JPS61252880A - 空気圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は除湿機能、さらには除湿機能を兼ね備える空気
圧縮装置に関する。

（従来の技術） 一般に、電子部品等を製造するクリーンルームにおいて
は、その中で用いる動力用圧縮空気も高純度のものが要
求される。

従来、このような目的で用いられる圧縮空気は第３図に
示すような圧縮空気供給手段から得ており、次にその概
要について説明する。

ブロック構成で示す圧縮空気供給手段５０は空気圧縮装
置（コンプレッサ）５１、この圧縮装置５１の吐出側に
接続したレシーバタンク５２、このレシーバタンク５２
の吐出側に接続した除湿装置５３、及びこの除湿装置５
３の吐出側に接続した除塵フィルタ群５４からなり、こ
の除塵フィルタ群５４はさらに第１フイルタ５５、第２
フイルタ５６、及び第３フイルタ５７からなる。そして
、最後段となる第３フイルタ５７の吐出側は例えばクリ
ーンルーム５８内におけるエアシリンダ等の動力装置５
９に接続する。このように構成される圧縮空気供給手段
５０は、先ず空気圧縮装置５１によって吸入口５１ａか
ら吸入した大気を圧縮した後、レシーバタンク５２へ供
給する。そして、このレシーバタンク５２に蓄積して圧
力の安定した圧縮空気を除湿装置５３へ供給し、ここで
冷却除湿した後各フィルタ５５．５６．５７を通して除
塵し、高純度の圧縮空気を前記動力装置５９へ供給する
。

ところで、かかる圧縮空気供給手段５０は空気圧縮装置
５１と、除湿装置５３及び除塵フィルタ群５４とをそれ
ぞれ独立した装置として構成し、特に空気圧縮装置５１
はそれ自体単に大気を圧縮する機能をもつのみである。

したがって、通常はクリーンルーム仕様等の各種目的、
つまり必要な圧縮空気の純度に応じて除塵フィルタ及び
除湿装置と組合せて上記手段５０を組立てているのが実
情である。

なお、このような手段５０において、通常は除湿装置５
３及び除塵フィルタ群５４を空気圧縮装置５１よりも下
流（後段）に接続する。これは空気圧縮装置として給油
方式のスクリュ一式コンプレッサ、又は給油方式のレシ
プロ式コンプレッサを用いるためであり、これら圧縮装
置内部で発生するオイルミストや圧縮冷却した後に生ず
る大気中の余剰水分（ドレイン水）を取り除いている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上述した従来の空気圧縮供給手段５０は次の如
き問題がある。

第一に、大気中の水分を取り除（除湿装置は通常吸着式
を用いているが、この場合除湿装置の性能及び寿命は吸
入された大気中の水分量に直接的に関係し、吸入された
水分（大気内での冷却凝縮分は除く）はそのまま除湿装
置における吸着剤の負荷になってしまう。このためいき
おい大型の吸着塔が必要となり、結局除湿装置自体大型
になる。

第二に、圧縮空気内に付設する場合には通常前述のよう
に何段もの除塵フィルタ及び除湿装置が必要となる。こ
のため圧力損失は除湿装置及びフィルタ数に応じて大き
くなり、例えば上記例での圧力損失は除湿装置５３を０
．２ｋｇ／ｃｄ、各フィルタ５５．５６、及び５７を夫
々０．１５ｋｇ／ｃ（，０，２１ｋｇ／ｃｄ、及び０．
１４ｋｇｃｍ程度とすると合計０．７ｋｇ／ｃｔｌ程度
の圧力損失に達する。このため、最終的に必要な圧縮空
気を得るためには予め空気圧縮装置５１の能力を大きく
しておく必要があり、結局電力消費が大きくなってしま
う。

第三に、圧縮空気下では除湿装置及び除塵フィルタの目
詰りが早くなり、頻繁にメンテナンス（エレメント交換
等）が必要となる。一方、除湿装置及び除塵フィルタは
圧縮空気を導く配管中に接続するため、その取付は気密
性等を考慮して厳重に行っており、交換作業においては
圧力ハウジングの開頭、ボルト締緩等の作業を要し、特
に大型フィルタではたいへんな労力を強いられるととも
に、フィルタ数が多いため多大の手間を取られる。

第四に、空気圧縮装置と、除塵フィルタ及び除湿装置は
別々の製品として製作提供されており、したがって、組
立配管がたいへんとなるとともに設備も大損りとなり、
しかも全体の大型化により設置スペースが取られる等の
弊害を生ずる。

