(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥空気受け取りシステムに供給する空気を脱湿すると共に該脱湿した空気の露点を該乾燥空気受け取りシステムに適した露点に維持する装置であって、
空気を流入せしめる空気入口と、該空気入口から流入した空気から水蒸気等の流体を除去すると共に該流体を除去した脱湿空気を空気出口から流出せしめる薄膜と、水蒸気等の流体を流出せしめる流体出口とを有する薄膜カートリッジと、
前記薄膜カートリッジの前記空気入口に接続された加圧空気源と、
前記薄膜カートリッジの前記空気出口に接続された圧力調節手段と、
該圧力調節手段と前記乾燥空気受け取りシステムとの間に設けられた絞り装置とを備え、
前記圧力調節手段は前記乾燥空気受け取りシステム内の圧力や漏洩量とは無関係に前記圧力調節手段の下流側で且つ該圧力調節手段と前記絞り装置との間の圧力を略々一定の所定圧に維持し、
前記絞り装置は前記乾燥空気受け取りシステムへ供給する脱湿空気の最大流量を制御することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記加圧空気源がコンプレッサである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記絞り装置はオリフィスを有し、該オリフィスの直径を前記所望の流量を得られるように設定した請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記加圧空気源から供給される加圧空気を前記薄膜カートリッジに流入する前に冷却する熱交換器と、
冷却された前記加圧空気が前記薄膜カートリッジに流入する前に該加圧空気から凝縮物を除去する手段と、
除去された前記凝縮物を前記熱交換器に通すと共に、前記加圧空気から取り出した熱を利用して該凝縮物を蒸発させる手段と、を備える請求項１〜３の何れかに記載の装置。
【請求項５】
前記凝縮物を除去する手段はろ過装置である請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記加圧空気源は高温の排気ガスを発生するコンプレッサであり、該装置は更に、前記加圧空気が前記薄膜カートリッジに流入する前に該加圧空気から凝縮物を除去する手段と、該除去された凝縮物を前記高温の排気ガスの熱でもって蒸発させる手段とを備える請求項１〜５の何れかに記載の装置。
【請求項７】
前記薄膜カートリッジの前記流体出口に連通して該薄膜カートリッジから前記水蒸気等の流体を吸い出して除去する真空ポンプを更に備える請求項１〜６の何れかに記載の装置。
【請求項８】
前記加圧空気源は空気タンクの内部の圧力に応じて間欠的に作動し、該加圧空気源は該圧力が所定値より低い時に作動する一方、該所定値に達すると作動を停止し、前記空気タンクは前記薄膜カートリッジの前記空気出口及び前記圧力調節手段の入口側に夫々接続され、前記加圧空気源の停止時に前記脱湿空気を前記乾燥空気受け取りシステムに供給する請求項１〜７の何れかに記載の装置。
【請求項９】
前記圧力調節手段の出口側を前記薄膜カートリッジの前記空気出口に接続して、前記加圧空気源の停止時には前記脱湿空気を前記薄膜カートリッジに戻す戻し管を備える請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記戻し管は絞り装置を備え、該絞り装置は、前記カートリッジに戻される前記脱湿空気の流量を制限する請求項９記載の装置。
【請求項１１】
空気を脱湿すると共に該脱湿した空気の露点を乾燥空気受け取りシステムに適した露点に維持する方法であって、
脱湿すべき加圧空気を供給する段階と、
空気入口から流入する加圧空気から水蒸気等の流体を除去する薄膜と、脱湿した該加圧空気を流出せしめる空気出口と、前記水蒸気等の流体を排出する流体出口とを有する薄膜カートリッジに前記脱湿すべき加圧空気を通過させる段階と、
前記薄膜カートリッジの前記空気出口から前記脱湿空気を受け取ると共に圧力調節手段と絞り装置の間の所定の圧力調節点から下流側の圧力を、前記乾燥空気受け取りシステムの圧力及び漏洩量とは無関係に略々一定の圧力に維持する段階と、
前記圧力調節点の下流側における前記脱湿空気の最大流量を制御する段階と、を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
加圧空気を供給する前記段階は、コンプレッサを使用する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記脱湿空気の流量は絞りオリフィスによって制御される請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記加圧空気を前記薄膜カートリッジに流入する前に冷却する段階と、
