JP6403703B2 - 圧縮空気の冷却乾燥方法およびその冷却乾燥装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば生産工場等のエアコンプレッサで生成された高温の圧縮空気をエアードライヤへ多量に供給する際に好適で、冷凍式エアードライヤを廃し、ボルテックスチューブ（vortex tube）で生成した暖気と冷気を有効に利用して、低温で乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給し、エアードライヤによる良好な気液分離を実現してエアーツールへ供給し、エアーツールの故障や機能低下を未然に防止するようにした、圧縮空気の冷却乾燥方法およびその冷却乾燥装置に関する。
エアコンプレッサから吐出された圧縮空気には水や油分が混在し、この圧縮空気をエアードライバーやインパクトレンチ、塗装ガン等のエアーツールへ供給すると、空気導管の内部が錆たり、エアーツール内部の構成部品が錆びて機能が低下し故障を起こす惧れがあるため、圧縮空気の吐出管路に気液分離器であるエアードライヤを取付けて気液分離し、乾燥した圧縮空気をエアーツールへ供給するようにしている。
前記エアードライヤは、例えば中空円筒体の上部に内部に連通する上カバーを取付け、該カバーの両側に設けた入口通路と出口通路に圧縮空気の管路を形成する導管をねじ込み、中空円筒体の内部に中空円筒状の仕切管を配置し、該仕切管の内部に凸部と凹み空間とこれらを貫通する透孔を形成した気液分離部材である複数の仕切体を積み重ねて配置している。
そして、前記入口通路から中空円筒体内に導入した圧縮空気を、複数の仕切体の下方に導いて透孔から噴出し、その断熱膨張により凝結した水分を中空円筒体の下端部に設けたドレン孔（図示略）から排出し、水分を除去し乾燥した空気を出口通路から排出して、エアーツール側へ供給するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
そして、前記入口通路から中空円筒体内に導入した圧縮空気を、複数の仕切体の下方に導いて透孔から噴出し、その断熱膨張により凝結した水分を中空円筒体の下端部に設けたドレン孔（図示略）から排出し、水分を除去し乾燥した空気を出口通路から排出して、エアーツール側へ供給するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、前記エアードライヤは圧縮空気の吐出管路に介挿して使用され、その吐出管路は通常は工場等の屋内に配置されているため、エアードライヤの設置位置や利用箇所が限られてしまう問題があった。
また、吐出管路の上流または中流側にエアードライヤを配置して気液分離しても、エアーツールへ供給する際は周辺の空気温度によって再度水分が凝縮して混入し、当初の気液分離状態が低下して、水分が混在した圧縮空気をエアーツールへ供給してしまい、エアーツールが故障したり機能が低下し、また塗装ガンにおいては所期の塗装が不可能になって使用不能に陥る等の問題があった。したがって、エアードライヤによって圧縮空気を能率良く高精度に気液分離する場合は、冷却し乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給することが望ましい。
また、吐出管路の上流または中流側にエアードライヤを配置して気液分離しても、エアーツールへ供給する際は周辺の空気温度によって再度水分が凝縮して混入し、当初の気液分離状態が低下して、水分が混在した圧縮空気をエアーツールへ供給してしまい、エアーツールが故障したり機能が低下し、また塗装ガンにおいては所期の塗装が不可能になって使用不能に陥る等の問題があった。したがって、エアードライヤによって圧縮空気を能率良く高精度に気液分離する場合は、冷却し乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給することが望ましい。
このような要請に応ずるものとして、例えばエアコンプレッサの圧縮空気を冷凍式エアードライヤへ送り込み、該冷凍式エアードライヤは、エアードライヤ本体ケース内に、圧縮機と凝縮器と冷却器からなる冷凍回路を配置し、その冷却室に前記圧縮空気を送り込んで冷却し乾燥するようにしたものがある（例えば、特許文献２，３参照）。
しかし、冷凍式エアードライヤは高価で設置費用が掛かる上に、エアーツールの使用時は冷凍式エアードライヤを終始駆動するため、その運転費用が膨大になるという問題があった。
そこで、前記問題を解決するものとして、エアードライヤの内部に冷凍回路を構成する第１および第２熱交換器を配置し、これらの熱交換器に冷媒を供給し、第１熱交換器に導入した冷却水を冷却して第２熱交換器へ導入し、この第２熱交換器に圧縮空気を導入し、該圧縮空気を前記冷却水で冷却するようにしたエアードライヤがある（例えば、特許文献４参照）。
しかし、このエアードライヤは冷却水の冷却を要し、そのための第１および第２熱交換器を備えた冷凍回路の設置を要して、その設備費とそれらの運転費用が嵩む等の問題があった。
また、圧縮空気を水冷する他の手段として、エアーコンプレッサの圧縮空気を導入する圧縮空気管を冷却水槽に配管し、該冷却水槽の底部に水冷式アフタークーラーを設け、該アフタークーラーに圧縮空気を導入して冷却し、冷却した圧縮空気を併設した冷凍式エアードライヤへ導き、その冷凍配管によって圧縮空気を更に冷却するようにしたものがある（例えば、特許文献５参照）。
しかし、この装置は水冷式アフタークーラーの他に冷凍式エアードライヤの併設を要し、それらの設備費が嵩む上に圧縮空気の冷却に時間が掛かって、その運転費用が高価になる等の問題があった。
