JP4310111B2 - Compressed air dehumidifying device and dehumidifying reheat device - Google Patents

Compressed air dehumidifying device and dehumidifying reheat device Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮空気の除湿再熱装置に関する。さらに詳しくは、工場内の圧縮空気用配管などに圧縮空気を供給する圧縮空気供給システムに用いる除湿再熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【非特許文献1】
墨田施設工業株式会社のクーリングタワー式の圧縮空気脱湿脱油装置(商品名ハイグロマスター)のカタログ
【特許文献1】
特開昭48−91668号公報
【0003】
従来の工場内の圧縮空気配管への圧縮空気の供給は、たとえば図5に示すような、2段圧縮式のコンプレッサ101と、そのコンプレッサから供給される圧縮空気を冷却して除湿するための冷凍式のドライヤ102とから構成される圧縮空気供給システム100によって行われている。前記コンプレッサ101の1段目の圧縮部103から2段目の圧縮部104に到る管路の途中には、インタークーラ105が介在されている。そのインタークーラ105は、第1のクーリングタワーCT1から供給される冷却水で冷却される。さらに2段目の圧縮部104の出口側に連結される供給エア管路107は、前記第1のクーリングタワーCT1から供給される冷却水で冷却されるアフタークーラ108に連結され、さらに前述のドライヤ102に到っている。前記第1のクーリングタワーCT1には、井水などを補給水として供給する補給水管路109が連結されている。なお、符号110は冷却水用のポンプである。
【0004】
前記冷凍式のドライヤ102は、供給エア管路107に介在される蒸発器112と、その蒸発器112から戻ってくる冷媒の蒸気を圧縮する圧縮機(コンプレッサ)113と、供給エア管路107における蒸発器112の下流側に設けられ、前記圧縮機113から出てくる高温高圧の冷媒蒸気と供給エア管路107内の空気とを熱交換して圧縮空気を30℃程度まで加熱するレヒータ114とを有する。さらにこのドライヤ102は、第2のクーリングタワーCT2と、そのクーリングタワーからの冷却水とレヒータ114から出てくる冷媒とを熱交換する熱交換器(凝縮器)116を備えている。その熱交換器116から出てくる冷媒が、蒸発弁117を介して前記蒸発器112に送られ、気化熱で圧縮空気を冷却・除湿するように配管している。なお、クーリングタワーCT1、CT2は、とくに2台に分ける必要ななく、1台のクーリングタワーからコンプレッサ101と冷凍式のドライヤ102に冷却水を供給してもよい。
【0005】
他方、非特許文献1には、図6に示すような、クーリングタワー式の圧縮空気脱湿脱油装置120が開示されている。この装置では、クーリングタワー121から冷却水循環ポンプ122で送り出される冷却水が、冷却除湿塔123内で圧縮空気と熱交換され、再びクーリングタワー121に戻るように構成されている。冷却除湿塔123には、空気入り口124から流入した圧縮空気が冷却除湿され、上部の空気出口125から出ていく。符号126は、圧縮空気から除かれた水分を排出するためのドレンである。このものは、冷凍機を用いずに、クーリングタワー121から供給される冷却水で圧縮空気を除湿する点で、図5のものより簡易な構成となっている。なお、図5の装置におけるアフタークーラ108に代えて、冷却除湿作用を奏する冷却除湿塔123を採用したものとも考えられる。
【0006】
特許文献1には、上記の非特許文献1の冷却除湿塔123に、冷却液を散布し、それにより圧縮空気中の油分を溶解して捕捉する圧縮空気除油除湿方法および装置が開示されている。このものの除湿作用は、非特許文献1と同様であると考えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図5の一般的な圧縮空気供給システム100は、冬季のもっとも不利な条件で冷凍式のドライヤ102を選定し、除湿を行うので、供給される圧縮空気の除湿は充分に行われ、高品質な圧縮空気を供給することができる。しかし冷凍冷却を用いるので、消費動力が大きく、過除湿による無駄な体積減少が行われるといった問題がある。また、冷却水の水質維持のために井水などを補給水として利用しているが、その冷熱は充分に活用されていない。
【0008】
他方、非特許文献1の装置120は、冷凍機が不要である半面、充分な除湿作用を得るには大がかりな冷却除湿塔123が必要である。また、この装置120においても、クーリングタワー121に供給される補給水の冷熱が有効利用されておらず、無駄に消費されている。
【0009】
本発明は、配管内で結露しない程度、すなわち過度の低露点を必要としない程度の圧縮空気の除湿の要求に対して好適に採用することができ、消費電力が少なく、過除湿による無駄な体積減少が少ない圧縮空気の除湿再熱装置を提供することを技術課題としている
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧縮空気の除湿再熱装置(請求項1)は、圧縮空気を供給する2段コンプレッサに用いる、クーリングタワーによって供給される冷却水と圧縮空気とを熱交換するアフタークーラを備えた除湿再熱装置であって、前記コンプレッサの2段目圧縮部から供給される圧縮空気を通す供給エア管路と、前記クーリングタワーに水を補給するための補給水管路と、前記供給エア管路の途中に介在され、供給エア管路内の圧縮空気と前記クーリングタワーからの冷却水との間で熱交換するアフタークーラと、そのアフタークーラの下流側に設けられ、アフタークーラ後の供給エア管路内の圧縮空気と補給水管路内の補給水との間で熱を交換する熱交換器と、その熱交換器から出てくる供給エアと前記コンプレッサの2段目から出てくる高温エアとの間で熱交換する再熱用熱交換器を備えており前記供給エア管路が、コンプレッサの2段目圧縮部から出た高温の圧縮空気を、前記再熱用熱交換器の高温側、前記アフタークーラ、前記熱交換器および前記再熱用熱交換器の低温側の順に通過させ、前記熱交換器は、前記クーリングタワーに井水を補給するための補給水管路と前記供給エア管路のアフタークーラ出口側とに接続され、前記アフタークーラから出てくる圧縮空気と前記クーリングタワーに補給される前の補給水との間で熱を交換し、前記再熱用熱交換器は、前記熱交換器から出てくる供給エアと前記2段目圧縮部出口側の高温エアとの間で熱交換することを特徴としている。
【0011】
このような除湿再熱装置においては、前記再熱用熱交換器の低温側に入る前のエア供給管路と出てからのエア供給管路との間にバイパス管路が接続され、そのバイパス管路の途中に流量調整バルブが設けられ、前記流量調整バルブのアクチュエータは、前記エア供給管路または供給エアが使用されるユースポイントの温度を検出する温度センサからの信号により、前記エア供給管路内の圧縮空気の温度が所定温度になるように、開度が調節されるものが好ましい(請求項2)。
【0012】
【作用および発明の効果】
本発明の除湿装置(請求項1)は、クーリングタワーに補給される井水の補給水と圧縮空気との間で熱交換する熱交換器を採用しているので、補給水の冷熱を有効に利用することができる。なお、クーリングタワーに送られる補給水は、クーリングタワー内で利用されている水の自然蒸発などによる不足分を補ない、水質を維持するだけのものであるので、幾分かの温度上昇には影響されない。本発明の装置では、その未利用エネルギを有効活用し、冷凍冷却を行わないことにより、動力消費を削減することができる。さらに本発明の装置では上記のように冷凍冷却によらないため、適度な除湿が行われ、過除湿による体積減少を小さくすることができる。
【0013】
また、コンプレッサから出てきた高温の圧縮空気を、一旦、除湿再熱装置内のアフタークーラによって、クーリングタワーから送られる冷却水と熱交換することによりある程度冷却し、その後、引き続きさらに低い温度場が得られる井水の補給水で過冷却するので、冷却除湿効果が高い。
【0014】
本発明の除湿再熱装置、さらに熱交換器から出てくる圧縮空気が、前記アフタークーラ上流側の高温エアによって再熱される。そのため最終的に送出される圧縮空気が体積膨張し、エネルギが増加する。それにより、アフタークーラで熱交換され、クーリングタワーで放熱されていた熱エネルギを有効に利用することができ、コンプレッサの運転動力を削減することができる。さらに温度上昇により、管内結露が生じにくくなる。
