JP2009291732A - Pressure swing adsorption (psa) type dehumidifying apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力スイング吸着により低露点空気を得るPSA式除湿技術に関する。 The present invention relates to a PSA type dehumidification technique for obtaining low dew point air by pressure swing adsorption.
半導体製造分野などでは、例えば露点温度が−100℃以下の低露点空気が用いられる。この低露点空気を得るために、PTSA式除湿方法やPSA式除湿方法が利用されている。PTSA式除湿方法は、吸着材を収納した吸着容器内に処理空気を加圧して通す処理工程と、吸着容器内に常圧または減圧下で高温の再生空気を通す再生工程を交互に行い、吸着/脱離(再生)を繰り返す方法である。かかるPTSA式除湿方法によれば、露点温度が−100℃以下といった除湿率の高い低露点空気を得ることができる。しかし、その反面、PTSA式除湿技術は、(1)高温の再生空気を作るために、大型の加熱機構を常設する必要がある、(2)再生空気の通過部分の部品を耐熱性にする必要がある、(3)2本の吸着容器で吸着/再生サイクルを交互に行う場合、一方の吸着容器内で吸着材を加熱および冷却している間中、他方の吸着容器内で吸着工程を続けなければならず、吸着時間を長くさせるために吸着材の使用量が多くなり、吸着容器のサイズも大きくしなければならない、等の問題がある。このため、PTSA式除湿方法によると、PSA式除湿方法に比べて装置が大型となり、装置コストが高くなる。 In the semiconductor manufacturing field or the like, for example, low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C. or lower is used. In order to obtain this low dew point air, a PTSA type dehumidification method or a PSA type dehumidification method is used. The PTSA type dehumidification method alternately performs a treatment process in which treated air is pressurized and passed through an adsorption container containing an adsorbent, and a regeneration process in which high-temperature regenerated air is passed through the adsorption container under normal pressure or reduced pressure. / This is a method of repeating desorption (regeneration). According to this PTSA type dehumidification method, low dew point air having a high dehumidification rate such as a dew point temperature of −100 ° C. or less can be obtained. However, the PTSA type dehumidification technology, (1) it is necessary to permanently install a large heating mechanism in order to produce high temperature regeneration air, (2) it is necessary to make the parts of the passage of regeneration air heat resistant (3) When the adsorption / regeneration cycle is alternately performed with two adsorption containers, the adsorption process is continued in the other adsorption container while the adsorbent is heated and cooled in one adsorption container. In order to lengthen the adsorption time, the amount of the adsorbent used is increased, and the size of the adsorption container must be increased. For this reason, according to the PTSA type dehumidification method, the apparatus becomes larger than the PSA type dehumidification method, and the apparatus cost increases.
一方、PSA式除湿方法は、再生時に加熱することなく常圧または減圧下で吸着材の再生を行う方法である。PTSA式除湿方法とPSA式除湿方法の違いは再生時の加熱の有無にあり、PSA式除湿方法によれば、加熱操作を必要としないために装置の小型化・低コスト化が可能である。また、再生時に吸着材を加熱しないので、PTSA式除湿方法に比べて吸着材の劣化を軽減できる。しかし、PSA式除湿方法はPTSA式除湿方法に比べ水分除去性能が低く、特に除湿運転を長期間停止した後の運転再開時や、吸着材の交換後の運転開始時に、水分除去性能が低下してしまい、露点温度−100℃以下の低露点空気を作り出すことが困難になっていた。そこで、PSA式除湿方法の除湿性能を向上させるために、適当なタイミングで吸着材に高温の加熱空気を供給して、吸着材中に残留する水分を排出させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, the PSA dehumidification method is a method of regenerating the adsorbent under normal pressure or reduced pressure without heating during regeneration. The difference between the PTSA type dehumidifying method and the PSA type dehumidifying method lies in the presence or absence of heating during regeneration. According to the PSA type dehumidifying method, no heating operation is required, and thus the apparatus can be reduced in size and cost. Further, since the adsorbent is not heated during regeneration, deterioration of the adsorbent can be reduced as compared with the PTSA type dehumidifying method. However, the PSA type dehumidification method has lower water removal performance than the PTSA type dehumidification method. In particular, when the operation is resumed after the dehumidification operation has been stopped for a long period of time or when the operation is started after replacement of the adsorbent, the water removal performance is reduced. Therefore, it has been difficult to produce low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C. or lower. Therefore, in order to improve the dehumidifying performance of the PSA dehumidifying method, a method has been proposed in which high-temperature heated air is supplied to the adsorbent at an appropriate timing to discharge moisture remaining in the adsorbent (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1の方法では、吸着容器内の吸着材から水分を完全に排出させるまで加熱空気を供給していた。このため、水分の排出に長期間を要し、その間、除湿運転ができなくなっていた。また、吸着容器内に高温の加熱空気を長時間供給し続けなければならないため、吸着容器、配管等の耐熱性も過大に向上させることが必要になっていた。そのため、上記特許文献1の方法によると、PSA式除湿方法の利点である装置の小型化・低コスト化が図れなくなる問題があった。
However, in the method disclosed in
本発明の目的は、安価かつ簡便に露点温度−100℃以下の低露点空気を作ることにある。 An object of the present invention is to produce low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C. or less easily and inexpensively.
