JP5686311B2

JP5686311B2 - ガス除去システム

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Publication number: JP5686311B2
Application number: JP2010163707A
Authority: JP
Inventors: 海老根　猛; 猛海老根
Original assignee: Techno Ryowa Ltd
Current assignee: Techno Ryowa Ltd
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: WO2012011271A1; CN102985158A; JP2012024665A; CN102985158B

Description

本発明は、処理対象となる空気中に含まれる水蒸気やその他のガス成分を、目的とする濃度まで除去するガス除去システムに関するものである。より詳しくは、水蒸気の除去においては、低露点空気を得るためのシステム、その他のガス成分の除去においては、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等を除去して清浄な空気を得るためのシステムに関するものである。

例えば、医薬品製造プロセスやリチウム電池の製造プロセスにおいては、低露点の雰囲気を有する低湿度室の需要が増加している。このような低湿度室が要求する減湿空気を得る方法として従来から一般に用いられている方法としては冷却減湿方法が周知であるが、この冷却減湿方法では冷却装置部分の霜付き（凍結）があるため、露点が０℃程度以上の場合に採用され、前記低湿度室が要求するような低露点には対応できない。

そこで、低露点（−５℃〜−１０℃程度以下）の空気を供給する空調機、空調システムとしては、回転式のロータを用いた、いわゆる乾式減湿装置が使用されている。この乾式減湿装置においては、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の端面側が減湿区域と再生区域とに仕切られており、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、前記吸収液や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（特許文献１等）。

ただし、ロータが高温のまま処理系統、即ち減湿区域に移行すると、減湿区域に入った直後の区域を通過する処理空気の温度が上昇し、充分に減湿されないままロータを通過してしまうため、再生区域から減湿区域に移行する前の区域に、パージ区域と呼ばれる区域を設け、再生区域、パージ区域、減湿区域の順にロータを回転させ、このパージ区域に冷却用のパージ空気を通過させてロータの冷却を行うように構成されていることが多い。

例えば、図６に示すように、除湿ロータ４０の端面側が、再生区域４１、減湿区域４２及びパージ区域４３に仕切られ、前記減湿区域４２には、導入ダクト１１及び空気取入用ファン１２によって処理対象空気が導入されるように構成されている。また、前記再生区域４１には、再生空気用ファン２１によって給気ダクト２２に導入された再生外気が、加熱装置２３によって所定の温度に加熱されて導入され、ロータを再生することができるように構成されている。さらに、前記パージ区域４３には、前記導入ダクト１１から分岐された分岐ライン４４が接続され、この分岐ライン４４は前記パージ区域４３の下流側で、前記給気ダクト２２に接続されている。

また、図７に示すように、それほど低露点でなければ、前記除湿ロータ４０の端面側を、再生区域４１、第１のパージ区域４３ａ、減湿区域４２、第２のパージ区域４３ｂに仕切り、前記第１のパージ区域４３ａと第２のパージ区域４３ｂの間に閉鎖系の循環経路４５を設け、この循環経路４５にパージ空気循環用ファン４６を設置することにより、再生区域４１に入る場合のロータの余熱や、減湿区域４２に入る場合のロータの予冷を効率良く行うように構成されているものもある。

特開平６−６３３４４号公報

しかしながら、このような乾式減湿装置を用いて減湿する方法は、上記冷却減湿方法を用いた場合より低露点の空気を供給できるものの、エネルギーの消費が多いため、さらなる省エネルギー化が求められている。また、上記の図７に示したシステムでは、エネルギー効率は良いものの、露点が−２０℃程度以下のより低湿度に対しては、ここまで露点を下げた空気を供給することができなかった。

さらに、前記の低湿度室は、ほとんどが２４時間運転であり、エネルギーの低減が運用費を含めた設備コストに与える影響が非常に高いため、エネルギーの低減がことさら強く求められているのが実情である。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、低湿度室など、必要とされる低露点の空気、あるいは、水蒸気と同様の性質を持つその他のガス成分を除去した清浄な空気を供給するシステムにおいて、従来よりもエネルギー消費の少ない、より低露点、あるいは、より高清浄な空気を提供することができるガス除去システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、処理対象物質である水蒸気またはその他のガス状の物質を吸着する機能及び／又は吸収する機能を有する回転自在なロータを備えた乾式ガス除去装置を用いて、処理対象空気の水蒸気濃度またはその他のガス状の物質の濃度を、目的とする濃度以下にして供給するガス除去システムにおいて、前記乾式ガス除去装置は、ロータ端面に位置する空気の通過域が、ロータの回転方向順に、吸収及び／又は吸着された前記処理対象物質を高温の再生空気により脱着する再生区域、第１のパージ区域、前記処理対象物質を吸着及び／又は吸収する減ガス区域、第２のパージ区域に仕切られ、前記第１のパージ区域と第２のパージ区域の間には閉鎖系の循環経路が設けられ、この循環経路にパージ空気用冷却装置が設置され、前記第１のパージ区域を通過したパージ空気が、前記第２のパージ区域を通過した後、前記冷却装置によって冷却され、再び、前記第１のパージ区域を通過するように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、第１のパージ区域と第２のパージ区域を閉鎖系で循環するパージ空気が、第１のパージ区域を通過してロータを冷却する。次いで、ロータの冷却によって逆に加熱されたパージ空気は第２のパージ区域に導入され、第２のパージ区域を通過する際に冷却される。一方、ロータの方は逆に加熱される。従って、ロータは次の再生区域に入る前に加熱されるので、再生区域での加熱量の低減が図れる。

