JPH1114788A - 計装用圧縮空気系除湿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】除湿装置における設備構成の簡略、制御方法の
簡単化および吸着を高める。 【解決手段】空気ろ過部20，除湿部17，パージ用空気制
御部18および加圧待機用空気供給部19が順次接続して構
成されている。空気ろ過部20はミストセパレータ22，プ
レフィルタ23およびトラップからなる。除湿部17は空気
ろ過部20に接続した入口エアヘッダ15と、この入口エア
ヘッダ15に並列接続した複数の中空糸膜エレメント14
と、この中空糸膜エレメント14の出口側を接続した出口
エアヘッダ16とからなる。パージ用空気制御部18は中空
糸膜エレメント14に空気を送るパージ用空気エアヘッダ
28，パージ用空気流量調節弁25，オリフィス26を有する
ミニマムパージライン27からなる。加圧待機用空気供給
部19は一端が加圧待機用遮断弁31を介して入口エアヘッ
ダ15に接続し、他端が装置遮断弁21を介して出口エアヘ
ッダ16に接続したものからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電プラン
トの計装用圧縮空気系除湿装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電プラントにおける計装用圧縮
空気（以下「ＩＡ」と略す）系は、主に空気作動弁およ
び計装制御機器の作動等にオイルレスで、且つ、除湿、
除塵された圧縮空気を供給することを目的とした系統で
ある。

【０００３】従来のＩＡ系の系統構成について図２を参
照しながら説明する。従来のＩＡ系は、並列接続された
２系統の空気圧縮機系列を有し、それぞれの系統には吸
入フィルタを兼ねた消音器１を有する空気圧縮機２と、
後部冷却器３が接続された気水分離器４および機器接続
配管から構成される。気水分離器４から下流側は空気貯
槽５で合流し、空気貯槽５および並列接続された除湿装
置６を経て空気作動弁等の各負荷先へ圧縮空気を供給す
る構成となっている。

【０００４】除湿装置６は図３に示すようにプレフィル
タ７，除湿側除湿塔８および再生側除湿塔９を有し、こ
れらは弁を介して配管接続されると共に、吸入フィルタ
を兼ねた消音器10を有するブロア11と、電気ヒータ12を
有している。除湿塔８，９には被乾燥空気入口から処理
空気が流入し、除湿された乾燥空気はその出口からアク
アフィルタ13を経て流出するようになっている。

【０００５】ここで、空気吸入から各負荷先までの圧縮
空気の流れについて図２によって説明する。プラントの
通常運転時においては１系列の運転で圧縮空気を供給し
ている。すなわち、吸入フィルタを兼ねた消音器１から
吸入された空気は空気圧縮機２で加圧される。加圧され
た空気は加圧と同時に温度も上昇し、空気圧縮機２の吐
出部でかなりの高温となる。

【０００６】そのため、後部冷却器３で冷却し、冷却に
伴い発生した凝縮水を気水分離器４で分離する。気水分
離器４から下流側は空気貯槽５を経て除湿装置６で圧縮
空気を除湿する。除湿装置６内において除湿、除塵され
た圧縮空気を各負荷先へ供給している。

【０００７】つぎに、除湿装置６内の圧縮空気の流れを
図３によって説明する。除湿装置６内には１基に対して
それぞれ吸着剤が充填された除湿側除湿塔８と再生側除
湿塔９が２基設けられており、除湿側除湿塔８が湿り空
気の除湿を行っている間に、再生側除湿塔９は除湿を終
え水分を含んだ吸着剤の再生（水分を除去し、乾燥させ
ること）を行う。

【０００８】除湿時の空気の流れについては、被乾燥空
気入口部から流入した空気は空気作動弁を経て除湿側除
湿塔８の下部から流入し、吸着剤によって乾燥空気とな
って除湿塔上部から流出し、各負荷先へ供給される。

【０００９】つぎに、加熱再生運転状態について図３を
参照して説明する。再生時の流れについては、吸入フィ
ルタを兼ねた消音器10を有するブロア11から吸入された
空気は電気ヒータ12により加熱され、再生側除湿塔９の
上部から流入し、水分を含んだ吸着剤から水分を脱着さ
せる。

【００１０】また、従来、中空糸膜を使用したドライヤ
が知られている。このドライヤは、窒素や酸素の出入り
がし難く、水蒸気は出入りしやすいという性質の高分子
材料を採用した中空糸膜で構成されている。