このような除湿再熱装置において、前記再熱用熱交換器の低温側に入る前のエア供給管路と出てからのエア供給管路との間にバイパス管路が接続され、そのバイパス管路の途中に流量調整バルブが設けられ、前記流量調整バルブのアクチュエータは、前記エア供給管路または供給エアが使用されるユースポイントの温度を検出する温度センサからの信号により、前記エア供給管路内の圧縮空気の温度が所定温度になるように、開度が調節されるものである場合(請求項2)は、最終的に供給される圧縮空気の温度が安定する。
すなわち、圧縮空気の温度が所定の温度より高くなると、流量調整バルブの開度を大きくしてバイパス通路の流量を多くし、再熱用熱交換器を通るエアの流量を少なくする。その場合は供給エア全体として再熱用熱交換器による温度上昇が抑制される。逆に所定の温度より低くなると、再熱用熱交換器に通されるエアの流量を多くすることにより、全体として温度を上昇させる。それにより、供給される圧縮空気の温度が所定の温度に調節される。
【0015】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら本発明の除湿再熱装置の実施の形態を説明する。図1は本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの全体を示す配管系統図、図2および図3はそれぞれ図1のシステムの除湿再熱装置の作用を示すグラフ、図4は本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの他の実施形態を示す配管系統図である。
【0016】
図1の圧縮空気供給システム10は、コンプレッサ11と、そのコンプレッサから供給される圧縮空気を冷却して除湿し、さらに再熱するための除湿再熱装置12とから構成されている。このコンプレッサ11は、図5の圧縮空気供給システム100に用いられているものと実質的に同じものであるが、アフタークーラ22がコンプレッサ11の内部でなく、除湿再熱装置12側に配置されている。なおこのシステム10ではクーリングタワーCTが1基だけであるが、図4や図5の場合と同様に、2基、あるいはそれ以上設けてもよい。
【0017】
この実施形態では、コンプレッサ11として、1段目の圧縮部14から2段目の圧縮部15に到る管路16の途中にインタークーラ17を備えている2段圧縮式のタイプを採用している。各圧縮部14、15を構成するコンプレッサの形式は、レシプロ式、ターボ式、スクリュー式のいずれでもよいが、通常はスクリュー式が多く用いられる。1段目の圧縮部14および2段目の圧縮部15は共通のモータMで駆動される。前記インタークーラ17は、クーリングタワーCTから供給される冷却水と熱交換して冷却されるように、冷却水供給管路18および戻り管路19でクーリングタワーCTに連結されている。冷却水の温度はたとえば10℃〜32℃程度であり、夏期を考慮して設計ではたとえば32℃程度に設定する。クーリングタワーCTには、補給水管路23により井水が補給水として供給される。
【0018】
前記2段目の圧縮部15の出口側には供給エア管路20が連結され、その供給エア管路20が前述の除湿再熱装置12側に接続されている。この除湿再熱装置12では、前記コンプレッサ11から出てくる供給エア管路20が再熱用熱交換器21の高温側に接続され、その再熱用熱交換器21の高温側から出てくるエア供給管路20aは、さらにアフタークーラ22に連結されている。このアフタークーラ22には、前記クーリングタワーCTから分岐された冷却水供給管路18および戻り管路19で供給される冷却水と熱交換されて冷却される。冷却水供給管路18で供給される水は、前述と同じ温度、すなわち10〜32℃程度であり、設計では32℃程度である。戻り管路19でクーリングタワーCTに戻る水は、たとえば15℃〜42℃程度であり、設計では37℃程度に設定される。
【0019】
アフタークーラ22から出てくるエア供給管路20bは、さらに井水利用の熱交換器24に連結されている。この熱交換器24は、前記補給水管路23から分岐される接続管路23a、23bと連結されており、アフタークーラ22から出た圧縮空気はクーリングタワーCTに供給される前の井水(補給水)でさらに冷却され、除湿される。井水の温度はたとえば15℃〜20℃程度であり、設計では20℃程度である。
【0020】
この熱交換器24から出てくるエア供給管路20cは、アフタークーラ22で冷却される前の圧縮空気と熱交換されるように、前述の再熱用熱交換器21の低温側に戻るように接続されている。そして再熱用熱交換器21の低温側から出てくるエア供給管路20d、すなわち除湿再熱装置12から出ていく配管は、最終的に工場内配管など、目的とする配管に接続される。
【0021】
なお、その再熱用熱交換器21の低温側に入る前のエア供給管路20cと、出てからのエア供給管路20dとは、バイパス管路25によって接続されており、その途中に流量調整バルブV1が介在されている。その流量調整バルブV1の開閉アクチュエータは、前記出てからのエア供給管路20dの温度を検出する温度センサTからの信号で開度が調節されるように、温度制御装置TIC1と信号伝達可能に連結されている。使用される信号は通常は電気信号であるが、圧力信号など、他の信号でもよい。その温度制御装置TIC1では、エア供給管路20d内の圧縮空気の温度が所定の温度よりも高くなると、バイパス管路25の流量を増大させて再熱用熱交換器21を通らない圧縮空気の流量を多くし、除湿再熱装置12から出ていく圧縮空気の温度を下げる。逆に温度が低くなるとバイパス管路25の流量を減らすように制御させる。調節する温度範囲は圧縮空気の目的によって異なるが、熱膨張によって内部エネルギを増加させるのに好ましい範囲、たとえば50℃〜60℃とする。
【0022】
前記温度センサTは、供給エアが消費されるユースポイントの近傍に設置し、そのユースポイントでの圧縮空気温度などを検出するのが好ましい。それにより、ユースポイントでの最適な温度となるように温度制御装置TIC1で調整した圧縮空気を供給することができる。
【0023】
前述のように、クーリングタワーCTに井水(補給水)を供給する補給水管路23は、接続管路23a、23bおよび熱交換器24を通った上でクーリングタワーCTに接続されるが、この実施形態では、熱交換器24に入る前の接続管路23aと出てからの接続管路23bの間を接続するバイパス管路27を設け、その途中に流量調整バルブV2を介在している。この流量調整バルブV2は、井水の温度やクーリングタワーからの冷却水の温度を検出するセンサT1、T2と制御装置TIC2によって、T2<T1のとき、補給水(井水)を熱交換器24を通さずにバイパスさせるように制御する。ただしバイパス管路や流量調整バルブはとくに設けなくてもよい。
【0024】
上記のように構成される除湿再熱装置12では、コンプレッサ11から供給される圧縮空気が再熱用熱交換器21で冷却される。圧縮空気の温度はたとえば180℃〜220℃、とくに200℃であり、その温度から165℃程度まで低下する。圧縮空気はアフタークーラ22でさらに冷却され、たとえば35℃〜45℃まで、とくに37℃まで冷却される。さらにその圧縮空気は井水を用いた熱交換器24で、たとえば20℃〜30℃まで、とくに25℃まで冷却される。そしてこのような一連の冷却により、圧縮空気中に含まれていた水分が凝縮されて水滴となり、ドレンを通じて排出される。それにより管路内に結露をしない程度に乾燥した圧縮空気が供給される。
【0025】
さらに上記の実施形態では、井水を利用した熱交換器24から出てくる圧縮空気が再熱用熱交換器21により、たとえば50℃〜70℃まで、とくに60℃まで加熱される。それにより圧縮空気が絶対温度の比で体積膨張し、供給できるエネルギが増加する。なお、圧力が一定であれば容積が増加し、容積が制限されていれば圧力が増加することになる。たとえば井水を用いた熱交換器24で25℃まで冷却された空気を再熱用熱交換器21で、60℃まで加熱すると、(60+273)/(25+273)≒1.15まで熱膨張することになり、圧力が一定とすれば、送出する圧縮空気の容積が約15%増加することになる。すなわち送出するエネルギが約15%増加することになり、再熱を行わない場合に比して、コンプレッサ11を稼働する動力をその分、削減することができる。それにより、省力化および二酸化炭素排出量の低減に資することができる。さらに単に再熱用熱交換器21の加熱により供給される圧縮空気の相対湿度が下がるので、エア供給管20dに管内結露が生じにくくなる利点がある。上記のように、再熱用熱交換器21を用いることにより、アフタークーラで熱交換され、クーリングタワーにて大気へ放熱されていた熱エネルギを有効に利用することができ、コンプレッサ動力を削減することができる。
