JP3445727B2 - 圧縮空気除湿装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮空気除湿装置
に関するものであり、特に、シェルアンドチューブ型熱
交換器を備えた圧縮空気除湿装置の改良に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】この種の圧縮空気除湿装置としては、例
えば、図５に示すように、円筒形圧力容器１２１の内部
に、該圧力容器の左右側面板１２１ａ，ｂの夫々に対面
するように、左右仕切板１２２ａ，ｂを設けることによ
り、側面板と仕切板との間に接続流路１２３ｂと出口流
路１２３ａとを形成し、左右両仕切板に挟まれた空間を
両仕切板間を連結する隔壁１２４によって仕切ることに
より予冷流路１２５と除湿流路１２６とを画成し、該予
冷流路を貫通して接続流路１２３ｂと出口流路１２３ａ
とを連通する複数の伝熱パイプ１２０、・・・を設ける
と共に、除湿流路には、冷凍機による空気冷却器１３０
を内蔵せしめ、予冷流路には圧縮空気の導入口１２７と
除湿流路１２６との連通口１２６ａを設けると共に、除
湿流路には、接続流路１２３ｂへの出口開口１２９を設
けた圧縮空気除湿装置が知られている。 【０００３】これは、空気圧縮機の吐出側流路に接続す
る導入口１２７から、圧力容器内に入った高温の圧縮空
気が、予冷流路１２５において、冷却除湿後の温度低下
した圧縮空気と熱交換して予冷されてから、除湿流路に
入り、そこで冷却除湿され、次いで、伝熱パイプ１２
０、１２０、・・・中を通過する際に、高温圧縮空気に
よって再熱されて、相対湿度を下げて、乾燥圧縮空気と
して供給口１２８から、空気機器等へ供給される。１４
１、１４２は、ドレン排出口であり、１３１は、冷凍機
の冷媒蒸発管である。（実公昭５８−１２０４１号参
照）。 【０００４】このような従来の多管式熱交換器を予冷流
路１２５として用いた圧縮空気除湿装置は、予冷効果を
十分に発揮させるために、予冷流路内に多数のバッフル
プレート１３５、１３５、・・・を、伝熱パイプ群１２
０、・・・が貫通するように設けて、バッフルプレート
によって、伝熱パイプ内を流れる空気流の方向に対し
て、上下方向若しくは左右方向に蛇行する蛇行流路を形
成し、空気圧縮機から導入口を通して予冷流路内に流入
した空気は、伝熱パイプ内の気流方向と直交する方向に
蛇行しつつ熱交換するタイプのものが多い。 【０００５】一般に、このタイプの圧縮空気除湿装置を
組み立てる場合は、例えば、先ず、隔壁１２４中に空気
冷却器１３０を収納すると共に、その外側に予冷流路と
なるべき伝熱パイプ１２０とバッフルプレート１３５と
の組み合わせから成る熱交換器を組み立ててから、これ
らを円筒状胴部中に収納して固定し、次いで、鏡板とな
る左右側面板１２１ａ，ｂを固着することにより、組み
立てが終了する。従って、多数の伝熱パイプが直交状態
で貫通するバッフルプレート群１３５、・・・を、円筒
状の胴部に収納するには、該胴部内面（圧力容器内面）
とバッフルプレートの端縁との間に、予め若干の間隙が
生じるように、バッフルプレートの寸法と形状を設定し
ておかない限り、円筒状胴部内への収納が困難になる。 【０００６】しかしながら、バッフルプレートによる流
路抵抗は、かなり大きくなるため、圧力損失を防止する
見地からも改善の必要性が高いが、更に、予冷流路内に
導入された圧縮空気は、バッフルプレートが作る蛇行流
路を通らないで、圧力容器内壁とバッフルプレート端縁
との間に出来た前記透き間を通って、隣の流路へ短絡し
て流れてしまう気流が存在する。この熱交換にほとんど
