サイクル
中、湿った圧縮空気が、望ましくは乾燥剤内を上方へ移
動して乾燥剤が湿った圧縮空気から水分を抜き取る間、
フラッパ弁６８は、やはり気密シールを形成しないで、
そのフラッパ弁の比較的平坦な形状を維持することによ
って、パージ管６６を通る圧縮空気の上方への流れを制
限するため、その圧縮空気の少なくとも大部分は、乾燥
剤を通って上方へ移動する。

【００３６】第１の乾燥剤収容室５０（左側の乾燥剤収
容室であると仮定する）内を上方へ流れる圧縮空気は、
もちろんその第１（左側）の乾燥剤収容室５０の上方の
出口室６０に入り、さらにカバー部材６２内の第１通路
７２に流入することによって、往復動弁部材７８がその
第１通路７２から離れる方向へ往動して第２通路７４を
閉鎖し、濾過済みの乾燥圧縮空気の大部分は、出口ポー
ト７６を通って、そこから意図された用途のために空気
圧系統へ送られる。しかし、濾過済みの乾燥圧縮空気の
少量の浄化分は、往復動弁部材７８を迂回してバイパス
ポート（図示せず）を通り、第２通路７４に流入し、他
方（すなわち、右側）の乾燥剤収容室５６内を下方へ運
ばれる。前述したように、乾燥圧縮空気のこの浄化分
は、その乾燥剤収容室５０（すなわち、右側の乾燥剤収
容室５０）内の乾燥剤に含まれる水分を除去し、底部か
ら出る時、その乾燥剤収容室５６用の制御弁８０が浄化
空気を大気へ排出する。

【００３７】所定時間後、タイマ９０が２つの制御弁８
０の開閉位置を切り換えて、遠心分離器１２から出た湿
った圧縮空気は、２つの乾燥剤収容室５０の内の第２の
もの（すなわち右側の乾燥剤収容室）の内部を上方へ流
れるように切り換えられ、圧縮空気は、この第２（右
側）の乾燥剤収容室内で濾過及び乾燥させられる。第２
（右側）の乾燥剤収容室５０内を上方へ流れる圧縮空気
は、もちろん、その第２の乾燥剤収容乾燥剤収容室５０
の上方の出口室６０に入り、さらに第２通路７４に流入
することによって、往復動弁部材７８がその第２通路７
４から離れる方向に矩形室７０の他端部へ復動して第１
通路７２を閉鎖し、乾燥圧縮空気の大部分は、第２通路
７４から出口ポート７６を通り、そこから意図された用
途のために空気圧系統へ送られる。しかし、前と同様
に、乾燥圧縮空気の少量の浄化分は、往復動弁部材７８
を迂回してバイパスポートを通り、第１通路７２に流入
し、第１（すなわち、左側）の乾燥剤収容室内を下方へ
運ばれる。乾燥圧縮空気のこの浄化分は、もちろん、そ
の乾燥剤収容室内の乾燥剤に含まれる水分を除去し、底
部から出る時、その乾燥剤収容室用の制御弁８０が浄化
空気を大気へ排出する。従って、圧縮空気の流れが一方
の乾燥剤収容室５０から他方へ切り換えられる時、往復
動弁部材７８の切り換えも自動的に行われる。

