JP3867662B2 - エアードライヤー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、給油式圧縮機で得た圧縮空気を冷却し、圧縮空気中の水分をドレンとして凝縮させ圧縮空気と分離する冷凍式エアードライヤーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
給油式圧縮機は無給油式圧縮機に比べ機器の価格が安価なこと、圧縮効率がよくランニングコストが安いことなどの理由で、圧縮空気をユーティリティとして使用する産業分野において広く使用されている。
【０００３】
エアードライヤーは圧縮空気中のドレンを除去し、空圧機器を保護する目的で使用されている。圧縮空気中のドレンを除去する技術としては、圧縮空気を冷凍機で冷却し水分を凝縮させる方式、活性アルミナなどの吸着材に水分を捕集させる方式、中空糸膜に圧縮空気を通し膜から水分子だけを透過させる方式等あるが、装置の保守性、価格の面から冷凍式が優位である。給油式圧縮機で得られた圧縮空気には、圧縮過程で潤滑、シール、冷却などの目的で潤滑油を使用しているため油分が含まれている。活性アルミナや中空糸膜は油分の付着を嫌うことから冷凍式エアードライヤーが一般的に使用されている。
【０００４】
ところで、日本国内における排水基準として「水質汚濁防止法」があり、排水中に含まれる油分濃度は最高値が５ｍｇ／ｌと決められているが、給油式圧縮機で得られた圧縮空気から発生するドレンの油分濃度は一般に５ｍｇ／ｌ以上５００ｍｇ／ｌ程度であり、ドレンは未処理の状態で排水することはできない。
【０００５】
従来、冷凍式ドライヤーにて凝縮させたドレンは廃液タンクに貯留し、定期的に産業廃棄物処理業者に処理を依頼するか、ドレン浄化装置を設置し浄化処理を行った上で排水している。ドレン浄化装置としては、フィルタで油分を吸着する方式や、マイクロバブルによる油分浮選方式、真空蒸留方式（下記文献参照）などが一般に用いられている。
【０００６】
【特許文献】
特開２０００―１８１６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によると、圧縮空気からドレンを凝縮させる機能と、凝縮したドレンを浄化処理する機能はそれぞれ個別の装置で対応している。このため、ドレンの凝縮機能と浄化処理機能を独立したシステムで対応することは、設置スペースの増加、設備コスト上昇、システム間の連繋操作など、不都合な要素が多い。
【０００８】
冷凍式エアードライヤーの廃熱は再利用されることなく、コンデンサ部から大気に放出している。その廃熱量はエアードライヤーの冷凍機出力に対し約３〜４倍の熱量に達し、省エネルギー、地球環境の面から回収することが望ましい。
【０００９】
それゆえ本発明の目的は、省スペース、省コストで使い勝手のよい油水分離装置付きのエアードライヤーを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、装置内での廃熱を真空蒸留の熱源として再利用することによって省エネルギー化を図ることができる油水分離装置付きのエアードライヤーを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の特徴とするところは、熱交換器において圧縮空気を冷却し、該圧縮空気中の水分をドレンとして凝縮させ圧縮空気と分離させ、該熱交換器と連結した真空蒸留槽に圧縮空気から分離させたドレンを収容し、該真空蒸留槽において該ドレンを加熱しつつ減圧下に置くことでドレン中の水分を蒸発させて油分と分離せしめ、蒸発した水分を浄化水として回収するようにした油水分離装置を設けたエアードライヤーにおいて、該真空蒸留槽におけるドレン加熱の熱源として、該熱交換器で回収した熱と該熱交換器における圧縮空気を冷却する冷媒に与えられ該冷媒が該真空蒸留槽に設けた配管において高温高圧ガスから高温の液状態に変化するときの潜熱を用いることにある。
