圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法
【課題】冷凍サイクルの負担を軽減しつつ、熱交換器における圧縮空気の冷却効率を向上させる。
【解決手段】圧縮機３１、凝縮器３２、膨張弁３３および蒸発器３４を有する冷凍サイクル３と、蒸発器３４が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および蒸発器３４内の冷媒を相互に熱交換させて圧縮空気を冷却する二次冷却部２２とを備えて圧縮空気中の水分を除湿可能に構成され、冷凍サイクル３内において冷媒が循環する冷媒流路における圧縮機３１の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁３３までの間の予め規定された位置（この例では、凝縮器３２の位置）に配設されると共に、圧縮空気除湿システム１を含んで構成された圧縮空気供給システム１内において生じたドレン水Ｗと冷凍サイクル３内の冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する第２熱交換部（冷却器７および凝縮器３２）と、この第２熱交換部においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６とを備えている。
【解決手段】圧縮機３１、凝縮器３２、膨張弁３３および蒸発器３４を有する冷凍サイクル３と、蒸発器３４が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および蒸発器３４内の冷媒を相互に熱交換させて圧縮空気を冷却する二次冷却部２２とを備えて圧縮空気中の水分を除湿可能に構成され、冷凍サイクル３内において冷媒が循環する冷媒流路における圧縮機３１の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁３３までの間の予め規定された位置（この例では、凝縮器３２の位置）に配設されると共に、圧縮空気除湿システム１を含んで構成された圧縮空気供給システム１内において生じたドレン水Ｗと冷凍サイクル３内の冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する第２熱交換部（冷却器７および凝縮器３２）と、この第２熱交換部においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルによって圧縮空気を冷却することで圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧縮空気除湿システムとして、出願人は、特開２０１０−１２４２６号公報（特許文献１）、および特開２０１０−１２４２７号公報（特許文献２）において圧縮空気除湿装置（以下、単に「除湿装置」ともいう）を開示している。出願人が開示している除湿装置は、冷凍サイクルにおける蒸発器が配設された熱交換器を備え、熱交換器内に導入した圧縮空気を蒸発器で冷却することによって圧縮空気中の水分を結露させて除湿する構成が採用されている。この場合、出願人が開示している除湿装置では、熱交換器において生じたドレン水と冷凍サイクル内の冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却するドレン熱交換部を備え、冷凍サイクルの負担を軽減しつつ、熱交換器内における圧縮空気の冷却効率を向上させる構成が採用されている。
【０００３】
具体的には、特許文献１の除湿装置では、冷凍サイクルにおける凝縮器の下流側（凝縮器と膨張弁との間）にドレン熱交換部が配設されて、凝縮器において液化されて膨張弁に向かって冷媒配管内を移動する液化冷媒をドレン水によって冷却する構成が採用されている。また、特許文献２の除湿装置では、冷凍サイクルにおける圧縮機の下流側（圧縮機と凝縮器との間）にドレン熱交換部が配設されて、圧縮機において圧縮されて凝縮器に向かって冷媒配管内を移動する気化冷媒をドレン水によって冷却する構成が採用されている。この場合、ドレン熱交換部としては、熱交換器から排水されたドレン水を収容可能に容器状に構成された外管の内側に冷媒配管を挿通させる構造や、冷媒配管の周囲にドレン配管を螺旋状に巻き付ける構成が採用されている。これにより、出願人が開示している除湿装置では、ドレン熱交換部においてドレン水によって冷媒が冷却される分だけ冷凍サイクルの負担が軽減されると共に、熱交換器において圧縮空気が好適に冷却される。
【０００４】
一方、特開平１１−１９３７８２号公報（特許文献３）には、冷凍式エアードライヤー（以下、単に「ドライヤー」ともいう）において生じたドレン水を利用して、空気圧縮機によって圧縮された高温高圧の圧縮空気を、ドライヤーに導入する前に温度低下させる構成のシステム（以下、「除湿システム」ともいう）が開示されている。具体的には、この除湿システムは、ドライヤーにおいて生じたドレン水を貯留可能に構成された冷却槽（水槽）内を圧縮空気配管が通過するように構成された水冷式アフタークーラ（以下、単に「アフタークーラ」ともいう）を備え、このアフタークーラにおいて、圧縮空気とドレン水とを相互に熱交換させて、ある程度温度低下した状態の圧縮空気をドライヤーに導入して除湿する構成が採用されている。これにより、この除湿システムでは、アフタークーラにおいて圧縮空気の温度が低下させられる分だけ、ドライヤーにおいて圧縮空気を冷却する冷凍サイクルの負担が軽減されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２４２６号公報（第４−７頁、第１−５図）
【特許文献２】特開２０１０−１２４２７号公報（第４−７頁、第１−５図）
【特許文献３】特開平１１−１９３７８２号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、出願人が開示している除湿装置や、従来の除湿システムには、以下の解決すべき課題が存在する。すなわち、出願人が開示している除湿装置では、熱交換器において生じたドレン水と冷凍サイクル内の冷媒とをドレン熱交換部において相互に熱交換させることで冷媒を冷却する構成が採用され、従来の除湿システムでは、ドライヤーにおいて生じたドレン水と空気圧縮機から排気された圧縮空気とをアフタークーラにおいて相互に熱交換させることで圧縮空気を冷却する構成が採用されている。この場合、熱交換器やドライヤーにおいて生じたドレン水は、冷凍サイクルにおける蒸発器の周囲に結露した結露水であるため、その水温が比較的低温となっている。このため、このドレン水と冷媒や圧縮空気とを相互に熱交換させることで、冷媒や圧縮空気の温度がある程度低下する結果、冷凍サイクルの負担をある程度軽減することが可能となっている。
【０００７】
しかしながら、地球環境の保護が重要な課題となっている今日において、出願人が開示している除湿装置や、従来の除湿システムには、冷凍サイクルの負担をより一層軽減すると共に、熱交換器（ドライヤー）における圧縮空気の冷却効率をより一層向上させて、圧縮空気除湿システムにおける消費エネルギーを一層低減すべきとの課題がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクルの負担を軽減しつつ、熱交換器における圧縮空気の冷却効率を向上させ得る圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、請求項１記載の圧縮空気除湿システムは、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、前記冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における前記冷媒圧縮機の冷媒排出口から当該冷媒流路における前記膨張弁までの間の予め規定された位置に配設されると共に、当該圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と当該冷凍サイクル内の前記冷媒とを相互に熱交換させて当該冷媒を冷却する第２熱交換部と、前記第２熱交換部において前記ドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている。
【００１０】
また、請求項２記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１記載の圧縮空気除湿システムにおいて、少なくとも前記第１熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を送水するドレン配管が前記第２熱交換部に接続されている。
【００１１】
さらに、請求項３記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１または２記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記第２熱交換部が前記凝縮器と一体的に構成されている。
【００１２】
また、請求項４記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１から３のいずれかに記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記第２熱交換部に対して前記ドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えている。
【００１３】
また、請求項５記載の圧縮空気除湿システムは、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却するＡ熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、当該圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システムにおいて空気圧縮機によって生成された圧縮空気を送気する圧縮空気流路における当該空気圧縮機の空気排出口から当該圧縮空気流路における前記Ａ熱交換部の下流側端部までの間の予め規定された位置に配設されて、当該圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と前記圧縮空気とを相互に熱交換させて当該圧縮空気を冷却するＢ熱交換部と、前記Ｂ熱交換部において前記ドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている。
【００１４】
さらに、請求項６記載の圧縮空気除湿システムは、請求項５記載の圧縮空気除湿システムにおいて、少なくとも前記Ａ熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を送水するドレン配管が前記Ｂ熱交換部に接続されている。
【００１５】
また、請求項７記載の圧縮空気除湿システムは、請求項５または６記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記Ｂ熱交換部が前記圧縮空気流路における前記Ａ熱交換部よりも上流側に配設されると共に、当該Ａ熱交換部および当該Ｂ熱交換部が１つの圧力容器内に一体的に設けられている。
【００１６】
さらに、請求項８記載の圧縮空気除湿システムは、請求項５から７のいずれかに記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記Ｂ熱交換部に対して前記ドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えている。
【００１７】
また、請求項９記載の圧縮空気除湿方法は、除湿対象の圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換処理を実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、前記冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から当該冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置において、前記圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と当該冷凍サイクル内の前記冷媒とを相互に熱交換させて当該冷媒を冷却する第２熱交換処理を実行すると共に、当該第２熱交換処理に際して前記ドレン水を断熱膨張させる。
【００１８】
また、請求項１０記載の圧縮空気除湿方法は、除湿対象の圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却するＡ熱交換処理を実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、当該圧縮空気除湿方法に従って除湿すべき前記圧縮空気が送気される圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から当該圧縮空気流路における前記Ａ熱交換処理の実行位置の下流側端部までの間の予め規定された位置において、当該圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と当該圧縮空気とを相互に熱交換させて当該圧縮空気を冷却するＢ熱交換処理を実行すると共に、当該Ｂ熱交換処理に際して前記ドレン水を断熱膨張させる圧縮空気除湿方法。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の圧縮空気除湿システムでは、冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置に配設されると共に、圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と冷凍サイクル内の冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する第２熱交換部と、第２熱交換部においてドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている。また、請求項９記載の圧縮空気除湿方法では、冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置において、圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する第２熱交換処理を実行すると共に、第２熱交換処理に際してドレン水を断熱膨張させる。
【００２０】
したがって、請求項１記載の圧縮空気除湿システム、および請求項９記載の圧縮空気除湿方法によれば、断熱膨張によってドレン水の温度が十分に低下するため、単にドレン水と冷媒とを相互に熱交換させる構成・方法と比較して、第２熱交換部における第２熱交換処理において冷凍サイクルの冷媒を十分に冷却することができる。これにより、高温高圧の気化冷媒が膨張弁に供給される事態を好適に回避することができるだけでなく、十分に温度低下した液化冷媒を膨張弁に供給して蒸発器内に噴出させることができるため、蒸発器の温度を十分に低下させることができる結果、第１熱交換部における第１熱交換処理において圧縮空気中の水分を好適に除去することができると共に、冷凍サイクルの負担を十分に軽減することができる。
【００２１】
