JP2011064439A - 超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】８０℃以下の熱源の再生器を使用した超低露点温度の乾燥空気を室内に供給するデシカント空調機を提供する。
【解決手段】
第1乃至３冷却器を配置した第1乃至３デシカントロータの処理ゾーンとを直列に連通し、第1冷却器側から外気を吸い込み第２デシカントロータ及び第３デシカントロータの処理ゾーンで処理して超低露点の給気を室内側に供給し、室内側の大量の還気を第２デシカントロータの処理ゾーンの上流側で第１デシカントロータの処理ゾーンの下流に返還し、第３乃至１冷却器を配置した第３乃至１デシカントロータの再生ゾーンとを直列に連通し、各再生器は８０℃以下で加熱するとともに、前記給気の一部を第３再生器及び第３デシカントロータの再生ゾーンに供給し、該再生空気を第2デシカントロータ及び第1デシカントロータの再生ゾーンに順次を通過して外部に排気する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機に係り、特に、超低露点温度を必要とする製造ラインに極めて乾燥した空気を供給するデシカント空調機に関する。

従来、超低露点温度を必要とする製造ラインへの外気の取り入れには、温湿度のコントロールが必要であり、特に、電子デバイス製造ラインでは、空気中に含まれる水分等が製品に付着することにより不良品の発生に繋がることから、極めて高い乾燥した空気、即ち超低露点の乾燥空気を供給することが求められていた。
このため、従来の超低露点の乾燥空気ＳＡを供給する空調機には、図２に示されるように、外気ＯＡをフィルターａを介してファンｂにより取込み、冷却器ｃで外気ＯＡを冷却し、回転式のデシカントロータｄを用いた乾式除湿器が使用されている。
この乾式除湿装置は、塩化リチウムや塩化カルシウムなどの吸収液を含浸させたハニカム状のロータや、シリカゲル、ゼオライトなどの吸着材で構成したロータを備え、このロータの端面に位置する空気の通過域、すなわち例えばロータの端面に配置するチャンバ等の仕切りによる空気の通過区域を除湿ゾーン(処理ゾーン)ｅと再生ゾーンｆとに仕切り、ロータを回転させながら除湿ゾーンｅに処理空気を通過させて乾燥空気を作り出すと共に、再生ゾーンｆに１４０℃程度の高温の再生空気を通過させることによって、前記吸着材中の水分を再生空気中に蒸発させて、連続的に除湿処理を行うように構成され、より低露点を得る場合には、多段式、すなわち複数の乾式除湿装置を直列系統接続して運転する方法が知られている(例えば、特許文献１)。

この場合、ロータが高温の状態で除湿区域に移行すると、処理空気が除湿しないままロータを通過して露点を上昇させるので、低湿度に制御された空間からの空気など、低温の空気を通過させてロータを冷却するためのパージゾーンｇが再生区域と除湿区域との間に設けなければならなかった。すなわち、パージゾーンｇは、再生ゾーンｆ（水分放出側）から除湿ゾーンｅ（水分吸着側）へ回転してきたデシカントロータｄ自体が高温の状態であり、相当量の顕熱が再生側から処理側へ移動することになるため、デシカントロータｄが再生ゾーンｆ通過後、除湿ゾーンｅに入る前に、デシカントロータ冷却用の第３のゾーンであるパージゾーンｇを設けて冷却（及び除湿）空気を通過させ、ロータを冷却する。通常、図示するように、パージゾーンｇには低露点の空気ＳＡの一部を供給とともに、還気ＲＡのヒータｈで１４０℃程度の高温空気にしてデシカントロータｄの再生ゾーンｆに供給して乾燥させ、この空気とＳＡの一部とをファンｉで排気することで、超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機を形成していた。
特許第３４８３７５２号公報