【００３８】以上に、本発明の新しい改良型二塔式空気
清浄／乾燥方法の好適な実施例を開示しているが、発明
の精神から逸脱しない多くの異なった実施例及び変更を
考えて組み込むことができることは明らかである。例え
ば、他の構造の遠心分離器及び制御弁を上記のものの代
わりに用いることができ、また浮動ボール弁などの一方
弁を上記のフラッパ弁の代わりに用いることもできる。
また、上記のものの代わりに多くの様々な構造のシャト
ル弁機構を設けることもできる。従って、本発明は、添
付の請求項だけでなく、下記の項目に記載の概念も、そ
の保護の対象とすることができる。 （１） 前記フラッパ弁手段は、実質的に円形である、
平坦なゴムフラッパ弁を含み、該円形の軸線位置で交差
する複数の直径方向切れ目が貫設されると共に、前記ゴ
ムフラッパ弁の外周部分で結合した複数の扇形部分が形
成されており、前記ガスが前記乾燥剤内を下方に流れて
いる時、該複数の扇形部分は、前記パージ管内へ撓むよ
うになっている請求項６に記載の二塔式ガス乾燥装置。 （２） さらに、前記平坦なゴムフラッパ弁の上方に配
置され、前記ガスが前記ガス乾燥サイクルで流れている
時、前記フラッパ弁の実質的に平坦な形状を維持し且つ
前記パージ管を通るガスの流れを制限するスクリーン部
材を含む上記（１）項に記載の二塔式ガス乾燥装置。 （３） さらに、前記スクリーン部材の上方に配置さ
れ、前記フラッパ弁及び前記スクリーン部材を、上側の
多孔壁部材に押し付けた状態に実質的に維持する波形ば
ねを含む上記（２）項に記載の二塔式ガス乾燥装置。 （４） 前記連通室は、前記カバー部材内の実質的に中
央に配置されている請求項７記載の二塔式ガス乾燥装
置。 （５） 前記カバー部材の下表面には、１対の円錐形窪
み部が設けられ、該円錐形窪み部の各々が前記乾燥剤収
容室の各々を覆う上蓋体を形成するようにした上記
（４）項に記載の二塔式ガス乾燥装置。 （６） 前記第１及び第２通路の各々は、前記連通室の
端部から延出した水平方向孔を備えており、該水平方向
孔の各々は一つの前記円錐形窪み部の頂部と連通してい
る上記（５）項に記載の二塔式ガス乾燥装置。 （７） 前記バイパスポートは、前記往復動弁部材の両
側面間に延在した小孔を有する上記（６）項に記載の二
塔式ガス乾燥装置。 （８） 前記往復動弁部材は、前記第１通路側に向いた
第１側面と、前記第２通路側に向いた第２側面と、該第
１側面及び第２側面の各々に設けられたＯリングシール
とを有しており、該Ｏリングシールの各々は前記連通室
の端部壁に当接することができ、前記第２通路が前記出
口ポートに開いている時、前記Ｏリングシールの第１の
ものが前記第１通路を前記出口ポートから閉じ且つ密封
することができ、前記第１通路が前記出口ポートに開い
ている時、前記Ｏリングシールの第２のものが前記第２
通路を前記出口ポートから閉じ且つ密封することができ
るようにした上記（７）項に記載の二塔式ガス乾燥装
置。 （９） 前記往復動弁部材は、実質的に立方体である上
記（８）項に記載の二塔式ガス乾燥装置。 （１０） 前記第１側面及び前記第２側面の各々には、
前記Ｏリングシールの各々の内部の中央位置に円錐形窪
み部が設けられ、前記小孔が前記円錐形窪み部の頂部に
おいて、該円錐形窪み部を連通させている上記（９）項
に記載の二塔式ガス乾燥装置。 （１１） 前記連通室は、前記矩形カバー部材の上表面
内に矩形の溝を設け、該矩形の溝を閉鎖して且つ前記連
通室を形成するために、前記カバー部材の上にカバープ
レートを取り付けることによって形成されている上記
（１０）項に記載の二塔式ガス乾燥装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の二塔式空気清浄／乾燥方法を実施す
るための装置の現時点で好適な実施例の正面図である。

【図２】 制御弁を部分断面で示している、図１に示さ
れている装置の側面図である。

【図３】 本発明の二塔式空気清浄／乾燥方法を実施す
るための装置の現時点で好適な実施例の正面断面図であ
る。

【図４】 本発明の二塔式空気清浄／乾燥方法を実施す
るための装置の現時点で好適な実施例の側面断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…ハウジング構造物、１２…遠心分離器、１４…円
筒室、１４ａ…上小室、１４ｂ…下小室、１６…傾斜
床、１８…液体溜、２０…排出口、２２…入口分配器、
２８…空気孔、３０…仕切板（分離ディスク）、３２…
隙間、４０…空気スクープ、４２…特大開口、４４…ス
クリーン（フィルタ部材）、５０…乾燥剤収容室、５２
…多孔支持部材、５４…円形突出フランジ、５６…入口
室、５８…入口ポート、６０…出口室、６２…カバー部
材、６４…シャトル弁機構、６６…パージ管、６８…フ
ラッパ弁、６９…スクリーン部材、６９ａ…波形ばね、
７０…矩形室、７２…第１通路、７４…第２通路、７６
…出口ポート、７８…往復動弁部材、８０…制御弁、９
０…タイマ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スコット・エム・トラップ アメリカ合衆国、サウスカロライナ州、 シンプソンヴィル、ワインディング・ク リーク・ウェイ ３ (72)発明者 ティ・ケビン・キャッスル アメリカ合衆国、サウスカロライナ州、 ウェルフォード、リトル・マウンテン・ ロード 1330 (56)参考文献 特開 平９−206544（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−206545（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−206546（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 53/26 B01D 53/02 - 53/053

