(57)【要約】【課題】除湿された圧縮空気を従来よりも高温に加熱することができ、且つその温度を高精度に制御可能な圧縮空気除湿装置を提供する。【解決手段】圧縮機４１からの冷媒が、第１の分岐流路４３に分配され、第１凝縮器４７、膨張弁４８、蒸発器４９および圧縮機４１の順に循環される冷却回路Ｘと、蒸発器４９によって冷却・除湿された圧縮空気が導入され、冷却前の圧縮空気と熱交換して除湿後の圧縮空気を加熱するリヒート部５５と、圧縮機４１からの冷媒が、冷媒流路４２から分岐する第２の分岐流路４４に分配され、リヒート部５５により加熱された圧縮空気を再加熱する第２凝縮器５８を通過した後に第１凝縮器４７の上流側に合流する冷媒リヒート回路Ｙと、圧縮空気の出口温度を検出する出口温度センサ６４と、圧縮空気の温度が所要設定温度となるように第１の分岐流路４３と第２の分岐流路４４とに流れる冷媒量を分配器で制御する制御部６０とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機から冷媒流路に送り出される冷媒が、前記冷媒流路から分岐する第１の分岐流路に分配器により分配され、第１凝縮器、膨張弁、蒸発器、および前記圧縮機の順に循環される冷却回路と、
前記冷却回路の前記蒸発器によって冷却・除湿された圧縮空気が導入され、圧縮空気入口から導入された冷却前の圧縮空気と熱交換して前記蒸発器を通過した圧縮空気を加熱するリヒート部と、
前記圧縮機から送り出される冷媒が、前記冷媒流路から分岐する第２の分岐流路に分配器により分配され、前記リヒート部により加熱された圧縮空気を再加熱する第２凝縮器を通過した後、前記第１凝縮器の上流側に合流するように構成される冷媒リヒート回路と、
前記第２凝縮器から吐出される圧縮空気の温度を検出する出口温度センサと、
前記出口温度センサにより検出される出口側の圧縮空気の温度が所要設定温度となるように、前記分配器により前記第１の分岐流路と第２の分岐流路とに流れる冷媒量を制御する制御部とを具備することを特徴とする圧縮空気除湿装置。
【請求項２】
前記第２凝縮器に導入される前の圧縮空気を、前記第１凝縮器の排熱により加熱する排熱リヒート部を設けたことを特徴とする請求項１記載の圧縮空気除湿装置。
【請求項３】
外気温度を検出する外気温度センサを具備し、
前記制御部は、前記外気温度センサにより検出される外気温度及び前記出口温度センサにより検出される出口側の圧縮空気の温度に基づいて、出口側の圧縮空気の温度が所要設定温度となるように、前記分配器により前記第１の分岐流路と第２の分岐流路とに流れる冷媒量を制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧縮空気除湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮空気除湿装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮空気を冷凍回路により冷却して除湿する圧縮空気除湿装置がある。この圧縮空気除湿装置では、圧縮空気が冷却されるため、二次側（出口側）の空気配管に結露するおそれがある。そのため、二次側の圧縮空気を再加熱（リヒート）し、結露を防止するようにしている。また、加熱することにより、空気量を多くすることができる点でも有利となる。
この二次側の圧縮空気を加熱する方式には種々のものが検討されている。電熱ヒータを用いるのもその一例であるが、消費電力が大きくなり好ましくない。
【０００３】
そこで、特許文献１に示す圧縮空気除湿装置１０では、図３に示すように、圧縮機１１からの冷媒流路１２を分岐し、この分岐冷媒流路１３を流れる高温の冷媒と二次側の圧縮空気とを熱交換させる冷媒リヒート方式を採用している。
図３において、圧縮機１１、冷媒流路１２、流量調整弁１４、凝縮器１５、膨張弁１６、蒸発器１７、圧縮機１１の循環回路が冷却回路を構成している。
【０００４】
