JP4463357B2 - ガスを乾燥させる方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再生可能な乾燥剤への吸着によってガスを乾燥させる方法に関する。この方法においては、ガスを第一の集合体の前記乾燥剤を通して送り、一方乾燥されたガスの一部分を第二の集合体の使用済み乾燥剤を再生するためにこれを通して送り、この再生のためのガス部分を加熱し、水分の吸収のあと、排出し、さらに、第二の集合体の乾燥剤の再生のあと、ガスの流れを逆転して、乾燥されるべきガスを再生された第二の集合体の乾燥剤を通して送り、一方今度は乾燥されたガスの一部分を再生のために第一の集合体の乾燥剤を通して送る。
【０００２】
この種の方法は、特に、圧縮ガス、ほとんどの場合圧縮空気、の乾燥のために使用される。コンプレッサーから出てくる圧縮ガスは割合に大きな含水率を有する。水分の一部はこの空気の冷却により分離される。残りの水分は運転（ｃｏｎｄｕｃｔｓ）に不利を生じることがあり、用途によっては望ましくない。
【０００３】
【従来の技術】
この種の方法で公知のものとしては、特に、ＥＰ−Ａ−０，４１９，４３３号明細書に開示されているものが挙げられる。乾燥すべき圧縮空気は第一の塔で乾燥され、一方第二の塔の湿った乾燥剤が乾燥空気の一部分によって再生される。この部分は、塔の半分の高さのところから、塔の軸方向に取りつけられ、電気加熱要素を有する管の下端に導入される。ガスは管内で加熱され、塔の頂部にある湿った乾燥剤内を流れ、下方に流れて、水分を含んで底部から塔を出ていく。
【０００４】
この加熱ガスが乾燥剤を加熱することは明らかである。しかし、加熱された乾燥剤は冷えた乾燥剤に比して効果が小さく、したがって再生乾燥剤は、通常、乾燥のために再使用する前に冷却される。乾燥剤が、乾燥に使用するとき、熱すぎると、乾燥ではなく再生が開始される。また、冷却は、乾燥中に露点よりも高温になること（ｄｅｗ ｐｏｉｎｔ ｐｉｋｅｓ）を避けるためにも必要である。
【０００５】
前記公知の方法においては、この冷却は、乾燥圧縮空気の一部分がまだ乾燥剤を通過している間に、電気加熱を停止することによって行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記方法の場合、冷却は、乾燥剤の完全な再生のあとにしか起こりえず、したがって完全な再生と冷却の工程に長い時間がかかる。さらに、冷却のために追加量の乾燥済み空気が必要であり、この消費のために失われる。そのため、エネルギー消費が増大する。
【０００７】
本発明は、前記欠点を避け、かつ乾燥剤再生のためのエネルギー消費を最小限に抑えることを可能にする、ガス乾燥法を提供することを試みるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、再生に使用されるガス部分が少なくとも二つの連続ステップにおいて加熱され、これらのステップが、再生しつつある乾燥剤を通過するガス部分の流れの向きに順次に配置された異なる帯域において実施され、また一つの帯域の乾燥剤が再生されると、ただちにこの帯域における加熱を停止することにより、この帯域が、後続帯域が加熱ガスによってまだ再生されている間に、再生のためのガス部分によって冷却されてしまいうるように、前記ステップを実施され、そして、加熱要素がマイクロ波熱源であり、容器が、少なくとも一つの穿孔スクリーンによって少なくとも二つの帯域に分割され、前記スクリーンが円錐形であり、各スクリーンが、頂部に開口を備え、下端に少なくとも一つのスロットを備えている、ことによって、達成される。
【０００９】
明らかに、再生される最初の帯域は、再生のためのガス部分が流入する帯域である。このガス部分はまだ多くの水分を吸収していないからである。
【００１０】
これは、乾燥剤の集合体が乾燥のために使用されるときに乾燥されるべきガスが送られる向きとは反対の向きに、再生のためのガス部分がこの乾燥剤集合体を通して送られる場合には、特にそうである。
【００１１】
この場合、前記最初の帯域は、乾燥中に少ない量の水分を吸収した帯域である。
【００１２】
再生時の加熱ステップしたがって帯域の数は、二つよりも多くすることができる。
【００１３】
再生される乾燥剤集合体の帯域の加熱は、いくつかの方法、たとえば電気加熱要素によって、実施することができるが、非常に有効な加熱方法はマイクロ波によるものである。
【００１４】
本発明は、また、前記実施態様のいずれかによる方法を適用するのに特に適した装置にも関する。
