JP6086441B2 - 低湿度用途向け乾燥剤除湿装置の性能を向上させるためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
1. 平衡R.H.が低下するにつれて、吸収熱が上昇するため、平衡相対湿度が低い場合には、単位吸収水分当たりのプロセス空気6に対して排出される熱は、実質的に増加する。これは、通常は、除湿器の下流のプロセス空気調整装置に対する冷却負荷を増加させる。さらに、吸収熱がより高いことにより、プロセスセクター2における媒体温度がより高くなり、これによってプロセス空気6を除湿する能力が低下する。
2. 再活性化空気8の相対湿度は、乾燥剤から水を追い出すために、より低くなくてはならず、そのため、再活性化空気8は、極度の乾燥空気7を必要としない用途の場合の280F未満に比べて、典型的には300F〜320Fの範囲内のより高い温度にまで加熱されなければならない。これにより、再活性化空気8を加熱するために必要とされるエネルギー量が増加し、また、再活性化セクター3を出る乾燥された媒体の温度が上昇する。
1. 除湿器が、除湿すべき空気を処理するための2つのセクターを備える。図7に示すように、第1の除湿セクター2は、再活性化セクター3の直後に連続的に続き、これにより、第1の除湿セクター2に進入する乾燥剤は、非常に低い平衡相対湿度を有し、その結果として非常に乾燥した空気7を生成することが可能となる。このセクターに進入する空気のかなりの割合を占めるのが、典型的には、ルームまたはプロセスからの再循環空気16である。この再循環空気16は、リチウム電池製造などのプロセス用の0.5穀粒/ポンド空気以下のような低さで既に非常に乾燥している。
2. 第2の除湿セクター33は、第1の除湿セクター2の直後に連続的に続く。この第2の除湿セクター33は、典型的には、外部または周囲プラントからのより湿った空気である補填/加圧空気34を処理する。この空気は、通常は、冷却された冷却コイル35を通過することにより、その温度が下げられ、除湿器への進入前に凝縮により可能な限り多量の水分を除去される。
その結果として、この空気は、第2の除湿セクター33への進入時には、通常は相対湿度が高い。このようにすることで、除湿器は、第1の除湿セクター2が、プロセスに対して非常に乾燥した空気7を送出し、第2の除湿セクター33が、より高い相対湿度にて除湿負荷の殆どを引き受ける、「2ユニット一体型」となり、したがって、除湿プロセスおよび再活性化プロセスの両方の熱効率が大幅に向上する。
3. 再活性化セクター3への空気供給の全てまたは少なくとも一部分は、OSAセクター33を出る除湿された空気36から得られるため、加熱10の後に再活性化セクター3に進入する空気は、非常に低い相対湿度となり、その結果、再活性化セクター3を出る乾燥剤マトリックスは、ほぼ無水となる。図7および図8に概略図に示すように、ホイール1にプロセス空気流7および再活性化空気流9を並流にて通過させることにより、ハウジングの構築がはるかに容易かつ安価になる。プロセス空気7および再活性化空気9を逆流にて流す場合には、ハウジングは、追加の管路および同様に追加のファンを含む必要がある。実際に、図8および図8aに概略的に示すシステムは、100%外気34を処理するユニットが、ユニット全体用に単一のファン39を備えて作製され得ることを示す。
再活性化セクター3においては、乾燥剤は、実質的に無水状態になるまで乾燥される。
1. 第1のプロセスセクターおよび再活性化セクターにおける空気流は、並流、すなわち同一方向である。これは、当業者にとって全く直観的なことではない。なぜならば、乾燥した乾燥剤除湿器の最高性能は、通常は、プロセスセクターおよび再活性化セクターにおける空気流が、相互に対して対向流である場合に実現されるからである。これは、本発明によってもなし得ることであるが、図7および図8を見ることにより、このユニットハウジングが、追加の内部管路を必要とし、製造がより困難かつ高価なものとなるであろうことが、容易に理解することができる。しかし、ホイール1は、プロセスセクター、補填/加圧セクター、および次いで再活性化セクターを逐次的に通過する。