JP6340627B2 - 圧縮空気除湿装置 - Google Patents

Description

本発明は圧縮空気除湿装置に関する。

圧縮空気除湿装置は、エアーコンプレッサーによって圧縮された圧縮空気を冷却回路により冷却して、圧縮空気中の水分を結露させて除湿する装置である。
圧縮空気は、冷却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。

例えば、特許文献１に示す圧縮空気除湿装置は、横置き円筒状の圧力容器である除湿装置本体内に、冷却器を有する冷却部が設けられている。冷却器は、低温の冷媒が流通する冷媒管に複数のフィンが取り付けられて構成されている。

除湿装置本体の冷却部の上部には、再熱部が設けられている。再熱部は、除湿装置本体内に導入される圧縮空気と、冷却部を通過後の冷却された圧縮空気とを熱交換するためのものである。
再熱部によって除湿装置本体に導入された圧縮空気は、冷却部へ導入される前に予備冷却され、一方の冷却された圧縮空気は、再熱部で加熱されてさらに乾燥度を増し、必要な機器等に送風される。

特開平８−１３１７５４号公報

除湿装置本体の冷却部を通過して低温低湿となった圧縮空気は、冷却部からチャンバー内に流出し、チャンバー内を上昇して再熱部に流入する。チャンバーの底部には、ドレン排管が設けられており、冷却されて結露した圧縮空気中の水分をドレンとして排出するようにしている。

冷却部から流出する冷却後の圧縮空気の流速が速すぎると結露した水分がドレン排管に落下せずに、そのまま再熱部方向に上昇して再熱部に流入してしまう。この現象は、「巻き上がり」と呼ばれている。巻き上がりが生じると、除湿が十分にされていない圧縮空気を外部機器に供給することとなってしまう。

なお、圧縮空気は、圧力が低い方が流速は速くなり、圧力が高ければ流速が遅くなるという性質をもつ。
一般的に圧縮空気除湿装置においては、巻き上がりの発生を防止すべく圧縮空気の流速が必要以上に速くならないよう設計されているが、使用条件が異なる場所に設置される場合、例えば圧縮空気の一般的な使用よりも圧力を低く使用したい場合などは流速が速くなるため、巻き上がりが生じる可能性もある。この場合、冷却部における熱交換器の大きさを変更する等で対処できるが、内部の構造を変更しなくてはならず、コストアップにつながる。

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、使用条件に拘わらず、巻き上がりを抑制して確実な除湿が行える圧縮空気除湿装置を提供することにある。

本発明に係る圧縮空気除湿装置によれば、圧力容器からなる除湿装置本体と、該除湿装置本体内において、除湿対象の圧縮空気を流通させて冷却させる冷却部と、内部に前記冷却部が設けられた冷却管路と、前記除湿装置本体内の前記冷却管路の出口に連通して設けられ、冷却されて結露した圧縮空気中の水分をドレンとして排出させるドレン排管が底部に設けられたチャンバーと、を具備し、前記冷却部は、冷媒が流通する冷媒管と、該冷媒管を貫通して配置された複数枚のフィンと、流通する圧縮空気が蛇行して流通するように、冷却管路の内壁上面又は内壁下面を交互に閉塞する、所定間隔おきに配置された複数枚の邪魔板と、を備えており、前記冷却管路の圧縮空気の流通方向の入口側から所定長さまでの邪魔板の配置間隔よりも、前記所定長さの位置から圧縮空気の出口側端部までの邪魔板の配置間隔が広くなるように設けられ、前記冷却管路の出口側端部は、冷却管路の内壁上面を閉塞する邪魔板と、冷却管路の内壁上面を閉塞するシール部材とによって前記冷却管路の出口側端部の上部を閉塞するように設けられていることを特徴としている。
この構成を採用することによって、冷却管路の出口から流出する圧縮空気は、出口側端部の邪魔板とシール部材とによって閉塞された冷却管路の上部からは流出できず、冷却管路の下部から流出する。これにより、冷却された圧縮空気は、冷却管路の上部から流出する場合よりも、チャンバーに入った後の上昇距離が長くなる。このため、結露した水分が十分にドレンとして排出される時間的猶予ができ、いわゆる巻き上がりを防止できる。また、出口側の邪魔板どうしの間隔は他の箇所よりも広くなっているので、冷却管路内を流通する圧縮空気の流速は、出口側で遅くなる。このため、この構成によっても、流速が速い状態でチャンバーに冷却された圧縮空気が流入せず、いわゆる巻き上がりを防止できる。すなわち、このような本願の構成により、巻き上がりの抑制を確実に行うことができる。