寄与しない短絡気流量は、バッフルプレートによって流
路抵抗が増すほど増大し、熱交換効率を低下させる原因
になっている。 【０００７】又、前述の従来装置は、多数のバッフルプ
レート１３５、・・・を、多数の伝熱パイプ１２０、・
・・が貫通する構成であるため、構成が複雑になると共
に、加工や組み立てに、手作業による熟練した技術と、
多くの時間とを必要とし、装置の製作コストを高くする
原因になっている。このような点を回避するために、予
冷流路のバッフルプレートの数を大幅に少なくしたり、
或いは、皆無にした構成の装置もあるが、伝熱パイプ１
２０と除湿流路１２６とは、圧力容器１２１の一側に設
けた接続流路を介して反転する構成であるため、伝熱パ
イプ中の気流の方向と除湿流路の気流の方向とは反対に
なっており、従って、熱交換効率を一定限度以上に保持
する必要上、予冷流路内の気流と伝熱パイプ内の気流と
を向流状態にしようとすれば、圧縮空気の導入口１２７
の取付位置が、供給口に極端に近接した位置に限定され
て、装置の自由度が制限されてしまう不都合があった。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、予冷流路における圧力損失が少なくてすみ、しか
も、冷却除湿後の圧縮空気を効率よく再加熱することが
でき、さらに製作が容易で、予冷流路に気密性の高い蛇
行流路を持ち、低コストで高性能な圧縮空気除湿装置を
提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の圧縮空気除湿装置は、圧力容器内に、当該
圧力容器の左右側面板の夫々に対面するように左右仕切
板を設けることにより、前記側面板と仕切板との間に接
続流路と出口流路とを形成し、左右両仕切板に挟まれた
空間を両仕切板間を連結する隔壁によって仕切ることに
より予冷流路と除湿流路とを画成し、当該予冷流路を貫
通して前記接続流路と前記出口流路とを連通する複数の
伝熱パイプを設けると共に、前記除湿流路には空気冷却
器を内蔵せしめ、前記予冷流路には圧縮空気の導入口と
前記除湿流路との連通口を設けると共に、前記除湿流路
には前記接続流路への出口開口を設けた圧縮空気除湿装
置において、複数の前記伝熱パイプからそれぞれ成る複
数のグループに前記複数の伝熱パイプを分けて、前記予
冷流路に前記伝熱パイプの伸長方向と並行に設けた弾性
を有する邪魔板によって前記グループの夫々を当該邪魔
板間に挟む状態で分画し、当該夫々の邪魔板の左右何れ
か一端付近と前記左右仕切板の一方との間には反転開口
が設けられると共に、当該各邪魔板における前記隔壁側
（若しくは前記圧力容器内面側）の縁辺が固定端縁とし
て当該隔壁（若しくは当該圧力容器内面）に固着され、
かつ当該固定端縁に対向する当該圧力容器内面側（若し
くは当該隔壁側）における他の縁辺が自由端縁として当
該圧力容器内面（若しくは当該隔壁）に弾性復帰力によ
って圧接されることによって前記導入口から前記連通口
に至る一連の圧縮空気蛇行流路が画成され、当該各邪魔
板は、その両端が前記左右仕切板に固着されて当該邪魔
板に沿って伸長するように設けられた１以上の支持棒に
よって弾性復帰方向と反対の側から支持されていること
を特徴とする。 【００１０】上記圧縮空気除湿装置は、予冷流路内に流
入した高温圧縮空気を案内する邪魔板は、複数のグルー
プに分けられた伝熱パイプを、そのグループ毎に、両側
から挟む状態（換言すれば、伝熱パイプのグループを、
圧力容器の内面と隔壁と一対の邪魔板とによって囲む状
態）で分画する構成を備えている。従来の伝熱パイプ
