JP7681321B2

JP7681321B2 - 低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法

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Publication number: JP7681321B2
Application number: JP2022090605A
Authority: JP
Inventors: 智士勝野; 千華小林
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2022-06-03
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2025-05-22
Anticipated expiration: 2042-06-03
Also published as: JP2023177761A

Description

本発明は、空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法に関する。

本出願人は、先に、圧縮空気を冷却する冷凍機と、この冷凍機で冷却された圧縮空気を冷却対象に向けて吹き出す冷風吹き付け部とを有する冷風供給装置において、前記冷風吹き付け部から吹き出される冷風流量を、待機動作時に、零あるいは通常動作時の流量よりも少ない待機動作流量となるように制限する流量調節手段を有することを特徴とする冷風供給装置（特許文献２参照）を提案している。この冷風供給装置（低温圧縮空気供給装置システム）によれば、一時的な停止に伴う予冷準備時間を短縮することにより、加工作業の無駄時間を低減できる。

また、本出願人は、先に、工作機械の加工対象物や工具等を冷却するために用いる冷却圧縮空気を形成する圧縮空気冷却装置に関し、圧縮空気を冷却するための第１の冷却器、およびこの第１の冷却器を介して第１の冷媒を循環させる第１の冷媒循環回路を備えた第１の冷却回路と、前記第１の冷却器を経由して供給される圧縮空気を冷却するための第２の冷却器、およびこの第２の冷却器を介して第２の冷媒を循環させる第２の冷媒循環回路を備えた第２の冷却回路と、前記第１の冷却回路および前記第２の冷却回路を同時に用いて、あるいは選択的に用いて、圧縮空気の冷却を行なわせるための切換制御手段とを有し、前記第１の冷媒は、前記第２の冷媒よりも沸点が高く、前記切換え制御手段は、予め設定された前記第２の冷却器で冷却された後の冷却圧縮空気の設定温度と、前記第１の冷却器で冷却される前の圧縮空気の温度である入口温度と、予め定められた切換制御温度とに基づき、前記設定温度が前記切換制御温度よりも低い場合において、前記入口温度が前記切換制御温度よりも低い場合には、前記第２の冷却回路のみを用いて圧縮空気の冷却を行い、前記入口温度が前記切換制御温度以上の場合には、前記第１および第２の冷却回路の双方を用いて圧縮空気を冷却し、前記設定温度が前記切換制御温度以上の場合には、前記第１の冷却回路のみを用いて圧縮空気を冷却することを特徴とする圧縮空気冷却装置（特許文献３参照）を提案している。これによれば、冷却温度範囲全域に亘って冷却効率が良く、しかも電力消費量も少ない圧縮空気冷却装置（低温圧縮空気供給装置システム）を実現できる。

また、従来から、低温圧縮空気供給装置システムには、その構成要素として、吸着式の除湿装置（「ヒートレスドライヤー」ともいう）が用いられている。
このヒートレスドライヤーでは、乾燥した気体（例えば空気）を連続して吐出・供給するため、活性アルミナ、シリカゲル、合成ゼオライト或いは塩化リチウムなどの吸着剤を充填した吸着筒（以下、「吸着塔」ともいう。）が２塔設けられている。一方の吸着塔に湿った圧縮空気を導いて吸着乾燥を行い、得られた乾燥空気を所定の供給先に供給する。同時に、得られた乾燥空気の一部を他方の吸着塔に導き、前段階の乾燥工程で吸湿して吸湿能力の低下した吸着剤から湿分を脱着し、さらにこの湿分を吸着塔からパージして吸着剤の再生を行う。なお、この再生工程では、一般的に、得られた乾燥空気の約１０％の量を大気に放出する。この一方の吸着塔における圧縮空気の乾燥工程と、他方の吸着塔における吸着剤の再生工程は同時に並行して行われる。また、これらの乾燥工程と再生工程は二つの吸着塔の間で交互に行われる。例えば、所定時間経過ごとに両吸着塔に接続された切換え弁を切換える。これにより、乾燥空気を製品空気として連続的に所定の供給先に供給することができる。なお、この２塔式の圧縮気体成分調整方法は、圧力スウィング法とも称されている。

