JP4827906B2 - パージゾーンのない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

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にが多いが、蒸気作成のため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、パージゾーンを必要とせず、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、前記第２デシカントロータの処理ゾーンの下流と第２冷却器上流のファンの吸入口側とを連通する返還通路及びダンパとを設け、該返還通路とダンパを介して前記第２デシカントロータの処理ゾーンの下流の処理空気の一部を、前記第２冷却器の上流側に返還するとともに、前記室内側と前記第３冷却器上流のファンの吸入口側とを連通する返還通路及びダンパとを設け、該返還通路とダンパを介して室内側からの還気を前記第３冷却器の上流側に返還し、
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再生ゾーンと、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、各再生器は８０℃以下で加熱するとともに、前記給気の一部を前記第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、該再生ゾーンからの再生空気に外気を取り入れて第４冷却器を通過させた後に混合して、該混合した空気を前記第２再生器に通過させて第２デシカントロータに供給し、該第２デシカントロータからの再生空気を第１デシカントロータの再生ゾーンを順次通過して外部に排気することを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも２回の処理空気の循環処理を行い、また、再生空気にデシカントロータで処理した低湿度の空気の一部を用いたことよって、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に利用可能であり、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、実施例のパージゾーンのない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。この除湿された中間空気は、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。ここで除湿効率を高めるために、第２デシカントロータ２２の処理ゾーン221の下流の処理空気の一部、本実施例ではダンパ６２により７４％程度の処理空気を第２冷却器３２の上流側、実際にはファン５１の吸入口に返還通路８１により返還する。この第２デシカントロータ２２での循環処理により処理空気は更に除湿され、中間到達露点は−２０℃ＤＰ程度に達する。
なお、前記循環処理は、第１デシカントロータ２１でも行ってよく、この場合は図中の点線に示すように、第１デシカントロータ２１の処理ゾーンから出た空気の一部を返還通路８２とダンパ６３によって第１冷却器に戻すようすればよく、より除湿された乾燥空気を第２デシカントロータ２２に送風することが出来る。

この中間到達露点が−２０℃Ｐ程度に達した空気を、ダンパ６４及びファン５２により最終の第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８３より給気され、一部は返還通路８４から再生ラインに戻される。
本実施例では給気全体の６６.４％に当たる５５０ＣＭＨ(ｍ³／ｈ)程度の給気を後述する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３３.６％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、大部分は還気ＲＡとなって、図１に示すように、室内側と第３冷却器３３上流のファン５２の吸入口側とを連通する返還通路が設けられ、該返還通路に設けられたダンパ６５によって風量制御されて、第３デシカントロータ２３の上流に戻され、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の一部は外部に放出される。

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３３.６％に当たる２７９ＣＭＨ)は室内(Ｒ)へ給気され、また、その除湿空気の一部(全体の６６.４％に当たる５５０ＣＭＨ)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、デシカントロータの再生ゾーン232で湿気を飛ばし、ダンパ６６で風量規制(550CMH)して、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の前段に第２再生器４２が配置され、この第２再生器４２の上流側の前記ダンパ６６で風量規制(550CMH)された空気が供給されるとともに、外気ＯＡをダンパ６７、フィルター７２、及び、第４冷却器３４を介して取り込んだ空気(給気ＳＡの550CMHに対して、外気ＯＡを1510CMH)を混合して、第２再生器４２で加熱し第２デシカントロータ２２の再生ゾーン222に送風する。更に、上記の再生ゾーン222から排出された空気は、第１再生器及び第１デシカントロータ２１の再生ゾーン212を通過して、ファン５３により戸外に排気される。
なお、この再生ラインにおいて、第２デシカントロータ２２の再生側にのみ、外気ＯＡを導入して、再生ゾーン222,212での必要な通過空気量を確保する。これは、処理風量に対して再生風量が極端に少ないと再生（蒸発）が不十分となり、その結果処理空気の除湿性能が低下するからである（空気線図上で処理空気と再生空気の線分長さ比は処理空気と再生空気の風量比に反比例する。）。すなわち、再生空気の湿度は低い方がデシカントロータの除湿性能が上がるのであるが、図1のデータでダンパ６７を通る外気1510CMHがなければ再生ゾーン222を通過する再生風量は550CMHで、処理風量2187CMHの約１／４と極端に少なくなってしまので、総合すれば除湿性能が上がらない。このように、湿度の高い外気の再生側への導入による除湿性能低下と、再生風量の増加による除湿性能上昇は相殺し合うが、本実施例の場合、再生風量増加の効果がより大きいと判断できるので外気を導入している。
第３デシカントロータ２３の再生側に外気ＯＡを導入しないのは、通常の約3.8g/kg'の高湿度外気を導入すると、再生ゾーン232に0.02g/kg'の低湿度給気が得られないためであり、第１デシカントロータ２１の再生側に外気ＯＡを導入しないのは、第２デシカントロータ２２の再生ゾーン222を通過した再生用空気の湿度が十分低いので、これを利用するためである。

