JP2001232137A - パージ空気流量を自動調整する膜式エアドライヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜式エアドライヤのパージ空気流量を、出口
空気流量に応じて自動的且つ安定的に変化させるように
し、不必要にパージ空気を消費しない膜式エアドライヤ
を提供する。 【解決手段】 本体ケース２内に収容した多数の中空糸
膜３により空気の除湿を行う膜式エアドライヤにおい
て、除湿した空気の一部を中空糸膜の低圧側に送る流路
１０に第１のオリフィス１１を設けると共に、除湿した
空気の一部を中空糸膜の低圧側に送る第２のパージ空気
流路２０に、除湿した空気の流路に設けた圧力降下増幅
用絞り２３の下流側と入口４の高圧側との間の差圧に基
づいて動作するプロセスバルブ２１及び第２のオリフィ
ス２２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空糸膜を使用し
た膜式エアドライヤに関するものであり、更に具体的に
は、出口空気流量に応じてパージ空気流量を自動調整す
る機能を備えた膜式エアドライヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本体ケース内に多数の中空糸膜を束ねて
収容し、これらの中空糸膜に高湿の空気を供給してその
除湿を行うと共に、除湿した空気の一部を、分離した水
分を排出するパージ空気として中空糸膜の間に流すよう
にした膜式エアドライヤでは、その除湿の原理上、乾燥
空気の一部をパージ空気として大気に放出することにな
る。通常、このパージ空気は、本体ケースの出口側に内
蔵している固定オリフィスを介して中空糸膜間に導出し
ているため、圧力に対応して一定であり、それを出口の
空気流量に対応させて所定の露点性能が得られるように
している。

【０００３】しかしながら、用途によっては出口の空気
流量を複数段に変更したいという要求があり、その場合
に、上述の固定オリフィスを持つものでは、例えば出口
空気を全く流していない場合でも、圧力がかかっていれ
ば常時ほぼ一定流量のパージ空気を排出することにな
る。そのため、少なくとも出口空気の流量に変動がある
場合にはパージ空気の一部が無駄になる。

【０００４】これを更に具体的に説明すると、膜式エア
ドライヤは、性能的には、出口空気流量が少なければパ
ージ空気流量を少なくしても所定の露点性能を得ること
ができ、そのため、出口空気流量が一定でなく、例えば
入口空気圧力が０．７ＭＰａで、フル稼働時における最
大出口空気流量１０００Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）に対し
て、パージ空気流量として１９０Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）
が必要とされる場合に、部分稼働時における最小出口空
気流量３００Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）に対しては、パージ
空気量として５０Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）程度を流せばよ
い。そのため、出口空気流量に応じてパージ空気流量を
複数段に切換えできるようにすることが望まれる。

【０００５】このような問題に対処し、出口側に設けた
複数の固定オリフィス（穴）を手動の回転式コックで選
択することによりパージ空気流量を可変にしたものが、
特開平６−２３８１１９号公報に開示されているが、手
動操作で流量を設定するものであるため、出口の空気流
量を監視してその設定を行う必要があり、パージ空気の
無駄をなくすことができても、操作に手数がかかるた
め、自動的に調整可能にすることが望まれる。