本発明によれば、吸着材を収納した吸着容器内に処理空気を通す処理工程と再生空気を通す再生工程を交互に行い、圧力スイング吸着により低露点空気を得るPSA式除湿装置であって、前記吸着容器内に高温の加熱空気を供給する加熱機構と、前記吸着容器内において、処理空気の入り口と出口の間であって、入り口と出口の中央から出口側の位置で吸着材の温度を測定する温度センサを設けた、PSA式除湿装置が提供される。なお、前記吸着容器を複数有し、各吸着容器に加熱空気を供給する共通の加熱機構を有しても良い。また、前記加熱機構は、処理空気から加熱空気を作るための除湿機とヒータを有しても良い。 According to the present invention, a PSA-type dehumidifying device that alternately performs a treatment step of passing treatment air through an adsorption container containing an adsorbent and a regeneration step of passing regeneration air to obtain low dew point air by pressure swing adsorption, A heating mechanism for supplying high-temperature heated air into the adsorption container, and the temperature of the adsorbent in the adsorption container between the inlet and outlet of the processing air and from the center of the inlet and outlet to the outlet side. A PSA type dehumidifying device provided with a temperature sensor to be measured is provided. Note that a plurality of the adsorption containers may be provided, and a common heating mechanism that supplies heated air to the adsorption containers may be provided. Further, the heating mechanism may include a dehumidifier and a heater for making heated air from the processing air.
また、本発明によれば、吸着材を収納した吸着容器内に処理空気を通す処理工程と再生空気を通す再生工程を交互に行い、圧力スイング吸着により低露点空気を得るPSA式除湿方法であって、前記吸着容器内に高温の加熱空気を供給する加熱工程を含み、前記加熱工程は、前記吸着容器内の吸着材の一部の温度が所定の温度となった時点で停止する、PSA式除湿方法が提供される。なお、前記吸着容器を複数有し、各吸着容器に共通の加熱機構から加熱空気を供給しても良い。また、除湿運転の再開時または吸着材の交換後の運転開始時に、前記加熱工程を行うようにしても良い。 In addition, according to the present invention, there is provided a PSA type dehumidification method in which a treatment step of passing treatment air and a regeneration step of passing regeneration air are alternately performed in an adsorption container containing an adsorbent to obtain low dew point air by pressure swing adsorption. A heating step of supplying high-temperature heated air into the adsorption vessel, and the heating step is stopped when the temperature of a part of the adsorbent in the adsorption vessel reaches a predetermined temperature. A dehumidification method is provided. Note that a plurality of the adsorption containers may be provided, and heated air may be supplied from a common heating mechanism to each adsorption container. Further, the heating step may be performed when the dehumidifying operation is restarted or when the operation is started after exchanging the adsorbent.
本発明によれば、吸着材中に残留する水分を排出させるに際し、吸着容器内の吸着材の一部のみを所定の温度に加熱すれば良く、容器内の吸着材全部を加熱する必要はない。このため、水分の排出を短時間で行うことができ、除湿運転の稼働停止時間を短縮できるようになる。その結果、安価かつ簡便に露点温度−100℃以下の低露点空気を作ることが可能となる。 According to the present invention, when the moisture remaining in the adsorbent is discharged, only a part of the adsorbent in the adsorption container needs to be heated to a predetermined temperature, and it is not necessary to heat the entire adsorbent in the container. . For this reason, moisture can be discharged in a short time, and the operation stop time of the dehumidifying operation can be shortened. As a result, low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C. or lower can be made inexpensively and easily.
