JP6059302B1

JP6059302B1 - 除湿装置

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Publication number: JP6059302B1
Application number: JP2015140905A
Authority: JP
Inventors: 金　偉力; 偉力金
Original assignee: Seibu Giken Co Ltd
Current assignee: Seibu Giken Co Ltd
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: JP2017018926A

Abstract

【課題】再生温度が６５度以下と低くても、低露点の空気を供給する除湿装置を提供する。【解決手段】本発明は、第一の除湿ロータと第二の除湿ロータとを有し、外気を第一のクーラで冷却除湿して第一の除湿ロータの吸着ゾーンに通過させ、第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を第二のクーラと第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過させて供給空気としてドライルームに供給し、ドライルームからの還気を第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気と混合し、第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気の一部を分岐し、第二と第三のヒータで加熱して第二の除湿ロータの再生ゾーンに通し、第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気を第四のヒータで加熱して第一の除湿ロータの再生ゾーンに通し、第一の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気の一部が第二の除湿ロータの再生ゾーンを出た空気と混合され、残りの一部を第一のクーラに戻すようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、除湿ロータ及びヒートポンプを用いるものであって、再生温度が低くても露点の低い空気の供給が可能な除湿装置に関するものである。

近年、リチウムイオン電池や、リチウムイオン・キャパシタの需要が増大し、それに伴いその生産も増大している。リチウムイオン電池は、その原料であるリチウムが空気中の湿気と反応し、その反応によって生産されたリチウムイオン電池の性能が悪くなる。このため、リチウムイオン電池の生産ラインは、乾燥した状態に保つ必要がある。この乾燥した状態に保つ手段として、生産工場内をチッソによってパージする手段と、シリカゲルなどの湿気吸着剤を有する除湿ロータを利用した除湿装置を用いる手段などがある。

リチウムイオン電池の用途が、電気自動車やハイブリッド自動車などの自動車用に広がるにつれて、生産工場の規模が大きくなり、上記のチッソパージによる手段よりも除湿装置を用いる手段の方が次第に現実的になりつつある。

除湿装置の場合、除湿ロータの再生に高温の空気を使うのであるが、その高温の空気を作るためのエネルギーをできるだけ少なくすることが図られている。

例えば特許文献１に開示されたものは、乾燥空気の送られるドライルームからの還気を第一と第二の除湿ロータの間に戻るようにし、第二の除湿ロータを出た空気の一部を加熱して第一と第二の除湿ロータの再生ゾーンに送るようにしているため、比較的低温度の摂氏８０度（以降、温度は全て「摂氏」とする）で除湿ロータの再生を行う事ができ、省エネルギー効果の高いものである。

また特許文献２に開示されたものも、８０度以下の再生温度にて三段のデシカントロータ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であり、ヒートポンプ回路の蒸発器と凝縮器を冷却器と再生器と組合わせて使って、省エネルギー効果を高めるものである。

特開２０１２−２５０１５０号公報特開２０１２−１５９２７２号公報

上記特許文献１に開示されたものは、ドライルームなどの低湿度空間に供給する空気の一部を除湿ロータの再生に使っているので、再生温度を低くしても低露点の空気が供給可能で省エネルギー効果を得ている。しかし、低温再生に利用可能な温水、蒸気、排気などが無ければ、別途再生加熱用の熱源に使用するエネルギーが必要となる。

また、上記特許文献２に開示されたものは、低温再生で超低露点の乾燥空気を供給するデシカント空調機であって、冷却器や再生器の補助としてヒートポンプの蒸発器と凝縮器を使って、空調機全体のエネルギー負荷を軽減できるようにしている。つまり、一台の冷却器の下流に蒸発器を補助的に配置して、三台の再生器の上流に補助的に凝縮器を配置して省エネルギー効果を得ている。しかし、冷却器と再生器が三台あるため、元の空調機自体の消費エネルギーが大きく、イニシャルコストも高くなる。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、インタークーラ（第一と第二の除湿ロータの間の冷却器）にヒートポンプの蒸発器のみを利用し、除湿ロータの再生ヒータ用熱源として、主に前記ヒートポンプの凝縮器を利用し、アフターヒータ（ドライルームなど供給先への供給空気の温度調整用ヒータ）の熱源としても前記ヒートポンプの凝縮器を利用することにより、省エネルギーでイニシャルコストが抑制された除湿装置を提供することを目的とする。

