JP5684478B2

JP5684478B2 - ガス除湿装置

Info

Publication number: JP5684478B2
Application number: JP2010010705A
Authority: JP
Inventors: 西村　浩一; 浩一西村
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: JP2011147876A

Description

本発明は、ガス除湿装置に関する。

グローブボックス等の各種装置類においては、不活性ガス等で満たされたガスバウンダリが構成される。例えば、特許文献１には、ボックス内の不活性ガスを精製する技術が開示されている。

また、除湿装置には、コンプレッサ方式のものやデシカント方式のもの、また、これらを組み合わせたハイブリッド方式のものが考案されている。このうち、デシカント方式のものとしては、例えば、特許文献２に開示されているように、主除湿機の加熱再生により排出される再生排ガスを副除湿機で除湿した後に主除湿機に戻すことで、省エネルギーを図ったものが提案されている。

特開２００７−７５１０号公報特公昭６３−５７７０６号公報

露点温度を極めて低くするにはデシカント方式が有効であるが、加熱再生を行うと再生排ガスが生ずる。このため、特定のガスの除湿に際しては排気した再生排ガスの分だけガス補給が必要となる。設備が大型化すると、このようなガス補給にかかるコストも無視できない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ガスの消費を抑えつつ除湿できるガス除湿装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、特定ガスが循環する経路に設けられる除湿機から排気される再生排ガスを除湿する第二の除湿機を設け、第二の除湿機で除湿したガスを循環経路へ供給することにした。

詳細には、所定の機器に供された特定ガスを除湿するガス除湿装置であって、前記所定の機器に供された特定ガスが循環する循環経路に設けられる、該循環経路を流れる特定ガスを吸湿材で除湿する第一の除湿機と、前記吸湿材の加熱再生により排気される前記第一の除湿機の再生排ガスを除湿して前記循環経路へ供給する第二の除湿機と、を備える。

上記除湿装置においては、第一の除湿機から排気される再生排ガスを第二の除湿機が除湿した後、循環経路へ供給する構成を採っている。このため、除湿処理によって失われるガスは、第二の除湿機によって系外へ排気される分のみとなる。第二の除湿機は、第一の除湿機の排ガスを除湿処理できる程度の能力で済むため、第一の除湿機よりも小型にできるため、第二の除湿機によって系外へ排気されるガスも少量になる。このため、除湿装置全体ではガスの消費を抑えた除湿が実現できる。ここで、所定の機器とは、前記特定ガスを要する機器であり、例えば、該特定ガスを内包する空間を有する機器である。

なお、第一の除湿機は、循環経路を循環する特定ガスを加熱したものを該第一の除湿機の吸湿材の加熱再生に用い、第二の除湿機は、第一の除湿機の再生排ガスを加熱したものを該第二の除湿機の吸湿材の加熱再生に用いるものとすれば、ガスを有効利用できる。

また、第二の除湿機は、第一の除湿機の再生排ガスを吸湿材で除湿して循環経路へ供給すると共に、該吸湿材の加熱再生時の再生排ガスを系外へ排気し、循環経路には、第二の除湿機の加熱再生による特定ガスの減少分を補う補給経路が設けられているものとすれば、所定の機器に供された特定ガスの量が保たれる。

また、第一の除湿機および第二の除湿機は、吸湿材を担持した回転式の除湿ロータで除湿するものとすれば、連続的な動作により安定的な除湿処理を実現できる。

また、第二の除湿機は、第一の除湿機から排気される再生排ガスと略同等量を定格処理量とするものであれば、第二の除湿機の能力が必要最小限となり、ガスの消費を抑えつつ機器全体のランニングコストも低減できる。

ガスの消費を抑えつつ除湿できるガス除湿装置を提供することが可能となる。

除湿装置の構成図である。従来例に係る２段式の除湿装置の一例である。第一変形例に係る除湿装置の構成図である。第二変形例に係る除湿装置の構成図である。

本発明の実施形態に係る除湿装置の構成を図１に示す。除湿装置１は、図１に示すように、主除湿機１０Ａと補助除湿機１０Ｂとを備える。除湿装置１は、窒素ガスやアルゴンガスといったいわゆる不活性ガス中に含まれる湿分の除去に用いるのが好適であるが、その他のガス（例えば、空気等）中に含まれる湿分の除去に用いてもよい。