【００１５】
したがって、本発明は、吸着によってガスを乾燥させる装置であって、湿ったガスのための流入管、乾燥ガスのための流出管、これら二つの間にある、再生可能な乾燥剤を充填して平行に設置された少なくとも二つの容器、湿ったガスの乾燥のために、流入管を一つの容器の流入口と他の容器の流入口とに交互に接続する手段、乾燥剤の再生のために、流入管に接続されていない容器に乾燥ガスの一部分を戻すための手段、およびいずれの容器にも備えられた加熱手段から成り、前記加熱手段が少なくとも二つの加熱要素から成り、これらの加熱要素が、容器を通過するガスの流れの向きに、異なった帯域に順次に配置されており、かつ別々にスイッチのオン・オフができる、吸着によってガスを乾燥させる装置において、各帯域における含水率を直接または間接に測定するための手段、および該手段によって測定された含水率の値に応じて個別に加熱要素を制御するための、前記装置に接続された制御装置を有し、そして、加熱要素がマイクロ波熱源であり、当該容器の異なった帯域が、少なくとも一つの穿孔スクリーンによって規定され、ここで、前記スクリーンが円錐形であり、各スクリーンが、頂部に開口を備え、下端に少なくとも一つのスロットを備えている、ことを特徴とする、吸着によってガスを乾燥させる装置、に関する。
【００１６】
ＵＳ−Ｕ−５，４８５，６８６号明細書には、再生可能な乾燥剤を充填した二つの容器を有し、各容器に二つのヒーターコイルを一つが他の上方にあるように取りつけた乾燥装置が開示されている。容器内の空気が乾燥している場合、その乾燥空気を最適温度に加熱してその空気を使用するために、その容器内の下部ヒーターコイルのみのスイッチが入れられる。これは、熱可塑性樹脂の乾燥である。容器内の乾燥剤の再生中には、両方のヒーターコイルのスイッチが入れられる。
【００１７】
本発明によれば、好ましくは、加熱要素はマイクロ波熱源である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を実施例を用いて、添付の図面を参照しつつ、本発明を説明する。
【００１９】
図1は、コンプレッサー設備を示し、この設備は、実質的に、コンプレッサー１、ならびに該コンプレッサーの圧縮空気導管２に順次に取りつけられた、アフタークーラー３、圧力容器４、油分離器５、および吸着乾燥機６によって構成される乾燥装置、から成る。
【００２０】
図2にもっと詳しく示すように、この吸着乾燥機６は、二つの塔または直立容器７および８から成り、これらは、流入管９と流出管１０との間に、平行に取りつけられ、また乾燥剤１１たとえばシリカゲルが充填されている。
【００２１】
流入管９は、圧縮空気導管２の、容器７および８の前にある部分から成り、第一の空気圧制御三方弁１２と該弁に接続された二つの導管１３および１４のうちの一つとによって、それぞれ容器７または容器８に接続されている。
【００２２】
流出管１０は、圧縮空気導管２の、容器７および８のあとにある部分から成り、二つの導管１５および１６によってそれぞれ容器７および８に接続されている。
【００２３】
導管１５には、逆止め弁１７が取りつけてあり、導管１６には、逆止め弁１８が取りつけてある。二つの逆止め弁１７および１８はガスが容器７または８に逆戻りするのを防ぐものである。
【００２４】
変形態様においては、二つの逆止め弁１７および１８を単一の三方弁で置き換えることができる。
【００２５】
どちらの逆止め弁１７、１８にも、絞り弁２０を有する導管１９によって分路が設けられている。
【００２６】
導管１３および１４は、空気流出管２１または２２に接続され、これらの管は空気圧制御弁２３または２４によって閉鎖することができる。
【００２７】
容器７および８のそれぞれに、加熱手段が取りつけてあり、これらの加熱手段は、いくつか（示されている例では、二つ）の加熱要素から成り、これらの加熱要素は、容器の高さ方向のいくつかの帯域に配置されている。
【００２８】
容器７はたとえば二つの加熱要素２５および２６、より詳しくは電気抵抗、を有し、一方容器８は二つの加熱要素２７および２８、より詳しくは電気抵抗、を有する。
【００２９】
最上部要素２５および２７は、軸方向に延びる管２９の内部に取りつけてあり、管２９は容器７または８の頂部近くが穿孔されており、また下端が容器７または８の半分の高さ付近で導管１５または１６に接続されている。
【００３０】
管２９は、その穿孔により、容器７または８の上部帯域３０に開口している。
【００３１】
加熱要素２６および２８は、容器７または８の下部帯域３１内の乾燥剤１１内に配置してある。