は、多数の邪魔板（バッフルプレート）を貫通する状態
で設けられていたのに対して、本願における邪魔板の場
合は、伝熱パイプが邪魔板を貫通することがなく、伝熱
パイプの伸長する方向に沿って、邪魔板も並行に伸長し
て設けられている点に特徴がある。 【００１１】また、これらの邪魔板は、ステンレススチ
ール板や弾性を高めた鋼板などの弾性板から構成し、一
端縁を隔壁側に固着して固定端縁とし、この固定端縁と
圧力容器内面との最短距離よりも、邪魔板の縦方向の幅
（固定端縁から自由端縁に至る長さ）を長く設定し、圧
力容器内に組み込むとき、弾性限度内で邪魔板を撓めた
状態で圧力容器内に送入する。かくして、これらの邪魔
板の自由端縁は、邪魔板の弾性復帰力（スプリングバッ
ク）によって圧力容器内壁に圧接し、蛇行流路を構成す
ることができる。反転開口は、邪魔板の左右何れかの端
縁を、仕切板との間に若干の距離を設けた状態で臨まし
めるか、若しくは、邪魔板の左右端縁付近に交互に開口
を穿設すればよい。 【００１２】このようにして形成される圧縮空気蛇行流
路を流れる高温圧縮空気は、伝熱パイプの方向とほぼ並
行して流れ、若し、隣り合う蛇行流路の一方の高温圧縮
空気が、伝熱パイプ内を流れる除湿後の圧縮空気と向流
状態であれば、隣り合う他方の蛇行流路の高温圧縮空気
は、並流状態となる。故に、向流状態となる蛇行流路に
は、多数の伝熱パイプを収容し、並流となる蛇行流路に
は、邪魔板等を固定するための必要最小限の数か、或い
は、伝熱パイプを皆無にして、単に、気流方向を転換さ
せて向流状態を作るための反転流路とすることにより、
熱交換効率を高めることができる。 【００１３】また、邪魔板が伝熱パイプの伸長方向に沿
って設けられているので、構成が簡素となり、製作や組
み立てに熟練を必要とせず製造コストと製造に要する時
間とが少なくて済む。また、邪魔板は、主として、導入
口の選択の自由度と伝熱パイプ内の気流と向流状態が得
られれば、その主たる目的を達成するので、邪魔板の数
は、従来のバッフルプレート（１３５）の数に比して、
圧倒的に少なくて済み、従って圧力損失も極めて少な
い。更に、邪魔板の弾性復帰力により邪魔板と圧力容器
内壁面の透き間がほぼ無くなるので、気流が蛇行流路間
を短絡して流れることがなく、熱交換効率が向上する。 【００１４】また、邪魔板の自由端縁は、固定端縁によ
って、その方向性を規定されている。しかしながら、邪
魔板の圧力容器内面への圧接力は、夫々の邪魔板におい
て、必ずしも一定ではない。従って、その位置がずれる
可能性がある。この点、その両端が左右仕切板に固着さ
れて邪魔板に沿って伸長するように設けられた１以上の
支持棒によって邪魔板を支持したことにより、その位置
ずれを防止することができる。これにより、邪魔板が、
圧縮空気導入初期にかかる圧力に負けて反転するなどの
変位を防止することもできる。この場合、支持棒は、伝
熱パイプであってもよい。支持棒は、勿論、邪魔板の両
側に設けてもよい。 【００１５】 【発明の実施の形態】図１〜３は、本発明に係る圧縮空
気除湿装置の一実施態様を示すものである。円筒形圧力
容器１内に、その左右側面板をなす鏡板１ａ、１ｂの夫
々に対面するように、左右仕切板２ａ，ｂを設けること
により、鏡板１ａ，ｂと左右仕切板２ａ，ｂとの間に出
口流路３ａと接続流路３ｂとを形成し、左右両仕切板２
ａ，ｂに挟まれた空間を、両仕切板２ａ，ｂ間を連結す
る円筒状隔壁４によって２室に仕切ることにより、空気
圧縮機から吐出された高温圧縮空気の予冷流路５と除湿
流路６とが画成されている。圧力容器１は耐圧性の高い
円筒形であることが望ましいが、隔壁４は、耐圧性を要