【００１２】
また上記課題を解決する本発明の特徴とするところは、熱交換器において圧縮空気を冷却し、該圧縮空気中の水分をドレンとして凝縮させ圧縮空気と分離させ、該熱交換器と連結した真空蒸留槽に圧縮空気から分離させたドレンを収容し、該真空蒸留槽において該ドレンを加熱しつつ減圧下に置くことでドレン中の水分を蒸発させて油分と分離せしめ、蒸発した水分を浄化水として回収するようにした油水分離装置を設けたエアードライヤーにおいて、該真空蒸留槽におけるドレン加熱の熱源として、該真空蒸留槽において蒸発した水分を循環水が流れるエジェクターにより浄化水として回収することにより該エジェクターの循環水に移動した熱を該エジェクターを流れる循環水の循環路に設けた循環水用クーラーにおいて該循環水を温度制御する冷媒に与えた熱と該冷媒を昇圧する際の潜熱を用いることにある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１に示した本発明の一実施形態について説明する。
図１において、１は冷凍式エアードライヤーの熱交換器、１ａ，１ｂは熱交換器１の中のバッフルプレートと配管、２は仕切り弁、３は冷媒圧縮機、４は真空蒸留槽、４ａ，４ｂは真空蒸留槽４の中における熱交換用の配管とコイル、５はホットガスバイパス弁、６はキャピラリーチューブ、７はドレン排出弁、９はエジェクター、１０は水ポンプ、１１は水タンク、１２は冷媒圧縮機、１３は循環水用クーラー、１４はキャピラリーチューブであり、１５はドレン配管、１６〜１９は冷媒圧縮機３の冷媒配管、２０は排気用配管、２１はドレン配管、２２〜２４は循環水配管、２５〜２７は冷媒圧縮機１３の冷媒配管、２８は浄化水排水管である。
【００１４】
熱交換器１と真空蒸留槽４を接続するドレン配管１５と冷媒配管１６の途中にそれぞれ仕切り弁２とキャピラリーチューブ６を設けてある。冷媒配管１７と１８を接続する冷媒配管１９の途中にホットガスバイパス弁５を設けてある。水ポンプ１０と水タンク１１を接続する循環水配管２２の途中にエジェクター９を設けてあり、エジェクター９の途中の吸引口は排気用配管２０で真空蒸留槽４の天板部と接続してある。真空蒸留槽４内の熱交換用コイル４ｂと循環水用クーラー１３を接続する冷媒配管２７の途中にキャピラリーチューブ１４を設けてある。
【００１５】
次に、圧縮空気の流れについて説明する。
エアードライヤーの熱交換器１の圧縮空気入口から、図示していない圧縮機の仕様圧力まで昇圧された５０℃前後の圧縮空気が流入する。圧縮空気はバッフルプレート１ａで流路を変え、配管１ｂに接触しながら熱交換器１の圧縮空気出口へ流れる。配管１ｂの表面は低温のため圧縮空気との間で熱交換が行われる。配管１ｂ内の冷媒は圧縮空気で加熱され、低温の液冷媒から低温のガス冷媒に状態を変える。この時、圧縮空気は５０℃前後の状態から５〜１０℃の状態に冷却される。この過程で圧縮空気に含まれる水分は過飽和の状態となるため、水分は凝縮しドレンが発生する。
【００１６】
熱交換器１の中で発生したドレンは圧縮空気と分離され、熱交換器１の下部に溜まる。仕切り弁２とドレン配管１５で熱交換器１と連通する真空蒸留槽４が、ドレン容器として設けられている。熱交換器１に溜まったドレンは、一定量に達すると仕切り弁２が開くことで熱交換器１と真空蒸留槽４の圧力差（真空蒸留槽４の減圧については後述する）によって真空蒸留槽４側へ流れる。熱交換器１内にドレンがなくなると仕切り弁２は閉じて、熱交換器１と真空蒸留槽４は独立した機能の容器となる。
【００１７】
真空蒸留槽４は配管２０でエジェクター９につながっており、エジェクター９の排気作用によって真空蒸留槽４の内部は減圧された状態を保っている。また、真空蒸留槽４の内部には配管４ａおよびコイル４ｂからなる熱交換手段が備えられている。