【００１１】この中空糸膜内に湿った圧縮空気を供給す
ると、中空糸膜の内外の水蒸気分圧差が除湿の動力とな
り、入口から供給された湿った空気は、乾燥した空気と
なって出口側へ流出していく。

【００１２】この出口乾燥空気の一部をパージエアとし
て中空糸膜外側へ流すことにより、外側へ移動してきた
水蒸気は速やかに大気中へ排出され、中空糸膜の外側が
常に水蒸気濃度が低い状態に保たれ、連続して除湿が行
われる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＩＡ系
除湿装置６においては、常用機と予備機の除湿塔が合計
８基設置されており、これらの除湿塔の切替制御方法が
複雑であり、かつ再生工程におけるブロア11と電気ヒー
タ12を用いた吸着剤の再生制御方法が複雑であり、しか
も設備構成も複雑となっている。

【００１４】また、除湿塔８，９内の吸着剤自体におい
て、加熱再生完了の到達温度まで上昇させるためにはか
なりの熱量を塔内部に流入しなければならない。これ
は、除湿塔内での加熱空気が吸着剤全体に均一に接触し
ないため、実際には必要以上の熱量で再生を行っている
ことになり、電気ヒータの発熱容量と再生必要熱量との
熱バランスの効率が非常に悪い課題がある。

【００１５】さらに、吸着工程においても、除湿塔内の
空気の流れが均一でないために吸着剤の水分収着が部分
的に偏る。このことより、部分的に吸着剤が過吸着とな
り、吸着剤の交換頻度が多くなる。

【００１６】一方、従来の中空糸膜を使用したドライヤ
は以下に述べる課題がある。 (1) パージ用エアの制御機能がない。従来の中空糸膜ド
ライヤは、乾燥した空気のパージにより所定の露点性能
が得られるため、運転中は乾燥空気の連続パージが必要
になるが、市販の中空糸膜ドライヤではパージ用エアの
流量をオリフィスあるいは手動弁で調整しており、制御
機能はない。

【００１７】ＩＡ系としては 100％容量の除湿装置を２
台設置しており、１台を予備として待機させる構成にし
ているため、予備機として待機させる場合には予備機
として隔離した場合、中空糸膜のパージにより装置内が
脱圧する。このため、故障時の装置切換の際にはプロセ
スの圧力が低下することになる。

【００１８】また、予備機にも連続通気した場合、２
台分のパージが行われることになるためプロセス流量の
40％に相当する空気が消費されることになり空気圧縮機
の容量が増加する欠点がある。

【００１９】(2) 通気開始から定格露点までの到達時間
が長い。中空糸膜はその膜の内外の水蒸気分圧差が除湿
の動力となるため、通気初期はパージ用エアの水蒸気分
圧は入口空気と同じであることから出口露点は悪く、時
間と共に徐々に安定していく性質を持っており、通気開
始から定格露点までの到達時間が長い。従って、予備機
との切換時にはあらかじめ通気しておき、露点を安定さ
せておく必要がある。

【００２０】(3) 結露水の流入で性能が大幅に低下す
る。中空糸膜は、膜のガス透過力の性質を利用している
ため、結露水が流入するとガス透過が困難になり、性能
が大幅に低下する。このため中空糸膜入口で十分にミス
トを除去しておく必要がある。

【００２１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、原子力発電プラントの計装用圧縮空気系除
湿装置における設備構成の簡略化、制御方法の簡略化お
よび吸着効果を高めたＩＡ系除湿装置を提供することに
ある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、処理
空気量に応じた複数の中空糸膜エレメントを入口エアヘ
ッダおよび出口エアヘッダにより並列に接続した除湿部
と、前記中空糸膜エレメントをエアパージするためのパ
ージ用空気制御部と、前記入口エアヘッダおよび出口エ
アヘッダの下流側に接続した予備機としての加圧待機用
空気供給部と、前記入口エアヘッダの上流側に接続した
空気ろ過部とを具備したことを特徴とする。

【００２３】請求項２の発明は、前記予備機としての加
熱待機用空気供給部に装置遮断弁を設けるとともに前記
空気ろ過部の上流側に装置遮断弁を設けてなることを特
徴とする。請求項３の発明は、前記出口エアヘッダの下
流側でかつ前記加圧待機用空気供給部の下流側に露点計
を設けてなることを特徴とする。

