JP2017101913A - 乾燥装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機溶剤を含む被乾燥物を乾燥するドライヤーの排気に含まれる有機溶剤蒸気を回収し、イニシャルコストとランニングコストを抑制する乾燥装置を提供する。【解決手段】コータドライヤー１の排気をＶＯＣ濃縮ロータ２の脱着ゾーン３に通し、この脱着ゾーンを出た空気を顕熱交換ロータ６に通して冷却し、この顕熱交換ロータから出た空気をＶＯＣ凝縮回収する冷却コイル７に通し、この冷却コイルを出た空気をＶＯＣ濃縮ロータの吸着ゾーン５に通し、この吸着ゾーンを出た空気を顕熱交換ロータ６に通して加熱し、この顕熱交換ロータから出た空気を加熱コイル８に通して、コータドライヤーの乾燥用給気に使うようにした。また、有機溶剤を冷却凝縮する冷却コイルと浄化空気をコータドライヤーの給気として加熱する加熱コイルにヒートポンプを利用しているため乾燥装置全体として省エネルギーとなる。【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜などにコーティングマシーン等によって塗工された材料を乾燥させるコータドライヤーに関するものである。
従来、リチウムイオン電池などの化学電池の電極や磁気記録媒体の製造工程などにおいては、基材（典型的には金属箔）の主面あるいは両面に、塗工液を膜状に一定面積当たり一定重量塗工するように構成した膜塗工装置などでスラリー状の処理剤を塗布した後、乾燥炉の中において処理剤に含まれる溶媒を蒸発させて乾燥させ、処理剤の固形分と基材とを固着させ、基材主面あるいは両面に処理膜を形成している。
この塗工処理後の乾燥炉（以下、「コータドライヤー」という）に使用する熱風消費量の増大を抑制しつつ、塗布膜を効率よく乾燥させることができる乾燥装置を組み込んだ熱処理システムとして特許文献１のようなものが提案されている。
また、リチウムイオン二次電池に用いられる電極板として、活物質、結着剤、導電材などを均一に分散させた溶剤をペースト状に混練したものを用いて製造されるものがある。この電極活物質を含むペースト状の塗工材が金属箔等の基材に塗工され、その後、コータドライヤーにおいて塗工材の溶剤が乾燥される。溶剤としては、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）等の有機溶剤が多く使用されている。この有機溶剤の回収に要するコストを抑制する溶剤回収システムとして特許文献２のようなものが提案されている。
さらに、このような排ガスに含まれる揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという）の回収方法として、水との液−ガス直接接触を利用して、水を凝縮又は吸着してＶＯＣを回収する、特許文献３のようなものが提案されている。
特開２０１２−１７２９６０号公報 特開２０１２−１３９６５７号公報 特開２００４−２３０２６５号公報
特許文献１に開示されたものは、塗工処理された基材表面に摂氏５０〜３００℃（以降、温度は全て「摂氏」とする）程度の熱風を吹き付けるため、ヒータを備えた熱風発生炉などを設置する必要があり、運転時のエネルギー消費が大きくなる。
特許文献２に開示されたものは、高濃度のＮＭＰ溶剤を含むドライヤーの排気を冷却コイルで凝縮回収した後の高濃度系ドライヤー排気をドライヤーの前段に戻し、凝縮回収後の一部のガスを吸着ロータに通して濃縮回収している。吸着ロータの処理領域を通過した一部の空気を低濃度系ドライヤー排気としてドライヤーの後段に戻している。