主除湿機１０Ａは、図１に示すように、除湿ロータ１１Ａ、処理ファン１２Ａ、再生ファン１３Ａ、プレクーラ１４Ａ、加熱装置１５Ａを備えている。

除湿ロータ１１Ａは、円筒状の部材の内部に合成ゼオライトやシリカゲル等を主成分とする吸着剤を担持しており、内部を軸方向に沿ってガスが流れるように構成されている。除湿ロータ１１Ａの両端面には図示しないセクション分割カセットが配置されており、このカセットによって除湿ロータ１１Ａのガス通過域が３つのセクションに区画される。除湿ロータ１１Ａは、このセクション分割カセットと相対的に回転可能なようになっており、このカセットによって除湿ロータ１１Ａに処理領域Ｒ１Ａ、再生領域Ｒ２Ａ、パージ領域Ｒ３Ａが形成される。

処理領域Ｒ１Ａには、処理ファン１２Ａから供されてプレクーラ１４Ａで冷却されたガスが通過する。処理領域Ｒ１Ａは、通気されるガス中の水分を吸着し、露点温度が−５０度以下の低露点ガスを排出する。再生領域Ｒ２Ａには、加熱装置１５Ａで加熱されたガスが通過する。再生領域Ｒ２Ａは、加熱されることにより、吸着した水分を離脱する。パージ領域Ｒ３Ａは、除湿ロータ１１Ａの定点が再生領域Ｒ２Ａから処理領域Ｒ１Ａへ遷移する途中で形成される領域である。パージ領域Ｒ３Ａは、再生直後でインサービス前の高温状態にある吸着剤を冷却するための領域であり、処理ファン１２Ａから供されてプレクーラ１４Ａで冷却されたガスの一部が通過することにより冷却される。除湿ロータ１１Ａが
図１の矢印が示す方向に回転することで、除湿ロータ１１Ａの定点が処理領域Ｒ１Ａ、再生領域Ｒ２Ａ、パージ領域Ｒ３Ａの順に繰り返し遷移する。

処理ファン１２Ａは、主除湿機１０Ａに供されるガスを、除湿ロータ１１Ａに形成される処理領域Ｒ１Ａやパージ領域Ｒ３Ａへ供給する電動式のファンである。処理ファン１２Ａの下流側に設けられるプレクーラ１４Ａは、処理対象のガスの温度を下げる。プレクーラ１４Ａには、冷却設備から供給される冷媒が流れる。吸着剤の性能は、処理するガスの温度に大きく左右される。このため、主除湿機１０Ａは、プレクーラ１４Ａを設けてガスの温度を安定させることで、除湿ロータ１１Ａから出るガスの温度や湿度を安定的に制御している。

加熱装置１５Ａは、パージ領域Ｒ３Ａから排出されたガスと再生領域Ｒ２Ａから排出された後に同領域に戻るガスとを加熱する。加熱装置１５Ａは、電気ヒータ、蒸気コイル、或いはヒートポンプ等の加熱機器類で構成される。加熱装置１５Ａが加熱されたガスは、再生領域Ｒ２Ａへ流れる。加熱装置１５Ａによって加熱された高温のガスが再生領域Ｒ２Ａを通過することにより、再生領域Ｒ２Ａの吸着剤が加熱されて高温になり、吸着剤に吸着されていた水が離脱する。

補助除湿機１０Ｂについても、主除湿機１０Ａと同様、図１に示すように、除湿ロータ１１Ｂ、処理ファン１２Ｂ、再生ファン１３Ｂ、プレクーラ１４Ｂ、加熱装置１５Ｂを備えている。補助除湿機１０Ｂは、処理能力を除いて主除湿機１０Ａと構成が同様である。補助除湿機１０Ｂの処理能力は、主除湿機１０Ａの再生領域Ｒ２Ａから該主除湿機１０Ａの機外へ排出されるガスを処理できる程度の能力であり、本実施形態では補助除湿機１０Ｂの処理能力が主除湿機１０Ａの十分の一に設計されている。

このように構成される除湿装置１では、各機器が動作することで以下のような処理が実現される。除湿装置１が除湿処理可能なガス（図１でいう“還気”に相当する）の流量を１００とすると、主除湿機１０Ａに流入するガスの流量は１１０となる。その内訳は、ガスバウンダリを有する所定装置からの還気が１００、補給する窒素ガスが０．５、補助除湿機１０Ｂからのガスが９．５である。ここで、所定装置とは、除湿装置１が除湿処理するガスが満たされている空間を有する装置であり、例えば、窒素ガスで満たされた露点温度が−５０℃以下であることが要求される各種の製造装置やグローブボックス等のあらゆる装置類を指す。また、補給される窒素ガスは、補助除湿機１０Ｂにおいて系外に排気されるガスの減少分を補うために補給されるものである。このような機器に供給するガスは、湿分による劣化分を新鮮なガスで全量を補うのではなく、除湿装置で除湿して再利用を図ることで、不活性ガスの消費量の削減を図ることができる。ガスの補給は、減圧弁あるいは電磁弁等により自動で、或いは手動弁等により手動で適宜補給される。