そこで、本発明は以上の問題点を一掃した空気圧縮装置
を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は第１図に示す空気圧縮装置１に係り、その第１
の特徴とするところは特にオイルフリースクリュ式圧縮
機２Ｍを備える圧縮装置本体２の吸入部２１に吸入ダク
ト３を付設するとともに、当該吸入ダクト３内に例えば
吸入方向へ回転軸４を有し且つ所定速度で回転する循環
形式のドラム状乾式除湿器５の一部（吸入用エリア５ａ
）を位置せしめ、他方前記吸入ダクト３の外部に上記乾
式除湿器５の外部側の全部又は一部（再生用エリア５ｂ
）を通る通路を形成する再生ダクト６を付設するととも
に、当該再生ダクト６に前記圧縮装置本体２からの圧縮
空気を通す熱交換器７と、再生ダクト６内を当該熱交換
器７から前記再生用エリア５ｂの方向へ送風する送風ｔ
＆８を設けた点にある。

また、第２の特徴とするところは上記吸入ダクト３内の
除湿用エリア５ａの前方にさらに吸入空気を除塵するＩ
ＩＥＰ＾フィルタ９を配設した点にある。

（作用） 次に、本発明の作用について説明する。

先ず、大気Ａ１は吸入ダクト３を通って空気圧縮機２−
・吸入される。この際大気は乾式除湿器５の吸湿エリア
５ｂを通過して除湿される。また、ＨＥＰＡフィルタ９
を設けることにより除塵される。

この場合、大気圧下で行われるため十分な除湿及び除塵
が行われる。

除湿（除塵）された空気Ａ２は圧縮機２によって圧縮さ
れ、圧縮空気の温度は２５０〜３５０℃の高温に達する
。そして、熱交換器７を通る圧縮空気は熱交換器７によ
って熱交換され、送風機８からの送風Ｂは熱交換によっ
て温められ、熱風となって除湿器５の再生エリア５ｂを
通過するとともに、他方圧縮空気Ａ３は冷却せしめられ
る。この際再生エリア５ｂに吸着した水分は気化し、乾
燥再生される。そして、除湿器５は所定速度で回転して
いるため再生された除湿器５のエレメントは順次吸入ダ
クト３内へ移動するとともに、吸入ダクト３内で大気中
の水分を吸湿した除湿器５における吸湿エリア５ａのエ
レメントは再生ダクト６内へ移動して乾燥再生される循
環を繰り返す。

（実施例） 以下には、本発明に係る好適な実施例を図面に基づき詳
述する。

第１図は本発明に係る空気圧縮装置の原理的構成図、第
２図は同装置に用いる除湿器の平面図である。

先ず、同装置の構成について説明する。図中２Ｍはオイ
ルフリースクリュ式の圧縮機であり、この圧縮機２Ｍの
原理は一対の噛み合うスクリューを回転させることによ
り空気を圧縮する機能をもつ。この圧縮機２Ｍは空気流
路中に全くオイルを用いないため、圧縮空気内にオイル
ミスト等が混入することはない。この圧縮機２Ｍは圧縮
装置本体２に内蔵する。本体２の内部上端にはさらに吸
入フィルタ１１を配設し、この吸入フィルタ１１を通過
した空気Ａ２は圧縮１１２Ｍにより圧縮され、圧縮空気
Ａ３となって本体２に設けた圧縮機出口１２から配管１
３に導かれる。かかる圧縮装置本体２自身は公知の空気
圧縮装置（例えば第３図５３参照）を構成する。

一方、本体２の上面には本発明に従って吸入ダクト３を
一体的に付設する。当該ダクト３の上端は開放して大気
の吸入口１４を形成するとともに、下端はその閉塞した
端面一部を開口して連通口１５を設け、前記吸入フィル
タ１１の吸入部２１に相連通せしめる。

吸入ダクト３内で吸入口１４の近傍にはプレフィルタ１
６を設ける。このプレフィルタ１６は比較的メツシュが
粗く、１００μｍ〜５００μｍ程度の・　塵を取り除（
。

また、吸入ダクト３の側壁板３ａには外形が偏平ドラム
状の乾式除湿器５を配設する。この除湿器５の中心は回
転軸４で回動自在に支持し、この回転軸４は上記側壁板
３ａに固設する。この際回転軸４は上記吸入ダクト３の
吸入方向に略平行に配する。そして、除湿器５は回転軸
４を中心に回転できるように吸入ダクト３の形状を選定
し、例えば吸入ダクト３の横断面形状を全体的に除湿器
５の外径とほぼ同じ半円形に形成してもよいし、又は吸
入ダクト３における全体の横断面形状は矩形状にし、除
湿器５の存在する部分のみを除湿器５の外観形状に合っ
た半円形に形成してもよい。