このような吸着剤を利用した気体成分の調整装置においては、運転停止時に適正に停止させないと、運転再開時に継続して好適な運転をすることができない場合がある。
これに対しては、例えば先に、吸着剤が充填された二つの吸着塔のうち一方へ圧縮気体を導いて該圧縮気体の湿分が吸着除湿されることで乾燥気体を吐出させる乾燥工程と、該乾燥工程によって乾燥された圧縮気体の一部を前工程で圧縮気体の湿分を吸着除湿した他方の吸着塔へ導いて吸着能力が低下した吸着剤から湿分を脱着させると共に排気させて該吸着剤を再生させる再生工程とを並行して行い、これらの乾燥工程と再生工程とを二つの吸着塔の間で実質的に交互に行うことで乾燥気体を連続的に吐出させる圧縮気体の除湿における継続供給方法であって、前記再生工程においては各吸着塔についてそれぞれ設けられ、該吸着塔から供給される乾燥した圧縮気体によって開閉駆動される排気バルブを作動させて排気の制御を行い、前記排気バルブの開閉駆動に用いられる圧縮気体の圧力が予め設定した値よりも低下した場合に、二つの吸着塔の双方について再生工程の排気が止められた状態となるように、各吸着塔にかかるそれぞれの排気バルブを共に閉じた状態とし、その後に装置全体の運転を停止させることを特徴とする圧縮気体の除湿における継続供給方法（特許文献１参照）が、本出願人によって提案されている。

特許第３２１７０３０号公報（請求項１）特許第３５１８８６０号公報（請求項１）特許第４３５１１７４号公報（請求項１）

低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法に関して解決しようとする問題点は、気象条件や製品空気の使用環境条件などの外界の環境条件が変化することについて、従来のシステムでは適切に対応することができず、システムの運転のために無駄にエネルギーを消費する結果となっていた。例えば、低温圧縮空気供給装置システムに係る圧縮空気の入気条件が変化しても、それに対応して運転状況を適切に変化させ、消費エネルギーを低減させることについて、合理的な提案がなされてこなかったことにある。

そこで本発明の目的は、気象条件や製品空気の使用環境条件などの外界の環境条件の変化に適切に対応し、システムの運転のためのエネルギー消費を低減することができる低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る低温圧縮空気供給装置システムの一形態によれば、空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給装置システムであって、吸着剤が充填された二つの吸着筒を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤーと、該ヒートレスドライヤーから供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器と、該第１の冷却器から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器とを備える乾燥冷却システム部が設けられ、前記乾燥冷却システム部へ供給される圧縮空気に係る温度が基準となる温度よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記第１の冷却器による冷却を停止又は低減させるように制御する制御装置を備える。

また、本発明に係る低温圧縮空気供給装置システムの一形態によれば、空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給装置システムであって、吸着剤が充填された二つの吸着筒を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤーと、該ヒートレスドライヤーから供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器と、該第１の冷却器から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器とを備える乾燥冷却システム部が設けられ、前記乾燥冷却システム部へ供給される圧縮空気に係る露点が基準となる露点よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記ヒートレスドライヤーの前記二つの吸着筒に係る切り替え時間の間隔を延長させるように制御する制御装置を備える。

また、本発明に係る低温圧縮空気供給装置システムの一形態によれば、温度を検知する温度センサや露点を検知する露点センサが、前記乾燥冷却システム部に圧縮空気を供給する入気部の側に設置されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る低温圧縮空気供給装置システムの一形態によれば、流量を検知する流量センサが、前記第２の冷却器に乾燥圧縮空気を供給する入気部の側に設置されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る低温圧縮空気供給方法の一形態によれば、空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給方法であって、吸着剤が充填された二つの吸着筒を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤーと、該ヒートレスドライヤーから供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器と、該第１の冷却器から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器とを備える乾燥冷却システム部において、前記乾燥冷却システム部へ供給される圧縮空気に係る温度が基準となる温度よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記第１の冷却器による冷却を停止又は低減させることを特徴とする。

また、本発明に係る低温圧縮空気供給方法の一形態によれば、空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給方法であって、吸着剤が充填された二つの吸着筒を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤーと、該ヒートレスドライヤーから供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器と、該第１の冷却器から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器とを備える乾燥冷却システム部において、前記乾燥冷却システム部へ供給される圧縮空気に係る露点が基準となる露点よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記ヒートレスドライヤーの前記二つの吸着筒に係る切り替え時間の間隔を延長させることを特徴とする。

本発明に係る低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法によれば、気象条件や製品空気の使用環境条件などの外界の環境条件の変化に適切に対応し、システムの運転のためのエネルギー消費を低減することができるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る低温圧縮空気供給装置システムの形態例を示す回路図である。本発明に係るヒートレスドライヤーの形態例を示す回路図である。図１のヒートレスドライヤーにおける動作の実施例を説明するタイムチャートである。

以下、本発明に係る低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法の形態例を添付図面（図１～３）に基づいて詳細に説明する。この低温圧縮空気供給装置システムとは、空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させるものである。

先ず、この低温圧縮空気供給装置システムに係るエネルギー消費の低減（以下、「省エネ」という。）をするために、乾燥冷却システム部２００を制御する発明について、図１に基づいて説明する。

本発明に係る低温圧縮空気供給装置システムでは、吸着剤が充填された二つの吸着筒１０、２０（図２参照）を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤー１と、そのヒートレスドライヤー１から供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器２と、その第１の冷却器２から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器３とを備える乾燥冷却システム部２００が設けられていることを、基本的な構成としている。