しかしながら、特許文献２に記載のものは、ＮＭＰ発生濃度が高い前段に比較的ＮＭＰが高濃度の排気を戻しているためＮＭＰの乾燥効率が落ちるという問題があった。また、吸着ロータの処理領域を出たガスの一部あるいは全量を屋外に排気するため、その分エネルギーロスを生じる。
特許文献３に開示されたものは、排ガスの処理に水を使っており、浄化ガスの湿度が非常に高く、乾燥用空気として再利用するためには、除湿機などを設置して湿度を低減する必要があり、その分のイニシャルコストやランニングコストがかかってしまう。また、大量の水も必要となり、溶剤回収率も８０％程度と比較的低くなる。さらに溶剤を含む水の処理を行う必要があり、水の浄化設備が必要となる。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、コータドライヤーの排熱を利用してVOC濃縮ロータに吸着されたVOC（実施例では「MNP」）を脱着し、これによって濃縮されたVOCを冷却器で凝縮回収することによってエネルギーを削減し、さらにＶＯＣ濃縮ロータの脱着後の熱エネルギーと冷却器の冷凍サイクルで排熱となるコンデンサーの熱もコータドライヤーに利用して乾燥用の熱風発生器のエネルギーを削減したコータドライヤーを提供することにある。また、ＶＯＣ回収濃度９９％程度の回収が可能であり廃液生成によるVOC回収コストも削減でき、原ガス温度以下で濃縮回収できるためＶＯＣの変性防止も可能となり、回収したVOCの再利用が可能となる。
本発明は以上のような課題を解決するため、コータドライヤーの排気をＶＯＣ濃縮ロータの脱着ゾーンに通し、この脱着ゾーンを出た空気を顕熱交換器の冷却ゾーンに通して冷却し、この顕熱交換器の冷却ゾーンから出た空気をＶＯＣ凝縮回収する冷却装置に通し、この冷却装置を出た空気をＶＯＣ濃縮ロータの吸着ゾーンに通し、この吸着ゾーンを出た空気を顕熱交換器の加熱ゾーンに通して加熱し、この顕熱交換器の加熱ゾーンから出た空気を加熱装置に通して、この加熱装置から出た空気をコータドライヤーの乾燥用給気に使うようにした。また、冷却装置にヒートポンプの蒸発器を用い、加熱装置にヒートポンプの凝縮器を用いるようにした。
装置からの排気を極力無くし、乾燥による排気の熱エネルギーを顕熱交換器で回収し、ＶＯＣ濃縮浄化後のＮＭＰ濃度の低い低温の空気を顕熱交換器で加熱することができ、省エネルギーとなる。また、熱風発生炉が要らないか加熱負荷の少ないものにできるため、イニシャルコストの低減や省スペース化と省エネルギー化が可能となる。
上記のコータドライヤーであれば、コータドライヤーの排熱を利用してVOC濃縮ロータに吸着されたVOCを脱着し、顕熱交換器によってドライヤー排気の熱回収をすることができ、ＶＯＣの凝縮回収に使う冷却装置とコータドライヤーの給気に再利用する熱風を作る加熱装置にヒートポンプを利用するため、装置のコンパクト化によるイニシャルコストの抑制と、運転中の省エネルギーによるランニングコストの抑制の両方を達成することができる。
また、ＶＯＣ濃縮ロータを使ってＶＯＣ凝縮回収前のＶＯＣ濃度を高くしているため、ＶＯＣ回収濃度９９％程度の回収ができ、廃液生成コストの削減が可能となる。また、原ガス温度以下でのＶＯＣ濃縮回収ができるため、高温によるＶＯＣの変性を防止することができる。
図１は本発明のコータドライヤーの実施例１におけるフロー図である。 図２は本発明のコータドライヤーの実施例２におけるフロー図である。 図３は本発明のコータドライヤーの実施例３におけるフロー図である。 図４は本発明のコータドライヤーの実施例４におけるフロー図である。