なお、複数の吸着容器に対して共通の加熱機構から加熱空気を供給すれば、各吸着容器毎に加熱機構を設ける必要がなく、装置が簡便ですみ、省スペース化も図れるようになる。この場合、加熱機構は常設である必要はなく、吸着材中に残留する水分を排出させる場合にのみ取り付けても良い。また、除湿運転の再開時または吸着材の交換後の運転開始時に、吸着材中から水分を排出させる加熱工程を行うことにより、特に除湿運転を長期間停止した後の運転再開時や、吸着材の交換後の運転開始時における、水分除去性能の低下を回避できるようになる。 If heated air is supplied to a plurality of adsorption containers from a common heating mechanism, there is no need to provide a heating mechanism for each adsorption container, the apparatus is simple, and space can be saved. In this case, the heating mechanism does not need to be permanently installed, and may be attached only when moisture remaining in the adsorbent is discharged. Also, when the dehumidifying operation is restarted or when the operation after the replacement of the adsorbent is started, a heating process for discharging moisture from the adsorbent is performed, particularly when the operation is resumed after the dehumidifying operation has been stopped for a long period of time, It is possible to avoid a decrease in water removal performance at the start of operation after replacement.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。図1〜3は、本発明の実施の形態にかかるPSA式除湿装置1の説明図である。図1は、一方の吸着容器10a内で処理工程を行い、他方の吸着容器10b内で再生工程を行っている状態を示している。図2は、一方の吸着容器10a内で再生工程を行い、他方の吸着容器10b内で処理工程を行っている状態を示している。図3は、一方の吸着容器10a内および他方の吸着容器10b内で加熱工程を行っている状態を示している。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1-3 is explanatory drawing of the PSA
このPSA式除湿装置1は、一対の吸着容器10a、10bを備える。吸着容器10a、10bは、いずれも中空の筒形状をなし、各吸着容器10a、10bの内部には、例えばゼオライトなどの吸着材が収納されている。
The
一方の吸着容器10aの下面には、下部配管11aが接続され、他方の吸着容器10bの下面には、下部配管11bが接続されている。これら下部配管11a、11bには、処理空気の給気配管12が三方弁13を介して接続されている。三方弁13は、一方の下部配管11aと給気配管12を接続させた状態と、他方の下部配管11bと給気配管12を接続させた状態とに、選択的に切り替えることができる。この三方弁13の切り替えにより、図1に示すように、給気配管12から下部配管11aを介して一方の吸着容器10aに処理空気を上向きに流通させる状態と、図2に示すように、給気配管12から下部配管11bを介して他方の吸着容器10bに処理空気を上向きに流通させる状態とに、選択的に切り替えることができる。図示の例では、これら下部配管11a、11bが接続された吸着容器10a、10bの下面が処理空気の入り口である。
A
一方の下部配管11aと他方の下部配管11bの間には、バイパス配管15が接続されている。バイパス配管15には、後述する再生空気の排気配管16が三方弁17を介して接続されている。三方弁17は、図1に示すように、バイパス配管15を介して、他方の下部配管11bと排気配管16を接続させた状態と、図2に示すように、バイパス配管15を介して、一方の下部配管11aと排気配管16を接続させた状態とに、選択的に切り替えることができる。
A
一方の吸着容器10aの上面には、上部配管20aが接続され、他方の吸着容器10bの上面には、上部配管20bが接続されている。これら上部配管20a、20bには、低露点空気の送出配管21が接続されている。上部配管20a、20bには、逆止弁22がそれぞれ装着されている。図示の例では、これら上部配管20a、20bが接続された吸着容器10a、10bの上面が処理空気の出口である。
The
一方の上部配管20aと他方の上部配管20bの間には、バイパス配管25が接続されている。バイパス配管25には、オリフィス26が設けられている。
A
一方の吸着容器10aの上部と他方の吸着容器10bの上部の間には、後述する加熱空気の加熱給気配管30が接続されている。加熱給気配管30には、開閉自在な接続ポート31を介して、加熱空気の導入配管32が接続されている。また、前述の給気配管12には、開閉自在な接続ポート33を介して、分岐配管34が接続されている。
Between the upper part of one
これら導入配管32と分岐配管34の間には、高温の加熱空気を供給する加熱機構35が設けられている。加熱機構35は、移動自在な走行台車36の上に、除湿機37とヒータ38を搭載させた構成である。除湿機37とヒータ38の間には、開閉バルブ39を備えた配管40が接続されている。また、加熱機構35は、除湿機37とヒータ38の稼動を制御する制御部41を備えている。
A
なお、接続ポート31、33はいずれも取り外し可能である。これら接続ポート31、33を取り外すことにより、加熱機構35を、PSA式除湿装置1から切り離すことができる。また、切り離した加熱機構35は、走行台車36によって所望の位置まで容易に移動させることができる。
The
一方の吸着容器10aの下部と他方の吸着容器10bの下部には、開閉自在な排気ポート45がそれぞれ設けられている。
An openable and
一方の吸着容器10aには、加熱給気配管30の接続位置と排気ポート45の接続位置の間の高さにおいて、吸着容器10a内に充填された吸着材の温度を測定する熱電対等の温度センサ50aが設けられている。温度センサ50aは、処理空気の入り口(吸着容器10aの下面)と出口(吸着容器10aの上面)の間であって、入り口と出口の中央(吸着容器10aの中央高さ)から出口側の位置に配置されている。このため、温度センサ50aは、吸着容器10aの中央から上部の位置において吸着材の温度を測定することができる。同様に、他方の吸着容器10bには、加熱給気配管30の接続位置と排気ポート45の接続位置の間の高さにおいて、吸着容器10b内に充填された吸着材の温度を測定する熱伝対等の温度センサ50bが設けられている。温度センサ50bは、処理空気の入り口(吸着容器10bの下面)と出口(吸着容器10bの上面)の間であって、入り口と出口の中央(吸着容器10bの中央高さ)から出口側の位置に配置されている。このため、温度センサ50bは、吸着容器10bの中央から上部の位置において吸着材の温度を測定することができる。
One
これら温度センサ50a、50bによって測定された温度は、加熱機構35の制御部41に入力されている。加熱機構35の制御部41は、こうして入力された温度に基いて、除湿機37とヒータ38の稼動を制御するようになっている。
The temperatures measured by these
さて、以上のように構成されたPSA式除湿装置1において、先ず、一方の吸着容器10a内で処理工程を行い、他方の吸着容器10b内で再生工程を行う場合、図1に示すように、三方弁13を、一方の下部配管11aと給気配管12を接続させる状態に切り替え、三方弁17を、他方の下部配管11bと排気配管16を接続させる状態に切り替える。また、接続ポート31、33を閉じた状態にする。また、吸着容器10a、10bの下部に設けられた排気ポート45をいずれも閉じた状態にする。また、加熱機構35に設けられている除湿機37とヒータ38は、いずれも稼動させない。
Now, in the
そして、図1に示すように、給気配管12から下部配管11aを介して一方の吸着容器10aに処理空気を上向きに流通させる。これにより、加圧された状態で、一方の吸着容器10a内において、処理空気中の水分や二酸化炭素を吸着材に吸着させる処理工程が行われる。こうして、吸着容器10a内の処理工程で水分を除去された例えば露点温度−100℃以下の低露点空気が、一方の上部配管20aから送出配管21を通って所望の箇所に送り出される。
And as shown in FIG. 1, process air is distribute | circulated upwards to one adsorption |