【００３２】
加熱要素２６および２８と乾燥剤１１との直接接触は避けるのが好ましく、これらの加熱要素２６および２８が電気抵抗である場合には特にそうであり、乾燥剤中のホットスポットの形成が避けられるようにする。したがって、抵抗線をたとえば放熱材料で包囲することができる。
【００３３】
加熱要素２５、２６、２７、および２８は、制御装置３４によって、個別にスイッチを入れたり切ったりすることができる。
【００３４】
逆止め弁１７および１８にはともに導管１９によって分路されており、導管１９はやはり前記制御装置３４によって制御することのできる弁２０によって閉鎖することができる。
【００３５】
前記制御装置３４は、空気圧制御弁２３および２４ならびに三方弁１２をも制御する。
【００３６】
前記装置は次のように作動する。
【００３７】
コンプレッサー１によって生成される圧縮空気は、アフタークーラー３内で冷却され、圧力容器４に蓄えられて、ここでさらに冷却される。その結果、圧縮空気中の水分の一部が凝縮する。凝縮水は、図1には示さないが、あるやり方で分離される。
【００３８】
圧縮空気は、油分離器５での油分離のあと、流入管９を通って吸着乾燥機６にはいる。
【００３９】
三方弁１２が図2に示す位置にある場合には、圧縮空気は、導管１３を通って容器７にはいり、ここで空気の残りの水分が乾燥剤１１に吸着される。
【００４０】
加熱要素２５および２６のスイッチが切られ、弁２３が閉じられる。
【００４１】
乾燥された空気は、容器７から管２９と導管１５を通って出ていき、逆止め弁１７を通って流出管１０に達する。逆止め弁１８は空気が導管１６にはいるのを防ぐためのものである。
【００４２】
しかし、容器８内の乾燥剤１１がすでに乾燥のために使用されて水分で飽和している場合、乾燥空気の小さな部分たとえば３〜８ｖｏｌ％が、分路導管１９を通って導管１６に達する。
【００４３】
乾燥空気のこの部分は、容器８内の管２９内で膨張する。加熱要素２７および２８は、制御装置３４によってスイッチが入れられ、また弁２４が開かれる。
【００４４】
この空気部分は、まず、加熱要素２７によって１２０〜２５０℃の温度まで加熱され、上部帯域３０にはいり、乾燥剤１１を通って下方に流れる。空気のこの部分は、さらに下部帯域３１の加熱要素２８によって加熱される。
【００４５】
この加熱空気により、容器８内の乾燥剤１１が再生される。加熱要素２８は、帯域３０で前記空気部分を飽和させた水分の凝縮を防ぎ、この空気がその高温のためさらに多くの水分を吸収することを可能にする。
【００４６】
水分を吸収した再生用の空気は、弁２４が開いた流出管２２を通して排出される。
【００４７】
再生用の空気部分は、まず、頂部から水分を吸収する。この空気は、頂部が乾燥しているほど、乾燥剤１１の下側の層からより多くの水分を吸収することができる。上部帯域３０の乾燥剤１１は、下部帯域３１の乾燥剤１１よりも先に乾燥し、したがって再生される。
【００４８】
このことは、乾燥剤１１による乾燥中、湿った空気が底部から頂部に向かって流れるため、再生の開始時に、下部帯域３１の乾燥剤１１が上部帯域３０の乾燥剤１１よりも多くの水分を含むという事実により、一層真実である。
【００４９】
ある時間の経過後、すなわち上部帯域３０の乾燥剤１１が乾燥したと考えられるとき、または好ましくはこの帯域３０の含水率を測定するセンサーによりこの帯域３０の乾燥剤１１の乾燥が示されたあと、制御装置３４により、加熱要素２７のスイッチが切られる。
【００５０】
この含水率は、温度の測定により間接的に測定することができる。帯域３０の下端の空気の温度が、１５０〜２００℃の範囲にある最高温度に到達したならば、この帯域３０の乾燥剤１１から吸収すべき水は存在しない。
【００５１】
これが意味するのは、再生用の空気部分が、前に加熱された上部帯域３０の乾燥剤１１を冷却し、一方下部帯域３１の空気は加熱要素２８によりまだ加熱されており、この帯域３１の乾燥剤１１をまだ乾燥し続けている、ということである。
【００５２】
この帯域３１の乾燥剤１１も乾燥した場合、制御装置３４は加熱要素２８のスイッチを切り、帯域３１が冷却される。この乾燥は、帯域３１の出口における温度を測定することにより、検出することができる。最後に、弁２４が閉じられる。
【００５３】
