(57)【要約】【課題】本発明は、再生工程時では蓄熱した熱により吸着剤の温度低下を阻止して吸着筒内の相対湿度を下げることにより再生効率の向上を図り、吸着工程では吸着剤の温度上昇を抑制して吸着筒内の相対湿度を上げることにより吸着効率の向上を得られる圧縮気体の除湿装置を提供する。【解決手段】吸着剤１７を充填する一対の吸着筒３，４を備え、湿った圧縮気体を一方の吸着筒へ導いて吸着除湿して乾燥させ、この乾燥気体の一部を他方の吸着筒に導いて前段階で吸湿能力が低下した吸着剤から湿分を脱着しかつパージする再生を並行して行い、両吸着筒の間で吸着と再生を交互に切換えて連続的に乾燥気体を供給する圧縮気体の除湿装置において、上記各吸着筒に、上記吸着剤とともに、金属小塊からなる蓄熱材Ｋを充填した。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤を充填する一対の吸着筒と、これら吸着筒に連通する連通路およびこの連通路に設けられる切換え手段を備え、湿った圧縮気体を一方の吸着筒へ導いて吸着除湿して乾燥させ、この乾燥気体の一部を他方の吸着筒に導いて前段階で吸湿能力が低下した吸着剤から湿分を脱着しかつパージする再生を並行して行い、両吸着筒の間で吸着と再生を交互に切換えて連続的に乾燥気体を供給する圧縮気体の除湿装置において、
上記各吸着筒に、上記吸着剤とともに、金属小塊からなる蓄熱材を充填したことを特徴とする圧縮気体の除湿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着剤を用いて湿った圧縮気体の湿分を吸着除湿して乾燥する、圧縮気体の除湿装置に係わり、特に、吸着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の除湿装置においては、乾燥した気体、たとえば乾燥空気を連続して供給するため、活性アルミナ、シリカゲル、天然あるいは合成ゼオライト、塩化リチウムなどの吸着剤を容器に充填した吸着筒が二基用意される。
【０００３】
一方の吸着筒に湿った圧縮空気を導き、吸着剤で湿分を吸着除湿し乾燥空気となす吸着工程を行って、所定の供給先に供給する。同時に、得られた乾燥空気の一部を他方の吸着筒に導き、前工程で吸湿して吸湿能力の低下した吸着剤から湿分を脱着し、さらにこの湿分を吸着筒からパージする再生工程をなす。
【０００４】
一方の吸着筒における吸着工程と、他方の吸着筒における再生工程は並行して行われ、所定時間経過後に両吸着筒間に設けられた切換え弁を切換えて互いの吸着筒における工程を交代し、乾燥空気を連続的に供給する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような圧縮気体の除湿装置において、一方の吸着筒で行われる再生工程では、前工程（吸着工程）で吸着剤は湿分を吸着し含有しているので、再生工程中は吸着剤から湿分を脱着して再生化を図る。
【０００６】
脱着時は吸熱反応となり、脱着にともない吸着剤自体が温度降下することで、吸着筒内における相対湿度が上昇する。そのため、継続して吸着剤から湿分を脱着させるには都合が悪い条件下となり、湿分の脱着作用が悪化して再生効率が低下してしまう。
【０００７】
一方、吸着工程では、吸着剤が湿分を吸着する際に吸着剤は発熱（吸着熱）し、吸着剤層が温度上昇して吸着筒内における相対湿度を低下させる。この条件下では、新たに送られてくる湿った圧縮空気から吸着剤が湿分を吸着するには都合が悪く、吸着剤の吸着効率が低下してしまう。
【０００８】
すなわち、吸着工程と再生工程との可逆サイクルにより、再生工程では吸着剤の温度が下り吸着筒内の相対湿度が上って再生効率の低下があり、吸着工程では吸着剤の温度が上り吸着筒内の相対湿度が下って吸着効率の低下がある。