また、吸着容器10aを出た低露点空気の一部は、再生空気としてバイパス配管25に取り出される。こうして、バイパス配管25に取り出される再生空気(低露点空気)の量は、オリフィス26によって調整される。そして、バイパス配管25に取り出された再生空気は、他方の上部配管20bを経由して、他方の吸着容器10b内を下向きに流通させられる。これにより、他方の吸着容器10b内においては、常圧または減圧下で吸着材から水分や二酸化炭素を脱離させる再生工程が行われる。こうして、再生工程に用いられた再生空気は、他方の下部配管11bを経由し、バイパス配管15を介して排気配管16から外部に排気される。
A part of the low dew point air that has exited the
また、以上のようにして一方の吸着容器10a内で処理工程を継続して行うと、一方の吸着容器10a内における吸着材への水分の吸着量が次第に増加していき、やがて、露点温度−100℃以下の低露点空気が得られなくなってしまう。そこで、一方の吸着容器10a内における吸着材への水分の吸着量が限界に達する前に、他方の吸着容器10b内で処理工程を行う状態に切り替える。
Further, when the treatment process is continuously performed in one
即ち、図2に示すように、三方弁13を、他方の下部配管11bと給気配管12を接続させる状態に切り替え、三方弁17を、一方の下部配管11aと排気配管16を接続させる状態に切り替える。また、接続ポート31、33を閉じた状態にする。また、吸着容器10a、10bの下部に設けられた排気ポート45をいずれも閉じた状態にする。また、加熱機構35に設けられている除湿機37とヒータ38は、いずれも稼動させない。
That is, as shown in FIG. 2, the three-
そして、図2に示すように、給気配管12から下部配管11bを介して他方の吸着容器10bに処理空気を上向きに流通させる。これにより、加圧された状態で、他方の吸着容器10b内において、処理空気中の水分や二酸化炭素を吸着材に吸着させる処理工程が行われる。こうして、吸着容器10b内の処理工程で水分を除去された例えば露点温度−100℃以下の低露点空気が、他方の上部配管20bから送出配管21を通って所望の箇所に送り出される。
And as shown in FIG. 2, process air is distribute | circulated upwards from the
また、吸着容器10bを出た低露点空気の一部は、再生空気としてバイパス配管25に取り出される。こうして、バイパス配管25に取り出される再生空気(低露点空気)の量は、オリフィス26によって調整される。そして、バイパス配管25に取り出された再生空気は、一方の上部配管20aを経由して、一方の吸着容器10a内を下向きに流通させられる。これにより、一方の吸着容器10a内においては、常圧または減圧下で吸着材から水分や二酸化炭素を脱離させる再生工程が行われる。こうして、再生工程に用いられた再生空気は、一方の下部配管11aを経由し、バイパス配管15を介して排気配管16から外部に排気される。
Further, a part of the low dew point air that has exited the
こうして、図1に示すように、一方の吸着容器10a内で処理工程を行い、他方の吸着容器10b内で再生工程を行う状態と、図2に示すように、他方の吸着容器10b内で処理工程を行い、一方の吸着容器10a内で再生工程を行う状態を交互に繰り返すことにより、圧力スイング吸着によって作り出された例えば露点温度−100℃以下の低露点空気が、送出配管21から連続的に送り出される。
Thus, as shown in FIG. 1, the treatment process is performed in one
ところで、本発明の解決すべき課題の一つである、「装置を長期間停止して運転再開した直後に除湿性能が低下している」点について、その原因を発明者は次のように推察した。即ち、一つは外部周囲からの水分の混入、他には、吸着容器10a、10b内の吸着材中における水分拡散を原因と推察した。後者については、図4に示すとおりである。図4中、(a)は、処理工程開始時の水分の分布状態を示している。(b)は、処理工程終了時の水分の分布状態を示している。なお、(c)は、除湿運転を長期間停止した後の運転再開時や、吸着材の交換後の運転開始時における水分の分布状態を示している。図4(a)〜(c)において、吸着容器10a、10bの底辺(横軸)は水分量を示しており、右向きに水分が多くなっている。吸着容器10a、10bの左縦辺(縦軸)は吸着容器10a、10b内における高さを示している。吸着容器10a、10bの内部に記入したグラフ線xは、吸着容器10a、10b内の各高さにおける水分の分布状態を示している。
By the way, the inventors inferred the cause of “the dehumidifying performance has deteriorated immediately after the apparatus is stopped for a long time and restarted”, which is one of the problems to be solved by the present invention, as follows. did. That is, one was assumed to be caused by moisture mixed from the outside and the other by moisture diffusion in the adsorbent in the
ところで、この実施の形態では、例えば露点温度−100℃以下の低露点空気が得られなくなる前に、処理工程を停止し、再生工程を開始する。これにより、図4(a)に示すように、吸着容器10a、10b内の下部では吸着材に水分がまだ残っていても、吸着容器10a、10b内の上部では、吸着材に水分がほとんど残留していない状態に戻される。こうして、一方の吸着容器10a内で処理工程を行い、他方の吸着容器10b内で再生工程を行う状態と、他方の吸着容器10b内で処理工程を行い、一方の吸着容器10a内で再生工程を行う状態を交互に繰り返す。これにより、例えば露点温度−100℃以下の低露点空気が、送出配管21から連続的に送り出される。
By the way, in this embodiment, for example, before the low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C. or less is not obtained, the processing step is stopped and the regeneration step is started. As a result, as shown in FIG. 4 (a), even if moisture still remains in the adsorbent in the lower portions of the
この実施の形態では、吸着材の除湿性能を復活させるための運転再開時や、吸着材の交換後の運転開始時には、吸着容器10a、10b内に高温の加熱空気を供給して、吸着材中に残留する水分を排出させる加熱工程を行う。
In this embodiment, when restarting the operation to restore the dehumidifying performance of the adsorbent or when starting the operation after exchanging the adsorbent, high-temperature heated air is supplied into the
即ち、加熱工程を行う場合は、図3に示すように、接続ポート31、33を開き、吸着容器10a、10bの下部に設けられた排気ポート45をいずれも開く。また、加熱機構35に設けられている除湿機37とヒータ38を、いずれも稼動させる。
That is, when performing a heating process, as shown in FIG. 3, the