【0026】
つぎに図2を参照して、上記の除湿再熱装置12で圧縮空気を除湿する作用を説明する。図2の横軸xは圧縮空気の温度tであり、縦軸yは絶対湿度である。そして破線で示す第1曲線S1は、圧縮空気が7Kのときの飽和蒸気(露点)を示す曲線である。また、実線で示す第2曲線S2は、除湿再熱装置12に入ってきた圧縮空気が冷却および加熱によって温度および湿度が変化していく状態を示している。すなわちコンプレッサ11から出た直後の圧縮空気は、第2曲線S2の上の符号J1で示す点(温度200℃、絶対湿度20g/kg)であり、アフタークーラで冷却されるに従って矢印Nのように温度および湿度が低下する。なお第2曲線S2上の符号Rは、再熱に使用することで冷却されたことを示す。ただしこの冷却の負荷は小さい。
【0027】
そして圧縮空気が第1曲線S1に交わると(符号J2)、すなわち露点まで低下した後(温度37℃、絶対湿度5.8g/kg)、さらに井水を利用した熱交換器により符号J3の位置(25℃程度)まで冷却される。それにより絶対湿度が2.9g/kg程度まで低下する。この状態で再熱により60℃程度まで加熱されると、絶対湿度が変わらず、相対湿度が10〜20%程度まで低下し、乾燥した圧縮空気が得られる。なお、図2のグラフで符号Kは、外気温(たとえば33℃)であり、供給される圧縮空気の絶対湿度はこの点の露点より下側であるので、エア供給管20dの管路内では結露が生じない。
【0028】
ちなみに図2の符号J4は、図5のような従来の冷凍式ドライヤで圧縮空気を除湿する場合を示しており、管路の結露を防止するレベルよりも遙かに低温まで冷却していることが分かる。その場合は過度の冷却で体積減少が大きくなっている。
【0029】
図3は図1の除湿再熱装置12と図5の冷凍式のドライヤ102の除湿作用を比較して示すグラフである。コンプレッサ11、101から供給された圧縮空気は双方とも乾燥空気(乾空気)Aと水分Wを含有している。図1の除湿再熱装置12では、この水分Wのうち、符号W1に相当する水分を除湿しており、そのため除湿後の送気量はA+W2である。他方、冷凍式のドライヤ102では、符号W3に相当する水分を除湿しており、そのため送気量はA+W4である。したがって管路に結露を生じない程度の除湿でよいのであれば、冷凍式のドライヤでは、いわば「W2−W4」の過除湿を生じている。そして必要な動力についても、図1の除湿再熱装置12の方が、冷凍機が不要である分、少なくて済む。
【0030】
上記のようにクーリングタワーCTとアフタークーラ22による冷却除湿、井水を用いた熱交換器24による冷却除湿、さらに再熱用熱交換器21による再熱・熱膨張を組み合わせると、冷凍機を用いなくても管路内結露を生じない程度の除湿が実現できる。そして再熱による熱膨張を用いていることも相まって、冷凍機を用いる場合よりも送気量が増加し、動力も減少させることができる。
【0031】
前述の除湿再熱装置の実施形態では再熱用熱交換器21によって供給前の圧縮空気を再熱しているが、場合によっては再熱せずに直接用途の管路に供給するようにしてもよい。その場合は本発明の範囲外となる。その場合でも、井水のクーリングタワーの補給水で圧縮空気を冷却除湿することに基づく、使用動力の減少、過剰な体積減少の抑制など、前述の作用効果を奏することができる。その場合は除湿再熱装置ではなく、除湿装置となる。
【0032】
図4に示す圧縮空気供給システム30は、クーリングタワーCT1、CT2を2基設けている点、および熱交換器24とアフタークーラ22を1台の除湿塔31内に一体に設けた点を除けば実質的に図1のシステム10と同じである。このシステム30では、クーリングタワーは、コンプレッサ11に冷却水を供給する第1クーリングタワーCT1と、アフタークーラ22に冷却水を供給する第2クーリングタワーCT2に分かれている。ただし図1の場合と同じく、1基で両方に冷却水を供給するようにしてもよい。これらの冷却塔は、いずれも密閉型、開放型のいずれを用いてもよい。前記除湿塔31は、下方から導入した圧縮空気を矢印Pで示すように、一旦上方にあげる管路32を備えている。そしてアフタークーラ22は、その下側に設けた熱交換器24と組み合わされており、一旦上昇した圧縮空気がアフタークーラ22と熱交換器24に順に通されて冷却されるようにしている。なお、符号33は圧縮空気中の水滴を取り除くためのデミスタであり、符号34はエア供給管路20dに設けたフィルタである。
【0033】
すなわちこの冷却除湿塔31では、コンプレッサ11からでた圧縮空気はまずアフタークーラ22において第2クーリングタワーCT2から供給される冷却水と熱交換されて冷却され、ついで熱交換器24において、さらに低温の井水で過冷却される。そして上昇する途中でデミスタ33で水分が取り除かれ、除湿される。さらに除湿された圧縮空気は、再熱用熱交換気器21で加熱されて体積が膨張し、圧縮空気の送出量が増大すると共に、管内結露が一層防止される。また、熱交換器24とアフタークーラ22を1台の冷却除湿塔31で一体化することにより、装置がコンパクトになる。さらに冷却除湿塔31を耐圧性のタンクとすることにより、圧力の脈動を抑制するエアバッファの作用が奏される。したがって別途エアバッファを設ける必要がない。
【0034】
【実施例】
つぎに具体的な除湿装置の実施例をあげて、その作用および効果を説明する。なお、この実施例は、一般的な環境および要求仕様に基づいて設計した値に基づくものである。
(a)[井水利用の熱交換の効果]
アフタークーラにより冷却された圧縮空気の温度(露点温度)は、
tab=冷却水入口温度(tw)+α
と表すことができる。ただしαは熱交換後の圧縮空気と冷却水の温度差である。外気条件が、気温33℃、湿度63%、湿球温度(wB)27℃のとき、アフタークーラへの冷却水送水はtw32℃となる。前記温度差αを5℃とすると、アフタークーラから出てくる圧縮空気の温度は、
tab=37℃(32+5℃)
となる。この状態は図2の符号J2に対応する。またこの時の絶対湿度Xab=5.8(g/kg’)である。さらに井水(20℃)により周囲温度以下(たとえば外気温33℃以上)まで冷却除湿する場合は、井水との温度差5℃まで冷却できるとして、
tab’=25℃(20℃+5℃)
まで冷却除湿することができる。この状態は図2の符号J3に対応する。またこの時の絶対湿度Xab’=2.9(g/kg’)である。この実施例でわかるように、クーリングタワーを用いたアフタークーラによる冷却だけでもかなりの除湿効果があるが、さらに井水による熱交換を併用すると、管路内結露を防ぐために充分な除湿効果を得ることができる。
【0035】
(b)[水量バランス] コンプレッサ600kw、空気量Qa6,000Nm3/hの場合
井水量(V1)=必要冷却量q1÷10℃(利用温度差) である。

Figure 0004310111
となる(ただし水の蒸発潜熱600kcal/kg)。したがって
必要冷却量(q1)=(1)+(2)=33,400kcal/h
となるから、水の熱容量1m3:1,000kcal/℃より、
必要井水量(V1)=33,400÷1,000÷10=3.34m3/h
となる。
【0036】
冷却水量(V2)=インタークーラ冷却水量V2’+アフタークーラ冷却水量V”である。また
インタークーラ冷却水量(V2’)=インタークーラ冷却量q2’÷6℃(利用温度差)である。インタークーラの入り口空気温度155℃、出口空気温度40℃とすると、
インタークーラ冷却量(q2’)=6,000×1.2×0.24×(155−40)≒199,000kcal/h
となる。したがって熱ロスを10%見込んで
インタークーラ冷却水量(V2’)=199,000÷1,000÷6×1.1≒36.5m3/h
となり、オイルクーラなどの冷却分約20%を見込むと、
2’=36.5×1.2=44m3/h
となる。
【0037】
他方、アフタークーラ冷却水量(V2”)=アフタークーラ冷却量q3’÷5℃(利用温度差)である。
アフタークーラ冷却量(q3)=6,000×1.2×0.24×(175−37)≒239,000kcal/h
であるから、熱ロス10%見込んで、
アフタークーラ冷却水量(V2”)=239,000÷1,000÷5×1.1≒53m3/h
となる。したがって
冷却水量(V2)=V2’+V2”=44+53=97m3/h
である。
【0038】
通常、インタークーラ、アフタークーラは、冷却水利用温度差を5〜10℃の範囲で設計されており、上記利用温度差でも問題はない。
