(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端に圧縮空気の入口を有し且つ上端に出口を有する竪型の胴体内の下部に、上記圧縮空気入口から供給した高温の圧縮空気を順次熱交換して冷却するための熱交換器を多段に配設し、更に、胴体内の上端の出口側に、上記圧縮空気を氷点下に冷却する最終段の熱交換器としての伝熱管を設け、且つ上記圧縮空気を氷点下レベルに冷却する伝熱管の前に、空気を除湿するためのエチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を設けてなり、胴体内下部の上記多段の熱交換器にて熱交換された圧縮空気を除湿し乾燥させてから上記最終段の熱交換器としての伝熱管へ導くようにしたことを特徴とする大気乾燥冷却装置。
【請求項２】
エチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を、中央部の開口よりエチレングリコールをオーバーフローさせてカーテン状に流下させる第１オーバーフロープレートと、該第１オーバーフロープレートから流下されたエチレングリコールを受けて周辺部よりオーバーフローさせてカーテン状に流下させる第２オーバーフロープレートと、該第２オーバーフロープレートから流下したエチレングリコールを受ける受皿とからなる構成とする請求項１記載の大気乾燥冷却装置。
【請求項３】
除湿器における第１オーバーフロープレートと第２オーバーフロープレートのいずれか一方又は双方に、円周方向へ延びるスリットを設けた請求項２記載の大気乾燥冷却装置。
【請求項４】
エチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を、周辺部を多孔板とし且つ中央部分のエチレングリコールの受け部に円周方向に延びる複数のスリットを設けてなるプレートを用いたものと、該受け部から流下するエチレングリコールを受ける受皿とからなる構成とする請求項１記載の大気乾燥冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大気を徐々に冷却し最終段で氷点下に冷却して取り出す冷却装置において、最終段で空気中の水分が氷結することがないようにする大気乾燥冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮された高温の大気を乾燥冷却する大容量の冷却装置としては、種々の冷媒を用いた多段の熱交換器を組み込んで、圧縮空気を徐々に冷却し、更に、出口側に設けた最終の熱交換器としての伝熱管内の冷媒と熱交換させてから０℃以下の低温空気として取り出すようにすることが、大気を氷点下レベルまで冷却するのに有利であるとされ、そのため、従来では、図５に一例を示す如く、横型とした胴体１の内部に、一端の入口２側から他端の出口３側に、冷媒として、比較的高温のエチレングリコール水溶液５を用いた熱交換器４と、冷媒として冷却水７を用いた熱交換器６と、冷媒として比較的低温のエチレングリコール水溶液９を用いた熱交換器８とを多段に配設し、更に、出口３側に最終段の熱交換器としての伝熱管１０を配設して、該伝熱管１０の前側位置に、エチレングリコール１２を伝熱管１０に向けて噴き付けるスプレー装置１１を配設した構成の大気乾燥冷却装置が採用されている。１３は圧縮機である。
【０００３】
上記従来の大気乾燥冷却装置では、圧縮機１３で圧縮された高温の圧縮空気Ａが入口２から取り入れられると、先ず、１段目の熱交換器４を通過するときに冷却され、次いで、２段目の熱交換器６を通過するときに冷却された後、３段目の熱交換器８を通過するときに０℃〜１０℃位まで冷却され、更に、伝熱管１０を通過するときの熱交換で−３０℃という氷点下レベルまで冷却されて、出口３より取り出されるようにしてある。
【０００４】
上記多段の熱交換器４，６，８を経て冷却された空気が伝熱管１０と接触して氷点下レベルまで冷却されるとき、空気中の水分が氷結して伝熱管１０の表面に付着することにより伝熱管１０の表面に着氷が生じ、伝熱管同士の間隔が狭くなり流路が塞がると共に伝熱性能が悪くなるという事態が発生する。
【０００５】
そのため、従来の大気乾燥冷却装置では、伝熱管１０の前に、伝熱管１０に対しスプレー装置１１よりエチレングリコール１２を噴射することにより伝熱管１０に接触する空気を乾燥させるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の大気乾燥冷却装置は、横型で且つ出口側の伝熱管１０の前にエチレングリコールを噴射するスプレー装置１１を設置しているものであるため、スプレー装置１１から噴射されたエチレングリコール１２が胴体１内で行き届かない場所が生じて、空気とエチレングリコールとを充分に接触させることができずに有効に除湿できず、伝熱管１０の表面に着氷するおそれがあり、又、横型のため広い設置スペースを必要としていた。
