JPH04505577A - 乾燥剤ガス乾燥システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ス　１システム 慶ＪＬＩΔμ」した！ 本発明は一般論として、圧縮機システムから乾燥した精製ガスを供給するための 装置及び方法、より具体的にはねし圧縮機からの加熱油を吸着型乾燥用再生エネ ルギとして利用する乾燥剤乾燥器を使用して、油充填型ねし圧縮機システムから 乾燥した精製ガスを供給するための装置及び方法に係る。

ｉユニ１遣 工業的プロセス及び他の用途に圧縮ガスを提供する場合、システムの内側のコン ポーネントの適正な機能を損なう恐れのある腐食及び汚染を阻止するためには、 圧縮ガスシステムから水分を除去することが通常必要であることは周知である。

従来、水分と含んだ圧縮ガスを脱水及び精製するために冷却装置、乾燥剤及び他 の器具を使用する種々の構成が利用されている。一般に、室温又は季節変動に関 係なく一貫して低露点を形成することが可能な乾燥装置を使用することが望まし い。

今日の一般製造業界は圧縮ガスから水を除去するために冷却ガス乾燥装置を使用 する主たる使用者である。このような装置では、乾燥すべき含水ガスを熱交換チ ャンバに通し、水分が凝縮してカスから排出される点までガスを冷却する。冷却 型の乾燥器は低費用で保守し易く、設置要件が単純であり、エネルギ消費量が低 いという理由で普及している。しかしながら、冷却型乾燥器は一般に３５°Ｆ〜 ５０°Ｆの範囲の露点を形成し、また、室温が低い場合には凍結の問題もあるの で、用途によっては多少制約されることが経験により実証されている。

工業的プロセスで使用するために非常に満足できることが立証されている別の型 の従来技術のガス乾燥システムは、アルミナ又はシリカゲルのような吸着性乾燥 物質即ち乾燥剤の表面に水分子を吸着させることによりガスと乾燥させる乾燥剤 即ち吸着型乾燥器である。この型のシステムによると、処理すべきガスは乾燥剤 が水分又は他の不純物で実質的に飽和されるまで乾燥剤ベッドを通って移送され る。

この時点で、乾燥剤ベッドによる水分の除去は終了し、ベッドは吸収した水分及 び不純物が蒸発及び移動するようにベッドを加熱することにより再活性化即ち再 生される。乾燥ガスの連続製造では１対の吸着剤ベッドを使用し、一方がガスを 乾燥している間に、他方が再生されるようにする。このようなシステムの一例は 本発明の発明者名義の１９７３年１０月２３日発行の米国特許第３．７６６．６ ６０号、及び米国特許第４，７８３，４３２号に開示されている。

乾燥剤型乾燥器は一４０″Ｆの露点を形成することができるので用途によっては 特に望ましい。しかしながら、その性能は乾燥剤再生に依存し、再生で使用され るガスの温度及び湿度は露点形成に大幅に影響する。はとんどの圧縮機は再生の ために十分な３００°Ｆ〜４５０°Ｆの熱を生成するが、加熱再生型の乾燥剤型 乾燥器では再生品質を増加するためにブースタ加熱器のような外来エネルギ源が 必要な場合もあることが判明した。残念ながら、このような付加的要件は設備費 用及び消費エネルギを増大させ、一般に付加的な保守の問題を生じる。従来技術 によると、吸着剤ベッドの再生用エネルギとして圧縮熱を利用する吸着型乾燥器 を備えることによりこれらの問題に対処する試みがなされた。換言するなら、飽 和した吸着剤ベッドを再活性化するために圧縮ガスから熱エネルギを抽出する構 成が設計された。