【0039】
インタークーラおよびアフタークーラで必要な冷却水の流量V2 に対する井水の流量V1の割合はV1/V2=3.34/97≒0.034=3.4%である。このように井水の必要量は冷却水流量の約3.4%であり、通常必要なクーリングタワーの補給量とほぼ同程度である。すなわち無駄に使用していた補給水の冷熱を有効に利用するだけで足りることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの全体を示す配管系統図である。
【図2】 図1のシステムの除湿再熱装置の作用を示すグラフである。
【図3】 図1のシステムの再熱用熱交換器の作用を示すグラフである。
【図4】 本発明の除湿装置を備えた圧縮空気供給システムの他の実施形態を示す配管系統図である。
【図5】 従来の圧縮空気供給システムの一例を示す配管系統図である。
【図6】 非特許文献1の圧縮空気脱湿脱油装置の概略図である。
【符号の説明】
10 圧縮空気供給システム
11 コンプレッサ
12 除湿再熱装置
14 1段目の圧縮部
15 2段目の圧縮部
16 管路
17 インタークーラ
M モータ
CT クーリングタワー
18 冷却水供給管路
19 戻り管路
20、20a、20b、20c、20d 供給エア管路
21 再熱用熱交換器
22 アフタークーラ
23 補給水管路
23a、23b 接続管路
24 井水利用の熱交換器
25 バイパス管路
V1 流量調整バルブ
T 温度センサ
TIC1 温度制御装置
V2 流量調整バルブ
TIC1、TIC2 温度制御装置
27 バイパス管路
30 圧縮空気供給システム
CT1 第1クーリングタワー
CT2 第2クーリングタワー
31 冷却除湿塔
32 管路
33 デミスタ
34 フィルタ
101 コンプレッサ
102 冷凍式ドライヤ
103 1段目の圧縮部
104 2段目の圧縮部
105 インタークーラ
CT1、CT2 クーリングタワー
107 供給エア管路
108 アフタークーラ
109 補給水管路
110 ポンプ
112 蒸発器
113 凝縮器
114 レヒータ
116 熱交換器
117 蒸発弁
120 圧縮空気脱湿脱油装置
121 クーリングタワー
122 冷却水循環ポンプ
123 冷却除湿塔
124 空気入り口
125 空気出口
126 ドレン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention is compressed airRemovalIt relates to a wet reheat device. More specifically, it is used in a compressed air supply system that supplies compressed air to a compressed air pipe in a factory.That removalIt relates to a wet reheat device.
[0002]
[Prior art]
[Non-Patent Document 1]
Catalog of Sumida Facility Industry Co., Ltd. cooling tower type compressed air dehumidification and deoiling equipment (trade name Hygromaster)
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 48-91668
[0003]
The conventional compressed air supply to the compressed air piping in the factory is, for example, as shown in FIG. 5, a two-stage compression compressor 101 and a refrigeration for cooling and dehumidifying the compressed air supplied from the compressor. This is performed by a compressed air supply system 100 composed of a dryer 102 of the type. An intercooler 105 is interposed in the middle of the pipeline from the first stage compression unit 103 to the second stage compression unit 104 of the compressor 101. The intercooler 105 is cooled by the cooling water supplied from the first cooling tower CT1. Further, a supply air pipe 107 connected to the outlet side of the second stage compression unit 104 is connected to an aftercooler 108 cooled by cooling water supplied from the first cooling tower CT1, and further, the above-described dryer 102 is connected. Has been reached. The first cooling tower CT1 is connected to a makeup water pipe 109 for supplying well water or the like as makeup water. Reference numeral 110 denotes a cooling water pump.
[0004]
The refrigeration dryer 102 includes an evaporator 112 interposed in a supply air pipe 107, a compressor (compressor) 113 that compresses refrigerant vapor returning from the evaporator 112, and a supply air pipe 107. A reheater 114 which is provided downstream of the evaporator 112 and heats the compressed air to about 30 ° C. by exchanging heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant vapor coming out of the compressor 113 and the air in the supply air pipe 107; Have Further, the dryer 102 includes a second cooling tower CT2 and a heat exchanger (condenser) 116 for exchanging heat between the cooling water from the cooling tower and the refrigerant coming out of the reheater 114. The refrigerant coming out of the heat exchanger 116 is sent to the evaporator 112 through the evaporation valve 117, and piping is performed so that the compressed air is cooled and dehumidified by the heat of vaporization. The cooling towers CT1 and CT2 do not need to be divided into two units, and cooling water may be supplied from one cooling tower to the compressor 101 and the refrigeration dryer 102.