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、吸着筒内に吸着剤とともに蓄熱材を充填することにより、吸着工程では吸着剤の吸着容量が増加して吸着効率の向上化を得られ、再生工程では吸着剤からの湿分の離脱効果を上げて再生効率の向上化を得られる圧縮気体の除湿装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を満足するため本発明の圧縮気体の除湿装置は、一対の吸着筒に吸着剤を充填し、これら吸着筒に連通する連通路および、この連通路に切換え手段を備え、湿った圧縮気体を一方の吸着筒へ導いて吸着除湿して乾燥させ、この乾燥気体の一部を他方の吸着筒に導いて前段階で吸湿能力が低下した吸着剤から湿分を脱着しかつパージする再生を並行して行い、両吸着筒の間で吸着と再生を交互に切換えて連続的に乾燥気体を供給し、上記各吸着筒に吸着剤とともに金属小塊からなる蓄熱材を充填した。
【００１１】
このような課題を解決する手段を採用することにより、再生工程時では蓄熱材が蓄熱した熱を放出し、吸着剤の温度低下を阻止して吸着筒内の相対湿度を下げ、よって吸着剤に対する再生効率の向上化が得られ、吸着工程では蓄熱材が吸着剤の熱を蓄熱し、吸着剤の温度上昇を抑制して吸着筒内の相対湿度を上げ、よって吸着剤における湿分の吸着効率の向上化が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００１３】
図１に、圧縮気体の除湿装置の外観を斜視図として示す。
【００１４】
この除湿装置は、架台１と、この架台１の一側部上に取付けられる電気部品箱２と、架台１の他側部上に取付けられる２基の吸着筒（説明の都合上、以下、図の左側吸着筒をＡ筒と呼び、図の右側吸着筒をＢ筒と呼ぶ）３，４と、これらＡ，Ｂ筒３，４の上端部に亘って載設されるアウトレットヘッド５、およびＡ，Ｂ筒下端部に亘って取付けられるインレットヘッド１５とから構成される。
【００１５】
このアウトレットヘッド５は、複数本の支柱ボルト６…とナット７…を介して架台１に取付け固定され、よってＡ，Ｂ両筒３，４の固定保持がなされている。上記インレットヘッド１５は、架台１に取付けられる蓋板８によって遮蔽されている。
【００１６】
上記アウトレットヘッド５の一側面には、装置内で吸着乾燥した気体を所定の供給先に給出案内するための給出口９が設けられ、かつ架台１の一側面には湿った圧縮気体を装置内へ導入案内するための導入口１０が開口される。
【００１７】
また、アウトレットヘッド５の中央部には湿度インジケータ１１が設けられ、さらにアウトレットヘッド５にはＡ，Ｂ両筒３，４上端部と互いに連通するパージオリフィス１２が設けられている。
【００１８】
図２と、図３は、同じ除湿装置の断面を概略的に示しており、互いに作用が異なる状態である。
【００１９】
上記Ａ，Ｂ筒３，４は、上下端面が開口する筒体からなっていて、上端開口部はアウトレットヘッド５下面に設けられた凹部５ａに挿嵌され、下端開口部は先に述べたインレットヘッド１５上面に設けられた凹部１５ａに挿嵌される。
【００２０】
そして、各Ａ，Ｂ筒３，４の上端縁および下端縁からそれぞれ所定間隔を存した位置に第１の多孔板１６ａと、さらに所定間隔を存した位置に第２の多孔板１６ｂが並行して設けられている。
【００２１】
各Ａ，Ｂ筒３，４における上端縁と下端縁から第１の多孔板１６ａまでの間隔よりも、第１の多孔板１６ａから第２の多孔板１６ｂまでの間隔がある程度大に設定されているが、第２の多孔板１６ｂ相互の間隔は各Ａ，Ｂ筒３，４の全長の過半数以上を占める。
【００２２】
そして、各Ａ，Ｂ筒３，４における第１の多孔板１６ａと第２の多孔板１６ｂとの間には金属小塊からなる蓄熱材Ｋが充填される。上記金属小塊として、たとえば直径φ７〜８ｍｍ程度のステンレス小球が用いられるが、蓄熱性に優れて熱の授受がし易く、熱容量の大きい素材を選択すればよい。
【００２３】
また、各Ａ，Ｂ筒３，４における第２の多孔板１６ｂ相互間には吸着剤１７が充填される。この吸着剤１７として、天然あるいは合成ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ等が選択される。