また、請求項２記載の圧縮空気除湿システムによれば、少なくとも第１熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を送水するドレン配管を第２熱交換部に接続したことにより、冷凍サイクルの蒸発器に接して十分に温度低下したドレン水を使用することで第２熱交換部を十分に温度低下させることができるため、第１熱交換部（蒸発器）に対して一層低温の冷媒を供給することができる。これにより、圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、冷凍サイクルの負担を一層軽減することができる。
【００２２】
さらに、請求項３記載の圧縮空気除湿システムによれば、第２熱交換部を凝縮器と一体的に構成したことにより、冷媒の温度を効率よく低下させることができると共に、第２熱交換部および凝縮器を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システムを小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００２３】
また、請求項４記載の圧縮空気除湿システムによれば、第２熱交換部に対してドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えたことにより、第２熱交換部に向けてドレン水を常時流動させる構成とは異なり、第２熱交換部において冷媒を冷却するためのドレン水が存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システムによる除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【００２４】
また、請求項５記載の圧縮空気除湿システムでは、圧縮空気除湿システムが接続されている圧縮空気供給システムにおいて空気圧縮機によって生成された圧縮空気を送気する圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から圧縮空気流路におけるＡ熱交換部の下流側端部までの間の予め規定された位置に配設されて、圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と圧縮空気とを相互に熱交換させて圧縮空気を冷却するＢ熱交換部と、Ｂ熱交換部においてドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている。また、請求項１０記載の圧縮空気除湿方法では、圧縮空気除湿方法に従って除湿すべき圧縮空気を送気する圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から圧縮空気流路におけるＡ熱交換処理の実行位置の下流側端部までの間の予め規定された位置において、圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と圧縮空気とを相互に熱交換させて圧縮空気を冷却するＢ熱交換処理を実行すると共に、Ｂ熱交換処理に際してドレン水を断熱膨張させる。
【００２５】
したがって、請求項５記載の圧縮空気除湿システム、および請求項１０記載の圧縮空気除湿方法によれば、断熱膨張によってドレン水の温度が十分に低下するため、単にドレン水と圧縮空気とを相互に熱交換させる構成・方法と比較して、Ｂ熱交換部におけるＢ熱交換処理において圧縮空気を十分に冷却することができる。これにより、Ｂ熱交換部におけるＢ熱交換処理において圧縮空気中の水分を好適に除去することができるだけでなく、Ａ熱交換部におけるＡ熱交換処理において、冷凍サイクルの負担を十分に軽減することができる。
【００２６】
また、請求項６記載の圧縮空気除湿システムによれば、少なくともＡ熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を送水するドレン配管をＢ熱交換部に接続したことにより、冷凍サイクルの蒸発器に接して十分に温度低下したドレン水を使用することでＢ熱交換部を十分に温度低下させることができるため、Ｂ熱交換部において圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、Ａ熱交換部に導入させる圧縮空気の温度を十分に低下させることができる結果、冷凍サイクルの負担を一層軽減することができる。
【００２７】
さらに、請求項７記載の圧縮空気除湿システムによれば、Ｂ熱交換部を圧縮空気流路におけるＡ熱交換部よりも上流側に配設すると共に、Ａ熱交換部およびＢ熱交換部を１つの圧力容器内に一体的に設けたことにより、Ｂ熱交換部からＡ熱交換部まで圧縮空気を短時間でスムーズに移動させることができるため、Ｂ熱交換部におけるＢ熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気がＡ熱交換部に移動する際に温度上昇する事態を回避して、冷却に要したエネルギーの損失を十分に低減することができる。加えて、この圧縮空気除湿システムによれば、両熱交換部を別個独立した圧力容器で構成するのと比較して、両熱交換部を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システムを小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００２８】
また、請求項８記載の圧縮空気除湿システムによれば、Ｂ熱交換部に対してドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えたことにより、Ｂ熱交換部に向けてドレン水を常時流動させる構成とは異なり、Ｂ熱交換部において圧縮空気を冷却するためのドレン水が存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システムによる除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧縮空気除湿システム１の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る圧縮空気除湿システム１Ａの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１に示す圧縮空気除湿システム１は、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された圧縮空気中に含まれている水分を除去するシステムであって、熱交換器２、冷凍サイクル３、制御部４および電磁弁５を備えて構成されている。この場合、エアーコンプレッサＣＰは、「空気圧縮機」の一例であって、圧縮空気除湿システム１（または、後述する圧縮空気除湿システム１Ａ（図２参照））と相まって「圧縮空気供給システム」を構成する。なお、「圧縮空気供給システム」を構成する要素は、エアーコンプレッサＣＰおよび圧縮空気除湿システム１（または、圧縮空気除湿システム１Ａ）だけではなく、エアーコンプレッサＣＰによって生成された圧縮空気を貯留するエアータンク（図示せず）や、圧縮空気中に含まれている塵埃および油分などを除去する各種のフィルタ装置（図示せず）を備えて構成することができる。
【００３２】
一方、熱交換器２は、円筒状に形成された容器本体１０ａと、容器本体１０ａにおける両開口部を閉塞する蓋体１０ｂ，１０ｃとを備えて構成されている。この熱交換器２は、容器本体１０ａ内に取り付けられた仕切板１５ａ〜１５ｃによって容器本体１０ａ内に中室１３ａ，１３ｂが設けられると共に、容器本体１０ａに対して蓋体１０ｂ，１０ｃが取り付けられた状態において中室１３ａ，１３ｂを挟んで前室１１および後室１２が形成されている。また、上記の前室１１および後室１２は、中室１３ａを通過するように仕切板１５ａ，１５ｂの２枚を貫通させられた複数の連結管１４によって相互に連結されている。なお、同図では、熱交換器２の構成についての理解を容易とするために、２本の連結管１４だけを図示しているが、実際には、数本から数十本の連結管１４によって前室１１および後室１２が連結されている。
【００３３】
この場合、中室１３ａには、除湿対象の圧縮空気を導入する導入口Ｈａが設けられ、後室１２には、除湿を完了した圧縮空気を送気するための送気口Ｈｂが設けられている。また、中室１３ａには、後述するようにして各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）によって、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）を冷却する一次冷却部２１（各連結管１４の周囲）と、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気によって、各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気を加熱する再熱部２３（各連結管１４の内部）とが設けられている。さらに、中室１３ｂには、冷凍サイクル３における蒸発器３４が配設されている。また、中室１３ｂには、上記の一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気と蒸発器３４内の冷媒とを相互に熱交換させて圧縮空気をさらに冷却する二次冷却部２２が設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、熱交換器２における二次冷却部２２が「第１熱交換部」を構成する。
【００３４】
また、前室１１（熱交換器２の底部）には、圧縮空気中から除去されて底部に集水されたドレン水Ｗ（圧縮空気中の水分を結露させた結露水）を熱交換器２の外部に排水するための排水口Ｈｃが設けられている。この場合、排水口Ｈｃには、後述するように制御部４によって開閉制御されることで、圧縮空気の放出を阻止しつつ、ドレン水Ｗを間欠的に通過させる電磁弁５が取り付けられている。また、電磁弁５は、後述するように冷凍サイクル３の凝縮器３２と一体的に構成された冷却器７に対してドレン配管８を介して接続されている。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、凝縮器３２および冷却器７が相まって「第２熱交換部」を構成する（「少なくとも第１熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を送水するドレン配管が第２熱交換部に接続されている」との構成の一例）。さらに、この圧縮空気除湿システム１では、電磁弁５と冷却器７とを接続するドレン配管８に、冷却器７内においてドレン水Ｗを断熱膨張させるための膨張弁６（「ドレン水用膨張弁」の一例）が取り付けられている。なお、この圧縮空気除湿システム１におけるドレン水Ｗの流れについては、後に詳細に説明する。
【００３５】
冷凍サイクル３は、圧縮機３１、凝縮器３２、膨張弁３３および蒸発器３４を備え、これらが、冷凍サイクル３内において冷媒を循環させるための冷媒配管を介して環状に接続されている。圧縮機３１は、「冷媒圧縮機」の一例であって、蒸発器３４において圧縮空気と熱交換して温度上昇させられた気化冷媒を制御部４の制御に従って凝縮器３２に向けて圧送する。凝縮器３２は、圧縮機３１によって圧送された高温高圧の気化冷媒を冷却することで凝縮させる（液化させる）。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、前述したように、熱交換器２において生じたドレン水Ｗによって冷凍サイクル３の冷媒を冷却するための冷却器７が凝縮器３２と一体的に形成されて「第２熱交換部」が構成されている。また、凝縮器３２には、冷却器７を通過したドレン水Ｗを図示しないドレン水処理装置に送水するためのドレン配管９が接続されている。
【００３６】
膨張弁３３は、一例として電子膨張弁で構成されて、蒸発器３４内に液化冷媒を吐出させることで蒸発器３４内において冷媒を気化させる。この場合、電子膨張弁に代えて、キャピラリチューブによって膨張弁を構成することもできる。蒸発器３４は、上記したように、熱交換器２における二次冷却部２２内に配設されて膨張弁３３から吐出された冷媒の気化熱によって周囲の圧縮空気（二次冷却部２２内の圧縮空気）を冷却する。なお、実際の冷凍サイクル３には、圧縮機３１によって圧送される冷媒の一部を蒸発器３４と圧縮機３１との間に戻すための冷媒配管や、キャパシティコントロールバルブ、および凝縮器３２に対して送風するファンなどを備えているが、圧縮空気除湿システム１（冷凍サイクル３）の構成についての理解を容易とするために、これらについての説明および図示を省略する。
【００３７】
一方、制御部４は、圧縮空気除湿システム１を総括的に制御する。具体的には、制御部４は、圧縮機３１を制御して冷媒の圧送能力を調整すると共に、膨張弁３３を制御して蒸発器３４に対する冷媒の吐出量を調整することにより、冷凍サイクル３の冷凍能力を調整する。また、制御部４は、電磁弁５を開閉制御して、熱交換器２において生じたドレン水Ｗを冷却器７に対して間欠的に供給させる。
【００３８】
次に、圧縮空気除湿システム１による圧縮空気の除湿処理について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００３９】
この圧縮空気除湿システム１では、図示しない電源スイッチが投入されたときに、制御部４が圧縮機３１および膨張弁３３を作動させて冷凍サイクル３内における冷媒の循環を開始させる。この際には、後述するように、蒸発器３４内における冷媒の気化熱によって二次冷却部２２内が冷却される。この状態において、エアーコンプレッサＣＰが作動させられたときには、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された圧縮空気が圧縮空気除湿システム１に供給される。この際には、供給された圧縮空気が、矢印Ａで示すように導入口Ｈａから熱交換器２内（一次冷却部２１）に導入される。この場合、熱交換器２内に導入された圧縮空気は、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された際に温度上昇させられて高温となり、かつ、大気よりも湿度が高くなっている（大気よりも高温高湿となっている）。
【００４０】
この高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）は、矢印Ｂ，Ｃで示すように中室１３ａを移動する際に、後述する除湿過程において冷却されて連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる除湿処理後の低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）と一次冷却部２１において熱交換することによって冷却される。この結果、導入口Ｈａから導入された圧縮空気に含まれている水分の一部が、一次冷却部２１において連結管１４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２の底部に集水される。
【００４１】
また、一次冷却部２１において一次冷却された圧縮空気は、一次冷却部２１から二次冷却部２２に矢印Ｄで示すように排出され、矢印Ｅ１〜Ｅ４で示すように中室１３ｂ内を移動する際に、二次冷却部２２内において、蒸発器３４内の冷媒と熱交換することによって冷却される（「第１熱交換処理」の一例）。この際には、一次冷却部２１から排出された圧縮空気に含まれている水分のほぼすべてが二次冷却部２２内において蒸発器３４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２の底部に集水される結果、圧縮空気が十分に除湿される。
【００４２】