[0005]
On the other hand, Non-Patent Document 1 discloses a cooling tower type compressed air dehumidifying / deoiling device 120 as shown in FIG. In this apparatus, the cooling water sent out from the cooling tower 121 by the cooling water circulation pump 122 is heat-exchanged with the compressed air in the cooling dehumidification tower 123 and returned to the cooling tower 121 again. The compressed air flowing in from the air inlet 124 is cooled and dehumidified in the cooling dehumidification tower 123 and exits from the upper air outlet 125. Reference numeral 126 denotes a drain for discharging water removed from the compressed air. This has a simpler configuration than that of FIG. 5 in that the compressed air is dehumidified with cooling water supplied from the cooling tower 121 without using a refrigerator. In addition, it can be considered that a cooling and dehumidifying tower 123 having a cooling and dehumidifying action is employed instead of the aftercooler 108 in the apparatus of FIG.
[0006]
Patent Document 1 discloses a compressed air dehumidifying dehumidification method and apparatus for spraying a cooling liquid on the cooling and dehumidifying tower 123 of Non-Patent Document 1 and thereby dissolving and capturing oil in the compressed air. Yes. The dehumidifying effect of this is considered to be the same as in Non-Patent Document 1.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The general compressed air supply system 100 in FIG. 5 selects the refrigeration dryer 102 under the most disadvantageous conditions in winter and performs dehumidification. Therefore, the supplied compressed air is sufficiently dehumidified and has high quality. Compressed air can be supplied. However, since refrigeration cooling is used, there is a problem in that power consumption is large and unnecessary volume reduction is performed due to excessive dehumidification. Moreover, although well water etc. are utilized as supplementary water for the maintenance of the quality of cooling water, the cold heat is not fully utilized.
[0008]
On the other hand, the apparatus 120 of Non-Patent Document 1 does not require a refrigerator, but requires a large cooling and dehumidifying tower 123 to obtain a sufficient dehumidifying action. Also in this device 120, the cooling water supplied to the cooling tower 121 is not effectively used and is wasted.
[0009]
  The present invention can be suitably applied to the requirement of dehumidification of compressed air to the extent that condensation does not occur in the piping, that is, does not require an excessively low dew point, has low power consumption, and wasteful volume due to excessive dehumidification The technical challenge is to provide a dehumidifying and reheating device for compressed air with little reduction.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  Dehumidification of compressed air of the present inventionReheatThe device (claim 1) comprises:Used for a two-stage compressor that supplies compressed air.With cooling water supplied by cooling towerWith compressed airAfter-cooler for heat exchangeRemovalWetReheatApparatus comprising the compressor2nd stage compression partSupply air pipe for passing compressed air supplied from the cooling tower and the cooling towerwellA supply water line for replenishing water and an intermediate part of the supply air lineHeat exchange between the compressed air in the supply air line and the cooling water from the cooling towerAfter-coolerAnd its aftercoolerProvided on the downstream side ofAfter after coolerSupply air pipelineCompressed air insideAnd makeup water pipelineInside makeup waterA heat exchanger that exchanges heat withThe heat exchanger for reheating which exchanges heat between the supply air coming out of the heat exchanger and the high temperature air coming out from the second stage of the compressorWithAnd,The supply air line is adapted to convert the high-temperature compressed air that has come out of the second-stage compression section of the compressor into the high-temperature side of the reheat heat exchanger, the aftercooler, the heat exchanger, and the reheat heat exchanger. The heat exchanger is connected to a replenishing water line for replenishing well water to the cooling tower and an aftercooler outlet side of the supply air line, and comes out of the aftercooler. Heat is exchanged between the compressed air and the makeup water before being replenished to the cooling tower, and the heat exchanger for reheating is supplied from the heat exchanger and the outlet side of the second stage compression section Heat exchange with hot airIt is characterized by doing.
[0011]
  like thisDehumidification reheat deviceInIsA bypass conduit is connected between the air supply conduit before entering the low temperature side of the heat exchanger for reheating and the air supply conduit after exiting, and a flow rate adjusting valve is provided in the middle of the bypass conduit. The actuator of the flow rate adjusting valve is configured such that the temperature of the compressed air in the air supply line is a predetermined temperature based on a signal from a temperature sensor that detects the temperature of the air supply line or a use point where the supply air is used. It is preferable that the opening degree is adjusted so as to satisfy (Claim 2).
[0012]
[Operation and effect of the invention]
  The dehumidifier of the present invention (Claim 1) is a well that is supplied to a cooling tower.WaterSince the heat exchanger that exchanges heat between the makeup water and the compressed air is employed, the cold energy of the makeup water can be used effectively. Note that the makeup water sent to the cooling tower is not affected by any temperature rise because it only compensates for the deficiency due to natural evaporation of water used in the cooling tower and maintains the water quality. . In the apparatus of the present invention, power consumption can be reduced by effectively utilizing the unused energy and not performing refrigeration cooling. Furthermore, since the apparatus of the present invention does not depend on freezing and cooling as described above, moderate dehumidification is performed, and volume reduction due to excessive dehumidification can be reduced.
[0013]
  Also, once the hot compressed air from the compressor, By the aftercooler in the dehumidifying reheaterCooling water sent from the cooling towerBy exchanging heat withCool to some extent, thenContinueA well with a lower temperature fieldWaterSince it is supercooled with make-up water, the cooling and dehumidifying effect is high.
[0014]
  Dehumidifying and reheating device of the present inventionsoIsTheFurther, the compressed air coming out of the heat exchanger is reheated by the high-temperature air upstream of the aftercooler. Therefore, the compressed air that is finally delivered expands in volume, and the energy increases. Thereby, the heat energy exchanged by the aftercooler and radiated from the cooling tower can be used effectively, and the driving power of the compressor can be reduced. Further, the temperature rise makes it difficult for condensation in the pipe to occur.
  In such a dehumidifying and reheating device, a bypass pipe is connected between the air supply pipe before entering the low temperature side of the reheat heat exchanger and the air supply pipe after exiting, and the bypass pipe A flow rate adjusting valve is provided in the middle of the path, and the actuator of the flow rate adjusting valve is configured to receive the air supply line by a signal from a temperature sensor that detects a temperature of the air supply line or a use point where the supply air is used. When the opening degree is adjusted so that the temperature of the compressed air inside becomes a predetermined temperature (Claim 2), the temperature of the finally supplied compressed air is stabilized.
  That is, when the temperature of the compressed air becomes higher than a predetermined temperature, the opening of the flow rate adjusting valve is increased to increase the flow rate of the bypass passage, and the flow rate of air passing through the reheat heat exchanger is decreased. In that case, the temperature rise by the heat exchanger for reheating is suppressed as the whole supply air. Conversely, when the temperature is lower than the predetermined temperature, the temperature is increased as a whole by increasing the flow rate of the air passed through the reheat heat exchanger. Thereby, the temperature of the supplied compressed air is adjusted to a predetermined temperature.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the dehumidifying and reheating device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a piping system diagram showing the entire compressed air supply system provided with the dehumidifying and reheating device of the present invention, FIGS. 2 and 3 are graphs showing the operation of the dehumidifying and reheating device of the system of FIG. 1, and FIG. It is a piping system diagram which shows other embodiment of the compressed air supply system provided with the dehumidification reheat apparatus of this invention.
[0016]
A compressed air supply system 10 in FIG. 1 includes a compressor 11 and a dehumidifying and reheating device 12 for cooling and dehumidifying the compressed air supplied from the compressor and reheating the compressed air. The compressor 11 is substantially the same as that used in the compressed air supply system 100 of FIG. 5 except that the aftercooler 22 is disposed not on the compressor 11 but on the dehumidifying / reheating device 12 side. Yes. In this system 10, only one cooling tower CT is provided, but two or more cooling towers CT may be provided as in the case of FIGS.