【００２４】
上記蓄熱材Ｋを各Ａ，Ｂ筒３，４の上下端部に充填することにより、吸着剤１７全体における熱伝達率が、通常用いられる吸着剤（たとえばシリカゲル等）単体と比較して高くなり、再生工程での加熱速度と吸着工程での冷却速度が顕著に大きくなる。
【００２５】
上記アウトレットヘッド５における各Ａ，Ｂ筒３，４中央部と対向する位置に逆止弁１８Ａ，１８Ｂを収容する弁室１９が形成される。これら逆止弁１８Ａ，１８Ｂは、下部側であるＡ，Ｂ筒３，４内から上方への気体の流れを許容し、上部から筒３，４内への気体の流れを阻止するものである。
【００２６】
さらに、アウトレットヘッド５には、上記給出口９と、各弁室１９とを連通する給出路２０が設けられていて、逆止弁１８Ａ，１８Ｂを開放して弁室１９を出た気体を給出口９へ導くようになっている。この給出路２０には上記湿度インジケータ１１と連通する分岐路２１が分岐して設けられている。
【００２７】
各弁室１９の周囲でＡ，Ｂ筒３，４が挿嵌される範囲内は凹陥形成されていて、先に説明したパージオリフィス（ここではアウトレットヘッド５に設けられるよう描いている）１２と連通するパージ室２２となっている。
【００２８】
換言すれば、互いのパージ室２２，２２はパージオリフィス１２によって連通される。上記給出路２０における給出口９とは反対側の端部は閉塞されていて、湿度センサ２３の検知子が給出路２０に突出して取付けられている。
【００２９】
図２のみ示すように、上記電気部品箱２内に制御手段である制御回路２５が収容されていて、上記湿度センサ２３と電気的に接続される。湿度センサ２３は、給出路２０における乾燥空気の湿度を検知して、検知信号を制御回路２５へ送るようになっている。
【００３０】
上記インレットヘッド１５の下面には切換え手段である切換え弁２６が取付けられている。さらに、インレットヘッド１５の一側部には上記導入口１０が設けられ、他側部にはパージ弁２７とサイレンサ２８が直列に接続される。
【００３１】
上記切換え弁２６には、図の左側から右側へ第１のポートａ，第２のポートｂ，第３のポートｃ，第４のポートｄ，第５のポートｅが順次設けられていて、弁体ｆが移動することにより各ポートａ〜ｅ相互の連通切換えがなされる。上記弁体ｆはソレノイド２６Ｓによって駆動される。このソレノイド２６Ｓは上記制御回路２５と電気的に接続されていて、駆動制御されるようになっている。
【００３２】
上記インレットヘッド１５には、導入口１０と切換え弁２６の第３のポートｃとを連通する導入路３０と、Ａ筒３の下部開口端と第２のポートｂとを連通するＡ筒連通路３１と、Ｂ筒４の下部開口端と第４のポートｄとを連通するＢ筒連通路３２と、第１のポートａと第５のポートｅとを連通する逆Ｕ字状のポート連通路３３および、このポート連通路３３の中途部から分岐して上記パージ弁２７に連通するパージ分岐路３４が設けられている。
【００３３】
上記パージ弁２７は、通常構成の電磁開閉弁であって、上記制御回路２５と電気的に接続される。この制御回路２５からの制御信号に応じて開閉し、パージ分岐路３４から導かれるパージ気体の導通もしくは遮断をなす。ここから導出されるパージ気体はサイレンサ２８に導かれて消音されたあと、外部へ放出されるようになっている。
【００３４】
上記制御回路２５は、上記湿度センサ２３からの検知信号を受けて露点温度（圧力下露点）に換算する回路と、この露点温度と予め記憶された設定露点温度（圧力下露点）とを比較する回路、およびこの比較結果にもとづいて切換え弁２６の切換え制御と、パージ弁２７の開閉制御をなす回路とを備えている。
【００３５】
このように構成される除湿装置であって、以下に述べるような作用をなす。なお、圧縮気体として圧縮空気を適用して説明する。
【００３６】