【００２４】請求項４の発明は、前記パージ用空気制御
部はパージ用空気流量調節弁と、この流量調節弁をバイ
パスするオリフィスを有する待機用ミニマムパージライ
ンと、前記中空糸膜エレメントにパージ用空気を供給す
るパージ用空気エアヘッダとからなることを特徴とす
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１を参照しながら、本発明に係
る計装用圧縮空気系除湿装置の一実施の形態を説明す
る。本実施の形態は処理空気量に応じた中空糸膜エレメ
ント14を中空糸膜入口および出口エアヘッダ15，16によ
り並列に結合した除湿部17と、中空糸膜エレメント14に
接続し、中空糸膜エレメント14をパージするためのパー
ジ用空気制御部18と、前記中空糸膜入口および出口エア
ヘッダ15，16に接続した予備機としての加圧待機用空気
供給部19と、中空糸膜入口エアヘッダ15のプロセス空気
の水滴除去およびダスト等の除去のための空気ろ過部20
と、空気ろ過部20の上流側および中空糸膜出口エアヘッ
ダ16の下流側に接続した予備機として待機中の装置遮断
弁21と、空気ろ過部20，除湿部17，パージ用空気制御部
18および加圧待機用空気供給部19を接続する配管、弁お
よび制御機器により構成されている。

【００２６】上記構成の除湿装置において、空気圧縮機
（図示せず）により圧縮されたプロセス空気は、装置入
口の上流側装置遮断弁21からまず空気ろ過部20に流入す
る。空気ろ過部20では上流で発生した錆やダストおよび
配管中で発生する結露水の水滴を除去する。

【００２７】空気ろ過部20は、水滴除去のためのミスト
セパレータ22と錆やダストの除去を目的としたプレフィ
ルタ23と、ミストセパレータ22に接続したトラップ24と
からなっている。ミストセパレータ22により捕獲された
ミストはドレンとしてトラップ24等で系外に排出され
る。空気ろ過部20ではプロセスの負荷である計測制御機
器の使用に支障のない程度まで除塵される。

【００２８】空気ろ過部20で除塵されたプロセス空気
は、中空糸膜入口エアヘッダ15を通して並列接続された
複数の中空糸膜エレメント14を備えた除湿部17に流量調
整弁を介して流入する。除湿部17は中空糸膜エレメント
14に均一に空気を分配する中空糸膜入口エアヘッダ15と
並列に並んだ中空糸膜エレメント14および中空糸膜出口
エアヘッダ16により構成されている。

【００２９】除湿部17に流入したプロセス空気は中空糸
膜エレメント14により除湿され乾燥空気として中空糸膜
出口エアヘッダ16に流出し、プラント内にＩＡとして供
給される。一方、中空糸膜エレメント14を経て乾燥した
空気の一部は、パージ用空気としてパージ用空気制御部
18に分流されてパージ用空気エアヘッダ28に貯留され
る。

【００３０】パージ用空気制御部18はパージ用空気流量
調節25と、この流量調節弁25をバイパスするオリフィス
26等の絞り部を有した待機用ミニマムパージライン27，
および各中空糸膜エレメント14にパージ用空気を供給す
るためのパージ用空気エアヘッダ28とからなっている。

【００３１】パージ用空気エアヘッダ28から各中空糸膜
エレメント14にパージ用空気供給管29を経てパージ空気
が供給される。パージ用空気供給管29には流量調整用の
絞り弁30が設置され、パージ空気流量の調整が可能なよ
うになっている。

【００３２】予備待機中の装置遮断弁21は空気ろ過部20
の上流側および出口エアヘッダ16の下流側に設置され、
除湿装置が予備機として待機している間は遮断弁21を閉
としてプロセスから隔離される構成としている。２個の
装置遮断弁21は自動弁としインタロックにて遠隔操作ス
イッチ35を介して自動動作させる。

【００３３】また、予備機として待機中に除湿装置内を
加圧保持するための加圧待機用空気供給部19は中空糸膜
出口エアヘッダ16の配管から分岐し、加圧待機用空気遮
断弁31を介して中空糸入口空気ヘッダ部15に接続され
る。この加圧待機用空気遮断弁31は故障発生時に加圧空
気を遮断するためのものである。