【０００７】
そこで、本発明は、伝熱管の部分で熱交換されて冷却される前の段階で空気を効果的に除湿乾燥させて伝熱管に着氷を生じさせることを防止し、且つ設置スペースを小さくできるような大気乾燥冷却装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、下端に圧縮空気の入口を有し且つ上端に出口を有する竪型の胴体内の下部に、上記圧縮空気入口から供給した高温の圧縮空気を順次熱交換して冷却するための熱交換器を多段に配設し、更に、胴体内の上端の出口側に、上記圧縮空気を氷点下に冷却する最終段の熱交換器としての伝熱管を設け、且つ上記圧縮空気を氷点下レベルに冷却する伝熱管の前に、空気を除湿するためのエチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を設けてなり、胴体内下部の上記多段の熱交換器にて熱交換された圧縮空気を除湿し乾燥させてから上記最終段の熱交換器としての伝熱管へ導くようにした構成とする。
【０００９】
これにより最終段階で氷点下レベルまで冷却する伝熱管の前の段階で圧縮空気は除湿器にてエチレングリコールと充分に接触させられて効果的に除湿されるため、伝熱管の部分で氷点下に冷却される空気は乾燥されていて伝熱管に着氷することがなくなる。
【００１０】
エチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を、中央部の開口よりエチレングリコールをオーバーフローさせてカーテン状に流下させる第１オーバーフロープレートと、該第１オーバーフロープレートから流下されたエチレングリコールを受けて周辺部よりオーバーフローさせてカーテン状に流下させる第２オーバーフロープレートと、該第２オーバーフロープレートから流下したエチレングリコールを受ける受皿とからなる構成とすることにより、第１オーバーフロープレートからオーバーフローするエチレングリコールと、第２オーバーフロープレートからオーバーフローするエチレングリコールを、上昇する圧縮空気が蛇行しながら通過することから、空気の除湿が充分に行われる。
【００１１】
又、除湿器における第１オーバーフロープレートと第２オーバーフロープレートのいずれか一方又は双方に、円周方向へ延びるスリットを設けた構成とすることにより、エチレングリコールと空気との接触を増やして除湿効果をより高めることができる。
【００１２】
更に、エチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を、周辺部を多孔板とし且つ中央部分のエチレングリコールの受け部に円周方向に延びる複数のスリットを設けてなるプレートを用いたものと、該受け部から流下するエチレングリコールを受ける受皿とからなる構成とすることにより、構造簡単で且つエチレングリコールと空気との接触効率を高めることができることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２は本発明の実施の一形態を示すもので、胴体１を、一端を下、他端を上となるよう竪型に配置して、下端を入口２、上端を出口３とし、上記胴体１内に、入口２から出口３側の方向に、図５に示す従来の冷却装置の場合と同様に、冷媒としてエチレングリコール水溶液又はプロピレングリコール水溶液５を用い且つＣａＣｌ2 溶液、ＮａＣｌ溶液をブラインとして搬送されるようにした熱交換器４と、冷媒として冷却水７を用いた熱交換器６と、冷媒としてエチレングリコール水溶液９を用い且つＣａＣｌ2 溶液、ＮａＣｌ溶液をブラインとする熱交換器８の順に多段に設置し、且つ出口３側に最終段の熱交換器として多数本の伝熱管１０を配設して、伝熱管１０内を流れる冷媒により熱交換できるようにしてある構成において、上記伝熱管１０と熱交換器８との間に、冷却される圧縮空気中の水分を除去して圧縮空気を乾燥させるための除湿器１４を設ける。
【００１５】
除湿器１４は、種々の構成とすることができるが、図１及び図２はその一形態を示すもので、エチレングリコール注入管１５より注入されるエチレングリコール１２を受けて中央部より均一にオーバーフローさせるようにするため、中央部の開口１７周辺に堰１８を設けてなる第１オーバーフロープレート１６を、胴体１の内側面に接合させると共に、該第１オーバーフロープレート１６の下方位置に、第１オーバーフロープレート１６の中央部よりオーバーフローしてカーテン状に流下するエチレングリコール１２を受けて周辺部より均一にオーバーフローさせるため周辺部に堰２０を設けてなる第２オーバーフロープレート１９を、胴体１の内側面に支持材２１にて固定して、周囲を空気Ａが上昇できるようにし、更に、上記第２オーバーフロープレート１９の下方位置に、該第２オーバーフロープレート１９からオーバーフローして流下するエチレングリコール１２を受けて回収管２３より回収できるようにする受皿２２を胴体１の内側面に固定した構成としてある。
