JP3899012B2

JP3899012B2 - ガスドライヤの露点制御方法

Info

Publication number: JP3899012B2
Application number: JP2002317098A
Authority: JP
Inventors: 信行清水; 実片伊木; 秀雄青木; 吉勝安斉; 渡金子; 真奈美中田; 智克小林; 友紀飯塚
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004148222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、取り込んだ空気等の原料ガスを乾燥させクリーンな圧縮乾燥ガスとして需要先に供給するガスドライヤに関し、特に、得られる乾燥ガスの露点温度が設定した値に自動的になるように除湿手段の除湿性能を自動制御するガスドライヤの露点制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は一般的な吸着式ガスドライヤの主要部の概略構成を示す図である。この装置では、図示しないコンプレッサにより圧縮された原料ガスを、ドライヤ本体において除湿乾燥させてから、乾燥したクリーンな圧縮ガスとして需要先（例えば、半導体素子の洗浄後の乾燥用等）に供給するものである。
【０００３】
上記したドライヤ本体は、内部に多孔質の活性アルミナ粒子等からなる可逆性吸着剤（乾燥剤）３を各々装填した２個の吸着塔２Ａ、２Ｂを具備し、一方の吸着塔で乾燥処理（ガス中の水分の吸着処理）するときはそのとき得られた乾燥ガスの一部を利用して他方の吸着塔の吸着剤の乾燥（吸着度復元）を行うものであり、このように吸着塔２Ａ、２Ｂを交互に、例えば、数分おきに乾燥処理に使用して連続的に乾燥した圧縮ガスを生成するものである。
【０００４】
図４を用いて、従来の吸着式ガスドライヤの動作をさらに詳しく説明する。
【０００５】
図示しないコンプレッサにより圧縮された原料ガスがプロセス入口から導入されると、入口弁１によりＡ側の吸着塔２Ａに送り込まれ、内部の吸着剤３Ａにより水分が吸着乾燥され、吸着塔２Ａから出た乾燥ガスは逆止弁４Ａを介してプロセス出口から乾燥ガスとして排出される。このとき、逆止弁４Ｂは左方向にしかガスを通さないので、逆止弁４Ａを通過した乾燥ガスは吸着塔２Ｂへは流れ込まない。
【０００６】
しかしながら、吸着塔２Ａから出た乾燥ガスの一部（約１５％）は再生用ガス量調整機構５を通り、点線で示した矢印の方向に吸着塔２Ｂに導入され、内部の吸着剤３Ｂから水分を奪って吸着剤３Ｂを乾燥させ、吸着剤の再生という役目を終えた再生用ガスは排気弁６Ｂを介して排出ガス出口７から外部に捨てられる。このとき排気弁６Ａは閉じられている。こうしてＡ側での吸着工程が終了すると、所定のタイミングで入口弁１の方向が切り替わり、原料ガスはＢ側の吸着塔２Ｂに送り込まれて、前述と同様に処理される。このようにして、吸着剤３Ａ、３Ｂに対して吸着／再生を繰り返すことにより、連続してガスを乾燥させることが可能となる。
【０００７】
ところで、上述の従来のガスドライヤにおける吸着剤の再生に使用される再生用ガスは、吸着塔で得られた乾燥ガスを再生用ガス調整機構５を通して一定の割合で取り込んで使用されるものであるが、この割合は、原料ガスの量及び質（湿度）とは無関係に常に一定値に設定されていた。通常は、夏場の湿度の高い時に合わせて、約１５％の乾燥ガスが再生用ガスとして再利用されるように設定されていた。そうすると、冬場の湿度の低い時期においては、不必要に多い乾燥ガスが再生用として使用され、捨てられることになり、エネルギーの無駄が発生していた。
【０００８】
このような無駄を省いた省エネタイプとして、図５に示すようなガスドライヤにおける露点制御方法が知られている。これは、吸着塔２Ａ、２Ｂ内の露点が所定の値になるように排出ガス出口７から排出されるガスの量を制御するものである。具体的には、吸着塔２Ａ、２Ｂ内の露点を直接露点センサ８で検出し、それを露点検出器９にて電気信号に変換し、その信号をもとにして排気弁コントローラ１０にて排気弁６Ａ、６Ｂを制御し、吸着塔内に留まる再生用ガスの量を制御して、結果として再生用ガスの量を減らすことにより、それを製造するための電力エネルギコストの削減を図るものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来型の吸着式ガスドライヤに共通している問題点は、大きく分けると二つある。
【００１０】
第一に、任意の露点温度を持つ出口乾燥ガスを自動的に得ることができないという点である。ガスドライヤの究極の目的は、所望の露点を持つ出口ガスを効率良く自動的に得ることであるから、たとえ吸着剤の露点をコントロールできたとしても、所望の露点を持つ出口ガスが自動的に得られなければ意味がないからである。
【００１１】
第二に、出口ガスに必要とされる露点温度は外気の気温との関係で定まるものであり１年中一定ではないので、外気温度に対応した露点制御が必要となるが、従来のガスドライヤではマニュアルで設定露点を変更していたため、外気温度変化に迅速に対応できず、結果として設定露点温度を固定とせざるを得ず、省エネが図れなかった。
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、任意の露点温度を持つ出口乾燥ガスを自動的に得、さらには、外気温度に対応した露点温度を自動的に設定し、その露点温度を持つ出口ガスが自動的に得られるガスドライヤの露点制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガスドライヤの露点制御方法に関し、本発明の上記目的は、入り口から取り込んだ原料ガスを除湿手段により除湿、乾燥して出口から乾燥ガスとして排出する一方、該乾燥ガスの一部を再生用ガス量調整機構を介して前記除湿手段に送り込み、該乾燥ガスにより前記除湿手段を乾燥して該除湿手段の除湿能力を復元させるようにした吸着式ガスドライヤの露点制御方法であって、該露点制御方法は、前記出口の外気温度を測定する外気温度測定手段と、前記外気温度測定手段で測定された外気温度に対応した前記乾燥ガスの露点温度を算出し設定する再生用ガス量調整機構制御手段と、前記ガスドライヤの運転を開始後前記出口から排出される前記乾燥ガスの露点温度を計測する露点温度計測手段を具備し、前記外気温度測定手段及び前記再生用ガス量調整機構制御手段を介して前記外気温度に対応した乾燥ガスの露点を算出、設定した後、前記ドライヤの運転を開始し、前記除湿手段の除湿能力が高まるまでの間、前記除湿手段に送り込まれた原料ガスの全てを前記再生用ガス量調整機構及び前記除湿手段を介して外部に排出し、しかる後前記露点温度計測手段により前記乾燥ガスの露点温度を計測し、前記再生用ガス量調整機構制御手段により前記計測した露点温度と前記設定した露点温度とを比較し、前記計測露点温度が前記設定露点温度より高い場合には除湿能力を上げ、低い場合には除湿能力を下げるように、前記再生用ガス量調整機構制御手段が前記再生用ガス量調整機構を制御することによって達成される。