そして、図3に示すように、給気配管12から分岐配管34に流入させた処理空気を加熱機構35に導入する。加熱機構35では、処理空気を除湿機37で除湿し、ヒータ38で加熱することにより、乾燥した高温の加熱空気を作り、こうして加熱機構35で作られた加熱空気が、導入配管32から加熱給気配管30を経て、吸着容器10a、10bの上部に供給される。そして、吸着容器10a、10b内において、加熱空気が下向きに流通させられ、これにより、吸着容器10a、10b内の上部から、吸着材中に残留していた水分が徐々に除去され、処理済の加熱空気と一緒に、排気ポート45を経て、吸着容器10a、10bの下部から外部に排気される。
Then, as shown in FIG. 3, the processing air that has flowed into the
こうして、吸着材の除湿性能を復活させた後、再び、吸着容器10a、10b内において処理工程と再生工程を順次行う。これにより、圧力スイング吸着によって作り出された例えば露点温度−100℃以下の低露点空気が、送出配管21から連続的に送り出される。
Thus, after the dehumidifying performance of the adsorbent is restored, the treatment process and the regeneration process are sequentially performed again in the
ここで、加熱工程を行う場合、加熱機構35の除湿機37とヒータ38の稼動は、制御部41によって、次のように制御される。即ち、加熱工程中は、吸着容器10a、10b内の吸着材の温度が温度センサ50a、50bで測定される。この場合、温度センサ50a、50bは、吸着容器10a、10bの中央高さから出口側の位置に配置されている。このため、吸着容器10a、10b内において、中央から上部の位置において吸着材の温度が温度センサ50a、50bで測定される。こうして、測定された吸着容器10a、10b内上部の吸着材の温度が制御部41に入力されることになる。
Here, when performing a heating process, operation | movement of the
図5は、吸着容器10a、10b内の各高さでの吸着材の温度を示す説明図であり、温度Thは、吸着容器10a、10b内の最上部における吸着材の温度、温度Tmは、吸着容器10a、10b内の中間部(中央から上部の位置)における吸着材の温度、温度Tlは、吸着容器10a、10b内の最下部における吸着材の温度である。図6は、加熱工程中における各高さの温度Th、Tm、Tlの経時変化を示すグラフである。なお、中間部の温度Tmは、温度センサ50a、50bによって測定される温度である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the temperature of the adsorbent at each height in the
加熱工程中は、吸着容器10a、10bの上部から供給された高温の加熱空気が、吸着容器10a、10b内を下向きに流通させられて、吸着容器10a、10bの下部から排気される。このため、図6に示すように、吸着容器10a、10b内の吸着材の温度は、最上部の温度Thが最初に上昇し、次に中間部の温度Tmが上昇し、最下部の温度Tlが最後に上昇していく。そして、温度センサ50a、50bで測定された中間部の温度Tmが制御部41に入力される。
During the heating process, high-temperature heated air supplied from the upper parts of the
そこで、本発明では、温度センサ50a、50bで測定された中間部の温度Tmが所定の温度となった時点で加熱工程を停止する。即ち、中間部の温度Tmについて、目標とする所定の温度Tを予め設定しておき、温度センサ50a、50bで測定された温度Tmがこの温度Tとなった時点(時刻t)で加熱工程を停止する。
Therefore, in the present invention, the heating process is stopped when the temperature Tm of the intermediate portion measured by the
なお、時刻tでは、図6に示すように、最上部の温度Thが温度Tよりも高く、中間部の温度Tmが温度Tに等しく、最下部の温度Tlが温度Tよりも低くなる温度勾配が生ずる。加熱工程を終了後は、吸着容器10a、10b内に冷却ガスを導入して、吸着容器10a、10b内の吸着材を冷却して温度勾配を無くしてから、吸着工程と再生工程を再開する。
At time t, as shown in FIG. 6, the temperature gradient in which the uppermost temperature Th is higher than the temperature T, the intermediate temperature Tm is equal to the temperature T, and the lowermost temperature Tl is lower than the temperature T. Will occur. After the heating process is completed, a cooling gas is introduced into the
ここで、図7は、加熱工程による吸着容器10a、10b内の吸着材の水分の分布状態を示す説明図である。図7中、(a)は、加熱工程を行う前の状態を示している。(b)は、従来技術に従う加熱工程を行った直後の状態を示している。(c)は、従来技術に従う加熱工程を行った後に吸着工程と再生工程を再開した直後の状態を示している。(d)は、本発明に従う加熱工程を行った直後の状態を示している。(e)は、本発明に従う加熱工程を行った後に吸着工程と再生工程を再開した直後の状態を示している。図7(a)〜(e)において、吸着容器10a、10bの底辺(横軸)は水分量を示しており、右向きに水分が多くなっている。吸着容器10a、10bの左縦辺(縦軸)は吸着容器10a、10b内における高さを示している。吸着容器10a、10bの内部に記入したグラフ線xは、吸着容器10a、10b内の各高さにおける水分の分布状態を示している。
Here, FIG. 7 is explanatory drawing which shows the distribution state of the water | moisture content of the adsorption material in
図7(a)に示すように、加熱工程を行う前の状態では、吸着材全体に一様な分布で水分が拡散した状態であり、吸着容器10a、10b内のいずれの高さにおいても、吸着材に水分が残留した状態になっていると考えられる。このように吸着容器10a、10b内の上部においても吸着材に水分が残留していると、吸着材の除湿性能が劣ってしまい、例えば露点温度−100℃以下の低露点空気を作り出すことができなくなる。そのため、吸着容器10a、10b内に高温の加熱空気を供給して、吸着容器10a、10b内の上部において吸着材中に残留する水分を排出させる加熱工程を行う。
As shown in FIG. 7 (a), in a state before the heating step, moisture is diffused in a uniform distribution throughout the adsorbent, and at any height in the
なお、従来技術においては、図7(b)に示すように、加熱工程を行うことにより、吸着容器10a、10b内から水分を完全に除去させていた。換言すれば、従来技術においては、吸着容器10a、10b内の全範囲において、吸着材中に残留する水分を排出させており、加熱工程終了した時点では、吸着容器10a、10b内の上部から下部までの全部において水分がほとんど残っていない状態になっていた。
In the prior art, as shown in FIG. 7B, moisture is completely removed from the