【００１６】
圧縮機１３により圧縮された高温の圧縮空気Ａが入口２より胴体１内に供給されると、破線矢印の如く出口３側へ向けて上昇させられるが、この間に先ず、第１段目のエチレングリコール水溶液５を冷媒とする熱交換器４を通過するときに冷却され、次いで、冷却水７を冷媒とする第２段目の熱交換器６を通過するときに冷却され、続いてエチレングリコール水溶液９を冷媒とする第３段目の熱交換器８で更に冷却される。因に、入口２から供給される高温の圧縮空気の温度が１８０℃位とすると、第１段目の熱交換器４で約５０〜１００℃位まで冷却され、第２段目の熱交換器６で約３０〜５０℃位まで冷却され、第３段目の熱交換器８で０〜１０℃位にまで冷却される。
【００１７】
上記第３段目の熱交換器８で０〜１０℃位まで冷却された空気は、第４段目の熱交換器として機能する伝熱管１０の位置に達し、該伝熱管１０内を流れる冷媒との熱交換により氷点下レベルまで冷却される。かかる最終段階の熱交換器としての伝熱管１０の部分で空気が氷点下まで冷却されると、空気中の水分が氷結して伝熱管１０の表面に付着する事態が生じるので、これを防止するため、０℃レベルで熱交換を行う伝熱管１０の前段階で除湿して乾燥させるようにする。
【００１８】
本発明の冷却装置における除湿器１４は、第１オーバーフロープレート１６と第２オーバーフロープレート１９と受皿２２とを３段構造とした構成としてあるので、除湿剤としてのエチレングリコール１２を、第１オーバーフロープレート１６の中央部の開口１７よりオーバーフローさせて流下させることにより筒状にエチレングリコール１２のカーテン１２ａを作ることができ、更に、第２オーバーフロープレート１９の周辺部からオーバーフローさせることにより筒状にエチレングリコール１２のカーテン１２ａを作ることができる。したがって、図２に示すように、破線矢印の如く上昇する圧縮空気Ａは、受皿２２の中央部を通り上昇した後、第２オーバーフロープレート１９からオーバーフローするエチレングリコール１２のカーテン１２ａを必ず通過しなければ上昇できないことから、確実に除湿され、更に、上方の第１オーバーフロープレート１６の中央部開口１７から流下するエチレングリコール１２のカーテン１２ａを通過することにより除湿される。これにより伝熱管１０に達する０℃レベルの圧縮空気Ａ中の水分は、エチレングリコール１２との効果的な接触によって除去され、伝熱管１０での熱交換において氷結することがなくなり、伝熱管１０の表面に着氷が生じることを防止することができる。
【００１９】
次に、図３（イ）（ロ）は本発明の他の実施の形態を示すもので、図２に示した除湿器１４と同様な構成において、第１オーバーフロープレート１６に、周方向に不連続のスリット２４を設け、該各スリット２４からもカーテン状にエチレングリコール１２が流下して第２オーバーフロープレート１９に受けられるようにしたものである。図中、図２と同一のものには同一符号が付してある。
【００２０】
かかる構成にすると、第１オーバーフロープレート１６から流下するエチレングリコール１２のカーテン１２ａが半径方向に部分的に二重になるので、この二重に流下するエチレングリコール１２を圧縮空気Ａが通過することになって、より効果的に除湿が行われることになる。
【００２１】
なお、第２オーバーフロープレート１９の外周部に同様のスリットを設ければ、第２オーバーフロープレート１９から流下するエチレングリコール１２を部分的に二重にできて更に空気との接触効率を高められて有利であり、この場合に第１オーバーフロープレート１６と第２オーバーフロープレート１９のいずれか一方のみに上記スリット２４を設けるようにしてもよい。
【００２２】
図４（イ）（ロ）は本発明の更に他の実施の形態を示すもので、除湿器１４として、図２、図３に示した第１オーバーフロープレート１６と第２オーバーフロープレート１９を２段に設けたことに代えて、周辺部に多数の小孔２６を設け且つ中央部にエチレングリコール１２の受け部２７を設け、該受け部２７に複数のスリット２８を円周方向に設けたプレート２５を用い、注入管１５より注入されるエチレングリコール１２が各スリット２８からカーテン状に流下するようにして受皿２２にて受けられるようにし、一方、圧縮空気Ａは破線矢印の如く流下するエチレングリコール１２を通過して周辺部の多数の小孔２６を通って上昇するようにしたものである。
【００２３】