また、前記シール部材は、エラストマーであって、２枚の邪魔板に挟み込まれて配置されることを特徴としてもよい。
この構成によれば、２枚の邪魔板によってエラストマーのシール部材の圧縮空気の流通方向への変形を防止することができる。

前記シール部材の上端は、前記出口側端部の邪魔板の上端よりも上方に突出した大きさに形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、冷却管路の上部からの圧縮空気の流出を防止し、巻き上がりの抑制を確実に行うことができる。

本発明によれば、巻き上がりの抑制を確実に行うことができる。

圧縮空気除湿装置の第１の実施形態の全体構成を示す断面図である。 冷却管路内の構成を説明する説明図である。 フィンの正面図である。 邪魔板の正面図である。 冷却部の側面図である。 冷却部の出口側付近の拡大図である。 シール部材の正面図である。 第２の実施形態の冷却部の側面図である。

（第１の実施形態）
以下本発明に係る圧縮空気除湿装置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１は、本実施の形態における圧縮空気除湿装置４０の断面図である。
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、乾燥させた圧縮空気を必要とする機器等へ供給する装置である。図１の圧縮空気の流れは矢印で示されている。
圧縮空気除湿装置４０は、冷媒を循環させる構成を有する冷却回路と、除湿装置本体４１とを備えている。冷却回路は、圧縮機、凝縮器、ストレーナ、膨張弁、及び蒸発器等を備えている一般的な冷凍サイクルによる回路であり、図面では蒸発器（冷却部４２）のみを図示している。

除湿装置本体４１は、長手方向が水平方向を向き、横置きされた筒状の圧力容器である。
除湿装置本体４１の内部には冷却回路の蒸発器が配置される冷却管路４４が設けられている。冷却管路４４は、断面円形の筒状の部材である。

除湿装置本体４１の上面の長手方向の一端には、圧縮空気を導入する導入口５５が設けられており、長手方向の上面の長手方向の他端には冷却管路４４内の冷却部４２（後述する）で冷却され除湿された圧縮空気を排気する排気口５６が設けられている。

また、冷却管路４４の上部には再熱部５８が設けられている。再熱部５８は、導入口５５から導入された圧縮空気と、冷却部４２で冷却され除湿された圧縮空気とを熱交換する構造となっている。本実施形態の再熱部５８は、除湿後の圧縮空気を流通させる流通管６０の周囲を、導入口５５から導入された除湿前の圧縮空気を通過させることで熱交換している。
ただし、再熱部５８の構成としてはこのような構成でなくともよく、除湿後の圧縮空気又は除湿前の圧縮空気を蛇行させる構成としてもよい。

再熱部５８を設けることにより、除湿後の圧縮空気が除湿前の圧縮空気によって加熱されるので、乾燥度を増すと共に圧縮空気の供給量を上げることができる。
また、除湿前の圧縮空気は、除湿後の圧縮空気によって、冷却部４２に導入される前に予備冷却できる。

冷却管路４４の圧縮空気の出口側は、開口してチャンバー４６と連通している。チャンバー４６の上部には、再熱部５８の流通管６０の入口側端部が位置しており、冷却管路４４から流出した圧縮空気は、チャンバー４６内を上昇して再熱部５８の流通管６０に流入する。

また、チャンバー４６の底部には、ドレン排出器６６を備えたドレン排管６３が設けられている。冷却管路４４内で冷却された圧縮空気は、圧縮空気中に含まれる水分が結露し、冷却管路４４内でドレンとしてドレン排管６３に排出されるほか、チャンバー４６内で膨張（流速を落と）し再熱部５８に向けて上昇する際に、結露した水分が落下してドレンとしてドレン排管６３に排出される。このとき、圧縮空気は、冷媒管４８を通過し接触するため一層除湿される構成となっている。