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧系統に使用するためにガス供給源
   から受け取った未浄化加圧ガス流を清浄及び乾燥する二
   塔式ガス乾燥装置であって、 （Ａ）前記未浄化加圧ガス流から水分及び他の粒子を最
   初に遠心分離するための遠心分離室を画成しており、 （ａ）内部に水平に配置され前記遠心分離室を上小室と
   下小室に実質的に分割するが、遠心分離によって集めら
   れた液体が前記上小室から前記下小室へ前記遠心分離室
   の内壁に沿って流れ落ちるのを阻止するには十分なほど
   分割しない仕切板、 （ｂ）前記遠心分離された液体を前記遠心分離室の底部
   で集める液体溜、及び （ｃ）前記遠心分離された液体を前記液体溜から定期的
   に排水するドレーン弁と、を有する分離器と、 （Ｂ）各々が乾燥剤を収容しており、 （ａ）該記乾燥剤の上表面から下方へ、前記乾燥剤の上
   表面から底部までの長さの実質的に２／３だけ離れた位
   置まで、該乾燥剤内に垂直に延在しているパージ管、及
   び （ｂ）前記乾燥剤及び前記パージ管の上方に設けられ、
   前記加圧ガスが前記乾燥剤収容室を上方に流れている
   時、閉弁して前記パージ管を通る前記加圧ガスの流れを
   制限すると共に、前記加圧ガスが前記乾燥剤収容室を下
   方に流れている時、開弁して前記パージ管を通る前記加
   圧ガスの流れを促進するフラッパ弁、を有する１対の乾
   燥剤収容室と、 （Ｃ）該乾燥剤収容室の第１のものに連結され、開放状
   態または閉鎖状態のいずれかになることができ、前記開
   放状態の時に、前記未浄化加圧ガス流を前記分離器から
   前記第１の乾燥剤収容室へ送り、前記閉鎖状態の時に、
   前記第１の乾燥剤収容室を大気に開く第１の制御弁と、 （Ｄ）前記乾燥剤収容室の第２のものに連結され、開放
   状態または閉鎖状態のいずれかになることができ、前記
   開放状態の時に、前記未浄化加圧ガス流を前記分離器か
   ら前記第２の乾燥剤収容室へ送り、前記閉鎖状態の時
   に、前記第２の乾燥剤収容室を大気に開く第２の制御弁
   と、 （Ｅ）前記第１及び第２制御弁を交互に周期的に開閉
   し、前記第１の制御弁が前記開放状態にある時に、前記
   第２の制御弁は前記閉鎖状態にあり、前記第１の乾燥剤
   収容室はガス濾過／乾燥モードで機能して前記未浄化加
   圧ガスを前記第１の乾燥剤収容室内の前記乾燥剤に流す
   ことができ、逆の場合も同様に作動するタイマ制御装置
   と、 （Ｆ）前記第１の制御弁が前記開放状態にある時に、前
   記第１の乾燥剤収容室から出た濾過済み乾燥ガスの出力
   分を保管室へ流し、それと交互して、前記第２の制御弁
   が前記開放状態にある時に、前記第２の乾燥剤収容室か
   ら出た濾過済み乾燥ガスの出力分を前記保管室へ流すこ
   とができるシャトル弁と、を含み、該シャトル弁は、さ
   らに、前記第１の制御弁が前記開放状態にある時に、前
   記濾過済み乾燥ガスの浄化分を前記第２の乾燥剤収容室
   へ流し、それと交互して、前記第２の制御弁が前記開放
   状態にある時に、前記濾過済み乾燥ガスの前記浄化分を
   前記第１の乾燥剤収容室へ流すことができるバイパス手
   段を備えている二塔式ガス乾燥装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２制御弁の各々は、閉鎖
   時に対応する前記乾燥剤収容室を大気に通気することが
   できる請求項１記載の二塔式ガス乾燥装置。
3. 【請求項３】 定期的に、また前記ガス供給源が前記未
   浄化加圧ガス流の供給を中断した時はいつも、前記ドレ
   ーン弁を作動させる請求項１記載の二塔式ガス乾燥装
   置。
4. 【請求項４】 低温での作動中に、前記液体溜内に集め
   られた流体及び他の粒子の凍結を防止することにより、
   前記ドレーン弁の詰まりを防止するために、前記ドレー
   ン弁用のヒータ部材を含む請求項１記載の二塔式ガス乾
   燥装置。
5. 【請求項５】 前記ドレーン弁の作動に伴う騒音を低減
   させるドレーン排出サイレンサを含む請求項１記載の二
   塔式ガス乾燥装置。
6. 【請求項６】 前記パージ管の下端部付近において、前
   記パージ管の壁に複数の孔が貫設されている請求項１記
   載の二塔式ガス乾燥装置。
7. 【請求項７】 前記シャトル弁は、 ａ）前記乾燥剤収容室の上方に取り付けられ且つ該乾燥
   剤収容室を覆う蓋体を形成することができる実質的に矩
   形のカバー部材と、 ｂ）該カバー部材内に水平方向に配置された連通室と、 ｃ）前記カバー部材内に設けられ、前記乾燥剤収容室の
   第１のものを前記連通室の第１端部に連通させる第１通
   路と、 ｄ）前記カバー部材内に設けられ、前記乾燥剤収容室の
   第２のものを前記連通室の第２端部に連通させる第２通
   路と、 ｅ）前記カバー部材内に設けられ、前記連通室の前記第
   １端部及び前記第２端部の中間点から外向きに延出した
   出口ポートと、 ｆ）前記連通室内に往復動可能に配置され、前記連通室
   の前記第２端部に位置する時に前記第１通路を前記出口
   ポートに開き、前記連通室の前記第１端部に位置する時
   に前記第２通路を前記出口ポートに開くことができる往
   復動弁部材と、 ｇ）該往復動弁部材内に設けられ、前記第１通路が前記
   出口ポートに開いている時、限定量の圧縮空気が前記第
   １通路から前記第２通路へ流れることができ、前記第２
   通路が前記出口ポートに開いている時、限定量の圧縮空
   気が前記第２通路から前記第１通路へ流れることができ
   るようにするバイパスポートと、を備えている請求項１
   記載の二塔式ガス乾燥装置。