そして、省エネのための第１の構成としては、乾燥冷却システム部２００へ供給される圧縮空気に係る温度が基準となる温度よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記第１の冷却器による冷却を停止又は低減させるように制御する制御装置５０を備える。

この本発明に係る低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法によれば、気象条件や製品空気の使用環境条件などの外界の環境条件の変化に適切に対応し、システムの運転のためのエネルギー消費を低減することができる。すなわち、入気温度が低い場合はそのために顕熱負荷が低いと判断し、流量が少ない場合はそのために負荷が低いと判断し、第１の冷却器の運転を停止又は低減させることで、省エネを図ることができる。

なお、本発明に係る乾燥冷却システム部２００には、その入気部に圧縮空気を供給する圧縮空気供給源１００が接続され、乾燥冷却システム部２００に設けられている第１の冷却器２及び第２の冷却器３には、それぞれの凝縮器２ｂ、３ｂを冷却する手段の一例として冷却水源３００を接続することができる。

前記の圧縮空気供給源１００としては、例えば、圧縮空気を発生させるコンプレッサ、その圧縮空気に含まれる水分を凝集させてドレンとして排出することで除湿させる圧縮空気除湿装置や、空気圧タンクを構成要素として備えるものを用いることができる。
また、この低温圧縮空気供給装置システムによって発生した製品空気である超低温乾燥空気は、低温圧縮空気利用設備４００へ供給されるように、乾燥冷却システム部２００から吐出されるように構成されている。

また、本形態例の第１の冷却器２及び第２の冷却器３は、冷凍サイクルによって冷却をする装置になっており、第１の熱交換器２ａ及び第２の熱交換器３ａによって圧縮空気が冷却され、例えば、－３５℃に温調した超低温の圧縮空気を、低温圧縮空気利用設備４００へ供給できるように構成されている。そして、本形態例では、外部の冷却水源３００から冷却水９を導入し、第１の冷却器２の第１の水冷凝縮器２ｂや第２の冷却器３の第２の水冷凝縮器３ｂを冷却できる水冷式の冷凍サイクルシステムになっている。なお、この冷凍サイクルを用いた冷却器２、３としては、空冷式の冷凍サイクルシステムとすることができるのは勿論である。また、本形態例では、３ｃは露点センサであり、第２の冷却器３の構成要素となっており、露点を計測するために、僅かに空気をパージするように設けられている。さらに、３ｄは空気パージ弁であり、製品空気である低温圧縮空気の低温圧縮空気利用設備４００の側へ供給が余剰となった場合に、適宜にパージされるように設置されている。

次に、省エネのための第２の構成としては、乾燥冷却システム部２００へ供給される圧縮空気に係る露点が基準となる露点よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、ヒートレスドライヤー１の二つの吸着筒１０、２０に係る切り替え時間の間隔を延長させるように制御する制御装置５０を備える。

この本発明に係る低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法によれば、気象条件や製品空気の使用環境条件などの外界の環境条件の変化に適切に対応し、システムの運転のためのエネルギー消費を低減することができる。すなわち、入気露点が低い場合はそのためにシステム入口の湿分負荷が低いと判断し、流量が少ない場合はそのために負荷が低いと判断し、ヒートレスドライヤーの切り替え時間を延長することで、省エネを図ることができる。つまり、ヒートレスドライヤーの切り替え時間を延長することで、主に、吸着剤の再生工程のパージによって排気される圧縮空気の量を低減することが可能となるため、省エネになる。

また、本形態例では、温度を検知する温度センサや露点を検知する露点センサ（温度露点センサ６）が、乾燥冷却システム部２００に圧縮空気を供給する入気部の側に設置されている。これによれば、乾燥冷却システム部２００に供給される圧縮空気の状況を適切に確認でき、気象条件などの外界の変化に適切に対応して、前述したように、システムの運転のためのエネルギー消費を低減するように、乾燥冷却システム部２００の構成要素を適宜に制御できる。本形態例では、前述のように設置された温度露点センサ６からの情報を、制御装置５０が受け取り、その制御装置が予め設定された条件に対応させて、運転指令を各機器に送信することで、省エネ運転ができるようになっている。

なお、本実施例では、流量を検知する流量センサ７が、前記第２の冷却器に乾燥圧縮空気を供給する入気部の側に設置されている。これによれば、流量センサ７が、通常の流量センサ７の耐寒性能をクリアできる範囲で、システムの最も下流側に設置されている。このため、最終的に必要となる製品空気の流量について、より良い条件で測定することができ、その計測データに基づいて適切な制御を行うことができる。本形態例では、前述のように設置された流量センサ７からの情報を、制御装置５０が受け取り、その制御装置５０が予め設定された条件に対応させて、運転指令を各機器に送信することで、省エネ運転ができるようになっている。