【００１４】
また、本発明の上記目的は、前記除湿手段は、可逆性吸着剤を装填した吸着塔であり、前記除湿能力は該可逆性吸着剤の水分吸着度であることにより、より効果的に達成される。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施の形態である吸着式ガスドライヤの場合を示す図である。図４及び図５に示したものと同一のものには同一の符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００１９】
図１において、露点センサ８はプロセス出口から得られる乾燥ガスの露点を直接計測するものであり、また、外気温度センサ８ａは出口付近の外気の温度を測定するためのセンサである。
【００２０】
また、再生用ガス量調整機構コントローラ（すなわち制御手段）１１は、露点検出器９から送られた出口ガスの露点温度及び外気温度の電気信号を基にして、前記外気温度に対応した設定露点温度を算出するとともに、該算出された設定露点温度と前記計測された露点温度との比較を行い、その結果に応じて再生用ガス量調整機構５を通す再生用ガスの量を制御するものである。具体的な制御の方法の例としては、弁の開度を調整したり、弁のＯＮ−ＯＦＦ時間を制御したりすることが考えられる。
【００２１】
次に、図２のフローチャートを参照して本吸着式ガスドライヤにおける露点制御方法の動作を説明する。
【００２２】
まず、外気温度センサ８ａにて外気温度を測定し（ステップＳ１）、再生用ガス量調整機構コントローラ１１にて外気温度に対応した出口ガスの露点を算出し、設定を行う（ステップＳ２）。
【００２３】
次に、ドライヤ本体の運転を開始し（ステップＳ３）、所定時間経過後、図示しない出口弁を開き、プロセス出口から乾燥ガスを排出する（ステップＳ４）。なお、ドライヤの運転開始直後から所定時間が経過するまでの間は、まだ吸着剤（乾燥剤）３Ａ（又は３Ｂ）が十分乾いた状態になっていないので、吸着塔２Ａ（又は２Ｂ）から出た乾燥ガスは全部（１００％）再生用ガス量調整機構５を介して隣の吸着塔２Ｂ（又は２Ａ）に送られ、吸着剤３Ｂ（又は３Ａ）の乾燥（吸着度復元）のために使用され、排気弁６Ｂ（又は６Ａ）を通り排出ガス出口７から捨てられる。
【００２４】
所定時間経過後、出口弁が開かれると、逆止弁４Ａ（又は４Ｂ）から乾燥した出口ガスが排出されるので、露点センサ８にて出口ガスの露点ｔを計測する（ステップＳ５）。
【００２５】
この計測データは再生用ガス量調整機構コントローラ１１に送られ、前記設定された露点温度（例えば、−４０°Ｃ）と比較される。もし、計測した露点温度が高ければまだ吸着剤の吸着度の回復が不十分と判断されるから、再生用ガス量調整機構５の図示しない弁の開度を上げて、再生用ガスの量を増やすように再生用ガス量調整機構コントローラ１１が制御を行う（ステップＳ６）。逆に、−４２°Ｃ＜ｔ≦−４０°Ｃであればそのまま出口ガスを客先へ供給する（ステップＳ８）。ここで、もし、露点が下がりすぎて（例えば−４２°Ｃ以下）いる場合は、再生用ガス量調整機構５の前記図示しない弁の開度を下げ、再生用ガスの供給量を減らし吸着剤３Ａ（又は３Ｂ）の吸着度を下げるように再生用ガス量調整機構コントローラ１１が制御を行う（ステップＳ７）。
【００２６】
以上のサイクルを繰り返すことにより、出口ガスの露点温度が設定した値に制御されることになる。なお、上記−４２°Ｃという値は設定温度に許容範囲を設けたものであり、ガスの種類や使用目的に応じて適宜決定される。
【００２７】
図３は、上述した本発明の第１の実施の形態とは別個の冷凍式ガスドライヤの構成を参考までに示した参考図である。この冷凍式ガスドライヤの原理を説明する。
【００２８】
プロセス入口から冷凍式ガスドライヤ２０に導入された原料圧縮ガスは、内部に冷媒２２を通した冷却器２１に入れられ、該冷媒２２が気化する際に気化熱を奪うので、これにより冷却され、冷却器２１内に結露することより除湿される。
【００２９】
気化した冷媒２２は冷媒圧縮機（コンプレッサ）２３により圧縮され、再び液化されて冷却器２１内に送り込まれる。前記コンプレッサ２３の駆動モータの回転数はコンプレッサ駆動モータ制御器２４によって制御され、コンプレッサ２３のモータの回転数を上げると、冷媒２２の圧縮度が高まり、冷却能力が向上する。
【００３０】
以上に基づいて、本冷凍式ガスドライヤにおける露点制御方法の動作について説明する。プロセス入口から導入された圧縮原料ガスが冷却器２１で除湿乾燥され、プロセス出口から出る際に露点センサ８で露点が計測され、その温度が露点検出器９から電気信号として前記コンプレッサ駆動モータ制御器２４に送られ、既に設定されている設定露点温度と比較され、比較の結果に応じて前記コンプレッサ駆動モータ制御器２４が前記コンプレッサ２３の駆動モータの回転数を制御する。
【００３１】
なお、外気温度センサ８ａで計測した外気温度に対応した露点温度を算出して設定することについては、第１の実施の形態の場合と同じであるので、説明は省略する。
【００３２】
ここに、前述の請求項１又は２における「除湿手段」の実施例としては、第１の実施形態では「吸着剤」が対応する。また、「除湿能力」の実施例としては、第１の実施形態では「吸着剤の吸着度」が対応する。
【００３３】
以上、吸着式ガスドライヤ及び冷凍式ガスドライヤを例にとって本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、出口の露点温度を基にして除湿能力のフィードバック制御が可能なものであれば適用が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上より、本発明によれば、任意の露点温度を持つ出口乾燥ガスを人の作業を介さずに自動的に得ることができ、かつ、運転コストの低減化により省エネを実現できる。
【００３５】
さらには、外気温度に対応した露点温度を自動的に設定し、その露点温度を持つ出口ガスが自動的に得られることから、季節の変化に迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である吸着式ガスドライヤの構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である吸着式ガスドライヤにおける露点制御方法の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】上述した本発明の第１の実施の形態とは別個の冷凍式ガスドライヤの構成の概略を参考までに示した参考図である。
【図４】従来の吸着式ガスドライヤの構成の概略を示す図である。
【図５】従来の省エネタイプの吸着式ガスドライヤの構成の概略を示す図である。