そこで、前記問題を解決するものとして、半導体ウエハ等の基板の洗浄等に使用する乾燥空気の生成装置ないし生成方法として、圧縮空気を生成する圧縮空気生成器と、生成された圧縮空気によって冷気および暖気をそれぞれ生成するボルテックスチューブと、このボルテックスチューブに接続され、かつこのボルテックスチューブから送られた冷気を収容する容器と、容器に収容された冷気を加熱する加熱器とを備え、前記加熱器をボルテックスチューブに接続し、ボルテックスチューブから送られた暖気を用いて容器に収容した冷気を常温に加熱し、この常温の空気を基板処理室へ導入するようにしたものがある（例えば、特許文献６参照）。
しかし、前記ボルテックスチューブは、冷気を容易に得られるが高価で吐出風量が概して少なく、多量の圧縮空気を使用する生産工場に対応できないという問題がある。また、ボルテックスチューブは、冷気を得るためにコンプレッサを連続して運転する必要があるため、電気代が膨大になる問題があった。
しかも、前記乾燥空気生成装置は、ボルテックスチューブとバッファーを接続する冷気側接続管と暖気側接続管とを生成装置内に晒しているため、バッファーにおける熱交換効率が悪く安定した常温の圧縮空気を得ることが難しい上に、暖気側の接続管が降温して暖気が露点に漸近するにも拘わらず、そのままバッファーへ導入しているため、バッファーから十分に乾燥した乾燥空気を得られないという問題があった。
本発明はこのような問題を解決し、例えば生産工場等のエアーコンプレッサで生成された高温の圧縮空気をエアードライヤへ多量に供給する際に好適で、冷凍式エアードライヤを廃し、ボルテックスチューブで生成した暖気と冷気を有効に利用して、低温で乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給し、エアードライヤによる良好な気液分離を実現してエアーツールへ供給し、エアーツールの故障や機能低下を未然に防止するようにした、圧縮空気の冷却乾燥方法およびその冷却乾燥装置を提供することを目的とする。
請求項１の発明は、生成した圧縮空気をボルテックスチューブに導入して冷気と暖気を発生させ、前記冷気を前置圧力容器内に配置した複数の扁平なクーリングチャンバに導入し、前記暖気を該前置圧力容器に導入して、該クーリングチャンバの表面に水蒸気を凝結させて除湿して冷却し、除湿後の暖気を前記冷気と共に圧力容器に導入し混合して調製空気とし、前記調製空気を内部に複数の仕切体を配置したエア−ドライヤに導入し気液分離してからエアーツールに供給し、冷凍式エアードライヤを廃し、ボルテックスチューブで生成した暖気と冷気を有効に利用して、低温で乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給し、エアードライヤによる良好な気液分離を実現してエアーツールへ供給し、エアーツールの故障や機能低下を未然に防止するようにしている。
請求項２の発明は、生成された圧縮空気が導入され、冷気と暖気を発生するボルテックスチューブと、前記冷気が導入される複数の扁平なクーリングチャンバが内部に配置され、導入された前記暖気を、該クーリングチャンバの表面に水蒸気を凝結させて除湿し冷却する前置圧力容器と、導入された除湿後の暖気と前記冷気を混合して調製空気とする圧力容器と、内部に複数の仕切体が配置され、導入された前記調製空気を気液分離してエアーツールに供給するエアードライヤを設け、冷凍式エアードライヤを廃し、ボルテックスチューブで生成した暖気と冷気を有効に利用して、低温で乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給し、エアードライヤによる良好な気液分離を実現してエアーツールへ供給し、エアーツールの故障や機能低下を未然に防止するようにしている。
請求項１の発明は、生成した圧縮空気をボルテックスチューブに導入して冷気と暖気を発生させ、前記冷気を前置圧力容器内に配置した複数の扁平なクーリングチャンバに導入し、前記暖気を該前置圧力容器に導入して、該クーリングチャンバの表面に水蒸気を凝結させて除湿して冷却し、除湿後の暖気を前記冷気と共に圧力容器に導入し混合して調製空気とし、前記調製空気を内部に複数の仕切体を配置したエアードライヤに導入し気液分離してからエアーツールに供給し、冷凍式エアードライヤを廃し、ボルテックスチューブで生成した暖気と冷気を有効に利用して、低温で乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給し、エアードライヤによる良好な気液分離を実現してエアーツールへ供給し、エアーツールの故障や機能低下を未然に防止することができる。
請求項２の発明は、生成された圧縮空気が導入され、冷気と暖気を発生するボルテックスチューブと、前記冷気が導入される複数の扁平なクーリングチャンバが内部に配置され、導入された前記暖気を、該クーリングチャンバの表面に水蒸気を凝結させて除湿し冷却する前置圧力容器と、導入された除湿後の暖気と前記冷気を混合して調製空気とする圧力容器と、内部に複数の仕切体が配置され、導入された前記調製空気を気液分離してエアーツールに供給するエアードライヤを設け、冷凍式エアードライヤを廃し、ボルテックスチューブで生成した暖気と冷気を有効に利用して、低温で乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給し、エアードライヤによる良好な気液分離を実現してエアーツールへ供給し、エアーツールの故障や機能低下を未然に防止することができる。
以下、本発明を気液分離器であるエアードライヤに供給する圧縮空気の冷却ないし乾燥に適用した図示の基本形態について説明すると、図１乃至図４において１は圧縮空気生成器であるエアーコンプレッサ、２はエアーコンプレッサ１で生成した圧縮空気を貯留するエアータンクで、その出口側に圧縮空気導管３が接続され、この他端を冷却器であるボルテックスチューブ４に接続している。実施形態では、生産工場で多用されている０．７ＭＰａの圧縮空気をエアーコンプレッサ１で生成し、これをエアータンク２からボルテックスチューブ４へ導入している。