また、一次冷却部２１および二次冷却部２２において冷却されて除湿された低温低湿の圧縮空気は、矢印Ｆで示すように二次冷却部２２から前室１１に排出された後に、矢印Ｇで示すように前室１１から後室１２に向かって再熱部２３（各連結管１４の内部）を移動する。この際には、導入口Ｈａから順次導入されている高温高湿の圧縮空気と、各連結管１４内の低温低湿の圧縮空気とが再熱部２３において相互に熱交換することにより、各連結管１４内の圧縮空気が、後室１２に排出されるまでの間に十分に加熱されて高温となる。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、再熱部２３において、導入口Ｈａから熱交換器２内（中室１３ａ内）に導入された直後の高温の圧縮空気によって各連結管１４内の圧縮空気を加熱するため、各連結管１４内の圧縮空気が十分に温度上昇させられる。この後、後室１２に排出された高温低湿の圧縮空気は、矢印Ｈで示すように、送気口Ｈｂから図示しない接続用配管を介して供給対象体（例えば、エアーツール）に供給される。
【００４３】
一方、この圧縮空気除湿システム１では、一次冷却部２１および二次冷却部２２において圧縮空気から除去されて熱交換器２の底部に集水されたドレン水Ｗを、冷凍サイクル３における凝縮器３２と一体的に構成した冷却器７に供給して、冷媒を冷却するための冷却水として使用する構成が採用されている。具体的には、この圧縮空気除湿システム１では、制御部４が、電磁弁５を間欠的に開閉制御することにより、熱交換器２の底部に集水されているドレン水Ｗを、一定時間間隔でドレン配管８を介して冷却器７に供給させる。この際には、二次冷却部２２において圧縮空気と熱交換することで（圧縮空気を冷却することで）温度上昇した後に圧縮機３１によって圧縮されることで一層温度上昇した高温の気化冷媒と、冷却器７に供給された低温のドレン水Ｗとが相互に熱交換して冷媒が十分に冷却される（「第２熱交換処理」の一例）。
【００４４】
この場合、二次冷却部２２において生じたドレン水Ｗは、圧縮空気中の水分が低温の蒸発器３４に接して生じた結露水であるため、その温度が非常に低くなっている。したがって、この二次冷却部２２において生じたドレン水Ｗを含むドレン水Ｗが冷却器７に供給されることで、冷却器７の温度が十分に低下することとなる。また、この圧縮空気除湿システム１では、冷却器７においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６が配設されている。したがって、熱交換器２内において生じた低温のドレン水Ｗが冷却器７内において断熱膨張することによって一層温度低下した状態で冷媒と熱交換することとなるため、ドレン水Ｗを単に冷却器７に供給して冷媒と熱交換させるだけの構成と比較して、冷媒の温度を一層低下させることが可能となっている。これにより、凝縮器３２において、気化冷媒が、確実かつスムーズに凝縮すると共に、凝縮した液化冷媒の温度も十分に低下する。
【００４５】
この後、十分に温度低下させられた液化冷媒は、膨張弁３３を介して蒸発器３４に供給されることで、前述したように、一次冷却部２１内の圧縮空気を冷却する。また、冷却器７において冷媒と熱交換して温度上昇させられたドレン水Ｗは、ドレン配管９を介して図示しないドレン水処理装置に送水されて、油分や不純物を除去された後に、排水溝等に排水される。
【００４６】
このように、この圧縮空気除湿システム１では、冷凍サイクル３内において冷媒が循環する冷媒流路における圧縮機３１の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁３３までの間の予め規定された位置（この例では、凝縮器３２の位置）に配設されると共に、圧縮空気除湿システム１が接続されている（圧縮空気除湿システム１を含んで構成された）圧縮空気供給システム内において生じたドレン水Ｗと冷凍サイクル３内の冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する冷却器７および凝縮器３２（第２熱交換部）と、冷却器７においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６とを備えている。また、この圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法では、冷凍サイクル３内において冷媒が循環する冷媒流路における圧縮機３１の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁３３までの間の予め規定された位置（この例では、凝縮器３２の位置）において、圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水Ｗと冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する「第２熱交換処理」を実行すると共に、「第２熱交換処理」に際してドレン水Ｗを断熱膨張させる。
【００４７】
したがって、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、断熱膨張によってドレン水Ｗの温度が十分に低下するため、単にドレン水Ｗと冷媒とを相互に熱交換させる構成・方法と比較して、第２熱交換部（冷却器７および凝縮器３２）における「第２熱交換処理」において冷凍サイクル３の冷媒を十分に冷却することができる。これにより、高温の気化冷媒が膨張弁３３に供給される事態を好適に回避することができるだけでなく、十分に温度低下した液化冷媒を膨張弁３３に供給して蒸発器３４内に噴出させることができるため、蒸発器３４の温度を十分に低下させることができる結果、二次冷却部２２における「第１熱交換処理」において圧縮空気中の水分を好適に除去することができると共に、冷凍サイクル３の負担を十分に軽減することができる。
【００４８】
また、この圧縮空気除湿システム１によれば、少なくとも二次冷却部２２における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水Ｗを送水するドレン配管８を「第２熱交換部（冷却器７）」に接続したことにより、冷凍サイクル３の蒸発器３４に接して十分に温度低下したドレン水Ｗを使用することで冷却器７および凝縮器３２を十分に温度低下させることができるため、二次冷却部２２（蒸発器３４）に対して一層低温の冷媒を供給することができる。これにより、圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、冷凍サイクル３の負担を一層軽減することができる。
【００４９】
さらに、この圧縮空気除湿システム１によれば、冷却器７（第２熱交換部）を凝縮器３２と一体的に構成したことにより、冷媒の温度を効率よく低下させることができると共に、冷却器７および凝縮器３２を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システム１を小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００５０】
また、この圧縮空気除湿システム１によれば、冷却器７（第２熱交換部）に対してドレン水Ｗを間欠的に供給する電磁弁５を備えたことにより、冷却器７に向けてドレン水Ｗを常時流動させる構成とは異なり、冷却器７（凝縮器３２）において冷媒を冷却するためのドレン水Ｗが存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システム１による除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【００５１】
次に、添付図面を参照して、本発明に係る圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法の他の実施の形態について説明する。
【００５２】
図２に示す圧縮空気除湿システム１Ａは、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された圧縮空気中に含まれている水分を除去するシステムであって、熱交換器２Ａ、冷凍サイクル３Ａ、制御部４および電磁弁５を備えて構成されている。なお、前述した圧縮空気除湿システム１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００５３】
熱交換器２Ａは、「圧力容器」の一例であって、前述した圧縮空気除湿システム１における熱交換器２と同様にして、円筒状に形成された容器本体１０ａと、容器本体１０ａにおける両開口部を閉塞する蓋体１０ｂ，１０ｃとを備えて構成されている。この熱交換器２Ａは、容器本体１０ａ内に取り付けられた仕切板１５ａ〜１５ｄによって容器本体１０ａ内に中室１３ａ〜１３ｃが設けられている。この場合、中室１３ａには、各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）によって、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）を冷却する一次冷却部４１（各連結管１４の周囲）と、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気によって各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気を加熱する再熱部４４（各連結管１４の内部）とが設けられている。
【００５４】
また、中室１３ｃには、後述するようにしてこの熱交換器２Ａにおいて生じたドレン水Ｗ（「圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システム内において生じたドレン水（圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水）」の一例であって「少なくともＡ熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水」を含んだドレン水の一例）によって圧縮空気を冷却するための冷却器７Ａが配設されている。この中室１３ｃには、上記の一次冷却部４１における冷却を完了した圧縮空気と冷却器７Ａ内のドレン水Ｗとを相互に熱交換させて、一次冷却部４１における冷却を完了した圧縮空気をさらに冷却する二次冷却部４２が設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、熱交換器２Ａにおける二次冷却部４２が「Ｂ熱交換部」を構成する。
【００５５】
さらに、中室１３ｂには、冷凍サイクル３Ａにおける蒸発器３４が配設されている。この中室１３ｂには、上記の二次冷却部４２における冷却を完了した圧縮空気と蒸発器３４内の冷媒とを相互に熱交換させて圧縮空気をさらに冷却する三次冷却部４３が設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、熱交換器２Ａにおける三次冷却部４３が「Ａ熱交換部」を構成する。このように、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、一次冷却部４１および再熱部４４と、「Ｂ熱交換部」を構成する二次冷却部４２と、「Ａ熱交換部」を構成する三次冷却部４３とが１つの熱交換器２Ａ（圧力容器）内に一体的に設けられて構成されている。
【００５６】
また、前室１１（熱交換器２Ａの底部）には、前述した圧縮空気除湿システム１と同様にして、排水口Ｈｃが設けられ、この排水口Ｈｃには、電磁弁５が取り付けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、電磁弁５が、上記の冷却器７Ａに対してドレン配管８を介して接続されている（「少なくともＡ熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を送水するドレン配管がＢ熱交換部に接続されている」との構成の一例）。さらに、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、電磁弁５と冷却器７Ａとを接続するドレン配管８に、冷却器７Ａ内においてドレン水Ｗを断熱膨張させるための膨張弁６（「ドレン水用膨張弁」の一例）が取り付けられている。また、冷却器７Ａを通過したドレン水Ｗは、ドレン配管９を介して図示しないドレン水処理装置に送水される。
【００５７】
次に、圧縮空気除湿システム１Ａによる圧縮空気の除湿処理について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００５８】
この圧縮空気除湿システム１Ａでは、図示しない電源スイッチが投入されたときに、制御部４が圧縮機３１および膨張弁３３を作動させて冷凍サイクル３Ａ内における冷媒の循環を開始させる。この際には、後述するように、蒸発器３４内における冷媒の気化熱によって三次冷却部４３内が冷却される。この状態において、エアーコンプレッサＣＰが作動させられたときには、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された圧縮空気が圧縮空気除湿システム１Ａに供給される。この際には、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された高温高湿の圧縮空気が、矢印Ａで示すように導入口Ｈａから熱交換器２Ａ内（一次冷却部４１）に導入される。
【００５９】
また、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）は、矢印Ｂ１で示すように中室１３ａを移動する際に、後述する除湿過程において冷却されて連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる除湿処理後の低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）と一次冷却部４１において熱交換することによって冷却される。この結果、導入口Ｈａから導入された圧縮空気に含まれている水分の一部が、一次冷却部４１において連結管１４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２Ａ内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２Ａの底部に集水される。
【００６０】
さらに、一次冷却部４１において一次冷却された圧縮空気は、一次冷却部４１から二次冷却部４２に矢印Ｂ２で示すように排出され、矢印Ｃ１〜Ｃ４で示すように中室１３ｃ内を移動する際に、二次冷却部４２内において、後述するように冷却器７Ａに供給されたドレン水Ｗと熱交換することによって冷却される（「Ｂ熱交換処理」の一例）。この結果、一次冷却部４１から二次冷却部４２に導入された圧縮空気に含まれている水分の一部が、二次冷却部４２において冷却器７Ａの周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２Ａ内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２Ａの底部に集水される。
【００６１】
また、二次冷却部４２において二次冷却された圧縮空気（「Ｂ熱交換部」における冷却を完了した圧縮空気）は、二次冷却部４２から三次冷却部４３に矢印Ｄで示すように排出され、矢印Ｅ１〜Ｅ４で示すように中室１３ｂ内を移動する際に、三次冷却部４３内において、蒸発器３４内の冷媒と熱交換することによって冷却される（「Ａ熱交換処理」の他の一例）。この際には、二次冷却部４２から排出された圧縮空気に含まれている水分のほぼすべてが三次冷却部４３内において蒸発器３４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれて、ドレン水Ｗとして熱交換器２Ａの底部に集水される結果、圧縮空気が十分に除湿される。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、三次冷却部４３に導入される圧縮空気が、一次冷却部４１および二次冷却部４２の二段階に亘って順次冷却されて、その温度が十分に低温となっている。したがって、冷凍サイクル３Ａの冷凍能力（運転）を低下させた状態であっても、三次冷却部４３において圧縮空気中の水分が十分に除去される。