切換え弁２６の弁体ｆが図２に示す位置にあるとき、装置へ供給される湿った圧縮空気はＢ筒４内に導かれ、ここに充填される下部側の蓄熱材Ｋと、吸着剤１７および、上部側の蓄熱材Ｋを通過する。
【００３７】
湿った圧縮空気は吸着剤１７によって吸着除湿され乾燥化する、吸着工程が行われる。そして、逆止弁１８Ｂ、アウトレットヘッド５の給出路２０を介して給出口９から所定の供給先に給出される。
【００３８】
Ｂ筒４から出た乾燥空気の一部はパージ室２２、パージオリフィス１２、Ａ筒３上部のパージ室２２を介してＡ筒３内に案内され、上部側の蓄熱材Ｋと吸着剤１７および下部側の蓄熱材Ｋを順次流通する。
【００３９】
乾燥空気が吸着材１７を通過することにより、前段階の吸着工程において吸着剤１７が吸着した湿分を、吸着剤１７から脱着する。この脱着した湿分を含む空気は、パージ空気としてＡ筒連通路３１から切換え弁２６を介してパージ分岐路３４に導かれる。
【００４０】
パージ弁２７が閉成状態にあるとき、パージ空気は遮断されＡ筒３内を圧力上昇する昇圧工程となす。パージ弁２７が開放状態にあるとき、パージ空気はパージ弁２７を通過してサイレンサ２８に導かれ、ここで消音されてから外部へ放出される再生工程となす。
【００４１】
切換え弁２６の弁体ｆが図３に示す位置にあるとき、装置へ供給される湿った圧縮空気は、Ａ筒３内に充填される吸着剤１７によって吸着除湿され乾燥化する吸着工程となる。そして、逆止弁１８Ａ、アウトレットヘッド５の給出路２０を介して給出口９から所定の供給先に給出される。
【００４２】
また、Ａ筒３から導出される乾燥空気の一部はパージ室２２、パージオリフィス１２、Ｂ筒４上部のパージ室２２を介してＢ筒４内に案内される。この乾燥空気は前段階の吸着工程において吸着剤１７が吸着した湿分を脱着し、パージ空気として切換え弁２６を介してパージ分岐路３４に導かれる。
【００４３】
上記パージ弁２７が閉成状態にあるとき、パージ空気は遮断されてＢ筒４内を圧力上昇する昇圧工程となす。パージ弁２７が開放状態にあるとき、パージ空気はパージ弁２７を通過してサイレンサ２８に導かれ、消音されてから外部へ放出される再生工程となす。
【００４４】
なお、一方の吸着筒で行われる再生工程で、通常用いられる吸着剤では吸着した湿分が脱着する際の冷却作用により温度降下する。この吸着剤層の冷却により吸着筒内の相対湿度が上昇して、上記吸着剤から湿分を脱着させ難い条件下となり、湿分の排出効果が低下してしまう。
【００４５】
また、通常の吸着剤を用いた場合の吸着工程では、吸着剤が湿分を吸着する際に吸着剤から熱が生じる。吸着剤層の温度上昇は、吸着筒内の相対湿度の低下をともない、吸着剤が湿った圧縮空気から湿分を吸着し難い条件下となり、吸着性能の悪化を招いてしまう。
【００４６】
このように通常の吸着剤を用いた場合の吸着工程と再生工程との可逆サイクルでは、再生工程時に吸着剤の温度低下と吸着筒内の相対湿度の上昇による再生効率の低下があり、吸着工程時に吸着剤の温度上昇と吸着筒内の相対湿度の低下による吸着効率の低下がある。
【００４７】
これに対して本発明の除湿装置では、上記Ａ，Ｂ筒３，４内に吸着剤１７とともに金属小塊からなる蓄熱材Ｋを充填したことを特徴としている。上記金属小塊は熱伝導率がよく、熱の授受がし易く、かつ熱容量が大きい。
【００４８】
吸着工程時に吸着剤１７から発生する吸着熱を、蓄熱材Ｋが確実に蓄熱する。また、たとえばＡ筒３における再生工程では吸着剤１７から湿分が蒸発し、それにともない吸着剤１７が冷却するので蓄熱材Ｋは蓄熱した熱を放出する。
【００４９】
吸着剤１７は蓄熱材Ｋからの熱をパージ空気を介し、あるいは直接吸収することによって、吸着剤１７自体の冷却変化が緩和され、吸着剤１７の温度低下が阻止される。したがって、Ａ筒３内の相対湿度が低下する。
【００５０】
Ａ筒３における前工程（吸着工程）で吸着剤１７に吸着していた湿分を、再生空気中により多く脱着させるのに都合の良い条件下になり、吸着剤１７に対する再生効率の向上を図れる。
【００５１】
