CN103568025B - 手套箱 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种手套箱，用较少能源高精度地将箱盒内的露点控制在任意露点，而且不使装置复杂化。将除湿转轮（1）相对其旋转方向分割为吸附区（2）、净化区（3）、再生区（4），使外部气体的一部分或全部通过吸附区（2），使该外部气体的剩余的一部分通过使该吸附区（2）的上游侧分支点（28）与下游侧合流点（29）连通并具有流量控制装置的迂回通路，并供给至作为供给目的地的箱盒（5）。通过组合再生温度比例控制与上述迂回流量控制来进行箱盒（5）内的露点温度控制，能够以少的消耗能源高精度地将箱盒（5）内的露点温度控制在任意露点温度。

Description

手套箱

技术领域

手套箱指的是如下箱盒，即，将盒子内部的湿度维持在极低的状态，手再透过密封的橡胶手套(glove)从盒子的外部插入，由此利用盒子中的干燥的环境进行实验。本发明涉及能够高精度地控制露点且减少能源消耗的手套箱。

背景技术

在对特定箱盒中的空气进行除湿的情况下，使用冷冻机以结露的方式除湿时虽能源消耗少，但要将盒中的空气湿度降到负的露点是困难的。

也就是说近年来，锂离子电池或锂离子电容等急速地开发或改良。锂容易地吸附空气中的水分从而使电池或电容的性能恶化，因此伴随着这些开发的实验时，实验必须在用极低露点的空气或使液态氮汽化而得的氮气把空气排出的箱盒中进行。使用液态氮的情况下，实验前必须先准备液态氮，因为实验中液态氮会持续消耗，因而有费用增加的问题。

另外，作为取代液晶显示装置的下一代平面显示器而备受期待的有机EL显示装置等中使用的有机EL元件，在固体发光型的价廉大面积全彩显示元件或写入光源数组的用途上是相当有发展性的，因此各种研究开发积极地进行。然而，使用于有机EL元件的有机发光材料等的有机物质或电极等对水分耐性差，性能或特性容易因水分而急速恶化。因此，在伴随着这些开发的实验时，也需要在用极低露点的空气或使液态氮汽化而得的氮气把空气排出的箱盒中进行。

在此，若采用的除湿机中所使用的除湿转轮是以硅胶或沸石作为吸附剂，则要将箱盒中的空气露点降到负值是容易的。然而，却产生消耗能源增大的问题。

而在锂离子电池、锂离子电容或有机EL元件等的开发、在食品、医药品相关领域等中涉及若潮湿会产生危险的物质或有吸湿性的化学物质的开发等各种开发中使用手套箱的情况下，需要根据各开发目的将箱内的空气控制在任意的露点。

改善消耗能量增加的对策如专利文献1所揭露的技术，用一个或多个辅助干燥剂除湿机对位于除湿对象的气体所循环的路径中的主干燥剂除湿机所排出的加热再生气体进行除湿，并对该辅助干燥剂除湿机所排出的再生气体进行冷凝除湿后使其回到循环路径，通过不将气体排出系统外，以低能源降低空气的露点。

另外，如专利文献2所揭露，通过控制除湿转轮的转速及/或再生用空气的温度来实现手套箱内的露点控制(图11等)。

另外，如专利文献3所揭露，涉及一种密闭腔室的湿度调整装置，将手套箱等的密闭腔室内调整到规定的湿度状态，通过加热吸附材料，能够控制吸附材料对水分的吸收或放出，以吸附材形成的线(line)进行从低湿度至高湿度的湿度调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-81416号公报

专利文献2：日本特开平11-094299号公报

专利文献3：日本特许第4642440号公报

上述专利文献1所揭露的发明虽以干燥剂方式来对气体空间内的气体进行除湿并且不将气体排出系统外来减低运转成本，但装置的构造复杂且装置本身庞大而造成原始成本提高的问题。

上述专利文献2所揭露的发明中，手套箱的容量比起将干燥空气送至密闭房间的干燥室(一般称为DRYROOM(登录商标))等小，因此有无法高精度地控制到任意露点的问题。

而上述专利文献3所揭露的发明中，将密闭腔室内调整为低露点的情况下，会有到达规定的露点温度为止过于耗时的问题，以及因为控制湿度的加热器温度的变动大而导致无法高精度地控制湿度的问题。(图3等)进一步增加手套箱的容量的情况下，吸附材料的量增加，放入吸附材料的容器也会增大，因而产生装置大型化的问题。

发明内容

本发明为了解决上述的问题，而提出一种能够高精度地控制到任意规定露点且能量消耗小、运转成本低的手套箱。

本发明的最主要的特征在于，组合再生温度比例控制与转轮迂回流量控制来控制手套箱内的露点，可以高精度地进行广范围的露点设定，通过降低再生温度还可达到省能源的效果。

本发明的手套箱在除湿转轮的除湿部前后之间设置有具有流量控制装置的迂回通路，使被处理空气不通过除湿转轮，这样一来会有可微调整手套箱内露点的优点。也就是说，在例如手套箱那样容量比较小的空间(一般为2m³以下)，无法仅控制再生温度来进行比例控制，因此通过除了进行再生温度控制外再加上上述转轮迂回控制，可实现高精度的露点控制。

