JP2014208345A - 除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生温度が低くても低露点空気が供給可能で、設置現場に条件を合わせる事が容易な除湿機の提供。
【解決手段】第一除湿ロータ１と第二除湿ロータ４とを有し、外気を第一クーラ７で冷却除湿して第一除湿ロータ１の吸着ゾーン２に通過させ、第一除湿ロータ吸着ゾーン２を通過した空気を第二除湿ロータ４の吸着ゾーン５を通過させて供給空気SAとしてドライルーム１１に供給し、ドライルーム１１からの還気を第一除湿ロータ吸着ゾーン５を通過した空気と混合し、第二除湿ロータ再生ゾーン６を通過した空気を再生ヒータ１４で加熱して第一除湿ロータ再生ゾーン３に通し、外気を第一除湿ロータ吸着ゾーン２へ送るブロア８と、第一除湿ロータ再生ゾーン３を通過した空気を外部に放出するブロア１５と、第一除湿ロータ吸着ゾーン２を通過した空気を第二除湿ロータ吸着ゾーン５に送るブロア９を設けドライルーム１１からの還気をこのブロアの吸入側に入れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、除湿ロータを用いるものであって、再生温度が低くても露点の低い空気の供給が可能で、現場ごとに条件を合わせる事が容易な除湿装置に関するものである。

近年、リチウム電池の需要が増大し、それに伴いその生産も増大している。リチウム電池は、その原料であるリチウムが空気中の湿気と反応し、その反応によって生産されたリチウム電池の性能が悪くなる。このため、リチウム電池の生産ラインは、乾燥した状態に保つ必要がある。この乾燥した状態に保つ手段として、生産工場内をチッソによってパージする手段と、シリカゲルなどの湿気吸着剤を有する除湿ロータを利用した除湿装置を用いる手段などがある。

リチウム電池の用途が、電気自動車やハイブリッド自動車などの自動車用に広がるにつれて、生産工場の規模が大きくなり、上記のチッソパージによる手段よりも除湿装置を用いる手段の方が次第に現実的になりつつある。

除湿装置の場合、除湿ロータの再生に高温の空気を使うのであるが、その高温の空気を作るためのエネルギーをできるだけ少なくすることが図られている。

例えば特許文献１に開示されたものは、乾燥空気の送られるドライルームからの還気を除湿ロータのパージゾーンに送るようにし、そのパージゾーンを出た空気を加熱して再生ゾーンに送るようにしているため、パージゾーンで熱エネルギーの回収を行う事ができ、省エネルギー効果の高いものである。

特開平１０−７６１３１号公報

解決しようとする問題点は、省エネルギー効果を得るだけでなく、再生温度を低くして、種々のエネルギー源に対応可能にするようにする点である。つまり再生温度が低いと、電気ヒータだけでなく、重油やガスを燃料として用いるボイラーからの温水や、工場の廃熱など、多くのエネルギー源を用いることができる。

本発明は、少なくとも再生ゾーンと吸着ゾーンとの２つのゾーンに分割された第一の除湿ロータと、少なくとも再生ゾーンと吸着ゾーンの２つに分割された第二の除湿ロータとを有し、外気を第一のクーラで冷却除湿して前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンに通過させ、第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過させ供給ヒータを通過させて供給空気として供給先に供給し、供給先からの還気を前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気と混合し、第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気を再生ヒータで加熱して第一の除湿ロータの再生ゾーンに通し、外気を第一の除湿ロータの吸着ゾーンへ送るブロアと、第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気を外部に放出するブロアと、第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を第二の除湿ロータの吸着ゾーンに送るブロアを設け供給側からの還気をこのブロアの吸入側に入れるようにしたことを最も主要な特徴とする。

本発明の除湿装置は、再生空気の温度が低いため、多くのエネルギー源が利用でき、停電などエネルギーインフラに問題が生じた場合に柔軟に対応が可能である。

つまり工場で使うエネルギー源としては、電気でなければならない部分は電気とし、電気に限らずその他のエネルギーでもよい場合は、電気だけでなく多種のエネルギー源を使えるようにしておくと、緊急事態に柔軟に対応が可能となる。

このためには、除湿ロータの再生空気の温度が低く出来るようにする事によって、吸着式の除湿装置で最も多くのエネルギーを必要とする再生空気の加熱に、多様なエネルギーを用いることができるようになる。

また、再生に必要な温度が低いと、工場などに廃熱がある場合、それを利用することができ、このような場合にはエネルギーコストが不要になるとともに、二酸化炭素排出量の削減も可能である。

