(57)【要約】【課題】高温圧縮空気の熱を利用した吸着式除湿装置を使用した無給油式乾燥圧縮空気製造システムにおいて、省エネ性が高く、円滑に乾燥空気を供給するシステムを目的とする。【解決手段】高温圧縮空気供給用開閉弁を吸着塔内部流通路の一次側に配置することで、圧縮空気除湿側吸着塔内が高温圧縮空気の熱により加熱されない構造とし、且つ、圧縮機と除湿装置間に空気槽を配置することで、圧縮機が負荷運転と無負荷運転を短時間に繰り返すハンチングを起こさない構造とし、吸着塔中央部に静電容量式湿分センサーを設置し、再生側の吸着剤湿分保有量を監視し、再生が完了した段階で吸着剤の再生に用いるパージエアー(乾燥した空気)を流さない制御を可能にする。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に吸着剤を有した吸着塔内に内部流通路を設け、そこに高温圧縮空気を流すことで吸着塔内の吸着剤を加熱再生する吸着式除湿装置とオイルフリースクリュー圧縮機と空気槽とを組み合わせたことを特徴とする無給油式乾燥圧縮空気製造システム。
【請求項２】
請求項1記載の無給油式乾燥圧縮空気製造システムにおいて、
前記吸着塔内の吸着剤の湿分保有量を検出する静電容量式湿分センサーを該吸着塔に設置し、前記吸着剤の再生側吸着塔の再生可否を判断することを可能としたことを特徴とする無給油式乾燥圧縮空気製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を圧縮する無給油式スクリュー圧縮空気と吸着式圧縮空気除湿装置を組み合わせた乾燥圧縮空気製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性アルミナ、シリカゲル、モレキュラシーブス等の吸着剤を２塔からなる吸着塔に充填し、一方の吸着塔には飽和圧縮空気を流し、圧縮空気の除湿を行ない、もう一方の吸着塔では吸着剤の再生(乾燥)を行ない、これを交互に行なうことで連続して乾燥空気を供給する除湿装置が一般的に知られている。
【０００３】
吸着剤の再生方法には２通りの方法があり、1つは吸着剤の圧力差による水分吸着量の差を利用した減圧再生式で、もう一つは圧力差に加え、温度差による水分吸着量の差を利用した減圧加熱再生式で、どちらも再生側の吸着塔に乾燥した空気(パージエアー)を流し、減圧または加熱することで吸着剤が保持できなくなった水分をパージエアーにより外部へ排出(パージロス)することで、吸着剤の再生を行なっている。パージエアー量は、減圧再生式で入気圧縮空気量の約１５%、減圧加熱再生式で約６％が必要である。また、減圧加熱再生式は、吸着塔内にヒーターを設け、直接吸着剤を加熱するものが一般的に知られている。
【０００４】
パージロスによるエネルギーロスや吸着剤加熱に要するエネルギーロスを少なくするため、圧縮空気の圧縮熱により吸着剤を加熱減圧再生する除湿装置の考え方が、特許文献１（特開昭６１−２３８３２１号公報）、及び特許文献２（特開昭６１−１７１５２４号公報）に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２３８３２１号公報
【特許文献２】特開昭６１−１７１５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した引用文献1、及び引用文献２では、吸着塔内に設けた伝熱パイプの出口側に高温圧縮空気の供給を行なう電磁弁を配置している。高温圧縮空気は、吸着剤再生側の吸着塔に流すものであるが、本引用文献では、圧縮空気除湿側の吸着塔内伝熱パイプにも高温圧縮空気が流れ込み、伝熱パイプ内を高温圧縮空気が滞留することとなるため、圧縮空気除湿側の吸着剤が加熱されてしまい、吸着剤の除湿能力が発揮されない構造となっている。
【０００７】
また、前述した引用文献１では、空気圧縮機と除湿装置を直接接続しており、圧縮機無負荷運転時に除湿装置二次側に設置される空気槽からのバックプレッシャーに対する手段が示されていない。引用文献２では、空気圧縮機と除湿装置を直接接続し、且つ除湿装置内に逆止弁が組み込まれており、空気圧縮機−逆止弁間の容積が少ないことにより、空気圧縮機が負荷運転と無負荷運転を短時間に繰り返すハンチングを起こす可能性がある。
【０００８】
また、再生側の吸着塔には常時パージエアーが流されており、省エネに関して改善の余地がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は次のものである。
【００１０】
（１）パージロス縮小による省エネ化
（２）空気圧縮機と空気槽間に逆止弁を組み込んだ場合、空気圧縮機が負荷運転と無負荷運転を短時間で繰り返すハンチングを起こす可能性がある。
【００１１】
また、空気槽内圧力で空気圧縮機を制御した場合、無負荷運転が長く続くと空気圧縮機と空気槽間の圧力が無くなり、空気圧縮機が負荷運転に復帰出来なくなる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するために、内部に吸着剤を有した吸着塔内に内部流通路を設け、そこに高温圧縮空気を流すことで吸着塔内の吸着剤を加熱再生する吸着式除湿装置とオイルフリースクリュー圧縮機と空気槽とを組み合わせた無給油式乾燥圧縮空気製造システムを提供する。