リチウムイオン二次電池の電極作製の過程で、集電体としての金属箔の両面に有機溶剤を含んだスラリーが塗布され、スラリーがコータドライヤーで加熱されて固化する過程でスラリー内の有機溶剤が蒸発する。本発明は、このコータドライヤーからの排気の熱回収を行ない、この蒸発した有機溶剤を冷却凝縮と吸着ロータによる濃縮回収を組み合わせて回収する構成にしてある。また、有機溶剤を冷却凝縮する冷却装置と浄化空気をコータドライヤーの給気として加熱する加熱装置にヒートポンプを利用しているため乾燥装置全体として省エネルギーとなる。
以下、本発明の乾燥装置の実施例１について図１のフロー図に沿って説明する。本発明の構成には、ＶＯＣ濃縮ロータ２、顕熱交換器６、冷却装置７、加熱装置８が含まれている。図中のコータドライヤー１は、単段または複数段で構成された乾燥炉で、例えば、リチウムイオン二次電池の電極作製の過程で、集電体としての金属箔の両面に有機溶剤を含んだスラリーが塗布されたものを乾燥させるものである。なお、ＶＯＣ濃縮ロータ２には、セラミック基材のハニカムロータにゼオライトや活性炭などのＶＯＣ吸着剤を担持したものが用いられる。顕熱交換器６には、アルミやステンレスなどの金属やセラミック基材のハニカムロータや静止型のハニカム直交素子が用いられる。冷却装置７や加熱装置８には、アルミやステンレスなど金属製のコイルなどが用いられる。
図１に示すようにコータドライヤー１からの排気は、ＶＯＣ濃縮ロータ２の脱着ゾーン３に送られ、吸着ゾーン５で吸着されたＶＯＣを脱着する。脱着ゾーン３を通った空気は顕熱交換器６の冷却ゾーンに送られ、ＶＯＣ濃縮ロータ２の吸着ゾーン５を通った、低温の空気と顕熱交換され冷やされる。顕熱交換器６を通って冷やされた空気は、冷却装置７に送られてＶＯＣを冷却凝縮され、液体の有機溶剤として回収される。冷却装置７を通った空気は、ＶＯＣ濃縮ロータ２の吸着ゾーン５に送られ、冷却凝縮されずに残存しているＶＯＣが吸着される。ＶＯＣ濃縮ロータ２の吸着ゾーン５を通った空気は、顕熱交換器６の加熱ゾーンに送られ、ＶＯＣ濃縮ロータ２の脱着ゾーン３を通った高温の空気と顕熱交換され温められる。顕熱交換器６の加熱ゾーンを通って温められた空気は、加熱装置８に送られ加熱された後、コータドライヤー１の給気として再利用される。なお、冷却装置７には、ヒートポンプの蒸発器による冷却コイル、加熱装置８には、ヒートポンプの凝縮器による加熱コイルがヒートポンプ回路９によって接続されている。なお、ヒートポンプの冷媒としては、代替フロンなどがよく用いられているが、二酸化炭素を冷媒としたヒートポンプシステムを採用することにより、加熱装置８で加熱する空気の温度を１００℃以上とすることが可能で、自然冷媒であるため地球温暖化の軽減にも寄与できる。また、必要に応じて、加熱装置８の後ろに電気ヒータや蒸気ヒータなどの補助的な加熱装置を設置してもよい。さらに、ボイラーの蒸気や他の設備の高温排熱などを、この補助的な加熱装置に利用できれば省エネルギーとなる。
本発明の実施例１は以上のような構成よりなり、以下詳細を説明する。コータドライヤー１の排熱温度が１００℃で、風量が５０Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＮＭＰ濃度が１０００ＰＰＭとする。排気は、ＶＯＣ濃縮ロータ２の脱着ゾーン３に送られる。脱着ゾーン３の出口では、ガスの温度が８０℃、ＮＭＰ濃度が１２５２ＰＰＭとなり、顕熱交換器６の冷却ゾーンに送られる。顕熱交換器６の冷却ゾーン出口では、熱交換効率が７５％とするとガスの温度が４１℃となり、冷却装置７に送られる。冷却装置７の出口では、ガスの温度が１２℃となり、ＮＭＰが冷却凝縮して回収されることでＮＭＰ濃度が２８０ＰＰＭとなり、ＶＯＣ濃縮ロータ２の吸着ゾーン５に送られる。吸着ゾーン５の出口では、ガスの温度が２８℃となり、ＮＭＰがＶＯＣ濃縮ロータ２の吸着ゾーン５で吸着されるため、ＮＭＰ濃度が２８ＰＰＭとなり、顕熱交換器６の加熱ゾーンに送られる。顕熱交換器６の加熱ゾーン出口では、ガスの温度が６７℃となり、加熱装置８に送られる。加熱装置８の出口では、ガスの温度が１００℃となり、コータドライヤー１の給気として再利用される。