工場で使う機器のエネルギー源は、電気、ガスなどできるだけ多様である方が、緊急時の対応が柔軟で好ましい。そして、再生に必要な高温空気の温度ができるだけ低い方が、工場の余熱を用いたり、太陽熱を用いたり、エネルギー源も多様になるだけでなく、省エネルギーを図ることも可能である。

また、本発明の除湿機は、リチウム電池の製造工場などのプラントに設置されるものであり、プラントの構成が現場ごとに異なる場合が多い。つまり外気を取り入れる配管や排気を外気放出する配管や、ドライルームへの供給配管や、ドライルームからの還気配管などが現場ごとに異なっており、そのために、これらの配管の流体抵抗も現場ごとに異なる。

このような場合であっても、除湿機は全て同一の条件で動作させる必要がある。このため、外気を取り入れるブロアは除湿機の最も外気側に設けるとよい。つまり外気導入配管の抵抗が大きい時には、能力の大きなブロアを選定し、第一の除湿ロータの吸着ゾーンには所定の風量で外気が流れるようにする必要がある。また同様に、排気を外気へ放出する場合にも同様の事が言える。さらにドライルームからの還気についても還気を送る管路の抵抗が現場ごとに異なる。このため、第一の除湿ロータの吸着ゾーンを出た空気を第二の除湿ロータの吸着ゾーンへ送るためのブロアの吸入側にドライルームからの還気を入れるようにして、現場ごとの問題を解消することができる。

図１は除湿装置の実施例を示した図である。

除湿ロータの再生空気の温度を下げ、多くのエネルギー源を利用できるようにするという目的を、再生ゾーンと吸着ゾーンとに分割された第一の除湿ロータと、再生ゾーンと吸着ゾーンに分割された第二の除湿ロータとを有し、外気を第一のクーラで冷却除湿して第一の除湿ロータの吸着ゾーンに通過させるようにすることによって、供給空気の露点を上げることがなく、外気を第一の除湿ロータの吸着ゾーンへ送るブロアと、第一の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気を外部に放出するブロアと、第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を第二の除湿ロータの吸着ゾーンに送るブロアを設け供給側からの還気をこのブロアの吸入側に入れるようにして、本件除湿機が設置される現場の状況に応じて、除湿条件を一定にすることができるようにした。

１は第一の除湿ロータであり、吸着ゾーン２及び再生ゾーン３に分割されている。４は第二の除湿ロータであり、これも吸着ゾーン５及び再生ゾーン６に分割されている。

７は第一のクーラであり、この第一のクーラは外気ＯＡを冷却除湿するものである。つまり外気の露点以下に空気を冷却するものである。第一のクーラ７を通過した空気は、第一のブロア８によって第一の除湿ロータ１の吸着ゾーン２を通過した後、第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過させ、更に第一の再生ヒータ１０によって温度を調整されて、乾燥空気の供給先であるドライルーム１１に供給される。

ドライルーム１１からの還気ＲＡは、第二のクーラ１２によって冷却され、第二のブロア９の吸い込み側に導かれる。つまり第二のブロア９の吸い込み側には第一の除湿ロータ１の吸着ゾーン２を通過した空気と、ドライルーム１１からの還気ＲＡとが導かれる。

第二の除湿ロータ４の吸着ゾーン５を出た空気の一部は分岐され、第二の再生ヒータ１３によって加熱され、第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６に導かれる。第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６を出た空気は、第一のクーラ７を通過した空気の一部と混合されて第三のヒータ１４で加熱されて、第一の除湿ロータ１の再生ゾーン３に導かれる。再生ゾーン３を出た空気は第三のブロア１５によって大気に放出される。

以上の構成の本発明の除湿装置の動作を以下、説明する。以下の説明で、温度は全て摂氏である。また各データは、試作を行った装置を用いて測定したものである。外気ＯＡは、第一のクーラ７によって冷却除湿される。例えば外気ＯＡの空気条件が日本の夏条件を想定して、温度３５度、絶対湿度２０ｇ/ｋｇであった場合、実験の結果、第一のクーラ７によって温度１０度まで冷却され、結露によって絶対湿度が７．２５ｇ/ｋｇまで下げられる。