本発明は、再生ゾーンと吸着ゾーンとの２つのゾーンに分割された第一の除湿ロータと、再生ゾーンと吸着ゾーンの２つに分割された第二の除湿ロータとを有し、外気を第一のクーラで冷却除湿して第一の除湿ロータの吸着ゾーンに通過させ、第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気をヒートポンプの蒸発器を用いた第二のクーラで冷却して、第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過させて、ヒートポンプの凝縮器を用いた第一のヒータで温度調節して供給空気として供給先に供給し、供給先からの還気を第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気と混合し、第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気の一部を分岐し、ヒートポンプの凝縮器を用いた第二のヒータ及び第三のヒータで加熱して第二の除湿ロータの再生ゾーンに通し、第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気をヒートポンプの凝縮器を用いた第四のヒータで加熱して第一の除湿ロータの再生ゾーンに通し、第一の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気の一部を分岐し第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気と混合し、残りの一部を第一のクーラの前の外気と混合することを最も主要な特徴とする。

本発明の除湿装置は、再生空気の温度が低いため、電動ヒートポンプ（EHP）以外、ガスエンジン・ヒートポンプ（GHP）等多くのエネルギー源が利用でき、停電などエネルギーインフラに問題が生じた場合に柔軟に対応が可能である。

つまり工場で使うエネルギー源としては、電気でなければならない部分は電気とし、電気に限らずその他のエネルギーでもよい場合は、電気だけでなく多種のエネルギー源を使えるようにしておくと、緊急事態に柔軟に対応が可能となる。

このためには、除湿ロータの再生空気の温度が低く出来るようにする事によって、吸着式の除湿装置で最も多くのエネルギーを必要とする再生空気の加熱に、多様なエネルギーを用いることができるようになる。

また、再生に必要な温度が低いと、工場などに廃熱がある場合、それを利用することができ、このような場合にはエネルギーコストが不要になるとともに、二酸化炭素排出量の削減も可能である。

工場で使う機器のエネルギー源は、電気、ガスなどできるだけ多様である方が、緊急時の対応が柔軟で好ましい。そして、再生に必要な高温空気の温度ができるだけ低い方が、工場の余熱を用いたり、太陽熱を用いたり、エネルギー源も多様になるだけでなく、省エネルギーを図ることも可能である。

さらに、除湿ロータの再生に主にヒートポンプの凝縮器を使用し、供給先への供給空気の温度を調整するヒータにもヒートポンプの凝縮器を使用しているため、再生ヒータや供給空気の温度調整用ヒータの熱源に必要なエネルギーも抑制することができる。また、リチウムイオン電池工場などの現場に設置の容易なものである。

図１は除湿装置の実施例を示した図である。図２は除湿装置の別の実施例を示した図である。

除湿ロータの再生空気の温度を下げ、多くのエネルギー源を利用できるようにするという目的を、再生ゾーンと吸着ゾーンとの２つのゾーンに分割された第一の除湿ロータと、再生ゾーンと吸着ゾーンの２つに分割された第二の除湿ロータとを有し、外気を第一のクーラで冷却除湿して第一の除湿ロータの吸着ゾーンに通過させ、第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気をヒートポンプの蒸発器を用いた第二のクーラで冷却して、第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過させて、ヒートポンプの凝縮器を用いた第一のヒータで温度調節して供給空気として供給先に供給し、供給先からの還気を第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気と混合し、第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気の一部を分岐し、ヒートポンプの凝縮器を用いた第二のヒータ及び第三のヒータで加熱して第二の除湿ロータの再生ゾーンに通し、第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気をヒートポンプの凝縮器を用いた第四のヒータで加熱して第一の除湿ロータの再生ゾーンに通し、第一の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気の一部を分岐し第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気と混合し、残りの一部を第一のクーラの前の外気と混合するようにすることによって、供給空気の露点を上げることなく実現した。

図１に本発明の除湿装置を示す。１は第一の除湿ロータであり、吸着ゾーン２及び再生ゾーン３に分割されている。４は第二の除湿ロータであり、これも吸着ゾーン５及び再生ゾーン６に分割されている。

７は第一のクーラであり、この第一のクーラは外気ＯＡを冷却除湿するものである。つまり外気の露点以下に空気を冷却するものである。第一のクーラ７を通過した空気は、第一のブロワー９によって第一の除湿ロータ１の吸着ゾーン２を通過した後、第二のクーラ８（インタークーラ）及び第二の除湿ロータ４の吸着ゾーン５を通過させ、更に第一のヒータ１０（アフターヒータ）によって温度を調整されて、乾燥空気の供給先であるドライルーム１１に供給される。