冷却した前記加圧空気が前記薄膜カートリッジに入る前に該加圧空気から凝縮物を除去する段階と、
前記凝縮物を前記加圧空気の冷却に使用することで該凝縮物を蒸発させる段階とを有する請求項１１〜１３の何れかに記載の方法。
【請求項１５】
前記乾燥空気受け取りシステムに供給される脱湿空気の量を越えた量の脱湿空気を供給する段階と、
該超過量の空気を空気タンクに蓄積して、該空気タンクの圧力値を規定する段階と、
前記空気タンク内部の圧力が所定値を越えると加圧空気源の作動を停止する一方、該空気タンク内の脱湿空気を前記乾燥空気受け取りシステムに供給する段階とを有する請求項１１〜１４の何れかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として、空気又はその他の気体を脱湿する薄膜カートリッジを使用する脱湿装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脱湿装置は各種の異なる用途で使用されている。例えば、空気の脱湿装置は、夏の季節中、快適な仕事場を保つためのオフィスの脱湿から歯科用器具の脱湿に亙る用途で使用されている。異なる用途は、異なる湿度レベルを要求することが多い。家庭及びオフィスでは、約４０％乃至６０％の湿度レベルが快適である一方、特定の実験環境では１０％以下の湿度レベルであることが望ましい。通信装置においては、更に低い湿度レベルが望まれることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通信装置で一般に使用されている信号伝達媒体は、導波管、同軸ケーブル、多数線の電話ケーブル及び光ファイバ・ケーブルである。環境条件の変化により、これら媒体の何れかを使用する装置の全体的な性質に影響が及ぶことがある。例えば、導波管又はその他の通信媒体内部の空気温度がその露点以下に低下したとき、その伝達線の内部に凝縮が生ずる。凝縮は、導波管及び同軸ケーブルシステムの効率を低下させるが、その一つの原因は、水の絶縁定数が空気の絶縁定数よりも大きいこと、及び凝縮のため、導波管又は同軸ケーブルのインピーダンスが変化し、信号の変化又は損失を生じさせるためである。多数線ケーブルの場合、凝縮は絶縁抵抗を低下させ、又望ましくない漏洩路を形成する可能性がある。
【０００４】
かかるシステム内での水分の蓄積を防止するため、伝達線は、通常、任意の小さい空隙を通じて水分が侵入するのを防止すべく密封され且つ加圧されている。システム内での凝縮を防止すべく、加圧は脱湿装置、又は脱水器からの乾燥した空気で行われる。典型的に、コンプレッサ、又はポンプが加圧空気を供給し、システム内に噴射される前に脱湿装置が加圧空気から水分を除去する。この空気の水分含有率が小さいため、露点が低下するが極めて低温度の場合には凝縮が生じる。更に、噴射された空気中に少量の水分が存在するならば、異常に低い温度のときでさえ少量の凝縮物が形成される可能性がある。
【０００５】
公知の型式の脱湿装置の一つは、薄膜カートリッジを使用して、該薄膜カートリッジを透過する気体の混合体から水蒸気を除去する。この薄膜カートリッジは多数の薄膜を保持しており、乾燥される水分及び気体の一部分がこの薄膜を透過し、大気中に、又は回収装置に逃げる。これらの薄膜は、典型的に、中空繊維の形態をしており、このため、気体はその繊維の内部を通ることができる一方、その気体から除去された水分は繊維の外側から回収される。
【０００６】
薄膜カートリッジを使用する現在の脱湿装置は、一般に、加圧空気を薄膜カートリッジに供給するためにコンプレッサを使用する。この型式の典型的な脱湿装置において、その脱湿された気体の所望の露点は、最小の差圧を保ちつつ、薄膜カートリッジを通る気体の流量を制限することにより達成される。この脱湿された空気を受け取るシステムに漏洩が生じたとき、脱湿装置がその漏洩量に対応し得ないような量の空気の損失が生じる可能性がある。その結果、脱湿装置は、コンプレッサのモータが駄目になる迄、運転を続行する可能性がある。
【０００７】
上述の型式の脱湿装置に生じるもう一つの問題点は、凝縮水を除去する水フィルタにより空気から除去された水の処理である。その処理すべき水の量は、相当な量であり、特に、大気中の空気が高温であり、このため、空気が多量の水分を含むときに相当な量となる。流入する空気を冷却するために空気対空気式の熱交換器を使用するとき、凝縮した水分は、空気が薄膜カートリッジに入る前にろ過することにより除去することができるが、この場合でも、空気から除去された水を処理する必要がある。