【０００６】また、このパージ空気流量を自動的に可変
にしたものも、特開平９−５７０４３号公報や特開平１
１−３３３３８号公報によって提案されている。これら
は、乾燥空気の流量に応じて変位する受圧板を用い、乾
燥空気の流量に応じて変化する中空糸膜での圧力降下の
変化を利用して、空気流量を調整可能にしたものであ
る。しかしながら、中空糸膜での圧力降下は小さく、ま
た中空糸膜内径のばらつきによっても圧力降下が変化す
るので、乾燥空気の流量変化を受圧板変位量にそのまま
変換して利用すると、動作が非常に不安定になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、膜式エアドライヤのパージ空気流量を、出口空気流
量に応じて自動的且つ安定的に変化させるようにし、不
必要にパージ空気を消費しないようにした膜式エアドラ
イヤを提供することにある。本発明のさらに具体的な技
術的課題は、フロースイッチなどのセンサを用いること
なく、異なる出口空気流量時における除湿空気の圧力降
下の差異を利用し、簡単な手段でその圧力降下を増幅さ
せたうえで、確実な作動で除湿空気流量に応じたパージ
空気流量が得られるようにした膜式エアドライヤを提供
することにある。本発明の他の技術的課題は、異なる出
口空気流量時おける圧力降下の違いによってオン−オフ
するプロセスバルブを用い、それにより、第２のパージ
空気流路の流れをオン−オフ制御して、所要のパージ空
気流量を得るようにした膜式エアドライヤを提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の膜式エアドライヤは、本体ケース内に多数
の中空糸膜を束ねて収容し、これらの中空糸膜に高圧の
空気を供給してその除湿を行うと共に、上記除湿した空
気の一部を、中空糸膜で分離した水分を排出するための
パージ空気として中空糸膜の低圧側に流す膜式エアドラ
イヤにおいて、上記除湿した空気の一部を中空糸膜の低
圧側に送る第１のパージ空気流路に第１のオリフィスを
設けると共に、除湿した空気の一部を中空糸膜の低圧側
に送る第２のパージ空気流路に、除湿した空気の流路に
設けた圧力降下増幅用絞りの下流側と中空糸膜へ空気を
供給する高圧側との間の差圧に基づいて動作するプロセ
スバルブ及び第２のオリフィスを設けたことを特徴とす
るものである。

【０００９】上記膜式エアドライヤにおいては、第１の
オリフィスを、最少の除湿空気流量に対応する流量のパ
ージ空気を第１のパージ空気流路に流すものとし、第２
のオリフィスを、前記第１のオリフィスを通して流すパ
ージ空気との合流により、最多の除湿空気流量に対応す
るパージ空気の流量が得られるものとするのが一般的で
あるが、諸条件に応じてパージ空気流量を増減すること
ができる。また、本発明に係る上記膜式エアドライヤ
は、本体ケースに第１及び第２のオリフィスを組込み、
圧力降下増幅用絞り及びプロセスバルブを本体ケースと
は別体に形成したものとし、或いは、本体ケースに、第
１及び第２のオリフィス、圧力降下増幅用絞り並びにプ
ロセスバルブを組込んだものとすることができる。

【００１０】上記構成を有する膜式エアドライヤにおい
ては、本体ケースの入口から供給された高湿の空気が多
数の中空糸膜内を流れ、そこを流れる間に水分が膜を通
して外側の低圧側に浸透分離され、その水分が中空糸膜
間を流れるパージ空気によって外部に搬出される。一
方、除湿された圧縮空気は本体ケースの出口から所要の
流体機器に供給される。この場合に、上記パージ空気
は、本体ケースの出口の除湿空気流量に変動があったと
き、その空気流量に応じて、少なくとも所定の露点性能
を得ることができる流量に自動調整され、不必要にパー
ジ空気が消費されることはない。

【００１１】即ち、上記本体ケースの出口の除湿空気
は、その一部がパージ空気として、該出口から直接的に
第１のパージ空気流路における第１のオリフィスを通し
て中空糸膜の周囲の低圧側に流れるが、この第１のオリ
フィスは、最少の除湿空気流量に対応する流量のパージ
空気を流すように設定されたものである。そして、除湿
空気流量が少ない場合には、この第１パージ空気流路を
通じて送られる除湿空気のみにより、中空糸膜の低圧側
水分のパージが行われる。

【００１２】一方、第２のパージ空気流路における第２
のオリフィスは、それを通じてパージ空気が流れたとき
に、第１のオリフィスを通して常に流されるパージ空気
との合流により、本体ケースの除湿空気流量が最多にな
った場合に対応するパージ空気流量が得られるように設
定されたものであり、この第２のパージ空気流路は、本
体ケースの出口に設けた除湿空気流量に応じて自動的に
開閉するプロセスバルブによって通断される。

