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冷却式(冷凍式)除湿装置の構成要素

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圧縮空気を結露するまで冷却し、除湿を行う除湿機が冷却式除湿装置です。
冷凍機を使用して冷媒で冷却除湿する方式は冷凍式除湿機または冷凍式ドライヤーと呼ばれています。
当社では不凍液(ブライン)や水を使用して冷却除湿する方式を採用しています。

当社の製品情報はこちらから。

冷却式(冷凍式)除湿機は大きく4つに分けて構成されています。

このコラムでは弊社のAE型を例に各機器の機能について説明していきます。


空気対空気熱交換器(エコノマイザー)

空気圧縮機(コンプレッサー)から送られた圧縮空気はエコノマイザーに入ります。 エコノマイザーは入口の高温圧縮空気と冷却除湿済みの低温空気が熱交換する空気対空気の熱交換器です。熱交換することで入口の高温空気は温度が低下し、冷却除湿済みの低温空気は温度が上昇します。このエコノマイザーを取り付けることによる効果は3つあります。

1.冷却負荷の低減

入口高温空気は除湿済みの低温空気と熱交換することで温度が低下するため、冷却負荷を抑えることができまます。冷却負荷を抑えることは省エネにつながります。

2.除湿済み空気の乾燥度の上昇(相対湿度の低下)

除湿済みの低温空気は入口高温空気と熱交換することで温度が上昇するため、相対湿度が低下します。相対湿度が低下することで圧縮空気の再凝縮防止、乾燥能力の向上といった空気品質の向上が見込めます。

3.体積増加による空気圧縮機運転時間の減少

除湿済みの低温空気は入口高温空気と熱交換することで温度が上昇するため、ボイルの法則により同じ重量の空気でも体積が増加します。体積が増加することで空気圧縮機の運転時間の減少が見込めます。

以上のようにエコノマイザーを取り付けることで様々なメリットがあります。
エコノマイザーは圧力損失が少ないこと、熱交換効率が高いこと、配管内の錆びやゴミの混入に強いことが求められます。

なお、乾燥剤を使用する吸着式の一次除湿に冷却式除湿機を使用する場合は、流入する空気温度が高いと水分の吸着性能が低下する傾向があるため加熱せずに吸着式除湿機に送気した方が吸着式除湿機の性能が向上します。また、吸着式除湿機では乾燥剤(吸湿剤)が水分を吸着時に発熱する(吸着熱)ため除湿後の空気温度も上昇するため、吸着式除湿機の一次除湿として冷却式を採用した場合、エコノマイザーを取り付けることはあまりメリットがあるとはいえません。


水(冷媒)対空気熱交換器(除湿機)

冷却式除湿機ではフロンガスなどの冷媒、またはクーリングタワーや冷凍機で冷やされた水を使用して圧縮空気を冷却除湿します。冷媒や水と空気を熱交換し、空気中の水蒸気を凝縮することで空気の露点温度は低下(除湿)します。上の図では冷却水と圧縮空気を熱交換して除湿しています。
熱交換器の水側回路が汚れにより熱交換機能が低下すると設計時の性能が発揮できずドレントラブルの原因になるので、特に外気との接触により冷却水が汚れがちな開放式クーリングタワーを使用する場合には水質管理が重要になります。除湿機はエコノマイザーと同様に圧力損失が少ないこと、熱交換効率が高いこと、配管内の錆びやゴミの混入に強いことが求められます。

ドレンセパレーター

冷却により発生した凝縮水(ドレン)と空気を分離するのがセパレーターです。 上の図では冷却吸着塔に内蔵されています。圧縮空気中の水蒸気が冷却により凝縮すると霧状のドレンとなります。セパレーターは圧力損失を抑えつつ霧状のドレンを確実に空気と分離することが求められます。 ドレンを充分に分離せずに工場に送気したりエコノマイザーで熱交換すると空気中の霧状のドレンが再度水蒸気になるため、冷却した温度=露点温度とならず目標となる露点とするためには過度の冷却が必要になり不経済です。セパレート性能が向上することで運転コストの低下が期待できます。弊社の冷却式除湿機では低圧損で99%以上水分を分離できるデミスターを標準で採用しており、冷却温度とほぼ一致した露点温度の圧縮空気を得ることができます。

ドレン排出装置

冷却により発生したドレンは塔外に排出する必要があります。上の図ではオートドレン弁がそれにあたります。
ドレン排出では主に以下の3点が要求されます。
「確実に排出されること」
「ごみや油等により閉塞しないこと」
「排出時に圧縮空気のロス(エアーロス)が少ない」
ドレン排出装置は「ドレンは出したいが、エアーは無駄にしたくない」という相反した機能を実現することが求められます。
弊社のオートドレン弁は上の条件を電源なしで行うことができるドレン排出装置です。

おわりに

以上大まかに4つに分類して冷却式除湿機を説明しました。
昨今は省スペース、コンパクトな小型の空気除湿機が多く販売されています。
小型コンパクトな圧縮空気除湿機は圧力損失が大きかったり、配管内の錆びやゴミの混入に弱く入口にフィルターが必要になったりといった運用コストの上昇を招く機種も多く存在しています。除湿機の選定は設置スペース、導入コストのほかに運用コストも考慮しながら行わなければ全体コストの低減にはなりません。
今回のコラムで構造を理解した上でさらに冷却式除湿機の省エネ運用に興味がある方は「技術情報」をご覧ください。

弊社では以下の冷却式除湿機をラインナップしています。
・工場内の冷水や冷却水を利用するA型・AE型
・専用クーリングタワーからの冷却水を利用する-α°DP型
・冷凍機からの冷水を利用するT型
・上記の冷水・冷却水を組み合わせて使うIP型
詳しくは「製品情報」をご覧ください。
弊社では圧力や温度、設置スペースにあわせた低圧損で省エネルギー性に優れた冷却式除湿機のご提案をしておりますのでお気軽にお問い合わせださい。
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