次に、本発明に関連する低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法において、乾燥冷却システム部２００を流れる圧縮空気に係る流量が定格流量を超えたときに、低温圧縮空気供給装置システムの運転継続や保護のために、乾燥冷却システム部２００を制御する発明について、図１に基づいて説明する。

この定格流量を超えたときに対応するための低温圧縮空気供給装置システムにおいても、吸着剤が充填された二つの吸着筒１０、２０（図２参照）を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤー１と、そのヒートレスドライヤー１から供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器２と、その第１の冷却器２から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器３とを備える乾燥冷却システム部が設けられていることを、基本的な構成とする。

そして、低温圧縮空気供給装置システムの運転継続や保護のための第１の構成としては、乾燥冷却システム部２００を流れる圧縮空気に係る流量が定格流量を超えたときに、定格流量となるように流量を調整する流量制御弁８と、その流量制御弁８を制御する制御装置５０とを備える。

この低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法によれば、突発的な入気条件の変動や負荷変動などによって、圧縮空気流量が定格流量よりも増えた場合でも、運転を継続しつつ、システムを保護することができることができる。すなわち、流量が定格流量を超えた場合、定格流量となるように流量制御弁を調整することで、システムが警報停止せずに、運転を継続できると共に、超低温圧縮空気冷却装置である第２の冷却器３の過負荷運転状態を防止でき、風量増加時のフィルタ（第１のフィルタ４及び第２のフィルタ５など）差圧増加によるフィルタエレメントの破損を防止することができる。

なお、本実施例では、流量制御弁８が、第２の冷却器３から製品空気を吐出する吐出部の側に設置されている。これによれば、流量制御弁８を、製品空気を供給する低温圧縮空気利用設備４００へ接続される部分の直前に配置することができるため、製品空気の流量をより正確にコントロールできる。

そして、低温圧縮空気供給装置システムの運転継続や保護のための第２の構成としては、該乾燥冷却システム部を流れる圧縮空気に係る流量が定格流量を超えたときに、前記第２の冷却器の設定温度を上昇させるように制御する制御装置を備える。

この低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法によれば、突発的な入気条件の変動や負荷変動などによって、圧縮空気流量が定格流量よりも増えた場合でも、運転を継続することができることができる。すなわち、この発明では、流量増加に伴い、ヒートレスドライヤー１及び第１の冷却器２は負荷が増加した場合、そのヒートレスドライヤー１の負荷増加によって第２の冷却器３の入口露点が上昇することに対し、その第２の冷却器３に内蔵された第２の熱交換器３ａの凍結防止のため、設定温度を上昇させて露点温度以上で出口温度を制御することになる。これによれば、流量が定格流量を超えた場合でも、測定流量に応じて超低温圧縮空気冷却装置である第２の冷却器３の設定温度を、自動で変更することで、システムが警報停止せずに、運転を継続できる。なお、この制御は、低温圧縮空気利用設備４００の側で、許容される範囲内に限定されて実行されるもので、最適条件ではないが運転可能な範囲が設定されている場合に有効に機能し、運転を継続させることができる。

そして、低温圧縮空気供給装置システムの運転継続や保護のための第３の構成としては、乾燥冷却システム部を流れる圧縮空気に係る流量が、前記ヒートレスドライヤーの前記二つの吸着筒１０、２０に係る切り替えタイミングに定格流量を超えているときに、前記ヒートレスドライヤーの二つの吸着筒１０、２０に係る切り替えタイミングを一定時間遅延させるように制御する制御装置５０を備える。

この低温圧縮空気供給装置システム及び低温圧縮空気供給方法によれば、突発的な入気条件の変動や負荷変動などによって、圧縮空気流量が定格流量よりも増えた場合でも、運転を継続しつつ、システムを保護することができる。すなわち、ヒートレスドライヤー１の吸着筒１０、２０の切り替えタイミングに流量が定格流量を超えている場合は、ヒートレスドライヤー１の切り替えタイミングを一定時間遅延することで、システムが警報停止せずに、運転を継続できると共に、吸着筒１０、２０切り替えタイミングに流量が増加することを防止でき、風量増加時のフィルタ（第１のフィルタ４及び第２のフィルタ５など）差圧増加によるフィルタエレメントの破損を防止することができる。また、これにより、第２のフィルタ５が確実に機能し、ヒートレスドライヤー１の吸着剤の漏出を防止することができる。

なお、ヒートレスドライヤー１の切り替えタイミングを一定時間遅延する上記の形態例において、一定時間経過後も流量が定格流量を超えている場合は、他の条件について深刻な問題がない場合、吸着筒１０、２０の切り替えを実施する。これは、吸着筒１０、２０の切り替えを実施しないと露点が上昇するためである。