【０００８】
本発明の主たる目的は、受け取りシステムに供給された空気から水分を除去するために薄膜乾燥器を使用する脱湿装置であって、そのシステム内の漏洩量に関係なく、受け取りシステムへの脱湿空気の最大流量が制限された脱湿装置を提供することである。このように、所望の露点を有する空気は、受け取りシステム内の漏洩量と関係なく、また、そのシステム内の圧力に関係ない制御された流量にて受け取りシステムに供給される。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、過度の運転による故障が生じないようにシステムを保護し、これにより、受け取りシステム内の所望の空気の状態を保ちつつ、保守コストを削減する脱湿装置を提供することである。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、受け取りシステムに供給される前に、大気中の空気から除去された水の処分を容易にする脱湿装置を提供することである。この点に関して、本発明の関連する一つの目的は、脱湿装置の寸法及びコストの双方を小さくする、改良に係る水処理装置を提供することである。
【００１１】
本発明のその他の目的及び有利な点は、以下の詳細な説明を読み、また、添付図面を参照することにより明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、空気入口を有する薄膜カートリッジと、水蒸気又はその他の流体を空気から除去し、脱湿された空気を脱湿空気の出口に通す薄膜と、水蒸気又はその他の流体がカートリッジから吸引される箇所である流体出口とを備える脱湿装置を提供することにより、上記の目的が達成される。コンプレッサのような加圧空気源が薄膜カートリッジの空気入口に接続されている。この水蒸気は、流体出口を通じて薄膜カートリッジから吸引され、所望の露点を有する脱湿空気は乾燥空気の出口を通って外に出る。
【００１３】
薄膜カートリッジの乾燥空気出口と受け取りシステムとの間に接続された圧力調節弁は、所定の圧力レベルに等しく、又はより高圧である全ての上流圧力に対してその圧力調節弁の下流にて略一定の所定の空気圧力を保つ。この圧力調節弁から、空気は、所望の最大値の下流流量を提供し得るように選択された流量絞り装置を通って流れる。乾燥空気は、受け取りシステム内の圧力、又は漏洩量に関係なく、この流量以下の量にて受け取りシステムに供給される。
【００１４】
本発明の好適実施例において、コンプレッサは、薄膜カートリッジに達する前に、加圧された空気から凝縮水を除去するろ過装置を介して加圧空気を薄膜カートリッジに供給する。このろ過された空気は薄膜カートリッジを通って流れ、空気から水分を除去する。この水蒸気は真空ポンプにより除去される。ろ過装置からの水分は熱交換器を通り、この熱交換器は、コンプレッサからの高温の圧縮空気を冷却する。この圧縮された空気からの熱を使用して、液体の水凝縮物を蒸発させ、これと同時に、圧縮空気からその凝縮物の気化熱を吸引することにより、圧縮空気を冷却させる。その結果、熱交換器を流れる流体の双方に所望の効果が生じる。この圧縮空気の冷却により、空気中の水分の一部が凝縮され、その結果得られる凝縮物は、ろ過装置により空気中から除去される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は各種の応用例、及び変形例が可能であるが、その特定の実施例を一例として図示し且つ本明細書に詳細に説明する。しかしながら、これは、本発明を開示した特定の形態にのみ限定することを意図するものではなく、本発明は、特許請求の範囲により規定される、本発明の精神及び範囲に属する全ての変形例、均等物及び代替例を包含するものであることを理解すべきである。
【００１６】
この一例としての脱湿装置は、空気の脱湿に関して具体的に説明するが、この装置は、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、ヘリウム、窒素、酸素、アルゴン、硫化水素、窒素酸化物、アンモニア、また、メタン、エチレン及びプロパンのような炭化水素の如き、その他の気体又は気体の混合体の脱湿にも全体として適用可能であることが理解されよう。
【００１７】