この空気は第一のブロア８によって、第一の除湿ロータ１の吸着ゾーン２を通過し、湿気が吸着されて絶対湿度０．６３５ｇ/ｋｇの乾燥空気となる。この乾燥空気は第二のクーラ１２によって冷却されたドライルーム１１からの還気ＲＡと混合される。ドライルーム１１からの還気ＲＡの絶対湿度は実測値で０．０７９ｇ/ｋｇであり、これが第二のクーラ１２によって０度まで冷却され、上記のとおり吸着ゾーン２を出た空気と混合される。そして、混合後第二のブロア９を出た空気の温度は１３．０度であり、絶対湿度は０．２２ｇ/ｋｇであった。

第二のブロア９を出た空気は、第二の除湿ロータ４の吸着ゾーン５を通過して湿気が吸着され、乾燥した低露点空気となる。この低露点空気の実測値は、温度１６度、絶対湿度０．００２９ｇ/ｋｇであり、露点は−６６度であった。この低露点空気は第一の再生ヒータ１０によって温度調節され、温度２３度となってドライルーム１１に供給空気ＳＡとして供給される。

第二の除湿ロータ４の吸着ゾーン５を通過した空気の一部は分岐され、第二の再生ヒータ１３によって温度８０度まで加熱されて第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６に入る。この加熱空気によって第二の除湿ロータ４に吸着された湿気が脱着される。再生ゾーン６を通過した空気は、脱着熱によって温度が５０度まで下がり、絶対湿度１．３１ｇ/ｋｇまで湿度が上昇する。

第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６を通過し湿度の上昇した空気は、第一のクーラ７によって冷却除湿された空気と混合され、温度３６度、絶対湿度３．３９ｇ/ｋｇの空気となる。

この空気は第三のヒータ１４によって温度が８０度になるまで加熱される。この温度の上昇した空気が第一の除湿ロータ１の再生ゾーン３を通過し、通過に伴って第一の除湿ロータ１に吸着された湿気を脱着する。この脱着後の多湿空気は第三のブロア１５によって大気放出される。

上記の一連の動作説明で明確なとおり、第一の除湿ロータ１及び第二の除湿ロータ４とも、再生空気の温度は８０度である。この８０度の再生空気で、最終的な供給空気ＳＡの露点は−６６であった。この露点は、例えばリチウム電池の生産工場の空気として十分な露点である。

本発明の除湿装置は、上記のような動作となるが、試作した装置の動作中の熱負荷は、次のようなデータとなる。先ず、外気を冷却するとともに冷却除湿する第一のクーラ７の冷凍負荷Ｑc１は、Ｑc１＝１６６０×１．２×（８６．５−２８．３）／３６００＝３２．２Ｋｗとなる。

一方で、第一の再生ヒータ１０の熱負荷ＱｈｔはＱht＝４０００×１．２×１×（２３−１６）／３６００＝９．３Ｋｗである。また第二の再生ヒータ１３の熱負荷Ｑht2はＱht2＝８００×１．２×（８０．４２−１８）／３６００＝１６．６Kwである。ここで第一のクーラ７の熱負荷よりも、第一の再生ヒータ１０と第二の再生ヒータ１３の熱負荷の合計の方が小さく、効率を考慮しても第一のクーラ７を動作させる冷凍機の排熱、即ちコンデンサの熱によって第一の再生ヒータ１０及び第二の再生ヒータ１３熱源とすることができる。

ここで、コンデンサによって加熱される空気の温度が、第二の再生ヒータ１３に要求される温度に達しない場合、コンデンサを通過した空気をガスヒータ、電気ヒータ、蒸気ヒータなどで少し加温することによって、要求温度の８０度まで上げることができる。

また第二のクーラ１２の冷凍機の熱負荷Ｑc2はＱc2＝３５７０×１．２×（２３．３−０．２）／３６００＝２７．５Kwである。これと第三のヒータ１４の熱負荷Ｑht3を比較すると、第三のヒータ１４の熱負荷の方が小さい。
Ｑht3＝１２３０×１．２×１×（８０−４５）／３６００＝１８．３Kw

このため、第２のヒータ１３と同様、第二のクーラ１２の冷凍機の排熱、即ちコンデンサの熱によって第三のヒータ１４の熱源とすることができる。この場合に、第２のヒータ１３と同様要求温度に達しない場合は、ガスヒータ、電気ヒータ、蒸気ヒータによって加温することができる。