前記ボルテックスチューブ４は中空筒状に形成され、そのチューブ本体５の片側周面に圧縮空気導管３を接続可能な導管接続部６が突設され、また前記チューブ本体５の両側に冷気出口７と暖気出口８が設けられ、これらの出口７，８に冷気導管９と暖気導管１０の一端が接続され、この他端を後述する前置圧力容器に接続している。
実施形態のボルテックスチューブ４は、外径約４ｃｍ、長さ約２７ｃｍ、重さ約１．５〜２．０ｋｇに構成されている。
実施形態のボルテックスチューブ４は、外径約４ｃｍ、長さ約２７ｃｍ、重さ約１．５〜２．０ｋｇに構成されている。
前記チューブ本体５内の圧縮空気導管３に連通する位置に、空気渦を発生させるゼネレータ１１が配置され、その両側に冷気室１２と暖気室１３が設けられている。
前記冷気室１２は冷気流１４の移動通路として機能し、暖気室１３はゼネレータ１１によって発生した渦流の旋回通路として機能し、この通路内を前記渦流が旋回して暖気出口８側へ高速に移動し、その旋回時の遠心力によって旋回流を暖気室１３の内壁に圧縮して回転し、その圧力および密度を急上昇させて温度を上昇させ、高温の暖気流１５を暖気出口８側へ移動可能にしている。
前記冷気室１２は冷気流１４の移動通路として機能し、暖気室１３はゼネレータ１１によって発生した渦流の旋回通路として機能し、この通路内を前記渦流が旋回して暖気出口８側へ高速に移動し、その旋回時の遠心力によって旋回流を暖気室１３の内壁に圧縮して回転し、その圧力および密度を急上昇させて温度を上昇させ、高温の暖気流１５を暖気出口８側へ移動可能にしている。
前記暖気出口８に開閉弁１６がハンドル１７によって開度調整可能にされ、その調整操作によって暖気出口８からの暖気流１５の流出量を調整し、チューブ本体５内の空気の一部を流出可能にしている。
前記基本形態のボルテックスチューブ４は、コンプレッサー１からの入気量と吐出風量との割合である冷風率が８０％のものを使用し、生成した冷気と暖気を冷気導管９と暖気導管１０へ送り出している。なお、ハンドル１７の周辺にサイレンサーを取付けて作動中の防音を図ることが望ましい。
前記基本形態のボルテックスチューブ４は、コンプレッサー１からの入気量と吐出風量との割合である冷風率が８０％のものを使用し、生成した冷気と暖気を冷気導管９と暖気導管１０へ送り出している。なお、ハンドル１７の周辺にサイレンサーを取付けて作動中の防音を図ることが望ましい。
前記チューブ本体５内の残りの空気は、チューブ本体５内の中心に押し戻し可能にされ、該空気は暖気流１５によって強制的に回転されて冷気出口７へ移動可能にされている。
その際、押し戻された空気は膨張しながら減速して外側の暖気流１５に対して仕事をし、外側で温度が上昇し中心部で低温の空気を形成可能にしている。
このようにしてボルテックスチューブ４は、圧縮空気から冷気と暖気を生成可能にしている。
その際、押し戻された空気は膨張しながら減速して外側の暖気流１５に対して仕事をし、外側で温度が上昇し中心部で低温の空気を形成可能にしている。
このようにしてボルテックスチューブ４は、圧縮空気から冷気と暖気を生成可能にしている。
前記前置圧力容器１８はボルテックスチューブ４の近接位置に配置され、その形状は円筒状に形成され、その両端部を凸状の曲面板１８ａ，１８ｂで閉塞し、その上位に配置した曲面板１８ａに冷気導管９と暖気導管１０を離間して接続している。
このうち、冷気導管９は前置圧力容器１８内にクーリングチューブ１９として配管され、該クーリングチューブ１９は熱伝導に優れるアルミニウムまたはステンレス鋼管をコイル状に捲回して構成され、その下端部を前置圧力容器１８の底部に配置している。
この場合、前記基本形態ではクーリングチューブ１９をコイル状に捲回しているが、これをジグザグ状またはＵ字状に屈曲し、その占有面積をコンパクト化することも可能である。
このうち、冷気導管９は前置圧力容器１８内にクーリングチューブ１９として配管され、該クーリングチューブ１９は熱伝導に優れるアルミニウムまたはステンレス鋼管をコイル状に捲回して構成され、その下端部を前置圧力容器１８の底部に配置している。
この場合、前記基本形態ではクーリングチューブ１９をコイル状に捲回しているが、これをジグザグ状またはＵ字状に屈曲し、その占有面積をコンパクト化することも可能である。
また、暖気導管１０の端部は前置圧力容器１８内の上端部に配管され、内部の暖気を前置圧力容器１８内に吐出可能にしており、暖気の吐出後、暖気中の水蒸気をクーリングチューブ１９の外周面に凝結させて除湿し、乾燥を促すようにしている。
したがって、前置圧力容器１８の底部に排水弁（図示略）を設け、前置圧力容器１８の底部に滞留した凝縮水を排水可能にしている。
したがって、前置圧力容器１８の底部に排水弁（図示略）を設け、前置圧力容器１８の底部に滞留した凝縮水を排水可能にしている。
このように前置圧力容器１８は内部を暖気で満たされ、その内部に配管したクーリングチューブ１９によって冷却して熱交換させ、暖気を急速に冷却して弱冷気に変えるとともに、暖気中の水蒸気を長尺に形成したクーリングチューブ１９の表面に凝結させて、暖気の除湿を強力に促し、またクーリングチューブ１９中の冷気を暖気に接触させて急速に昇温させている。
前記前置圧力容器１８の下部周面にクーリングチューブ１９に連通する引出管２０が突設され、また該管２０の近接位置に前置圧力容器１８に連通する張出管２１が突設され、これらを前置圧力容器１８の近傍に設置した圧力容器２２に接続して、冷気と暖気を混合させている。
前記圧力容器２２は、導入した冷気と暖気を混合して所定温度かつ湿度に調製し、その調製空気を外部の空気導出管２３へ送り出している。