除湿負荷の大部分は、マトリックスが高い水充満状態でこのセクターを出るように、OSA/補填/加圧セクターにおいて吸着され、このセクターは、再活性化空気流の対向流となっている。これにより、吸着された水分の殆どが高RH補填/加圧空気流から得られるため、除湿プロセスの熱効率が大幅に改善し、再活性化セクターにおける乾燥剤乾燥の殆どが、吸着プロセスに付随するより高い平衡RHにて行われる。先に論じたように、吸収熱は、平衡相対湿度が低下するにつれて、指数関数的に上昇する。再活性化空気の少なくとも一部分が、加圧−補填空気セクターにより事前処理されているため、その湿度比は大幅に低下し、これにより再活性化セクターの少なくとも最終部分は、非常に乾燥した空気を供給される。これにより、再活性化セクターは、実質的な無水状態にまで乾燥剤を乾燥させることが可能となる。マトリックスの無水性により、マトリックスは、補填空気が補填/加圧空気セクターにおいて既に乾燥されているため除湿負荷を殆ど伴わずに、プロセス空気を極度に低い露点にまで乾燥させることが可能となる。このセクターは、このセクターに進入する空気が、気候にもよるが一般的にその殆どの時間において飽和状態またはほぼ飽和状態にあるため、除湿負荷の大部分を担うこととなる。
2. マトリックスがその深さ全体にわたって実質的に無水状態になるまで確実に乾燥されるようにするために、より低速の空気前面速度が再活性化セクターにおいて必要とされることを我々は発見した。一般的には、150〜400フィート/分の、より限定的には150〜250フィート/分の範囲の前面速度により、最良の熱効率が実現される。
2 プロセスセクター
3 再活性化セクター
6 補填空気
7 湿度
8 再活性化空気
9 再活性化空気流
10 加熱
11 冷却コイル
12 混合空気
13 冷却コイル
14 冷却コイル
16 プロセス還気
17 パージセクター
18 パージ空気
20 再活性化空気流
23 パージ空気
24 パージ空気
25 パージ再循環ファン
26 加圧/補填および再活性化空気
31 加圧/補填空気
33 OSAセクター
34 100%外気
35 冷却コイル
36 補填/加圧空気
37 パージセクター
39 単一のファン
40 再活性化セクター
41 熱源
42 再活性化空気
44 プロセスセクター
Claims (18)
- 乾燥剤ホイール(1)およびホイールドライブと、ハウジングとを備える固形乾燥剤タイプの除湿装置であって、該ハウジングは、内部バッフルと、セクターを形成しかつ隣接するセクター間における空気の漏れを防止するためのホイール面の近位の空気シールと、を有し、前記ホイールに空気を通過させるための少なくとも3つの経路を形成し、
前記セクターは、連続的に、低平衡相対湿度まで前記乾燥剤を乾燥させるための再活性化セクター(3)、プロセスにプロセス空気流を供給し、かつプロセスからの還気および外気セクター(33)から受ける補填空気を乾燥させるためのプロセスセクター(2)、ならびに前記プロセスセクター(2)用の補填空気(36)および全ての前記再活性化セクター(3)用再活性化空気流を供給するために外気流(34)を除湿するための前記外気セクター(33)である、除湿装置。 - プロセス空気流および再活性化空気流が、前記乾燥剤ホイール(1)を同一方向に通過し、外気流および前記再活性化空気流が、前記乾燥剤ホイールを逆方向に通過するように、前記乾燥剤ホイールが位置決めされる、請求項1に記載の除湿装置。
- プロセス空気流および外気流は共に、再活性化空気流とは逆方向に前記乾燥剤ホイールを通過する、請求項1に記載の除湿装置。
- 前記外気セクター(33)に進入する空気を事前冷却することにより、凝縮によって前記空気から水を除去し、前記外気セクター(33)に前記空気を送出するための手段(35)が設けられている、請求項1に記載の除湿装置。
- 前記プロセスセクター(2)に進入する空気を事前冷却することにより、この空気の相対湿度を上昇させて、除湿性能を向上させ、前記プロセスセクター(2)から送出される空気の温度を低下させるための手段(14)が設けられている、請求項1に記載の除湿装置。
