JP3762138B2

JP3762138B2 - 乾式減湿システム

Info

Publication number: JP3762138B2
Application number: JP11701999A
Authority: JP
Inventors: 浩一西村
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP2000300935A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的空間に低露点空気を供給するために用いる減湿システムに関るものあり、特に回転自在なロータ内に処理空気を通過させて当該処理空気を減湿させる乾式減湿装置を用いた乾式減湿システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に用いられる空気を減湿する方法には冷却減湿の方法があるが、冷却減湿では露点が−５℃以上の空気しかできず、低露点（−５０℃以下）には対応できない。そこでこのような低露点の空気を供給する空調機には、回転式のロータを用いた乾式減湿機が使用されている。乾式減湿装置は、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減湿区域と再生区域とに仕切り、ロータを回転させながら減湿区域に処理空気を通過させて乾燥空気を作り出すと共に、再生区域に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、連続的に減湿処理を行うように構成されている。
【０００３】
この場合、ロータが高温の状態で減湿区域に移行すると、処理空気が減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区域が再生区域と減湿区域との間に設定されていることがある。
【０００４】
このような回転式のロータを用いた減湿装置で低露点を得る場合、１段、すなわち単独では、露点温度を下げるのに限界があるため、より低露点を得る場合には、２段式、すなわち２台の乾式減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。また１段のロータを用いてダクト接続を工夫することで、単段の減湿装置で低露点を得ている例も特開平１−１９９６２１号公報に開示されている。しかしながらこれらの装置で得られる最も低い露点温度は−８０℃程度である。すなわちこれまでは、回転式のロータを用いた乾式減湿装置を用いても、−８０℃以下の露点温度の実現は不可能であった。
【０００５】
そこでそれ以下の低露点、すなわち−８０℃以下のいわゆる超低露点空気を得る方法としては、圧力スイング減湿方式と呼ばれている吸着塔を用いる方法が知られている。これは原料空気を圧縮機によって圧縮して当該空気中のドレンを一旦除去し、その後吸着剤を収納した吸着塔を通過させる方法である。この方法を利用したものの一例である、深冷分離プラントの前処理装置を利用した方法によれば、水分濃度を１０〜２０ｐｐｂ（露点温度が−１０１℃〜−９８℃）にまで下げることが可能であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記圧力スイング減湿方式では、最初に空気を圧縮するための大きな動力が必要となり、しかも吸着塔の吸着剤の再生に別途精製空気を使用しているため、消費エネルギが多く、また設備機器が肥大化し、ランニングコストも非常に大きい。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、−８０℃以下の超低露点を従来よりも少ないエネルギ消費の下で実現する新しい乾式減湿システムを提供して問題の解決を図ることをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１によれば、乾式減湿装置を用いて目的室に低露点空気を供給するシステムであって、以下の構成を備えていることを特徴としている。
まず、回転自在なロータ内に処理空気を通過させて当該処理空気を減湿させる乾式減湿装置を３段直列に系統接続して、１段目の乾式減湿装置で減湿した空気を２段目の乾式減湿装置で減湿し、２段目の乾式減湿装置で減湿した空気を３段目の乾式減湿装置で減湿するように構成されている。