[0017]
In this embodiment, the compressor 11 employs a two-stage compression type equipped with an intercooler 17 in the middle of a pipeline 16 from the first-stage compression section 14 to the second-stage compression section 15. Yes. The type of the compressor constituting each of the compression units 14 and 15 may be any of a reciprocating type, a turbo type, and a screw type, but usually a screw type is often used. The first stage compression unit 14 and the second stage compression unit 15 are driven by a common motor M. The intercooler 17 is connected to the cooling tower CT by a cooling water supply pipe 18 and a return pipe 19 so as to be cooled by exchanging heat with the cooling water supplied from the cooling tower CT. The temperature of the cooling water is, for example, about 10 ° C. to 32 ° C., and is set to, for example, about 32 ° C. in the design in consideration of the summer season. Well water is supplied to the cooling tower CT as makeup water through the makeup water pipe 23.
[0018]
A supply air pipe 20 is connected to an outlet side of the second stage compression section 15, and the supply air pipe 20 is connected to the dehumidifying / reheating device 12 side. In this dehumidifying and reheating device 12, the supply air line 20 coming out from the compressor 11 is connected to the high temperature side of the reheating heat exchanger 21 and comes out from the high temperature side of the reheating heat exchanger 21. The air supply pipe 20 a is further connected to the after cooler 22. The aftercooler 22 is cooled by heat exchange with the cooling water supplied from the cooling water supply pipe 18 and the return pipe 19 branched from the cooling tower CT. The water supplied through the cooling water supply pipe 18 is the same temperature as described above, that is, about 10 to 32 ° C., and is about 32 ° C. in the design. The water returning to the cooling tower CT through the return line 19 is, for example, about 15 ° C. to 42 ° C., and is set to about 37 ° C. in the design.
[0019]
The air supply line 20b coming out from the aftercooler 22 is further connected to a heat exchanger 24 using well water. The heat exchanger 24 is connected to connection pipes 23a and 23b branched from the make-up water pipe 23, and the compressed air that has come out of the aftercooler 22 is well water (make-up water before being supplied to the cooling tower CT). ) And further dehumidified. The temperature of the well is, for example, about 15 ° C. to 20 ° C., and about 20 ° C. in the design.
[0020]
The air supply pipe line 20c coming out from the heat exchanger 24 returns to the low temperature side of the reheat heat exchanger 21 described above so as to exchange heat with the compressed air before being cooled by the aftercooler 22. It is connected to the. The air supply pipe 20d coming out from the low temperature side of the reheat heat exchanger 21, that is, the pipe coming out from the dehumidifying reheater 12, is finally connected to a target pipe such as a factory pipe. .
[0021]
The air supply line 20c before entering the low temperature side of the heat exchanger 21 for reheating and the air supply line 20d after exiting are connected by a bypass line 25, and the flow rate is in the middle. An adjustment valve V1 is interposed. The opening / closing actuator of the flow rate adjusting valve V1 can transmit a signal to the temperature control device TIC1 so that the opening degree is adjusted by a signal from the temperature sensor T that detects the temperature of the air supply pipe line 20d from the exit. It is connected. The signal used is usually an electrical signal, but may be other signals such as a pressure signal. In the temperature control device TIC1, when the temperature of the compressed air in the air supply pipe 20d becomes higher than a predetermined temperature, the flow rate of the compressed air that does not pass through the reheat heat exchanger 21 is increased by increasing the flow rate of the bypass pipe 25. The flow rate is increased and the temperature of the compressed air exiting from the dehumidifying / reheating device 12 is lowered. On the contrary, when the temperature is lowered, the flow rate of the bypass pipe 25 is controlled to be reduced. The temperature range to be adjusted varies depending on the purpose of the compressed air, but is set to a preferable range for increasing the internal energy by thermal expansion, for example, 50 ° C to 60 ° C.
[0022]
The temperature sensor T is preferably installed in the vicinity of a use point where the supply air is consumed, and detects the temperature of the compressed air at the use point. Thereby, the compressed air adjusted with the temperature control apparatus TIC1 so that it may become the optimal temperature in a use point can be supplied.
[0023]
As described above, the makeup water pipe 23 for supplying well water (makeup water) to the cooling tower CT is connected to the cooling tower CT after passing through the connection pipelines 23a and 23b and the heat exchanger 24. Then, a bypass line 27 is provided to connect between the connection line 23a before entering the heat exchanger 24 and the connection line 23b after exiting, and a flow rate adjusting valve V2 is interposed in the middle. This flow rate adjusting valve V2 uses the sensors T1 and T2 for detecting the temperature of the well water and the temperature of the cooling water from the cooling tower and the control device TIC2 to supply makeup water (well water) to the heat exchanger 24 when T2 <T1. Control to bypass without passing. However, there is no need to provide a bypass line or a flow rate adjusting valve.
[0024]
In the dehumidifying / reheating device 12 configured as described above, the compressed air supplied from the compressor 11 is cooled by the reheating heat exchanger 21. The temperature of the compressed air is, for example, 180 ° C. to 220 ° C., particularly 200 ° C., and decreases from that temperature to about 165 ° C. The compressed air is further cooled by the aftercooler 22, and is cooled to, for example, 35 ° C to 45 ° C, particularly to 37 ° C. Further, the compressed air is cooled to, for example, 20 ° C. to 30 ° C., particularly 25 ° C. in the heat exchanger 24 using well water. By such a series of cooling, the moisture contained in the compressed air is condensed into water droplets and discharged through the drain. As a result, compressed air that has been dried to the extent that condensation does not occur in the pipeline is supplied.
[0025]
Furthermore, in said embodiment, the compressed air which comes out from the heat exchanger 24 using well water is heated by the reheat heat exchanger 21, for example to 50 to 70 degreeC, especially to 60 degreeC. As a result, the volume of compressed air expands at an absolute temperature ratio, and the energy that can be supplied increases. If the pressure is constant, the volume increases. If the volume is limited, the pressure increases. For example, when the air cooled to 25 ° C. by the heat exchanger 24 using well water is heated to 60 ° C. by the heat exchanger 21 for reheating, it will thermally expand to (60 + 273) / (25 + 273) ≈1.15. If the pressure is constant, the volume of compressed air delivered will increase by about 15%. That is, the energy to be sent is increased by about 15%, and the power for operating the compressor 11 can be reduced correspondingly as compared with the case where reheating is not performed. Thereby, it can contribute to labor saving and reduction of carbon dioxide emission. Furthermore, since the relative humidity of the compressed air supplied simply by heating of the reheat heat exchanger 21 is lowered, there is an advantage that dew condensation in the air supply pipe 20d hardly occurs. As described above, by using the heat exchanger 21 for reheating, the heat energy exchanged by the aftercooler and radiated to the atmosphere by the cooling tower can be effectively used, and the compressor power can be reduced. Can do.
[0026]
Next, the operation of dehumidifying the compressed air with the dehumidifying and reheating device 12 will be described with reference to FIG. The horizontal axis x in FIG. 2 is the temperature t of the compressed air, and the vertical axis y is the absolute humidity. And the 1st curve S1 shown with a broken line is a curve which shows saturated steam (dew point) when compressed air is 7K. A second curve S2 indicated by a solid line shows a state in which the temperature and humidity of the compressed air that has entered the dehumidifying / reheating device 12 change due to cooling and heating. That is, the compressed air immediately after coming out of the compressor 11 is a point (temperature 200 ° C., absolute humidity 20 g / kg) indicated by the symbol J1 on the second curve S2, as indicated by an arrow N as it is cooled by the aftercooler. Reduces temperature and humidity. In addition, the code | symbol R on 2nd curve S2 shows having cooled by using for reheating. However, this cooling load is small.