続いて、再生区域を通過したロータは、パージ空気用冷却装置によって温度が下がったパージ空気によって、再生区域から減ガス区域へと移る前に、第１のパージ区域で冷却されるため、減ガス区域での水蒸気あるいはその他のガスの吸着・吸収能力を増加させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス除去システムにおいて、前記再生区域、前記第１のパージ区域、前記減ガス区域、前記第２のパージ区域の圧力を、減ガス区域＞第１のパージ区域≒第２のパージ区域＞再生区域となるように構成したことを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項２に記載の発明によれば、再生区域、第１のパージ区域、減ガス区域及び第２のパージ区域の各部を区分するパージセクターとロータ部の隙間から、それぞれの区域を通過する空気の漏れを一方向となるように構成することができる。その結果、より高精度で、低露点の水蒸気あるいはその他のガス含有量のより少ない処理空気を得ることができる。

本発明によれば、低湿度室など、必要とされる低露点の空気、あるいは、水蒸気と同様の性質を持つその他のガス成分を除去した清浄な空気を供給するシステムにおいて、従来よりもエネルギー消費の少ない、より低露点、あるいは、より高清浄な空気を提供することができるガス除去システムを提供することができる。

本発明に係るガス除去システムの実施例１の構成を示す図である。本発明に係るガス除去システムの実施例１の要部の構成を示す図である。本発明に係るガス除去システムの実施例２の構成を示す図である。本発明に係るガス除去システムの実施例２の変形例の構成を示す図である。本発明に係るガス除去システムの実施例２における各区域間の圧力差を示す図である。従来の乾式減湿装置の構成を示す図である。従来の乾式減湿装置の構成を示す図である。

以下、本発明に係るガス除去システムの具体的な実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、図６又は図７に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して、説明は省略する。

（１−１）実施例１の構成
まず、本実施例のガス除去システムに用いられる乾式ガス除去装置（以下、ガス除去装置という）１について説明する。すなわち、図１及び図２に示すように、水蒸気やその他のガス成分を除去するガス除去装置１のロータ端面に位置する空気の通過域が、ロータの回転方向順に、再生区域２ａ、第１のパージ区域２ｂ、減ガス区域２ｃ及び第２のパージ区域２ｄに仕切られている。

また、前記第１のパージ区域２ｂと第２のパージ区域２ｄの間には、閉鎖系の循環経路３が設けられ、この循環経路３には、パージ空気用冷却装置４及びパージ空気循環用ファン５が設置されている。そして、前記第１のパージ区域２ｂを通過した空気は、前記第２のパージ区域２ｄを通過し、その後パージ空気用冷却装置４によって冷却され、再び、前記第１のパージ区域２ｂを通過するように構成されている。なお、前記パージ空気用冷却装置４の下流側には温度センサ４ａが設置され、パージ空気用冷却装置４による冷却温度を制御することができるように構成されている。

上記のようなガス除去装置１を備えた本実施例のガス除去システムにおいては、処理対象空気は導入ダクト１１から本システムに導入され、空気取入用ファン１２によってプレクーラ１３に送られ、このプレクーラ１３によって所定の温度に冷却あるいは冷却除湿された後、ガス除去装置１の減ガス区域２ｃに導入されるように構成されている。なお、前記プレクーラ１３の下流側には温度センサ１３ａが設置され、プレクーラ１３による冷却温度を制御することができるように構成されている。

また、前記減ガス区域２ｃを通過することにより、主として水蒸気及びその他のガス成分が除去された処理空気は、冷却装置１４及び加熱装置１５によって所定の温度に調節され、室内空気循環用ファン１６によって、供給ダクト１７を介して低湿度室１８に供給されるように構成されている。また、低湿度室１８から排出された空気は、環気ダクト１９によって、前記ガス除去装置１の減ガス区域２ｃの下流側に導入されるように構成されている。