一方、Ａ筒３において再生工程が継続中は、Ｂ筒４において吸着工程が行われる。このＢ筒４における吸着工程では、前工程である再生工程で上述のように効率よく再生した吸着剤１７の作用で高い吸着性能を確保できる。
【００５２】
さらにそのうえ、Ｂ筒４に吸着剤１７とともに充填されている蓄熱材Ｋが、吸着剤１７の吸熱作用にともなって放出した熱を蓄熱する。したがって、導入する高湿の圧縮空気を冷却し、含まれる湿分を吸着剤１７に接触する前に結露水として分離できる。
【００５３】
さらに、吸着剤１７の温度上昇を抑制して、Ｂ筒４内の相対湿度を上昇せしめる。Ｂ筒４中の吸着剤１７は湿分に対する吸着容量が高まり、よって吸着効率の向上を図れる。
【００５４】
Ａ筒３が再生工程から吸着工程に変ると同時に、Ｂ筒４では再生工程から吸着工程に変る。このようにして、二基の吸着筒３，４における吸着工程と再生工程との可逆サイクルが長時間に亘って継続される。
【００５５】
Ａ，Ｂ筒３，４いずれにおいても、吸着剤１７と蓄熱材Ｋを充填しているので、吸着工程では吸着剤１７が放出した吸着熱を蓄熱材Ｋが蓄熱して吸着剤１７の温度上昇を抑制し、筒内の相対湿度を上げて吸着剤１７の湿分吸着効率の向上を得られ、再生工程では蓄熱材Ｋが蓄熱した熱を放出して吸着剤１７の温度低下を阻止し、筒内の相対湿度を下げて吸着剤に対する再生効率の向上を図れる。
【００５６】
図４は、従来のように筒内に吸着剤のみを充填し、蓄熱材は全く用いない場合（図中×印変化）と、本願発明のように筒内に吸着剤とともに蓄熱材を充填した場合（図中△印変化）における、除湿運転経過時間に対する出口露点（圧力下露点）の変化を示す特性図である。
【００５７】
なお、いずれの吸着筒においても、吸着工程での空気圧力を７Ｋｇ／ｃｍ２に設定し、再生工程では大気圧に開放している。その結果、最終時点で吸着剤のみ（蓄熱材なし）の出口露点が−２１℃であるのに対して、吸着剤と蓄熱材を備えた場合の出口露点が−２５℃であり、４℃の差が存在することが判明した。
【００５８】
すなわち、吸着剤１７とともに蓄熱材Ｋを備えたことにより、吸着工程時と再生工程時における熱の移動が完全に装置内で行われ、装置外部へは移動しないことで、熱損失が減少してパージ量の低減化を得られる。
【００５９】
なお、蓄熱材Ｋを構成する金属小塊として直径φ７〜８ｍｍ程度のステンレス球を筒３，４内の上下端部に充填したが、これに限定されるものではなく、たとえば他の熱伝導がよく、比熱の大きい金属小塊を吸着材に混入してもよく、もしくは金属材など熱伝導率が高く比熱が大きい球・ペレットを蓄熱材として、この表面に吸着剤で覆うようにしたものであってもよい。
【００６０】
なお、上述の実施の形態では、二基（一対）の吸着筒３，４を適用して説明したが、これに限定されるものではなく、複数対の吸着筒を備えて、一方側と他方側を直列に連通する除湿装置にも適用できる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、吸着剤とともに蓄熱材を充填することにより、吸着工程では吸着効率を向上させ、再生工程では再生効率の向上を図れて、信頼性の高い圧縮気体の除湿装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す、除湿装置の外観斜視図。
【図２】同実施の形態を示す、除湿装置の概略の断面図。
【図３】同実施の形態を示す、除湿装置の概略の断面図で、図２とは異なる工程を説明する図。
【図４】従来と本願発明の、除湿運転経過時間に対する出口露点（圧力下露点）の変化を示す特性図。
【符号の説明】
１７…吸着剤、３…吸着筒（Ａ筒）、４…吸着筒（Ｂ筒）、２６…切換え弁、Ｋ…蓄熱材。
【図１】
2004202323.tif 000003
【図２】
2004202323.tif 000004
【図３】
2004202323.tif 000005
【図４】
2004202323.tif 000006