JP6286735B2 - 圧縮空気除湿装置 - Google Patents
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Description
圧縮空気は、冷凍回路の熱交換器によって冷却され、圧縮空気中の水分が結露することにより除去される。圧縮空気から除去された水分はドレン水となって排出される。
そこで、従来より、凍結防止手段を採用した圧縮空気除湿装置が提案されている。
特許文献1の具体的構成を説明すると、夏季において冷凍機の熱負荷が過大な場合には、外気温度センサ及び露点温度センサの測定値に基づいて、制御装置が通水管の電磁開閉弁を開き、高温多湿空気を強制的に予冷して冷凍機の負荷を下げるようにしている。また、冬季において外気温度が著しく低い場合には、冷凍機の熱負荷が過小になり、圧縮空気を冷却する冷却器に凍結のおそれがあるとしている。そして、熱負荷の低下を外気温度センサ及び露点温度センサの測定値に基づいて、制御装置が冷凍機の圧縮機を停止する制御を行っている。
しかし、除湿対象となる圧縮空気の流れがある状態のときに、圧縮機が運転状態から停止した場合、圧縮機の停止状態における圧縮空気温度の上昇速度は、冷媒の温度上昇速度よりも早い。同様に、圧縮機が停止状態から運転開始した場合、圧縮機運転状態における冷媒の温度下降速度は、圧縮空気温度の下降速度よりも早い。このため、圧縮空気温度よりも冷媒温度の方が低い温度に維持されることになる。一方、除湿対象の圧縮空気の除湿性能を維持するためには、圧縮空気の温度をできるだけ低い温度に保ち、圧縮空気の露点温度が圧縮空気除湿装置としての仕様値を超えないようにすることが必要である。したがって、従来の技術のように、冷媒温度のみに基づいた制御では、圧縮機の停止状態において冷媒温度が低いために圧縮機の運転が開始されず、圧縮空気の温度が高く(露点温度が高く)なってしまうため、必要な露点を維持できないため、圧縮空気温度に基づく制御が必要である。
この構成を採用することによって、1つの温度センサによって圧縮空気温度と冷媒温度の両方を検出することができる。このため、2つの温度センサを用いる場合と比較して部品点数の減少及び構造の簡略化を図ることができる。また、冷媒温度と圧縮空気温度がそれぞれ通常と異なる変化をした場合であっても、冷媒温度と圧縮空気温度に基づいて圧縮機の発停を行うことで、圧縮機の確実な制御が行える。
この構成によれば、除湿装置本体が圧力容器になっていても、保護管と除湿装置本体との間の隙間をなくしておきさえすれば、除湿装置本体の気密を維持したまま温度センサを除湿装置本体に対して出し入れできる。
この構成によれば、冷媒温度に基づいて圧縮機を停止し、圧縮空気温度に基づいて圧縮機を起動するので、冷媒温度と圧縮空気温度がそれぞれ通常と異なる変化をした場合であっても、圧縮機の発停の確実な制御が行える。また、温度に基づく圧縮機の発停が確実に行われるため、熱交換器の凍結防止とともに、容量制御弁などを用いなくても容量制御を行うことができる。このため、部品点数の削減にも寄与する。
まず、圧縮空気除湿装置に設けられる熱交換器について説明する。
第1の実施形態では、図1に基づいてシェルアンドチューブ型の熱交換器について説明する。
シェルアンドチューブ型の熱交換器9は、容器10内に、複数のフィン11と、複数のフィン11に貫通され且つ密着された冷媒流通管12とが配置されて構成されている。
冷媒流通管12を流れる冷媒と熱交換器9のフィン11に接触しながら隙間を通過する空気との間で熱交換が行われる。
具体的には、出口チャンバー13内における熱交換器9の冷媒出口側の冷媒流通管12であって、且つ熱交換器9を通過して熱交換された空気が当接する箇所に温度センサ14が取り付けられている。
このような箇所に1つの温度センサ14を設けることによって、熱交換器9に対して冷媒及び空気が流通している、していないにかかわらず、冷媒と空気の温度を1つの温度センサで同時に測定できる。すなわち、熱交換器9に対して冷媒が流通している状態(熱交換器が駆動している状態)では、熱交換器9出口の冷媒温度を測定でき、熱交換器9に対して冷媒が流通していない状態(熱交換器が停止している状態)では、空気温度の上昇速度が速くなるので、熱交換器を通過した空気温度の検出が可能である。