前記２段目及び３段目の乾式減湿装置は、各々回転自在なロータ内に処理空気を通過させて当該処理空気を減湿させる構成を有し、前記ロータの端面側に位置する空気の通過域が、減湿区域と再生区域とパージ区域とに仕切られて、ロータの回転によって再生区域から減湿区域に移行する前にパージ区域が位置するようにこれら各区域が配置されている。
前記１段目の乾式減湿装置で減湿された空気が分流されてその一部が前記２段目の乾式減湿装置のパージ区域に導入されると共に、当該パージ区域を通過した空気は、前記３段目の乾式減湿装置の再生区域を通過した空気と混合された後、前記２段目の乾式減湿装置の再生区域に導入されるように構成され、前記分流された空気の他の一部は前記２段目の乾式減湿装置の減湿区域に導入されるように構成されている。
前記２段目の乾式減湿装置の減湿区域を通過した空気が分流されてその一部が前記３段目の乾式減湿装置のパージ区域に導入されると共に、当該パージ区域を通過した空気は、前記３段目の乾式減湿装置の再生区域に導入されるように構成され、前記分流された空気の他の一部は前記３段目の乾式減湿装置の減湿区域に導入されるように構成されている。
そして前記３段目の乾式減湿装置の減湿区域を通過した空気が、前記目的室に導入されるように構成されている。
【０００９】
この場合、請求項２に記載したように、前記目的室からの還気の一部が、前記２段目の乾式減湿装置の減湿区域を通過した空気と、前記分流前に混合されるように構成したり、さらに請求項３に記載したように、前記目的室からの還気の一部が、前記１段目の乾式減湿装置の減湿区域を通過した空気と、前記分流前に混合されるように構成してもよい。
【００１０】
かかる構成の乾式減湿システムによれば、まず乾式減湿装置を３段に直列に系統接続して、１段目の乾式減湿装置で減湿させた空気を２段目の乾式減湿装置で減湿し、さらにその後３段目の乾式減湿装置で減湿するようにしたので、−８０℃以下の超低露点の空気を製造することが可能である。
【００１１】
しかも単に３段の乾式減湿装置を直列に接続しただけではなく、１段目の乾式減湿装置で減湿された空気を分流してその一部を、２段目の乾式減湿装置のパージ区域に導入すると共に、当該パージ区域を通過した空気を、３段目の乾式減湿装置の再生区域を通過した空気と混合して２段目の乾式減湿装置のロータの再生区域に導入し、前記２段目の乾式減湿装置の減湿区域を通過した空気が分流されてその一部が前記３段目の乾式減湿装置のパージ区域に導入されると共に、当該パージ区域を通過した空気は、前記３段目の乾式減湿装置の再生区域に導入されるように構成され、前記分流された空気の他の一部は前記３段目の乾式減湿装置の減湿区域に導入されるように構成されているので、再生空気を加熱するためのヒータの容量を小さくすることができる。そのうえ２段目の乾式減湿装置のロータの再生に使用する空気の湿度は、従来よりも低くなっているので、２段目の乾式減湿装置のロータ自体の能力が向上している。したがってこの点からも超低露点空気を省エネルギの下で製造することが可能である。
【００１２】
また２段目、３段目の各乾式減湿装置の再生区域の入口においては、各段のロータを通過する前に分流してパージ区域を通過した空気をそのまま混合したり（２段目の乾式減湿装置）、再生区域に導入したり（３段目の乾式減湿装置）しているので、ロータ通過の際の圧力損失を最低限に抑えることができる。そのため、後述の実施の形態でも説明するが、再生区域の入口で正圧状態を実現することができる。したがって、２段目、３段目の各乾式減湿装置のロータ内に他からの水分の侵入を防止して、好適な再生を実施することができ、また減湿能力の低下を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる乾式減湿システムの系統の概略を示しており、この乾式減湿システムは、目的とする低露点空間Ｓに−８０℃以下の超低露点の空気を供給するシステムとして構成されている。
【００１４】
原料空気としての外気ＯＡは処理系統ダクト１に導かれ、まず外気処理クーラ２によって冷却減湿される。冷却減湿された空気はその後、この外気処理クーラ２で冷却された、１段目の乾式減湿装置１０のロータ１１のパージ区域１１ｃを通過したパージ空気と混合される。
【００１５】