このような興味深い設計の一例は、Ｄｙｎｅｓ名義１９名義１９ガ１ に開示されている。この乾燥剤型乾燥器では、脱水すべきガスの大部分を冷却器 及び第１の吸着乾燥剤に通し、脱水すべきガス自体の一部を使用して第２の飽和 乾燥割分再活性化させ、この第２の乾燥剤を使用してシステムから水分を抽出す る。このような構成は正しい方向の進歩であったが、どのような圧縮機にも高エ ネルギ効率結果を適用できた訳ではない。再生のために十分高い排出温度をもた ず且つ冷却媒体蒸気で飽和される油充填型ねし圧縮機は特に問題となる。油充填 型ねじ圧縮機でＤｙｎｅｓの特許第３゜５６８．４０６号を使用すると、高温の 湿性油性ガスは冷却器を迂回して吸着剤ベッドに導入されるので、乾燥剤が詰ま り、乾燥剤の寿命は短縮し、システム全体の効率が低下する。

冷却型乾燥器の普及を説明する理由と同一の多くの理由から、油充填型ねし圧縮 機は世界中の製造環境で広く使用されている。しかしながら、従来の技術状態は 油充填型ねじ圧縮機で有効に使用可能な露点−４０°Ｆの清浄な乾燥ガスを生成 する乾燥器をめる製造業界の要請に十分に応えていない。このような乾燥方式で は、乾燥器を冷却するために従来廃棄されていたねし圧縮機からの加熱油の比較 的低い１７０°Ｆ〜２２０°Ｆの排出温度を使用できるようにすることが特に望 ましい。

従来技術は単に圧縮空気を加熱するために加熱油を用いるに止まっている。この ような教示はＮｏｖａｋ　ｅｔａｌ、名義の１９７４年１月１５日付は発行米国 特許第３゜７８５．７５５号に見いだされる。このシステムは空気を再加熱して 相対湿度を低下させるものであるが、システムの水分分離器出口よりも露点を低 下させることができず、特に乾燥器を組み込むことができない。このシステムは 圧縮空気と加熱油で絶えず再加熱し、機能のためのこの連続加熱に依存する。

以上の記載から明らかなように、圧縮空気を処理するために当業者により種々の 試みがなされた６しかしながら、吸着剤ベッドから水分を脱着するために圧縮機 油の熱を再生エネルギとして適用することにより低露点ガス生成物を提供し且つ 乾燥剤型乾燥器を油充填型ねじ圧縮機に有効に組み合わせた圧縮ガスシステムを 実現することがこの十分に発展した業界で依然として要請されている。

１肌ムＩ甫 本発明は有利なことに、圧縮ガスから水分を有効に除去する圧縮ガスシステムの ための改良された吸着型乾燥器を提供する。本発明の乾燥器は設計が単純である ため、低価格且つ高信頼性であり、従来廃棄されていた熱を使用することにより エネルギ効率の点でも有利である。

以上及び他の利点は、本発明の１態様によるとガスを連続的に乾燥するための装 置により実現され、該装置は、水分を含んだガスを圧縮し、油を加熱してガスか ら分離するための油型圧縮機と、ガスから水分を除去すべく圧縮機に連結されて おり、水分吸着及び再生条件を有する乾燥器と、乾燥器の水分吸着及び再生条件 を選択的に制御するために圧縮機からの加熱油を使用すべく圧縮機及び乾燥器に 連結されたデバイスとを備える。

本発明は更に、油排出圧縮機から発生されるガスを連続的に乾燥するための方法 に係り、該方法は、圧縮機で含水ガスを圧縮してガス及び油を加熱する段階と、 加熱油を加熱ガスから分離する段階と、水分吸着条件及び再生条件を有する乾燥 器によりガスから水分を除去する段階と、乾燥器の水分吸着及び再生条件を制御 するために乾燥器に加熱油を選択的に加える段階とを含む。