【００３４】つぎに、本実施の形態に係る除湿装置の動
作例を説明する。 (1) 通常運転 除湿装置が常用機として除湿動作中は、除湿装置の入口
および出口に設置された装置遮断弁21が開となってい
る。プロセス空気は空気ろ過部20によりミストやダスト
が除去され、除湿部17の中空糸膜エレメント14により除
湿され乾燥空気としてプラントに供給される。パージ用
空気供給部18のパージ用空気流量調節弁25は開状態であ
り、パージ用空気量を各中空糸膜エレメント14に供給し
ている。

【００３５】また、加圧待機用空気供給部19の加圧待機
用空気遮断弁31は閉となっており、除湿装置の入口と出
口を遮断している。除湿動作中の中空糸膜エレメント14
への空気の分配は、中空糸入口空気ヘッダ15により行わ
れるが、各中空糸膜エレメント14への空気流量の調整は
以下の理由から特に不要である。

【００３６】中空糸膜入口空気ヘッダ15から除湿装置出
口までの流路の圧力損失では中空糸膜エレメント14が支
配的であり出入口空気ヘッダ15，16および分配管の圧力
損失は非常にわずかである。このため各中空糸膜エレメ
ント14には均等な流量が流れることになる。

【００３７】除湿動作中の装置が健全であることを監視
するために次の監視計器を設置し、異常が検出された場
合は、警報を発し、予備の装置に切り換え、装置遮断弁
21および加圧待機用空気遮断弁31を閉とし、装置を隔離
するようインタロックを設ける。

【００３８】1)装置出口側に設ける露点計32 除湿部17の中空糸膜エレメント14を流出したあとの空気
性状を露点計32を設けて露点を連続監視し、中空糸膜が
健全に除湿を継続して必要な露点が維持されていること
を確認すると共に、パージ用空気流量調節弁25へ信号を
発する。

【００３９】2)装置入口側に設ける差圧計33 除湿動作中の装置内での機器の破損や異常な大量漏洩お
よびフィルタや中空糸膜エレメント14の詰まりを検出す
るために装置出入口に差圧計33を設けて装置内の差圧を
監視する。

【００４０】(2) 予備待機 装置が予備機として待機中は、装置遮断弁21は出入口と
も閉とし、パージ用空気流量調節弁25も閉とする一方
で、加圧待機用空気供給弁31を開とする。加圧待機用空
気の供給により待機中の装置内の圧力を維持させるよう
になっており、また、待機中はパージ用空気流量調節弁
25が閉となっていることで不要なパージを防止すること
ができる。

【００４１】予備機として待機中の装置内における空気
の流れは、加圧用待機空気供給部19にプロセスの除湿さ
れた空気を供給することにより、予備機の除湿部17にも
プロセスの除湿された空気が供給され、予備機の除湿部
17により更に除湿された圧縮空気は、パージ用空気制御
部18の流量調節弁25をバイパスするミニマムパージライ
ン27によりわずかなパージ用空気として各中空糸膜エレ
メント14に供給される。これにより中空糸膜エレメント
14の乾燥度を低下させることなく、待機状態を維持する
ことができる。

【００４２】待機中の装置の健全性を確認するために後
述するような監視を行い、異常発生時には警報を発する
と共に加圧待機用空気供給遮断弁30を閉とし装置をプロ
セスから完全に隔離する。すなわち、装置内の中空糸膜
入口エアヘッダ15部に圧力計34を設けて装置内圧力を監
視し、待機中の装置内機器の破損あるいは大量漏洩によ
る圧力低下を検知する。

【００４３】従来の中空糸膜ドライヤにおける問題点に
対する対策として、パージ用空気制御部18および加圧待
機用空気供給ライン19を設けることにより、予備機とし
て待機中にパージ用空気を遮断することにより不要なパ
ージを防止できる。

【００４４】また、従来の中空糸膜ドライヤではパージ
用空気の調整を中空糸膜エレメント毎に行っているが、
本発明ではパージ空気エアヘッダ27を設けてエアヘッダ
から各中空糸膜エレメントへ分岐するようにすることで
パージ用空気流量調節弁25を１個にすることができ、制
御が簡素化される。