前記圧力容器２２は、導入した冷気と暖気を混合して所定温度かつ湿度に調製し、その調製空気を外部の空気導出管２３へ送り出している。
前記空気導出管２３の端部は、ドライボックス２４内に収容した気液分離器であるエアードライヤ２５に接続され、導入された混合空気を気液分離可能にしている。
前記ドライボックス２４は圧力容器２２から離間して設置され、該ボックス２４は有底中空の縦長の筐体に構成され、その周囲を薄肉鋼板製の前面板２６と左右側面板２７，２８、上面板２９と底面板３０、および背面カバー３１とで区画し、この背面カバー３１を除く各境界部を溶接して構成している。
前記基本形態のドライボックス２４は、縦４７０〜５００ｍｍ、横３００〜３６０ｍｍ、奥行１６０〜３００ｍｍに形成され、その重量を９〜１５ｋｇに構成して持ち運び可能にしている。
前記ドライボックス２４は圧力容器２２から離間して設置され、該ボックス２４は有底中空の縦長の筐体に構成され、その周囲を薄肉鋼板製の前面板２６と左右側面板２７，２８、上面板２９と底面板３０、および背面カバー３１とで区画し、この背面カバー３１を除く各境界部を溶接して構成している。
前記基本形態のドライボックス２４は、縦４７０〜５００ｍｍ、横３００〜３６０ｍｍ、奥行１６０〜３００ｍｍに形成され、その重量を９〜１５ｋｇに構成して持ち運び可能にしている。
前記前面板２６の上部にテーパ面２６ａが形成され、該テーパ面２６ａに一対の圧力計３２，３３が配置され、これらによってドライボックス２４に導入される気液分離前の圧縮空気の圧力と、エアードライヤ２５によって気液分離された圧縮空気の圧力を計測可能にしている。
図中、３４は上面板２９上に取付けた逆Ｕ字形状の把手、３５は前記底面板３０の四隅に取付けた脚で、設置面３６に対する高さを調節可能にしている。
図中、３４は上面板２９上に取付けた逆Ｕ字形状の把手、３５は前記底面板３０の四隅に取付けた脚で、設置面３６に対する高さを調節可能にしている。
前記エアードライヤ２５は細長円筒状に形成され、その内部に複数の仕切体（図示略）を積み重ねて配置し、この仕切体の下方から圧縮空気を迂回して導入し、これを仕切体の小孔（図示略）から噴出し、その噴流を直上の仕切体に衝突させて圧縮空気中の水分を凝結し、その凝縮水をドレン器３７へ導き、排水管３８から外部へ排出可能にしている。
一方、エアードライヤ２５で気液分離した乾燥した圧縮空気は、空気供給管３９へ送り出され、これを空気供給管３９からエアードライバー、インパクトレンチ、塗装ガン等のエアーツール４０へ供給可能にしている。
このように構成した本発明の基本形態の圧縮空気の冷却乾燥方法およびその冷却乾燥装置は、冷却器であるボルテックスチューブ４と前置圧力容器１８、圧力容器２２とドライボックス２４の製作を要する。
このうち、ボルテックスチューブ４は公知のボルテックスチューブの形状・寸法を基に、吐出空気量を少なくとも１０００Ｌ／ｍｉｍ以上に構成し、かつ冷風率８０％の使用下で、入気圧力０．７ＭＰａの圧縮空気をエアータンク２からボルテックスチューブ４へ導入し、その両側から冷気と暖気を生成可能に設計する。
この場合、前記条件を満たすボルテックスチューブを得られない場合は、後述のように同一または相異なる能力の複数のボルテックスチューブを並列に連結して対応する。
このうち、ボルテックスチューブ４は公知のボルテックスチューブの形状・寸法を基に、吐出空気量を少なくとも１０００Ｌ／ｍｉｍ以上に構成し、かつ冷風率８０％の使用下で、入気圧力０．７ＭＰａの圧縮空気をエアータンク２からボルテックスチューブ４へ導入し、その両側から冷気と暖気を生成可能に設計する。
この場合、前記条件を満たすボルテックスチューブを得られない場合は、後述のように同一または相異なる能力の複数のボルテックスチューブを並列に連結して対応する。
前記前置圧力容器１８を大径の中空円筒状に形成し、その両端部を凸状の曲面板１８ａ，１８ｂで閉塞して耐圧構造に構成し、その一側の曲面板１８ａに、ボルテックスチューブ４の両側に接続した冷気導管９と暖気導管１０とを離間して接続する。
このうち、冷気導管９の端部を前置圧力容器１８内にクーリングチューブ１９として延長して配管し、該クーリングチューブ１９は熱伝導に優れるアルミニウムまたはステンレス鋼管をコイル状に捲回して構成し、その下端部を前置圧力容器１８の底部に配置し、その先端部を前置圧力容器１８の外側に突出して引出管２０を形成する。
この場合、クーリングチューブ１９をコイル状に捲回せず、例えばジグザグ状またはＵ字状に屈曲して構成しても良く、その場合はクーリングチューブ１９の占有面積をコンパクト化し得る。
このうち、冷気導管９の端部を前置圧力容器１８内にクーリングチューブ１９として延長して配管し、該クーリングチューブ１９は熱伝導に優れるアルミニウムまたはステンレス鋼管をコイル状に捲回して構成し、その下端部を前置圧力容器１８の底部に配置し、その先端部を前置圧力容器１８の外側に突出して引出管２０を形成する。
この場合、クーリングチューブ１９をコイル状に捲回せず、例えばジグザグ状またはＵ字状に屈曲して構成しても良く、その場合はクーリングチューブ１９の占有面積をコンパクト化し得る。
また、暖気導管１０の先端部を冷気導管９と離間して曲面板１８ａ内に配管し、内部の暖気を前置圧力容器１８内に吐出可能にする。
この場合、前置圧力容器１８内に吐出された暖気はクーリングチューブ１９によって冷却され、暖気中の水蒸気がクーリングチューブ１９の表面に凝結し、その液滴が前置圧力容器１８の底部に滞留するため、前置圧力容器１８の底部に排水弁（図示略）を設ける。
この場合、前置圧力容器１８内に吐出された暖気はクーリングチューブ１９によって冷却され、暖気中の水蒸気がクーリングチューブ１９の表面に凝結し、その液滴が前置圧力容器１８の底部に滞留するため、前置圧力容器１８の底部に排水弁（図示略）を設ける。