【００１３】
また、上記の無給油式乾燥圧縮空気製造システムにおいて、前記吸着塔内の吸着剤の湿分保有量を検出する静電容量式湿分センサーを該吸着塔に設置し、前記吸着剤の再生側吸着塔の再生可否を判断することを可能とした無給油式乾燥圧縮空気製造システムを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮空気除湿側の吸着塔に高温圧縮空気が流れ込むことがないため、吸着剤の除湿能力が十分発揮される。また、圧縮機と除湿装置間に空気槽を設置したことにより、圧縮機と除湿装置間に容積が十分あり、負荷運転と無負荷運転を短時間に繰り返すハンチングの不具合を回避することができる。
【００１５】
さらに、吸着塔中央部に静電容量式湿分センサーを設置したことで、吸着剤の湿分保有量を監視し、再生が完了した段階で吸着剤の再生に用いるパージエアー(乾燥した空気)を流さないようできるため、必要最小限のパージロスに抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における装置の構成図である。
【図２】静電容量と周波数の関係図を示す図である。
【図３】各バルブの作動状態を示すタイムチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００１８】
図１は本実施例の無給油式乾燥圧縮空気製造システムの全体構成を示す系統図である。
【００１９】
図1において、１は低圧段圧縮機、３は低圧段圧縮機1の下流に設けられたインタークーラで、２はインタークーラ３の下流に設けられ、低圧段圧縮機１よりさらに圧縮する高圧段圧縮機である。高圧段圧縮機２の下流には逆止弁４が設けられている。５はアフタクーラ、６は空気槽、７はプレフィルターである。８，９は圧縮空気の入口弁、１１，１２は排気弁、１４はバネ式オリフィス、１５はマフラーである。１６，１７は吸着剤を充填した吸着塔で、１８，１９は吸着塔１６，１７にそれぞれ設置された静電容量式湿分センサ（この湿分センサは、吸着剤に含まれる水分量を計測するもので、大気中の水分量を計測するものでない。）である。２０，２１は出口逆止弁、２２，２３はパージ逆止弁、２４はパージオリフィス、２７は吸着塔１６の内部流通路、２８は吸着塔１７の内部流通路である。２９，３０は逆止弁、２５、２６、３１は電動弁、３２は制御基板である。
【００２０】
次に、図１の構成について説明する。図１の無給油式乾燥圧縮空気製造システムにおいて、圧縮機本体と、この圧縮機本体からの高温圧縮空気が流通する第一の配管と、第一の配管で送られる圧縮空気を冷却するクーラと、このクーラで冷却された圧縮空気が空気槽、ドレンを除去するプレフィルターを介して流通する第二の配管と、この第二の配管から分岐する第三及び第四の配管と、前記第三の配管に連結されて内部に吸着剤を有し圧縮空気の水分を吸着する第一の吸着塔と、前記第四の配管に連結されて内部に吸着剤を有し圧縮空気の水分を吸着する第二の吸着塔と、を備える。そして、前記第二の配管を流通する圧縮空気が前記第一の吸着塔にて除湿された後に乾燥圧縮空気の一部を前記第二の吸着塔へ導くとともに乾燥圧縮空気の他を外部へ供給する第一のモードと、前記第二の配管を流通する圧縮空気が前記第二の吸着塔にて除湿された後に乾燥圧縮空気の一部を前記第一の吸着塔へ導くとともに乾燥圧縮空気の他を外部へ供給する第二のモードと、を切替える切替え手段を備える。
【００２１】
そして、前記第一の吸着塔及び前記第二の吸着塔内には、前記第二の配管からの圧縮空気が流れる流通路とは区画されて形成されて吸着剤を加熱するための高温圧縮空気が流れる内部流通路をそれぞれ備え、前記第一の配管の分岐点より分岐して経路中にそれぞれ開閉弁を有する第一の分岐流通路及び第二の分岐流通路を備え、前記第一の分岐流通路と前記第一の吸着塔の内部流通路が連結され、且つ、前記第二の分岐流通路と前記第二の吸着塔の内部流通路が連結され、それぞれが逆止弁或いは開閉弁を有し、前記内部流通路からの高温圧縮空気を、前記第一の配管の前記分岐流通路より下流側の合流点で合流させる第一の合流通路及び第二の合流通路を有し、前記第一の配管において分岐点と合流点の間に開閉弁を備え、前記第一の吸着塔及び前記第二の吸着塔中央部には吸着剤の湿分保有量を検出する静電容量式湿分センサーをそれぞれ備え、前記第一のモードでは前記第二の吸着塔内の内部流通路へと高温圧縮空気を導き、前記湿分センサーが吸着剤の再生が不要と判断した際には、前記第二の吸着塔内の内部流通路へ高温圧縮空気の供給を停止すると共に前記第二の吸着塔内への乾燥空気の一部を供給することを停止し、前記第二のモードでは前記第一吸着塔内の内部流通路へと高温圧縮空気を導き、前記湿分センサーが吸着剤の再生が不要と判断した際には、前記第一の吸着塔内の内部流通路へ高温圧縮空気の供給を停止すると共に前記第一の吸着塔内への乾燥空気の一部を供給することを停止するように前記各開閉弁を制御基板で制御する。