一方、圧縮空気は、圧縮空気入口１８から、配管１９を通じて蒸発器１７で構成される熱交換器に供給され、この熱交換器で冷却・除湿されて、分岐冷媒流路１３を流れる高温の冷媒により、リヒータ２１で再加熱されて、圧縮空気出口２２から所要箇所に供給される。圧縮空気出口２２には温度センサ２３が配設され、この温度センサ２３で検出される温度が所要設定温度となるように、制御部２４により、流量調整弁１４、２０の開度が制御される。
【０００５】
なお、特許文献２には、冷却回路の熱交換器で除湿された圧縮空気を、冷却回路の排熱を用いて再熱する圧縮空気除湿装置の構成が開示されている。
この圧縮空気除湿装置は、図４に示すように、円筒状の装置本体２５内に、冷却回路２６の蒸発器２８が内蔵されており、この装置本体２５に圧縮空気が導入される。
冷却回路２６は、圧縮機２７、冷媒流路２９、凝縮器３０、膨張弁３１、蒸発器２８から構成されている。蒸発器２８以外の機器は装置本体２５の外部に配置されている。
【０００６】
特許文献２において、装置本体２５内に導入される圧縮空気は、まず除湿後の圧縮空気と熱交換されることで温度低下する。その後、圧縮空気は、冷却回路２６の蒸発器２８を通過することで冷却・除湿され、そして除湿後の圧縮空気は、導入直後の圧縮空気と熱交換することで加熱されている。
さらにこの圧縮空気加熱装置は、冷却回路２６の凝縮器３０の排熱によって加熱する排熱回収再熱器３２と、圧縮機２７の下流側における冷媒流路２９の周囲を取り囲む冷媒再熱器３４とを設けることで、除湿後の圧縮空気の温度をさらに上昇させて圧縮空気の供給量を上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１０４９６４号公報
【特許文献２】特開２０１１−５３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の圧縮空気除湿装置では、消費電力を小さくでき、省エネルギー化が図れる。
しかしながら、特許文献１に示される構成では加温能力が低く、吐出する圧縮空気の温度を高温にすることができず、圧縮空気の所望の供給量を達成することが困難であるという課題がある。
【０００９】
また、特許文献２の圧縮空気除湿装置では、除湿後の圧縮空気を複数の再熱器で加熱するため、特許文献１の構成と比較すれば高温の除湿空気を得ることができる。
ところが、特許文献２の圧縮空気除湿装置では、吐出された圧縮空気の温度上昇をすることはできても、その温度制御を行うことができないという課題がある。
【００１０】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、除湿された圧縮空気を従来よりも高温に加熱することができ、且つその温度を高精度に制御可能な圧縮空気除湿装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る圧縮空気除湿装置によれば、圧縮機から冷媒流路に送り出される冷媒が、前記冷媒流路から分岐する第１の分岐流路に分配器により分配され、第１凝縮器、膨張弁、蒸発器、および前記圧縮機の順に循環される冷却回路と、前記冷却回路の前記蒸発器によって冷却・除湿された圧縮空気が導入され、圧縮空気入口から導入された冷却前の圧縮空気と熱交換して前記蒸発器を通過した圧縮空気を加熱するリヒート部と、前記圧縮機から送り出される冷媒が、前記冷媒流路から分岐する第２の分岐流路に分配器により分配され、前記リヒート部により加熱された圧縮空気を再加熱する第２凝縮器を通過した後、前記第１凝縮器の上流側に合流するように構成される冷媒リヒート回路と、前記第２凝縮器から吐出される圧縮空気の温度を検出する出口温度センサと、前記出口温度センサにより検出される出口側の圧縮空気の温度が所要設定温度となるように、前記分配器により前記第１の分岐流路と第２の分岐流路とに流れる冷媒量を制御する制御部とを具備することを特徴としている。