【００１３】上記プロセスバルブは、中空糸膜における
圧力降下を利用して動作させるものであるが、その圧力
降下は一般的に比較的小さくて不安定なものであるた
め、本体ケースの出口側における除湿した空気の流路に
圧力降下増幅用絞りを設け、この圧力降下増幅用絞りの
下流側と中空糸膜へ空気を供給する高圧側との間の差圧
に基づいて、プロセスバルブを安定的に動作させる。従
って、上記プロセスバルブの確実で安定的な動作に基づ
き、第２のパージ空気流路における第２のオリフィスを
通して、本体ケースの出口における除湿空気の流路に応
じたパージ空気を中空糸膜の低圧側に送ることが可能に
なる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るパージ空気
流量を自動調整可能にした膜式エアドライヤの全体的な
構成（回路構成）を概念的に示している。この膜式エア
ドライヤは、本体ケース２内に多数の中空糸膜３（図２
及び図４参照）を束ねて収容したドライヤ本体部１を備
え、その中空糸膜３内に本体ケース２の圧縮空気入口４
から高圧で高湿の空気（圧力Ｐ_A 、流量Ｑ₁ ）を供給
し、多数の中空糸膜３内を流れる間に膜を通して水分を
外側の低圧側に浸透分離してその除湿を行い、除湿した
空気（圧力Ｐ_B 、流量Ｑ₀ ）をドライヤ本体部１の出口
５を通して所要の流体機器に供給するように接続される
ものである。

【００１５】また、上記高湿空気の除湿を行うに際し、
中空糸膜３によって分離された水分を外部に排出するた
め、除湿された空気の一部を、出口５の除湿空気流量に
応じた流量で、中空糸膜３の周囲（低圧側）にパージ空
気として流すように構成している。その構成の概要は、
上記出口５における除湿した空気の一部を中空糸膜３の
周囲（低圧側）に送る第１のパージ空気流路１０に、第
１のオリフィス１１を設けると共に、除湿した空気の一
部を上記出口５から中空糸膜３側に送る第２のパージ空
気流路２０の導入部２０ａに、エアオペレート型のプロ
セスバルブ２１を、更に、該バルブ２１から中空糸膜３
に至る第２のパージ空気流路２０の連通部２０ｂに、第
２のオリフィス２２を設けたものであり、上記プロセス
バルブ２１は、除湿した空気の流路に設けた圧力降下増
幅用絞り２３の下流側から連通路２５を通して導入され
る圧力Ｐ_B と、中空糸膜３へ空気を供給する入口４の高
圧側から連通路２４を通して導入される圧力Ｐ_A との間
の差圧に基づいて、動作させるようにしたものである。

【００１６】即ち、本体ケース２における入口４の空気
流量がＱ₁ 、出口空気流量がＱ₀ であって、その出口空
気流量Ｑ₀ が最少である場合には、第１のオリフィス１
１を通過するパージ空気（流量Ｑ₂ ）のみが中空糸膜３
の水分のパージに供され、空気流量の関係は、Ｑ₁ ＝Ｑ
₀ ＋Ｑ₂ （Ｑ₄ ＝Ｑ₂ ）となる。一方、出口空気流量Ｑ
₀ が最多の場合には、プロセスバルブ２１が開くため、
第１のオリフィス１１を通過するパージ空気（流量
Ｑ₂ ）及び第２のオリフィス２２を通過するパージ空気
（流量Ｑ₃ ）が中空糸膜３の水分のパージに供され、空
気流量の関係は、Ｑ₁ ＝Ｑ₀ ＋Ｑ₂ ＋Ｑ₃ （Ｑ₄ ＝Ｑ₂
＋Ｑ₃ ）となる。

