(57)【要約】【課題】圧縮空気の供給先において結露が生じる事態を回避しつつ、冷凍サイクルの負担を十分に軽減する。【解決手段】冷凍サイクル３と、除湿を完了した圧縮空気および除湿対象の圧縮空気を相互に熱交換させて除湿を完了した圧縮空気を加熱する再熱部２４および除湿対象の圧縮空気を冷却する一次冷却部２１と、蒸発器３１が配設されると共に一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気および蒸発器３１内の冷媒を相互に熱交換させて一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気を冷却する三次冷却部２３とを備えて、圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システム１であって、一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気およびドレン水Ｗを相互に熱交換させて一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気を冷却する二次冷却部２２を備え、三次冷却部２３は、二次冷却部２２における冷却を完了した圧縮空気を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルと、除湿を完了した圧縮空気および除湿対象の圧縮空気を相互に熱交換させて当該除湿を完了した圧縮空気を加熱すると共に当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換部と、前記冷凍サイクルにおける蒸発器が配設されると共に前記第１熱交換部における冷却を完了した前記圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該第１熱交換部における冷却を完了した圧縮空気を冷却する第２熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、
前記第１熱交換部における冷却を完了した前記圧縮空気および冷却水を相互に熱交換させて当該第１熱交換部における冷却を完了した圧縮空気を冷却する第３熱交換部を備え、
前記第２熱交換部は、前記第３熱交換部における冷却を完了した前記圧縮空気を冷却する圧縮空気除湿システム。
【請求項２】
当該圧縮空気除湿システムが接続されている圧縮空気供給システム内において生じたドレン水を前記冷却水として使用可能にドレン配管が前記第３熱交換部に接続されている請求項１記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項３】
少なくとも前記第２熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を前記冷却水として使用可能に前記ドレン配管が前記第３熱交換部に接続されている請求項２記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項４】
前記第３熱交換部において前記冷却水を断熱膨張させる膨張弁を備えている請求項１から３のいずれかに記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項５】
前記第１熱交換部、前記第２熱交換部および前記第３熱交換部が１つの圧力容器内に一体的に設けられている請求項１から４のいずれかに記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項６】
前記第３熱交換部に対して前記冷却水を間欠的に供給する電磁弁を備えている請求項１から５のいずれかに記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項７】
除湿を完了した圧縮空気および除湿対象の圧縮空気を相互に熱交換させて当該除湿を完了した圧縮空気を加熱すると共に当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換処理と、前記第１熱交換処理による冷却を完了した前記圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該第１熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気を冷却する第２熱交換処理とを実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、
前記第１熱交換処理による冷却を完了した前記圧縮空気および冷却水を相互に熱交換させて当該第１熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気を冷却する第３熱交換処理を実行すると共に、前記第２熱交換処理において、前記第３熱交換処理による冷却を完了した前記圧縮空気を冷却する圧縮空気除湿方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルによって圧縮空気を冷却することで圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧縮空気除湿システムとして、冷凍式エアドライヤーを備えて構成されたシステム（以下、「除湿システム」ともいう）が特開平１０−３０５６６号公報に開示されている。この除湿システムでは、エアーコンプレッサからの圧縮空気を冷凍式エアドライヤーに送気するための配管に前処理エアドライヤーが配設されている。この前処理エアドライヤーは、冷凍式エアドライヤーにおいて生じたドレン水によって、エアコンプレッサからの圧縮空気を冷却可能に構成されている。具体的には、前処理エアドライヤーは、ドレン水を貯留可能な上面開口の筐体を備えると共に、圧縮空気の通過が可能な管によって筐体内に熱交換器が形成されている。この除湿システムでは、エアコンプレッサからの圧縮空気が、前処理エアドライヤーの熱交換器を通過する際に筐体内のドレン水によって冷却されて、圧縮空気中に含まれている水分のうちの一部が除去される。また、前処理エアドライヤーを通過した圧縮空気が、冷凍式エアドライヤーの冷却器を通過する際に冷凍サイクルによって冷却されて、圧縮空気中に含まれている水分の他の一部が除去される。