せず、圧力容器１の内面と左右仕切板とに囲まれた空間
を２分すれば足りるので、いかなる形状でもよい。 【００１６】予冷流路５中を貫通して、多数の伝熱パイ
プ、７、７、・・・が圧力容器１の中心軸と平行に設け
られており、夫々の伝熱パイプの両端は、左右仕切板が
予冷流路５に対面する面を、気密に貫通して、夫々、接
続流路３ｂと出口流路３ａとに開口することにより、接
続流路３ｂと出口流路３ａとは、伝熱パイプ群７、・・
・を介して連通している。除湿流路６には、圧力容器１
の外部に設けられた冷凍機（図示せず）の冷媒蒸発管１
１とフィンプレート１２とから成る空気冷却器１０が収
納されている。１２ａ、１２ａ、・・・は、気流を蛇行
させるためのバッフルプレートである。予冷流路５に
は、圧縮空気の導入口９が設けられると共に、出口流路
３ａには、除湿乾燥された圧縮空気の供給口８が、開口
している。 【００１７】このような構成は、実質的に、従来の装置
と変わりはない。本願装置の特徴は、以下の構造にあ
る。予冷流路５中を気密に貫通する伝熱パイプ群７、
７、・・・は、横断面方向から見た場合に、図２に示す
ように、耐圧容器１の垂直な直径を含む仮想垂直面の両
側に、左右対称に、２グループづつ、合計４個のグルー
プＧ１〜Ｇ４になるように、夫々のグループ毎にパイプ
間の相互距離を近接させて設けてあり、これらのグルー
プＧ１〜Ｇ４の夫々を両側から挟むように、邪魔板Ｐ１
〜Ｐ８が設けられている。 【００１８】夫々の邪魔板Ｐ１〜Ｐ８は、弾性鋼板やス
テンレススチール製薄板のような弾性を備えた耐熱性板
体で作られており、一側の縁辺が隔壁４（若しくは圧力
容器内面）の外面に固着されて固定端縁となっており、
この固定端縁に対向する他の縁辺は自由端縁として、圧
力容器１の内面（若しくは隔壁の外面）に、邪魔板素材
の持つ復帰弾性力で圧接し、隔壁４と圧力容器内面との
間を遮断している。例えば、邪魔板Ｐ１及びＰ５は、図
２〜３に示すように、長方形の板体５０を、横断面が略
く字形をなすように屈曲（５０ａ）させておき、その固
定端縁５１を更に略Ｌ状に屈曲させて溶接代５１ａを作
り、これを隔壁４の外面４ａに溶接して固着すると、板
体５０は、溶接代５１ａのなす角度によって、所定の方
向に立ち上がって固定される。 【００１９】圧力容器内に挿入すべき予冷流路と除湿流
路とが完成したら、組み立てに当たっては、板体のもつ
弾性に抗して、矢印Ｙ方向に向けて、板体５０をく字形
に深く曲げた状態で圧力容器１内に挿入する。自由端縁
５２は、板体の持つ弾性の復帰力によって、圧力容器１
の内壁面１ｃに圧接する。５３、５３、・・・は、邪魔
板Ｐ１、・・・等の位置のずれを防止して、所定の位置
に保持するための支持棒で、その両端は、左右仕切板２
ａ，ｂ間に固定されている。邪魔板の固定端縁の隔壁４
への固定方法は、溶接に限らず、他の一般的な方法が採
用出来る。 【００２０】他の邪魔板の固定構造もほぼ同様である。
この邪魔板固定構造は、耐圧性を要する容器１の内壁
に、一切の加工を必要とせず（例えば、部分的に溶接等
の熱処理が加わることがなく）、又、予め、邪魔板を隔
壁に固着した後に、圧力容器内の胴部に収納して組み立
てても、邪魔板と圧力容器内面１ｃとの間に透き間が生
じない。邪魔板Ｐ１〜Ｐ８の左右の端縁は、邪魔板の配
置を図示するため図２におけるＢーＢ断面を模式的に展
開した図４に示すように、邪魔板の左右の側縁の一方
は、左右の仕切板の何れか一方に当接しており、他方の
側縁は、気流が反転するための反転開口１５、１５、・
・・となっている。反転開口は、左右仕切板間に当接す