前記前置圧力容器１８の下部周面に該容器１８に連通する張出管２１を突設し、該張出管２１と前記引出管２０を圧力容器２２に接続する。
前記圧力容器２２を円筒状に形成し、その周面に接続した引出管２０と張出管２１から冷気と暖気を導入し、それらを混合して熱交換し所望の温度と湿度、および圧力に調製可能にする。
そして、圧力容器２２の周面に空気導出管２３の一端を接続し、この他端をドライボックス２４内に収容したエアードライヤ２５に接続する。
前記圧力容器２２を円筒状に形成し、その周面に接続した引出管２０と張出管２１から冷気と暖気を導入し、それらを混合して熱交換し所望の温度と湿度、および圧力に調製可能にする。
そして、圧力容器２２の周面に空気導出管２３の一端を接続し、この他端をドライボックス２４内に収容したエアードライヤ２５に接続する。
前記ドライボックス２４を有底中空の縦長の筐体に構成し、その周囲を薄肉鋼板製の前面板２６と左右側面板２７，２８、上面板２９と底面板３０、および背面カバー３１とで区画し、その重量を９〜１５ｋｇに構成して、上面板２９上に取付けた把手３４によって持ち運び可能にする。
また、前面板２６の上部のテーパ面２６ａに一対の圧力計３２，３３を配置し、これらによってドライボックス２４に導入される混合圧縮空気の圧力と、エアードライヤ２５により気液分離した圧縮空気の圧力を計測可能にする。
また、前面板２６の上部のテーパ面２６ａに一対の圧力計３２，３３を配置し、これらによってドライボックス２４に導入される混合圧縮空気の圧力と、エアードライヤ２５により気液分離した圧縮空気の圧力を計測可能にする。
前記エアードライヤ２５を細長円筒状に形成し、その内部に複数の仕切体（図示略）を積み重ねて配置し、この仕切体の下方から圧縮空気を迂回して導入し、これを仕切体の小孔（図示略）から噴出し、その噴流を直上の仕切体に衝突させて圧縮空気中の水分を凝結し、その凝縮水をドレン器３７へ導き、排水管３８から外部へ排出可能にする。
そして、エアードライヤ２５で気液分離し乾燥した圧縮空気を空気供給管３９へ送り出し、該空気供給管３８からエアードライバー、インパクトレンチ、塗装ガン等のエアーツール４０へ供給可能にする。
そして、エアードライヤ２５で気液分離し乾燥した圧縮空気を空気供給管３９へ送り出し、該空気供給管３８からエアードライバー、インパクトレンチ、塗装ガン等のエアーツール４０へ供給可能にする。
次に、ボルテックスチューブ４と前置圧力容器８、圧力容器２２とドライボックス２４を設置する場合は、エアータンク２の設置位置とエアーツール４０の使用位置、およびそれらの設置条件に応じて、屋内または屋外に設置する。
例えばエアータンク２の離間位置にボルテックスチューブ４を配置し、このボルテックスチューブ４の離間位置に前置圧力容器１８を屋内または屋外の平坦な場所に設置し、前置圧力容器１８の離間位置に圧力容器２２を設置し、この圧力容器２２の離間位置にドライボックス２４を設置する。前記ドライボックス２４は把手３４を保持して適宜位置へ持ち運び、所定の設置面３６に設置する。
例えばエアータンク２の離間位置にボルテックスチューブ４を配置し、このボルテックスチューブ４の離間位置に前置圧力容器１８を屋内または屋外の平坦な場所に設置し、前置圧力容器１８の離間位置に圧力容器２２を設置し、この圧力容器２２の離間位置にドライボックス２４を設置する。前記ドライボックス２４は把手３４を保持して適宜位置へ持ち運び、所定の設置面３６に設置する。
その際、例えば屋内または屋外の適所に前置圧力容器１８を収容する筐体（図示略）を設置し、この筐体の内側に前置圧力容器１８とボルテックスチューブ４、および圧力容器２２を配置し、それらを配管して雨水等から防護することが望ましい。
また、前記ボルテックスチューブ４のハンドル１７の周辺にサイレンサーを取付け、作業中の作動音の低減を図ることが望ましい。
また、前記ボルテックスチューブ４のハンドル１７の周辺にサイレンサーを取付け、作業中の作動音の低減を図ることが望ましい。
このように、前置圧力容器１８は内部にクーリングチューブ１９をコイル状に捲回して配置しているから、クーリングチューブ１９の長尺化と前置圧力容器１８の小形化ないし設置スペースのコンパクト化、並びに冷却能力の向上を図れる。したがって、クーリングチューブ１９によって、前置圧力容器８内の暖気中の水蒸気の凝結量を増量して乾燥化を促せる。
しかも、本発明の基本形態は従来のような冷却槽や冷却水の冷却装置、冷凍回路や冷凍式エアードライヤを要しないから、その分設備費の低減とその稼動費の削減を図れる。
こうして、前置圧力容器１８と、圧力容器２２とドライボックス２４を設置し、それらを配管後、エアードライヤ２５に空気供給管３９を接続し、この他端をエアーツール４０に接続する。
こうして、前置圧力容器１８と、圧力容器２２とドライボックス２４を設置し、それらを配管後、エアードライヤ２５に空気供給管３９を接続し、この他端をエアーツール４０に接続する。
このような状況の下でエアーコンプレッサー１を駆動し、生成した圧縮空気をエアータンク２へ送り出し、該タンク２から圧縮空気をボルテックスチューブ４へ導入する。
前記圧縮空気はゼネレータ１１に導かれて渦流を形成し、この渦流が暖気室１３内を旋回して暖気出口８側へ高速に移動する。
その際、前記渦流は旋回時の遠心力によって、暖気室１３の内壁を圧縮しながら回転し、その圧力および密度を急上昇させて温度を上昇し、その一部を暖気出口８側へ送り出す
前記圧縮空気はゼネレータ１１に導かれて渦流を形成し、この渦流が暖気室１３内を旋回して暖気出口８側へ高速に移動する。
その際、前記渦流は旋回時の遠心力によって、暖気室１３の内壁を圧縮しながら回転し、その圧力および密度を急上昇させて温度を上昇し、その一部を暖気出口８側へ送り出す