特に好適な態様によると、油充填型ねし圧縮機はガスー油分層器に供給される圧 縮加熱ガス−油混合物を提供し、分離器は加熱油を加熱圧縮含水ガスから分離す る。次に加熱圧縮ガスを後置冷却器で冷却し、水分分離器で水分を除去及び排出 する。この時点で、圧縮冷却ガス全体は一方の吸着剤ベッドに流入し、乾燥及び 精製され、使用に備えて排出される。圧縮ガスが処理されている間、圧縮機から の加熱油は有利には他方の吸着剤ベッド内の熱交換機管を通って導かれ、該他方 の吸着剤ベッドは飽和条件下で水分及び伴出する汚染物質をベントから大気に蒸 発させる。その結果、該他方の吸着剤ベッドは加熱油により再活性化され、加熱 油はその後、油冷却器で冷却され、圧縮機に戻る。したがって、一般に廃棄され ている圧縮機の加熱油からのエネルギは、明確にシステムの乾燥性能を改良する ために使用される。吸着剤ベッドの入口及び出口で適切な弁を調節することによ り、圧縮ガスを乾燥することが可能なベッドの一方を通って圧縮含水空気を選択 的に供給しながら、加熱油を選択的に他のベッドと熱交換間係に置き、該他方の ベッドの乾燥剤を再生する。このサイクルは従来技術の乾燥器の産物と同等又は それ以上の生成乾燥ガス産物が得られるまで連続的に反復される。

したがって、本発明の有利且つ特定の態様によると油排出圧縮機用ガス乾燥器が 提供され、油は圧縮機で使用するために再生されるのみならず、比較的低温であ るにもかかわらず、処理すべきガスを全く使用することなしに乾燥器を有効に再 活性化するために熱伝達を介して利用される。

本発明を特徴付ける種々の新規特徴は本明細書の一部を形成する明細書末尾の請 求の範囲に特に明記される。本発明とその作動的利点を更によく理解するために は、本発明の好適実施例に関する添付図面及び説明内容を参照されたい。

圀阿ノと１厘シー１朋 本発明は、以下の図面を参考にすることにより更によく理解されよう。尚、図面 中、同一の参照番号は同一要素を表す。

図１は本発明のガス乾燥システムを示す概略図である。

図２は本発明で使用するのに好適な乾燥剤であるシリカゲルの吸着等量線のグラ フである。

図３は本発明の別の実施例の概略図である。

の＝ｌｆ；口 本発明は一般論として、圧縮カスから水分を除去する際に再生エネルギとして圧 縮熱を使用する吸着型のガス乾燥器に係り、より具体的には工業用精製脱水ガス を生成するように乾燥剤型乾燥器を油型ねじ圧縮機に適合可能としたこのような ガス乾燥器に係る。したがって、以下の説明では前記関係で好適実施例について 本発明を説明する。当業者はこのような説明が非限定的な例示であることを理解 されよう。例えば本発明の原理は、油充填型羽根及び液封（ｌｉｑｕｉｄ　ｒｉ ｎｇ）圧縮機のような他の油排出圧縮機と、圧縮乾燥器の熱を越える種々の吸着 剤型乾燥器（非限定的な例として、冷却又は非冷却式スプリットストリームドラ イヤ、キャブティプルーブドライヤ、大気プロワドライヤ等）にも適応可能であ る。

まず図１について説明すると、周囲空気のようなガス源１０がガス圧縮用油充填 型ねし圧縮機１２と連通ずるように配置されており、該圧縮機は導管１４を介し てガス−油分離器１６、後置冷却器１８及び水分分離器２０に直列に連結されて いる。分離器２０は導管１４を介して吸気弁２２に連結され、該弁は圧縮ガスを 選択的に供給するように一次吸気導管２４．２６を介して１対の吸着剤ベッド２ ８゜３０に夫々連結されている。ベッド２８．３０は各々アルミナ、シリカゲル 、天然ゼオライト又は合成ゼオライトのような水分吸着材料即ち乾燥剤を含有し ている。−次出ロライン３２．２４はベッド２８．３０に夫々連結されると共に 排気弁３６に結合され、該弁から導管３８を通って乾燥ガスが排出される。排気 弁３６と側路関係にパージ弁４０が連結されている。