保護管17は、内部に温度センサ14が挿入されるように中空となった金属製筒体である。保護管17の先端部17aは、容器10内に対して完全に閉塞するように設けられている。
また、容器10は圧力容器として構成されているので、保護管17と端面10aとの間は、ろう付けなどによって隙間が無いように埋められる。
熱交換器としては、図2に示すように二重管構造であってもよい。
二重管構造の熱交換器19は、筒状の容器21内に冷媒流通管22が配置されている。容器21の長手方向の一端側に空気入口23が設けられ、容器21の長手方向の他端側に空気出口24が設けられている。ここで示す熱交換器19は、容器21内の空気の流れと、冷媒の流れの方向が一致している並流型である。
なお、容器21内の冷媒流通管22はらせん状に形成されていてもよい。
具体的には、容器21内の出口側の冷媒流通管22であって、且つ容器21内を通過して熱交換された空気が当接する箇所に温度センサ14が取り付けられている。
このような箇所に1つの温度センサ14を設けることによって、熱交換器19に対して冷媒及び空気が流通している、していないにかかわらず、冷媒と空気の温度を1つの温度センサで同時に測定できる。すなわち、熱交換器19に対して冷媒が流通している状態(熱交換器が駆動している状態)では、熱交換器19出口の冷媒温度を測定でき、熱交換器19に対して冷媒が流通していない状態(熱交換器が停止している状態)では、空気温度の上昇速度が速くなるので、熱交換器を通過した空気温度の検出が可能である。
熱交換器としては、図3に示すようにプレート型であってもよい。
プレート型の熱交換器29は、複数枚の波型の熱交換プレート30が積層されて構成され、空気と冷媒が各熱交換プレートの間を交互に流通し、熱交換するものである。
このような箇所に1つの温度センサ14を設けることによって、熱交換器29に対して冷媒及び空気が流通している、していないにかかわらず、冷媒と空気の温度を1つの温度センサで同時に測定できる。すなわち、熱交換器29に対して冷媒が流通している状態(熱交換器が駆動している状態)では、熱交換器29出口の冷媒温度を測定でき、熱交換器29に対して冷媒が流通していない状態(熱交換器が停止している状態)では、空気温度の上昇速度が速くなるので、熱交換器を通過した空気温度の検出が可能である。
上述した熱交換器の例のうち、シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いた圧縮空気除湿装置40の好適な実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図4は、本実施の形態における圧縮空気除湿装置40の回路図である。
圧縮空気除湿装置40は、図示しないエアーコンプレッサーで生成された圧縮空気を除湿し、乾燥した圧縮空気を必要とする機器等へ供給する装置である。
圧縮空気除湿装置40は、冷媒を循環させて構成される冷却回路Xと、除湿装置本体56とを備えている。
冷却回路Xは、圧縮機41、凝縮器47、ストレーナ50、膨張弁48、蒸発器49を備えている。本実施形態における蒸発器49が、フィンアンドチューブ式の熱交換器であり、除湿装置本体56内に配置されている。蒸発器49は、除湿装置本体56内に導入される圧縮空気を冷却する機能を有する。
圧縮機41で圧縮された冷媒は冷媒流通管42に送り出され、凝縮器47に流入する。凝縮器47では、冷媒が周囲の空気との間で熱交換して冷却され液化される。凝縮器47には、ファン61が設けられており、凝縮器47で生じる熱は、ファン61による空気流によって放熱される。
また、膨張弁48は、冷媒を断熱膨張させる減圧機構の一例であるが、電子膨張弁などのほか、キャピラリチューブを含む概念である。
除湿装置本体56は筒状の圧力容器である。除湿装置本体56の筒状の内部に冷却回路Xの蒸発器49が配置され、圧縮空気を冷却する冷却部52を構成している。