【０００３】
この場合、従来の除湿システムでは、冷凍式エアドライヤーの冷却器に導入される圧縮空気が前処理エアドライヤーにおいて冷却させられている。したがって、コンプレッサからの圧縮空気を冷凍式エアドライヤーに直接導入する構成と比較して、冷凍サイクルに掛かる負担が軽減されている。また、従来の除湿システムでは、冷凍式エアドライヤーの冷却器に導入される圧縮空気（すなわち、前処理エアドライヤーからの圧縮空気）と、冷却器を通過した低温の圧縮空気（すなわち、この除湿システムによる除湿を完了した圧縮空気）とを相互に熱交換させる熱交換器が冷凍式エアドライヤーに配設されている。したがって、従来の除湿システムでは、冷却器に導入される圧縮空気が熱交換器において温度低下させられているため、冷凍サイクルに掛かる負担が一層軽減されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０５６６号公報（第３−８頁、第１−５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の除湿システムには、以下の解決すべき問題点がある。すなわち、従来の除湿システムでは、冷凍式エアドライヤーにおける冷凍サイクルの負担軽減を目的として、コンプレッサからの圧縮空気を冷凍式エアドライヤーに導入する前に前処理エアドライヤーにおいて冷却すると共に、冷凍式エアドライヤー内の熱交換器において冷却器に導入する圧縮空気と冷却器を通過した圧縮空気とを相互に熱交換させて冷却器に導入する圧縮空気をさらに冷却する構成が採用されている。この場合、冷凍式エアドライヤーにおける冷却器を通過した圧縮空気は、冷凍サイクルによって冷却されて低温となっている。したがって、冷却器を通過した低温の圧縮空気がエアーツール等の圧縮空気供給対象体に対して直接供給されたときには、圧縮空気用配管や圧縮空気供給対象体が低温の圧縮空気によって冷却されて結露が生じるおそれがある。
【０００６】
一方、従来の除湿システムでは、上記したように、冷凍式エアドライヤー内の熱交換器において、前処理エアドライヤーからの圧縮空気と、冷却器を通過した低温の圧縮空気とを相互に熱交換させる構成が採用されている。このため、従来の除湿システムでは、冷却器を通過した低温の圧縮空気が前処理エアドライヤーからの圧縮空気によって温度上昇させられた後に冷凍式エアドライヤーから送気されることとなる。しかしながら、従来の除湿システムでは、冷凍式エアドライヤー（熱交換器）に導入される圧縮空気が、前処理エアドライヤーにおけるドレン水との熱交換によって冷却されている。このため、冷凍式エアドライヤーの熱交換器において、冷却器を通過した低温の圧縮空気を十分に加熱するのが困難となっている。
【０００７】
この場合、前処理エアドライヤーの冷却能力を低下させることにより、ある程度の高温の圧縮空気が冷凍式エアドライヤー内の熱交換器に導入される結果、冷却器を通過した低温の圧縮空気を十分に加熱することができる可能性がある。しかしながら、前処理エアドライヤーの冷却能力を低下させた場合には、高温の圧縮空気が冷凍式エアドライヤーに導入されることに起因して、冷凍サイクルの負担を軽減するのが困難となる。このように、従来の除湿システムでは、冷凍サイクルの負担軽減を目的として前処理エアドライヤーにおいて圧縮空気を十分に冷却したときには、冷凍式エアドライヤーから低温の圧縮空気が供給されて圧縮空気用配管や圧縮空気供給対象体において結露が生じるおそれがあり、結露の発生を回避するために前処理エアドライヤーの冷却能力を低下させたときには、冷凍サイクルの負担を軽減するのが困難となるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、圧縮空気の供給先において結露が生じる事態を回避しつつ、冷凍サイクルの負担を十分に軽減し得る圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、請求項１記載の圧縮空気除湿システムは、冷凍サイクルと、除湿を完了した圧縮空気および除湿対象の圧縮空気を相互に熱交換させて当該除湿を完了した圧縮空気を加熱すると共に当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換部と、前記冷凍サイクルにおける蒸発器が配設されると共に前記第１熱交換部における冷却を完了した前記圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該第１熱交換部における冷却を完了した圧縮空気を冷却する第２熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、前記第１熱交換部における冷却を完了した前記圧縮空気および冷却水を相互に熱交換させて当該第１熱交換部における冷却を完了した圧縮空気を冷却する第３熱交換部を備え、前記第２熱交換部は、前記第３熱交換部における冷却を完了した前記圧縮空気を冷却する。