以下、本実施形態の冷却部の具体的構成について、図２〜図７に基づいて説明する。
冷却回路の蒸発器が、冷却部４２として除湿装置本体４１内の冷却管路４４に設けられている。
冷却部４２はいわゆるフィンアンドチューブ式の熱交換器である。冷却部４２は、冷媒が流通する冷媒管４８と、冷媒管４８を貫通して配置される複数枚のフィン５０とを有している。また、冷却部４２は、冷媒管４８を貫通して、冷却管路４４の内壁上面と内壁下面を交互に閉塞する複数枚の邪魔板５２を有している。
冷媒管４８は、冷却管路４４内では、圧縮空気の流通方向に沿って延び、圧縮空気の入口側と出口側とで複数回折り返されて構成されている。

図２では、一般的な冷却部４２の概略構成を示している。図２の矢印が冷却管路４４内を通過する圧縮空気の流れを示している。冷却部４２では、圧縮空気とフィン５０との接触面積を増やし、流路を長くとって熱交換効率を上げる必要がある。
そこで、フィン５０を複数枚配置した後に冷却管路４４の内壁上面を閉塞する邪魔板５２を配置し、その後さらにフィン５０を複数枚配置した後に冷却管路４４の内壁下面を閉塞する邪魔板５２配置することで、圧縮空気は冷却管路４４内で上下方向に蛇行して流通でき、圧縮空気とフィン５０との接触面積を増やし、流路を長くとることができる。

図３に、フィン５０の正面図を示す。
フィン５０は、正面視円形の形状から上部及び下部を水平方向に切断した形状を有しており、左右の円弧部分５０ａは、冷却管路４４の内壁左右両面にほぼ当接するように形成されている。フィン５０の上下の直線部分５０ｂが形成されていることによって、圧縮空気はフィン５０の上部及び下部と冷却管路４４の内壁上下両面との間を流通可能である。
なお、図３のフィン５０には、冷媒管４８の貫通穴５１が６か所に形成されている。

図４に、邪魔板５２の正面図を示す。
邪魔板５２は、正面視円形の形状から上部又は下部のいずれか一方を水平方向に切断した形状を有しており、円弧部分５２ａは、冷却管路４４の内壁左右両面から上面又は下面にほぼ当接するように形成されている。邪魔板５２の上部又は下部には、直線部分５２ｂが形成されていることによって、圧縮空気は邪魔板５２の上部又は下部と冷却管路４４の内壁上面又は内壁下面との間を流通可能である。
なお、図４の邪魔板５２には、冷媒管４８の貫通穴５１が６か所に形成されている。

図５に冷却部の全体構造を、図６に出口付近の構造を示す。
図５では、図面右から左へ向く方向が圧縮空気の流通方向であるとする。
冷却部４２は、冷却管路４４の出口側４４Ｘにおける邪魔板５２の配置間隔が、出口側以外の箇所における配置間隔よりも広くなるように配置されている。

本実施形態では、冷却管路４４の圧縮空気の流通方向の上流側から流通方向の長さの２／３程度までは、邪魔板５２をフィン５０の３枚おきに配置している。そして、冷却管路４４の圧縮空気の流通方向の上流側から流通方向の長さの２／３から出口側端部までの間は、邪魔板５２をフィン５０の５枚おきに配置している。

上記のような構成を採用することにより、圧縮空気は冷却管路４４の入口側から流通方向の長さ２／３程度までは、圧縮空気の上下方向の蛇行回数が増える。このため、この部分では圧縮空気の流速は、冷却管路４４へ導入される直前の流速と比較すると比較的速いと言える。

一方、冷却管路４４の出口側付近では、冷却管路４４の入口側から流通方向の長さ２／３までの間よりも、圧縮空気の上下方向の蛇行が減る。このため、この部分で圧縮空気の流速は遅くなる。
例として、冷却管路４４の入口側から流通方向の長さ２／３程度までの圧縮空気の流速が３．６７ｍ／ｓの場合、冷却管路４４の出口側付近の流速は、２．４４ｍ／ｓまで下がる。
なお、冷却管路４４の出口側４４Ｘ付近における流速と、出口側端部の邪魔板５２の下端と冷却管路４４の内壁下面との間の隙間を通過する流速と、チャンバー４６内における流速とを比較すると、冷却管路４４の出口側４４Ｘ付近における流速＞出口側端部の邪魔板５２の下端と冷却管路４４の内壁下面との間の隙間を通過する流速＞チャンバー４６内における流速のようになる。