ガス−油分離器１６は導管４２を介して吸油弁４４に油を供給するように連結さ れ、該弁は夫々ベッド２８．３０の内側を通って伸延する熱交換管５０．５２の 一方に加熱油を選択的に導くように二次入口ライン４６．４８を介して連結され ている。排油弁５４が二次出口ライン５６，５８を介して管５０，５２に連結さ れている。排油弁５４はさらに、圧縮機１２と連通ずる油冷却器６２に導管６０ を介して連結されている。

弁２２．３６．４４及び５４の各々は、クロックタイマ、電子装置又はマイクロ プロセッサ（図示せず）のような制御手段により操作される従来公知の３方向弁 であり、したがって、ベッド２８．３０のいずれか一方が乾燥即ち水分吸着条件 下にあるとき、ベッド２８．３０の他方は飽和く即ち再生）条件下にある。さら に注目すべき点として、ベッド２８．３０の各々は再生中にベッド２８．３０か ら水分を除去するために夫々ベントロ６４．６６と有する。

動作中、ガス（典型的には周囲空気）は油充填型ねじ圧縮機１２に供給され、該 圧縮機はガスを圧縮し、導管１４を通って１１００ｐｓｉ、１７０°Ｆ及び露点 １７０°Ｆの圧縮ガス及び油をガス−油分離器１６に送入する。この型の圧縮機 で周知のように、油はねし圧縮機１２をシール、潤滑及び冷却し、ガスの圧縮の 結果として生成される熱の大部分を吸収する。ガスはガス−油分離器１６から排 出され、ガスの温度を低下させる後置冷却器１８に流入する。

次に、ガスは水分分離器２０に導入され、水凝縮物は分離及び排出される。こう して１００ｐｓ　ｉ　ｇ及び１００°Ｆになった含水ガスは乾燥器２１に送られ 、更に処理される。

ベッド２８が吸着条件下にある時、導管１４を通って移送されるガスは弁２２に 導かれ、該弁が開いて含水ガスは導管２４を通ってベッド２８内の乾燥剤中を流 れ、脱水状態となって導管３２を通り弁３６に送られ、該弁が開き、出口導管３ ８に送られる。導管３８から流出する乾燥ガスは必要に応じて塗料吹付用ホース 等を介して利用される。

一方、圧縮１ｉ１２からの加熱油は導管４２を通って弁４４に送られ、該弁が開 いて１７０°Ｆの油は導管４８を通ってベッド３０内の熱交換管５２内を導かれ 、飽和乾燥剤を加熱する。こうして飽和ベッド３０内の水分は乾燥剤から蒸発及 び移送され、ベント６６を通って大気中に排出される。固定オリフィス又は絞り 弁により調節され得るパージ弁４０はこの排出を助け、パージ弁が開くと、所定 量の乾燥排出ガスが導管３２を通って導管３４に送られ、ベント６６を通って水 分を排除するのを助ける。油は管５２から導管５８を通って排出され、開いた弁 ５４に供給される。

次に、油は導管６０を通って油冷却器６２に移送され、圧縮機１４に戻り、油の 再生を完了する。

ベッド２８が飽和すると、システムは弁２２，３６，４４．５４を交互に作動さ せるように機能し、含水圧縮ガスはベッド３０内の水分吸着乾燥剤により乾燥さ れ、油はべ・ノド２８内の熱交換管５０内を導かれ、管内の飽和乾燥剤を再活性 化させる。

好適実施例では乾燥排出ガス排除によりべ・ノド３０の再生を助けるためにパー ジ弁４０を使用するが、このように構成しなくても蒸発水分を大気中に排出する ことができることが理解されよう。例えば、蒸発水分をファンにより送り出すか 、サクションポンプにより抽出したり、又は他の方法でベント６６から排出する ことができる。

こうして、本発明は乾燥器を再生するために圧縮機の従来廃棄されていた加熱油 を使用することにより、油型圧縮機乾燥システムのエネルギ効率を著しく増進す る。このような効率は、生成される乾燥ガスの付随する露点を典型的には３２５ °Ｆで再生する圧縮乾燥器の従来技術の熱で得られる乾燥値と同等にすることに より達せられる。