【００１８】
冷媒圧縮機３は熱交換器１で圧縮空気から吸熱した低圧の冷媒ガスを冷媒配管１７から吸入し、所定圧力まで昇圧して冷媒配管１８へ吐出する。この昇圧で冷媒は、さらに潜熱を持つ。冷媒配管１８は真空蒸留槽４へつながっており、真空蒸留槽４内部で熱交換器の機能を有している。即ち、冷媒配管１８の内部は高温、高圧の冷媒ガスであり、真空蒸留槽４におけるドレンと熱交換し、冷媒ガスは高温の液状態に変わる。
【００１９】
その後、冷媒液は冷媒配管１６を通りキャピラリーチューブ６で絞られた後、冷媒配管１６で膨張し低温の冷媒液となる。低温の冷媒液は前述の熱交換器１において圧縮空気から吸熱して圧縮空気の熱を回収し、低温・低圧の冷媒ガスに戻り、以降このサイクルを繰り返す。また、圧縮空気の容量変動により冷媒ガスへの熱移動量が変化するため、負荷に応じてホットガスバイパス弁５を開き、配管１９を通じて冷媒配管１８の高圧ガスを冷媒配管１７の低圧側に戻す。
【００２０】
次に、真空システムについて説明する。
エジェクター９，水ポンプ１０，水タンク１１，循環水用クーラー１３は、循環水配管２２〜２４でつながっている。水ポンプ１０から吐出した循環水はエジェクター９で高圧、高速のジェット流となり、エジェクター９の配管２０から空気を吸引する。真空蒸留槽４は仕切り弁２の閉止により閉じられた空間となり、エジェクター９の吸引（排気）作用によって真空蒸留槽４の内部は減圧された状態となる。
【００２１】
次に、ドレンの浄化プロセスについて説明する。
真空蒸留槽４のドレンは、冷媒圧縮機３と冷媒配管１６〜１８で構成されるヒートポンプによって、配管４ａ内の冷媒から熱移動を受け加熱される。真空蒸留槽４の内部は前述の真空システムによって減圧されているため、加熱されたドレンは１００℃以下の低温で沸騰し、蒸発する。
【００２２】
ドレンに含まれる油は沸点が１００℃以上の高温であるため、水分だけが蒸発し、真空蒸留槽４において油分と水分の分離が起こる。水の蒸気はエジェクター９の排気作用によって配管２０を通って排出され、エジェクター９で循環水に混合し、循環水によって冷却されて処理水となり、水タンク１１に流入し、配管２８を通って排出される。処理水は、既に油水分離が済んで油分を殆ど含まない蒸気を循環水で冷却した浄化水である。
【００２３】
次に、循環水の温度制御について説明する。
エジェクター９に吸入された蒸気は、循環水によって冷却され水タンク１１に処理水として回収される。循環水は蒸気から熱を供給されるため、経時的に水温が上昇し５０〜６０℃の温水となる。エジェクター９の排気性能は、水温が２０℃程度を上限とし水温上昇に伴って低下する。したがって、排気能力を保つために循環水の水温を２０℃以下に維持する必要がある。
【００２４】
そこで、循環水冷却システムとして、冷媒圧縮機１２，循環水用クーラー１３，熱交換用コイル４ｂおよび冷媒配管２５〜２７からなる冷媒サイクルを設けている。循環水は水ポンプ１０によって水タンク１１から吸入され、循環水配管２３，２４の途中に設けられた循環水用クーラー１３で熱交換をして冷却される。一方、循環水用クーラー１３で高温になった冷媒ガスは冷媒圧縮機１２で高温、高圧にし、熱交換用コイル４ｂへ導入する。真空蒸留槽４内部のドレンと熱交換し液冷媒となった後、配管２７を通ってキャピラリーチューブ１４で膨張し低温の液冷媒として循環水用クーラー１３に戻り循環水を冷却し熱交換をする。
【００２５】
以降このサイクルを繰り返すが、本サイクルでは、循環水の温度制御をすると同時に、冷媒圧縮機１２において冷媒を昇圧する際に冷媒に与えた潜熱をドレンの加熱に利用して、そのために昇温した循環水の熱を真空蒸留槽４のドレン加熱熱源として回収している。
【００２６】