除湿装置本体56の長手方向の一端には、圧縮空気を導入する導入口54が設けられており、長手方向の他端には冷却部52で冷却され除湿された圧縮空気を排気する排気口55が設けられている。
温度センサ66は、蒸発器49から圧縮機41に延びる冷媒流通管42aに取り付けられた保護管70内に収納されている。
保護管70は、内部に温度センサ66が挿入されるように中空となった金属製筒体である。保護管70の先端部70aは、除湿装置本体56内に対して完全に閉塞するように設けられている。
また、除湿装置本体56は圧力容器として構成されているので、保護管70と除湿装置本体56の端面56aとの間は、ろう付けなどによって隙間が無いように埋められる。
すなわち、温度センサ66は、冷却回路Xの冷媒流通管42aと、ドレンチャンバー63内の圧縮空気の双方に接触しているため、1つで双方の温度を測定できる。
このため、圧縮機41が運転停止中には、温度センサ66は、高温側の温度としてドレンチャンバー63内の圧縮空気温度を検出することとなる。
すなわち、圧縮機41が停止すると冷却回路Xを冷媒が流通しなくなるので、圧縮機41の停止中はファン61を駆動させておく意味がないためである。そこで、サーモスタット73によって、圧縮機41の停止とともにファン61も停止し、圧縮機41の運転再開とともにファン61の運転を再開する。
10 容器
11 フィン
11 容器
11a 端面
12 冷媒流通管
13 出口チャンバー
14 温度センサ
16 空気入口
17 保護管
17a 先端部
17b 後端部
18 空気出口
19 熱交換器
21 容器
22 冷媒流通管
23 空気入口
24 空気出口
29 熱交換器
30 熱交換プレート
31 空気入口
32 冷媒出口
33 冷媒入口
34 空気出口
40 圧縮空気除湿装置
41 圧縮機
42 冷媒流通管
42a 冷媒流通管
47 凝縮器
48 膨張弁
49 蒸発器
49a フィン
50 ストレーナ
52 冷却部
54 導入口
55 排気口
56 除湿装置本体
56a 端面
58 ドレントラップ
59 排水管
60 流通管
61 ファン
62 再熱器
63 ドレンチャンバー
66 温度センサ
70 保護管
70a 先端部
70b 後端部
73 サーモスタット
X 冷却回路
Claims (1)
- 圧縮空気を導入する導入口と、該導入口から導入された圧縮空気を冷却して圧縮空気内の水分を結露させて圧縮空気を除湿する冷却部と、該冷却部で除湿された圧縮空気を排気する排気口とを有する除湿装置本体と、
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、前記除湿装置本体の冷却部に配置される蒸発器とを有し、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒を循環させる冷媒流通管を有する冷却回路とを具備する圧縮空気除湿装置において、
前記除湿装置本体のドレンチャンバー内の、前記蒸発器のフィンが配置されていない前記冷媒流通管の前記圧縮機に延びる部分で且つ前記蒸発器通過後の圧縮空気に当接する箇所に取り付けられて、前記蒸発器から吐出された冷媒温度を検出するとともに、前記排気口から排気される除湿後の圧縮空気温度を検出する温度センサと、
前記温度センサが検出する、前記蒸発器のフィンが配置されていない前記冷媒流通管の前記圧縮機に延びる部分の冷媒温度に基づいて、前記圧縮機運転中に、前記冷媒温度が所定温度未満となった場合には、前記圧縮機の運転を停止し、且つ、
前記温度センサが検出する、前記蒸発器を通過した圧縮空気温度に基づいて、前記圧縮機運転停止中に、前記圧縮空気温度が所定温度を超えた場合には、前記圧縮機の運転を再開するように制御する制御部と、を備え、
前記温度センサは、前記冷媒流通管の前記圧縮機に延びる部分に固定された保護管内に収納されており、
前記保護管は、中空であって、前記除湿装置本体の内部に位置している一端側が閉塞しており、前記除湿装置本体の外部に突出している他端側が開口していることを特徴とする
圧縮空気除湿装置。
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