【００１０】
また、請求項２記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１記載の圧縮空気除湿システムにおいて、当該圧縮空気除湿システムが接続されている圧縮空気供給システム内において生じたドレン水を前記冷却水として使用可能にドレン配管が前記第３熱交換部に接続されている。
【００１１】
さらに、請求項３記載の圧縮空気除湿システムは、請求項２記載の圧縮空気除湿システムにおいて、少なくとも前記第２熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を前記冷却水として使用可能に前記ドレン配管が前記第３熱交換部に接続されている。
【００１２】
また、請求項４記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１から３のいずれかに記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記第３熱交換部において前記冷却水を断熱膨張させる膨張弁を備えている。
【００１３】
さらに、請求項５記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１から４のいずれかに記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記第１熱交換部、前記第２熱交換部および前記第３熱交換部が１つの圧力容器内に一体的に設けられている。
【００１４】
また、請求項６記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１から５のいずれかに記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記第３熱交換部に対して前記冷却水を間欠的に供給する電磁弁を備えている。
【００１５】
また、請求項７記載の圧縮空気除湿方法は、除湿を完了した圧縮空気および除湿対象の圧縮空気を相互に熱交換させて当該除湿を完了した圧縮空気を加熱すると共に当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換処理と、前記第１熱交換処理による冷却を完了した前記圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該第１熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気を冷却する第２熱交換処理とを実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、前記第１熱交換処理による冷却を完了した前記圧縮空気および冷却水を相互に熱交換させて当該第１熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気を冷却する第３熱交換処理を実行すると共に、前記第２熱交換処理において、前記第３熱交換処理による冷却を完了した前記圧縮空気を冷却する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の圧縮空気除湿システムでは、除湿を完了した圧縮空気および除湿対象の圧縮空気を相互に熱交換させる第１熱交換部における冷却を完了した圧縮空気と冷却水とを相互に熱交換させて第１熱交換部における冷却を完了した圧縮空気を冷却する第３熱交換部を備えると共に、第３熱交換部における冷却を完了した圧縮空気を第２熱交換部において冷凍サイクルによって冷却し、かつ、第２熱交換部における冷却を完了した圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）を第１熱交換部において除湿対象の圧縮空気によって加熱する。
【００１７】
また、請求項７記載の圧縮空気除湿方法では、除湿を完了した圧縮空気および除湿対象の圧縮空気を相互に熱交換させる第１熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気と冷却水とを相互に熱交換させて第１熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気を冷却する第３熱交換処理を実行すると共に、第３熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気を第２熱交換処理において冷凍サイクルによって冷却し、かつ、第２熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）を第１熱交換処理において除湿対象の圧縮空気によって加熱する。
【００１８】
したがって、請求項１記載の圧縮空気除湿システム、および請求項７記載の圧縮空気除湿方法によれば、第３熱交換部（第３熱交換処理）において冷却水と熱交換して十分に冷却された圧縮空気を第２熱交換部（第２熱交換処理の処理位置）に導入させることができるため、冷凍サイクルの負担を十分に軽減することができるだけでなく、第２熱交換部（第２熱交換処理）による冷却を完了した低温低湿の圧縮空気を、第１熱交換部（第１熱交換処理）において、圧縮空気除湿システムに導入された直後の高温の圧縮空気によって十分に加熱することができるため、供給先において結露を生じさせるおそれのある低温の圧縮空気が送気される事態を好適に回避することができる。
