CN106091175B - 低露点干燥室用低温再生干燥除湿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供利用了热泵的除湿装置，即使再生温度低至50度，也能够供给低露点的空气。本发明具有第一除湿转轮和第二除湿转轮，将外部气体由第一冷却器进行冷却除湿之后，使其经过第一除湿转轮的吸附区域，使经过了第一除湿转轮的吸附区域的空气，经过第二冷却器和第二除湿转轮的吸附区域，并作为供给空气供给至干燥室；将来自干燥室的回风空气与经过了第一除湿转轮的吸附区域的空气混合，将经过了第二除湿转轮的吸附区域的空气的一部分分流，由第二加热器加热，并使其经过第二除湿转轮的再生区域，将经过了第二除湿转轮的再生区域的空气，由第三加热器加热，并使其经过第一除湿转轮的再生区域。
Description
技术领域
本发明涉及干燥除湿装置，该装置利用了除湿转轮和热泵，即使再生温度低，也能够供给露点低的空气。
背景技术
最近，随着锂电池的需求增加，其生产也不断地扩大。锂电池，由于作为其原料的锂与空气中的湿气发生反应，由于该反应，导致生产出来的锂电池的性能变差。因此，锂电池的生产线需要保持干燥的状态。作为保持干燥的状态的方法，具有：通过干燥的氮来对生产工厂内进行吹扫的方法；采用利用了除湿转轮的除湿装置的方法，其中，所述除湿转轮具有硅胶等湿气吸附剂。
随着锂电池被广泛地应用到电动汽车、混合动力汽车等汽车，生产工厂的规模也变大，采用除湿装置的方法逐渐替代了上述的通过氮吹扫的方法。
在采用除湿装置的情况下，在对除湿转轮进行再生时，使用高温的空气，但是应当尽可能地减少用于制造所述高温的空气的能量。
例如，根据专利文献1所公开的内容，使来自被输送干燥空气的干燥室的回风空气，返回至第一除湿转轮与第二除湿转轮之间，并且将从第二除湿转轮出来的空气的一部分进行加热之后，供给至第一除湿转轮和第二除湿转轮的再生区域，因此能够以温度比较低的摄氏80度(以下，温度都用“摄氏”表示)对除湿转轮进行再生，从而具有较高的节能效果。
此外，专利文献2公开了除湿空调机(desiccant air-conditioning)，以80度以下的再生温度，利用三级除湿转轮，供给超低露点温度的干燥空气，通过将热泵回路的蒸发器和冷凝器、与冷却器和再生器组合使用，提高了节能效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－250150号公报
专利文献2：日本特开2012－159272号公报
根据上述的专利文献1所公开的技术，将供给至干燥室等低湿度空间的空气的一部分用于除湿转轮的再生，因此，即使再生温度低，也能够供给低露点的空气，从而获得节能的效果。即，在工厂中，对某一构件进行加热的工序很多，而且加热后的余热以温水、蒸汽或者热风排出气体的状态被废弃，通过利用这些废弃的热，能够获得节能的效果。但是，如果没有能够用于低温再生的温水、蒸汽、排出气体等余热源，则额外需要用于再生加热用的热源的能量。
此外，上述的专利文献2公开了除湿空调机，以低温再生来供给超低露点的干燥空气，作为冷却器或再生器的辅助，而使用热泵的蒸发器和冷凝器，从而能够减轻整个空调机的能量负载。即，在一台冷却器的下游，辅助性地配置有蒸发器，在3台再生器的上游，辅助性地配置有冷凝器，从而获得节能的效果。但是，因为具有冷却器和3台再生器，因此，原来的空调机本身的能量消耗大，导致初始成本也变高。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种除湿装置，在中间冷却器(第一除湿转轮与第二除湿转轮之间的冷却器)，仅利用了热泵的蒸发器，作为除湿转轮的再生用热源，仅利用了所述热泵的冷凝器，而且，在用于调整供给至干燥室的供给空气的温度的后加热器，也仅利用了冷凝器，从而不需要用于对除湿转轮进行再生的热源，节能且抑制了初始成本。