【００６２】
また、一次冷却部４１、二次冷却部４２および三次冷却部４３において順次冷却されて除湿された低温低湿の圧縮空気は、矢印Ｆで示すように三次冷却部４３から前室１１に排出された後に、矢印Ｇで示すように前室１１から後室１２に向かって再熱部４４（各連結管１４の内部）を移動する。この際には、導入口Ｈａから順次導入されている高温高湿の圧縮空気と、各連結管１４内の低温低湿の圧縮空気とが再熱部４４において相互に熱交換することにより、各連結管１４内の圧縮空気が、後室１２に排出されるまでの間に十分に加熱されて高温となる。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、再熱部４４において、導入口Ｈａから熱交換器２Ａ内（中室１３ａ内）に導入された直後の高温の圧縮空気によって各連結管１４内の圧縮空気を加熱するため、各連結管１４内の圧縮空気が十分に温度上昇させられる。この後、後室１２に排出された高温低湿の圧縮空気は、矢印Ｈで示すように、送気口Ｈｂから図示しない接続用配管を介して供給対象体（例えば、エアーツール）に供給される。
【００６３】
この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、一次冷却部４１、二次冷却部４２および三次冷却部４３において圧縮空気から除去されて熱交換器２Ａの底部に集水されたドレン水Ｗを冷却器７Ａに供給して、圧縮空気を冷却するための冷却水として使用する構成が採用されている。具体的には、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、制御部４が、電磁弁５を間欠的に開閉制御することにより、熱交換器２Ａの底部に集水されているドレン水Ｗを、一定時間間隔でドレン配管８を介して冷却器７Ａに供給させる。この場合、三次冷却部４３において生じたドレン水Ｗは、圧縮空気中の水分が低温の蒸発器３４に接して生じた結露水であるため、その温度が非常に低くなっている。したがって、この三次冷却部４３において生じたドレン水Ｗを含むドレン水Ｗが冷却器７Ａに供給されることで、冷却器７Ａの温度が十分に低下することとなる。
【００６４】
また、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、冷却器７Ａにおいてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６が配設されている。したがって、熱交換器２Ａ内において生じた低温のドレン水Ｗが冷却器７Ａ内において断熱膨張することによって一層温度低下した状態で圧縮空気と熱交換することとなるため、ドレン水Ｗを単に冷却器７Ａに供給して圧縮空気と熱交換させるだけの構成と比較して、圧縮空気の温度を一層低下させることが可能となっている。これにより、前述した二次冷却部４２における圧縮空気の冷却時において、一次冷却部４１からの圧縮空気に含まれている水分の一部が好適に取り除かれるだけでなく、二次冷却部４２から三次冷却部４３に排出される圧縮空気の温度が十分に低下する結果、三次冷却部４３内に蒸発器３４が配設されている冷凍サイクル３Ａの冷凍能力をある程度低下させた状態であっても、二次冷却部４２からの圧縮空気の温度を、三次冷却部４３において、露点温度よりも低温の好適な温度まで十分に低下させることができる。この後、二次冷却部４２において圧縮空気と熱交換することで加温されたドレン水Ｗは、ドレン配管９を介して図示しないドレン水処理装置に送水されて、油分や不純物を除去された後に、排水溝等に排水される。
【００６５】
このように、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、圧縮空気除湿システム１Ａが接続されている（圧縮空気除湿システム１Ａを含んで構成された）圧縮空気供給システムにおいてエアーコンプレッサＣＰによって生成された圧縮空気を送気する圧縮空気流路におけるエアーコンプレッサＣＰの空気排出口から圧縮空気流路における三次冷却部４３の下流側端部までの間の予め規定された位置（この例では、熱交換器２Ａにおける一次冷却部４１と三次冷却部４３との間）に配設されて、圧縮空気供給システム内において生じたドレン水Ｗと圧縮空気とを相互に熱交換させて圧縮空気を冷却する二次冷却部４２と、二次冷却部４２（冷却器７Ａ）においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６とを備えている。また、この圧縮空気除湿システム１Ａによる圧縮空気除湿方法では、除湿すべき圧縮空気を送気する圧縮空気流路におけるエアーコンプレッサＣＰの空気排出口から圧縮空気流路における「Ａ熱交換処理」の実行位置の下流側端部までの間の予め規定された位置（この例では、熱交換器２Ａにおける一次冷却部４１と三次冷却部４３との間）において、圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水Ｗと圧縮空気とを相互に熱交換させて圧縮空気を冷却する「Ｂ熱交換処理」を実行すると共に、「Ｂ熱交換処理」に際してドレン水Ｗを断熱膨張させる。
【００６６】
したがって、この圧縮空気除湿システム１Ａ、および圧縮空気除湿システム１Ａによる圧縮空気除湿方法によれば、断熱膨張によってドレン水Ｗの温度が十分に低下するため、単にドレン水Ｗと圧縮空気とを相互に熱交換させる構成・方法と比較して、二次冷却部４２における「Ｂ熱交換処理」において圧縮空気を十分に冷却することができる。これにより、二次冷却部４２における「Ｂ熱交換処理」において圧縮空気中の水分を好適に除去することができるだけでなく、三次冷却部４３における「Ａ熱交換処理」において、冷凍サイクル３Ａの負担を十分に軽減することができる。
【００６７】
また、この圧縮空気除湿システム１Ａによれば、少なくとも三次冷却部４３における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水Ｗを送水するドレン配管８を二次冷却部４２（冷却器７Ａ）に接続したことにより、冷凍サイクル３Ａの蒸発器３４に接して十分に温度低下したドレン水Ｗを使用することで二次冷却部４２（冷却器７Ａ）を十分に温度低下させることができるため、二次冷却部４２において圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、三次冷却部４３に導入させる圧縮空気の温度を十分に低下させることができる結果、冷凍サイクル３Ａの負担を一層軽減することができる。
【００６８】
さらに、この圧縮空気除湿システム１Ａによれば、二次冷却部４２を圧縮空気流路における三次冷却部４３よりも上流側に配設すると共に、三次冷却部４３および二次冷却部４２を１つの圧力容器（熱交換器２Ａ）内に一体的に設けたことにより、二次冷却部４２から三次冷却部４３まで圧縮空気を短時間でスムーズに移動させることができるため、二次冷却部４２における冷却を完了した圧縮空気が三次冷却部４３に移動する際に温度上昇する事態を回避して、冷却に要したエネルギーの損失を十分に低減することができる。加えて、この圧縮空気除湿システム１Ａによれば、「両熱交換部」を別個独立した圧力容器で構成するのと比較して、両熱交換部を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システム１Ａを小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００６９】
また、この圧縮空気除湿システム１Ａによれば、二次冷却部４２に対してドレン水Ｗを間欠的に供給する電磁弁５を備えたことにより、二次冷却部４２に向けてドレン水Ｗを常時流動させる構成とは異なり、二次冷却部４２において圧縮空気を冷却するためのドレン水Ｗが存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システム１Ａによる除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【００７０】
なお、「圧縮空気除湿システム」および「圧縮空気除湿方法」は、上記の構成や方法に限定されるものではない。例えば、一次冷却部２１および二次冷却部２２において生じたドレン水Ｗを使用する構成の圧縮空気除湿システム１、並びに、一次冷却部４１、二次冷却部４２および三次冷却部４３において生じたドレン水Ｗを使用する構成の圧縮空気除湿システム１Ａ（いずれも、「第１熱交換部またはＡ熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水」を含むドレン水Ｗを使用する形態）を例に挙げて説明したが、圧縮空気除湿システム１，１Ａを含んで構成された圧縮空気供給システム内における圧縮空気除湿システム１，１Ａ以外の構成要素、例えば、エアータンク、各種フィルタ装置、およびエアー配管内等において生じた「ドレン水」を使用する構成および方法を採用することもできる。このような構成および方法を採用した場合においても、冷媒や圧縮空気を冷却するための冷却水を流動させるためのポンプ等を用いることなく、圧縮空気に加えられている圧力を利用して冷却用のドレン水を送水することができる。
【００７１】
また、「冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置」の一例である凝縮器３２の位置に「第２熱交換処理」を実行する「第２熱交換部」を構成する冷却部７を配設した（冷却部７および凝縮器３２を一体的に構成した）圧縮空気除湿システム１を例に挙げて説明したが、「第２熱交換処理」を実行する「第２熱交換部」を配設する位置は、この例に限定されない。具体的には、冷凍サイクル３内において冷媒を循環させる冷媒流路における圧縮機３１の冷媒排出口（図１に示す位置Ｐ１）から、冷媒流路における膨張弁３３の位置（図１に示す位置Ｐ２）までの間の任意の位置に「第２熱交換処理」を実行する「第２熱交換部」を配設する（上記の例における冷却器７を配設する）ことができる。このような構成を採用した場合においても、上記の圧縮空気除湿システム１と同様の効果を奏することができる。
【００７２】
また、「圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から圧縮空気流路におけるＡ熱交換部の下流側端部までの間の予め規定された位置」の一例である「Ａ熱交換部（三次冷却部４３）の手前」に「Ｂ熱交換処理」を実行する「Ｂ熱交換部」を構成する冷却部７Ａを配設した圧縮空気除湿システム１Ａを例に挙げて説明したが、「Ｂ熱交換処理」を実行する「Ｂ熱交換部」を配設する位置は、この例に限定されない。具体的には、圧縮空気除湿システム１Ａを含んで構成された圧縮空気供給システムにおける圧縮空気流路におけるエアーコンプレッサＣＰの空気排出口（図２に示す位置ＰＡ）から、圧縮空気流路における「Ａ熱交換部（三次冷却部４３）」の下流側端部（図２に示す位置ＰＢ）までの間の任意の位置に「Ｂ熱交換処理」を実行する「Ｂ熱交換部」を配設する（上記の例における冷却器７Ａを配設する）ことができる。このような構成を採用した場合においても、上記の圧縮空気除湿システム１Ａと同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ 圧縮空気除湿システム
２，２Ａ 熱交換器
３，３Ａ 冷凍サイクル
４ 制御部
５ 電磁弁
６ 膨張弁
７，７Ａ 冷却器
８，９ ドレン配管
２１，４１ 一次冷却部
２２，４２ 二次冷却部
２３，４４ 再熱部
３１ 圧縮機
３２ 凝縮器
３３ 膨張弁
３４ 蒸発器
４３ 三次冷却部
ＣＰ エアーコンプレッサ
Ｈａ 導入口
Ｈｂ 送気口
Ｈｃ 排水口
Ｗ ドレン水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルによって圧縮空気を冷却することで圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧縮空気除湿システムとして、出願人は、特開２０１０−１２４２６号公報（特許文献１）、および特開２０１０−１２４２７号公報（特許文献２）において圧縮空気除湿装置（以下、単に「除湿装置」ともいう）を開示している。出願人が開示している除湿装置は、冷凍サイクルにおける蒸発器が配設された熱交換器を備え、熱交換器内に導入した圧縮空気を蒸発器で冷却することによって圧縮空気中の水分を結露させて除湿する構成が採用されている。この場合、出願人が開示している除湿装置では、熱交換器において生じたドレン水と冷凍サイクル内の冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却するドレン熱交換部を備え、冷凍サイクルの負担を軽減しつつ、熱交換器内における圧縮空気の冷却効率を向上させる構成が採用されている。
【０００３】
具体的には、特許文献１の除湿装置では、冷凍サイクルにおける凝縮器の下流側（凝縮器と膨張弁との間）にドレン熱交換部が配設されて、凝縮器において液化されて膨張弁に向かって冷媒配管内を移動する液化冷媒をドレン水によって冷却する構成が採用されている。また、特許文献２の除湿装置では、冷凍サイクルにおける圧縮機の下流側（圧縮機と凝縮器との間）にドレン熱交換部が配設されて、圧縮機において圧縮されて凝縮器に向かって冷媒配管内を移動する気化冷媒をドレン水によって冷却する構成が採用されている。この場合、ドレン熱交換部としては、熱交換器から排水されたドレン水を収容可能に容器状に構成された外管の内側に冷媒配管を挿通させる構造や、冷媒配管の周囲にドレン配管を螺旋状に巻き付ける構成が採用されている。これにより、出願人が開示している除湿装置では、ドレン熱交換部においてドレン水によって冷媒が冷却される分だけ冷凍サイクルの負担が軽減されると共に、熱交換器において圧縮空気が好適に冷却される。
【０００４】
一方、特開平１１−１９３７８２号公報（特許文献３）には、冷凍式エアードライヤー（以下、単に「ドライヤー」ともいう）において生じたドレン水を利用して、空気圧縮機によって圧縮された高温高圧の圧縮空気を、ドライヤーに導入する前に温度低下させる構成のシステム（以下、「除湿システム」ともいう）が開示されている。具体的には、この除湿システムは、ドライヤーにおいて生じたドレン水を貯留可能に構成された冷却槽（水槽）内を圧縮空気配管が通過するように構成された水冷式アフタークーラ（以下、単に「アフタークーラ」ともいう）を備え、このアフタークーラにおいて、圧縮空気とドレン水とを相互に熱交換させて、ある程度温度低下した状態の圧縮空気をドライヤーに導入して除湿する構成が採用されている。これにより、この除湿システムでは、アフタークーラにおいて圧縮空気の温度が低下させられる分だけ、ドライヤーにおいて圧縮空気を冷却する冷凍サイクルの負担が軽減されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２４２６号公報（第４−７頁、第１−５図）
【特許文献２】特開２０１０−１２４２７号公報（第４−７頁、第１−５図）