【００２２】
また、図１の構成において、低圧段圧縮機１で昇圧された圧縮空気はインタークーラ３で冷却され、その後、高圧段圧縮機２で所定の圧力まで昇圧される。
高温圧縮空気は、逆止弁４、電動弁２６を通って、吸着塔１７内の内部流通路２８に流れ、内部流通路２８を介して吸着塔１７内に充填された吸着剤を加熱した後、逆止弁３０を通って、クーラ５に入り、冷却される。この時、電動弁２５と電動弁３１は、閉となっている。
【００２３】
その後、圧縮空気は、空気槽６を通って、プレフィルター7で水滴を除去した後、入口弁８を通り、吸着塔１６に供給される。圧縮空気は吸着塔１６内に充填された吸着剤により除湿された後、出口逆止弁２０を通って除湿装置外へ排気される。出口逆止弁２０を通った一部の乾燥空気は、パージオリフィス２４、パージ逆止弁２３を通り、大気圧に減圧された吸着塔１７に流され、加熱減圧されたことで吸着剤が保持できなくなった水分と共に排気弁１１、バネ式オリフィス１４、マフラー１５を経由して除湿装置外へ排気される。この時、入口弁９、同圧弁１３、排気弁１１、出口逆止弁２１、パージ逆止弁２２は、閉となっている。ここで、上記の圧縮空気の流れ、すなわち吸着塔１７を流れるモードを第一のモードという。
【００２４】
図２に静電容量と周波数の関係を示し、吸着剤の湿分保有量が少ないほど静電容量は小さくなる。
【００２５】
図３に各バルブの作動状態を示すタイムチャートを示す。
【００２６】
静電容量式湿分センサーは再生側吸着塔の吸着剤の静電容量を常時検出し、湿分センサー内の基板により静電容量を周波数に変換し、制御基板３２に入力している。制御基板３２は、入力された周波数により吸着剤の再生要否を判断し、ある数値以上の周波数が入力された時、吸着剤の再生が完了したと判断し、電動弁２６を閉め、電動弁31を開けることで、高温圧縮空気を吸着塔１７に流さないようにし、同時に排気弁１２を閉めることで、吸着塔１７に流した乾燥空気を除湿装置外へ排気しないようにする。吸着塔１７内が室温＋１５℃程度まで冷却された後、第二のモード（圧縮空気が吸着塔１６を流れるモードをいう）に移行するため、同圧弁１３を開き、吸着塔１６と吸着塔１７を同じ圧力にする。
同圧後、入口弁９を開け、同圧弁１３を閉じる。次に排気弁１１を開け、続いて電動弁２５を開け、電動弁３１を閉じることで第二のモードに移行する。
【００２７】
上記のように２基の吸着塔において、圧縮空気の乾燥工程と吸着剤の再生工程を切換え弁により交互に交替するため、上記の第一のモードと第二のモードも交互に交替される。
また、吸着剤は、水分のみならず二酸化炭素や炭化水素なども除去することが好ましいから、ゼオライト系の吸着材、具体的にはモレキュラシーブス３Aや５Aなどを主成分とし、混合する吸着剤としてはシリカゲルやアルミナゲルなどがある。
【００２８】
また、静電容量方式は、湿度が０のときの静電容量が予め分かっているため低湿度での変化を電気的に処理することができる。また、電子の動きを捕えているため応答速度をかなり早くすることができ、比較的高温度での使用が可能で低湿度測定に優れている。
本事例では、高温圧縮空気を全量吸着塔１６または１７に流すようにしたが、電動弁３１を設置しないで、高温空気を分流させ、高温空気の一部を吸着塔１６または１７に流し、内部流通路２７または２８を介して、吸着剤を加熱し、その後、クーラ５の一次側で合流させても良い。
【００２９】
また、静電容量式湿分センサー１８または１９が吸着剤の再生が完了したと判断すると、高温空気供給用電動弁２５または２６を閉じると同時に、排気弁１１または１２を閉じるとしたが、再生側の吸着塔１６または１７の冷却を促進するため、電動弁２５または２６閉後、ある時間経過後、排気弁１１または１２を閉じても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１‥オイルフリースクリュー圧縮機１段本体
２‥オイルフリースクリュー圧縮機2段本体
３‥インタークーラ                    ４‥逆止弁  
５‥クーラ                            ６‥空気槽
７‥プレフィルター                    ８、９‥入口弁
１１、１２‥排気弁                    １３‥同圧弁
１４‥ばね式オリフィス                １５‥マフラー
１６、１７‥吸着塔                    １８、１９‥静電容量式湿分センサー
２０、２１‥出口逆止弁                ２２、２３‥パージ逆止弁
２４‥パージオリフィス                ２５、２６‥電動弁
２７、２８‥内部流通路                ２９、３０‥逆止弁
３１‥電動弁                          ３２‥制御基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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