このような比較は、典型的乾燥剤であるシリカゲルの乾燥剤含水量、温度及び露 点の平衡関係を示す図２の吸着等量線グラフを検討することにより更によく理解 されよう。

圧縮乾燥器の従来技術の熱が、乾燥中、３２５°Ｆの再生時乾燥剤ベッド温度、 １００″Ｆの再生空気露点及び１００″Ｆの乾燥時乾燥剤ベッド温度を有すると 仮定するなら、乾燥時の露点は、３２５°Ｆベツド温度と１００°Ｆの露点との 交点Ａを探し、１００°Ｆベツド温度との交点Ｂまで一定含水率線（等量線）を たどることにより決定することができ、従って、−４０°Ｆが理想的露点である と予想される。

これを本発明のシステムに比較すると、乾燥剤ベッド温度は１７０°Ｆてあり、 再生空気露点は一４０°Ｆであり、乾燥中の乾燥剤ベッド温度は１００°Ｆであ ることが明記される。等量線を使用して交点Ｃを探し、等量線を点りまでたどる と、理想的露点は約−８０°Ｆであると予想される。動的条件下ではこの露点が 形成され得ないことを考慮するとしても、形成される露点は依然として他の吸着 型の乾燥器に結び付けられる一４０°Ｆに匹敵する。

図３に示す別の実施例中、図１に示すエレメントと同一のエレメントは同一参照 番号を付した。図３の実施例は更に、上記米国特許第３，７６６．６６０号に類 似の乾燥器を含む。−吹吸着剤ベッド６８、冷却器７０、水分分離器７２及び二 次吸着剤べ・・ｌドア４が導管１４を介して直列に連結されており、従って、− 次ベッド６８に流入する圧縮含水ガスは乾燥ガスとして二次ベッド７４を通って 排出される。例えば蛇行管又はチューブアンドフィン型の熱交換器７６が一次ベ ッド６８に設けられ、ベッド６８の再活性化条件中に冷却器７０及び水分分離器 ７２と同時に作動する。導管７８は弁４４を油冷却器６２に連結し、熱交換器７ ６は弁４４及び導管７８に夫々連結された入口及び出口導管８０及び８２を有す る。

一次ベッド６８が水分吸着条件下にあるとき、熱交換器７６、冷却器７０及び水 分分離器７２は非作動状態である。

導管１４を通って一次ベッド６８に流入する圧縮含水ガスは乾燥され、飽和二次 ベッド７４から水分を除去し且つ排出されるガスの乾燥要件を満足するような十 分に低い露点を有する。従って、ガスが一次ベッド６８により乾燥されている闇 に二次ベッド７４は再生される。一方、弁４４が開くと加熱油は導管７８を通っ て油冷却器６２に流れ、圧縮機１２に戻る。

一次ベッド６８が飽和すると、熱交換器７６、冷却器７０及び水分分離器７２は 非作動状態となる。弁４４が開くと、油は入口導管８０から熱交換器７６及び出 口導管８２を通って導管７８に移送され、冷却器６２及び圧縮機１２に戻る。油 が導管７８から導管８２に流入しないようにするために導管８２に適切なチェッ ク弁（図示せず）を備えてもよい。こうして加熱油は流入する圧縮含水ガスを加 熱し、加熱ガスは水分を一次ベンド６８から蒸発させ、蒸発した水分をベッド６ ８から送り出す。こうして飽和した加熱ガスは冷却器７０で冷却され、生成され た水分凝縮物は分離器７２により除去される。冷却されたガスは次に二次ベッド ７４を通って十分な水分が吸着され、排出ガスはシステムの仕様要件で乾燥され る。

従来のガス乾燥器とは異なり、本発明は適正な再生に達するためにブースタ加熱 器のような外来エネルギ源を必要としない。更に、本発明の乾燥器は乾燥器を再 活性化するために圧縮ガスの一部を使用するのでなく圧縮ガス全体を一度に処理 することができるのでより高いエネルギ効率を実現できる。通常廃棄されている 熱の使用に着目することにより、従来技術の乾燥システムには温度、湿度及び油 分が高すぎる油充填型ねじ圧縮機排出物を、広範囲の温度及び湿度にわたり有効 に脱水及び精製することができる。