本发明的除湿装置的特征在于，具有：第一除湿转轮，至少分割为再生区域和吸附区域的两个区域，以及第二除湿转轮，至少分割为再生区域和吸附区域的两个区域；将外部气体由第一冷却器进行冷却除湿之后，使其经过第一除湿转轮的吸附区域，将经过了第一除湿转轮的吸附区域的空气，由第二冷却器进行冷却，并使其经过第二除湿转轮的吸附区域，由第一加热器调节温度，并作为供给空气供给至供给目的地；将来自供给目的地的回风空气与经过了第一除湿转轮的吸附区域的空气进行混合，将经过了第二除湿转轮的吸附区域的空气的一部分分流，由第二加热器加热，并使其经过第二除湿转轮的再生区域，将经过了第二除湿转轮的再生区域的空气，由第三加热器加热，并使其经过第一除湿转轮的再生区域，将经过了第一除湿转轮的再生区域的空气向外部外出。
根据本发明的除湿装置，仅利用热泵的热源，以比上述的专利文献1、2的低温再生除湿装置更低的温度，对除湿转轮进行再生，因此能够利用多个能源，在发生停电等能源基础设施产生问题时能够灵活地应对。即，就热泵而言，从压缩机的驱动的角度来说，不仅存在利用电动马达的热泵，而且还存在利用将天然气或丙烷气作为燃料的内燃机的热泵，通过将这样的通常市面上出售的设备进行组合，即使能源基础设施产生问题，也不会使工厂停止。
即，作为在工厂中使用的能源，针对必须需要用电的部分使用电，而在不限于电而其他能源也可以的情况下，除了电，还使用各种能源，从而能够灵活地应对紧急情况。
为此，由于能够使除湿转轮的再生空气的温度低，因此在吸附式的除湿装置中需要最多能量的再生空气的加热中，能够利用多种能量。
此外，当再生所需要的温度低时，在工厂等存在废热的情况下，能够利用该废热，在该情况下，不需要能量成本，并且还能够降低二氧化碳的排放量。
优选，在工厂中使用的设备的能源存在电、燃气等而尽可能地实现多样化，这样可灵活地应对紧急情况。并且，使再生所需的高温空气的温度尽可能地低，可以使用工厂的余热，或者使用太阳热，不仅能够使能源也实现多样化，而且还能够节能。
并且，在除湿转轮的再生加热器、与供给目的地的温度调节用后加热器，仅使用热泵的冷凝器，因此，在再生加热器的热源不需要其他能源。此外，在锂电池工厂等现场容易地设置。
附图说明
图1是示出除湿装置的第一实施例的图。
图2是示出第一实施例的制冷剂流程的图。
图3是示出第一实施例的另一制冷剂流程的图。
图4是示出第一实施例的又一制冷剂流程的图。
图5是示出除湿装置的第二实施例的图。
图6是示出第二实施例的制冷剂流程的图。
图7是示出以图4的制冷剂流程进行的试验中的、第二除湿转轮的再生区域入口、出口空气温度以及供给空气露点温度随时间变化的情况的曲线图。
附图标记说明
1：第一除湿转轮；
2：吸附区域；
3：再生区域；
4：第二除湿转轮；
5：吸附区域；
6：再生区域；
7：第一冷却器(预冷却器)；
8：第二冷却器(中间冷却器)；
9：第一鼓风机；
10：第一加热器(后加热器)；
11：电动阀；
12：干燥室；
13：第二加热器(后段再生加热器)；
14：第三加热器(前段再生加热器)；
15：第二鼓风机；
16：压缩机；
17：放热用冷凝器；
18、24：膨胀阀；
19、27：压力调整阀；
20：压力传感器；
21：变频器；
22：风扇；
23：控制器；
25、26：减震器。
具体实施方式