一方、残りの圧縮空気は開閉弁１６の手前からチューブ本体５内の中心へ押し戻され、かつ暖気流１５によって強制的に回転されて冷気出口７へ移動する。
その際、押し戻された圧縮空気は膨張しながら減速して外側の暖気流１５に対して仕事をし、外側で温度が上昇し中心部で低温の空気を形成する。こうしてボルテックスチューブ４の両端部で冷気と暖気を生成し、これらを冷気導管９と暖気導管１０へ送り出して前置圧力容器１８へ移動する。
その際、押し戻された圧縮空気は膨張しながら減速して外側の暖気流１５に対して仕事をし、外側で温度が上昇し中心部で低温の空気を形成する。こうしてボルテックスチューブ４の両端部で冷気と暖気を生成し、これらを冷気導管９と暖気導管１０へ送り出して前置圧力容器１８へ移動する。
このうち、冷気導管９の端部は前置圧力容器１８内のクーリングチューブ１９に導かれて前置圧力容器１８の底部へ移動し、一方、暖気導管１０の端部は前置圧力容器１８内の上端部に配管されて、内部の暖気を前置圧力容器１８内に吐出する。
こうして前置圧力容器１８の内部は暖気で満たされ、これを内部に配管したクーリングチューブ１９の輻射熱で冷却し、これらの熱交換によって暖気が急速に冷却され、冷気が急速に加温される。
このため、暖気中の水蒸気がクーリングチューブ１９の表面に凝結し、暖気を除湿して降温するとともに、暖気の乾燥を強力に促す。前記クーリングチューブ１９の表面に凝結した液滴は前置圧力容器１８の底部に流下し、排水弁（図示略）によって排水される。
こうして前置圧力容器１８の内部は暖気で満たされ、これを内部に配管したクーリングチューブ１９の輻射熱で冷却し、これらの熱交換によって暖気が急速に冷却され、冷気が急速に加温される。
このため、暖気中の水蒸気がクーリングチューブ１９の表面に凝結し、暖気を除湿して降温するとともに、暖気の乾燥を強力に促す。前記クーリングチューブ１９の表面に凝結した液滴は前置圧力容器１８の底部に流下し、排水弁（図示略）によって排水される。
そして、前置圧力容器１８内の暖気が冷却されて張出管２１から圧力容器２２へ移動し、同時にクーリングチューブ１９内の冷気が下端部から引出管２０を経て圧力容器２２へ移動し、これらが圧力容器２２内で混合して所定の温度と湿度に調製される。
この後、前記混合空気が空気導出管２３へ送り出され、ドライボックス２４内のエアードライヤ２５へ移動する。
この後、前記混合空気が空気導出管２３へ送り出され、ドライボックス２４内のエアードライヤ２５へ移動する。
前記エアードライヤ２５は、内部に積み重ねた仕切体（図示略）の下方から圧縮空気を導入し、これを仕切体の小孔（図示略）から噴出して直上の仕切体に衝突し、圧縮空気を断熱膨張させて冷却するともに、圧縮空気中の水分を凝結させて気液分離し乾燥させる。
そして、乾燥した低温の圧縮空気を空気供給管３９へ送り出し、これを空気供給管３９からエアーツール４０へ供給する。
そして、乾燥した低温の圧縮空気を空気供給管３９へ送り出し、これを空気供給管３９からエアーツール４０へ供給する。
このように本発明の基本形態は、ボルテックスチューブ４で生成した暖気を圧力容器２２に導入し、これをクーリングチューブ１９を介し、ボルテックスチューブ４で生成した冷気によって冷却して弱冷気に変え、その生成した暖気と冷気を相互に有効に利用し、冷却した暖気を冷気と一緒に圧力容器２２へ導入て混合し、低温で乾燥した圧縮空気を生成している。
その際、前置圧力容器１８内で暖気が冷却され、また冷気が加温されるから、例えばボルテックスチューブ４で生成した冷気と暖気を圧力容器２２に直接導入して混合する場合に比べ、圧力容器２２内での混合が円滑かつ速やかに行なわれ、生成時の圧縮空気の温度よりも低温で均一かつむらの無い安定した圧縮空気を下流側へ供給し得る。
しかも、本発明の基本形態は前置圧力容器１８内の暖気中の水蒸気を、冷気を導入したクーリングチューブ１９または後述するクーリングチャンバの表面に凝結して除湿し、除湿後の冷却した暖気を冷気と共に前置圧力容器１８から圧力容器２２へ導入し、該圧力容器２２で調製した低温で乾燥した圧縮空気を下流側へ供給し、ボルテックスチューブ４で生成した暖気と冷気の合理的かつ有効利用を図れる。
したがって、ボルテックスチューブ４で生成した冷気と暖気を圧力容器２２へ直接導入する場合に比べ、圧力容器２２内に低温で均一かつむらの無い安定した除湿ないし乾燥した圧縮空気を得られ、これを圧力容器２２の下流側へ供給することで、エアーツール４０の故障や機能低下を未然に防止し得る。
図５乃至図１２は本発明の基本形態の応用形態と実施形態を示し、前述の基本形態と対応する構成部に同一の符号を用いている。
このうち、図５は本発明の基本形態の第１の応用形態を示し、この応用形態は前置圧力容器１８内に配管したクーリングチューブ１９の外周面全域にトラップフィン４１を設け、暖気導管１０から前置圧力容器１８に導入された暖気に対し、トラップフィン４１との接触面積を増やして暖気の冷却を促すとともにし、暖気中の水蒸気をトラップフィン４１に凝結させて、除湿ないし乾燥を増進するようにしている。
このうち、図５は本発明の基本形態の第１の応用形態を示し、この応用形態は前置圧力容器１８内に配管したクーリングチューブ１９の外周面全域にトラップフィン４１を設け、暖気導管１０から前置圧力容器１８に導入された暖気に対し、トラップフィン４１との接触面積を増やして暖気の冷却を促すとともにし、暖気中の水蒸気をトラップフィン４１に凝結させて、除湿ないし乾燥を増進するようにしている。
図６は本発明の基本形態の第２の応用形態を示し、この応用形態は前述の第１の応用形態の応用に係り、ボルテックスチューブ４の暖気側出口と前置圧力容器１８とを接続した暖気導管１０の外周面の全域に放熱フィン４８を設け、暖気導管１０の放熱を図って冷却を促すとともに、前置圧力容器１８内の暖気中の水蒸気をトラップフィン４１に凝結させ、暖気の除湿ないし乾燥作用の負担を軽減するようにしている。