【特許文献３】特開平１１−１９３７８２号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、出願人が開示している除湿装置や、従来の除湿システムには、以下の解決すべき課題が存在する。すなわち、出願人が開示している除湿装置では、熱交換器において生じたドレン水と冷凍サイクル内の冷媒とをドレン熱交換部において相互に熱交換させることで冷媒を冷却する構成が採用され、従来の除湿システムでは、ドライヤーにおいて生じたドレン水と空気圧縮機から排気された圧縮空気とをアフタークーラにおいて相互に熱交換させることで圧縮空気を冷却する構成が採用されている。この場合、熱交換器やドライヤーにおいて生じたドレン水は、冷凍サイクルにおける蒸発器の周囲に結露した結露水であるため、その水温が比較的低温となっている。このため、このドレン水と冷媒や圧縮空気とを相互に熱交換させることで、冷媒や圧縮空気の温度がある程度低下する結果、冷凍サイクルの負担をある程度軽減することが可能となっている。
【０００７】
しかしながら、地球環境の保護が重要な課題となっている今日において、出願人が開示している除湿装置や、従来の除湿システムには、冷凍サイクルの負担をより一層軽減すると共に、熱交換器（ドライヤー）における圧縮空気の冷却効率をより一層向上させて、圧縮空気除湿システムにおける消費エネルギーを一層低減すべきとの課題がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクルの負担を軽減しつつ、熱交換器における圧縮空気の冷却効率を向上させ得る圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、請求項１記載の圧縮空気除湿システムは、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、前記冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における前記冷媒圧縮機の冷媒排出口から当該冷媒流路における前記膨張弁までの間の予め規定された位置に配設されると共に、当該圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と当該冷凍サイクル内の前記冷媒とを相互に熱交換させて当該冷媒を冷却する第２熱交換部と、前記第２熱交換部において前記ドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている。
【００１０】
また、請求項２記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１記載の圧縮空気除湿システムにおいて、少なくとも前記第１熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を送水するドレン配管が前記第２熱交換部に接続されている。
【００１１】
さらに、請求項３記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１または２記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記第２熱交換部が前記凝縮器と一体的に構成されている。
【００１２】
また、請求項４記載の圧縮空気除湿システムは、請求項１から３のいずれかに記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記第２熱交換部に対して前記ドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えている。
【００１３】
また、請求項５記載の圧縮空気除湿システムは、冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却するＡ熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、当該圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システムにおいて空気圧縮機によって生成された圧縮空気を送気する圧縮空気流路における当該空気圧縮機の空気排出口から当該圧縮空気流路における前記Ａ熱交換部の下流側端部までの間の予め規定された位置に配設されて、当該圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と前記圧縮空気とを相互に熱交換させて当該圧縮空気を冷却するＢ熱交換部と、前記Ｂ熱交換部において前記ドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている。
【００１４】
さらに、請求項６記載の圧縮空気除湿システムは、請求項５記載の圧縮空気除湿システムにおいて、少なくとも前記Ａ熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を送水するドレン配管が前記Ｂ熱交換部に接続されている。
【００１５】
また、請求項７記載の圧縮空気除湿システムは、請求項５または６記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記Ｂ熱交換部が前記圧縮空気流路における前記Ａ熱交換部よりも上流側に配設されると共に、当該Ａ熱交換部および当該Ｂ熱交換部が１つの圧力容器内に一体的に設けられている。
【００１６】
さらに、請求項８記載の圧縮空気除湿システムは、請求項５から７のいずれかに記載の圧縮空気除湿システムにおいて、前記Ｂ熱交換部に対して前記ドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えている。
【００１７】
また、請求項９記載の圧縮空気除湿方法は、除湿対象の圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換処理を実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、前記冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から当該冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置において、前記圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と当該冷凍サイクル内の前記冷媒とを相互に熱交換させて当該冷媒を冷却する第２熱交換処理を実行すると共に、当該第２熱交換処理に際して前記ドレン水を断熱膨張させる。
【００１８】
また、請求項１０記載の圧縮空気除湿方法は、除湿対象の圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却するＡ熱交換処理を実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、当該圧縮空気除湿方法に従って除湿すべき前記圧縮空気が送気される圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から当該圧縮空気流路における前記Ａ熱交換処理の実行位置の下流側端部までの間の予め規定された位置において、当該圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と当該圧縮空気とを相互に熱交換させて当該圧縮空気を冷却するＢ熱交換処理を実行すると共に、当該Ｂ熱交換処理に際して前記ドレン水を断熱膨張させる圧縮空気除湿方法。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の圧縮空気除湿システムでは、冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置に配設されると共に、圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と冷凍サイクル内の冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する第２熱交換部と、第２熱交換部においてドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている。また、請求項９記載の圧縮空気除湿方法では、冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置において、圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する第２熱交換処理を実行すると共に、第２熱交換処理に際してドレン水を断熱膨張させる。
【００２０】
したがって、請求項１記載の圧縮空気除湿システム、および請求項９記載の圧縮空気除湿方法によれば、断熱膨張によってドレン水の温度が十分に低下するため、単にドレン水と冷媒とを相互に熱交換させる構成・方法と比較して、第２熱交換部における第２熱交換処理において冷凍サイクルの冷媒を十分に冷却することができる。これにより、高温高圧の気化冷媒が膨張弁に供給される事態を好適に回避することができるだけでなく、十分に温度低下した液化冷媒を膨張弁に供給して蒸発器内に噴出させることができるため、蒸発器の温度を十分に低下させることができる結果、第１熱交換部における第１熱交換処理において圧縮空気中の水分を好適に除去することができると共に、冷凍サイクルの負担を十分に軽減することができる。
【００２１】
また、請求項２記載の圧縮空気除湿システムによれば、少なくとも第１熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を送水するドレン配管を第２熱交換部に接続したことにより、冷凍サイクルの蒸発器に接して十分に温度低下したドレン水を使用することで第２熱交換部を十分に温度低下させることができるため、第１熱交換部（蒸発器）に対して一層低温の冷媒を供給することができる。これにより、圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、冷凍サイクルの負担を一層軽減することができる。
【００２２】
さらに、請求項３記載の圧縮空気除湿システムによれば、第２熱交換部を凝縮器と一体的に構成したことにより、冷媒の温度を効率よく低下させることができると共に、第２熱交換部および凝縮器を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システムを小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００２３】
また、請求項４記載の圧縮空気除湿システムによれば、第２熱交換部に対してドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えたことにより、第２熱交換部に向けてドレン水を常時流動させる構成とは異なり、第２熱交換部において冷媒を冷却するためのドレン水が存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システムによる除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【００２４】
また、請求項５記載の圧縮空気除湿システムでは、圧縮空気除湿システムが接続されている圧縮空気供給システムにおいて空気圧縮機によって生成された圧縮空気を送気する圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から圧縮空気流路におけるＡ熱交換部の下流側端部までの間の予め規定された位置に配設されて、圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と圧縮空気とを相互に熱交換させて圧縮空気を冷却するＢ熱交換部と、Ｂ熱交換部においてドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている。また、請求項１０記載の圧縮空気除湿方法では、圧縮空気除湿方法に従って除湿すべき圧縮空気を送気する圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から圧縮空気流路におけるＡ熱交換処理の実行位置の下流側端部までの間の予め規定された位置において、圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と圧縮空気とを相互に熱交換させて圧縮空気を冷却するＢ熱交換処理を実行すると共に、Ｂ熱交換処理に際してドレン水を断熱膨張させる。
【００２５】
したがって、請求項５記載の圧縮空気除湿システム、および請求項１０記載の圧縮空気除湿方法によれば、断熱膨張によってドレン水の温度が十分に低下するため、単にドレン水と圧縮空気とを相互に熱交換させる構成・方法と比較して、Ｂ熱交換部におけるＢ熱交換処理において圧縮空気を十分に冷却することができる。これにより、Ｂ熱交換部におけるＢ熱交換処理において圧縮空気中の水分を好適に除去することができるだけでなく、Ａ熱交換部におけるＡ熱交換処理において、冷凍サイクルの負担を十分に軽減することができる。
【００２６】
また、請求項６記載の圧縮空気除湿システムによれば、少なくともＡ熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を送水するドレン配管をＢ熱交換部に接続したことにより、冷凍サイクルの蒸発器に接して十分に温度低下したドレン水を使用することでＢ熱交換部を十分に温度低下させることができるため、Ｂ熱交換部において圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、Ａ熱交換部に導入させる圧縮空気の温度を十分に低下させることができる結果、冷凍サイクルの負担を一層軽減することができる。
【００２７】
さらに、請求項７記載の圧縮空気除湿システムによれば、Ｂ熱交換部を圧縮空気流路におけるＡ熱交換部よりも上流側に配設すると共に、Ａ熱交換部およびＢ熱交換部を１つの圧力容器内に一体的に設けたことにより、Ｂ熱交換部からＡ熱交換部まで圧縮空気を短時間でスムーズに移動させることができるため、Ｂ熱交換部におけるＢ熱交換処理による冷却を完了した圧縮空気がＡ熱交換部に移動する際に温度上昇する事態を回避して、冷却に要したエネルギーの損失を十分に低減することができる。加えて、この圧縮空気除湿システムによれば、両熱交換部を別個独立した圧力容器で構成するのと比較して、両熱交換部を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システムを小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００２８】
また、請求項８記載の圧縮空気除湿システムによれば、Ｂ熱交換部に対してドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えたことにより、Ｂ熱交換部に向けてドレン水を常時流動させる構成とは異なり、Ｂ熱交換部において圧縮空気を冷却するためのドレン水が存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システムによる除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧縮空気除湿システム１の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る圧縮空気除湿システム１Ａの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１に示す圧縮空気除湿システム１は、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された圧縮空気中に含まれている水分を除去するシステムであって、熱交換器２、冷凍サイクル３、制御部４および電磁弁５を備えて構成されている。この場合、エアーコンプレッサＣＰは、「空気圧縮機」の一例であって、圧縮空気除湿システム１（または、後述する圧縮空気除湿システム１Ａ（図２参照））と相まって「圧縮空気供給システム」を構成する。なお、「圧縮空気供給システム」を構成する要素は、エアーコンプレッサＣＰおよび圧縮空気除湿システム１（または、圧縮空気除湿システム１Ａ）だけではなく、エアーコンプレッサＣＰによって生成された圧縮空気を貯留するエアータンク（図示せず）や、圧縮空気中に含まれている塵埃および油分などを除去する各種のフィルタ装置（図示せず）を備えて構成することができる。