るように設けた邪魔板の一端付近に、開口部を穿設した
ものでもよい。反転開口の面積は、反転開口で気流が絞
られることがないように、反転開口における気流の速度
は、気流反転の前後の流速の中間になるように、開口面
積が定められている。 【００２１】図４において、導入口９が開口する中央部
の流路（邪魔板Ｐ１とＰ５とに挟まれた流路）は、伝熱
パイプ７、・・・が無い反転流路２１となり、邪魔板Ｐ
１とＰ５とは、共に右仕切板２ａ側に反転開口１５、１
５を有することにより、導入口９からの圧縮空気流は、
この両反転開口から、反転流路２１の両側にある熱交換
流路２２、２３に分流して、伝熱パイプ内の気流方向と
向流状態をなすべく、右仕切板２ａ側から左仕切板２ｂ
側へと流れ、更に、左仕切板側において反転して、伝熱
パイプが存在しない反転流路２４、２５を通って、再
び、伝熱パイプ内の気流と向流状態で、熱交換流路２
６、２７を流れる。 【００２２】このようにして、反転流路２１の両側に形
成された圧縮空気の蛇行流路を通過した気流は、隔壁４
の下部に形成された反転流路２８において合流し、隔壁
４の右仕切板２ａに近接した位置において、反転流路２
８と除湿流路６とを連通する連通口１２、１２に至る。
予冷流路を経た高温圧縮空気は、除湿流路６において冷
却除湿され、出口開口１３から接続流路３ｂを経て伝熱
パイプ中を通り、出口流路３ａに抜ける間に、熱交換流
路２２、２３、２６、２７を向流状態で流れる高温吐出
圧縮空気により再熱されて、更に相対湿度が低下した乾
燥圧縮空気となって、供給口８から装置外に出て行く。 【００２３】上記実施態様においては、反転流路２１に
導入口９が開口する構成であるから、導入口９が、反転
流路２１に開口していさえすれば、熱交換効率は、ほぼ
同一であり、従って、導入口の取付位置選択の自由度
は、極めて高い。上記実施態様では、反転流路の両側に
気流を分流させ、対称形に蛇行流路を配したが、これ
は、一連の蛇行流路として構成して、一端側の反転流路
に導入口を設け他端側の流路から除湿流路に導くもので
もよい。反転流路は、伝熱パイプが一切含まれない場合
を例示したが、これは、支持棒５３の代わりに、伝熱パ
イプを設けたものなどでもよく、必ずしも、伝熱パイプ
を皆無にする必要はない。 【００２４】 【発明の効果】本願圧縮空気除湿装置は、予冷流路に形
成した蛇行流路の気流の方向が伝熱パイプの伸長方向と
並行になるように構成し、かつ複数の伝熱パイプからそ
れぞれ成る複数のグループに複数の伝熱パイプを分け
て、予冷流路に伝熱パイプの伸長方向と並行に設けた弾
性を有する邪魔板によってグループの夫々を邪魔板間に
挟む状態で分画したことにより、圧力損失を極めて小さ
くすることができる。更に、邪魔板の隔壁側（若しくは
圧力容器内面側）の縁辺が固定端縁として隔壁（若しく
は圧力容器内面）に固着され、かつ固定端縁に対向する
圧力容器内面側（若しくは隔壁側）における他の縁辺が
自由端縁として圧力容器内面（若しくは隔壁）に弾性復
帰力によって圧接されることにより、構造の簡素化と組
み立ての容易性とを確保できる結果、製造コストを大幅
に削減することができる。しかも、予冷流路において、
熱交換効率を向上させるための邪魔板と圧力容器（若し
くは隔壁）との透き間は、従来、避け得なかったが、邪
魔板は自らの弾性復帰力によってその自由端縁を圧力容
器内面側（若しくは隔壁側）に圧接することによってこ
の透き間を消滅させて、予冷流路における気流の短絡を
防止することができる。したがって、熱交換効率を向上
させることができる。また、その両端が左右仕切板に固
着されて邪魔板に沿って伸長するように設けられた１以