容器７の乾燥剤１１がもはや有効でなく、再生しなければならない場合、制御装置３４は三方弁１２の位置を切り替え、今度は管９が導管１４に接続されるようにする。今度は容器８の再生済み乾燥剤１１が乾燥に使用され、一方容器７の乾燥剤１１が、容器８の乾燥剤に関して前述したのとまったく同じやり方で再生される。この再生の開始時に、弁２３が開かれ、したがって圧力を容器７から解放することができ、再生を周囲圧力で実施することができる。
【００５４】
この再生の終了において、上部帯域３０がすでに冷却されているときに、下部帯域３１はまだ再生されているので、再生済み乾燥剤１１の総冷却時間が短縮される。
【００５５】
そのため、各容器７および８に使用する乾燥剤１１の量を少なくすることができ、またより小さな容器を使用することができる。さらに、再生用の容器からの放射熱損失が小さくなり、エネルギー消費が少なくなる。
【００５６】
明らかに、各容器７または８の帯域３０および３１の数、したがって加熱要素２５、２６または２７、２８の数は、二つよりも多くすることができる。また、電気加熱要素以外の加熱手段をも使用することができる。
【００５７】
図3および４に、吸着乾燥機６のもう一つの実施態様を示す。この乾燥機６は、容器７および８の構造が異なっているという点においてのみ、前述の乾燥機６と異なっている。より正確に言うと、これらの容器７および８が、五つの帯域３３、３４、３５、３６、および３７に分割され、これらのうち四つはマイクロ波熱源３８、３９、４０、または４１によって個別に加熱することができる、という点においてのみ異なっている。
【００５８】
乾燥機６の、容器７を構成する部分のみを示すが、容器８も同じである。
【００５９】
マイクロ波熱源３８〜４１の各々は、容器７の外側に取りつけられた発生器４２と、加熱すべき帯域３３〜３６の一つの内部に延びたアンテナ４３とから成る。最下段の帯域３７には、加熱手段は備わっていない。
【００６０】
帯域３３〜３６の各々は、制御装置３４を通じて、その帯域に属するマイクロ波熱源３８、３９、４０、または４１の発生器４２に接続する、その帯域内の含水率を検出するセンサー４４をも有している。
【００６１】
帯域３３〜３７は、熱源３８〜４１から放射されるマイクロ波を対応する帯域内に制限する金属製の穿孔スクリーン４５によって、互いに分離されている。スクリーン４５はたとえばステンレス鋼製である。
【００６２】
スクリーン４５の穿孔は、たとえば約１ｍｍの直径を有するが、一方乾燥剤粒子は直径２〜５ｍｍのビーズであり、したがってスクリーン４５はマイクロ波を閉じ込めるだけでなく、乾燥剤をも保持する。
【００６３】
スクリーン４５は円錐形であって、乾燥剤１１を容器７の直径全体に分布させるようになっており、また乾燥剤１１の隙間なしの充填が行われるようになっている。
【００６４】
容器７における乾燥剤１１の充填と取り出しができるように、スクリーン４５には、頂部に、開口４６たとえば直径約２ｃｍの円形開口４６が備えてあり、また下端に、いくつかのスロット４７たとえば四つの三角スロット４７が備えてある。
【００６５】
さらに、容器７には、頂部に二つの充填プラグ４８が、底部に二つの取り出しプラグ４９が備えてある。
【００６６】
パージ空気ノズル５１を有するパージ管５０が導管１５に接続されている。
【００６７】
この乾燥装置は、前述のものと同じように作動する。ただし、乾燥剤１１の再生中、再生用の空気部分の加熱はマイクロ波によって四つの帯域３３〜３６において順次に行われ、その際、当該帯域の乾燥剤１１が乾燥したことをセンサー４４が検出すると、ただちにその帯域を加熱するマイクロ波発生器４２が停止される。
【００６８】
帯域３３〜３６は、頂部から底部へ順次に乾燥され、したがって再生後再生用の空気部分によって再度加熱されることはなく、冷却される。
【００６９】
乾燥剤１１の充填は、充填プラグ４８を開けて、乾燥剤１１を容器７に注入することによって行われる。乾燥剤１１はスクリーン４５のスロット４７と開口４６とを通って落下し、帯域３３〜３７の各々を満たす。
【００７０】
乾燥剤１１を入れ替えるための取り出しは、取り出しプラグ４９をはずし、乾燥剤１１を開口４６およびスロット４７を通して落下させることによって行われる。
【００７１】
前記の二つの実施態様において、容器７または８内の乾燥剤１１の再生中、ガスは容器の頂部から底部へ流れる。明らかに、本発明はガスが底部から頂部に流れる逆向きのガス流の場合にも適用できる。
【００７２】
その場合、各帯域の加熱は、底部から頂部へ順次に停止される。底部帯域の加熱が停止されたとき、上方の帯域はまだ加熱されている。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図1】 本発明によるガス乾燥装置を備えたコンプレッサー設備の模式図である。