另外，设定的露点分为高的情况下与低的情况下2级来分割再生温度比例控制的范围，由此可将露点高时的再生温度设定得较低，减少能量消耗。

而且，因为能够将再生温度设定得较低，因此也可延长再生加热器的寿命。

附图说明

图1是示出了本发明手套箱的实施例的流程图。

图2是示出了再生温度与手套箱的露点的关系的曲线图。

图3是示出了本发明中将露点设定在－5度时的露点时间变化的曲线图。

图4是示出了本发明中将露点设定在－30度时的露点时间变化的曲线图。

图5是示出了本发明中将露点设定在－60度时的露点时间变化的曲线图。

具体实施方式

本发明实现了提供如下手套箱的目的，在该手套箱，将除湿转轮相对其旋转方向分割为吸附区、再生区、净化区，并设置有使外部空气与来自再生区的返回空气(以下，将通过装置内的流路的空气不排出至装置外而再度回到该流路的空气称为“返回空气”)与来自手套箱的回气混合后通过吸附区的通路，以及连通吸附区上游侧与下游侧并具有流量控制装置的迂回通路，通过组合再生温度比例控制和利用上述迂回通路的转轮迂回流量控制对手套箱内的露点进行控制，能够进行能源消耗少且精度高的露点控制。

[实施例1]

以下，参照示出了本发明实施例的图1来说明。1为除湿转轮，担载了硅胶或沸石等湿气吸附剂，呈蜂巢状。此除湿转轮1借助马达(为一般情况，因此未显示于图中)而旋转，按照其旋转方向，分割为如以下各区。而以下的说明中所使用的温度全部为摄氏。

也就是说，2为吸附区，在此空气中的水分被除湿转轮1所吸附。3为净化区，4为再生区。通过再生区4的高温空气使除湿转轮1所吸附的水分脱离。

17为第一冷却线圈，从冷冻机(未图示)等供给冷媒。20为吸附吹风机，将第一冷却线圈17所冷却的空气送至吸附区2。11为连通吸附区2的上游侧分支点28与下游侧合流点29的迂回通路，使外部气体不通过吸附区2而迂回。10为马达风闸，用以控制通过迂回通路的空气的流量。

18为再生加热器，用以将被分支点27分支且从净化区3出来的空气提高至可再生的温度。在此可利用例如电加热器。19为再生吹风机，用以吸出再生区4的空气，该再生吹风机19的出口通过合流点25并连接至第一冷却线圈17。也就是说，进入第一冷却线圈17的空气处于外部气体与再生吹风机19吹出的空气的混合状态。5为箱盒，根据需要供给由供给空气加热器15所加热的空气。此箱盒的侧面以密封状态安装有橡胶做的手套(未图示)。

来自箱盒5的回气通过手套箱回气路6后被第二冷却线圈16所冷却，冷凝除湿后在合流点26与第一冷却线圈17排出的空气混合。而为了不在装置刚启动时将露点温度比较高的空气供给箱盒5，可通过将风闸14全关且风闸13全开，使得吸附区2排出的空气经处理空气回气路7再通过第二冷却线圈16前的手套箱回气路6回到合流点26。在这个情况下，当吸附区2排出的空气的露点接近设定的露点温度后，通过将风闸14全开，使吸附区2送出的空气供给至箱盒5。

本发明的手套箱具有上述的构造，下面，对其动作进行说明。首先，外部空气在第一冷却线圈17冷却，并冷凝除湿。

冷凝除湿后温度下降的空气被吸附吹风机20送至吸附区2。在吸附区2吸附除湿，应需要在供给空气加热器15加热后再送至干燥空气的供给目的地即箱盒5。此外，为了使供给箱盒5的空气的风量维持一定，风闸14可使用定风量控制装置CAV等。箱盒5内设置露点检测器9，露点检测器9与马达风闸控制装置(未图示)相连通。若箱盒5内的露点未达到设定露点的话，通过马达风闸10对通过迂回通路11的空气的流量即不通过除湿转轮的吸附区2的空气流量进行控制，从而使箱盒内露点变为设定露点。在此箱盒5内，进行应在设定露点的环境下进行的实验，例如试作锂电池等。

而在箱盒5内使用有害化学物质等的情况下，可使风闸12全关，使通过手套箱回气路6的空气不通过第二冷却线圈16，而通过设置于箱盒5的排气路(未图示)全部排气至室外。此时，箱盒5内的露点温度必须要在－60度等低露点的情况下，使用风闸13、14来调整通过处理空气回气路7的空气量，由此将箱盒5内的露点温度控制在规定的露点。另外，可通过风闸12使供给箱盒5的空气的一部分通过手套箱回气路6后回到除湿转轮1，使剩余的一部分通过设置于箱盒5的排气路(未图示)排出至室外。