ドライルーム１１からの還気ＲＡは、第一の除湿ロータ１の吸着ゾーン２を通過した空気と混合され、第二のクーラ８を通過後、第一のブロワー９の吸い込み側に導かれる。つまり第一のブロワー９の吸い込み側には第一の除湿ロータ１の吸着ゾーン２を通過した空気と、ドライルーム１１からの還気ＲＡとが導かれる。

第二の除湿ロータ４の吸着ゾーン５を出た空気の一部は分岐され、第二のヒータ１２と第三のヒータ１３によって加熱され、第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６に導かれる。第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６を出た空気は、第一の除湿ロータ１の再生ゾーン３を通過した空気の一部と混合されて第四のヒータ１４で加熱されて、第一の除湿ロータ１の再生ゾーン３に導かれる。再生ゾーン３を出た空気は第二のブロワー１５によって、一部は分岐され第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６を通過した空気と混合され、残りの一部は第一のクーラ７の前の外気と混合される。ダンパ１９は通常閉じたままで排気無しで運転されるが、必要に応じて一部を大気へ放出してもよい。

そして、全体として第一の除湿ロータ１及び第一のクーラ７、第二のブロワー１５で構成される前段除湿装置Ａと、第二の除湿ロータ４、第二のクーラ８、第一のブロワー９、第一のヒータ１０、第二のヒータ１２、第三のヒータ１３、第四のヒータ１４、コンプレッサ１６、凝縮器１７で構成される後段除湿装置Ｂに分割されている。ここで、コンプレッサ１６で圧縮された冷媒は分岐され、一部は凝縮器である第四のヒータ１４を通過し、凝縮器である第二のヒータ１２を通過し、凝縮器１７を通過し、蒸発器である第二のクーラ８を通過して再びコンプレッサ１６に戻る。残りの一部の圧縮された冷媒は凝縮器である第一のヒータ１０を通過し、凝縮器１７を通過し、蒸発器である第二のクーラ８を通過して再びコンプレッサ１６に戻る。なお、温度センサ２３で第一のヒータ１０を通過した空気の温度を測定し、その温度によって電気制御弁などの電磁弁２４で第一のヒータ１０の冷媒流量を調整することにより、精度よくドライルーム１１への供給空気ＳＡの温度調整がなされる。この冷媒の配管は全て後段除湿装置Ｂに設置されている。なお、第二のブロワー１５は、後段除湿装置Ｂに構成されるようにしてもよい。

以上の構成の本発明の除湿装置の動作を以下、説明する。また各データは、試作を行った装置を用いて測定したものである。外気ＯＡは、第一のクーラ７によって冷却除湿される。例えば外気ＯＡの空気条件が日本の夏条件を想定して、温度３５度、絶対湿度２１．４３ｇ/ｋｇであった場合、実験の結果、第一のクーラ７によって温度７度まで冷却され、結露によって絶対湿度が５．９０ｇ/ｋｇまで下げられる。

この空気は第一のブロワー９によって、第一の除湿ロータ１の吸着ゾーン２を通過し、湿気が吸着されて絶対湿度１．８００ｇ/ｋｇの乾燥空気となる。この乾燥空気はドライルーム１１からの還気ＲＡと混合され、ヒートポンプの蒸発器による第二のクーラ８によって冷却される。ドライルーム１１からの還気ＲＡの絶対湿度は実測値で０．０７９ｇ/ｋｇであり、上記のとおり吸着ゾーン２を出た空気と混合される。そして、混合後第二のクーラ８を通過して、第一のブロワー９を出た空気の温度は１０．０度であり、絶対湿度は０．５１６ｇ/ｋｇであった。

第一のブロワー９を出た空気は、第二の除湿ロータ４の吸着ゾーン５を通過して湿気が吸着され、乾燥した低露点空気となる。この低露点空気の実測値は、温度１４度、絶対湿度０．００７ｇ/ｋｇであり、露点は−６０度であった。この低露点空気は、ヒートポンプの凝縮器による第一のヒータ１０によって温度調節され、温度２１．０度となってドライルーム１１に供給空気ＳＡとして供給される。