一方、前記ガス除去装置１の再生区域２ａには、再生空気用ファン２１によって給気ダクト２２に導入された再生外気が、加熱装置２３によって所定の温度に加熱された後、前記再生区域２ａに導入され、ロータを再生することができるように構成されている。そして、再生区域２ａから出た再生空気は、再生排気として排気ダクト２４から外部に排出されるように構成されている。なお、前記加熱装置２３としては、主に蒸気によって空気を加熱する加熱コイルを用いることができ、その下流側に設置された温度センサ２３ａの測定値によって、該加熱コイルに供給する蒸気の流量を調整することにより、加熱温度を制御することができるように構成されている。

なお、通常の低湿度室が要求する条件は「露点温度＊＊℃以下」といった条件であるが、処理後の空気の供給対象室が、環境試験室のように、温度及び湿度設定が「乾球温度＊＊℃±＊＊℃」及び「露点温度＊＊℃±＊＊℃」という上下限の条件が付加された場合には、冷却コイルや加熱コイルの他に加湿器を追加して、所定の温湿度に調節した後、対象室内に供給されるように構成することもできる。

また、前記冷却装置１４としては、循環する冷水によって空気を冷却及び除湿する冷却コイルを用い、また、加熱装置１５としては、循環する温水によって空気を加熱する加熱コイルを用いることができ、低湿度室１８に設置された温度計２０の測定値によって、これらの冷却コイル又は加熱コイルに供給する冷水又は温水の流量を調整することにより、冷却温度及び加熱温度を制御することができるように構成されている。なお、前記冷却装置１４又は加熱装置１５、あるいは加湿装置は、上記冷水や温水を熱源とする以外に、冷媒の直膨方式や電気・蒸気の熱源を使用した装置とすることもできる。

（１−２）実施例１の作用・効果
上記のように構成された本実施例のガス除去システムは、以下のように作用する。すなわち、第１のパージ区域２ｂと第２のパージ区域２ｄを閉鎖系で循環するパージ空気が、第１のパージ区域２ｂを通過して、ロータを冷却する。次いで、前記ロータの冷却によって逆に加熱されたパージ空気は、第２のパージ区域２ｄに導入される。この第２のパージ区域２ｄは、減ガス区域２ｃの次の区域であるから、前記第１のパージ区域２ｂを通過して昇温したパージ空気は、第２のパージ区域２ｄを通過する際に冷却される。一方、ロータの方は、逆に加熱される。従って、ロータは次の再生区域２ａに入る前に加熱されるので、再生区域２ａでの加熱量の低減が図れる。

また、ロータ自体は、第２のパージ区域２ｄを通過して温度が上がり、さらに再生区域２ａで所定の温度まで上昇し、その後、パージ空気用冷却装置４を通過して温度が下がったパージ空気によって、再生区域２ａから減ガス区域２ｃへと移る前に、第１のパージ区域２ｂで冷却されることになるため、減ガス区域２ｃでの水蒸気あるいはその他のガスの吸着・吸収能力を増加させることができる。

また、本実施例に示すように、パージ空気を閉鎖系の循環経路で循環させる方法は、従来のパージ空気を再生空気系統の入口及び出口（排気）あるいは、処理空気系統などへ再利用する方法に比べてパージ空気の風量を減らすことができ、また、熱効率を高めることができるという効果がある。また、パージ空気を閉鎖系の循環経路で循環させるものの、冷却装置を持たない従来システムに比べて、水蒸気あるいはその他のガスの除去率を高くすることができるという効果がある。

このように本実施例によれば、パージ空気を有効に利用することができ、冷却効率は良好であり、より低露点の、水蒸気あるいはその他のガス含有量のより少ない処理空気を得ることができる。

（１−３）実施例１の変形例
本実施例は、上記の構成に限定されるものではなく、処理後の空気の供給対象室（ここでは、低湿度室）内での湿分負荷が大きく、外気の湿分除去だけでは該対象室内での湿度設定が満足できない場合には、低湿度室１８から排出された空気を、環気ダクト１９によって、前記ガス除去装置１の減ガス区域２ｃの上流側に導入するように構成しても良い。この場合、前記環気ダクト１９をプレクーラ１３の上流側あるいは下流側に接続するが、いずれに接続するかは、該対象室内の湿分負荷と、ガス除去装置１及び該対象室内で必要とされる空気の湿分によって決定される。

（２−１）実施例２の構成
本実施例は上記実施例１の変形例であって、図３に示すように、前記ガス除去装置１の再生区域２ａに再生外気を供給する給気ダクト２２に第１のダンパ３１が設けられると共に、前記ガス除去装置１の減ガス区域２ｃに処理対象空気を供給する導入ダクト１１には、減ガス区域２ｃの下流側に第２のダンパ３２が設けられている。そして、これら第１のダンパ３１と第２のダンパ３２の開度を調整することにより、前記再生区域２ａ、第１のパージ区域２ｂ、減ガス区域２ｃ及び第２のパージ区域２ｄの圧力を、減ガス区域＞第１のパージ区域≒第２のパージ区域＞再生区域となるように構成されている。