本发明的除湿装置，具有：第一除湿转轮，至少分割为再生区域和吸附区域的两个区域，以及第二除湿转轮，至少分割为再生区域和吸附区域的两个区域；将外部气体由第一冷却器进行冷却除湿之后，使其经过第一除湿转轮的吸附区域，将经过了第一除湿转轮的吸附区域的空气，由第二冷却器进行冷却之后，使其经过第二除湿转轮的吸附区域，由第一加热器调节温度，并作为供给空气供给至供给目的地；将来自供给目的地的回风空气与经过了第一除湿转轮的吸附区域的空气进行混合，将经过了第二除湿转轮的吸附区域的空气的一部分分流，由第二加热器加热，并使其经过第二除湿转轮的再生区域，将经过了第二除湿转轮的再生区域的空气，由第三加热器加热，并使其经过第一除湿转轮的再生区域，将经过了第一除湿转轮的再生区域的空气向外部外出。通过这样的配置，能够在没有提高供给空气的露点的情况下，实现了如下目的，即，将除湿转轮的再生空气的温度，降低至能够仅使用热泵的热源的程度，从而能够降低能源消耗。
第一实施例
图1是示出本发明的第一实施例的除湿装置的图。1是第一除湿转轮，分割成吸附区域2和再生区域3。4是第二除湿转轮，也分割成吸附区域5和再生区域6。
7是第一冷却器(预冷却器)，该第一冷却器7用于对外部气体OA进行冷却除湿。即，用于将空气冷却至外部气体的露点以下。经过了第一冷却器7的空气，在第一鼓风机9的作用下，经过第一除湿转轮1的吸附区域2之后，经过第二冷却器8(中间冷却器)和第二除湿转轮4的吸附区域5，而且，被第一加热器10(后加热器)调整温度，来供给至作为干燥空气的供给目的地的干燥室12。
来自干燥室12的回风空气RA，在与经过了第一除湿转轮1的吸附区域2的空气混合并经过第二冷却器8之后，被引导至第一鼓风机9的吸入侧。即，向第一鼓风机9的吸入侧，引导经过了第一除湿转轮1的吸附区域2的空气和来自干燥室12的回风空气RA。
从第二除湿转轮4的吸附区域5出来的空气的一部分被分流，而被第二加热器13(后段再生加热器)加热，然后被引导至第二除湿转轮4的再生区域6。从第二除湿转轮4的再生区域6出来的空气，被第三加热器14(前段再生加热器)加热，然后被引导至第一除湿转轮1的再生区域3。从再生区域3出来的空气，在第二鼓风机15的作用下，向大气排出而作为排出气体EA。
图2是示出第一实施例的制冷剂流程的图。本实施例的热泵回路，由压缩机16、用于第二冷却器8的蒸发器、用于第一加热器10、第二加热器13、第三加热器14以及放热用冷凝器17的4个冷凝器构成。从压缩机16出来的气化的制冷剂，首先分流到并联的第一加热器10的冷凝器、第二加热器13的冷凝器、第三加热器14的冷凝器，通过电控制阀等电动阀11调整制冷剂的流量，由第一加热器10高精度地调整流向干燥室12的供给空气SA的温度，通过第二加热器13和第三加热器14对第一除湿转轮1和第二除湿转轮4的再生空气进行加热，然后进行合流来供给至放热用冷凝器17，从而放出剩余的热。用于调整制冷剂流量的压力调整阀19设置在第三加热器14的入口侧，但是也可以设置在第二加热器13的入口侧，也可以同时设置在两者。然后，液化的制冷剂在膨胀阀18中进行减压膨胀，并供给至用于第二冷却器8的蒸发器，来对处理空气进行冷却，之后返回至压缩机16，从而形成循环系统。
另外，通常，根据从并联配置的三个冷凝器出来的制冷剂的平均温度或压力等，控制放热用冷凝器17的风扇22的转速。但是，在本发明中，通过压力传感器20检测从压缩机16出来的制冷剂的压力，并根据该输出值，利用控制器23由变频器(inverter)21进行控制。该控制还可以考虑如下控制，即，当各加热器10、13、14所产生的热为规定值以上时，使制冷剂的温度进一步降低，由于是温度控制，可以测定冷却了放热用冷凝器17的排出空气的温度，当该温度比规定值高时，提高风扇22的转速。但是，在本发明的情况下，为了使干燥室12内的空气条件恒定，而控制在第一加热器10中流动的制冷剂的流量。因此，即使是对放热用冷凝器17的放热量进行的控制，也在通过压力传感器20检测制冷剂的压力并基于该结果控制风扇22的能力时，反应会更快。此外，即使是制冷剂的压力下降、风扇22停止而处于无风状态，也因来自放热用冷凝器17的自然放热而导致制冷剂温度降低过多的情况下，可以以不使制冷剂在放热用冷凝器17流动的方式，在冷凝器的入口侧与出口侧的DE之间设置旁通(bypass)路，来减少放热面积。