【００３２】
一方、熱交換器２は、円筒状に形成された容器本体１０ａと、容器本体１０ａにおける両開口部を閉塞する蓋体１０ｂ，１０ｃとを備えて構成されている。この熱交換器２は、容器本体１０ａ内に取り付けられた仕切板１５ａ〜１５ｃによって容器本体１０ａ内に中室１３ａ，１３ｂが設けられると共に、容器本体１０ａに対して蓋体１０ｂ，１０ｃが取り付けられた状態において中室１３ａ，１３ｂを挟んで前室１１および後室１２が形成されている。また、上記の前室１１および後室１２は、中室１３ａを通過するように仕切板１５ａ，１５ｂの２枚を貫通させられた複数の連結管１４によって相互に連結されている。なお、同図では、熱交換器２の構成についての理解を容易とするために、２本の連結管１４だけを図示しているが、実際には、数本から数十本の連結管１４によって前室１１および後室１２が連結されている。
【００３３】
この場合、中室１３ａには、除湿対象の圧縮空気を導入する導入口Ｈａが設けられ、後室１２には、除湿を完了した圧縮空気を送気するための送気口Ｈｂが設けられている。また、中室１３ａには、後述するようにして各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）によって、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）を冷却する一次冷却部２１（各連結管１４の周囲）と、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気によって、各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気を加熱する再熱部２３（各連結管１４の内部）とが設けられている。さらに、中室１３ｂには、冷凍サイクル３における蒸発器３４が配設されている。また、中室１３ｂには、上記の一次冷却部２１における冷却を完了した圧縮空気と蒸発器３４内の冷媒とを相互に熱交換させて圧縮空気をさらに冷却する二次冷却部２２が設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、熱交換器２における二次冷却部２２が「第１熱交換部」を構成する。
【００３４】
また、前室１１（熱交換器２の底部）には、圧縮空気中から除去されて底部に集水されたドレン水Ｗ（圧縮空気中の水分を結露させた結露水）を熱交換器２の外部に排水するための排水口Ｈｃが設けられている。この場合、排水口Ｈｃには、後述するように制御部４によって開閉制御されることで、圧縮空気の放出を阻止しつつ、ドレン水Ｗを間欠的に通過させる電磁弁５が取り付けられている。また、電磁弁５は、後述するように冷凍サイクル３の凝縮器３２と一体的に構成された冷却器７に対してドレン配管８を介して接続されている。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、凝縮器３２および冷却器７が相まって「第２熱交換部」を構成する（「少なくとも第１熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を送水するドレン配管が第２熱交換部に接続されている」との構成の一例）。さらに、この圧縮空気除湿システム１では、電磁弁５と冷却器７とを接続するドレン配管８に、冷却器７内においてドレン水Ｗを断熱膨張させるための膨張弁６（「ドレン水用膨張弁」の一例）が取り付けられている。なお、この圧縮空気除湿システム１におけるドレン水Ｗの流れについては、後に詳細に説明する。
【００３５】
冷凍サイクル３は、圧縮機３１、凝縮器３２、膨張弁３３および蒸発器３４を備え、これらが、冷凍サイクル３内において冷媒を循環させるための冷媒配管を介して環状に接続されている。圧縮機３１は、「冷媒圧縮機」の一例であって、蒸発器３４において圧縮空気と熱交換して温度上昇させられた気化冷媒を制御部４の制御に従って凝縮器３２に向けて圧送する。凝縮器３２は、圧縮機３１によって圧送された高温高圧の気化冷媒を冷却することで凝縮させる（液化させる）。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、前述したように、熱交換器２において生じたドレン水Ｗによって冷凍サイクル３の冷媒を冷却するための冷却器７が凝縮器３２と一体的に形成されて「第２熱交換部」が構成されている。また、凝縮器３２には、冷却器７を通過したドレン水Ｗを図示しないドレン水処理装置に送水するためのドレン配管９が接続されている。
【００３６】
膨張弁３３は、一例として電子膨張弁で構成されて、蒸発器３４内に液化冷媒を吐出させることで蒸発器３４内において冷媒を気化させる。この場合、電子膨張弁に代えて、キャピラリチューブによって膨張弁を構成することもできる。蒸発器３４は、上記したように、熱交換器２における二次冷却部２２内に配設されて膨張弁３３から吐出された冷媒の気化熱によって周囲の圧縮空気（二次冷却部２２内の圧縮空気）を冷却する。なお、実際の冷凍サイクル３には、圧縮機３１によって圧送される冷媒の一部を蒸発器３４と圧縮機３１との間に戻すための冷媒配管や、キャパシティコントロールバルブ、および凝縮器３２に対して送風するファンなどを備えているが、圧縮空気除湿システム１（冷凍サイクル３）の構成についての理解を容易とするために、これらについての説明および図示を省略する。
【００３７】
一方、制御部４は、圧縮空気除湿システム１を総括的に制御する。具体的には、制御部４は、圧縮機３１を制御して冷媒の圧送能力を調整すると共に、膨張弁３３を制御して蒸発器３４に対する冷媒の吐出量を調整することにより、冷凍サイクル３の冷凍能力を調整する。また、制御部４は、電磁弁５を開閉制御して、熱交換器２において生じたドレン水Ｗを冷却器７に対して間欠的に供給させる。
【００３８】
次に、圧縮空気除湿システム１による圧縮空気の除湿処理について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００３９】
この圧縮空気除湿システム１では、図示しない電源スイッチが投入されたときに、制御部４が圧縮機３１および膨張弁３３を作動させて冷凍サイクル３内における冷媒の循環を開始させる。この際には、後述するように、蒸発器３４内における冷媒の気化熱によって二次冷却部２２内が冷却される。この状態において、エアーコンプレッサＣＰが作動させられたときには、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された圧縮空気が圧縮空気除湿システム１に供給される。この際には、供給された圧縮空気が、矢印Ａで示すように導入口Ｈａから熱交換器２内（一次冷却部２１）に導入される。この場合、熱交換器２内に導入された圧縮空気は、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された際に温度上昇させられて高温となり、かつ、大気よりも湿度が高くなっている（大気よりも高温高湿となっている）。
【００４０】
この高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）は、矢印Ｂ，Ｃで示すように中室１３ａを移動する際に、後述する除湿過程において冷却されて連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる除湿処理後の低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）と一次冷却部２１において熱交換することによって冷却される。この結果、導入口Ｈａから導入された圧縮空気に含まれている水分の一部が、一次冷却部２１において連結管１４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２の底部に集水される。
【００４１】
また、一次冷却部２１において一次冷却された圧縮空気は、一次冷却部２１から二次冷却部２２に矢印Ｄで示すように排出され、矢印Ｅ１〜Ｅ４で示すように中室１３ｂ内を移動する際に、二次冷却部２２内において、蒸発器３４内の冷媒と熱交換することによって冷却される（「第１熱交換処理」の一例）。この際には、一次冷却部２１から排出された圧縮空気に含まれている水分のほぼすべてが二次冷却部２２内において蒸発器３４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２の底部に集水される結果、圧縮空気が十分に除湿される。
【００４２】
また、一次冷却部２１および二次冷却部２２において冷却されて除湿された低温低湿の圧縮空気は、矢印Ｆで示すように二次冷却部２２から前室１１に排出された後に、矢印Ｇで示すように前室１１から後室１２に向かって再熱部２３（各連結管１４の内部）を移動する。この際には、導入口Ｈａから順次導入されている高温高湿の圧縮空気と、各連結管１４内の低温低湿の圧縮空気とが再熱部２３において相互に熱交換することにより、各連結管１４内の圧縮空気が、後室１２に排出されるまでの間に十分に加熱されて高温となる。この場合、この圧縮空気除湿システム１では、再熱部２３において、導入口Ｈａから熱交換器２内（中室１３ａ内）に導入された直後の高温の圧縮空気によって各連結管１４内の圧縮空気を加熱するため、各連結管１４内の圧縮空気が十分に温度上昇させられる。この後、後室１２に排出された高温低湿の圧縮空気は、矢印Ｈで示すように、送気口Ｈｂから図示しない接続用配管を介して供給対象体（例えば、エアーツール）に供給される。
【００４３】
一方、この圧縮空気除湿システム１では、一次冷却部２１および二次冷却部２２において圧縮空気から除去されて熱交換器２の底部に集水されたドレン水Ｗを、冷凍サイクル３における凝縮器３２と一体的に構成した冷却器７に供給して、冷媒を冷却するための冷却水として使用する構成が採用されている。具体的には、この圧縮空気除湿システム１では、制御部４が、電磁弁５を間欠的に開閉制御することにより、熱交換器２の底部に集水されているドレン水Ｗを、一定時間間隔でドレン配管８を介して冷却器７に供給させる。この際には、二次冷却部２２において圧縮空気と熱交換することで（圧縮空気を冷却することで）温度上昇した後に圧縮機３１によって圧縮されることで一層温度上昇した高温の気化冷媒と、冷却器７に供給された低温のドレン水Ｗとが相互に熱交換して冷媒が十分に冷却される（「第２熱交換処理」の一例）。
【００４４】
この場合、二次冷却部２２において生じたドレン水Ｗは、圧縮空気中の水分が低温の蒸発器３４に接して生じた結露水であるため、その温度が非常に低くなっている。したがって、この二次冷却部２２において生じたドレン水Ｗを含むドレン水Ｗが冷却器７に供給されることで、冷却器７の温度が十分に低下することとなる。また、この圧縮空気除湿システム１では、冷却器７においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６が配設されている。したがって、熱交換器２内において生じた低温のドレン水Ｗが冷却器７内において断熱膨張することによって一層温度低下した状態で冷媒と熱交換することとなるため、ドレン水Ｗを単に冷却器７に供給して冷媒と熱交換させるだけの構成と比較して、冷媒の温度を一層低下させることが可能となっている。これにより、凝縮器３２において、気化冷媒が、確実かつスムーズに凝縮すると共に、凝縮した液化冷媒の温度も十分に低下する。
【００４５】
この後、十分に温度低下させられた液化冷媒は、膨張弁３３を介して蒸発器３４に供給されることで、前述したように、一次冷却部２１内の圧縮空気を冷却する。また、冷却器７において冷媒と熱交換して温度上昇させられたドレン水Ｗは、ドレン配管９を介して図示しないドレン水処理装置に送水されて、油分や不純物を除去された後に、排水溝等に排水される。
【００４６】
このように、この圧縮空気除湿システム１では、冷凍サイクル３内において冷媒が循環する冷媒流路における圧縮機３１の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁３３までの間の予め規定された位置（この例では、凝縮器３２の位置）に配設されると共に、圧縮空気除湿システム１が接続されている（圧縮空気除湿システム１を含んで構成された）圧縮空気供給システム内において生じたドレン水Ｗと冷凍サイクル３内の冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する冷却器７および凝縮器３２（第２熱交換部）と、冷却器７においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６とを備えている。また、この圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法では、冷凍サイクル３内において冷媒が循環する冷媒流路における圧縮機３１の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁３３までの間の予め規定された位置（この例では、凝縮器３２の位置）において、圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水Ｗと冷媒とを相互に熱交換させて冷媒を冷却する「第２熱交換処理」を実行すると共に、「第２熱交換処理」に際してドレン水Ｗを断熱膨張させる。
【００４７】
したがって、この圧縮空気除湿システム１、および圧縮空気除湿システム１による圧縮空気除湿方法によれば、断熱膨張によってドレン水Ｗの温度が十分に低下するため、単にドレン水Ｗと冷媒とを相互に熱交換させる構成・方法と比較して、第２熱交換部（冷却器７および凝縮器３２）における「第２熱交換処理」において冷凍サイクル３の冷媒を十分に冷却することができる。これにより、高温の気化冷媒が膨張弁３３に供給される事態を好適に回避することができるだけでなく、十分に温度低下した液化冷媒を膨張弁３３に供給して蒸発器３４内に噴出させることができるため、蒸発器３４の温度を十分に低下させることができる結果、二次冷却部２２における「第１熱交換処理」において圧縮空気中の水分を好適に除去することができると共に、冷凍サイクル３の負担を十分に軽減することができる。
【００４８】
また、この圧縮空気除湿システム１によれば、少なくとも二次冷却部２２における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水Ｗを送水するドレン配管８を「第２熱交換部（冷却器７）」に接続したことにより、冷凍サイクル３の蒸発器３４に接して十分に温度低下したドレン水Ｗを使用することで冷却器７および凝縮器３２を十分に温度低下させることができるため、二次冷却部２２（蒸発器３４）に対して一層低温の冷媒を供給することができる。これにより、圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、冷凍サイクル３の負担を一層軽減することができる。
【００４９】