次に、添付図面を参照すると、空気コンプレッサ、又はポンプ１０は、入口１１からコンプレッサに入る大気からの空気を加圧する。コンプレッサ１０により供給された高温の圧縮空気は、熱交換器１２と、一対のろ過装置１３、１４とを通って薄膜カートリッジ１５に送られる。この薄膜カートリッジ１５は、加圧空気から水分を除去し、その脱湿された空気を絞り装置１６を通じて空気リザーバタンク１７に送り、この空気リザーバ・タンクは、循環的な空気溜めの供給源を提供する。この除去された水分は、真空ポンプ２４により吸引される。コンプレッサ１０が運転しているとき、薄膜１５から出る空気の体積流量は流量調節弁２５及び流れ絞り装置２６を通って許容される最大流量の約３倍である。このため、コンプレッサが運転しているとき、装置が乾燥空気の受け取りシステム３０に供給する乾燥空気の体積流量の制限値を上廻る余剰な乾燥空気がある。この余剰な体積流量は、タンク１７を所定の圧力レベルまで加圧し、この所定の圧力レベルにて、圧力スイッチがコンプレッサをオフにする。コンプレッサが運転されていないとき、流量調節弁及び流れ絞り装置への空気の供給はタンクから行われる。この装置の空気圧の幾何学的形態のため、コンプレッサが運転されている間に、空気がタンクを通って流れたり、又はタンクから外に流れることはない。
【００１８】
逆止弁１８は、空気が薄膜カートリッジ１５からタンク１７まで流れるのは許容するが、タンク１７から薄膜カートリッジ１５まで反対方向には流れないにすることにより、脱湿された空気の損失を防止する。この加圧空気は、ろ過装置１３、１４に入り、これらのろ過装置１３、１４が空気から液体水を除去する。この液体水は、空気から除去され、その水が薄膜カートリッジ１５内の繊維薄膜を飽和させるのを防止し、また、カートリッジ内で必要とされる滞在時間を短くする。繊維薄膜は、飽和したならば、空気から水分をろ過することができないから、このため、液体水を除去することで薄膜カートリッジ１５の効率的な作用寿命を引き延ばすことができる。
【００１９】
二つのろ過装置１３、１４からの液体凝縮物は、一対のオリフィス１３ａ、１４ａ及び管１９を通じて熱交換器１２に供給され、その後に、通気管２０を通じて大気中に排気される。このように、この熱交換器１２は、高温の圧縮空気から液体凝縮物への熱伝達を行い、これにより、空気の冷却及び凝縮物の加熱を同時に行う。この凝縮物の加熱により、水は液体状態から気体状態に変化し、このため、凝縮物は、水蒸気の形態にて通気管２０を通じて大気中に排出される。これにより、この型式の従来の脱湿装置に使用されている蒸発皿が不要となり、装置のコスト及び寸法が著しく小さくて済む。この圧縮空気の冷却により、更なる水分が空気から凝縮され、この凝縮物は、ろ過装置１３、１４内で除去される。高温の圧縮空気の冷却媒体として液体凝縮物を使用することにより、従来使用されている空気対空気式熱交換器と比べて、空気の冷却程度が向上し、それは、凝縮物の蒸発熱が圧縮空気から取り出されるためである。一方、空気からの水分の凝縮物が増大する結果、空気から残りの水分を除去するために薄膜カートリッジに課される要求が軽減される。
【００２０】
熱交換器内で液体凝縮物を蒸発させることに代えて、凝縮物は、導管を通すことにより蒸発させることもでき、コンプレッサからの排気は、この導管を通じて大気中に排気される。この排気からの熱は、凝縮物を液体から気体に変化させ、次に、その気体は大気中に排気される。
【００２１】
薄膜カートリッジ１５は、中空の繊維薄膜を利用して、空気から水蒸気を分離して、その水蒸気を水蒸気としてカートリッジから放出する。この中空の繊維薄膜は、特定の気体が繊維を透過し且つ逃げることを許容する一方、その他の気体は繊維の中空部分を通って流れを続ける。この中空の繊維薄膜は、空気入口２１から空気出口２２まで伸長し、このため、繊維の中空部分内を流動する空気が乾燥空気を受け取るシステム３０内に導入するのに利用可能な唯一のものである。繊維の壁を透過する水蒸気のような気体は、滲出穴２３を通じ且つ真空ポンプ２４によりカートリッジ１５から吸引される。
【００２２】
薄膜カートリッジ１５は、薄膜表面の孔を通じて水蒸気を押し出すために薄膜における差圧を必要とする。この差圧は、排出圧力を大気圧以下の圧力に低下させる真空ポンプ２４と組み合わされて、大気圧よりも高圧にて供給空気の流れを提供するコンプレッサ１０により形成される。該コンプレッサ１０及び真空ポンプ２４は、同一のハウジング内に組み込まれている（その一方のヘッドが後方に流動させる二ヘッド型コンプレッサ）。このことは、差圧を増幅するのみならず、水蒸気をカートリッジ１５から除去し、このことは、コンプレッサを停止させた後に、薄膜が再度飽和されるのを防止するのに役立つ。
【００２３】