第二の除湿ロータ４の吸着ゾーン５を通過した空気の一部は分岐され、ヒートポンプの凝縮器による第二のヒータ１２によって温度４８度まで加熱され、第三のヒータ１３によって温度６５度まで加熱されて第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６に入る。この加熱空気によって第二の除湿ロータ４に吸着された湿気が脱着される。なお、第三のヒータ１３には、電気ヒータ等の前記ヒートポンプとは別の熱源を用いる。再生ゾーン６を通過した空気は、脱着熱によって温度が４０．９度まで下がり、絶対湿度３．０６ｇ/ｋｇまで湿度が上昇する。

第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６を通過し湿度の上昇した空気は、第二のブロワー１５の排気から分岐された一部の空気と混合され、温度３４．８度、絶対湿度５．１９ｇ/ｋｇの空気となる。

この空気はヒートポンプの凝縮器による第四のヒータ１４によって温度が５０度になるまで加熱される。この温度の上昇した空気が第一の除湿ロータ１の再生ゾーン３を通過し、通過に伴って第一の除湿ロータ１に吸着された湿気を脱着する。この脱着後の多湿空気は第二のブロワー１５によって、排気の一部が分岐されて上記のように第二の除湿ロータ４の再生ゾーン６を通過した空気と混合され、残りの一部が第一のクーラ７の前の導入外気と混合される。なお、外気ＯＡの空気条件が日本の冬条件のように温度と湿度が低い場合は、ダンパ１９を開いて除湿装置外へ排気してもよい。この場合、室外への排気ダクトを設けずに室内に排気すれば、除湿装置設置室内の温度上昇、加湿に寄与することができる。さらに、導入外気の温湿度計測装置と第二のブロワーからの排気の温湿度計測装置を設置し、その信号によりダンパ１９とダンパ２０の開度を調整するような制御装置を設置してもよい。

上記の一連の動作説明で明確なとおり、第一の除湿ロータ１の再生空気の温度は５０度で第二の除湿ロータ４の再生空気の温度は６５度である。この６５度以下の再生空気で、最終的な供給空気ＳＡの露点は−６０度であった。この露点は、例えばリチウムイオン電池の生産工場の空気として十分な露点である。

本発明の除湿装置は、上記のような動作となるが、第一のクーラ８にヒートポンプの蒸発器を使い、第一のヒータ１０、第二のヒータ１２、第四のヒータ１４に凝縮器を使って試作した装置の動作中の熱負荷は、従来のヒートポンプを使わない場合と比較して、クーラ部分の合計で２．１Ｋｗ、ヒータ部分の合計で８．５８Ｋｗの削減となる。さらに高温排気、蒸気、温水などの工場排熱がある場合、これを第三のヒータ１３の熱源として用いることができれば、省エネルギー効果をさらに高めることが可能となる。

また、除湿装置外へ排気しないか、極力少なくすることにより、従来の全量排気する除湿装置より省エネルギーとなる。

図２に別の実施例の除湿装置を示す。なお、除湿装置の機器構成は、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の実施例の冷媒フローでは、第四のヒータ１４と第二のヒータ１２の凝縮器を直列に接続し、それらと並列に第一のヒータ１０の凝縮器を接続しているが、図２の実施例の冷媒フローでは、第一のヒータ１０の凝縮器を第二のヒータ１２の凝縮器のみと並列に接続している。除湿装置の設置スペースに制限があるなど、除湿装置をコンパクトにする必要がある場合、図１のような冷媒配管が出来なくなる可能性がある。そのような場合、図２のようにして冷媒配管を短くしてもよい。

このように本発明の冷媒フローでは、アフターヒータである第一のヒータ１０を、除湿ロータの再生用ヒータである第四のヒータ１４や第二のヒータ１２と並列にしているので、アフターヒータである第一のヒータ１０へ流す冷媒の流量を制御しても冷凍機冷媒循環に対する影響がほとんどないため、冷凍機運転の安定性向上にもつながる。なお、図１では、冷媒フローの直列の上流側に第四のヒータ１４を下流側に第二のヒータ１２を設置したが、逆に直列の上流側に第二のヒータ１２を下流側に第四のヒータ１４を設置してもよい。ただし、供給先の要求露点や湿分負荷などの諸条件によっては、除湿装置の除湿能力不足となり、第一のロータ１の再生用に追加の別熱源のヒータが必要となる場合がある。

本発明のような二段の除湿ロータを搭載した除湿装置を、例えばリチウムイオン電池の製造工場に設置する場合、リチウムイオン電池のコストを安く抑えるために、ある程度以上の工場の規模となる。このため、除湿装置は長さが１０ｍ程度となり、処理風量によっては１０ｍを超える場合がある。