真空蒸留槽４で分離された油分は、定期的にドレン排出弁７を開き図示していない廃液タンクなどに回収する。
【００２７】
この実施形態では、エアードライヤーの熱交換器と油水分離装置が一体になっていて、省スペース、省コストで使い勝手のよい油水分離装置付きのエアードライヤーを得ることができる。
【００２８】
また、エアードライヤーの熱交換器で回収した熱と真空蒸留のプロセスでエジェクターの循環水に移動した熱と圧縮空気を冷却する冷媒の潜熱及びエジェクターの循環水を温度制御する冷媒の潜熱をドレンの油水分離における熱源として使用し、省エネ効果の高いドレン浄化装置を備えたエアードライヤーを得ることができる。
【００２９】
なお、真空蒸留槽４でのドレン加熱を充分行える場合には、配管４ａとコイル４ｂのどちらかを削除して、エアードライヤーの熱交換器で回収した熱と圧縮空気を冷却する冷媒の潜熱、及び真空蒸留のプロセスでエジェクターの循環水に移動した熱とエジェクターの循環水を温度制御する冷媒の潜熱の少なくとも一方をドレンの油水分離における熱源として使用するようにしても良い。
【００３０】
また、本エアードライヤーは給油式圧縮機で得られる圧縮空気だけでなく、配管系の途中で油分や水分を含んでしまった圧縮空気を乾燥したいような場合にも採用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、省スペース、省コストで使い勝手のよい油水分離装置付きのエアードライヤーを得ることができる。
【００３２】
また、本発明によれば、装置内での廃熱を真空蒸留の熱源として再利用することによって省エネルギー化を図ることができる油水分離装置付きのエアードライヤーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態になる油水分離装置付きのエアードライヤーの系統図である。
【符号の説明】
１…熱交換器
１ａ…バッフルプレート
１ｂ…配管
２…仕切り弁
３…冷媒圧縮機
４…真空蒸留槽
４ａ…配管
４ｂ…コイル
６…キャピラリーチューブ
９…エジェクター
１０…水ポンプ
１１…水タンク
１２…冷媒圧縮機
１３…循環水用クーラー
１４…キャピラリーチューブ
Claims (2)
- 熱交換器において圧縮空気を冷却し、該圧縮空気中の水分をドレンとして凝縮させ圧縮空気と分離させ、該熱交換器と連結した真空蒸留槽に圧縮空気から分離させたドレンを収容し、該真空蒸留槽において該ドレンを加熱しつつ減圧下に置くことでドレン中の水分を蒸発させて油分と分離せしめ、蒸発した水分を浄化水として回収するようにした油水分離装置を設けたエアードライヤーにおいて、
該真空蒸留槽におけるドレン加熱の熱源として、該熱交換器で回収した熱と該熱交換器における圧縮空気を冷却する冷媒に与えられ該冷媒が該真空蒸留槽に設けた配管において高温高圧ガスから高温の液状態に変化するときの潜熱を用いることを特徴とするエアードライヤー。 - 熱交換器において圧縮空気を冷却し、該圧縮空気中の水分をドレンとして凝縮させ圧縮空気と分離させ、該熱交換器と連結した真空蒸留槽に圧縮空気から分離させたドレンを収容し、該真空蒸留槽において該ドレンを加熱しつつ減圧下に置くことでドレン中の水分を蒸発させて油分と分離せしめ、蒸発した水分を浄化水として回収するようにした油水分離装置を設けたエアードライヤーにおいて、
該真空蒸留槽におけるドレン加熱の熱源として、該真空蒸留槽において蒸発した水分を循環水が流れるエジェクターにより浄化水として回収することにより該エジェクターの循環水に移動した熱を該エジェクターを流れる循環水の循環路に設けた循環水用クーラーにおいて該循環水を温度制御する冷媒に与えた熱と該冷媒を昇圧する際の潜熱を用いることを特徴とするエアードライヤー。
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