ところで、二つの吸着筒１０、２０に係る切り替えのタイミングで流量が増加する現象は、図３の工程（１）、（３）や（１）’に示すように、吸着剤の昇圧工程の終盤であって昇圧が完了した状態であって切り替えがなされる前の状態では、それぞれの吸着筒１０又は２０では、パージされて排気される空気や昇圧のために使われる空気がなくなるため、一次的に、製品空気として吐出される空気量が増えることによる。
従って、ヒートレスドライヤー１の切り替えタイミングを一定時間遅延するとは、図３の工程（２）、（４）や（４）’に示すように、吸着筒１０又は２０のいずれかで、パージによる排気がなされている排気工程が含まれる工程について、その工程を延長し、切り替えタイミングを一定時間遅延すると良い。

次に、本発明に適用できる特願２０２１－１４４４４９号で出願した内容のヒートレスドライヤー（圧縮気体成分調整装置）の形態例について、図２、３に基づいて詳細に説明する。本発明に係る圧縮気体成分調整装置は、吸着剤が充填された二つの吸着筒１０、２０を交互に用いることで、圧縮気体の気体成分を調整し、気体成分が調整された調整気体を継続的に吐出させるものであり、以下の構成を備える。

この圧縮気体成分調整装置では、先ず、導入された圧縮気体の所要成分を吸着する吸着剤が充填された第１吸着筒１０及び第２吸着筒２０を備える。なお、図２では、第１吸着筒１０が「ＣＬＭＡ」と表記され、第２吸着筒２０が「ＣＬＭＢ」と表記されている。また、本形態例の吸着剤は、空気の湿分を吸着して乾燥空気を製品空気として吐出するもので、背景技術の欄で説明したような吸着式の除湿装置になっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、適宜選択的に湿分（水蒸気）とは異なる他の気体成分を吸着できる吸着剤を用いることができるのは勿論である。それによれば、本発明は、所要の気体成分を除去して所要の気体成分の濃度を高めるように機能する圧縮気体成分調整装置として好適に適用できる。

また、本形態例では、図２に示すように、気体通路として、第１吸着筒１０に圧縮気体を導く第１給気通路１１、及び第２吸着筒２０に圧縮気体を導く第２給気通路２１と、第１吸着筒１０から調整気体を吐出させる第１吐出通路１３、及び第２吸着筒２０から調整気体を吐出させる第２吐出通路２３と、第１吸着筒１０と第２吸着筒２０を連通する吸着筒間接続路３３と、第２吸着筒２０で調整された調整気体の一部が吸着筒間接続路３３を介して第１吸着筒１０に導かれて吸着剤から所要成分を脱着パージして該吸着剤を再生させるように排気させる第１排気通路１５、及び第１吸着筒１０で調整された調整気体の一部が吸着筒間接続路３３を介して第２吸着筒２０に導かれて吸着剤から所要成分を脱着パージして該吸着剤を再生させるように排気させる第２排気通路２５とを備えている。

なお、吸着筒間接続路３３には、図２に示すようにオリフィス３４が設けられており、このオリフィス３４は所定の一定の圧力をかけることによって所定の一定の流量が得られるように作用する。従って、本形態例では、第１排気通路１５又は第２排気通路２５が開通して第１吸着筒１０又は第２吸着筒２０が大気に開放された場合、その大気に開放された第１吸着筒１０内又は第２吸着筒２０内と給気される圧縮気体との圧力差によって、オリフィス３４を通過する空気量は一定の流量となるように自動的にコントロールされる。

また、本形態例では、図２に示すように、上述の気体通路のうち給気通路１１、１２を開閉して切り替える「切替弁（図３参照）」の弁機構の構成要素として、第１給気通路１１を開閉する第１給気バルブ１２、及び第２給気通路２１を開閉する第２給気バルブ２２と、第１給気バルブ１２及び第２給気バルブ２２の開閉切り替えを行うように作動する給気バルブ開閉手段３０とを備えている。なお、図２に示す形態例では、第１給気バルブ１２及び第２給気バルブ２２がコントロールバルブ（ＣＴＶ）によって構成されており、給気バルブ開閉手段３０がパイロットバルブ（ＰＶ１）によって構成されている。

また、本形態例では、図２に示すように、上述の気体通路のうち排気通路１５、２５を開閉して切り替える「排気弁（図３参照）」の弁機構の構成要素として、第１排気通路１５を開閉する第１排気バルブ１６、及び第２排気通路２５を開閉する第２排気バルブ２６と、第１排気バルブ１６の開閉を行うように作動する第１排気バルブ開閉装置１７、及び第２排気バルブ２６の開閉を行うように作動する第２排気バルブ開閉装置２７とを備えている。なお、図２に示す形態例では、第１排気バルブ１６及び第２排気バルブ２６がエキゾーストバルブ（ＥＸＶ）によって構成されており、排気バルブ開閉手段が、第１排気バルブ開閉装置１７及び第２排気バルブ開閉装置２７として配された二つのパイロットバルブ（ＰＶ２、ＰＶ３）によって構成されている。