そして、従来技術に従う加熱工程を行った後に吸着工程と再生工程を再開した場合、図7(c)に示すように、吸着容器10a、10b内の下部から水分が多くなっていく。この場合、吸着容器10a、10b内の上部では、吸着材に水分が付着していないため、除湿性能を十分に発揮できる状態にある。このため、処理工程が行われる吸着容器10a、10b内では、上向きに流通していく処理空気が吸着容器10a、10b内の上部を通過する際に、水分や二酸化炭素が吸着材に吸着され、例えば露点温度−100℃以下の低露点空気を作り出すことができる。
Then, when the adsorption process and the regeneration process are restarted after the heating process according to the conventional technique, moisture increases from the lower portions in the
しかしながら、従来技術のように吸着容器10a、10b内から水分を完全に除去させるまで加熱工程を行った場合、水分の排出に長期間を要し、その間、PSA式除湿装置1は除湿運転ができなくなる。また、吸着容器10a、10b内に高温の加熱空気を供給し続ける時間が長いため、吸着容器10a、10bや配管等の耐熱性も過大に向上させることが必要になってしまう。
However, when the heating process is performed until the moisture is completely removed from the
そこで本発明では、図7(d)に示すように、温度センサ50a、50bで測定された温度Tmが所定の温度Tとなった時点で加熱工程を停止する。この場合、加熱工程を停止させるための温度Tは、吸着容器10a、10b内において、例えば、温度センサ50a、50bが設置されている位置よりも下部では、吸着材からまだ水分が十分には除去されていないが、温度センサ50a、50bが設置されている位置よりも上部では、吸着材から水分が十分に除去されていることが検出できるような指標値を設定すれば良い。
Therefore, in the present invention, the heating process is stopped when the temperature Tm measured by the
このように、温度センサ50a、50bで測定された温度Tmが所定の温度Tとなった時点で加熱工程を停止することにより、従来技術のように吸着容器10a、10b内から水分を完全に除去させるまで加熱工程を行う必要がなくなり、吸着容器10a、10b内の上部において、吸着材から水分を除去された時点で、加熱工程を終了することができる。
Thus, by stopping the heating process when the temperature Tm measured by the
なお、本発明にしたがって加熱工程をした後に吸着工程と再生工程を再開した場合も、図7(e)に示すように、吸着容器10a、10b内の下部から水分が多くなっていく。従来技術(c)に比べて、吸着容器10a、10b内の下部では、水分の多い範囲(高さ)が広いが、吸着容器10a、10b内の上部では、吸着材に水分が付着していないため、除湿性能を十分に発揮できる状態にある。このため、処理工程が行われる吸着容器10a、10b内では、上向きに流通していく処理空気が吸着容器10a、10b内の上部を通過する際に、水分や二酸化炭素が吸着材に吸着され、例えば露点温度−100℃以下の低露点空気を作り出すことができる。
Even when the adsorption step and the regeneration step are restarted after the heating step according to the present invention, moisture increases from the lower portions in the
したがって、本発明によれば、加熱工程を短時間で終了することができ、除湿運転の稼働停止時間を短縮できるようになる。その結果、安価かつ簡便に露点温度−100℃以下の低露点空気を作ることが可能となる。なお、上述したように、加熱工程を終了後に吸着容器10a、10b内の吸着材を冷却する場合も、温度センサ50a、50bで測定された温度Tmを目安とすることができる。
Therefore, according to the present invention, the heating process can be completed in a short time, and the operation stop time of the dehumidifying operation can be shortened. As a result, low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C. or lower can be made inexpensively and easily. As described above, also when the adsorbent in the
以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、図8に示すように、PSA式除湿装置1から取り外した吸着容器10a、10bを、別の加熱機構35’を用いて加熱工程を行い、その後、PSA式除湿装置1に戻して、PSA運転を再開しても良い。
As mentioned above, although an example of preferable embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not limited to the form of illustration. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the ideas described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs. For example, as shown in FIG. 8, the
なお、先に図1〜3で説明したように、加熱機構35をPSA式除湿装置1から切り離すことができるように構成すれば、安価かつ小型といったPSA式除湿装置の利点を活かしやすい。加熱工程は、サイクル毎に行なう必要が無く、必要なときにだけ加熱機構35をPSA式除湿装置1に接続して加熱工程をすれば良い。加熱機構35を常設せずに本体(PSA式除湿装置1)と別個にすることで装置を簡略化できる。
As described above with reference to FIGS. 1 to 3, if the
また、先に図1〜3では、一対の吸着容器10a、10bを有する例を説明したが、吸着容器の数は2つに限らず3つ以上でも良い。図9に示すPSA式除湿装置1は、3対の吸着容器10a、10bを有する例を示している。もちろん、吸着容器10a、10bは2対あるいは4対以上でも良い。このPSA式除湿装置1では、3対の吸着容器10a、10bに対して、一台の共通の加熱機構35を設けている。このように、複数の吸着容器10a、10bに対して共通の加熱機構35から加熱空気を供給することにより、加熱機構35の数を減らすことができ、装置が簡便ですみ、省スペース化も図れる。もちろん、加熱機構35は常設である必要はなく、加熱工程が必要な場合な吸着容器10a、10bに取り付ければ良い。
Although the example which has a pair of adsorption |
その他、接続ポート31や排気ポート45の取り付け位置は、吸着容器10a、10bの壁面に限らず、加熱空気の放熱ロスを少なくすれば、上部配管20a、20bや下部配管11a、11bとしても良い。また、加熱機構35の除湿機37には、PSA式の他、PTSA式やTSA式などの除湿装置を利用できる。
In addition, the attachment positions of the
(実施例1)
図10は、PSA式除湿装置におけるサイクル回数(処理工程と再生工程の繰り返し回数)と、低露点空気の露点温度との関係を示すグラフである。吸着剤を新品に交換後に運転を再開した運転の初期では、図10中のグラフ線x1に示すように、露点温度−70℃程度の低露点空気しか作ることができない。露点温度−100℃の低露点空気を作るには、数万サイクル(数千時間)連続運転する必要がある。また、例えば除湿運転を長期間停止した後の、PSA式除湿装置の運転開始直後に得られる低露点空気の露点温度は、運転開始前の吸着容器内の吸着材(特に吸着容器の上部の吸着材)の水分量に依存する。