このように、冷却管路４４から吐出される圧縮空気の流速を出口側付近で遅くすることにより、冷却された圧縮空気が速い速度でチャンバー４６内を通過することなく、巻き上がりの抑制を実行できる。

また、冷却管路４４の出口側端部は、冷却管路４４の内壁上面を閉塞する邪魔板５２と、冷却管路４４の内壁上面を閉塞するシール部材６２とによって冷却管路４４の出口側端部の上部を閉塞している。

このような構成により、出口側端部の邪魔板５２とシール部材６２とによって、冷却管路４４の内壁上面と邪魔板５２の当接部とが完全に閉塞され、冷却管路４４を流通する圧縮空気は、出口側端部の邪魔板５２と冷却管路４４の内壁上面から流出せず、冷却管路４４の下部に導かれる。冷却管路４４の下部に導かれた圧縮空気は、出口側端部の邪魔板５２の下端と冷却管路４４の内壁下面との間の隙間からチャンバー４６へ流出する。
このため、冷却された圧縮空気は、冷却管路４４の下部から出るため、冷却管路４４の上部から出る場合よりも、チャンバー４６に入った後の上昇距離が長くなる。このため、結露した水分が十分にドレンとして排出される時間的猶予ができ、巻き上がりを抑制できる。

図７に、シール部材６２の正面図を示す。
シール部材６２としては、ゴム等のエラストマーの正面視半円形の形状の部材を採用している。また、シール部材６２には、冷媒管４８を装着させるための複数の切り欠き部６４が形成されている。
複数の切り欠き部６４のうちいずれかは、冷媒管４８が装着できるように円形に形成された円形部６４ａと、冷媒管４８の直径よりも若干幅狭の直線部６４ｂとを有している。シール部材６４を冷媒管４８に装着する際は、幅狭の直線部６４ｂを変形させて装着し、装着後は幅狭の直線部６４ｂの変形が元に戻るので、抜け止めの作用を有する。
なお、冷却管路４４の内壁上面との間を閉塞するために、邪魔板５２を溶接などで冷却管路４４の内壁上面に固定する方法もあるが、邪魔板５２は熱交換用にアルミ等の薄板を用いることが一般的であり、冷却管路４４はステンレス鋼板を用いることが一般的であるため、溶接で固定することは実際上困難であり、また溶接以外の方法では組立性やリサイクル性が非常に悪い。
そこで、シール部材６２として弾性部材を採用することにより、組立性やリサイクル性良く、確実な閉塞が行える。

シール部材６２を正面視したときの円の直径は、邪魔板５２を正面視したときの円の直径よりも大径となっている。したがってシール部材６２は、冷媒管４８に取り付けた際には、隣接する２枚の邪魔板５２よりも上方及び左右両方向に突出している。
シール部材６２はエラストマーのため、冷却管路４４内で円弧状の上方及び左右両方向が、冷却管路４４の内壁上面及び左右両面に圧縮されて配置させることができるので、冷却管路４４の内壁面との隙間をなくすことができる。

また、シール部材６２は、冷却管路４４の内壁上面を閉塞する２枚の邪魔板５２に挟み込まれて配置される。
このように構成されることで、圧縮空気によってシール部材６２が変形することを防止でき、冷却管路４４の内壁上面の閉塞をさらに確実に行える。

（第２の実施形態）
図８に、第２の実施形態を示す。ただし、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
冷却部４２は、冷却管路４４の出口側における邪魔板５２の配置間隔が、出口側以外の箇所における配置間隔よりも広くなるように配置されている。

本実施形態では、冷却管路４４の圧縮空気の流通方向の上流側から流通方向の長さの２／３程度までは、フィン５０は１枚も配置せず、冷却管路４４の内壁上面を閉塞する邪魔板５２と内壁下面を閉塞する邪魔板５２を交互に配置している。そして、冷却管路４４の圧縮空気の流通方向の上流側から流通方向の長さの２／３から出口側端部までの間は、邪魔板５２をフィン５０の５枚おきに配置している。