より具体的には、前記再生区域２ａの下流側に第１の圧力センサ３３ａ、第１のパージ区域２ｂの下流側に第２の圧力センサ３３ｂ、減ガス区域２ｃの下流側に第３の圧力センサ３３ｃ及び第２のパージ区域２ｄの下流側に第４の圧力センサ３３ｄを設置し、前記減ガス区域２ｃの下流側に設置した第３の圧力センサ３３ｃの検出値（Ｐｃ）が、前記再生区域２ａの下流側に設置した第１の圧力センサ３３ａの検出値（Ｐａ）より大きくなるように調整する。例えば、前記第１のダンパ３１を閉じていくとＰａが下がり、結果としてＰｃ＞Ｐａとなる。

ただし、この場合でも、再生外気量及び処理対象空気量は確保する必要がある。そのためには、初期に風量を測定して前記第１のダンパ３１の開度を調整する方法、あるいは、これらのダクト系統に風量（風速）測定装置を置いて、再生空気用ファン２１及び空気取入用ファン１２をインバータなどで制御する方法を用いることが望ましい。

一方、第１のパージ区域２ｂの下流側に設置された第２の圧力センサ３３ｂと第２のパージ区域２ｄの下流側に設置された第４の圧力センサ３３ｄの検出値であるＰｂ、Ｐｄについては、Ｐｃ＞Ｐａとなっていればそれほど厳密に制御する必要はないが、より低湿度を求められる場合には、図４に示すように、循環経路３に第２のパージ空気循環用ファン３５を追加する、あるいは、第３のダンパ３６、第４のダンパ３７を逐次追加することにより、Ｐｃ＞Ｐｂ≒Ｐｄ＞Ｐａとなるように調整することができる。

（２−２）実施例２の作用・効果
上記のような構成を有する本実施例においては、図５に示すように、前記再生区域２ａ、第１のパージ区域２ｂ、減ガス区域２ｃ及び第２のパージ区域２ｄの圧力を、減ガス区域＞第１のパージ区域≒第２のパージ区域＞再生区域となるように構成することにより、再生区域２ａ、第１のパージ区域２ｂ、減ガス区域２ｃ及び第２のパージ区域２ｄの各部を区分するパージセクターとロータ部の隙間から、それぞれの区域を通過する空気の漏れを一方向となるように構成することができる。その結果、より高精度で、低露点の水蒸気あるいはその他のガス含有量のより少ない処理空気を得ることができる。

１…ガス除去装置
２ａ…再生区域
２ｂ…第１のパージ区域
２ｃ…減ガス区域
２ｄ…第２のパージ区域
３…循環経路
４…パージ空気用冷却装置
５…パージ空気循環用ファン
１１…導入ダクト
１２…空気取入用ファン
１３…プレクーラ
１３ａ…温度センサ
１４…冷却装置
１５…加熱装置
１６…室内空気循環用ファン
１７…供給ダクト
１８…低湿度室
１９…環気ダクト
２０…温度計
２１…再生空気用ファン
２２…給気ダクト
２３…加熱装置
２３ａ…温度センサ
２４…排気ダクト
３１…第１のダンパ
３２…第２のダンパ
３３ａ…第１の圧力センサ
３３ｂ…第２の圧力センサ
３３ｃ…第３の圧力センサ
３３ｄ…第４の圧力センサ
３５…第２のパージ空気循環用ファン
３６…第３のダンパ
３７…第４のダンパ

Claims

処理対象物質である水蒸気またはその他のガス状の物質を吸着する機能及び／又は吸収する機能を有する回転自在なロータを備えた乾式ガス除去装置を用いて、処理対象空気の水蒸気濃度またはその他のガス状の物質の濃度を、目的とする濃度以下にして供給するガス除去システムにおいて、
前記乾式ガス除去装置は、ロータ端面に位置する空気の通過域が、ロータの回転方向順に、吸収及び／又は吸着された前記処理対象物質を高温の再生空気により脱着する再生区域、第１のパージ区域、前記処理対象物質を吸着及び／又は吸収する減ガス区域、第２のパージ区域に仕切られ、
前記第１のパージ区域と第２のパージ区域の間には閉鎖系の循環経路が設けられ、この循環経路にパージ空気用冷却装置が設置され、
前記第１のパージ区域を通過したパージ空気が、前記第２のパージ区域を通過した後、前記冷却装置によって冷却され、再び、前記第１のパージ区域を通過するように構成されていることを特徴とするガス除去システム。
前記再生区域、前記第１のパージ区域、前記減ガス区域、前記第２のパージ区域の圧力を、減ガス区域＞第１のパージ区域≒第２のパージ区域＞再生区域となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のガス除去システム。