しかしながら、上述した従来の低露点デシカント空調機は、再生ゾーンが１４０℃程度の高温空気やパージゾーンを設けなければならないことから、次のような問題点がある。
（１）再生空気温度が、１００℃少なくとも８０℃以上の高温であり、熱源に蒸気または電気ヒータを用いる必要があること。
（２）蒸気源を使用することが多いが、蒸気の生産時にＣＯ₂を大量に生じる場合があり、ＣＯ₂の削減に寄与できないこと。
（３）再生器に他の機器からの８０℃以下の温水の排熱が利用できないこと。
（４）除湿器の除湿性能を上げるため、パージが必要になること。
（５）再生側より処理側への熱移動が大きいため、処理側では顕熱が上がり、それによって除湿性能の低下が生じる。場合よっては、そのため一部を冷却する必要がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、デシカントロータの再生ゾーンに、再生空気を８０℃以下に加熱する再生器を使用することが可能で、使用する部材も通常の耐熱性のものが使用可能な超低露点温度の乾燥空気を室内に供給するデシカント空調機を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、処理ラインとして前段に第１冷却器を配置した第１デシカントロータの処理ゾーンと、前段に第２冷却器を配置した第２デシカントロータの処理ゾーンと、前段に第３冷却器を配置した第３デシカントロータの処理ゾーンとを直列に連通し、第１ファンを第１デシカントロータの処理ゾーン下流から室内側への供給と排気ラインとの分岐点の間に配置し、第１冷却器側から外気を吸い込み順次第２デシカントロータ及び第３デシカントロータの処理ゾーンで処理して超低露点の給気を室内側に供給し、室内からの還気を前記第１ファンの上流であって第２冷却器又は第３冷却器の上流に合流させて循環させるとともに、
再生ラインとして前段に第３再生器を配置した第３デシカントロータの再生ゾーンと、前段に第２再生器を配置した第２デシカントロータの処理ゾーンと、前段に第１再生器を配置した第１デシカントロータの処理ゾーンとを直列に連通し、排気のための第２ファンを配置し、前記室内側に供給する前記給気の一部を第３デシカントロータの再生ゾーンに供給し、順次第２デシカントロータの再生ゾーン、第１デシカントロータの再生ゾーンを通過させるとともに、各デシカントロータの再生器は８０℃以下で加熱するとようにした超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機である。

本発明によれば、少なくとも３台のデシカントロータを直列に配置し、給気した室内から大量の還気を第１ファンの上流に循環処理するようにし、かつ、給気の一部を再生ゾーンを通過させて排気するようにしたので、従来のパージゾーンを設けた高温再生型乾式除湿器と同等の超低露点（−５０℃ＤＰ）が実現可能となり、再生空気が８０℃以下で良いのでパージゾーンが必要でなくなることから、従来の超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機と比べて、次のような利点がある。
(１)パージゾーンが不要であること。
(２)デシカントロータの再生器に低温再生乾式除湿器を用いることができること。
(３)再生空気が８０℃以下となることから、従来のデシカントロータ空調機のパネル等の部材も使用可能となること。
(４)再生器には８０℃以下の温水でもいいので、他の施設の排熱を容易に再生器に利用が可能であり、蒸気源が不必要になること。

本発明の好適な実施例１を図面に沿って説明する。
[実施例]
図１は、実施例の超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機１の系統図であって、主に直列に配置される第１デシカントロータ２１、第２デシカントロータ２２、第３デシカントロータ２３から構成される。そして、各デシカントロータの除湿する処理ゾーンの上流側には冷却器が配置され、第１デシカントロータ２１の前段には第１冷却器３１、第２デシカントロータ２２の前段には第２冷却器３２、第３デシカントロータ２３の前段には第３冷却器３３がそれぞれ配置される。また、各デシカントロータを加熱する再生ゾーンの上流側には再生器が配置され、空気の流れ順に第３デシカントロータ２３の前段には第３再生器４３、第２デシカントロータ２２の前段には第２再生器４２、第１デシカントロータ２１の前段には第１再生器４１がそれぞれ配置される。この第１〜３デシカントロータは、各再生器が低温度の８０℃以下の温水で加熱しているので、高温再生型乾式除湿器を用いる場合のパージゾーンを設けてはいない。

先ず、図１で外気ＯＡから室内に乾燥空気の給気ＳＡを供給する処理ライン(図面下側)の構成から説明する。
外気ＯＡは第１ファン５１により吸い込まれるが、ダンパ６１により吸入量を規制されフィルター７１により第１冷却器(冷却コイル)３１で冷やされ、第１デシカントロータ２１の処理ゾーン211を通過してある程度除湿される。本実施例での第１ファン５１で吸い込まれる外気ＯＡ風量は１０００ＣＭＨ(m³／h)程度で、第１冷却器(冷却コイル)３１直後の到達露点は９.２４℃ＤＰ程度であった。
この除湿された中間空気は、室内Ｒからの還気ＲＡと混合され、第１ファン５１により次の第２デシカントロータ２２の前段の第２冷却器３２で冷やされ、第２デシカントロータ２２の処理ゾーン221を通過して更に除湿される。
本実施例では、前記還気ＲＡ量は、１０００ＣＭＨ(m³／h)程度で到達露点は−４０℃ＤＰ程度であるので、第１ファン５１は合計２０００(m³／h)で到達露点は−２０.２１℃ＤＰ程度となっている。