(Example 1)
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the number of cycles (the number of repetitions of the treatment process and the regeneration process) and the dew point temperature of the low dew point air in the PSA type dehumidifier. At the beginning of the operation when the operation is resumed after replacing the adsorbent with a new one, only low dew point air having a dew point temperature of about −70 ° C. can be produced as shown by the graph line x1 in FIG. In order to produce low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C., it is necessary to continuously operate tens of thousands of cycles (thousands of hours). Further, for example, after the dehumidifying operation has been stopped for a long time, the dew point temperature of the low dew point air obtained immediately after the start of the operation of the PSA type dehumidifier is the adsorbent in the adsorption container before the operation starts (especially the adsorption of the upper part of the adsorption container Depends on the moisture content of the material.
そこで、PSA式除湿装置の運転開始前に吸着材を加熱して吸着容器の上部に残留している水分量を一気に下げることにより、運転開始直後から露点温度−100℃の低露点空気を供給することができる。図10中のグラフ線x2に示すように、運転開始前に吸着材を加熱した場合、運転開始直後の低露点空気の露点温度は−105℃となり、露点温度が上昇することなく、運転開始直後から露点温度−100℃以下の低露点空気を連続供給可能であることを確認した。本発明者らの仮定が正しかったと推察される。 Therefore, by heating the adsorbent before starting the operation of the PSA type dehumidifier and reducing the amount of water remaining in the upper part of the adsorption container at a stretch, low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C. is supplied immediately after the start of operation. be able to. As shown by the graph line x2 in FIG. 10, when the adsorbent is heated before the start of operation, the dew point temperature of the low dew point air immediately after the start of operation is −105 ° C., and the dew point temperature does not increase and immediately after the start of operation. Thus, it was confirmed that low dew point air having a dew point temperature of −100 ° C. or lower could be continuously supplied. It is inferred that our assumption was correct.
(実施例2)
次に、加熱工程を制御する温度センサ(熱電対)の挿入位置による効果の違いについて検討した。図11に示すように、合成ゼオライトMS-13Xを充填した吸着筒(筒高さ500mmの吸着容器)に、250℃の加熱空気を40L(N)/minで上から下に向けて供給した場合について数値解析を行なった。図11に示す筒内の各位置(筒下部から100mm、300mm、400mm、450mm)に挿入した熱電対について、指示値が200℃に達した時を加熱工程の完了とし、その後、冷却して30℃に達した時を冷却完了とし、加熱・冷却時間を比較した。なお、加熱工程を終了後は、吸着容器内に冷却ガスを導入し、吸着材を冷却して温度勾配を無くしてから、吸着工程と再生工程を再開するため、加熱・冷却時間について比較した。
(Example 2)
Next, the difference in the effect by the insertion position of the temperature sensor (thermocouple) which controls a heating process was examined. As shown in Fig. 11, when heating air at 250 ° C is supplied from top to bottom at 40 L (N) / min into an adsorption cylinder (adsorption container with a cylinder height of 500 mm) filled with synthetic zeolite MS-13X A numerical analysis was performed. For the thermocouple inserted in each position (100 mm, 300 mm, 400 mm, 450 mm from the bottom of the cylinder) shown in FIG. 11, the heating process is completed when the indicated value reaches 200 ° C., and then the thermocouple is cooled to 30 When the temperature reached 0 ° C., the cooling was completed, and the heating and cooling times were compared. In addition, after finishing a heating process, in order to restart an adsorption | suction process and a regeneration process after introduce | transducing cooling gas in an adsorption | suction container and cooling an adsorbent and eliminating a temperature gradient, it compared about heating / cooling time.