下面，对本发明的上述结构的除湿装置的动作进行说明。外部气体OA被第一冷却器7冷却除湿。例如，假设外部气体OA的空气条件为日本的夏天条件，温度为35度、绝对湿度为21.43g/kg，在该情况下，实验结果为如下：因第一冷却器7而温度冷却至7度，因结露而绝对湿度下降至5.90g/kg。
该空气在第一鼓风机9的作用下经过第一除湿转轮1的吸附区域2，由于湿气被吸附而变成绝对湿度为0.981g/kg的干燥空气。该干燥空气与来自干燥室12的回风空气RA混合，并被利用热泵的蒸发器的第二冷却器8冷却。来自干燥室12的回风空气RA的绝对湿度为0.079g/kg，如上所述，与从吸附区域2出来的空气混合。并且，混合之后经过第二冷却器8，从第一鼓风机9出来的空气的温度变成13.0度，绝对湿度变成0.266g/kg。
从第一鼓风机9出来的空气，经过第二除湿转轮4的吸附区域5而湿气被吸附，从而变成干燥的低露点空气。该低露点空气的温度为14.6度、绝对湿度为0.024g/kg，露点为-50度。该低露点空气，被第一加热器10调节温度且在温度调节为23.0度之后，供给至干燥室12而作为供给空气SA。另外，经过第二除湿转轮4的吸附区域5的空气的温度总是比干燥室12的室内空气温度低很多，因此，不需要用于进行再冷却的蒸发器等冷却装置。
经过了第二除湿转轮4的吸附区域5的空气的一部分被分流，而被利用热泵的冷凝器的第二加热器13温度加热至50度，并进入第二除湿转轮4的再生区域6。通过该加热空气，对吸附在第二除湿转轮4的湿气进行脱附。经过了再生区域6的空气，因脱附热而温度下降至40.4度，并且湿度上升至绝对温度为1.48g/kg。
经过了第二除湿转轮4的再生区域6而湿度上升的空气，被利用热泵的冷凝器的第三加热器14温度加热至50度。该温度上升的空气经过第一除湿转轮1的再生区域3，经过的同时对吸附在第一除湿转轮1的湿气进行脱附。该脱附后的湿度高的空气，在第二鼓风机15的作用下，向除湿装置外排出而作为排出气体EA。
如在上述的一系列动作说明中明确那样，第一除湿转轮1的再生空气的温度、第二除湿转轮4的再生空气的温度都是50度。通过该50度的再生空气，最终的供给空气SA的露点为-50度。该露点是例如作为锂电池的生产工厂的空气而充分的露点。
图3是示出第一实施例的另一个制冷剂流程的图。此外，除湿装置的设备结构与图1的第一实施例相同。与图2的制冷剂流程同样地，图3的实施例的热泵回路由压缩机16、用于第二冷却器8的蒸发器、用于第一加热器10、第二加热器13、第三加热器14以及放热用冷凝器17的4个冷凝器构成。但是，用于第一除湿转轮1和第二除湿转轮4的再生的第二加热器13和第三加热器14不设置成并联，而设置成串联。与前段的除湿转轮1的再生温度相比，使后段的除湿转轮4的再生温度高是重要的，因此在本实施例中，将第二加热器13设置在上游侧，但是也可以将第三加热器14设置在上游侧。也可以如图3的虚线所示，在AB之间、BC之间、AC之间设置一个或者多个制冷剂用的旁通路，来调整再生温度。在本发明中，放热用冷凝器17的风扇22的转速由变频器21来控制，但是不限于变频器，只要能够将风扇以任意的转速进行变速即可，可以使用其它装置。