【００１７】上記プロセスバルブ２１の動作は、本体ケ
ース２の入口４における高圧空気の圧力Ｐ_A が一定であ
るとした場合、出口空気流量の最多及び最少の場合にお
ける圧力降下の違いがわずかであるため、前記圧力降下
増幅用絞り２３を設けることにより圧力降下の違いを増
幅させるが、それによりプロセスバルブ２１に導入され
る入口空気圧力Ｐ_A と出口空気圧力Ｐ_B の差が増幅され
るので、該バルブ２１のオン−オフが安定的に切換えら
れ、それが開位置にあるときに前記パージ空気流量Ｑ₃
が流される。なお、図１において、符号６は圧力空気
源、７は圧力降下増幅用絞り２３による圧力降下を補償
する圧力調整弁である。

【００１８】図２ないし図４は、上記図１の構成を、本
体ケース２に上記第１及び第２のオリフィス１１，２２
を組込み、圧力降下増幅用絞り２３及びプロセスバルブ
２１を本体ケース３とは別体に形成して本体ケース上に
搭載した第１実施例の具体的構成を示し、また、図４及
び図５は、本体ケース２に、第１及び第２のオリフィス
１１，２２、圧力降下増幅用絞り２３並びにプロセスバ
ルブ２１を組込んだ第２実施例の具体的構成を示してい
る。以下にこれらの実施例の構成及び作用について説明
する。

【００１９】図２ないし図４に示す第１実施例におい
て、本体ケース２は、除湿すべき高圧空気の入口４及び
除湿した空気の出口５を設けたキャップ３１と、それに
一体的に連結した筒状ケース３２とを備え、上記入口４
は、キャップ３１内の中央の嵌着壁３３内の空間に連通
させ、上記出口５は嵌着壁３３の外側の空間に連通させ
ている。そして、上記本体ケース２内には、高分子浸透
膜からなる多数本の中空糸膜３を筒状に束ねて収容し、
これらの中空糸膜３の両端においては、束ねた中空糸膜
３の相互間をシール部材３５，３６の充填によって気密
に固結し、中空糸膜３の束及び上記シール部材３５，３
６の中心部分に遮蔽円筒３７を挿入すると共に、周囲に
も導気円筒３８を嵌着し、それらの遮蔽円筒３７及び導
気円筒３８の両端をシール部材３５，３６に気密に取付
けている。

【００２０】上記中空糸膜３は、遮蔽円筒３７の上部シ
ール部材３５側端を上記嵌着壁３３に気密に外嵌させる
と共に、導気円筒３８をキャップ３１内に気密に嵌入
し、また、導気円筒３８の下部シール部材３６側端を筒
状ケース３２の内周に気密に嵌着することによって、本
体ケース２内に固定したもので、筒状ケース３２の下端
は、シール部材３６との間に空間３９を介在させて、端
蓋４０により閉鎖している。従って、キャップ３１の空
気入口４を通して供給される多湿の空気は、上記遮蔽円
筒３７内を通して中空糸膜３の他端の空間３９に導びか
れ、そこから中空糸膜３内を通して嵌着壁３３の周囲に
至り、その間に水分を浸透分離させて除湿され、出口５
から所要の流体機器に送られる。

【００２１】一方、上記キャップ３１には、導気円筒３
８の外側に開口するパージ空気の流通路４５を設けてい
る。また、上記導気円筒３８と筒状ケース３２との間の
中間部分には、両者間の空間を遮断するシール部材４６
を介装すると共に、導気円筒３８における該シール部材
４６の流通路４５側とその反対側に、それぞれ複数の通
気孔３８ａ，３８ｂを開設し、更に、筒状ケース３２の
下部にも外部に通じる通気孔３２ａを開設している。従
って、キャップ３１の流通路４５から筒状ケース３２と
導気円筒３８との間に流入したパージ空気は、導気円筒
３８の通気孔３８ａから、該導気円筒３８と遮蔽円筒３
７との間における中空糸膜３間に流入し、浸透分離され
た水分を保持して導気円筒３８の通気孔３８ｂから筒状
ケース３２内に流入し、該筒状ケース３２の通気孔３２
ａから外部に排出される。