なお、本形態例の給気バルブ開閉手段３０を構成するパイロットバルブ（ＰＶ１）、第１排気バルブ開閉装置１７及び第２排気バルブ開閉装置２７を構成する二つのパイロットバルブ（ＰＶ２、ＰＶ３）は、電磁制御弁であり、特許文献３に記載されているように作動し、二つの吸着筒１０、２０から供給される圧縮気体によって、前述のコントロールバルブ（ＣＴＶ）及びエキゾーストバルブ（ＥＸＶ）を作動させて、前述の切替工程を実行するように配設されている。

また、本形態例では、図２に示すように、第１吸着筒１０内の圧力を監視する第１圧力センサー４５、及び第２吸着筒２０内の圧力を監視する第２圧力センサー４６とが配されている。なお、本形態例の第１圧力センサー４５（ＰＳ１）は、第１吸着筒１０の調整気体（本形態例では乾燥空気）が吐出される側である下流側であって、吸着筒間接続路３３のオリフィス３４に至る手前の管路（通気路）に装着されて、第１吸着筒１０の圧力を計測検出して検出圧力情報を後述する制御装置５０へ出力するように設けられている。また、本形態例の第２圧力センサー４６（ＰＳ２）は、第２吸着筒２０の調整気体（本形態例では乾燥空気）が吐出される側である下流側であって、吸着筒間接続路３３のオリフィス３４に至る手前（通気路）の管路に装着されて、第２吸着筒２０の圧力を計測検出して検出圧力情報を後述する制御装置５０へ出力するように設けられている。

そして、本形態例では、第１圧力センサー４５及び／又は第２圧力センサー４６で得られた検出圧力情報が入力され、予め設定された設定時間を基準とし、前記検出圧力情報と予め設定された設定圧力とを比較することで判断し、所要の条件に到達した時点で、給気バルブ開閉手段３０と排気バルブ開閉手段（第１排気バルブ開閉装置１７及び第２排気バルブ開閉装置２７）とを作動させるように制御信号や、警告信号を出力する制御装置５０とを備えている。

以上の構成を備えることで、本発明に係る圧縮気体成分調整装置によれば、圧力スウィング法に用いられる二つの吸着筒１０、２０内部の圧力変化を経過時間と関連付けて監視し、圧縮気体の気体成分調整に係る工程を実行する装置の動作をより適切に管理することができるという特別有利な効果を奏する。

また、図２に示すように、本形態例では、以上構成の他に以下の構成を備えている。
１４はチェックバルブ（ＣＫＶ（１））であり、吐出される調整気体（本形態例では乾燥空気）が逆流しないように装着されている。また、４２はチェックバルブ（ＣＫＶ（２））であり、二つの吸着筒１０、２０の下流部から制御用としてパイロットバルブ（ＰＶ１）及び二つのパイロットバルブ（ＰＶ２、ＰＶ３）へ供給される圧縮気体が、逆流しないように装着されている。また、図２において、ＡＦと表記されているのはエアフィルタであり、ＩＦがインレットフィルタ、ＯＦがアウトレットフィルタである。また、図２において、ＳＬＣはサイレンサであり、エキゾーストバルブ（ＥＸＶ）の排気口となっており、排気騒音を低減するように配されている。さらに、ＭＳは、温湿度センサーである。

次に、制御装置５０の制御構成について、具体的な実施例を、図３に基づいて説明する。
本形態例では、図３に示すように、制御装置５０では、第１排気バルブ１６又は第２排気バルブ２６を閉じて第１吸着筒１０内又は第２吸着筒２０内を昇圧させる際の設定時間として、第１の昇圧設定時間（＜ａ＞秒）とその第１の昇圧設定時間（＜ａ＞秒）よりも長い時間の第２の昇圧設定時間（＜ｃ＞秒）との２つが設定されている。