この構成を採用することによって、除湿対象となる圧縮空気は、まず蒸発器によってすでに冷却・除湿された圧縮空気との間でリヒート部において熱交換され、冷却される。そしてリヒート部で冷却された圧縮空気は、蒸発器において冷却・除湿される。
一方、蒸発器によって冷却・除湿された圧縮空気は、導入直後（除湿前）の圧縮空気とリヒート部において熱交換して加熱され、次に冷媒リヒート回路の第２凝縮器に導入される。第２凝縮器では、圧縮空気は高温の冷媒によって所望温度に再加熱される。
このようにして、本発明では除湿された圧縮空気を高温に加熱することができるので所望の供給量を達成できるとともに、冷媒リヒート回路において冷媒量を制御することで最終的な温度調整も可能となる。
【００１２】
また、前記第２凝縮器に導入される前の圧縮空気を、前記第１凝縮器の排熱により加熱する排熱リヒート部を設けたことを特徴としてもよい。
この構成によれば、第１凝縮器の排熱を利用することで、別途熱源を必要とせずに、除湿された圧縮空気をさらに高温化することができる。
【００１３】
また、外気温度を検出する外気温度センサを具備し、前記制御部は、前記外気温度センサにより検出される外気温度及び前記出口温度センサにより検出される出口側の圧縮空気の温度に基づいて、出口側の圧縮空気の温度が所要設定温度となるように、前記分配器により前記第１の分岐流路と第２の分岐流路とに流れる冷媒量を制御することを特徴としてもよい。
この構成によれば、外気温度の変動によって、除湿された圧縮空気の温度も変動しないように制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、除湿された圧縮空気を従来よりも高温に加熱することができ、且つその温度を高精度に制御可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】圧縮空気除湿装置の第１の実施形態を示す回路図である。
【図２】圧縮空気除湿装置の第２の実施形態を示す回路図である。
【図３】従来の冷媒リヒート方式の圧縮空気除湿装置を示す回路図である。
【図４】従来の排熱利用リヒート方式の圧縮空気除湿装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下本発明に係る圧縮空気除湿装置４０の好適な実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における圧縮空気除湿装置４０の回路図である。
圧縮空気除湿装置４０は、冷媒を循環させて構成される冷却回路Ｘを備えている。冷却回路Ｘは、圧縮機４１、第１凝縮器４７、膨張弁４８、蒸発器４９を備えている。
第１凝縮器４７には、ファン６１が設けられており、第１凝縮器４７で生じる熱は、ファン６１による空気流によって放熱される。
【００１７】
圧縮機４１で圧縮された冷媒は冷媒流路４２に送り出される。冷媒流路４２は、第１凝縮器４７の上流側で第１の分岐流路４３および第２の分岐流路４４に分岐されている。第１の分岐流路４３が第１凝縮器４７に接続され、冷却回路Ｘを構成する。
【００１８】
冷媒流路４２に送り出された冷媒は、第１の分岐流路４３に設けられた流量調整弁４５及び第２の分岐流路４４に設けられた流量調整弁４６によって、第１の分岐流路４３及び第２の分岐流路４４に分配される。
第１の分岐流路４３へ分配された冷媒は、第１凝縮器４７、膨張弁４８、蒸発器４９および圧縮機４１の順に循環される。
【００１９】
冷却回路Ｘでは、圧縮機４１によって圧縮された冷媒が、第１の分岐流路４３を通って第１の凝縮器４７に流入する。第１の凝縮器４７では、冷媒が周囲の空気との間で熱交換して冷却され液化される。液化した冷媒は、膨張弁４８に流入して液化した状態のままで膨張し、沸点を下げる。そして蒸発器４９に流入した冷媒は、後述するように圧縮空気から蒸発熱を奪って蒸発する。気化した冷媒は圧縮機４１に戻る。
【００２０】