【００２２】本体ケース２の一部を構成する上記キャッ
プ３１には、第１のオリフィス１１及び第２のオリフィ
ス２２を組み込んだオリフィス組立体４７を装着してい
る。上記第１のオリフィス１１は、嵌着壁３３の外側の
空間から流通路４５を経て中空糸膜３の周囲に至る第１
のパージ空気流路１０に配設され、上記第２のオリフィ
ス２２は、プロセスバルブ２１の出力口から流通路４５
に至るパージ空気通路２０の連通部２０ｂに配設される
ものである。また、嵌着壁３３の外側の空間を出口５に
連通させる流路に圧力降下増幅用絞り２３を設けてい
る。

【００２３】プロセスバルブ２１は、そのバルブボディ
内にバネ５１で閉弁方向に付勢されたピストン５２と軸
により一体化されている弁体５０を備え、ピストン５２
におけるバネ５１を収容した側の圧力室に連通路２５を
通して出口５側の除湿空気圧力Ｐ_B を、ピストン５２の
反対側の圧力室に連通路２４を通して入口４側の空気圧
力Ｐ_A を導入するように配管している。また、弁体５０
によって開閉される弁座５４を備えた弁室の入力口には
パージ空気流路２０の導入部２０ａを、同出力口には前
記オリフィス組立体４７に通じるパージ空気流路２０の
連通部２０ｂを連結している。

【００２４】従って、上記プロセスバルブ２１は、圧力
降下増幅用絞り２３の下流側から連通路２５を通して導
入される圧力Ｐ_B とバネ５１の付勢力が、入口４側から
連通路２４を通して導入される圧力Ｐ_A による付勢力よ
りも大きくなったときに開弁し、第２のオリフィス２２
を通してパージ空気が流通路４５に導入される。具体的
には、出口空気流量が最少の場合、中空糸膜３及び圧力
降下増幅用絞り２３による圧力降下が小さくなり、圧力
Ｐ_B が大きな値になるので、その圧力とバネ５１の付勢
力で弁体５０が閉じ、逆に、出口空気流量が最多の場合
には、上記圧力降下が大きくなるために圧力Ｐ_B は小さ
な値になり、圧力Ｐ_A による付勢力で弁体５０が開くこ
とになる。

【００２５】このようにして、本体ケース２の出口５側
の除湿空気の一部で、該出口５における最少の除湿空気
流量に対応する流量のパージ空気が第１のオリフィス１
１を通して中空糸膜３の周囲の低圧側に流れ、そして上
記除湿空気流量が少ない場合には、この第１パージ空気
流路１０を通じて送られる除湿空気のみにより、中空糸
膜の低圧側水分のパージが行われる。一方、第２のオリ
フィス２２は、プロセスバルブ２１を通じてパージ空気
が流れたときに、第１のオリフィス１１を通して常に流
される上記パージ空気との合流により、除湿空気流量が
最多になった場合に対応するパージ空気流量を流すもの
であり、この第２のオリフィス２２を通じて流れるパー
ジ空気は、上記プロセスバルブ２１により本体ケースの
出口５の除湿空気流量によって自動的に制御される。

【００２６】上記第１実施例では、プロセスバルブ２１
を本体ケース２のキャップ３１上に搭載し、プロセスバ
ルブ２１と本体ケース２との間を必要な配管によって接
続しているが、図５及び図６に示す第２実施例では、本
体ケース２内に、第１及び第２のオリフィス１１，２
２、圧力降下増幅用絞り２３並びにプロセスバルブ２１
を組込んでいる。従って、プロセスバルブ２１と各部と
を配管によって接続する必要はなく、本体ケース２内に
その配管に対応する通孔を穿設し、また、その通行を設
ける関係で第２のオリフィス２２をプロセスバルブ２１
の出力口に設けているが、その他の構成及び作用は、上
記第１実施例の場合と実質的に変わるところがない。従
って、図中の第１実施例と同一または相当部分に同一の
符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００２７】