この実施の形態によっても、圧縮空気Ａとエチレングリコール１２との接触が充分に行われて、圧縮空気Ａ中の水分を除去できて効果的に除湿することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、熱交換器４，６，８を３段に設置した場合を例示したが、３段以外でもよいこと、又、除湿器１４へ注入するエチレングリコール１２は、エチレングリコール濃縮ユニットより供給し、除湿器１４から回収されたエチレングリコール１２は回収タンクに一旦貯えた後、ポンプでエチレングリコール濃縮ユニットへ戻して循環させるようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の大気乾燥冷却装置によれば、次の如き優れた効果を奏し得る。
（１）下端に圧縮空気の入口を有し且つ上端に出口を有する竪型の胴体内の下部に、上記圧縮空気入口から供給した高温の圧縮空気を、順次熱交換して冷却するための熱交換器を多段に配設し、更に、胴体内の上端の出口側に、上記圧縮空気を氷点下に冷却する最終段の熱交換器としての伝熱管を設け、且つ上記圧縮空気を氷点下レベルに冷却する伝熱管の前に、空気を除湿するためのエチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を設けてなり、胴体内下部の上記多段の熱交換器にて熱交換された圧縮空気を除湿し乾燥させてから上記最終段の熱交換器としての伝熱管へ導くようにした構成としてあるので、多段の熱交換器を通過して０℃位まで冷却された空気を、カーテン状に流下するエチレングリコールと効果的に接触させることができて確実に除湿させることができ、これにより最終段で空気中の水分が氷結することがなくなって、伝熱管の表面に着氷を生じさせることを防止できる。又、竪型としたことから、上記のように除湿用のエチレングリコールをカーテン状に流下させることができる除湿器を設置することが可能になるばかりでなく、設置スペースを従来の横型に比して大幅に節約することができる。
（２）更に、エチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を、中央部の開口よりエチレングリコールをオーバーフローさせてカーテン状に流下させる第１オーバーフロープレートと、該第１オーバーフロープレートから流下されたエチレングリコールを受けて周辺部よりオーバーフローさせてカーテン状に流下させる第２オーバーフロープレートと、該第２オーバーフロープレートから流下したエチレングリコールを受ける受皿とからなる構成とすることにより、圧縮空気がエチレングリコールと２段階に接触できて除湿効果を高めることができる。
（３）又、除湿器における第１オーバーフロープレートと第２オーバーフロープレートのいずれか一方又は双方に、円周方向へ延びるスリットを設けた構成とすることにより、オーバーフローするエチレングリコールのほかにスリットからもカーテン状にエチレングリコールを流下させることができて、エチレングリコールのカーテンを同じ高さ位置で二重にもすることができ、空気との接触効率をより高め得られて除湿効果を高めることができる。
（４）エチレングリコールをカーテン状に流下させると共に上昇する圧縮空気をカーテン状に流下するエチレングリコール中を通して接触させるようにしてある除湿器を、周辺部を多孔板とし且つ中央部分のエチレングリコールの受け部に円周方向に延びる複数のスリットを設けてなるプレートを用いたものと、該受け部から流下するエチレングリコールを受ける受皿とからなる構成とすることにより、圧縮空気とエチレングリコールとの接触が充分に行われて圧縮空気中の水分を除去できて、効果的に除湿することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の大気乾燥冷却装置の実施の一形態の概略を示す側面図である。
【図２】図１の除湿器の拡大断面図である。
【図３】除湿器の他の形態を示すもので、（イ）は切断側面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】除湿器の更に他の形態を示すもので、（イ）は切断側面図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】従来の大気乾燥冷却装置の概略を示す側面図である。
【符号の説明】
１  胴体
２  入口
３  出口
４  熱交換器
６  熱交換器
８  熱交換器
１０  伝熱管
１２  エチレングリコール
１３  圧縮機
１４  除湿器
１５  注入管
１６  第１オーバーフロープレート
１７  開口
１９  第２オーバーフロープレート
２２  受皿
２３  回収管
２４  スリット
２５  プレート
２６  小孔
２７  受け部
２８  スリット
【図１】
0003644122.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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