また、本発明の実施例は、再生空気にデシカントロータで処理した低湿度の空気の一部を用いたことにより乾燥空気を得るもので、上述した第３デシカントロータ２３の前後ばかりでなく、図１での点線の返還通路８５とダンパ６８を用いて、第２デシカントロータ２２の前後で行ってもよく、第２デシカントロータの処理ゾーン２２１で得た乾燥空気の一部を第２デシカントロータ２２の第２再生器４２の上流側に供給するようにしても良い。

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)に無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、２回以上、大量の処理空気の循環処理を行うことであり、第１回目の処理空気の循環処理、即ち、第２デシカントロータ２２では次工程に送風するのは５７０ＣＭＨで、これに対して第２デシカントロータの上流に返還する空気量はの１６１７ＣＭＨで、実に７４％程度を循環させている。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空気を返還する必要があり、即ち、少なくとも５０％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８０％が上限である。
また、第２回目の処理空気の循環処理、即ち、第３デシカントロータ２３では室内に送風する２７９ＣＭＨの大部分を第３デシカントロータの上流に返還しており、即ち、ドア等から排気されるほんの一部の９ＣＭＨを除いた大部分の２７０ＣＭＨの還気ＲＡを第３デシカントロータの上流に導入している。
構成上の特徴のもう１つは、実施例で述べたように、少なくとも１回以上の大量の処理空気を再生ラインに戻すことであり、第３デシカントロータの再生器４３に給気全体の６６.４％に当たる５５０ＣＭＨを戻しており、少なくとも、室内給気量以上の大量の空気を再生ラインに戻す必要がある。この戻し率は、前述したように多ければそれだけ乾燥度合いが上がるが、室内の給気の量(ＳＡ)が少なくなるので、実際には、戻し量は５０％以上であるが７０％が上限である。

実施例は、以上のような構成であるので、少なくとも２回の大量の処理空気の循環処理を行い、また、再生空気にデシカントロータで処理した低湿度の大量の処理空気を用いたことによって、従来のようにパージゾーンを設けなくても、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。

符号の説明

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、
３４…第４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、
51,52,53…ファン、61,62,63,64,65,66,67,68…ダンパ、
71,72…フィルター、81,82,84,85…返還通路、83…給気通路

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、
   前記第２デシカントロータの処理ゾーンの下流と第２冷却器上流のファンの吸入口側とを連通する返還通路及びダンパとを設け、該返還通路とダンパを介して前記第２デシカントロータの処理ゾーンの下流の処理空気の一部を、前記第２冷却器の上流側に返還するとともに、
   前記室内側と前記第３冷却器上流のファンの吸入口側とを連通する返還通路及びダンパとを設け、該返還通路とダンパを介して室内側からの還気を前記第３冷却器の上流側に返還し、
   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再生ゾーンと、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、各再生器は８０℃以下で加熱するとともに、前記給気の一部を前記第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、該再生ゾーンからの再生空気に外気を取り入れて第４冷却器を通過させた後に混合して、該混合した空気を前記第２再生器に通過させて第２デシカントロータに供給し、該第２デシカントロータからの再生空気を第１デシカントロータの再生ゾーンを順次通過して外部に排気することを特徴とするパージゾーンのない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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