図７および図８は本発明の第１の実施形態を示し、この実施形態はクーリングチューブ１９の代わりに、前置圧力容器１８内にクーリングチューブ１９よりも容積が大きな一または複数の中空のクーリングチャンバ４２を離間して上下に配置し、最上位置のクーリングチャンバ４２に冷気導管９の端部を接続し、以降の隣接する上下のクーリングチャンバ４２を小径の導管４３を介して連通している。
この第１の実施形態のクーリングチャンバ４２は扁平な中空円筒状に形成され、その外径は図示のようにクーリングチューブ１９よりも非常に大径に形成され、この実施形態では前置圧力容器１８の内面よりも若干小径に形成され、その上面と下面の直径方向の端部に導管４３，４３を上向きまたは下向きに突設し、上下のクーリングチャンバ４２に多量の冷気を給排可能にしている。
この第１の実施形態のクーリングチャンバ４２は扁平な中空円筒状に形成され、その外径は図示のようにクーリングチューブ１９よりも非常に大径に形成され、この実施形態では前置圧力容器１８の内面よりも若干小径に形成され、その上面と下面の直径方向の端部に導管４３，４３を上向きまたは下向きに突設し、上下のクーリングチャンバ４２に多量の冷気を給排可能にしている。
そして、各クーリングチャンバ４２の下面の等角度位置に複数の支持脚４４を突設し、該支持脚４４を直下のクーリングチャンバ４２の上面に設置し、これを適宜固定して積み重ねている。図中、４５は前置圧力容器１８内の底部に固定した堅牢なリング状の支持板で、その上面に前記支持脚４４を設置している。
この実施形態は、暖気導管１０によって暖気を前置圧力容器１８内に導入し、冷気導管９によって最上段のクーリングチャンバ４２に冷気を導入し、これを導管４３を介して下段のクーリングチャンバ４２へ順次送り、各チャンバ４２の周面を冷却し、その周面に暖気中の水蒸気を凝結させて、除湿ないし乾燥を図るようにしている。
その際、クーリングチャンバ４２は容積が大きく多量の冷気が導入され、かつ広いチャンバ４２の周面によって前置圧力容器１８内の冷却が増進され、この冷却によってチャンバ４２の周面が冷却され、また前記冷気は、冷気導管９の狭小なスペースから広い容積のクーリングチャンバ４２へ導入されて噴出する際、いわゆる断熱膨張して降温され、この冷気によってチャンバ４２周面の冷却が増進され、この冷却周面に前置圧力容器１８内に導入された暖気が冷却され、一部の水蒸気が凝結して除湿される。
そして、前置圧力容器１８内に導入された暖気が急速に冷却され、この冷却された暖気が張出管２１から圧力容器２２へ移動し、同時に引出管２０からチャンバ４２内の冷気が圧力容器２２へ移動し、これらが混合して低温で乾燥した圧縮空気に調製される。
この後、低温で乾燥した圧縮空気が圧縮空気導出管２３を介してエアードライヤ２５へ移動し、該ドライヤ２５で気液を分離し低温かつ冷却した清浄な圧縮空気をエアーツール４０へ供給する。
この後、低温で乾燥した圧縮空気が圧縮空気導出管２３を介してエアードライヤ２５へ移動し、該ドライヤ２５で気液を分離し低温かつ冷却した清浄な圧縮空気をエアーツール４０へ供給する。
図９および図１０は本発明の第２の実施形態を示し、第１の実施形態のクーリングチャンバ４２を扁平な円筒体の代わりに、扁平な方形等の箱体に形成し、その内部の対向位置に一対の導管４３，４３を上向きまたは下向きに配置し、この導管４３と同軸上に冷気導管９を配置して、最上段のクーリングチャンバ４２に接続している。
前記応用形態は、クーリングチャンバ４２を扁平な方形等の箱体に形成して、冷気導管９または導管４３から導入した冷気の一部をクーリングチャンバ４２の四隅に滞留させ、冷気の移動速度を抑制し、抑制した冷気をドライボックス２４へ導入してエアードライヤ２５による気液分離作用を精密かつきめ細かに行なうようにしている。
図１０（ｂ）は図１０（ａ）の変形例で、冷気導管９と導管４３の位置をクーリングチャンバ４２の対角線上に配置し、四隅部における滞留の形成を増進させて、前記抑制作用を向上させている。この実施形態における暖気の冷却と除湿ないし乾燥は、前記第１の実施形態と実質的に同様である。
図１１は本発明の基本形態の第３の応用形態を示し、この応用形態はエアータンク２とドライボックス２４との間に、内部に冷却材として水４６を収容した大形の冷却タンク４７を設置し、この冷却タンク４７内の水４６に、圧縮空気導管３の下流部とボルテックスチューブ４、冷気導管９と暖気導管１０、内部にクーリングチューブ１９またはクーリングチャンバ４２を配置した前置圧力容器１８と、その底部に突出した引出管２０と張出管２１、空気導出管２３の上流ないし中流部を没入させて配置し、これらを冷却している。
また、暖気導管１０の外周面全域に放熱フィン４８を設け、該フィン４８を介して暖気導管１０から水４６への放熱を促し、暖気導管１０の冷却化と暖気の冷却を促すようにしている。
更に、引出管２０と張出管２１、および空気導出管２３の上流ないし中流部を前置圧力容器１８内に配置し、それらを前置圧力容器１８の外部へ配置することによる外部の吸熱を回避し、これらの冷却を増進して低温の乾燥空気をエアードライヤ２５へ導入して気液を分離し、低温かつ冷却した清浄な圧縮空気をエアーツール４０へ供給している。
更に、引出管２０と張出管２１、および空気導出管２３の上流ないし中流部を前置圧力容器１８内に配置し、それらを前置圧力容器１８の外部へ配置することによる外部の吸熱を回避し、これらの冷却を増進して低温の乾燥空気をエアードライヤ２５へ導入して気液を分離し、低温かつ冷却した清浄な圧縮空気をエアーツール４０へ供給している。
このようにこの基本形態の第３の応用形態は前記各部を冷却して暖気を冷却し、またクーリングチューブ１９による暖気中の水蒸気の凝結を増進して、圧縮空気の除湿ないし乾燥を促進するようにしている。