以上、好適実施例について本発明な説明したが、当業者は発明の主旨から逸脱す ることなく所定要素を置き換え、変更及び省略てきるものと理解されよう。従っ て、以上の説明は単なる例示に過ぎず、以下の請求の範囲に記載する発明の範囲 で非限定的であるとみなされるべきである。

国際調査報告 国際調査報告 ＵＳ　９００１５４４ Ｓ＾　３５Ｂ７０

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．ガスを圧縮及び乾燥するための装置であって、高温で圧縮された含水油性ガ スを生成するための手段及び該圧縮ガスから熱油を分離するための手段を有する ガス圧縮機と、該圧縮機から該圧縮ガスを受け取り、該ガスを乾燥するために該 圧縮機に連結された乾燥器と、蓄積した水分を該乾燥器からパージするために、 該熱油から該乾燥器に熱を伝達するための手段とを備えることを特徴とする装置 。
2. ２．ガスを圧縮及び乾燥するための装置であって、高温で圧縮された含水油性ガ スを生成するための手段及び該圧縮ガスから熱油を分離するための手段を有する ガス圧縮機と、 該圧縮機から該圧縮ガスを受け取るように該圧縮機に連結されており、水分吸着 条件及び再生水分脱着条件を交互に設定することが可能な吸着剤及び該圧縮ガス を乾燥するために該圧縮ガスを該吸着剤中に循環させるための導管手段を有する 乾燥器と、 該吸着剤に該再生条件を設定させるように該熱油からの熱を該吸着剤に断続的に 伝達するために該圧縮機及び該乾燥器に連結された手段とを備えることを特徴と する装置。
3. ３．該吸着剤が該吸着条件下にあるときに該ガスが該吸着剤中を流れ、該吸着剤 が該再生条件下にあるときに該ガスが該吸着剤中を流れるのを中断するように、 該圧縮ガスの流れを調節するための手段を更に備えることを特徴とする請求項２ に記載の装置。
4. ４．該圧縮機から該乾燥器に圧縮ガスを送るための導管手段を更に備えることを 特徴とする請求項２に記載の装置。
5. ５．該吸着剤が１対の吸着剤ベッドを含んでおり、該熱伝達手段が該ベッドの各 々に近接して配置された１対の熱交換管から構成されることを特徴とする請求項 ４に記載の装置。
6. ６．圧縮空気を該乾燥器に送るための該手段が、該圧縮ガスを該ベッドの各々に 交互に通すための第１の弁手段を更に備えており、該熱伝達手段が、該熱交換管 の各々を通つて該熱油を交互に導くための第２の弁手段を更に備えており、該第 １及び第２の弁手段は、該ベッドの他方の該熱交換管を通って該油を導きながら 該ガスを水分吸着条件下の該ベッドに通すことにより、該ベッドの他方が再生条 件を設定している間に該ベッドの一方が水分吸着条件を設定するように作動可能 であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. ７．油冷却器と、該熱交換管の各々からの該油を該冷却器に送るための手段とを 更に備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. ８．該吸着剤が１対の吸着剤ベッドを含んでおり、該熱伝達手段が該ベッドの一 方に近接して配置された熱交換器から構成され、該導管手段が該ガスをまず該ベ ッドの一方を通って導き、次いで他方を通って導くように該ベッドを直列に連結 していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
9. ９．乾燥した圧縮ガスを生成するための方法であって、高温で圧縮された含水油 性ガスを生成すべく含水ガスを油の存在下で圧縮する段階と、該圧縮ガスから熱 油を分離する段階と、該吸着剤から水分を断続的に脱着させるべく該ガスから水 分を吸着する吸着剤に該ガスを接触させ、該熱油からの熱を該吸着剤に伝達する 操作を交互に行う段階とを含むことを特徴とする方法。