【００１９】
また、請求項２記載の圧縮空気除湿システムによれば、圧縮空気除湿システムが接続されている圧縮空気供給システム内において生じたドレン水を冷却水として使用可能にドレン配管を第３熱交換部に接続したことにより、冷却水を流動させるためのポンプ等を用いることなく、圧縮空気に加えられている圧力を利用して第３熱交換部にドレン配管を介して冷却水としてのドレン水を送水することができる。
【００２０】
さらに、請求項３記載の圧縮空気除湿システムによれば、少なくとも第２熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を冷却水として使用可能にドレン配管を第３熱交換部に接続したことにより、冷凍サイクルの蒸発器に接して十分に温度低下したドレン水を使用することで第３熱交換部を十分に温度低下させることができるため、第３熱交換部において圧縮空気中の水分を好適に除去することができると共に、第２熱交換部に導入させる圧縮空気の温度を十分に低下させることができる結果、冷凍サイクルの負担を一層軽減することができる。
【００２１】
また、請求項４記載の圧縮空気除湿システムによれば、第３熱交換部において冷却水を断熱膨張させる膨張弁を備えたことにより、断熱膨張によって冷却水の温度が一層低下するため、単に冷却水と圧縮空気とを相互に熱交換させるのと比較して、第３熱交換部において圧縮空気を十分に冷却することができる結果、第３熱交換部において圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、冷凍サイクルの負担を一層軽減することができる。
【００２２】
さらに、請求項５記載の圧縮空気除湿システムによれば、第１熱交換部、第２熱交換部および第３熱交換部を１つの圧力容器内に一体的に設けたことにより、第１熱交換部から第２熱交換部まで圧縮空気を短時間でスムーズに移動させることができるため、第１熱交換部における冷却を完了した圧縮空気が第３熱交換部に移動する際に温度上昇したり、第３熱交換部における冷却を完了した圧縮空気が第２熱交換部に移動する際に温度上昇したりする事態を回避して、冷却に要したエネルギーの損失を十分に低減することができる。加えて、この圧縮空気除湿システムによれば、「各熱交換部」を別個独立した圧力容器で構成するのと比較して、各熱交換部を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システムを小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００２３】
また、請求項６記載の圧縮空気除湿システムによれば、第３熱交換部に対して冷却水を間欠的に供給する電磁弁を備えたことにより、第３熱交換部にに向けて冷却水を常時流動させる構成とは異なり、第３熱交換部において圧縮空気を冷却するための冷却水が存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システムによる除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧縮空気除湿システム１の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る圧縮空気除湿システム１Ａの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法の実施の形態について説明する。
【００２６】
図１に示す圧縮空気除湿システム１は、図示しないエアーコンプレッサによって圧縮された圧縮空気中に含まれている水分を除去する装置であって、熱交換器２、冷凍サイクル３、制御部４および電磁弁５を備えて構成されている。この場合、エアーコンプレッサは、圧縮空気除湿システム１（または、後述する圧縮空気除湿システム１Ａ：図２参照）と相まって「圧縮空気供給システム」を構成する。なお、「圧縮空気供給システム」を構成する要素は、エアーコンプレッサおよび圧縮空気除湿システムだけではなく、エアーコンプレッサによって生成された圧縮空気を貯留するエアータンク（図示せず）や、圧縮空気中に含まれている塵埃および油分などを除去する各種のフィルタ装置（図示せず）を備えて構成することができる。
【００２７】
一方、熱交換器２は、「圧力容器」の一例であって、円筒状に形成された容器本体２ａと、容器本体２ａにおける両開口部を閉塞する蓋体２ｂ，２ｃとを備えて構成されている。この熱交換器２は、容器本体２ａ内に取り付けられた仕切板１５ａ〜１５ｄによって容器本体２ａ内に中室１３ａ〜１３ｃが設けられると共に、容器本体２ａに対して蓋体２ｂ，２ｃが取り付けられた状態において中室１３ａ〜１３ｃを挟んで前室１１および後室１２が形成される構成が採用されている。また、上記の前室１１および後室１２は、中室１３ａを通過するように仕切板１５ａ，１５ｂの２枚を貫通させられた複数の連結管１４によって相互に連結されている。なお、同図では、熱交換器２の構成についての理解を容易とするために、１本の連結管１４だけを図示しているが、実際には、数本から数十本の連結管１４によって前室１１および後室１２が連結されている。
【００２８】