一方、この第３の応用形態は圧力容器２２を省略して構成を簡潔にし、また前記前置圧力容器２２と空気導出管２３の上流ないし中流部の設置スペースを節減して、システム全体の小形化と製作の低廉化を図っている。
一方、この第３の応用形態は圧力容器２２を省略して構成を簡潔にし、また前記前置圧力容器２２と空気導出管２３の上流ないし中流部の設置スペースを節減して、システム全体の小形化と製作の低廉化を図っている。
図１２は本発明の基本形態の第４の応用形態を示し、この応用形態は圧縮空気導管３の下流部に複数の支流導管３ａ〜３ｃを接続し、これらに例えば入気量および／または吐出量等の能力が同一または相違する、複数のボルテックスチューブ４ａ〜４ｃを接続し、該ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃを圧縮空気導管３に並列に配置している。
前記ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃの両端部に冷気支流管９ａ〜９ｃと暖気支流管１０ａ〜１０ｃを接続し、それらの他端部を合流して幹路である冷気導管９と暖気導管１０に接続し、これらを前置圧力容器１８の一側に接続している。
前記ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃの両端部に冷気支流管９ａ〜９ｃと暖気支流管１０ａ〜１０ｃを接続し、それらの他端部を合流して幹路である冷気導管９と暖気導管１０に接続し、これらを前置圧力容器１８の一側に接続している。
このようにこの基本形態の第４の応用形態は、圧縮空気導管３の供給側に複数のボルテックスチューブ４ａ〜４ｃを並列に配置し、各ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃにエアータンク２の圧縮空気を導入し、各ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃで冷気と暖気を生成し、その冷気と暖気をそれぞれ合流して前置圧力容器１８へ導入している。
したがって、ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃによる処理能力が倍増し、多量の圧縮空気の導入とその冷却、および除湿ないし乾燥処理が倍増して、生産工場等での多量の圧縮空気の使用に応じられる。
この場合、ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃの能力を同一または相違させることによって、使用条件に応じたボルテックスチューブ４ａ〜４ｃを選択し、最適な入気量と吐出量に調整し得る。
したがって、ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃによる処理能力が倍増し、多量の圧縮空気の導入とその冷却、および除湿ないし乾燥処理が倍増して、生産工場等での多量の圧縮空気の使用に応じられる。
この場合、ボルテックスチューブ４ａ〜４ｃの能力を同一または相違させることによって、使用条件に応じたボルテックスチューブ４ａ〜４ｃを選択し、最適な入気量と吐出量に調整し得る。
このように本発明の圧縮空気の冷却乾燥方法およびその冷却乾燥装置は、冷凍式エアードライヤを廃し、ボルテックスチューブで生成した暖気と冷気を有効に利用して、低温で乾燥した圧縮空気をエアードライヤへ供給し、エアードライヤによる良好な気液分離を実現してエアーツールへ供給し、エアーツールの故障や機能低下を未然に防止するようにしたから、例えば生産工場等のエアコンプレッサで生成された高温の圧縮空気をエアードライヤへ多量に供給する際に好適である。
１ エアーコンプレッサー
３ 圧縮空気導管
３ａ〜３ｃ 支流導管
４ ボルテックスチューブ
４ａ〜４ｃ ボルテックスチューブ
７ 冷気出口
８ 暖気出口
９ 冷気導管
１０ 暖気導管
１８ 前置圧力容器
３ 圧縮空気導管
３ａ〜３ｃ 支流導管
４ ボルテックスチューブ
４ａ〜４ｃ ボルテックスチューブ
７ 冷気出口
８ 暖気出口
９ 冷気導管
１０ 暖気導管
１８ 前置圧力容器
１９ クーリングチューブ
２２ 圧力容器
２５ エア−ドライヤ
４０ エアーツール
４１ トラップフィン
４２ クーリングチャンバ
４６ 冷却材
４７ 冷却タンク
４８ 放熱フィン
２２ 圧力容器
２５ エア−ドライヤ
４０ エアーツール
４１ トラップフィン
４２ クーリングチャンバ
４６ 冷却材
４７ 冷却タンク
４８ 放熱フィン
Claims (2)
- 生成した圧縮空気をボルテックスチューブに導入して冷気と暖気を発生させ、前記冷気を前置圧力容器内に配置した複数の扁平なクーリングチャンバに導入し、前記暖気を該前置圧力容器に導入して、該クーリングチャンバの表面に水蒸気を凝結させて除湿して冷却し、除湿後の暖気を前記冷気と共に圧力容器に導入し混合して調製空気とし、前記調製空気を内部に複数の仕切体を配置したエアードライヤに導入し気液分離してからエアーツールに供給することを特徴とする圧縮空気の冷却乾燥方法。
- 生成された圧縮空気が導入され、冷気と暖気を発生するボルテックスチューブと、前記冷気が導入される複数の扁平なクーリングチャンバが内部に配置され、導入された前記暖気を、該クーリングチャンバの表面に水蒸気を凝結させて除湿し冷却する前置圧力容器と、導入された除湿後の暖気と前記冷気を混合して調製空気とする圧力容器と、内部に複数の仕切体が配置され、導入された前記調製空気を気液分離してエアーツールに供給するエアードライヤを設けたことを特徴とする圧縮空気の冷却乾燥装置。
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