[0027]
When the compressed air crosses the first curve S1 (symbol J2), that is, after decreasing to the dew point (temperature 37 ° C., absolute humidity 5.8 g / kg), the position of the symbol J3 is further determined by a heat exchanger using well water. It is cooled to (about 25 ° C.). As a result, the absolute humidity is reduced to about 2.9 g / kg. When heated to about 60 ° C. by reheating in this state, the absolute humidity does not change, the relative humidity decreases to about 10 to 20%, and dry compressed air is obtained. In the graph of FIG. 2, the symbol K is the outside air temperature (for example, 33 ° C.), and the absolute humidity of the supplied compressed air is below the dew point at this point. Condensation does not occur.
[0028]
Incidentally, the symbol J4 in FIG. 2 shows the case where the compressed air is dehumidified by the conventional refrigeration dryer as shown in FIG. 5, and is cooled to a temperature much lower than the level for preventing the condensation of the pipeline. I understand. In that case, the volume reduction is increased by excessive cooling.
[0029]
FIG. 3 is a graph showing a comparison of the dehumidifying action of the dehumidifying / reheating device 12 of FIG. 1 and the refrigeration dryer 102 of FIG. The compressed air supplied from the compressors 11 and 101 both contains dry air (dry air) A and moisture W. In the dehumidifying / reheating device 12 of FIG. 1, the moisture corresponding to the symbol W1 is dehumidified out of the moisture W, and therefore the air supply after dehumidification is A + W2. On the other hand, the refrigeration dryer 102 dehumidifies the moisture corresponding to the symbol W3, so that the air supply amount is A + W4. Therefore, if the dehumidification is sufficient to prevent dew condensation on the pipe line, the refrigeration dryer produces so-called “W2-W4” excessive dehumidification. As for the necessary power, the dehumidifying and reheating device 12 in FIG. 1 requires less because the refrigerator is unnecessary.
[0030]
By combining cooling dehumidification with cooling tower CT and aftercooler 22 as described above, cooling dehumidification with heat exchanger 24 using well water, and further reheating and thermal expansion with heat exchanger 21 for reheating, a refrigerator is not used. However, it is possible to achieve dehumidification that does not cause condensation in the pipeline. And combined with the use of thermal expansion due to reheating, the amount of air supply can be increased and the power can be reduced as compared with the case of using a refrigerator.
[0031]
  In the embodiment of the dehumidifying and reheating device described above, the compressed air before supply is reheated by the heat exchanger 21 for reheating. However, in some cases, it may be supplied directly to the pipeline for use without reheating. .In that case, it is outside the scope of the present invention.Even in that case, wellWaterThe above-mentioned effects such as reduction of power consumption and suppression of excessive volume reduction based on cooling and dehumidification of compressed air with the replenishing water of the cooling tower can be achieved. In that case, it becomes a dehumidifying device instead of a dehumidifying reheat device.
[0032]
The compressed air supply system 30 shown in FIG. 4 is substantially the same except that two cooling towers CT1 and CT2 are provided, and that the heat exchanger 24 and the aftercooler 22 are provided integrally in one dehumidifying tower 31. Specifically, it is the same as the system 10 of FIG. In this system 30, the cooling tower is divided into a first cooling tower CT 1 that supplies cooling water to the compressor 11 and a second cooling tower CT 2 that supplies cooling water to the aftercooler 22. However, as in the case of FIG. 1, one unit may supply cooling water to both. These cooling towers may be either a closed type or an open type. The dehumidifying tower 31 is provided with a pipe line 32 for temporarily raising the compressed air introduced from below as indicated by an arrow P. The aftercooler 22 is combined with a heat exchanger 24 provided on the lower side thereof, and the compressed air once raised is sequentially passed through the aftercooler 22 and the heat exchanger 24 to be cooled. Reference numeral 33 denotes a demister for removing water droplets in the compressed air, and reference numeral 34 denotes a filter provided in the air supply pipe 20d.
[0033]
That is, in this cooling and dehumidifying tower 31, the compressed air from the compressor 11 is first cooled by exchanging heat with the cooling water supplied from the second cooling tower CT 2 in the aftercooler 22, and then cooled in the heat exchanger 24. Supercooled with water. In the middle of ascending, moisture is removed by the demister 33 and dehumidified. Further, the dehumidified compressed air is heated by the reheat heat exchanger 21 to expand its volume, the amount of compressed air delivered increases, and condensation in the pipe is further prevented. Further, by integrating the heat exchanger 24 and the aftercooler 22 with one cooling / dehumidifying tower 31, the apparatus becomes compact. Further, by making the cooling and dehumidifying tower 31 a pressure-resistant tank, an air buffer function that suppresses pressure pulsation is achieved. Therefore, it is not necessary to provide a separate air buffer.
[0034]
【Example】
Next, specific examples of the dehumidifying device will be given to explain the operation and effect. This embodiment is based on values designed based on a general environment and required specifications.
(A) [Effect of heat exchange using well water]
The temperature of the compressed air cooled by the aftercooler (dew point temperature) is
tab = cooling water inlet temperature (tw) + α
It can be expressed as. Where α is the temperature difference between the compressed air and the cooling water after heat exchange. When the outside air conditions are an air temperature of 33 ° C., a humidity of 63%, and a wet bulb temperature (wB) of 27 ° C., the cooling water feed to the after cooler is tw 32 ° C. If the temperature difference α is 5 ° C., the temperature of the compressed air coming out of the aftercooler is
tab = 37 ° C. (32 + 5 ° C.)
It becomes. This state corresponds to the symbol J2 in FIG. Absolute humidity X at this timeab= 5.8 (g / kg '). Furthermore, when cooling and dehumidifying to below ambient temperature (for example, outside temperature 33 ° C. or more) with well water (20 ° C.), the temperature difference with well water can be cooled to 5 ° C.
tab ′ = 25 ° C. (20 ° C. + 5 ° C.)
Can be dehumidified by cooling. This state corresponds to the symbol J3 in FIG. Absolute humidity X at this timeab'= 2.9 (g / kg'). As can be seen from this example, cooling by an aftercooler using a cooling tower alone has a considerable dehumidifying effect, but when combined with heat exchange using well water, a sufficient dehumidifying effect can be obtained to prevent dew condensation in the pipeline. Can do.
[0035]
(B) [Water quantity balance] Compressor 600kw, air quantity Qa6,000NmThree/ H
Well water volume (V1) = Required cooling volume q1÷ 10 ℃ (utilization temperature difference).
Figure 0004310111
(However, the latent heat of vaporization of water is 600 kcal / kg). Therefore
Required cooling amount (q1) = (1) + (2) = 33,400 kcal / h
Therefore, heat capacity of water 1mThree: From 1,000 kcal / ° C
Required water volume (V1) = 33,400 ÷ 1,000 ÷ 10 = 3.34mThree/ H
It becomes.
[0036]
Cooling water volume (V2) = Intercooler cooling water volume V2'+ Aftercooler cooling water amount V ".