上記の２つの流量調整弁４５、４６が特許請求の範囲でいう分配器に該当する。この２つの流量調整弁４５、４６の開度は後述する制御部６０によって制御可能である。流量調整弁４５、４６の開度は、第１の分岐流路４３と第２の分岐流路４４に流れる冷媒の和が常時１００％となるように制御される。例えば、流量調整弁４５の開度が１０％ならば、流量調整弁４６の開度は９０％となる。
なお、本実施形態では、分配器としては、２つの流量調整弁４５、４６で構成したが、１つの三方流量調整弁で構成するようにしてもよい。
また、膨張弁４８は、冷媒を断熱膨張させる減圧機構の一例であるが、電子膨張弁などのほか、キャピラリチューブを含む概念で用いている。
【００２１】
次に、除湿した圧縮空気を最終的に吐出する前に再加熱する冷媒リヒート回路について説明する。
冷媒リヒート回路Ｙは、第２凝縮器５８を備えている。この第２凝縮器５８へ、冷媒流路４２内の冷媒が第２の分岐流路４４に分配器（流量調整弁４５、４６）によって分配されて導入される。
第２凝縮器５８を通過した冷媒は、冷却回路Ｘの第１凝縮器４７の上流側に合流するように、冷媒の流通配管が設けられている。
【００２２】
次に圧縮空気の流通について説明する。
圧縮空気は、圧縮空気入口５２から配管５４を通じて導入される。
配管５４は、リヒート部５５に接続されており、圧縮空気入口５２から導入された圧縮空気は、リヒート部５５で冷却される。リヒート部５５は熱交換器であって、圧縮空気入口５２から導入された直後の圧縮空気と、冷却回路Ｘの蒸発器４９ですでに冷却・除湿された圧縮空気とが熱交換する。ここで、圧縮空気入口５２から導入された直後の圧縮空気は蒸発器４９に導入される前にある程度冷却されるため、リヒート部５５はプレクーラーとしての機能も有する。
【００２３】
リヒート部５５で冷却された圧縮空気は、蒸発器４９に導入され、冷却回路Ｘを循環する冷媒によって冷却される。ここで圧縮空気が冷却されることにより圧縮空気中の水分が結露して水滴が生じる。水滴は図示しないドレンバルブを通じて排出され、圧縮空気が除湿される。
【００２４】
蒸発器４９を通過した除湿後の圧縮空気は、上記のようにリヒート部５５に導入される。リヒート部５５に導入された除湿後の圧縮空気は、熱交換によって加熱される。
このように、除湿後の圧縮空気が加熱されることにより、圧縮空気の供給量を上げることができる。
【００２５】
リヒート部５５によって加熱された除湿後の圧縮空気は、配管５７を通ってリヒート回路Ｙの第２凝縮器５８に導入される。ここで除湿後に加熱された圧縮空気は第２凝縮器５８においてリヒート回路Ｙ内を流通する冷媒と熱交換して再加熱される。再加熱された圧縮空気は、圧縮空気出口５３から吐出される。
【００２６】
圧縮空気出口５３には、圧縮空気の温度を検出する出口温度センサ６４が配設されている。出口温度センサ６４で検出される圧縮空気温度の検出信号は制御部６０に入力される。
さらに、制御部６０には、外気温度を検出する外気温度センサ６６が接続されている。外気温度センサ６６に検出された検出信号も制御部６０に入力される。
【００２７】
制御部６０は、出口温度センサ６４で検出された圧縮空気の温度が、所望の温度となるように、分配器である流量調整弁４５、４６に制御信号を出力し、第１の分岐流路４３及び第２の分岐流路４４へ流れる冷媒の流量を調整する。
例えば、圧縮空気の温度をもっと上げる必要がある場合には、第１の分岐流路４３への分配量を下げて第２の分岐流路４４への分配量を上げて、第２凝縮器５８への高温の冷媒の流量を増やすようにする。逆に、圧縮空気の温度を下げる場合には、１の分岐流路４３への分配量を上げて第２の分岐流路４４への分配量を下げて、第２凝縮器５８への高温の冷媒の流量を減らすようにする。
【００２８】
また、制御部６０は、外気温度センサ６６からの外気温度の検出信号に基づき、外気温度も考慮した制御を実行することができる。