１段目の乾式減湿装置１０は、図２に示したように、回転するロータ１１の両端面にチャンバ１２、１３が配置された構成を有している。各チャンバ１２、１３は、内部に３つの仕切板１４、１４、１４が放射状に配置されており、チャンバ１２、１３内の空間を３つに仕切っている。これに対応して、ロータ１１の端面には、図２中の細矢印に示したロータ１１の回転方向順に、減湿区域１１ａ、再生区域１１ｂ、パージ区域１１ｃの３つの空気の通過域が区画形成されている。そしてチャンバ１２の外側端面には、これら各区域に対応して、ダクトなどに接続するための減湿出口１２ａ、再生入口１２ｂ、パージ出口１２ｃが形成されている。なおチャンバ１３の外方端面にも、前記３つの区域に対応して減湿入口１３ａ、再生出口１３ｂ、パージ入口１３ｃが各々形成されている。なおロータ１１には、塩化リチウム、シリカゲル、ゼオライトなど、この種のロータに使用されている吸湿材が含浸されている。なおロータ１１の厚みは４００mmであり、またロータ１１の回転速度は、６回転／時である。
【００１６】
前記したように、１段目の乾式減湿装置１０のロータ１１のパージ空気と混合された空気は、外気処理ファン３によって、前記１段目の乾式減湿装置１０のロータ１１の減湿区域１１ａを通って、例えば、露点温度が−３５℃まで減湿されるようになっている。
【００１７】
１段目の乾式減湿装置１０のロータ１１の減湿区域１１ａを通過した空気は、処理ファン４に導かれ、プレクーラ５によって冷却された後、分流されてその一部は、２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１のパージ区域２１ｃに導かれ、その後、後述のように、３段目の乾式減湿装置３０のロータ３１の再生区域３１ｂを通過した空気と混合されて、２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１の再生区域２１ｂに導かれるようになっている。分流された空気の他の一部は、２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１の減湿区域２１ａに導かれる。
【００１８】
２段目の乾式減湿装置２０は、１段目の乾式減湿装置１０と基本的に同一の構成を有し、ロータ２１の端面は、ロータ２１の回転方向順に、処理区域である減湿区域２１ａ、再生区域２１ｂ、パージ区域２１ｃの３つの空気通過区域に区画されている。この２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１の減湿区域２１ａを通過した空気は、例えば、その露点温度が−７５℃の低露点の空気にまで減湿されるようになっている。
【００１９】
２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１の減湿区域２１ａを通過した空気は、その後、処理ファン６に導かれ、プレクーラ７によって冷却された後、ロータ２１の上流側で分流されて、その一部は、３段目の乾式減湿装置３０のロータ３１のパージ区域３１ｃに導かれるようになっている。分流された空気の他の一部は、３段目の乾式減湿装置３０のロータ３１の減湿区域３１ａに導かれるようになっている。
【００２０】
３段目の乾式減湿装置３０は、１段目の乾式減湿装置１０、２段目の乾式減湿装置２０と基本的に同一の構成を有し、ロータ３１の端面は、ロータ３１の回転方向順に、処理区域である減湿区域３１ａ、再生区域３１ｂ、パージ区域３１ｃの３つの空気通過区域に区画されている。この３段目の乾式減湿装置３０のロータ３１の減湿区域３１ａを通過した空気は、例えば、その露点温度が−９０℃〜−１１０℃の超低露点にまで減湿されるようになっている。
【００２１】
３段目の乾式減湿装置３０のロータ３１の減湿区域３１ａを通過した空気は、必要に応じて加熱コイル（図示せず）によって加熱したり、あるいは冷却コイル（図示せず）によって冷却するなどして所期の温度に設定された後、給気ダクト８を通じて給気ＳＡとして、低露点空間Ｓに搬送される。
【００２２】
前記プレクーラ７によって冷却された後ロータ３１の上流側で分流されて、３段目の乾式減湿装置３０のロータ３１のパージ区域３１ｃに導入された空気は、ロータ３１の冷却を行った後、再生ヒータ４１で加熱された後、再生ファン４２によりロータ３１の再生区域３１ｂに導かれ、これによってロータ３１の再生が行われるようになっている。
【００２３】
３段目の乾式減湿装置３０のロータ３１の再生区域３１ｂを通過した空気は、低湿かつ高温であるため、２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１の再生に利用することができる。本実施の形態では、２段目の再生ヒータ４４によってさらに加熱されて昇温されるが、前記したように再生区域３１ｂを通過した空気は、低湿かつ高温であるため、この再生ヒータ４４の容量は小さくて済む。