この場合、容器本体２ａにおける中室１３ａには、除湿対象の圧縮空気を導入する導入口Ｈａが設けられ、後室１２には、除湿を完了した圧縮空気を送気するための送気口Ｈｂが設けられている。また、中室１３ａには、後述するようにして各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）によって、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）を冷却する一次冷却部２１（各連結管１４の周囲）と、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気によって各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気を加熱する再熱部２４（各連結管１４の内部）とが設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、熱交換器２における上記の一次冷却部２１および再熱部２４が相まって「第１熱交換部」を構成する。
【００２９】
さらに、容器本体２ａにおける中室１３ｂには、後述するようにしてこの熱交換器２において生じたドレン水Ｗ（「圧縮空気除湿システムが接続されている圧縮空気供給システム内において生じたドレン水」の一例である「第２熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水」を含んだドレン水の一例）によって圧縮空気を冷却するための冷却器７が配設されている。また、中室１３ｂには、上記の一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気と冷却器７内のドレン水Ｗとを相互に熱交換させて、一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気をさらに冷却する二次冷却部２２が設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、熱交換器２における二次冷却部２２が「第３熱交換部」を構成する。
【００３０】
また、容器本体２ａにおける中室１３ｃには、冷凍サイクル３における蒸発器３１が配設されている。この中室１３ｃには、上記の二次冷却部２２における冷却を完了した圧縮空気と蒸発器３１内の冷媒とを相互に熱交換させて圧縮空気をさらに冷却する三次冷却部２３が設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、熱交換器２における三次冷却部２３が「第２熱交換部」を構成する。このように、この圧縮空気除湿システム１では、「第１熱交換部」を構成する一次冷却部２１および再熱部２４と、「第３熱交換部」を構成する二次冷却部２２と、「第２熱交換部」を構成する三次冷却部２３とが１つの熱交換器２（圧力容器）内に一体的に設けられて構成されている。
【００３１】
また、前室１１（熱交換器２の底部）には、圧縮空気中から除去されて底部に集水されたドレン水Ｗ（圧縮空気中の水分を結露させた結露水）を熱交換器２の外部に排水するための排水口Ｈｃが設けられている。この場合、排水口Ｈｃには、後述するように制御部４によって開閉制御されることで、圧縮空気の放出を阻止しつつ、ドレン水Ｗを間欠的に通過させる電磁弁５が取り付けられ、この電磁弁５は、二次冷却部２２に配設された冷却器７に対してドレン配管８を介して接続されている。また、電磁弁５と冷却器７とを接続するドレン配管８には、電磁弁５を通過したドレン水Ｗを冷却器７内において断熱膨張させるための膨張弁６が取り付けられている。なお、この圧縮空気除湿システム１におけるドレン水Ｗの流れについては、後に詳細に説明する。
【００３２】
冷凍サイクル３は、蒸発器３１、圧縮機３２、凝縮器３３および膨張弁３４を備えている。蒸発器３１は、上記したように、熱交換器２における三次冷却部２３内に配設されて膨張弁３４から吐出された冷媒の気化熱によって周囲の圧縮空気（三次冷却部２３内の圧縮空気）を冷却する。圧縮機３２は、制御部４の制御に従って蒸発器３１において圧縮空気と熱交換して温度上昇させられた気化冷媒を凝縮器３３に向けて圧送する。凝縮器３３は、圧縮機３２によって圧送された高温高圧の気化冷媒を冷却することで凝縮させる（液化させる）。膨張弁３４は、一例として電子膨張弁で構成されて、蒸発器３１内に液化冷媒を吐出させることで蒸発器３１内において冷媒を気化させる。この場合、電子膨張弁に代えて、キャピラリチューブによって膨張弁を構成することもできる。
【００３３】
なお、実際の冷凍サイクル３には、圧縮機３２によって圧送される冷媒の一部を蒸発器３１と圧縮機３２との間に戻すための冷媒配管や、キャパシティコントロールバルブ、および凝縮器３３に対して送風するファンなどを備えているが、圧縮空気除湿システム１（冷凍サイクル３）の構成についての理解を容易とするために、これらについての説明および図示を省略する。一方、制御部４は、冷凍サイクル３を制御して冷凍サイクル３の冷凍能力を調整する。具体的には、制御部４は、圧縮機３２を制御して冷媒の圧送能力を調整すると共に、膨張弁３４を制御して蒸発器３１に対する冷媒の吐出量を調整する。また、制御部４は、電磁弁５を開閉制御して、熱交換器２において生じたドレン水Ｗを冷却器７に対して間欠的に供給させる。
【００３４】
次に、圧縮空気除湿システム１による圧縮空気の除湿処理について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００３５】
この圧縮空気除湿システム１では、図示しない電源スイッチが投入されたときに、制御部４が圧縮機３２および膨張弁３４を作動させて冷凍サイクル３内における冷媒の循環を開始させる。この際には、後述するように、蒸発器３１内における冷媒の気化熱によって三次冷却部２３内が冷却される。この状態において、エアーコンプレッサが作動させられたときには、エアーコンプレッサによって圧縮された圧縮空気が圧縮空気除湿システム１に供給される。この際には、供給された圧縮空気が、矢印Ａで示すように導入口Ｈａから熱交換器２内（一次冷却部２１）に導入される。この場合、熱交換器２内に導入された圧縮空気は、エアーコンプレッサによって圧縮された際に温度上昇させられて高温となり、かつ、大気よりも湿度が高くなっている（大気よりも高温高湿となっている）。