いずれにしても側壁板３ａには除湿器５の回転を許容す
る切欠孔を設ける。この除湿器５は例えば第２図に示す
ように吸湿性帯状シート１７の表面に他の吸湿性帯状シ
ート１８を波状にうねらせて貼着し、さらにこれを巻回
してドラム状に形成するとともに、吸湿剤として塩化リ
チウム等を含浸したものを利用する。これにより空気は
軸方向へ通過できるとともに空気との接触面積はきわめ
て大きくなる。なお、除湿器はその他ベルトコンベア状
に循環するもの等任意形式のものが利用できる。

このように構成することにより除湿器５はその一部であ
る吸湿用エリア５ａが吸入ダクト３の内部に位置すると
ともに、その残部は吸入ダクト３の外部へ露出する。そ
こで、この残部を囲む再生ダクト６を吸入ダクト３の側
壁板５ａを仕切板として利用することにより当該吸入ダ
クト３へ一体的に設け、且つ本体２上へ付設する。再生
ダクト６は除湿器５の当該残部全部を囲ってもよいし、
一部を囲ってもよい。これにより除湿器５の外部側一部
（又は全部）となる再生用エリア５ｂを通る再生用の通
路を形成できる。

よって、除湿器５は吸入ダクト３と再生ダクト６に跨っ
て位置し、この除湿器５を回転駆動手段１９によって所
定速度で回転せしめれば除湿器５のエレメントは各ダク
ト３．６内を周期的に交互に循環する。なお、駆動手段
１９は例えば除湿器５の外周部に圧接した駆動ローラ２
０とこのローラ２０を回転せしめる減速機構を含む駆動
モータ装置２１から構成できる。

また、再生ダクト６はその上端を開口して排出口２２を
形成するとともに、下端は本体２に配設し外部の空気を
送る送風器８の送風供給口２３に相連通せしめる。

一方、当該送風供給口２３と除湿器５間における再生ダ
クト６内には熱交換器（熱交換パイプ）を配設する。熱
交換器７は熱交換効率を良好とするためジクザグ状に曲
折してパイプ長（熱交換面積）を大きくする。この熱交
換器７の吸入側は前記圧縮機出口１２に接続し、他方、
吐出側は逆止弁２４を介して外部への吐出端２５に接続
する。

なお、２６はロード／アンロード検出用圧力スイノチ、
２７はアンロード用パージ弁管である。

一方、当該プレフィルタ１６と前記除湿器５の間におけ
る吸入ダクト３内にはＨＥＰ＾フィルタ９を配設する。

この１（ＥＰＡフィルタ９は吸入ダクト３の側壁板３ｂ
を開口して設けた装着部２に対し抜き差しすることによ
り取り付は取り外しすることができる。つまり、ＨＥＰ
Ａフィルタ９を取り付ける場合には装着部２８からダク
ト３内へ差し込むのみでよいし、取り外す場合には装着
口１７から横方へ抜き出せばよく、メンテナンス等にお
ける交換も大気圧下で行うことと併せてきわめて容易で
ある。なお、図示しないが所定のシーリング手段、位置
規制手段等は必要に応じて施されており、これらは大気
圧下であるため比較的簡易に構成できる。

このＩＩＢＰＡフィルタ９はいわゆる高性能除塵フィル
タであり、吸入空気との接触面積が大きく、圧力損失が
小さい構造をもつ。これにより０．１μｍまでの塵を取
り除くことができる。

次に、以上の構成からなる空気圧縮装置１の動作につい
て説明する。

先ず、大気Ａ１は吸入口１４から取り入れられ、プレフ
ィルタ１６を通って粗い塵が、さらに１１　Ｅ　Ｐ　Ａ
　　　　　−フィルタ９を通って微細な塵が夫々取り除
かれる。