上記のような構成を採用することにより、圧縮空気は冷却管路４４の入口側から流通方向の長さ２／３程度までは、圧縮空気の上下方向の蛇行回数が、第１の実施形態よりも増える。この実施形態では、第１の実施形態よりも圧縮空気の圧力が大きいものを導入する場合について想定している。すなわち、圧力が高い圧縮空気は、流速が遅くなるので、圧力が高い圧縮空気を導入する場合に、ある程度の流速を維持すべく、冷却管路４４の入口側においてはフィン５０を全く配置せず、邪魔板５２のみを配置するようにした。このため、この部分で圧縮空気の蛇行回数が増え、圧縮空気の流速を、冷却管路４４へ導入される直前の流速と比較すると速くすることができる。

ただし、冷却管路４４の出口側付近では、第１の実施形態と同様に、冷却管路４４の入口側から流通方向の長さ２／３までの間よりも、圧縮空気の上下方向の蛇行が減る。したがって、この部分で圧縮空気の流速は遅くなる。
このため、冷却管路４４から吐出される圧縮空気の流速を出口側付近で遅くすることにより、冷却された圧縮空気が速い速度でチャンバー４６内を通過することなく、巻き上がりの抑制を実行できる。

また、冷却管路４４の出口側端部は、冷却管路４４の内壁上面を閉塞する邪魔板５２と、冷却管路４４の内壁上面を閉塞するシール部材６２とによって冷却管路４４の出口側端部の上部を閉塞する点も上記の第１の実施形態と同様の構成である。

なお、上述してきた各実施形態は冷却管路４４の上方に再熱部５８を設けた構成であったが、本発明の圧縮空気除湿装置としては、再熱部５８を設けた構成に限定するものではなく、再熱部５８を設けていない圧縮空気除湿装置であってもよい。

また、流通管路の出口側付近の邪魔板５２の配置間隔を、他の箇所よりも広くする箇所としては、圧縮空気の流通方向の流通方向の長さの２／３から出口側端部までの長さに限定することはなく、適宜変更してもよい。
例えば、圧縮空気の流通方向の長さの１／２から出口側端部までの邪魔板５２の配置間隔を、他の箇所よりも広くしてもよいし、圧縮空気の流通方向の長さの１／４から出口側端部までの邪魔板５２の配置間隔を、他の箇所よりも広くしてもよい

４０ 圧縮空気除湿装置
４１ 除湿装置本体
４２ 冷却部
４４ 冷却管路
４６ チャンバー
４８ 冷媒管
５０ フィン
５０ａ 円弧部分
５０ｂ 直線部分
５１ 貫通穴
５２ 邪魔板
５２ａ 円弧部分
５２ｂ 直線部分
５５ 導入口
５６ 排気口
５８ 再熱部
６０ 流通管
６２ シール部材
６３ ドレン排管
６４ 切り欠き部
６６ ドレン排出器

Claims (3)

1. 圧力容器からなる除湿装置本体と、
   該除湿装置本体内において、除湿対象の圧縮空気を流通させて冷却させる冷却部と、
   内部に前記冷却部が設けられた冷却管路と、
   前記除湿装置本体内の前記冷却管路の出口に連通して設けられ、冷却されて結露した圧縮空気中の水分をドレンとして排出させるドレン排管が底部に設けられたチャンバーと、を具備し、
   前記冷却部は、
   冷媒が流通する冷媒管と、該冷媒管を貫通して配置された複数枚のフィンと、流通する圧縮空気が蛇行して流通するように、冷却管路の内壁上面又は内壁下面を交互に閉塞する、所定間隔おきに配置された複数枚の邪魔板と、を備えており、
   前記冷却管路の圧縮空気の流通方向の入口側から所定長さまでの邪魔板の配置間隔よりも、前記所定長さの位置から圧縮空気の出口側端部までの邪魔板の配置間隔が広くなるように設けられ、
   前記冷却管路の出口側端部は、冷却管路の内壁上面を閉塞する邪魔板と、冷却管路の内壁上面を閉塞するシール部材とによって前記冷却管路の出口側端部の上部を閉塞するように設けられていることを特徴とする圧縮空気除湿装置。
2. 前記シール部材は、エラストマーであって、
   ２枚の邪魔板に挟み込まれて配置されることを特徴とする請求項１記載の圧縮空気除湿装置。
3. 前記シール部材の上端は、前記出口側端部の邪魔板の上端よりも上方に突出した大きさに形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧縮空気除湿装置。

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