さらに、この圧縮空気除湿システム１によれば、冷却器７（第２熱交換部）を凝縮器３２と一体的に構成したことにより、冷媒の温度を効率よく低下させることができると共に、冷却器７および凝縮器３２を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システム１を小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００５０】
また、この圧縮空気除湿システム１によれば、冷却器７（第２熱交換部）に対してドレン水Ｗを間欠的に供給する電磁弁５を備えたことにより、冷却器７に向けてドレン水Ｗを常時流動させる構成とは異なり、冷却器７（凝縮器３２）において冷媒を冷却するためのドレン水Ｗが存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システム１による除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【００５１】
次に、添付図面を参照して、本発明に係る圧縮空気除湿システムおよび圧縮空気除湿方法の他の実施の形態について説明する。
【００５２】
図２に示す圧縮空気除湿システム１Ａは、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された圧縮空気中に含まれている水分を除去するシステムであって、熱交換器２Ａ、冷凍サイクル３Ａ、制御部４および電磁弁５を備えて構成されている。なお、前述した圧縮空気除湿システム１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００５３】
熱交換器２Ａは、「圧力容器」の一例であって、前述した圧縮空気除湿システム１における熱交換器２と同様にして、円筒状に形成された容器本体１０ａと、容器本体１０ａにおける両開口部を閉塞する蓋体１０ｂ，１０ｃとを備えて構成されている。この熱交換器２Ａは、容器本体１０ａ内に取り付けられた仕切板１５ａ〜１５ｄによって容器本体１０ａ内に中室１３ａ〜１３ｃが設けられている。この場合、中室１３ａには、各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）によって、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）を冷却する一次冷却部４１（各連結管１４の周囲）と、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気によって各連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる低温低湿の圧縮空気を加熱する再熱部４４（各連結管１４の内部）とが設けられている。
【００５４】
また、中室１３ｃには、後述するようにしてこの熱交換器２Ａにおいて生じたドレン水Ｗ（「圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システム内において生じたドレン水（圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水）」の一例であって「少なくともＡ熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水」を含んだドレン水の一例）によって圧縮空気を冷却するための冷却器７Ａが配設されている。この中室１３ｃには、上記の一次冷却部４１における冷却を完了した圧縮空気と冷却器７Ａ内のドレン水Ｗとを相互に熱交換させて、一次冷却部４１における冷却を完了した圧縮空気をさらに冷却する二次冷却部４２が設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、熱交換器２Ａにおける二次冷却部４２が「Ｂ熱交換部」を構成する。
【００５５】
さらに、中室１３ｂには、冷凍サイクル３Ａにおける蒸発器３４が配設されている。この中室１３ｂには、上記の二次冷却部４２における冷却を完了した圧縮空気と蒸発器３４内の冷媒とを相互に熱交換させて圧縮空気をさらに冷却する三次冷却部４３が設けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、熱交換器２Ａにおける三次冷却部４３が「Ａ熱交換部」を構成する。このように、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、一次冷却部４１および再熱部４４と、「Ｂ熱交換部」を構成する二次冷却部４２と、「Ａ熱交換部」を構成する三次冷却部４３とが１つの熱交換器２Ａ（圧力容器）内に一体的に設けられて構成されている。
【００５６】
また、前室１１（熱交換器２Ａの底部）には、前述した圧縮空気除湿システム１と同様にして、排水口Ｈｃが設けられ、この排水口Ｈｃには、電磁弁５が取り付けられている。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、電磁弁５が、上記の冷却器７Ａに対してドレン配管８を介して接続されている（「少なくともＡ熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水を送水するドレン配管がＢ熱交換部に接続されている」との構成の一例）。さらに、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、電磁弁５と冷却器７Ａとを接続するドレン配管８に、冷却器７Ａ内においてドレン水Ｗを断熱膨張させるための膨張弁６（「ドレン水用膨張弁」の一例）が取り付けられている。また、冷却器７Ａを通過したドレン水Ｗは、ドレン配管９を介して図示しないドレン水処理装置に送水される。
【００５７】
次に、圧縮空気除湿システム１Ａによる圧縮空気の除湿処理について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００５８】
この圧縮空気除湿システム１Ａでは、図示しない電源スイッチが投入されたときに、制御部４が圧縮機３１および膨張弁３３を作動させて冷凍サイクル３Ａ内における冷媒の循環を開始させる。この際には、後述するように、蒸発器３４内における冷媒の気化熱によって三次冷却部４３内が冷却される。この状態において、エアーコンプレッサＣＰが作動させられたときには、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された圧縮空気が圧縮空気除湿システム１Ａに供給される。この際には、エアーコンプレッサＣＰによって圧縮された高温高湿の圧縮空気が、矢印Ａで示すように導入口Ｈａから熱交換器２Ａ内（一次冷却部４１）に導入される。
【００５９】
また、導入口Ｈａから導入された高温高湿の圧縮空気（除湿対象の圧縮空気）は、矢印Ｂ１で示すように中室１３ａを移動する際に、後述する除湿過程において冷却されて連結管１４内を前室１１から後室１２に向かって通過させられる除湿処理後の低温低湿の圧縮空気（除湿を完了した圧縮空気）と一次冷却部４１において熱交換することによって冷却される。この結果、導入口Ｈａから導入された圧縮空気に含まれている水分の一部が、一次冷却部４１において連結管１４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２Ａ内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２Ａの底部に集水される。
【００６０】
さらに、一次冷却部４１において一次冷却された圧縮空気は、一次冷却部４１から二次冷却部４２に矢印Ｂ２で示すように排出され、矢印Ｃ１〜Ｃ４で示すように中室１３ｃ内を移動する際に、二次冷却部４２内において、後述するように冷却器７Ａに供給されたドレン水Ｗと熱交換することによって冷却される（「Ｂ熱交換処理」の一例）。この結果、一次冷却部４１から二次冷却部４２に導入された圧縮空気に含まれている水分の一部が、二次冷却部４２において冷却器７Ａの周囲に結露して圧縮空気から取り除かれ、圧縮空気の流れに沿って熱交換器２Ａ内を移動して、ドレン水Ｗとして熱交換器２Ａの底部に集水される。
【００６１】
また、二次冷却部４２において二次冷却された圧縮空気（「Ｂ熱交換部」における冷却を完了した圧縮空気）は、二次冷却部４２から三次冷却部４３に矢印Ｄで示すように排出され、矢印Ｅ１〜Ｅ４で示すように中室１３ｂ内を移動する際に、三次冷却部４３内において、蒸発器３４内の冷媒と熱交換することによって冷却される（「Ａ熱交換処理」の他の一例）。この際には、二次冷却部４２から排出された圧縮空気に含まれている水分のほぼすべてが三次冷却部４３内において蒸発器３４の周囲に結露して圧縮空気から取り除かれて、ドレン水Ｗとして熱交換器２Ａの底部に集水される結果、圧縮空気が十分に除湿される。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、三次冷却部４３に導入される圧縮空気が、一次冷却部４１および二次冷却部４２の二段階に亘って順次冷却されて、その温度が十分に低温となっている。したがって、冷凍サイクル３Ａの冷凍能力（運転）を低下させた状態であっても、三次冷却部４３において圧縮空気中の水分が十分に除去される。
【００６２】
また、一次冷却部４１、二次冷却部４２および三次冷却部４３において順次冷却されて除湿された低温低湿の圧縮空気は、矢印Ｆで示すように三次冷却部４３から前室１１に排出された後に、矢印Ｇで示すように前室１１から後室１２に向かって再熱部４４（各連結管１４の内部）を移動する。この際には、導入口Ｈａから順次導入されている高温高湿の圧縮空気と、各連結管１４内の低温低湿の圧縮空気とが再熱部４４において相互に熱交換することにより、各連結管１４内の圧縮空気が、後室１２に排出されるまでの間に十分に加熱されて高温となる。この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、再熱部４４において、導入口Ｈａから熱交換器２Ａ内（中室１３ａ内）に導入された直後の高温の圧縮空気によって各連結管１４内の圧縮空気を加熱するため、各連結管１４内の圧縮空気が十分に温度上昇させられる。この後、後室１２に排出された高温低湿の圧縮空気は、矢印Ｈで示すように、送気口Ｈｂから図示しない接続用配管を介して供給対象体（例えば、エアーツール）に供給される。
【００６３】
この場合、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、一次冷却部４１、二次冷却部４２および三次冷却部４３において圧縮空気から除去されて熱交換器２Ａの底部に集水されたドレン水Ｗを冷却器７Ａに供給して、圧縮空気を冷却するための冷却水として使用する構成が採用されている。具体的には、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、制御部４が、電磁弁５を間欠的に開閉制御することにより、熱交換器２Ａの底部に集水されているドレン水Ｗを、一定時間間隔でドレン配管８を介して冷却器７Ａに供給させる。この場合、三次冷却部４３において生じたドレン水Ｗは、圧縮空気中の水分が低温の蒸発器３４に接して生じた結露水であるため、その温度が非常に低くなっている。したがって、この三次冷却部４３において生じたドレン水Ｗを含むドレン水Ｗが冷却器７Ａに供給されることで、冷却器７Ａの温度が十分に低下することとなる。
【００６４】
また、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、冷却器７Ａにおいてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６が配設されている。したがって、熱交換器２Ａ内において生じた低温のドレン水Ｗが冷却器７Ａ内において断熱膨張することによって一層温度低下した状態で圧縮空気と熱交換することとなるため、ドレン水Ｗを単に冷却器７Ａに供給して圧縮空気と熱交換させるだけの構成と比較して、圧縮空気の温度を一層低下させることが可能となっている。これにより、前述した二次冷却部４２における圧縮空気の冷却時において、一次冷却部４１からの圧縮空気に含まれている水分の一部が好適に取り除かれるだけでなく、二次冷却部４２から三次冷却部４３に排出される圧縮空気の温度が十分に低下する結果、三次冷却部４３内に蒸発器３４が配設されている冷凍サイクル３Ａの冷凍能力をある程度低下させた状態であっても、二次冷却部４２からの圧縮空気の温度を、三次冷却部４３において、露点温度よりも低温の好適な温度まで十分に低下させることができる。この後、二次冷却部４２において圧縮空気と熱交換することで加温されたドレン水Ｗは、ドレン配管９を介して図示しないドレン水処理装置に送水されて、油分や不純物を除去された後に、排水溝等に排水される。
【００６５】
このように、この圧縮空気除湿システム１Ａでは、圧縮空気除湿システム１Ａが接続されている（圧縮空気除湿システム１Ａを含んで構成された）圧縮空気供給システムにおいてエアーコンプレッサＣＰによって生成された圧縮空気を送気する圧縮空気流路におけるエアーコンプレッサＣＰの空気排出口から圧縮空気流路における三次冷却部４３の下流側端部までの間の予め規定された位置（この例では、熱交換器２Ａにおける一次冷却部４１と三次冷却部４３との間）に配設されて、圧縮空気供給システム内において生じたドレン水Ｗと圧縮空気とを相互に熱交換させて圧縮空気を冷却する二次冷却部４２と、二次冷却部４２（冷却器７Ａ）においてドレン水Ｗを断熱膨張させる膨張弁６とを備えている。また、この圧縮空気除湿システム１Ａによる圧縮空気除湿方法では、除湿すべき圧縮空気を送気する圧縮空気流路におけるエアーコンプレッサＣＰの空気排出口から圧縮空気流路における「Ａ熱交換処理」の実行位置の下流側端部までの間の予め規定された位置（この例では、熱交換器２Ａにおける一次冷却部４１と三次冷却部４３との間）において、圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水Ｗと圧縮空気とを相互に熱交換させて圧縮空気を冷却する「Ｂ熱交換処理」を実行すると共に、「Ｂ熱交換処理」に際してドレン水Ｗを断熱膨張させる。
【００６６】
したがって、この圧縮空気除湿システム１Ａ、および圧縮空気除湿システム１Ａによる圧縮空気除湿方法によれば、断熱膨張によってドレン水Ｗの温度が十分に低下するため、単にドレン水Ｗと圧縮空気とを相互に熱交換させる構成・方法と比較して、二次冷却部４２における「Ｂ熱交換処理」において圧縮空気を十分に冷却することができる。これにより、二次冷却部４２における「Ｂ熱交換処理」において圧縮空気中の水分を好適に除去することができるだけでなく、三次冷却部４３における「Ａ熱交換処理」において、冷凍サイクル３Ａの負担を十分に軽減することができる。
【００６７】
また、この圧縮空気除湿システム１Ａによれば、少なくとも三次冷却部４３における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水Ｗを送水するドレン配管８を二次冷却部４２（冷却器７Ａ）に接続したことにより、冷凍サイクル３Ａの蒸発器３４に接して十分に温度低下したドレン水Ｗを使用することで二次冷却部４２（冷却器７Ａ）を十分に温度低下させることができるため、二次冷却部４２において圧縮空気中の水分を一層好適に除去することができると共に、三次冷却部４３に導入させる圧縮空気の温度を十分に低下させることができる結果、冷凍サイクル３Ａの負担を一層軽減することができる。
【００６８】