【００３６】
この高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）は、矢印Ｂ１，Ｂ２で示すように中室１３ａを移動する際に、後述する除湿過程において冷却されて連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる除湿処理後の低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）と一次冷却部２１において熱交換することによって冷却される（「第１熱交換処理」の一例）。この結果、導入口Ｈａから導入された圧縮空気に含まれている水分の一部が、一次冷却部２１において連結管１４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２の底部に集水される。
【００３７】
また、一次冷却部２１において一次冷却された圧縮空気（「第１熱交換部」における冷却を完了した圧縮空気）は、一次冷却部２１から二次冷却部２２に矢印Ｂ３で示すように排出され、矢印Ｃ１〜Ｃ４で示すように中室１３ｂ内を移動する際に、二次冷却部２２内において、後述するように冷却器７に供給されたドレン水Ｗと熱交換することによって冷却される（「第３熱交換処理」の一例）。この結果、一次冷却部２１から二次冷却部２２に導入された圧縮空気に含まれている水分の一部が、二次冷却部２２において冷却器７の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２の底部に集水される。
【００３８】
さらに、二次冷却部２２において二次冷却された圧縮空気（「第３熱交換部」における冷却を完了した圧縮空気）は、二次冷却部２２から三次冷却部２３に矢印Ｄで示すように排出され、矢印Ｅ１〜Ｅ４で示すように中室１３ｃ内を移動する際に、三次冷却部２３内において、蒸発器３１内の冷媒と熱交換することによって冷却される（「第２熱交換処理」の一例）。この際には、二次冷却部２２から排出された圧縮空気に含まれている水分のほぼすべてが三次冷却部２３内において蒸発器３１の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれて、ドレン水Ｗとして熱交換器２の底部に集水される結果、圧縮空気が十分に除湿される。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、三次冷却部２３に導入される圧縮空気が、一次冷却部２１および二次冷却部２２の二段階に亘って順次冷却されて、その温度が十分に低温となっている。したがって、冷凍サイクル３の冷凍能力（運転）を低下させた状態であっても、三次冷却部２３において圧縮空気中の水分が十分に除去される。
【００３９】
また、一次冷却部２１、二次冷却部２２および三次冷却部２３において冷却されて除湿された低温低湿の圧縮空気は、矢印Ｆで示すように三次冷却部２３から前室１１に排出された後に、矢印Ｇで示すように前室１１から後室１２に向かって再熱部２４（各連結管１４の内部）を移動する。この際には、導入口Ｈａから順次導入されている高温高湿の圧縮空気と、各連結管１４内の低温低湿の圧縮空気とが再熱部２４において相互に熱交換することにより、各連結管１４内の圧縮空気が、後室１２に排出されるまでの間に十分に加熱されて高温となる（「第１の熱交換処理」の一例）。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、再熱部２４において、導入口Ｈａから熱交換器２内（中室１３ａ内）に導入された直後の高温の圧縮空気によって各連結管１４内の圧縮空気を加熱するため、各連結管１４内の圧縮空気が十分に温度上昇させられる。この後、後室１２に排出された高温低湿の圧縮空気は、矢印Ｈで示すように、送気口Ｈｂから図示しない接続用配管を介して供給対象体（例えば、エアーツール）に供給される。
【００４０】
一方、この圧縮空気除湿システム１では、一次冷却部２１、二次冷却部２２および三次冷却部２３において圧縮空気から除去されて熱交換器２の底部に集水されたドレン水Ｗを、二次冷却部２２における冷却器７において「冷却水」として使用する構成が採用されている。具体的には、制御部４が、電磁弁５を間欠的に開閉制御することにより、熱交換器２の底部に集水されているドレン水Ｗを、一定時間間隔でドレン配管８を介して冷却器７に供給させる。
【００４１】
この場合、三次冷却部２３において生じたドレン水Ｗは、圧縮空気中の水分が低温の蒸発器３１に接して生じた結露水であるため、その温度が非常に低くなっている。したがって、この三次冷却部２３において生じたドレン水Ｗを含むドレン水Ｗが冷却器７に供給されることで、冷却器７の温度が十分に低下することとなる。また、この圧縮空気除湿システム１では、冷却器７においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６が配設されている。したがって、ドレン水Ｗが膨張弁６を通過して冷却器７において膨張する結果、冷却器７内のドレン水Ｗの温度が十分に低下する。
【００４２】