すなわち、外気温度が高い場合には、導入される圧縮空気の温度も高いため、蒸発器４９による冷却・除湿能力を上げる必要がある。このため、制御部６０は、分配器である流量調整弁４５、４６に制御信号を出力し、第１の分岐流路４３へ流れる冷媒の分配量を上げ、第２の分岐流路４４へ流れる冷媒の分配量を下げるように制御する。
一方、外気温度が低い場合には、圧縮空気の冷却幅も小さくてすみ、また除湿後の圧縮空気の温度をもっと上げる必要もある。このため、制御部６０は、分配器である流量調整弁４５、４６に制御信号を出力し、第１の分岐流路４３へ流れる冷媒の分配量を下げ、第２の分岐流路４４へ流れる冷媒の分配量を上げるように制御する。
【００２９】
このように、冷却回路Ｘ及びリヒート回路Ｙへの冷媒分配比率を制御できるため、外気温度の変動に対して細かな分配制御が可能となり、出口空気温度を高精度（±０．１℃）で制御できる。
【００３０】
なお、圧縮空気除湿装置４０において、無負荷状態（圧縮空気が流入してこない状態）で運転すると蒸発器４９は過冷却となってしまい、結露水が凍結してしまうおそれがある。そこで、圧縮機４１から吐出された冷媒を圧縮機４１の上流側に戻すようなホットガスバイパス回路６７を設け、この途中に開閉弁６８を設けるとよい。このように、ホットガスバイパス回路６７において、通常運転時は開閉弁５８を閉じておき、無負荷運転となったときには開閉弁６８を開けることにより、蒸発器４９内が凍結する温度になってしまうことを防止できる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、図２に基づいて本発明の第２の実施形態について説明する。
なお、上記の第１の実施形態における構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する場合もある。
【００３２】
図２の圧縮空気除湿装置４０は、冷却回路Ｘの第１凝縮器４７の排熱を利用し、圧縮空気をさらに加熱するようにしている。
すなわち第１凝縮器４７には、ファン６１が設けられており、第１凝縮器４７で生じる熱は、第１凝縮器４７からファン６１の空気流により放熱されるが、本実施形態ではファン６１からの空気流方向下流側に排熱リヒート部６９を設け、第１凝縮器４７の排熱によって圧縮空気を加熱している。
【００３３】
排熱リヒート部６９は、リヒート部５５によって加熱された除湿後の圧縮空気を再加熱する位置であって、冷媒リヒート回路Ｙの第２凝縮器５８よりも上流側に配置されている。
すなわち、圧縮空気は、リヒート部５５で加熱された後、排熱リヒート部６９で加熱され、最終的には温度制御可能な第２凝縮器５８で加熱されてから出力されるように設けられている。
【００３４】
なお、排熱リヒート部６９は、フィンが複数整列されてなるフィンアンドチューブ式の熱交換器を採用することができ、圧縮空気は複数のフィンを貫通する熱交換チューブ内を流通して第１凝縮器４７の排熱によって加熱される。
【００３５】
このように本実施形態の構成を採用することで、第１の実施形態の構成よりも高温の除湿された圧縮空気を生成することができ、尚かつ制御部６０による分配器の制御によって温度が上昇しすぎないようにすることもできる。
【符号の説明】
【００３６】
４０  圧縮空気除湿装置
４１  圧縮機
４２  冷媒流路
４３  第１の分岐流路
４４  第２の分岐流路
４５，４６  流量調整弁
４７  第１凝縮器
４８  膨張弁
４９  蒸発器
５２  圧縮空気入口
５３  圧縮空気出口
５４，５７  配管
５５  リヒート部
５８  第２凝縮器
６０  制御部
６１  ファン
６４  出口温度センサ
６６  外気温度センサ
６７  ホットガスバイパス回路
６８  開閉弁
６９  排熱リヒート部
【図１】
2012245501.tif 000003
【図２】
2012245501.tif 000004
【図３】
2012245501.tif 000005
【図４】
2012245501.tif 000006