上の支持棒によって邪魔板を支持することにより、邪魔
板の位置ずれを防止することができる。したがって、圧
縮空気導入初期にかかる圧力によって邪魔板が反転する
などの変位を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施態様を示す断面説明図である。 【図２】図１のＡ−Ａ断面説明図である。 【図３】図２における邪魔板の一例を示す斜視図であ
る。 【図４】図２のＢ−Ｂ断面に沿って展開した邪魔板の配
置を示す説明図である。 【図５】従来技術の一例を示す説明図である。 【符号の説明】 １ 圧力容器 ２ａ、ｂ 左右仕切板 ３ａ 出口流路 ３ｂ 接続流路 ４ 隔壁 ５ 予冷流路 ６ 除湿流路 ７ 伝熱パイプ ８ 供給口 ９ 導入口 １０ 空気冷却器 １２ 連通口 Ｐ１〜Ｐ８ 邪魔板 Ｇ１〜Ｇ４ 伝熱パイプのグループ ２１、２４、２５、２８ 反転流路 ２２、２３、２６、２７ 熱交換流路 ５０ 弾性を備えた板体 ５１ 固定端縁 ５２ 自由端縁 ５３ 支持棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭61−141567（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−117490（ＪＰ，Ｕ) 特公 平７−43227（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平６−24685（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 7/16

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 圧力容器内に、当該圧力容器の左右側面
   板の夫々に対面するように左右仕切板を設けることによ
   り、前記側面板と仕切板との間に接続流路と出口流路と
   を形成し、左右両仕切板に挟まれた空間を両仕切板間を
   連結する隔壁によって仕切ることにより予冷流路と除湿
   流路とを画成し、当該予冷流路を貫通して前記接続流路
   と前記出口流路とを連通する複数の伝熱パイプを設ける
   と共に、前記除湿流路には空気冷却器を内蔵せしめ、前
   記予冷流路には圧縮空気の導入口と前記除湿流路との連
   通口を設けると共に、前記除湿流路には前記接続流路へ
   の出口開口を設けた圧縮空気除湿装置において、複数の前記伝熱パイプからそれぞれ成る複数のグループ
   に前記複数の伝熱パイプ を分けて、前記予冷流路に前記
   伝熱パイプの伸長方向と並行に設けた弾性を有する邪魔
   板によって前記グループの夫々を当該邪魔板間に挟む状
   態で分画し、当該夫々の邪魔板の左右何れか一端付近と
   前記左右仕切板の一方との間には反転開口が設けられる
   と共に、当該各邪魔板における前記隔壁側（若しくは前
   記圧力容器内面側）の縁辺が固定端縁として当該隔壁
   （若しくは当該圧力容器内面）に固着され、かつ当該固
   定端縁に対向する当該圧力容器内面側（若しくは当該隔
   壁側）における他の縁辺が自由端縁として当該圧力容器
   内面（若しくは当該隔壁）に弾性復帰力によって圧接さ
   れることによって前記導入口から前記連通口に至る一連
   の圧縮空気蛇行流路が画成され、当該各邪魔板は、その
   両端が前記左右仕切板に固着されて当該邪魔板に沿って
   伸長するように設けられた１以上の支持棒によって弾性
   復帰方向と反対の側から支持されていることを特徴とす
   る圧縮空気除湿装置。