图4是示出第一实施例的又一制冷剂流程的图。此外，除湿装置的设备结构与图1的第一实施例的相同。与图2的制冷剂流程同样地，图4的实施例的热泵回路由压缩机16、用于第二冷却器8的蒸发器、用于第一加热器10、第二加热器13、第三加热器14以及放热用冷凝器17的4个冷凝器构成，但是用于第一除湿转轮1和第二除湿转轮4的再生的第二加热器13和第三加热器14不设置成并联而设置成串联，第三加热器14和第一加热器10设置成并联。与前段的除湿转轮1的再生温度相比，使后段的除湿转轮4的再生温度高是重要的，因此，在本实施例中，将第二加热器13设置在上游侧。通过设置该制冷剂流程，能够使第二加热器13的出口的再生空气温度，比图2或图3的制冷剂流程的第二加热器13的出口的再生空气温度更高，而且还能够降低供给至干燥室12的供给空气露点温度。此外，由于再生空气温度变高，因此经过了第二除湿转轮4的再生区域6的空气的温度也变高，有时还能够降低第三加热器14的负载或者使第三加热器14无负载。在该情况下，在第三加热器14的制冷剂流程的上游侧设置电控制阀(未图示)等来调整制冷剂流量，在FG之间设置旁通路，来防止因在第一加热器10流动的制冷剂过量而使供给空气SA的温度过于上升的情况。
第二实施例
图5是示出本发明的第二实施例的除湿装置的图。此外，除湿装置的设备结构与图1的第一实施例的相同。此外，图6是示出第二实施例的制冷剂流程的图。与图2的制冷剂流程同样地，图6的实施例的热泵回路由压缩机16、用于第二冷却器8的蒸发器、用于第一加热器10、第二加热器13、第三加热器14以及放热用冷凝器17的4个冷凝器构成，但是，将用于第一冷却器7的蒸发器与用于第二冷却器8的蒸发器设置成并联。此外，作为应对像冬季那样因外部气体负载低、制冷剂压力降低而运转不稳定的对策，为了能够使制冷剂流程稳定地运转，在从冷凝器入口侧到第一冷却器7的蒸发器入口侧的HI之间，设置热气回路(作为热泵回路的容量调整，将压缩机的热的喷出气体直接引导至冷却器的配管的回路)，从而加上虚拟负载来避免压力降低。此外，如图5所示，通过设置从排出气体EA向外部气体OA循环的循环路径，利用风门(damper)25、26使排出气体EA的一部分或者全部返回到第一冷却器7之前。另外，第二实施例不限于图6的制冷剂流程，也可以在如图3或图4的制冷剂流程，将如图6那样的第一冷却器7的制冷剂流路与第二冷却器8的制冷剂流路并联地插入。需要说明的是，在采用图4的制冷剂流程的情况下，在从并联设置的第三加热器14和第一加热器10的冷凝器入口侧到第一冷却器7的蒸发器入口侧的部分，设置热气回路。
在上述的第一、第二实施例中，使用了分割为吸附区域和再生区域这两部分的除湿转轮，但是也可以使用在除湿转轮的旋转方向上的吸附区域、再生区域之后设置净化区域而分割为3个区域的除湿转轮，使经过转轮之前或者经过转轮之后的空气经过净化区域，并与经过再生区域之前的再生空气进行混合。此外，也可以采用利用了分割为3部分以上的除湿转轮的流程。
在第二实施例的除湿装置中，利用图4的制冷剂流程，第一除湿转轮1采用直径为550mm、宽度为200mm的转轮，第二除湿转轮4采用了直径为770mm、宽度为200mm的转轮，并且使用制冷剂R410A来进行了试验，此时，第二加热器13的出口的再生空气的温度上升至90度，供给至干燥室12的供给空气SA的露点变成-90度。图7是示出了该试验中的第二除湿转轮4的再生区域6的入口空气温度、出口空气温度以及供给空气SA的露点温度随时间变化的情况的曲线图。从该曲线图可知：再生区域6的出口空气温度超过60度，成为用于对第一除湿转轮1进行再生的充分的温度。因此，在这次试验中，将设置在第三加热器14的制冷剂流程的上游侧的电控制阀关闭来不使制冷剂流动，而且使用电动阀11与FG之间的旁通路，来调整在第一加热器10中流动的制冷剂量，从而调整供给空气SA的温度。由此，能够通过使冷却器仅利用热泵的蒸发器且使加热器仅利用热泵的冷凝器，来使供给空气SA的露点温度达到-90度，因此不需要其他的热源，从而能够提供节能且抑制了初始成本的超低露点除湿装置。