Intercooler cooling water volume (V2′) = Intercooler cooling amount q2'÷ 6 ° C (utilization temperature difference). When the inlet air temperature of the intercooler is 155 ° C and the outlet air temperature is 40 ° C,
Intercooler cooling amount (q2′) = 6,000 × 1.2 × 0.24 × (155-40) ≈199,000 kcal / h
It becomes. Therefore, 10% heat loss is expected.
Intercooler cooling water volume (V2′) = 199,000 ÷ 1,000 ÷ 6 × 1.1≈36.5 mThree/ H
When we expect about 20% of cooling for oil coolers,
V2'= 36.5 × 1.2 = 44 mThree/ H
It becomes.
[0037]
On the other hand, aftercooler cooling water volume (V2“) = After-cooler cooling amount qThree'÷ 5 ° C (utilization temperature difference).
Aftercooler cooling amount (qThree) = 6,000 × 1.2 × 0.24 × (175-37) ≈239,000 kcal / h
Therefore, expecting 10% heat loss,
Aftercooler cooling water volume (V2") = 239,000 ÷ 1,000 ÷ 5 × 1.1 ≒ 53mThree/ H
It becomes. Therefore
Cooling water volume (V2) = V2'+ V2"= 44 + 53 = 97mThree/ H
It is.
[0038]
Usually, the intercooler and the aftercooler are designed with a cooling water utilization temperature difference in the range of 5 to 10 ° C., and there is no problem with the above utilization temperature difference.
[0039]
Cooling water flow required for intercooler and aftercooler V2  The ratio of the flow rate V1 of the well water to V1 / V2 = 3.34 / 97≈0.034 = 3.4%. Thus, the necessary amount of well water is about 3.4% of the cooling water flow rate, which is almost the same as the amount of cooling tower that is normally required. In other words, it is sufficient to effectively use the cold heat of the make-up water that has been wasted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a piping system diagram showing an entire compressed air supply system equipped with a dehumidifying and reheating device of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the operation of the dehumidifying and reheating device of the system of FIG.
FIG. 3 is a graph showing the operation of the heat exchanger for reheating of the system of FIG.
FIG. 4 is a piping diagram showing another embodiment of a compressed air supply system equipped with the dehumidifying device of the present invention.
FIG. 5 is a piping diagram showing an example of a conventional compressed air supply system.
6 is a schematic view of a compressed air dehumidification / deoiling device of Non-Patent Document 1. FIG.
[Explanation of symbols]
10 Compressed air supply system
11 Compressor
12 Dehumidification reheat device
14 First stage compression section
15 Second stage compression section
16 pipelines
17 Intercooler
M motor
CT cooling tower
18 Cooling water supply pipeline
19 Return pipeline
20, 20a, 20b, 20c, 20d Supply air line
21 Heat exchanger for reheating
22 After cooler
23 makeup water pipeline
23a, 23b Connection pipeline
24 Heat exchanger using well water
25 Bypass pipeline
V1 flow adjustment valve
T temperature sensor
TIC1 temperature controller
V2 flow adjustment valve
TIC1, TIC2 Temperature controller
27 Bypass line
30 Compressed air supply system
CT1 1st cooling tower
CT2 2nd cooling tower
31 Cooling dehumidification tower
32 pipelines
33 Demister
34 Filter
101 Compressor
102 Refrigeration dryer
103 First stage compression section
104 Second stage compression section
105 Intercooler
CT1, CT2 Cooling tower
107 Supply air line
108 Aftercooler
109 makeup water pipeline
110 pump
112 Evaporator
113 Condenser
114 Reheater
116 heat exchanger
117 Evaporation valve
120 Compressed air dehumidification and deoiling equipment
121 Cooling Tower
122 Cooling water circulation pump
123 Cooling dehumidification tower
124 Air inlet
125 Air outlet
126 Drain

Claims (2)

圧縮空気を供給する2段コンプレッサに用いる、クーリングタワーによって供給される冷却水と圧縮空気とを熱交換するアフタークーラを備えた除湿再熱装置であって、
前記コンプレッサの2段目圧縮部から供給される圧縮空気を通す供給エア管路と、
前記クーリングタワーに水を補給するための補給水管路と、
前記供給エア管路の途中に介在され、供給エア管路内の圧縮空気と前記クーリングタワーからの冷却水との間で熱交換するアフタークーラと、
そのアフタークーラの下流側に設けられ、アフタークーラ後の供給エア管路内の圧縮空気と補給水管路内の補給水との間で熱を交換する熱交換器と
その熱交換器から出てくる供給エアと前記コンプレッサの2段目から出てくる高温エアとの間で熱交換する再熱用熱交換器を備えており
前記供給エア管路が、コンプレッサの2段目圧縮部から出た高温の圧縮空気を、前記再熱用熱交換器の高温側、前記アフタークーラ、前記熱交換器および前記再熱用熱交換器の低温側の順に通過させ、
前記熱交換器は、前記クーリングタワーに井水を補給するための補給水管路と前記供給エア管路のアフタークーラ出口側とに接続され、前記アフタークーラから出てくる圧縮空気と前記クーリングタワーに補給される前の補給水との間で熱を交換し、
前記再熱用熱交換器は、前記熱交換器から出てくる供給エアと前記2段目圧縮部出口側の高温エアとの間で熱交換する、圧縮空気の除湿再熱装置。
Used a two-stage compressor for supplying compressed air, a dehumidifying reheating device comprising an after cooler to the cooling water and compressed air to the heat exchanger supplied by a cooling tower,
A supply air line for passing compressed air supplied from the second stage compression section of the compressor ;
And replenishing water lines for supplying well water in the cooling tower,
And aftercooler you heat exchange with the cooling water from the interposed midway of the supply air duct, the compressed air in the supply air duct cooling tower,
Provided on the downstream side of the aftercooler, a heat exchanger for exchanging heat between the compressed air supply air duct after the aftercooler and makeup water supply water conduit,
Includes a reheat heat exchanger for heat exchange between the hot air from its heat exchanger comes out the supply air coming out of the second stage of the compressor,
The supply air line is adapted to convert the high-temperature compressed air that has come out of the second-stage compression section of the compressor into the high-temperature side of the reheat heat exchanger, the aftercooler, the heat exchanger, and the reheat heat exchanger. In order of the low temperature side,
The heat exchanger is connected to a replenishing water line for replenishing well water to the cooling tower and an aftercooler outlet side of the supply air line, and is supplied to the cooling tower and compressed air coming out of the aftercooler. Exchange heat with the replenishing water before
The reheat heat exchanger is a dehumidification reheat device for compressed air that exchanges heat between the supply air coming out of the heat exchanger and the high temperature air on the outlet side of the second-stage compression section .
前記再熱用熱交換器の低温側に入る前のエア供給管路と出てからのエア供給管路との間にバイパス管路が接続され、
そのバイパス管路の途中に流量調整バルブが設けられ、
前記流量調整バルブのアクチュエータは、前記エア供給管路または供給エアが使用されるユースポイントの温度を検出する温度センサからの信号により、前記エア供給管路内の圧縮空気の温度が所定温度になるように、開度が調節される、請求項1記載の圧縮空気の除湿再熱装置。
A bypass line is connected between the air supply line before entering the low temperature side of the heat exchanger for reheating and the air supply line after exiting,
A flow control valve is provided in the middle of the bypass line,
The actuator of the flow rate adjusting valve causes the temperature of the compressed air in the air supply line to become a predetermined temperature based on a signal from a temperature sensor that detects the temperature of the air supply line or a use point where the supply air is used. The dehumidifying and reheating apparatus for compressed air according to claim 1, wherein the opening degree is adjusted as described above .
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