つぎに本発明の乾燥
装置の実施例２について図２のフロー図に沿って説明する。なお、乾燥装置の機器構成は、図１の実施例１と同様であるので、重複する説明は省略する。図１の実施例１では、ＶＯＣ濃縮ロータ２を吸着ゾーン５と脱着ゾーン３の２分割にしたものを使用したが、実施例２では、新たにパージゾーン４を設け３分割にしたＶＯＣ濃縮ロータ２を用いた。冷却装置７に送る前のガスの一部、５Ｎｍ３／ｍｉｎがＶＯＣ濃縮ロータ２のパージゾーン４に送られ、パージゾーン４を通ったガスは、コータドライヤー１からの排気と混合され、ＶＯＣ濃縮ロータ２の脱着ゾーン３に送られる。脱着ゾーン３の出口では、ガスの温度が８０℃、風量が５５Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＮＭＰ濃度が１１３８ＰＰＭとなり、顕熱交換器６の冷却ゾーンに送られる。なお、実施例２では、パージゾーン４に送る空気に冷却装置７に送る前のガスを用いたが、これに限定するものではなく、冷却装置７を通った後のガスや、ＶＯＣ濃縮ロータ２の吸着ゾーン５を通った後のガス、あるいは直接乾燥装置外の外気を用いてもよい。
つぎに本発明の乾燥装置の実施例３について図３のフロー図に沿って説明する。なお、実施例１、２と重複する説明は省略する。実施例１、２では、ＶＯＣ濃縮ロータ２を使ってコータドライヤー１からの排気のＶＯＣ濃度を高めたが、実施例３では、ＶＯＣ濃縮ロータ２を使わない構成とした。実施例１、２と同様に、コータドライヤー１の排熱温度が１００℃で、風量が５０Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＮＭＰ濃度が１０００ＰＰＭとする。排気は、顕熱交換器６の冷却ゾーンに送られ、顕熱交換器６の冷却ゾーンを通った空気は、熱交換効率が７５％とするとガスの温度が３４℃となり、冷却装置７に送られる。冷却装置７の出口では、ガスの温度が１２℃となり、ＮＭＰが冷却凝縮して回収されることによりＮＭＰ濃度が２８０ＰＰＭとなり、顕熱交換器６の加熱ゾーンに送られる。顕熱交換器６の加熱ゾーン出口では、ガスの温度が７８℃となり、加熱装置８に送られる。加熱装置８の出口では、ガスの温度が１００℃となり、コータドライヤー１の給気として再利用される。この場合、再利用する給気のＮＭＰ濃度が２８０ＰＰＭと実施例１、２より高くなる。しかし、ＶＯＣ濃縮ロータ２を使っていないので、その分、装置がコンパクトになるためイニシャルコストが抑制される。また、ＶＯＣ濃縮ロータ２を稼働させるエネルギーが不要となるためランニングコストも抑制することができる。
つぎに本発明の乾燥装置の実施例４を図４のフロー図に示す。なお、乾燥装置の機器構成は、図１の実施例１と同様であるので、重複する説明は省略する。実施例４では、ＶＯＣ濃縮ロータ２の脱着ゾーン３を通過した空気の一部を分岐させ、脱着ゾーン３の出口側から入口側に設けた循環路１０を通して、ＶＯＣ濃縮ロータ２の脱着ゾーン３の入口側へ戻す構成とした。これは、コータドライヤー１からの排気温度の低下や排気風量の低下によってＶＯＣ濃縮ロータ２の性能が低下した場合、脱着ゾーン３を通過した空気の一部を循環させることによって、コータドライヤー１からの排気風量を超えるような風量を脱着ゾーン３に通し、ＶＯＣ濃縮ロータ２の性能を回復するためのものである。循環路１０を通す風量については、循環路に設けた送風機（図示せず）や通気路に設けたダンパ（図示せず）などによって適宜調整する。なお、実施例１〜実施例４では、冷却装置７と加熱装置８にヒートポンプを用いているが、設置スペースの問題でヒートポンプ装置や配管が設置できない場合や、別の設備等で冷却や加熱用の熱源がある場合などは、ヒートポンプを用いない構成としてもよい。