そして、図３に示す（Ｘ秒）は、実際に昇圧設定圧力（本実施例では二つの吸着筒１０、２０間の差圧が例えば０（±０．０５）ＭＰａ、又はΔｐになる圧力）までに達する時間の長さであり、第１の昇圧設定時間（＜ａ＞秒）までに昇圧設定圧力に到達したことが第１圧力センサー４５及び／又は第２圧力センサー４６の検出圧力情報によって検知された場合には、第１の昇圧設定時間（＜ａ＞秒）になった時点で給気バルブ開閉手段３０及び排気バルブ開閉手段（第１排気バルブ開閉装置１７又は第２排気バルブ開閉装置２７）を作動させて給気及び排気にかかる切り替えを行うように制御信号が、制御装置５０によって出力される。なお、この昇圧設定圧力とは、第１圧力センサー４５及び第２圧力センサー４６の検出圧力情報によって算出される差圧であっても良いし、例えば圧縮気体成分調整装置に供給される給気圧が安定している場合は第１圧力センサー４５又は第２圧力センサー４６の検出圧力情報について個々に設定される圧力（Δｐ）であってもよい。これによる操作の例としては、例えば、図３のタイムチャートにおいて、工程（１）から（２）に移行する時点の第２吸着筒２０（Ｂ筒）で、実際の経過時間（Ｘ秒）が第１の昇圧設定時間（＜ａ＞秒）と同じになった場合、給気バルブ開閉手段３０によって第２給気バルブ２２を開いて給気が第１吸着筒１０（Ａ筒）からＢ筒２０に切り替えられることによってＢ筒２０で吸着工程が始まり、Ａ筒１０では第１排気バルブ開閉装置１７によって第１排気バルブ１６が開いて排気工程が始まるように切替操作がなされる。

また、第１の昇圧設定時間（＜ａ＞秒）から第２の昇圧設定時間（＜ｃ＞秒）までに昇圧設定圧力（差圧０（±０．０５）ＭＰａ、又はΔｐ）に到達したことが第１圧力センサー４５及び／又は第２圧力センサー４６の検出圧力情報によって検知された場合には、その検知された時点で給気バルブ開閉手段３０及び第１排気バルブ開閉装置１７又は第２排気バルブ開閉装置２７を作動させて給気及び排気にかかる切り替えを行うように制御信号が、制御装置５０によって出力される。これによる操作の例としては、例えば、図３のタイムチャートにおいて、工程（１）’から（２）’に移行する時点のＢ筒２０で、実際の経過時間（Ｘ秒）が第１の昇圧設定時間（＜ａ＞秒）よりも長くなった場合、その（Ｘ秒）の時点で、給気バルブ開閉手段３０によって第２給気バルブ２２を開いて給気がＡ筒１０からＢ筒２０に切り替えられることによってＢ筒２０で吸着工程が始まり、Ａ筒１０では第１排気バルブ開閉装置１７によって第１排気バルブ１６が開いて排気工程が始まるように切替操作がなされる。なお、図３のタイムチャートにおいて、工程（３）から（４）に移行する際には、Ａ筒１０とＢ筒２０の動作が逆になるが、上記と同様の切替操作がなされる。

さらに、第２の昇圧設定時間（＜ｃ＞秒）までに昇圧設定圧力（差圧０（±０．０５）ＭＰａ、又はΔｐ）に到達したことが第１圧力センサー４５及び／又は第２圧力センサー４６の検出圧力情報によって検知されない場合には、第２の昇圧設定時間（＜ｃ＞秒）になった時点で強制的に給気バルブ開閉手段３０及び第１排気バルブ開閉装置１７又は第２排気バルブ開閉装置２７を作動させて給気及び排気を切り替える制御信号が、制御装置５０によって出力される。これによる操作の例としては、例えば、図３のタイムチャートにおいて、工程（３）’から（４）’に移行する時点のＡ筒１０で、第２の昇圧設定時間（＜ｃ＞秒）になっても設定圧力（Δｐ）に到達しない場合、その（＜ｃ＞秒）の時点で、給気バルブ開閉手段３０によって第１給気バルブ１２を開いて給気がＢ筒２０からＡ筒１０に切り替えられることによってＡ筒１０で吸着工程が始まり、Ｂ筒２０では第２排気バルブ開閉装置２７によって第２排気バルブ２６が開いて排気工程が始まるように切替操作がなされる。

以上の昇圧工程にかかる切替操作によれば、前述のようにスムースな切り替えが可能となって、圧力変動による吸着剤の粉化（劣化）やバルブ類の故障が発生することを防止できる。

さらにまた、本形態例では、前記制御装置５０によって、前記排気工程において排気を開始した時点から、第１吸着筒１０内又は第２吸着筒２０内の圧力が予め設定された降圧設定圧力（Δｐ）の値まで降下する時間として予め設定された降圧設定時間（＜ｂ＞秒）を経過しても、降圧設定圧力（Δｐ）の値と第１吸着筒１０内又は第２吸着筒２０内の圧力を監視するように設けられた第１圧力センサー４５又は第２圧力センサー４６の検出圧力情報とを比較することで、第１吸着筒１０内又は第２吸着筒２０内の圧力が降圧設定圧力（Δｐ）の値まで下がらなかった場合に警報を発報するための警報信号を出力するようになっている。