処理ファン１２Ａによって主除湿機１０Ａに流入したガスは、プレクーラ１４Ａで冷却された後に、除湿ロータ１１Ａに形成されている処理領域Ｒ１Ａへ流量が１００、パージ領域Ｒ３Ａへ流量が１０の割合で流れる。処理領域Ｒ１Ａへ流れたガスは、除湿された後に所定の機器へ給気される。このように、主除湿機１０Ａは、所定の機器に供されているガスが循環する経路の途中に割り込むような形で配設されており、一方、処理ファン１２Ａの翼が回転することでこの循環経路をガスが循環する。

パージ領域Ｒ３Ａを通過するガスは、パージ領域Ｒ３Ａに残留していた再生時の熱によって加熱される。このガスは、加熱装置１５Ａによって更に加熱された後に再生領域Ｒ２Ａへ流れる。再生領域Ｒ２Ａを通過したガスは、再生ファン１３Ａによって補助除湿機１０Ｂへ送られるが、そのうちの一部は再生領域Ｒ２Ａに向けて戻され、パージ領域Ｒ３Ａから出たガスと合流して再生領域Ｒ２Ａへ再び送られる。再生領域Ｒ２Ａの吸着剤に吸着
されている水分は、加熱装置１５Ａによる加熱によって放出され、補助除湿機１０Ｂへ送られる。

補助除湿機１０Ｂにおいても、主除湿機１０Ａと同様の処理が行われる。但し、補助除湿機１０Ｂは、主除湿機１０Ａの排気を除湿するものであるため、補助除湿機１０Ｂに流入するガスの流量は前述の主除湿機１０Ａに流入するガス流量１００に対して１０である。主除湿機１０Ａから排気されたガスは、処理ファン１２Ｂによって補助除湿機１０Ｂに流入する。補助除湿機１０Ｂに流入したガスは、プレクーラ１４Ｂによって冷却された後に、除湿ローラ１１Ｂに形成されている処理領域Ｒ１Ｂへ流量が９．５、パージ領域Ｒ３Ｂへ流量が０．５の割合で流れる。処理領域Ｒ１Ｂへ流れたガスは、除湿された後に主除湿機１０Ａへ送られる。補助除湿機１０Ｂで除湿されたガスが主除湿機１０Ａへ送られることにより、ガスの有効利用が図られてガス補給にかかるコストが低減される。

パージ領域Ｒ３Ｂを通過したガスは、主除湿機１０Ａと同様、加熱装置１５Ｂによって加熱された後に再生領域Ｒ２Ｂへ流れる。再生領域Ｒ２Ｂを通過したガスは、再生ファン１３Ｂによって系外へ排気されるが、そのうちの一部は再び再生領域Ｒ２Ｂへ戻されたり、或いは処理領域Ｒ１Ｂへ送られる。なお、再生領域Ｒ２Ｂを通過するガスの熱は、主除湿機１０Ａの再生領域Ｒ２Ａから排出されてパージ領域Ｒ３Ｂを経て再生領域Ｒ２Ｂに流入する主除湿機１０Ａの再生排ガス中の熱を含むことにより、主除湿機１０Ａの加熱再生で生じた熱が補助除湿機１０Ｂの加熱再生に間接的に利用される。

上述した補助除湿機を備えない構成の除湿装置とした場合、換言すると、主除湿機１０Ａの再生領域Ｒ２Ａから排気されるガスをそのまま系外に放出する場合、必要なガス補給量は１０（このガス補給量は所定装置からの還気の量の１０〜２０％の範囲内で適宜変更されてもよい）となってしまう。一方、上述した除湿装置１のように補助除湿機１０Ｂを備える構成とした場合、必要なガス補給量は０．５（このガス補給量は所定装置からの還気の量の０．５〜１％の範囲内で適宜変更されてもよい）となり、ガス補給量が大幅に削減されることが判る。

また、例えば、図２に示すように、除湿装置を２つのロータからなる２段式の構成とした場合、上記除湿装置１と同様にガス補給量を０．５にすることができる。しかし、このように除湿装置を２段式の構成とする場合、装置が大型化して消費エネルギー量も増大し、単段の場合に比べて３倍程度のランニングコストがかかる。一方、上述した除湿装置１のように主除湿機の排気分のみを除湿処理する補助除湿機を採用する場合、補助除湿機が処理するガス風量は主除湿機の１０％程度で済む。このため、除湿装置の消費エネルギーの増加量も、除湿装置を２段式の構成とする場合の１０％程度で済む。