さらに、この圧縮空気除湿システム１Ａによれば、二次冷却部４２を圧縮空気流路における三次冷却部４３よりも上流側に配設すると共に、三次冷却部４３および二次冷却部４２を１つの圧力容器（熱交換器２Ａ）内に一体的に設けたことにより、二次冷却部４２から三次冷却部４３まで圧縮空気を短時間でスムーズに移動させることができるため、二次冷却部４２における冷却を完了した圧縮空気が三次冷却部４３に移動する際に温度上昇する事態を回避して、冷却に要したエネルギーの損失を十分に低減することができる。加えて、この圧縮空気除湿システム１Ａによれば、「両熱交換部」を別個独立した圧力容器で構成するのと比較して、両熱交換部を少ない材料でコンパクトにまとめて構成することができるため、圧縮空気除湿システム１Ａを小型化することができると共に、その製造コストを十分に低減することができる。
【００６９】
また、この圧縮空気除湿システム１Ａによれば、二次冷却部４２に対してドレン水Ｗを間欠的に供給する電磁弁５を備えたことにより、二次冷却部４２に向けてドレン水Ｗを常時流動させる構成とは異なり、二次冷却部４２において圧縮空気を冷却するためのドレン水Ｗが存在しなくなる事態を回避することができると共に、圧縮空気除湿システム１Ａによる除湿対象の圧縮空気に加えられている圧力の損失を必要最低限に抑えることができる。
【００７０】
なお、「圧縮空気除湿システム」および「圧縮空気除湿方法」は、上記の構成や方法に限定されるものではない。例えば、一次冷却部２１および二次冷却部２２において生じたドレン水Ｗを使用する構成の圧縮空気除湿システム１、並びに、一次冷却部４１、二次冷却部４２および三次冷却部４３において生じたドレン水Ｗを使用する構成の圧縮空気除湿システム１Ａ（いずれも、「第１熱交換部またはＡ熱交換部における圧縮空気の冷却によって生じたドレン水」を含むドレン水Ｗを使用する形態）を例に挙げて説明したが、圧縮空気除湿システム１，１Ａを含んで構成された圧縮空気供給システム内における圧縮空気除湿システム１，１Ａ以外の構成要素、例えば、エアータンク、各種フィルタ装置、およびエアー配管内等において生じた「ドレン水」を使用する構成および方法を採用することもできる。このような構成および方法を採用した場合においても、冷媒や圧縮空気を冷却するための冷却水を流動させるためのポンプ等を用いることなく、圧縮空気に加えられている圧力を利用して冷却用のドレン水を送水することができる。
【００７１】
また、「冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置」の一例である凝縮器３２の位置に「第２熱交換処理」を実行する「第２熱交換部」を構成する冷却部７を配設した（冷却部７および凝縮器３２を一体的に構成した）圧縮空気除湿システム１を例に挙げて説明したが、「第２熱交換処理」を実行する「第２熱交換部」を配設する位置は、この例に限定されない。具体的には、冷凍サイクル３内において冷媒を循環させる冷媒流路における圧縮機３１の冷媒排出口（図１に示す位置Ｐ１）から、冷媒流路における膨張弁３３の位置（図１に示す位置Ｐ２）までの間の任意の位置に「第２熱交換処理」を実行する「第２熱交換部」を配設する（上記の例における冷却器７を配設する）ことができる。このような構成を採用した場合においても、上記の圧縮空気除湿システム１と同様の効果を奏することができる。
【００７２】
また、「圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から圧縮空気流路におけるＡ熱交換部の下流側端部までの間の予め規定された位置」の一例である「Ａ熱交換部（三次冷却部４３）の手前」に「Ｂ熱交換処理」を実行する「Ｂ熱交換部」を構成する冷却部７Ａを配設した圧縮空気除湿システム１Ａを例に挙げて説明したが、「Ｂ熱交換処理」を実行する「Ｂ熱交換部」を配設する位置は、この例に限定されない。具体的には、圧縮空気除湿システム１Ａを含んで構成された圧縮空気供給システムにおける圧縮空気流路におけるエアーコンプレッサＣＰの空気排出口（図２に示す位置ＰＡ）から、圧縮空気流路における「Ａ熱交換部（三次冷却部４３）」の下流側端部（図２に示す位置ＰＢ）までの間の任意の位置に「Ｂ熱交換処理」を実行する「Ｂ熱交換部」を配設する（上記の例における冷却器７Ａを配設する）ことができる。このような構成を採用した場合においても、上記の圧縮空気除湿システム１Ａと同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ 圧縮空気除湿システム
２，２Ａ 熱交換器
３，３Ａ 冷凍サイクル
４ 制御部
５ 電磁弁
６ 膨張弁
７，７Ａ 冷却器
８，９ ドレン配管
２１，４１ 一次冷却部
２２，４２ 二次冷却部
２３，４４ 再熱部
３１ 圧縮機
３２ 凝縮器
３３ 膨張弁
３４ 蒸発器
４３ 三次冷却部
ＣＰ エアーコンプレッサ
Ｈａ 導入口
Ｈｂ 送気口
Ｈｃ 排水口
Ｗ ドレン水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、
前記冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における前記冷媒圧縮機の冷媒排出口から当該冷媒流路における前記膨張弁までの間の予め規定された位置に配設されると共に、当該圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と当該冷凍サイクル内の前記冷媒とを相互に熱交換させて当該冷媒を冷却する第２熱交換部と、前記第２熱交換部において前記ドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている圧縮空気除湿システム。
【請求項２】
少なくとも前記第１熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を送水するドレン配管が前記第２熱交換部に接続されている請求項１記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項３】
前記第２熱交換部が前記凝縮器と一体的に構成されている請求項１または２記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項４】
前記第２熱交換部に対して前記ドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えている請求項１から３のいずれかに記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項５】
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却するＡ熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、
当該圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システムにおいて空気圧縮機によって生成された圧縮空気を送気する圧縮空気流路における当該空気圧縮機の空気排出口から当該圧縮空気流路における前記Ａ熱交換部の下流側端部までの間の予め規定された位置に配設されて、当該圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と前記圧縮空気とを相互に熱交換させて当該圧縮空気を冷却するＢ熱交換部と、前記Ｂ熱交換部において前記ドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている圧縮空気除湿システム。
【請求項６】
少なくとも前記Ａ熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を送水するドレン配管が前記Ｂ熱交換部に接続されている請求項５記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項７】
前記Ｂ熱交換部が前記圧縮空気流路における前記Ａ熱交換部よりも上流側に配設されると共に、当該Ａ熱交換部および当該Ｂ熱交換部が１つの圧力容器内に一体的に設けられている請求項５または６記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項８】
前記Ｂ熱交換部に対して前記ドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えている請求項５から７のいずれかに記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項９】
除湿対象の圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換処理を実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、
前記冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から当該冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置において、前記圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と当該冷凍サイクル内の前記冷媒とを相互に熱交換させて当該冷媒を冷却する第２熱交換処理を実行すると共に、当該第２熱交換処理に際して前記ドレン水を断熱膨張させる圧縮空気除湿方法。
【請求項１０】
除湿対象の圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却するＡ熱交換処理を実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、
当該圧縮空気除湿方法に従って除湿すべき前記圧縮空気が送気される圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から当該圧縮空気流路における前記Ａ熱交換処理の実行位置の下流側端部までの間の予め規定された位置において、当該圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と当該圧縮空気とを相互に熱交換させて当該圧縮空気を冷却するＢ熱交換処理を実行すると共に、当該Ｂ熱交換処理に際して前記ドレン水を断熱膨張させる圧縮空気除湿方法。
【請求項１】
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、
前記冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における前記冷媒圧縮機の冷媒排出口から当該冷媒流路における前記膨張弁までの間の予め規定された位置に配設されると共に、当該圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と当該冷凍サイクル内の前記冷媒とを相互に熱交換させて当該冷媒を冷却する第２熱交換部と、前記第２熱交換部において前記ドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている圧縮空気除湿システム。
【請求項２】
少なくとも前記第１熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を送水するドレン配管が前記第２熱交換部に接続されている請求項１記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項３】
前記第２熱交換部が前記凝縮器と一体的に構成されている請求項１または２記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項４】
前記第２熱交換部に対して前記ドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えている請求項１から３のいずれかに記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項５】
冷媒圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を有する冷凍サイクルと、前記蒸発器が配設されると共に除湿対象の圧縮空気および当該蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却するＡ熱交換部とを備えて、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿システムであって、
当該圧縮空気除湿システムを含んで構成された圧縮空気供給システムにおいて空気圧縮機によって生成された圧縮空気を送気する圧縮空気流路における当該空気圧縮機の空気排出口から当該圧縮空気流路における前記Ａ熱交換部の下流側端部までの間の予め規定された位置に配設されて、当該圧縮空気供給システム内において生じたドレン水と前記圧縮空気とを相互に熱交換させて当該圧縮空気を冷却するＢ熱交換部と、前記Ｂ熱交換部において前記ドレン水を断熱膨張させるドレン水用膨張弁とを備えている圧縮空気除湿システム。
【請求項６】
少なくとも前記Ａ熱交換部における前記圧縮空気の冷却によって生じた前記ドレン水を送水するドレン配管が前記Ｂ熱交換部に接続されている請求項５記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項７】
前記Ｂ熱交換部が前記圧縮空気流路における前記Ａ熱交換部よりも上流側に配設されると共に、当該Ａ熱交換部および当該Ｂ熱交換部が１つの圧力容器内に一体的に設けられている請求項５または６記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項８】
前記Ｂ熱交換部に対して前記ドレン水を間欠的に供給する電磁弁を備えている請求項５から７のいずれかに記載の圧縮空気除湿システム。
【請求項９】
除湿対象の圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却する第１熱交換処理を実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、
前記冷凍サイクル内において冷媒が循環する冷媒流路における冷媒圧縮機の冷媒排出口から当該冷媒流路における膨張弁までの間の予め規定された位置において、前記圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と当該冷凍サイクル内の前記冷媒とを相互に熱交換させて当該冷媒を冷却する第２熱交換処理を実行すると共に、当該第２熱交換処理に際して前記ドレン水を断熱膨張させる圧縮空気除湿方法。
【請求項１０】
除湿対象の圧縮空気および冷凍サイクルにおける蒸発器内の冷媒を相互に熱交換させて当該除湿対象の圧縮空気を冷却するＡ熱交換処理を実行して、前記圧縮空気中の水分を除湿する圧縮空気除湿方法であって、
当該圧縮空気除湿方法に従って除湿すべき前記圧縮空気が送気される圧縮空気流路における空気圧縮機の空気排出口から当該圧縮空気流路における前記Ａ熱交換処理の実行位置の下流側端部までの間の予め規定された位置において、当該圧縮空気中の水分が結露して生じたドレン水と当該圧縮空気とを相互に熱交換させて当該圧縮空気を冷却するＢ熱交換処理を実行すると共に、当該Ｂ熱交換処理に際して前記ドレン水を断熱膨張させる圧縮空気除湿方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１０１１６７（Ｐ２０１２−１０１１６７Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５１３９９（Ｐ２０１０−２５１３９９）
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（０００１０３９２１）オリオン機械株式会社 (450)
【Ｆターム（参考）】
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