この中間到達露点が−２０℃ＤＰ程度に達した空気を、第２デシカントロータ２２の処理ゾーン221と第３冷却コイル33を通過させ到達露点を−３５.４６℃ＤＰ程度して、最終の第３デシカントロータ２３に送風し更に除湿する。この第３デシカントロータ２３の処理ゾーン231の上流には第３冷却器３３が配置され、乾燥空気は冷却されて到達露点は−５０℃ＤＰ程度まで除湿された後に、ドライルーム等の室内Ｒに給気通路８１より給気され、一部は返還通路８２から再生ラインに戻される。
本実施例では給気全体の約５０％に当たる１０００ＣＭＨ(m³／h)程度の給気を返還通路８２及び風量を制御するダンパ６３を介して再生ラインに戻している。この戻し率は、多ければそれだけ乾燥度合いが上がるが、室内の給気ＳＡの量が少なくなるので、実際には戻し量は３０％から７０％が限度である。
また、室内側には給気全体の５０％に当たる給気が供給されるが、その−５０℃ＤＰ程度の乾燥空気の給気ＳＡは室内Ｒを満たした後、大部分は１０００ＣＭＨ(m³／h)程度で到達露点は−４０℃ＤＰ程度の還気ＲＡとなって、ダンパ６２によって風量制御されて、第１デシカントロータ２１の処理ゾーン211の下流の直後で、第２冷却コイル３２及び第２デシカントロータ２２の上流に配置した第１ファン５１の合流点Ａに戻され循環される。この循環処理により−５０℃ＤＰ程度の乾燥空気を維持している。なお、この場合に、還気ＲＡの一部(僅かな量)は漏れがあり、９ＣＭＨ(m³／h)程度であるが外部に放出(ＥＡ：一部)される。
なお、第１ファン５１の配置位置は、必ずしも、第１デシカントロータ２１と第２冷却コイル３２の間で合流点Ａ直後でなくても、合流点Ａの下流であって、第１冷却器３１の下流から、後述する給気通路８１と返還通路８２との分岐点Ｂの上流との間であればよい。
また、室内還気と処理ラインとの合流点Ａも、第１デシカントロータ２１の処理ゾーン211の下流の直後でなくとも、前記第１ファンの上流であれば、第１冷却器の下流から第３デシカントロータ２３の処理ゾーン231の上流の間に配置させればよく、到達露点は−５０℃ＤＰ程度になるように室内還気を合流させて循環させればよい。

先ず、図１で給気ＳＡの一部が再生ゾーンを通過して外部に排気ＥＡとなって排出される再生ライン(図面上側)の構成を説明する。
第３デシカントロータ２３の到達露点は−５０℃ＤＰ程度までであり、その除湿空気の一部(全体の５０％に当たる１０００ＣＭＨ)は室内(Ｒ)へ給気され、また、その除湿空気の一部(全体の５０％に当たる１０００ＣＭＨ)は再生ラインに戻される。その戻された除湿空気は、まず、第３デシカントロータ２３の再生ゾーン232の前段の第３再生器(再生コイル)４３で加熱され、その後再生ゾーン232を通過して、第３デシカントロータの再生ゾーン232で湿気を飛ばし、次段の第２デシカントロータ２２の再生ゾーン222に送風される。

この第２デシカントロータ２２では、その再生ゾーン222に第２再生器４２が配置され、この第２再生器４２の下流側での空気の到達露点は−３５.５１℃ＤＰ程度(１０００ＣＭＨ(m³／h)程度)であり、第２デシカントロータの再生ゾーン222で湿気を飛ばし、最終の第１デシカントロータ２１の再生ゾーン212に送風される。
この第１デシカントロータ２１では、その再生ゾーン212に第１再生器４１が配置され、この第１再生器４１の下流側での空気の到達露点は−２０.２３℃ＤＰ程度(１０００ＣＭＨ(m³／h)程度)であり、さらに、第１デシカントロータの再生ゾーン212で湿気を飛ばし、第２ファン５３によって、１０００ＣＭＨ(m³／h)程度が戸外に排気ＥＡされる。
なお、本実施例では第２ファン５３を再生ライン下流の最後の戸外放出点Ｃに配置したが、排気ＥＡを戸外に排出できるのであれば、分岐点Ｂから実施例の再生ラインの最後の戸外放出点Ｃとの間のどこに配置してもよい。