Claims

入り口から取り込んだ原料ガスを除湿手段により除湿、乾燥して出口から乾燥ガスとして排出する一方、該乾燥ガスの一部を再生用ガス量調整機構を介して前記除湿手段に送り込み、該乾燥ガスにより前記除湿手段を乾燥して該除湿手段の除湿能力を復元させるようにした吸着式ガスドライヤの露点制御方法であって、該露点制御方法は、前記出口の外気温度を測定する外気温度測定手段と、前記外気温度測定手段で測定された外気温度に対応した前記乾燥ガスの露点温度を算出し設定する再生用ガス量調整機構制御手段と、前記ガスドライヤの運転を開始後前記出口から排出される前記乾燥ガスの露点温度を計測する露点温度計測手段を具備し、前記外気温度測定手段及び前記再生用ガス量調整機構制御手段を介して前記外気温度に対応した乾燥ガスの露点を算出、設定した後、前記ドライヤの運転を開始し、前記除湿手段の除湿能力が高まるまでの間、前記除湿手段に送り込まれた原料ガスの全てを前記再生用ガス量調整機構及び前記除湿手段を介して外部に排出し、しかる後前記露点温度計測手段により前記乾燥ガスの露点温度を計測し、前記再生用ガス量調整機構制御手段により前記計測した露点温度と前記設定した露点温度とを比較し、前記計測露点温度が前記設定露点温度より高い場合には除湿能力を上げ、低い場合には除湿能力を下げるように、前記再生用ガス量調整機構制御手段が前記再生用ガス量調整機構を制御することを特徴とするガスドライヤの露点制御方法。
前記除湿手段は、可逆性吸着剤を装填した吸着塔であり、前記除湿能力は該可逆性吸着剤の水分吸着度である請求項１に記載のガスドライヤの露点制御方法。