在本发明中，由于热源的温度低，因此作为用于构成除湿装置的材料，并不需要采用耐热性高的材料，因此具有如下效果，即，容易获取材料，能够使用低廉的材料。
本发明能够供给低露点的空气，能够适用于锂电池工厂或者制药工序中。
Claims (9)
1.一种除湿装置，其特征在于，
具有：
第一除湿转轮，至少分割为再生区域和吸附区域的两个区域，以及
第二除湿转轮，至少分割为再生区域和吸附区域的两个区域；
将外部气体由第一冷却器进行冷却除湿之后，使其经过所述第一除湿转轮的吸附区域，将经过了所述第一除湿转轮的吸附区域的空气，由利用了热泵的蒸发器的第二冷却器进行冷却之后，使其经过所述第二除湿转轮的吸附区域，由利用了所述热泵的冷凝器的第一加热器调节温度，并作为供给空气供给至供给目的地，将来自所述供给目的地的回风空气与经过了所述第一除湿转轮的吸附区域的空气进行混合，将经过了所述第二除湿转轮的吸附区域的空气的一部分分流，由利用了所述热泵的冷凝器的第二加热器加热，并使其经过第二除湿转轮的再生区域，将经过了所述第二除湿转轮的再生区域的空气，由利用了所述热泵的冷凝器的第三加热器加热，并使其经过所述第一除湿转轮的再生区域，
其中，将作为所述第一加热器、第二加热器、第三加热器的冷凝器的制冷剂流路设置成并联，
在所述第一加热器、第二加热器、第三加热器的冷凝器的下游侧设置放热用冷凝器，设置用于检测所述热泵的压缩机出口的制冷剂压力的压力检测装置，根据来自所述压力检测装置的信号控制所述放热用冷凝器的风扇的转数。
2.根据权利要求1所述的除湿装置，其特征在于，
将作为所述第二加热器和第三加热器的冷凝器的制冷剂流路设置成串联。
3.根据权利要求1所述的除湿装置，其特征在于，
将作为所述第二加热器的冷凝器的制冷剂流路、与并联设置的作为所述第一加热器和第三加热器的冷凝器的制冷剂流路设置成串联。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的除湿装置，其特征在于，
将作为所述第二冷却器的蒸发器与作为所述第一冷却器的蒸发器的制冷剂流路设置成并联。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的除湿装置，其特征在于，
在作为所述第一加热器、第二加热器、第三加热器的冷凝器入口、与作为所述第一冷却器的蒸发器入口之间，设置有热气回路。
6.根据权利要求1所述的除湿装置，其特征在于，
将作为所述第二冷却器的蒸发器与作为所述第一冷却器的蒸发器的制冷剂流路设置成并联，
将作为所述第二加热器的冷凝器的制冷剂流路、与并联的作为所述第一加热器和第三加热器的冷凝器的制冷剂流路设置成串联，
在所述并联的作为所述第一加热器和第三加热器的冷凝器入口、与作为所述第一冷却器的蒸发器入口之间，设置有热气回路。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的除湿装置，其特征在于，
在排出气体的出口与外部气体的入口之间设置有循环路径，使得排出气体的一部分或者全部返回到所述第一冷却器的蒸发器入口。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的除湿装置，其特征在于，
作为所述第一加热器的温度调节机构，在冷凝器的入口侧设置有流量调节装置，该流量调节装置根据供给目的地的温度改变制冷剂的流量。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的除湿装置，其特征在于，
用于控制所述放热用冷凝器的风扇转数的装置为变频器。
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