【００２４】
一方、２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１のパージ区域２１ｃに導かれた空気は、ロータ２１の冷却を行った後、前記再生ヒータ４４によって昇温された空気と混合されて、再生ファン４５によって２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１の再生区域２１ｂに導かれて、ロータ２１の再生に利用されるようになっている。このように、２段目の再生ヒータ４４の容量が小さくできると共に、再生に用いる空気の湿度が、従前の２段式の場合よりも低くできるため、２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１の能力は、従来よりも向上している。
【００２５】
２段目の乾式減湿装置２０のロータ２１の再生区域２１ｂを通過して出口からでた空気は、再生ヒータ４６で再度加熱され、再生ファン４７によって１段目の乾式減湿装置１０のロータ１１の再生区域１１ｂに導かれ、ロータ１１の再生に用いられ、その後排気ＥＡとして排出される。一方既述したロータ１１のパージ区域１１ｃを通過したパージ空気は、出口温度が比較的低温で低湿度の空気であるため、パージダクト４８を通じて、外気処理クーラ２の一部を使って再度冷却されて、外気ＯＡと混合されて処理用の空気として用いられる。なお図１におけるＤ1〜Ｄ4は、風量を調節するためにダクト中に適宜介装されたダンパである。
【００２６】
なお低露点空間Ｓからの還気ＲＡ1、ＲＡ2、ＲＡ3は、各々対応する還気ダクト５１、５２、５３によって、それぞれ外気処理クーラ２の上流側で導入外気ＯＡと混合されたり、１段目の乾式減湿装置１０の減湿区域１１ａで減湿された空気と混合されたり、さらに２段目の乾式減湿装置２０の減湿区域２１ａで減湿された空気と混合されて、各ロータ１１、２１、３１の減湿区域へと導入自在である。これらは、ダンパＤ5、Ｄ6、Ｄ7の開閉によって選択されるようになっている。
【００２７】
本実施の形態にかかる減湿処理システムは、以上のように構成されており、既述したように、外気処理クーラ２によって冷却減湿された後の空気は１段目の乾式減湿装置１０の減湿区域１１ａで減湿され、例えば−３５℃まで露点温度が下げられる。次いでプレクーラ５によって冷却減湿された後、今度は２段目の乾式減湿装置２０の減湿区域２１ａによってさらに減湿され、例えば−７５℃までその露点温度が下げられる。そしてプレクーラ７によって再度冷却減湿された後、さらに３段目の乾式減湿装置３０の減湿区域３１ａによって、露点温度が−９０℃〜−１１０℃までさらに下げられる。このように超低露点にまで露点温度が下げられた空気は、その後必要に応じて加熱、冷却処理によって温度が調整された後、目的の低露点空間Ｓに給気ＳＡとして供給される。
【００２８】
したがって、これまで不可能であった、ロータを用いた乾式減湿装置を用いたシステムであっても、そのような−８０℃以下の超低露点を実現できる。
【００２９】
しかも本実施の形態においては、２段目のロータ２１、３段目のロータ３１を通過する前に分流して各々パージ区域２１ｃ、３１ｃに導入し、その後３段目のロータ３１を通過した空気と混合して２段目のロータ２１の再生区域１ｂに導入したり、あるいは３段目のロータ３１の再生区域３１ｂに導入するようにしたので、ロータ通過の際に風道がロータを通る回数が少なく、その分圧力損失を抑えている。そのため、各再生区域２１ｂ、３１ｂの入口で正圧状態を実現することができる。
【００３０】
例えば図３に示したように、３段目のロータ３１の減湿区域３１を通過した後に分流してパージ区域３１ｃに導入し、その後再生ヒータ４１で加熱した場合と比較すると次のような結果が得られる。いま、ロータ３１の圧力損失を、減湿区域３１ａで４５０Ｐａ、再生区域３１ｂで５００Ｐａ、パージ区域３１ｃで３５０Ｐａとし、処理ファン６によって送風されてプレクーラ７を通過した時点での処理空気の圧力を５５０Ｐａとした場合、図３に示した系統では、減湿区域３１ａを通過した時点で圧力が１００Ｐａとなってしまい、その後パージ区域３１ｃを通過した時点で−２５０Ｐａとなってしまい、再生区域３１ｂの入口で負圧になってしまう。負圧だと外部から水分が侵入して混入するおそれがあり、超低露点が得られないおそれがある。
【００３１】