本発明の特徴の１つは、デシカントロータの再生ゾーンの再生器として再生空気温度８０℃以下の所謂低温再生乾式除湿器を用いて、超低露点（−５０℃ＤＰ）の乾燥空気を得るものである。
ここで、図１に、実施例での室内(Ｒ)が無負荷の状態での各ライン上での風量及び露点温度の実験値を示して説明するが、勿論、室内(Ｒ)に負荷がある場合の数値とは多少異なる。
本発明の上記の課題を達成するため構成上の特徴の１つは、少なくとも、大量の給気を室内で処理した後、大量の還気(室内の供給量の30〜70％)を循環させることであり、第２デシカントロータの上流に返還する空気量は１０００ＣＭＨで、実に５０％程度を循環させている。
また、循環処理して給気した一部を直接再生ラインに戻しているが、この戻し率は、多ければそれだけ乾燥度合いが上がるが、室内の給気ＳＡの量が少なくなるので、実際には戻し量は７０％から３０％が限度であり、本実施例での戻し率は５０％である。
なお、本発明を実現するためには、少なくとも、次工程への処理空気以上の大量の還気を返還する必要があり、即ち、少なくとも３０％以上の返還量が必要であるが、余り多くすると室内への供給量が減るので７０％が上限である。

実施例は、以上のような構成であるので、大量の給気の循環処理を行い、また、従来のパージゾーンを設けた高温再生型乾式除湿器と同等の超低露点（−５０℃ＤＰ）が実現可能となった。
これにより、デシカントロータの再生ゾーンの再生器として再生空気温度８０℃以下の所謂低温再生乾式除湿器を用いたので、通常のデシカント空調機の部品を使用でき、また、再生に他の施設の排熱を利用した温水が使用可能となる。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の各実施例に限定されるものでないことは勿論である。

本発明の実施例の超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機の概念とした系統図。 従来例の超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機の系統図。

１…デシカント空調機、
２１…第１デシカントロータ、211…処理ゾーン、212…再生ゾーン、
２２…第２デシカントロータ、221…処理ゾーン、222…再生ゾーン、
２３…第３デシカントロータ、231…処理ゾーン、232…再生ゾーン、
３１…第１冷却器(冷却コイル)、３２…第２冷却器、３３…第３冷却器、
４１…第１再生器(再生コイル)、４２…第２再生器、４３…第３再生器、
５１・・第１ファン(送風機)、５３・・第２ファン(送風機)、
61,62,63,…ダンパ、
７１…フィルター、８１…給気通路、８２…返還通路
Ａ…合流点、Ｂ…分岐点、Ｃ…戸外放出点、

Claims (1)

1. 処理ラインとして前段に第１冷却器を配置した第１デシカントロータの処理ゾーンと、前段に第２冷却器を配置した第２デシカントロータの処理ゾーンと、前段に第３冷却器を配置した第３デシカントロータの処理ゾーンとを直列に連通し、第１ファンを第１デシカントロータの処理ゾーン下流から室内側への供給と排気ラインとの分岐点の間に配置し、第１冷却器側から外気を吸い込み順次第２デシカントロータ及び第３デシカントロータの処理ゾーンで処理して超低露点の給気を室内側に供給し、室内からの還気を前記第１ファンの上流であって第２冷却器又は第３冷却器の上流に合流させて循環させるとともに、
   再生ラインとして前段に第３再生器を配置した第３デシカントロータの再生ゾーンと、前段に第２再生器を配置した第２デシカントロータの処理ゾーンと、前段に第１再生器を配置した第１デシカントロータの処理ゾーンとを直列に連通し、排気のための第２ファンを配置し、前記室内側に供給する前記給気の一部を第３デシカントロータの再生ゾーンに供給し、順次第２デシカントロータの再生ゾーン、第１デシカントロータの再生ゾーンを通過させるとともに、各デシカントロータの再生器は８０℃以下で加熱するとようにしたことを特徴とする超低露点温度の乾燥空気を供給するデシカント空調機。

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