カートリッジ１５には、例えば、米国特許第４２３０４６３号、同第４４７２１７５号、同第４４８６２０２号、同第４５７５３８５号、同第４５９７７７７号、同第４６１４５２４号、同第４６５４０５５号、同第４７２８３４５号に記載されたような、これらの気体に対する異なる薄膜及び／又は処理手段を設けることができる。好適な薄膜カートリッジは、ペンシルベニア州１９３５５、マルバーン、ボックス３９６のマルバーン・インダストリアル・パークに住所のあるパーミア・インコーポレーテッドにより「プリズム・カクタス」という商標名で市販されているものである。本発明の好適な実施例において、パーミア薄膜カートリッジ・モデルＰＰＣ２１が使用されている。この型式の薄膜カートリッジの使用により、水蒸気、水素、ヘリウム及び二酸化炭素のような気体は、繊維薄膜を迅速に透過する一方、一酸化炭素、窒素、及びメタンのような気体は、繊維薄膜をゆっくりと透過する。その結果、空気が薄膜カートリッジ内でより長時間滞在するに伴い、空気は、より脱湿され、空気の露点が低下する。
【００２４】
薄膜カートリッジ１５と乾燥空気受け入れシステム３０との間には、圧力調節弁２５が接続されており、圧力調節弁２５は、所定の圧力レベルに等しく又はそれ以上の全ての上流圧力に対して弁の下流における所定の空気圧力を略一定に保つ。この圧力調節弁２５の後方には、絞りオリフィス２６が設けられており、この絞りオリフィス２６は受け取りシステム３０内に流入する乾燥空気の最大流量を制御する。オリフィス２６は、圧力調節弁２５により制御された一定の圧力にて所望の最大流量を提供し得るように選択された直径を有する。このように、弁２５により制御された略一定の圧力とオリフィス２６の絞り作用との複合効果により、一定の最大流量が得られる。この流量は温度及び気体の組成の変化に伴って多少、変動する。
【００２５】
流れ絞り装置２７及び逆止弁２８は、戻りループを形成し、これにより、コンプレッサ１０が運転されていない間、調節弁２５からの低圧の脱湿空気は、薄膜カートリッジ１５に供給されて戻る。この空気の流れは、薄膜カートリッジ１５を更に乾燥させ、供給された空気の露点をより低くする装置が実現される。
【００２６】
【発明の効果】
この装置によれば、所定の露点における乾燥空気は、受け取りシステム３０内の圧力に関係なく、従って受け取りシステム３０内の漏洩量に関係なく、略一定の最大流量にて受け取りシステム３０に供給される。その結果、徐々に劣化するか、又は、野蛮行為（例えば、導波管装置に弾丸の穴があくような場合）のようなより急激な変化によって、受け取りシステム３０は時間の経過と共に益々漏洩を生じ易くなっても、乾燥空気が同一の最大流量にて受け取りシステムに供給される状態を保つ。このようにして、脱湿装置は、該脱湿装置の容量を上廻る過剰な需要を課されることがなく、コンプレッサのモータ又は装置のその他の部分が駄目になる迄、連続的に運転されることはない。その結果として、保守の必要性が著しく軽減され、それに伴い運転コストも削減される。
【００２７】
乾燥空気の受け取りシステム３０は導波管装置（又はその他の信号伝達媒体）のような緊密に密閉された装置であることが好ましい。加圧された密封装置が、湿った大気の空気が装置内に浸み込むのを防止し、これにより、空気の低い湿度レベルを保持する。脱湿された空気は密封された装置から迅速に逃げることができないから、装置に供給された空気を効果的に脱湿させるためにコンプレッサ１０を連続的に運転する必要はない。このため、脱湿装置の効率を最適にするためコンプレッサ１０は間欠的に運転すればよい。この間欠的な運転は、規則的な時間間隔にてコンプレッサ１０のオンオフ切り替えを自動的に行う簡単な制御装置を使用して循環的に行うことができる。これと代替的に、乾燥空気装置内の圧力センサにより、コンプレッサ１０のオンオフを切り替えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化する脱湿装置の概略図的な線図である。
【符号の説明】
１０  コンプレッサ              １１  入口
１２  熱交換器                  １３、１４  ろ過装置
１３ａ、１４ａ  オリフィス      １５  薄膜カートリッジ
１６  絞り装置                  １７  空気リザーバ・タンク
１９  管                        ２０  通気管
２１  空気入口                  ２２  空気出口
２３  滲出穴                    ２４  真空ポンプ
２５  圧力調節弁                ２６  絞りオリフィス
２７  流れ絞り装置              ２８  逆止弁
３０  乾燥空気受け取りシステム
【図１】
0003905582.tif 000002