したがって、前述した二次冷却部２２における圧縮空気の冷却時において、一次冷却部２１からの圧縮空気に含まれている水分の一部が好適に取り除かれるだけでなく、三次冷却部２３に移動する圧縮空気の温度が十分に低下するため、三次冷却部２３において圧縮空気を冷却するための冷凍サイクル３の冷凍能力をある程度低下させた状態であっても、二次冷却部２２からの圧縮空気の温度を、三次冷却部２３において、露点温度より低温の好適な温度まで十分に低下させることができる。この後、二次冷却部２２において圧縮空気と熱交換することで加温されたドレン水Ｗは、図示しないドレン水処理装置に送水されて、油分や不純物を除去された後に、排水溝等に排水される。
【００４３】
このように、この圧縮空気除湿システム１では、一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気と「冷却水」としてのドレン水Ｗとを相互に熱交換させて一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気を冷却する二次冷却部２２を備えると共に、二次冷却部２２における冷却を完了した圧縮空気を三次冷却部２３において冷凍サイクル３によって冷却し、かつ、三次冷却部２３における冷却を完了した圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）を再熱部２４において除湿対象の圧縮空気によって加熱する。また、圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法では、除湿を完了した圧縮空気および除湿対象の圧縮空気を相互に熱交換させる「第１熱交換処理による冷却（一次冷却部２１における冷却）」を完了した圧縮空気と「冷却水」としてのドレン水Ｗとを相互に熱交換させて「第１熱交換処理」による冷却を完了した圧縮空気を冷却する「第３熱交換処理（二次冷却部２２における冷却処理）」を実行すると共に、「第３熱交換処理」による冷却を完了した圧縮空気を「第２熱交換処理（三次冷却部２３）」において冷凍サイクル３によって冷却し、かつ、「第２熱交換処理」による冷却を完了した圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）を「第１熱交換処理（再熱部２４）」において除湿対象の圧縮空気によって加熱する。
【００４４】
したがって、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、二次冷却部２２においてドレン水Ｗと熱交換して十分に冷却された圧縮空気を三次冷却部２３に導入させることができるため、冷凍サイクル３の負担を十分に軽減することができるだけでなく、三次冷却部２３による冷却を完了した低温低湿の圧縮空気を、再熱部２４において、圧縮空気除湿システム１（熱交換器２）に導入された直後の高温の圧縮空気によって十分に加熱することができるため、供給先において結露を生じさせるおそれのある低温の圧縮空気が送気口Ｈｂから送気される事態を好適に回避することができる。
【００４５】
また、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、圧縮空気除湿システム１が接続されている圧縮空気供給システム内において生じた「ドレン水」を「冷却水」として使用可能にドレン配管８を二次冷却部２２（冷却器７）に接続したことにより、「冷却水」を流動させるためのポンプ等を用いることなく、圧縮空気に加えられている圧力を利用して二次冷却部２２の冷却器７にドレン配管８を介して「冷却水」としてのドレン水Ｗを送水することができる。
【００４６】
さらに、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、少なくとも三次冷却部２３における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水Ｗを「冷却水」として使用可能にドレン配管８を排水口Ｈｃから二次冷却部２２（冷却器７）に接続したことにより、冷凍サイクル３の蒸発器３１に接して十分に温度低下したドレン水Ｗを使用することで冷却器７を十分に温度低下させることができるため、二次冷却部２２において圧縮空気中の水分を好適に除去することができると共に、三次冷却部２３に導入させる圧縮空気の温度を十分に低下させることができる結果、冷凍サイクル３の負担を一層軽減することができる。
【００４７】
また、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、二次冷却部２２（冷却器７内）においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６を備えたことにより、断熱膨張によってドレン水Ｗの温度が一層低下するため、単にドレン水Ｗと圧縮空気とを相互に熱交換させるのと比較して、二次冷却部２２において圧縮空気を十分に冷却することができる結果、二次冷却部２２において圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、冷凍サイクル３の負担を一層軽減することができる。
【００４８】