- 追加の「パージ」セクター(17)が、前記再活性化セクター(3)と前記プロセスセクター(2)との間に連続的に配設され、これにより、セクターの合計数が4つに増加し、該パージセクターへの供給空気は、前記外気セクター(33)の排気から得られ、前記再活性化セクター(3)を出る乾燥剤媒体が前記プロセスセクター(2)に進入する前に前記乾燥剤媒体が事前冷却され、前記除湿装置がより乾燥したプロセス空気を生成することが可能となり、再活性化から前記プロセス空気への熱の持越しが低減される、請求項1に記載の除湿装置。
- 前記パージセクター(17)を出る空気は、再活性化流入空気の少なくとも一部分のために使用される、請求項6に記載の除湿装置。
- さらなる再活性化セクターが、前記再活性化セクターの前に連続的に配設されることにより、異なる空気供給源および異なる熱源を2つのセクターに対して使用することが可能となり、前記さらなる再活性化セクターに対する供給空気は、加熱前に水分含有量を低減させるために事前冷却され得る周囲空気であり、前記外気セクター(33)からの排気である前記再活性化セクターに対する供給空気は、この空気に対して水分を追加しない加熱手段(41)により事前加熱される、請求項1に記載の除湿装置。
- 前記外気流(34)は、周囲空気である、請求項1に記載の除湿装置。
- 除湿装置に3つの空気経路を形成するステップと、
前記装置において再活性化セクター(3)内に供給された乾燥剤ホイールを低平衡相対湿度にまで乾燥させるステップと、
プロセスセクター(2)からの還気および外気セクター(33)からの補填空気を乾燥させるステップと、
前記プロセスセクター(2)に対して補填空気、および再活性化セクター(3)に対しての全ての再活性化空気流を供給するために、前記外気セクター(33)において外気流(34)を乾燥させるステップと
を含む、請求項1に記載の除湿装置を用いて空気を除湿するための方法。 - プロセス空気流(7)および再活性化空気流(9)が、前記乾燥剤ホイール(1)を同一方向に通過し、外気流(34)および前記再活性化空気流(9)が、前記乾燥剤ホイール(1)を逆方向に通過する、請求項10に記載の方法。
- プロセス空気流(7)および外気流(34)は共に、再活性化空気流(9)とは逆方向に前記ホイールを通過する、請求項10に記載の方法。
- 前記外気セクター(33)に進入する空気(34)は、事前冷却されることにより、凝縮によって前記空気から水が除去され、前記外気セクター(33)に前記空気が送出される、請求項10に記載の方法。
- 前記プロセスセクター(2)に進入する空気(12)は、事前冷却されることにより、この空気の相対湿度が上昇して、除湿性能が向上し、前記プロセスセクター(2)から送出される空気(7)の温度が低下する、請求項10に記載の方法。
- 追加の「パージ」セクター(17)が、前記再活性化セクターと前記プロセスセクター(3、2)との間に連続的に配設され、これにより、セクターの合計数が4つに増加し、該パージセクターへの供給空気は、前記外気セクター(33)の排気から得られ、前記再活性化セクター(3)を出る乾燥剤媒体が前記プロセスセクター(2)に進入する前に前記乾燥剤媒体が事前冷却され、前記除湿装置がより乾燥したプロセス空気を生成することが可能となり、再活性化から前記プロセス空気への熱の持越しが低減される、請求項10に記載の方法。
- さらなる再活性化セクターが、前記再活性化セクターの前に連続的に配設されることにより、異なる空気供給源および異なる熱源を2つのセクターに対して使用することが可能となり、前記さらなる再活性化セクターに対する供給空気(20)は、加熱前に水分含有量を低減させるために事前冷却され得る周囲空気であり、前記外気セクターからの排気である前記再活性化セクターに対する供給空気(42)は、この空気に対して水分を追加しない加熱手段(41)により事前加熱される、請求項10に記載の方法。
- 前記外気流(34)は、周囲空気である、請求項10に記載の方法。
- 除湿負荷のかなりの部分が、前記外気セクター(33)において吸着されることにより、マトリックスは、高い水充満状態でこのセクターを出ることが確実になる、請求項10に記載の方法。
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