なお、上記除湿装置１は、以下のように変形してもよい。除湿装置１の第一変形例を図３に示す。図３に示す除湿装置１’は、主除湿機１０Ａ’と補助除湿機１０Ｂ’の構成が上記除湿装置１のものと若干相違している。すなわち、上記実施形態に係る除湿装置１の主除湿機１０Ａでは、再生領域Ｒ２Ａを通過したガスの一部が加熱装置１５Ａに再び加熱されて再生領域Ｒ２Ａへ再度流れる構成を採っていたが、本変形例では、図３に示すように、再生領域Ｒ２Ａを通過したガスが全て補助除湿機１０Ｂ’へ流れる構成を採っている。補助除湿機１０Ｂ’についても同様である。このような除湿装置１’であっても、実施形態に係る除湿装置１と同様、消費エネルギー量を大幅に増大させることなくガス補給量を削減できる。

また、上記除湿装置１は、以下のように変形してもよい。除湿装置１の第二変形例を図４に示す。図４に示す除湿装置１”は、主除湿機１０Ａ”と補助除湿機１０Ｂ”の構成が上記除湿装置１のものと若干相違している。すなわち、上記実施形態に係る除湿装置１の
主除湿装置１０Ａでは、処理ファン１２Ａから処理領域Ｒ１Ａへ流れるガスの一部がパージ領域Ｒ３Ａへ分流し、パージ領域Ｒ３Ａを通過したのちに加熱装置１５Ａへ流入する構成を採っていたが、本変形例では、図４に示すように、処理領域Ｒ１Ａを通過した後のガスの一部がパージ領域Ｒ３Ａへ分流し、再生領域Ｒ２Ａから出たガスと合流する構成を採っている。補助除湿機１０Ｂ”についても同様である。このような除湿装置１”であっても、実施形態に係る除湿装置１と同様、消費エネルギー量を大幅に増大させることなくガス補給量を削減できる。

また、上記除湿装置１は、以下のように変形してもよい。上記除湿装置１では、１台の補助除湿機１０Ｂで主除湿機１０Ａの排気を処理していたが、例えば、複数台の主除湿機からの排気を１台の補助除湿機で処理してもよいし、或いは１台の主除湿機からの排気を複数台の補助除湿機で処理してもよい。また、上記除湿装置１では、補助除湿機１０Ｂの排気はそのまま系外へ排出していたが、例えば、補助除湿機の排気を更に別の補助除湿機で除湿し、系外へ排出するガスの量を更に削減するようにしてもよい。

１，１’，１”・・除湿装置
１０Ａ，１０Ａ’，１０Ａ”・・主除湿機
１０Ｂ，１０Ｂ’，１０Ｂ”・・補助除湿機

Claims

所定の機器に供された空気以外の特定ガスを除湿するガス除湿装置であって、
前記所定の機器に供された特定ガスが循環する循環経路に設けられる、該循環経路を流れる特定ガスを吸湿材で除湿する第一の除湿機と、
前記吸湿材の加熱再生により排気される前記第一の除湿機の再生排ガスのみを除湿して前記循環経路へ供給する第二の除湿機と、を備える、
ガス除湿装置。
所定の機器に供された空気以外の特定ガスを除湿するガス除湿装置であって、
前記所定の機器に供された特定ガスが循環する循環経路に設けられる、該循環経路を流れる特定ガスを吸湿材で除湿する第一の除湿機と、
前記吸湿材の加熱再生により排気される前記第一の除湿機の再生排ガスを除湿して前記循環経路へ供給する第二の除湿機と、を備え、
前記循環経路には、前記特定ガスを補う補給経路が設けられている、
ガス除湿装置。
前記第一の除湿機は、前記循環経路を循環する特定ガスを加熱したガスを該第一の除湿機の吸湿材の加熱再生に用い、
前記第二の除湿機は、前記第一の除湿機の再生排ガスを加熱したガスを該第二の除湿機の吸湿材の加熱再生に用いる、
請求項１または２に記載のガス除湿装置。
前記第二の除湿機は、前記第一の除湿機の再生排ガスを吸湿材で除湿して前記循環経路へ供給すると共に、該吸湿材の加熱再生時の再生排ガスを系外へ排気し、
前記循環経路には、前記第二の除湿機の加熱再生による特定ガスの減少分を補う補給経路が設けられている、
請求項１から３の何れか一項に記載のガス除湿装置。
前記第一の除湿機および前記第二の除湿機は、吸湿材を担持した回転式の除湿ロータで除湿する、
請求項１から４の何れか一項に記載のガス除湿装置。
前記第二の除湿機は、前記第一の除湿機から排気される再生排ガスと同等量を定格処理量とする、
請求項１から５の何れか一項に記載のガス除湿装置。