従って、工場などに除湿装置を設置する場合、１０ｍもの長さの除湿機をそのまま搬入することは困難であり、またそのような長さの物をトラックに積載して陸路を運ぶ場合にも長尺の特殊な車両を用いて、公安委員会の道路通行許可を得る必要がある。このため、現実的には除湿機を分解して搬送、設置を行うこととなる。この場合に、除湿機の分解・組立に際し冷凍機を構成する冷媒配管を分割し、設置現場で結合するようにすると、配管中に空気が混入した場合には真空ポンプを用いて空気を抜く作業が必要となり、配管の接続部から冷媒が漏れると、冷媒の追加の作業が必要となる。このように、設置に際して冷媒配管を分割・結合の作業が発生すると、作業効率が悪くなるものである。

ここで、本発明の除湿の場合は、除湿機を図１又は図２の一点鎖線の前段除湿装置Ａと後段除湿装置Ｂに分割して搬入することとなる。本発明では、第一の除湿ロータ１の再生ヒータである第四のヒータ１４を後段除湿装置Ｂに設置することにより、前段除湿装置Ａと後段除湿装置Ｂの分割で冷媒配管を分割する必要が無くなる。従って、除湿装置分割時及び搬入時の手間、時間、コストを削減することが可能となる。また、排気を室外へ放出するための排気ダクトも不要となり、イニシャルコストの低減や設置場所の制限も少なくなる。

さらに熱源の温度が低いために、本発明の除湿装置を構成する材料として耐熱性の高い物は必要でなく、材料の入手が容易で安価なものを用いることができるという効果がある。

低露点の空気を供給することができ、リチウムイオン電池の工場や、製薬の工程にも適用できる。

１第一の除湿ロータ
２吸着ゾーン
３再生ゾーン
４第二の除湿ロータ
５吸着ゾーン
６再生ゾーン
７第一のクーラ
８第二のクーラ（インタークーラ）
９第一のブロワー
１０第一のヒータ（アフターヒータ）
１１ドライルーム
１２第二のヒータ
１３第三のヒータ
１４第四のヒータ
１５第二のブロワー
１６コンプレッサ
１７凝縮器
１８膨張弁
１９、２０、２１、２２ダンパ
２３温度センサ
２４電磁弁

Claims

少なくとも再生ゾーンと吸着ゾーンとの２つのゾーンに分割された第一の除湿ロータと、少なくとも再生ゾーンと吸着ゾーンの２つに分割された第二の除湿ロータとを有し、外気を第一のクーラで冷却除湿して前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンに通過させ、前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気をヒートポンプの蒸発器を用いた第二のクーラで冷却して、前記第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過させて、前記ヒートポンプの凝縮器を用いた第一のヒータで温度調節して供給空気として供給先に供給し、前記供給先からの還気を前記第一の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気と混合し、前記第二の除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気の一部を分岐し、前記ヒートポンプの凝縮器を用いた第二のヒータ及び第三のヒータで加熱して第二の除湿ロータの再生ゾーンに通し、前記第二の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気を前記ヒートポンプの凝縮器を用いた第四のヒータで加熱して前記第一の除湿ロータの再生ゾーンに通し、前記第一の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気の一部をダンパによって装置外へ排気できるようにし、さらに前記第一の除湿ロータの再生ゾーンを通過した空気の一部を分岐し前記第二の除湿ロータの再生ゾーンを出た空気と混合し、残りの一部を前記第一のクーラに戻すようにしたことを特徴とする除湿装置。
前記第四のヒータと前記第二のヒータの凝縮器を直列に設置し、前記第一のヒータの凝縮器を前記第四のヒータと前記第二のヒータの凝縮器と並列に設置したことを特徴とする請求項１記載の除湿装置。
前記第一のヒータの凝縮器を前記第二のヒータの凝縮器と並列に設置し、前記第四のヒータの凝縮器を前記第二のヒータと前記第一のヒータの凝縮器と直列に設置したことを特徴とする請求項１記載の除湿装置。
前記請求項１、２、３記載の除湿装置であって、前記第一のヒータを通過した空気の温度を計測する温度検出手段を設け、前記温度検出手段からの信号により前記第一ヒータの凝縮器に流れる冷媒量を制御するようにしたことを特徴とする除湿装置。
前記請求項１、２、３、４記載の除湿装置であって、前記第一のヒータを通過した空気の温度を計測する温度検出手段を設け、前記温度検出手段からの信号により前記第一ヒータの凝縮器に流れる冷媒量を制御するようにしたことを特徴とする除湿装置。