なお、各フィルタ１６．９を通過する大気Ａ１は圧縮さ
れていないため混在する塵密度も低く、このため目詰り
等は発生しにくい。そして、有効除塵面積を大きくとれ
るＨＨＰＡフィルタ９を用いることによりその除塵機能
は１段でも十分となり、従来下の場合と比較すると圧縮
空気下における従来のフィルタ３〜４個分を接続すると
同等の除塵性２能を得、しかも圧力損失は激減する。次
いで、プレフィルタ１６及びＨＥＰＡフィルタ９を通過
して高純度化された空気Ａ２は除湿器５前記吸湿用エリ
ア５ａを通過して完全に除湿される。前述したように、
当該除湿用エリア５ａは完全に乾燥再生されており、そ
の除湿能力は十分なものとなっている。そして、除湿さ
れた空気Ａ２はさらに吸入ダクト３、連通口１５、吸入
フィルタ１１を通って圧縮機２Ｍに供給され、圧縮空気
Ａ３は圧縮機出口１２から熱交換器７に供給される。

ところで、このように圧縮機２Ｍとしてオイルフリース
クリュ式を用いるため圧縮機２Ｍ内部ではオイルミスト
等の異物は全く発生せず、圧縮機出口１２からは除塵、
除湿された高純度の圧縮空気Ａ３を得る。なお、この圧
縮空気Ａ３には圧縮熱が発生し、オイルフリースクリュ
圧縮機１段圧縮の場合には圧縮機出口１２の温度は２５
０　’Ｃ〜３００℃程度に達する。

そして、高温化された圧縮空気Ａ３は熱交換器７を通り
吐出端２５に至る。

一方、送風機８からの送風Ｂ（風量は圧縮用吸入空気量
の１／３．５〜１／３程度）は熱交換器７からの放熱に
より熱交換され熱風となって除湿器５の再生用エリア５
ａを通過する。この場合、除湿器５の再生温度は１２０
℃以上の熱気が必要となるが、熱交換面積の確保により
同温度以上の熱風は容易に得ることができる。

一方、除湿器５は回転軸４を中心にして第２図矢印Ｈ方
向へ約５　（ｒｐｈ　）程度のゆっくりした回転速度で
回転している。したがって、再生ダクト６内で乾燥再生
された除湿器５の再生用エリア５ａの部分は時間ととも
に吸入ダクト３内に移動し、他方吸湿した吸湿用エリア
５ａの部分は再生ダクト６内へ移動する。つまり、吸入
した大気ＡＩに対し常に最良の状態で吸湿作用が呈され
、且つその再生も行われる。なお、アンロード時であっ
ても圧縮機２Ｍ自身は運転状態にある。この場合、前記
圧力スイッチ２６によるアンロード状態の検出はパージ
弁管２７へ作用し、吸入部を閉じるとともに、装置１外
へパージする。したがって、このようなパージ時におい
ても吐出する圧縮中−気は熱交換器７を通って放熱し、
圧縮器２Ｍが運転状態にある限り、吸湿および、再生を
連続して機能させることができる。

以上、実施例について説明したが、本発明はこのような
実施例に限定されるものではない。例えば空気圧縮機２
はオイルフリースクリュ式に限定されるものではなく他
の任意形式のものであっても適用でき、この場合別途接
続する除湿機や除塵フィルタ等は大幅に簡略化できる。

また、吸入ダクト３及び再生ダクト６はその形状、向き
、大きさ、機体への取付位置等は任意に選定して実施で
きる。さらにＨＥＰＡフィルタ９の数量も１段に限定さ
れるものではなく、多段でもよい。また、プレフィルタ
１６も必要に応じて任意に配設し得るものである。その
他線部の構成、形状、配列、数量等において本発明の精
神を逸脱しない範囲で任意変更実施できる。

なお、本発明はＨＥＰＡフィルタ９を用いない除湿機能
のみを備えた空気圧縮装置と、ＨＥＰＡフィルタ９を用
いた除湿及び除塵機能を兼ね備えた空気圧縮装置の２つ
のタイプに利用できる。

（発明の効果） このように、本発明に係る空気圧縮装置１によれば、圧
縮装置本体の吸入部に吸入ダクトを付設するとともに、
当該吸入ダクト内に所定速度で循環する乾式除湿器の一
部（吸湿用エリア）を位置せしめ、他方前記吸入ダクト
の外部に前記乾式除湿器の外部側の全部又は一部（再生
用エリア）を通る通路を形成する再生ダクトを付設する
とともに、当該再生ダクトに前記圧縮装置本体からの圧
縮空気を通す熱交換器と、再生ダクト内を当該熱、交換
器から再生エリアの方向へ送風する送風機を１設けてな
るため次の如き著効を得る。