【００４５】2)待機中の予備機内の圧力保持 待機中の加圧により圧力を保持しておくことで予備機と
の切り換え時にもプロセスが脱圧することがない。

【００４６】(2) 通気開始時の露点の追従性に対する対
策 従来の中空糸膜ドライヤの通気開始時の露点の追従性に
ついては本発明では次の対策がとられている。

【００４７】1)待機中の中空糸膜エレメントの乾燥度の
維持 プロセス除湿空気での加圧待機ライン19とミニマムパー
ジライン26の設置により、待機中の中空糸膜エレメント
14をわずかなパージ空気で乾燥状態を維持することがで
き、装置切換時に露点の変動を防止することができる。

【００４８】(3) 結露水流入時の性能低下 結露水の流入防止には、本発明ではミストセパレータ21
の設置により対策をとることができる。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、前処理装置と
中空糸膜を結合した除湿部と中空糸膜パージ用のパージ
空気制御部と加圧待機用の圧力保持機能をシステム化す
ることで、装置制御および装置構成が簡略化され、わず
かな自己消費により必要な露点を維持した乾燥空気を供
給することができる。

【００５０】請求項２の発明によれば、予備機として待
機中に加圧により圧力を保持していることで、脱圧する
ことなく、装置遮断弁により常用機と予備機の切替を行
うことができる。

【００５１】請求項３の発明によれば、予備機待機中に
わずかなパージ用空気により中空糸膜の乾燥度を維持し
ているので、予備機への切替時の出口空気露点を早期安
定化させることができる。請求項４の発明によれば、装
置出口空気の露点を連続監視すると共にパージ用空気流
量を自動コントロールするので必要な露点を維持するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る計装用圧縮空気系除湿装置の一実
施の形態を示す系統図。

【図２】従来の計装用圧縮空気系を説明するためのブロ
ック図。

【図３】図２における計装用圧縮空気系除湿装置を示す
系統図。

【符号の説明】

１…吸入フィルタ兼消音器、２…空気圧縮機、３…後部
冷却器、４…気水分離器、５…空気貯槽、６…除湿装
置、７…プレフィルタ、８…除湿塔（除湿側）、９…除
湿塔（再生側）、10…吸入フィルタ兼消音器、11…ブロ
ア、12…電気ヒータ、13…アクアフィルタ、14…中空糸
膜エレメント、15…中空糸膜入口エアヘッダ、16…中空
糸膜出口エアヘッダ、17…除湿部、18…パージ用空気制
御部、19…加圧待機用空気供給部、20…空気ろ過部、21
…装置遮断弁、22…ミストセパレータ、23…プレフィル
タ、24…トラップ、25…パージ用空気流量調節弁、26…
オリフィス、27…ミニマムパージライン、28…パージ用
空気エアヘッダ、29…パージ用空気供給管、30…パージ
用空気流量調節弁、31…加圧待機用空気遮断弁、32…露
点計、33…差圧計、34…圧力計、35…遠隔操作スイッ
チ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理空気量に応じた複数の中空糸膜エレ
   メントを入口エアヘッダおよび出口エアヘッダにより並
   列に接続した除湿部と、前記中空糸膜エレメントをエア
   パージするためのパージ用空気制御部と、前記入口エア
   ヘッダおよび出口エアヘッダの下流側に接続した予備機
   としての加圧待機用空気供給部と、前記入口エアヘッダ
   の上流側に接続した空気ろ過部とを具備したことを特徴
   とする計装用圧縮空気系除湿装置。
2. 【請求項２】 前記予備機としての加熱待機用空気供給
   部に装置遮断弁を設けるとともに前記空気ろ過部の上流
   側に装置遮断弁を設けてなることを特徴とする請求項１
   記載の計装用圧縮空気系除湿装置。
3. 【請求項３】 前記出口エアヘッダの下流側でかつ前記
   加圧待機用空気供給部の下流側に露点計を設けてなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の計装用圧縮空気系除湿装
   置。
4. 【請求項４】 前記パージ用空気制御部はパージ用空気
   流量調節弁と、この流量調節弁をバイパスするオリフィ
   スを有する待機用ミニマムパージラインと、前記中空糸
   膜エレメントにパージ用空気を供給するパージ用空気エ
   アヘッダとからなることを特徴とする請求項１記載の計
   装用圧縮空気系除湿装置。