なお図３のように、減湿区域３１ａを通過した空気をパージ区域３１ｃに導入する系統を使用して再生区域３１ｂの入口で正圧を保つには、減湿区域３１ａを通過した空気の一部をさらに分流してそのまま再生区域３１ｂに導入するようにすればよいが、そうすると減湿区域３１ａを通過した超低露点の空気をさらに、再生に回すことになるので、風量をより多くしなければならず、結果としてエネルギ消費が多くなり実用的ではない。
【００３２】
この点本実施の形態によれば、減湿区域３１ａに導入する前に分流されて、パージ区域３１ｃに導入するようにしているので、パージ区域３１ｃを通過した時点では、２００Ｐａと依然として正圧を保っている。したがって、外部から水分がロータ３１内に侵入するおそれがなく、超低露点を好適に得ることが可能になっている。
【００３３】
その他適宜低露点空間Ｓからの還気を処理空気に混合させて使用することができるので、この点からも省エネルギ効果が得られる。
【００３４】
なお前記実施の形態では、各段における乾式減湿装置１０、２０、３０は、基本的に同一構成のものを使用したが、第１段目の乾式減湿装置１０については、格別第２段、第３段の乾式減湿装置２０、３０と同一のものを使用する必要はない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の乾式減湿システムによれば、乾式減湿装置を用いて−８０℃以下の超低露点の空気を、従来より少ないエネルギ、並びにコンパクトな設備の下で製造することができる。また乾式減湿装置のロータを正圧に保つことができるので、外部から水分が侵入するおそれはなく、好適に超低露点空気を供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる乾式減湿システムの構成の概略を示す説明図である。
【図２】図１の乾式減湿システムに用いた１段目の乾式減湿装置のロータ部分の斜視図である。
【図３】ロータの減湿区域を通過させて分流する系統における各点での圧力損失を示す説明図である。
【図４】図１のシステムにおける３段目の乾式減湿装置の周辺の各点での圧力損失を示す説明図である。
【符号の説明】
１０乾式減湿装置（１段目）
１１ロータ
１１ａ減湿区域
１１ｂ再生区域
１１ｃパージ区域
２０乾式減湿装置（２段目）
２１ロータ
２１ａ減湿区域
２１ｂ再生区域
２１ｃパージ区域
３０乾式減湿装置（３段目）
３１ロータ
３１ａ減湿区域
３１ｂ再生区域
３１ｃパージ区域
Ｄ1〜Ｄ7 ダンパ
Ｓ低露点空間

Claims

乾式減湿装置を用いて目的室に低露点空気を供給するシステムであって、
・回転自在なロータ内に処理空気を通過させて当該処理空気を減湿させる乾式減湿装置を３段直列に系統接続して、１段目の乾式減湿装置で減湿した空気を２段目の乾式減湿装置で減湿し、２段目の乾式減湿装置で減湿した空気を３段目の乾式減湿装置で減湿するように構成され、
・前記２段目及び３段目の乾式減湿装置は、各々回転自在なロータ内に処理空気を通過させて当該処理空気を減湿させる構成を有し、前記ロータの端面側に位置する空気の通過域が、減湿区域と再生区域とパージ区域とに仕切られて、ロータの回転によって再生区域から減湿区域に移行する前にパージ区域が位置するようにこれら各区域が配置され、
・前記１段目の乾式減湿装置で減湿された空気が分流されてその一部が前記２段目の乾式減湿装置のパージ区域に導入されると共に、当該パージ区域を通過した空気は、前記３段目の乾式減湿装置の再生区域を通過した空気と混合された後、前記２段目の乾式減湿装置の再生区域に導入されるように構成され、前記分流された空気の他の一部は前記２段目の乾式減湿装置の減湿区域に導入されるように構成され、
・前記２段目の乾式減湿装置の減湿区域を通過した空気が分流されてその一部が前記３段目の乾式減湿装置のパージ区域に導入されると共に、当該パージ区域を通過した空気は、前記３段目の乾式減湿装置の再生区域に導入されるように構成され、前記分流された空気の他の一部は前記３段目の乾式減湿装置の減湿区域に導入されるように構成され、当該減湿区域を通過した空気が、前記目的室に導入されるように構成されたことを特徴とする、乾式減湿システム。
前記目的室からの還気の一部が、前記２段目の乾式減湿装置の減湿区域を通過した空気と、前記分流前に混合されるように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の乾式減湿システム。
前記目的室からの還気の一部が、前記１段目の乾式減湿装置の減湿区域を通過した空気と、前記分流前に混合されるように構成されたことを特徴とする、請求項２に記載の乾式減湿システム。