Φ乾式除湿器の再生は圧縮空気との熱交換を利用して行
うため、何ら別途の再生手段（ヒータ等）は全く不要で
あり、しかも、圧縮空気の冷却も同時に行われる。これ
により除湿器は性能が劣下することなく常に最良の性能
を発揮し、メンテナンスの減少、除湿器の小型化を図れ
るという基本的効果に加え、大幅なコスト低減と、エネ
ルギ節減という合理化を達成できる。

■従来の如き別途設置する大損りな除湿装置は不要とな
る。そして、吸入時に除湿を行うため小型の除湿器で足
り、しかも圧縮機及び配管等の内部部品の防錆を図るこ
とができる。

また、本発明は除湿機の前方にＨＥＰＡフィルタを配設
してなるため併せて次の如き著効を得る。

■空気を圧縮前に除塵するため塵密度も低く、また有効
除塵面が大きくとれるＨＥＰＡフィルタを利用すること
ができるため、流速が低く、性能劣化が遅くなることと
併せて１段でも十分な除塵を行うことができる。この結
果、除塵効果を良好に維持しつつ総合的には除湿手段及
び除塵フィルタによる圧力損失を大幅に低減することが
でき、以て電力消費を軽減できる。

■大気圧力で除塵を行うため圧縮下に比ベフィルタの目
詰りが少な（なる。このためエレメント交換、エレメン
ト汚損のチェック等のメンテナンスのインターバルを長
くでき労力軽減を図れる。また、除湿器及びＨＥＰＡフ
ィルタの配設は大気圧下であるため、圧縮下のような厳
重な気密性維持は不要となり取付構造も比較的簡易でよ
い。特に好適な実施態様に示すように、ＨＥＰＡフィル
タは単に吸入ダクトに抜き差して着脱する構造でも十分
であり、メンテナンスの飛躍的な容易化を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空気圧縮装置の原理的構成図、第
２図は同装置に用いる除湿器の平面図、第３図は従来例
に係る圧縮空気供給手段のブロック構成図。 尚図面中、２・・・圧縮装置本体、 ｌ＞ＩＭ・・・オイルフリースクリュ式圧縮機、２′ｉ
・・・吸入部、　３・・・吸入ダクト、４・・・回転軸
、　５・・・乾式除湿器、５ａ・・・除湿用エリア、　
５ｂ・・・再生用エリア、　６・・・再生通路、　７・
・・熱交換器、８・・・送風機、　９・・・ＨＥＰ＾フ
ィルタ。 第　　１　図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮装置本体の吸入部に吸入ダクトを付設するとと
   もに、当該吸入ダクト内に所定速度で循環する乾式除湿
   器の一部（吸湿用エリア）を位置せしめ、他方前記吸入
   ダクトの外部に前記乾式除湿器の外部側の全部又は一部
   （再生用エリア）を通る通路を形成する再生ダクトを付
   設するとともに、当該再生ダクトに前記圧縮装置本体か
   らの圧縮空気を通す熱交換器と、再生ダクト内を当該熱
   交換器から再生エリアの方向へ送風する送風機を設けた
   ことを特徴とする空気圧縮装置。 ２、圧縮装置本体はオイルフリースクリュ式圧縮機を備
   えてなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   空気圧縮装置 ３、圧縮装置本体の吸入部に吸入ダクトを付設し、当該
   吸入ダクトに、吸入空気の除塵を行うＨＥＰＡフィルタ
   を配設するとともに、当該フィルタの後方に所定速度で
   循環する乾式除湿器の一部（吸湿用エリア）を位置せし
   め、他方前記吸入ダクトのダクトの外部に前記乾式除湿
   器の外部側の全部又は一部（再生用エリア）を通る通路
   を形成する再生ダクトを付設するとともに、当該再生ダ
   クトに前記圧縮装置本体からの圧縮空気を通す熱交換器
   と、再生ダクト内を当該熱交換器から再生用エリアの方
   向へ送風する送風機を設けたことを特徴とする空気圧縮
   装置。 ４、圧縮装置本体はオイルフリースクリュ式圧縮機を備
   えてなることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   空気圧縮装置。 ５、ＨＥＰＡフィルタは吸入ダクトの壁板に抜き差しす
   ることにより着脱可能に構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の空気圧縮装置。