【発明の効果】以上に詳述した本発明の膜式エアドライ
ヤによれば、パージ空気流量を、出口空気流量に応じて
自動的且つ安定的に変化させるようにし、不必要なパー
ジ空気の消費を抑制することができ、特に、フロースイ
ッチなどのセンサを用いることなく、異なる出口空気流
量時における除湿空気の圧力降下の差異を利用し、簡単
な手段でその圧力降下を増幅させて、確実な作動で除湿
空気流量に応じたパージ空気流量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るパージ空気流量を自動調
整可能にした膜式エアドライヤの全体的な構成（回路構
成）を概念的に示している。

【図２】図１の構成を具体化した第１実施例の断面図で
ある。

【図３】図２におけるＡ−Ａ位置での部分拡大断面図で
ある。

【図４】第１実施例の平面図である。

【図５】図１の構成を具体化した第２実施例の断面図で
ある。

【図６】図５におけるＢ−Ｂ位置での部分拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

２ 本体ケース ３ 中空糸膜 １０ 第１のパージ空気流路 １１ 第１のオリフィス ２０ 第２のパージ空気流路 ２３ 圧力降下増幅用絞り ２１ プロセスバルブ ２２ 第２のオリフィス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H060 AA04 BB10 CC02 CC15 DC05 DC14 DD05 DD12 DD15 DD17 GG08 HH06 HH17 4D006 GA41 HA02 HA18 JA15A JA30A JA56A JA63A JA64A KA16 KE01Q KE02Q KE03Q KE06Q MA01 PA01 PB17 PB65 PC72 4D052 AA01 EA02 GA01 GA03 GB01 GB03 GB04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体ケース内に多数の中空糸膜を束ねて収
   容し、これらの中空糸膜に高圧の空気を供給してその除
   湿を行うと共に、除湿した空気の一部を、中空糸膜で分
   離した水分を排出するためのパージ空気として中空糸膜
   の低圧側に流す膜式エアドライヤにおいて、 上記除湿した空気の一部を中空糸膜の低圧側に送る第１
   のパージ空気流路に第１のオリフィスを設けると共に、 上記除湿した空気の一部を中空糸膜の低圧側に送る第２
   のパージ空気流路に、除湿した空気の流路に設けた圧力
   降下増幅用絞りの下流側と中空糸膜へ空気を供給する高
   圧側との間の差圧に基づいて動作するプロセスバルブ及
   び第２のオリフィスを設けた、ことを特徴とするパージ
   空気流量を自動調整する膜式エアドライヤ。
2. 【請求項２】第１のオリフィスを、最少の除湿空気流量
   に対応する流量のパージ空気を第１のパージ空気流路に
   流すものとし、 第２のオリフィスを、前記第１のオリフィスを通して流
   すパージ空気との合流により、最多の除湿空気流量に対
   応するパージ空気の流量が得られるものとした、ことを
   特徴とする請求項１に記載のパージ空気流量を自動調整
   する膜式エアドライヤ。
3. 【請求項３】本体ケースに第１及び第２のオリフィスを
   組込み、圧力降下増幅用絞り及びプロセスバルブを本体
   ケースとは別体に形成した、ことを特徴とする請求項１
   または２に記載のパージ空気流量を自動調整する膜式エ
   アドライヤ。
4. 【請求項４】本体ケースに、第１及び第２のオリフィ
   ス、圧力降下増幅用絞り並びにプロセスバルブを組込ん
   だ、ことを特徴とする請求項１または２に記載のパージ
   空気流量を自動調整する膜式エアドライヤ。