これによる操作の例としては、例えば、図３のタイムチャートにおいて、工程（４）’に示すようにＢ筒２０で、降圧設定時間（＜ｂ＞秒）になっても降圧設定圧力（Δｐ）に到達しない場合であって、実際の降圧時間（Ｙ秒）が降圧設定時間（＜ｂ＞秒）よりも長くなった場合には、前記制御装置５０によって警報を発報するための警報信号が出力される。これによれば、前述のように信頼性と稼働効率を向上できる。

以上に説明した圧縮気体成分調整装置（ヒートレスドライヤー）によれば、その制御装置５０による制御方法を応用することによって、図１に示した低温圧縮空気供給装置システムについて、ヒートレスドライヤー１の二つの吸着筒１０、２０にかかる切り替え時間の間隔を延長させるように制御することや、ヒートレスドライヤー１の二つの吸着筒１０、２０にかかる切り替えタイミングを一定時間遅延させるように制御することができる。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１ヒートレスドライヤー
２第１の冷却器
２ａ第１の熱交換器
２ｂ第１の水冷凝縮器
３第２の冷却器
３ａ第２の熱交換器
３ｂ第２の水冷凝縮器
３ｃ露点センサ
３ｄ空気パージ弁
４第１のフィルタ
５第２のフィルタ
６温度露点センサ
７流量センサ
８流量制御弁
９冷却水
１０第１吸着筒（Ａ筒）
１１第１給気通路
１２第１給気バルブ
１３第１吐出通路
１４チェックバルブ（ＣＫＶ（１））
１５第１排気通路
１６第１排気バルブ
１７第１排気バルブ開閉装置（パイロットバルブ（ＰＶ２））
２０第２吸着筒（Ｂ筒）
２１第２給気通路
２２第２給気バルブ
２３第２吐出通路
２５第２排気通路
２６第２排気バルブ
２７第２排気バルブ開閉装置（パイロットバルブ（ＰＶ３））
３０給気バルブ開閉手段（パイロットバルブ（ＰＶ１））
３３吸着筒間接続路
３４オリフィス
４２チェックバルブ（ＣＫＶ（２））
４５第１圧力センサー
４６第２圧力センサー
５０制御装置
１００圧縮空気供給源
２００乾燥冷却システム部
３００冷却水源
４００低温圧縮空気利用設備

Claims

空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給装置システムであって、
吸着剤が充填された二つの吸着筒を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤーと、
該ヒートレスドライヤーから供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器と、
該第１の冷却器から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器とを備える乾燥冷却システム部が設けられ、
前記乾燥冷却システム部へ供給される圧縮空気に係る温度が基準となる温度よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記第１の冷却器による冷却を停止又は低減させるように制御する制御装置を備えることを特徴とする低温圧縮空気供給装置システム。
空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給装置システムであって、
吸着剤が充填された二つの吸着筒を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤーと、
該ヒートレスドライヤーから供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器と、
該第１の冷却器から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器とを備える乾燥冷却システム部が設けられ、
前記乾燥冷却システム部へ供給される圧縮空気に係る露点が基準となる露点よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記ヒートレスドライヤーの前記二つの吸着筒に係る切り替え時間の間隔を延長させるように制御する制御装置を備えることを特徴とする低温圧縮空気供給装置システム。
温度を検知する温度センサや露点を検知する露点センサが、前記乾燥冷却システム部に圧縮空気を供給する入気部の側に設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の低温圧縮空気供給装置システム。
流量を検知する流量センサが、前記第２の冷却器に乾燥圧縮空気を供給する入気部の側に設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の低温圧縮空気供給装置システム。
空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給方法であって、
吸着剤が充填された二つの吸着筒を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤーと、
該ヒートレスドライヤーから供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器と、
該第１の冷却器から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器とを備える乾燥冷却システム部において、
前記乾燥冷却システム部へ供給される圧縮空気に係る温度が基準となる温度よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記第１の冷却器による冷却を停止又は低減させることを特徴とする低温圧縮空気供給方法。
空気圧縮機から供給される圧縮空気を除湿及び冷却して乾燥した低温空気を吐出させる低温圧縮空気供給方法であって、
吸着剤が充填された二つの吸着筒を交互に切り替えて用いることで圧縮空気を除湿し、除湿された乾燥圧縮空気を継続的に吐出させる吸着式の除湿装置であるヒートレスドライヤーと、
該ヒートレスドライヤーから供給された乾燥圧縮空気を冷却する第１の冷却器と、
該第１の冷却器から供給された冷却された乾燥圧縮空気をさらに冷却する第２の冷却器とを備える乾燥冷却システム部において、
前記乾燥冷却システム部へ供給される圧縮空気に係る露点が基準となる露点よりも低い場合、又は、製品空気として吐出される圧縮空気に係る流量が基準となる流量よりも低下した場合に、前記ヒートレスドライヤーの前記二つの吸着筒に係る切り替え時間の間隔を延長させることを特徴とする低温圧縮空気供給方法。