本発明は、リチウムイオン二次電池に用いられる電極板製造工程や磁気記録媒体の製造工程などの有機溶剤を排気に含む乾燥工程から有機溶剤を回収する装置において、イニシャルコストとランニングコストを低減した装置を提供する。
１ コータドライヤー
２ ＶＯＣ濃縮ロータ
３ 脱着ゾーン
４ パージゾーン
５ 吸着ゾーン
６ 顕熱交換器
７ 冷却装置
８ 加熱装置
９ ヒートポンプ回路
１０ 循環路

Claims (11)

  1. 有機溶剤を含有する被乾燥物を乾燥する単段または複数段のドライヤーを設けた乾燥装置であって、前記ドライヤーからの排気をＶＯＣ濃縮ロータの脱着ゾーンに通し、前記脱着ゾーンを通過した空気を顕熱交換器の冷却ゾーンに通し、前記冷却ゾーンを通過した空気を冷却装置で冷却して前記有機溶剤を凝縮回収する凝縮回収部と、前記冷却装置を通過した空気を前記ＶＯＣ濃縮ロータの吸着ゾーンに通して溶剤を吸着回収し、前記吸着ゾーンを通過した浄化空気を前記顕熱交換器の加熱ゾーンに通し、前記加熱ゾーンを通過した空気を加熱装置に通し、前記加熱装置を通過した空気を前記ドライヤーに給気する乾燥装置。
  2. 前記脱着ゾーンを通過した空気の一部を分岐し、前記脱着ゾーンの入口へ戻すようにした請求項１に記載の乾燥装置。
  3. 前記冷却装置と前記加熱装置にヒートポンプ回路を設けた請求項１、２いずれかに記載の乾燥装置。
  4. 前記ヒートポンプ回路の冷媒に二酸化炭素を用いた請求項３に記載の乾燥装置。
  5. 前記ＶＯＣ濃縮ロータにパージゾーンを設けて、前記冷却装置に通す前の空気の一部を前記パージゾーンに通し、前記パージゾーンを出た空気を前記ドライヤーからの排気と混合するようにした請求項１〜４いずれかに記載の乾燥装置。
  6. 前記ＶＯＣ濃縮ロータにパージゾーンを設けて、前記冷却装置を通過した空気の一部を前記パージゾーンに通し、前記パージゾーンを出た空気を前記ドライヤーからの排気と混合するようにした請求項１〜４いずれかに記載の乾燥装置。
  7. 前記ＶＯＣ濃縮ロータにパージゾーンを設けて、前記ＶＯＣ濃縮ロータの吸着ゾーンを通過した空気の一部を前記パージゾーンに通し、前記パージゾーンを出た空気を前記ドライヤーからの排気と混合するようにした請求項１〜４いずれかに記載の乾燥装置。
  8. 前記ＶＯＣ濃縮ロータにパージゾーンを設けて、外気を前記パージゾーンに通し、前記パージゾーンを出た空気を前記ドライヤーからの排気と混合するようにした請求項１〜４いずれかに記載の乾燥装置。
  9. 有機溶剤を含有する被乾燥物を乾燥する単段または複数段のドライヤーを設けた乾燥装置であって、前記ドライヤーからの排気を顕熱交換器の冷却ゾーンに通し、前記冷却ゾーンを通過した空気を冷却装置で冷却して前記有機溶剤を凝縮回収する凝縮回収部と、前記冷却装置を通過した空気を前記顕熱交換器の加熱ゾーンに通し、前記加熱ゾーンを通過した空気を加熱装置に通し、前記加熱装置を通過した空気を前記ドライヤーに給気する乾燥装置。
  10. 前記冷却装置と前記加熱装置にヒートポンプ回路を設けた請求項９に記載の乾燥装置。
  11. 前記ヒートポンプ回路の冷媒に二酸化炭素を用いた請求項１０に記載の乾燥装置。
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