計算結果を図12〜15に示す。これら図12〜15は、加熱・冷却中における筒内の各高さ(筒下部から100mm、300mm、400mm、450mm、500mm)の温度の経時変化を示すグラフである。0図12は、筒下部から450mmの高さに挿入した熱電対において、指示値が200℃に達した時を加熱工程の完了とし、その後、冷却して30℃に達した時を冷却完了とした場合である。図13は、筒下部から400mmの高さに挿入した熱電対において、指示値が200℃に達した時を加熱工程の完了とし、その後、冷却して30℃に達した時を冷却完了とした場合である。図14は、筒下部から300mmの高さに挿入した熱電対において、指示値が200℃に達した時を加熱工程の完了とし、その後、冷却して30℃に達した時を冷却完了とした場合である。図15は、筒下部から100mmの高さに挿入した熱電対において、指示値が200℃に達した時を加熱工程の完了とし、その後、冷却して30℃に達した時を冷却完了とした場合である。 The calculation results are shown in FIGS. 12 to 15 are graphs showing temporal changes in temperature of each height (100 mm, 300 mm, 400 mm, 450 mm, and 500 mm from the bottom of the cylinder) during heating and cooling. Fig. 12 shows that in a thermocouple inserted at a height of 450 mm from the bottom of the tube, the heating process is completed when the indicated value reaches 200 ° C, and then the cooling is completed when the temperature reaches 30 ° C after cooling. This is the case. FIG. 13 shows that in the thermocouple inserted at a height of 400 mm from the bottom of the cylinder, when the indicated value reaches 200 ° C., the heating process is completed, and then when the temperature reaches 30 ° C. after cooling, the cooling is completed. Is the case. FIG. 14 shows that in the thermocouple inserted at a height of 300 mm from the bottom of the cylinder, when the indicated value reached 200 ° C., the heating process was completed, and after that, when the temperature reached 30 ° C., the cooling was completed. Is the case. FIG. 15 shows that in the thermocouple inserted at a height of 100 mm from the bottom of the cylinder, when the indicated value reached 200 ° C., the heating process was completed, and after that, when the temperature reached 30 ° C., the cooling was completed. Is the case.
また、加熱・冷却後、運転を再開した時の低露点空気の露点温度(加熱後供給露点)についても比較した。結果を図16(表1)に示す。筒最上部に挿入した熱電対(450mm)で制御すると、得られる低露点空気が露点温度−100℃以下を確保できないことが分かる。一方、筒下部に挿入した熱電対(100mm)で制御すると、筒下部から400mmの位置で制御したものに比べ、低露点空気の露点は向上するものの加熱・冷却時間が倍以上かかることが分かる。以上より、筒上部に挿入した熱電対により加熱・冷却時間を制御することにより、大幅な時間短縮が可能であることが分かる。
In addition, the dew point temperature of the low dew point air (heated supply dew point) when the operation was restarted after heating / cooling was also compared. The results are shown in FIG. 16 (Table 1). It can be seen that when the temperature is controlled by a thermocouple (450 mm) inserted at the top of the cylinder, the resulting low dew point air cannot secure a dew point temperature of −100 ° C. or lower. On the other hand, when controlled with a thermocouple (100 mm) inserted at the bottom of the cylinder, it can be seen that although the dew point of the low dew point air is improved, the heating / cooling time is more than doubled compared to that controlled at a
本発明は、低露点空気の製造に適用できる。 The present invention is applicable to the production of low dew point air.
1 PSA式除湿装置
10a、10b 吸着容器
11a、11b 下部配管
12 給気配管
15 バイパス配管
16 排気配管
20a、20b 上部配管
21 送出配管
25 バイパス配管
30 加熱給気配管
34 分岐配管
35 加熱機構
36 走行台車
37 除湿機
38 ヒータ
41 制御部
50a、50b 温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記吸着容器内に高温の加熱空気を供給する加熱機構と、
前記吸着容器内において、処理空気の入り口と出口の間であって、入り口と出口の中央から出口側の位置で吸着材の温度を測定する温度センサを設けた、PSA式除湿装置。 A PSA-type dehumidifying device that alternately performs a treatment step of passing treatment air in an adsorption container containing an adsorbent and a regeneration step of passing regeneration air to obtain low dew point air by pressure swing adsorption,
A heating mechanism for supplying high-temperature heated air into the adsorption container;
A PSA type dehumidifying device provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the adsorbent at a position from the center of the inlet and outlet to the outlet side between the inlet and outlet of the processing air in the adsorption container.
各吸着容器に加熱空気を供給する共通の加熱機構を有する、請求項1に記載のPSA式除湿装置。 A plurality of the adsorption containers;
The PSA type dehumidifier according to claim 1, comprising a common heating mechanism for supplying heated air to each adsorption container.
前記吸着容器内に高温の加熱空気を供給する加熱工程を含み、
前記加熱工程は、前記吸着容器内の吸着材の一部の温度が所定の温度となった時点で停止する、PSA式除湿方法。 A PSA-type dehumidification method that alternately performs a treatment step of passing treatment air in an adsorption container containing an adsorbent and a regeneration step of passing regeneration air to obtain low dew point air by pressure swing adsorption,
Including a heating step of supplying high-temperature heated air into the adsorption vessel;
The PSA type dehumidification method, wherein the heating step is stopped when the temperature of a part of the adsorbent in the adsorption container reaches a predetermined temperature.
各吸着容器に共通の加熱機構から加熱空気を供給する、請求項4に記載のPSA式除湿方法。 A plurality of the adsorption containers;
The PSA type dehumidification method according to claim 4, wherein heated air is supplied from a common heating mechanism to each adsorption container.
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