【図2】 図1の設備のガス乾燥装置を示す模式図である。
【図3】 図2の装置の一部を、本発明の他の実施態様に関して拡大して示す図である。
【図4】 図3の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
６ 吸着乾燥機
７、８ 乾燥剤容器
９ 湿ったガスの流入管
１０ 乾燥ガスの流出管
１１ 乾燥剤
３０、３１、３３〜３７ 帯域
３４ 制御装置
３８〜４１ 加熱要素
４４ 含水率を測定する手段
４５ 穿孔スクリーン
４６ 開口
４７ スロット
４８ 充填プラグ
４９ 取り出しプラグ

Claims (4)

1. 再生可能な乾燥剤（１１）への吸着によりガスを乾燥させる方法であって、ガスを第一の集合体の前記乾燥剤（１１）を通して送り、一方乾燥されたガスの一部分を第二の集合体の使用済み乾燥剤（１１）を再生するためにこれを通して送り、この再生のためのガス部分を加熱し、水分の吸収のあと、排出し、さらに、第二の集合体の乾燥剤（１１）の再生のあと、ガスの流れを逆転して、乾燥されるべきガスを再生された第二の集合体の乾燥剤（１１）を通して送り、一方今度は乾燥されたガスの一部分を再生のために第一の集合体の乾燥剤を通して送る方法において、再生のために使用されるガス部分が少なくとも二つの連続ステップにおいて加熱され、これらのステップが、再生しつつある乾燥剤（１１）を通過するガス部分の流れの向きに順次に配置された異なる帯域（３０、３１または３３〜３６）において実施され、また一つの帯域（３０、３１または３３〜３６）の乾燥剤（１１）が再生されると、ただちにこの帯域（３０、３１または３３〜３６）における加熱を停止することにより、この帯域（３０、３１または３３〜３６）が、後続帯域（３０、３１または３３〜３６）が加熱ガスによってまだ再生されている間に、再生のためのガス部分によって冷却されてしまいうるように、前記ステップが実施され、そして、加熱要素がマイクロ波熱源（３８〜４１）であり、容器が、少なくとも一つの穿孔スクリーン（４５）によって少なくとも二つの帯域（３３、３４、３５、３６、３７）に分割され、前記スクリーン（４５）が円錐形であり、各スクリーン（４５）が、頂部に開口（４６）を備え、下端に少なくとも一つのスロット（４７）を備えている、ことを特徴とする方法。
2. 吸着によってガスを乾燥させる装置であって、湿ったガスのための流入管（９）、乾燥ガスのための流出管（１０）、これら二つの間にある、再生可能な乾燥剤（１１）を充填して平行に設置された少なくとも二つの容器（７、８）、湿ったガスの乾燥のために、流入管（９）を一つの容器（７、８）の流入口と他の容器（７、８）の流入口とに交互に接続する手段、乾燥剤（１１）の再生のために、流入管（９）に接続されていない容器（７、８）に乾燥ガスの一部分を戻すための手段、およびいずれの容器（７、８）にも備えられた加熱手段から成り、前記加熱手段が少なくとも二つの加熱要素（３８〜４１）から成り、これらの加熱要素が、容器（７、８）を通過するガスの流れの向きに、異なった帯域（３３〜３６）に順次に配置されており、かつ別々にスイッチのオン・オフができる、吸着によってガスを乾燥させる装置において、各帯域（３３〜３６）における含水率を直接または間接に測定するための手段（４４）、および該手段（４４）によって測定された含水率の値に応じて個別に加熱要素（３８〜４１）を制御するための、前記装置（４４）に接続された制御装置（３４）を有し、そして、加熱要素がマイクロ波熱源（３８〜４１）であり、当該容器（７、８）の異なった帯域（３３〜３６）が、少なくとも一つの穿孔スクリーン（４５）によって規定され、ここで、前記スクリーン（４５）が円錐形であり、各スクリーン（４５）が、頂部に開口（４６）を備え、下端に少なくとも一つのスロット（４７）を備えている、ことを特徴とする、吸着によってガスを乾燥させる装置。
3. 容器（７、８）が、加熱要素（３８〜４１）によって加熱できる二つよりも多くの帯域（３３〜３６）に分割されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 各容器（７、８）が、頂部に少なくとも一つの充填プラグ（４８）を有し、底部に取り出しプラグ（４９）を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。

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