上記のクーラは、冷凍機を使う例を示したが、液化天然ガスや液化石油ガスの気化熱で冷却する事もできる。つまり液化ガスは蒸発器で液体からガスに状態を変更して利用されることが多く、この場合に気化熱で蒸発器（ベーパライザー）の温度が下がる。この冷熱を利用することができる。この場合には、冷凍機の排熱の利用ができないが、ヒータに要求される温度は８０度であるので、その他の廃熱や、ガスヒータ或いはボイラーで沸かした温水など多様な熱源を利用することができる。

上記のようにヒータとクーラとの組合せを冷凍機のコンデンサとエバポレータとすることで、消費エネルギーを少なくする事ができるが、ここで、冷凍機としてガスヒートポンプ（GHP：ガスを燃料とする内燃機関によってコンプレッサを駆動するヒートポンプ）を用いると、ＧＨＰのガスエンジンの廃熱も利用する事ができる。つまり、ヒータ１３やヒータ１４として、コンデンサとラジエタとの組合せとし、ラジエタにはガスエンジンを冷却した冷却水を循環させる。このようにして、先ずコンデンサで空気を加熱し、次にラジエタで所望の温度まで空気を加熱するようにする。こうする事によって、他の熱源を使うことなく、本発明の除湿装置を駆動する事ができる。

このようにエネルギー源として多様なエネルギー・ソースを利用できるため、震災などで社会インフラが破壊された場合などにも、使用可能なエネルギー・ソースを活用してリチウム電池工場などの生産工場を止めずに生産を維持できるというメリットがある。

さらに熱源の温度が低いために、本発明の除湿装置を構成する材料として耐熱性の高い物は必要でなく、材料の入手が容易で安価なものを用いることができるという効果がある。

また、本発明の除湿機は、リチウム電池の製造工場などのプラントに設置されるものであり、プラントの構成が現場ごとに異なる場合が多い。つまり外気を取り入れる配管や排気を外気放出する配管や、ドライルームへの供給配管や、ドライルームからの還気配管などが現場ごとに異なっており、そのために、これらの配管の流体抵抗も現場ごとに異なる。

このような場合であっても、除湿機は全て同一の条件で動作させる必要がある。このため、外気を取り入れるブロアは除湿機の最も外気側に設けるとよい。つまり外気導入配管の抵抗が大きい時には、能力の大きなブロアを選定し、第一の除湿ロータの吸着ゾーンには所定の風量で外気が流れるようにする必要がある。また同様に、排気を外気へ放出する場合にも同様の事が言える。さらにドライルームからの還気についても還気を送る管路の抵抗が現場ごとに異なる。このため、第一の除湿ロータの吸着ゾーンを出た空気を第二の除湿ロータの吸着ゾーンへ送るためのブロアの吸入側にドライルームからの還気を入れるようにして、現場ごとの問題を解消することができる。

低露点の空気を供給することができ、リチウム電池の工場や、製薬の工程にも適用できる。

１ 第一の除湿ロータ
２ 吸着ゾーン
３ 再生ゾーン
４ 第二の除湿ロータ
５ 吸着ゾーン
６ 再生ゾーン
７ 第一のクーラ
８ 第一のブロア
９ 第二のブロア
１０ 第一の再生ヒータ
１１ ドライルーム
１２ 第二のクーラ
１３ 第二の再生ヒータ
１４ 第三のヒータ
１５ 第三のブロア

Claims (4)

1. 少なくとも再生ゾーンと吸着ゾーンとの２つのゾーンに分割された第一の除湿ロータと、少なくとも再生ゾーンと吸着ゾーンの２つに分割された第二の除湿ロータとを有し、外気を第一のクーラで冷却除湿して前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンに通過させ、前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を前記第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過させ供給ヒータを通過させて供給空気として供給先に供給し、前記供給先からの還気を前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気と混合し、前記第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気を再生ヒータで加熱して前記第一の除湿ロータの再生ゾーンに通し、外気を前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンへ送るブロアと、前記第一の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気を外部に放出するブロアと、前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を前記第二の除湿ロータの吸着ゾーンに送るブロアを設け前記供給側からの還気をこのブロアの吸入側に入れるようにしたことを特徴とする除湿装置。
2. クーラは冷凍機のエバポレータを用い、ヒータは前記冷凍機のコンデンサを用いるようにしたことを特徴とする請求項１記載の除湿装置。
3. 冷凍機としてガスヒートポンプを用いたことを特徴とする請求項２記載の除湿装置。
4. 少なくとも第二のヒータ或いは第三のヒータは、冷凍機のコンデンサとガスエンジンを冷却するラジエタの組合せであることを特徴とする請求項３記載の除湿装置。

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