さらに、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、一次冷却部２１、二次冷却部２２、三次冷却部２３および再熱部２４を１つの熱交換器２内に一体的に設けたことにより、一次冷却部２１から三次冷却部２３まで圧縮空気を短時間でスムーズに移動させることができるため、一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気が二次冷却部２２に移動する際に温度上昇したり、二次冷却部２２における冷却を完了した圧縮空気が三次冷却部２３に移動する際に温度上昇したりする事態を回避して、冷却に要したエネルギーの損失を十分に低減することができる。加えて、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、「各熱交換部」を別個独立した圧力容器で構成するのと比較して、一次冷却部２１から再熱部２４までの「各熱交換部」を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システム１を小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００４９】
また、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、二次冷却部２２（冷却器７）に対してドレン水Ｗを間欠的に供給する電磁弁５を備えたことにより、熱交換器２から冷却器７に向けてドレン水Ｗを常時流動させる構成とは異なり、熱交換器２内のドレン水のすべてが短時間で排水されて冷却器７において圧縮空気を冷却するためのドレン水Ｗが存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システム１による除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【００５０】
なお、「圧縮空気除湿システム」および「圧縮空気除湿方法」は、上記の構成や方法に限定されるものではない。例えば、「第１熱交換部」を構成する一次冷却部２１および再熱部２４と、「第３熱交換部」を構成する二次冷却部２２と、「第２熱交換部」を構成する三次冷却部２３とが１つの熱交換器２（圧力容器）内に一体的に設けられた圧縮空気除湿システム１を例に挙げて説明したが、「第１熱交換部」、「第２熱交換部」および「第３熱交換部」を別個独立して設けて圧縮空気を除湿する構成（方法）を採用することもできる。
【００５１】
一例として、図２に示す圧縮空気除湿システム１Ａは、「第１熱交換部」を構成する一次冷却部２１および再熱部２４が設けられた第１熱交換器４１と、「第３熱交換部」を構成する二次冷却部２２が設けられた第２熱交換器４２と、「第２熱交換部」を構成する三次冷却部２３が設けられた第３熱交換器４３との３つの圧力容器を連結して構成されている。なお、前述した圧縮空気除湿システム１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。この圧縮空気除湿システム１Ａは、上記したように、各「熱交換部」が別個独立して設けられている点と、二次冷却部２２の冷却器７に対して、三次冷却部２３において生じたドレン水Ｗだけを供給し、一次冷却部２１や二次冷却部２２において生じたドレン水Ｗは、冷却器７を通過して加温されたドレン水Ｗと共にドレン水処理装置に送水するように配管されている点とを除き、圧縮空気除湿システム１と同様に構成されている。
【００５２】
したがって、この圧縮空気除湿システム１Ａにおいても、前述した圧縮空気除湿システム１と同様にして、二次冷却部２２においてドレン水Ｗと熱交換して十分に冷却された圧縮空気を三次冷却部２３に導入させることができるため、冷凍サイクル３の負担を十分に軽減することができるだけでなく、三次冷却部２３による冷却を完了した低温低湿の圧縮空気を、再熱部２４において、圧縮空気除湿システム１Ａ（第１熱交換器４１）に導入された直後の高温の圧縮空気によって十分に加熱することができるため、供給先において結露を生じさせるおそれのある低温の圧縮空気が第１熱交換器４１から送気される事態を好適に回避することができる。
【００５３】
また、一次冷却部２１、二次冷却部２２および三次冷却部２３において生じたドレン水Ｗを「冷却水」として使用する構成の圧縮空気除湿システム１、および三次冷却部２３において生じたドレン水Ｗを「冷却水」として使用する構成の圧縮空気除湿システム１Ａ（いずれも、「第２熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水」を含むドレン水Ｗを使用する形態）について説明したが、圧縮空気除湿システム１，１Ａが接続されている圧縮空気供給システム内の圧縮空気除湿システム１，１Ａ以外の構成要素、例えば、エアータンク、各種フィルタ装置、およびエアー配管内等において生じた「ドレン水」を「冷却水」として使用する構成および方法を採用することもできる。このような構成および方法を採用した場合においても、「冷却水」を流動させるためのポンプ等を用いることなく、圧縮空気に加えられている圧力を利用して「冷却水」としての「ドレン水」を送水することができる。
【００５４】
また、「冷却水」としては、「ドレン水」だけでなく、エチレングリコールや純水等の各種冷却水、および水道水や雨水等を使用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１，１Ａ  圧縮空気除湿システム
２  熱交換器
３  冷凍サイクル
４  制御部
５  電磁弁
６  膨張弁
７  冷却器
８  ドレン配管
２１  一次冷却部
２２  二次冷却部
２３  三次冷却部
２４  再熱部
３１  蒸発器
４１  第１熱交換器
４２  第２熱交換器
４３  第３熱交換器
Ｗ  ドレン水
【図１】
2012091131.tif 000003
【図２】
2012091131.tif 000004