离开净化区3的空气通过风闸23被风量调整并在再生加热器18上升至可再生的温度级别后送到再生区4。离开再生区4的空气的一部分在分支点31分支，通过再生循环路24、合流点30后回到再生加热器18。通过此再生循环，能够从将再生区4送至第一冷却线圈17的空气湿度提高，能够进行冷凝除湿。关于通过再生循环路24的空气的风量，会通过风闸21、22来调整。另外，再生空气不会排出至系统外而送至第一冷却线圈17，在这点也可达成省能源的效果。

而需要露点温度在－30度以下的低露点的情况下，能够控制风闸8全关，使外部空气不进入。也就是说，只用来自箱盒5的回气与来自再生吹风机19的空气来运转，由此可控制露点温度在－30度以下至－85度的低露点。

图2示出了本发明的手套箱的再生温度与手套箱露点温度的关系的一例。描绘不进行转轮迂回流量控制而仅控制再生温度时的结果并以单点划线连接。结果，可知不能以比例式来表示再生温度与手套箱内的露点温度的关系，即使对再生温度进行成正比的控制也无法控制到规定的露点温度。解决方法为根据设定的露点温度而分开使用关于露点温度与再生温度的比例式，再配合利用吸附区的迂回通路11的马达风闸10来控制流过迂回通路的空气量，达成高精度的露点控制。就再生温度的比例式的分开使用而言，假设露点温度从0度至－25度为止，再生温度为40度至140度(图2的实线)；露点温度从－25度至－60度为止，再生温度为140度至220度(图2的虚线)。然而，并不限定于此露点温度范围与再生温度范围，实际上会根据除湿转轮的蜂巢尺寸、厚度、或使用的吸附材料等的规格、空气条件等而改变。通过如上述般地将再生温度比例控制分为2段，能够更省能源，因为抑制了施加再生加热器18的能量，因此能够延长再生加热器18的寿命。

图3至图5示出了使用本发明的手套箱所实测的随时间经过的手套箱露点温度的变化的曲线图。本次实测的装置中，容量1.3m³的手套箱使用担载了合成沸石的除湿转轮，在外部气体的干球温度32度、外部气体的绝对湿度21.1g/Kg、处理风速2.4m/s、排气风速1.0m/s、再生循环风速1.0m/s的条件下进行实验。图3中手套箱露点温度设定值为－5度，再生温度设定值为60度；图4中手套箱露点温度设定值为－30度，再生温度设定值为150度；图5中手套箱露点温度设定值为－60度，再生温度设定值为220度。不管在哪个曲线图中都可确认手套箱露点温度在上下2度以内。虽在露点检测器9的露点温度设定是用排气露点温度来进行，但也可用给气露点温度或用两者来进行。另外，在本发明中，还确认了露点温度可在比较短的时间内变化。手套箱露点温度从－5度变为－30度的时间大约60分钟，露点温度可控制在上下2度以内；从－30度变为－60度的时间大约80分钟，露点温度可控制在上下2度以内。

[产业上的利用可能性]

本发明如上所述，能够提供一种手套箱，用较少的能量高精度地控制到任意的露点温度。

Claims (5)

1.一种手套箱，其特征在于：

具有担载湿气吸附剂的除湿转轮，将上述除湿转轮相对于其旋转方向分割为吸附区、再生区、净化区，

通过可控制在从全关至全开为止的风量控制装置吸入外部空气，并使该外部空气与来自再生区的返回空气混合后通过第一冷却线圈，接着与来自第二冷却线圈的回气混合后，使一部分分支并通过上述吸附区，

使剩余的一部分通过上述净化区，并进行加热后使其流入上述再生区，

使通过上述吸附区的空气的一部分通过使上述吸附区的上游侧与下游侧连通的具有流量控制装置的迂回通路，并供给至作为供给目的地的箱盒，使来自上述箱盒的回气回到上述第二冷却线圈。

2.如权利要求1所述的手套箱，其特征在于，

在上述箱盒内设置露点检测器，根据上述露点检测器的露点来控制上述迂回通路的流量。

3.如权利要求1或2所述的手套箱，其特征在于，

通过改变上述再生区的再生温度来控制上述箱盒内的露点，在控制露点范围内将上述再生温度分为多个级来进行比例控制。

4.如权利要求3所述的手套箱，其特征在于，

将上述再生区的再生温度相对于规定值分为高露点侧与低露点侧这2级来进行比例控制。

5.如权利要求4所述的手套箱，其特征在于，

上述高露点侧的露点温度为0度至－25度，上述低露点侧的露点温度为－25度至－60度。