JP6355981B2 - 吸着式除湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、低露点乾燥空気を供給する吸着式除湿装置に関するものである。

リチウム電池の製造プラントは、除湿を行わないとリチウム電池の品質に問題を生じる。つまりリチウムは水分と強く反応をするものであり、リチウム電池の製造プラントは露点を摂氏マイナス４０度以下（以降、温度は全て「摂氏」とする）に設定する必要がある。また、リチウム電池の製造プラント以外にも薬品の製造プラントなども露点がマイナス１０度からマイナス７０度の範囲で制御を要求される場合がある。このような低い露点で、特定の範囲に露点を制御するのは困難であるという問題がある。つまり、露点がマイナスの環境であると、空気中の水分は極めて少なく、よって僅かの水分の供給で大きく露点が変化してしまう。このため水分の供給量の制御が重要となる。

リチウム電池や一部の薬品などの製造や開発に伴う実験を行う場合には、露点がマイナスの乾燥した空気の供給されるドライルーム内で行う必要がある。このような低露点のドライルーム環境を作るには、シリカゲルやゼオライトなどの湿気吸着剤を有する吸着ロータを用いた吸着式の除湿手段が用いられる。このような除湿手段を用いて露点の制御を行うためには、特許文献１に開示されたように除湿ロータの再生空気の温度を制御する方法がある。あるいは、特許文献２に開示されたように、除湿ロータの再生風量を制御して露点の制御を行うようにしたものもある。これは、上記のとおり水分を供給して露点を制御するのが困難であるという理由による。

リチウム電池の製造ラインや薬品の製造ラインは、性能及び品質を向上させるために、種々の空気条件の制約を受ける。しかしながら製造ラインに作業者が出入りすると、その入退室によって湿分負荷変動が生じる。また、製造ラインに送られる材料自体の持つ湿分や、材料を入れた容器の外壁に付着した水分によっても湿分負荷変動が生じる。この湿分負荷変動によって、ドライルーム内の湿度が変化する。するとドライルーム内の湿度を一定に維持する必要が生じ、そのための手段が必要となる。

特許文献１に開示されたものは、除湿ロータの再生空気の温度を制御することによって、除湿能力の調整を行いドライルーム内の湿度を調整するものである。また特許文献２に開示されたものは、除湿ロータの再生風量を制御して、除湿能力の調整を行いドライルーム内の湿度を調整するものである。

特許文献１に開示されたものは、除湿能力が小さくても良い場合には、再生空気の温度を下げるようにしているため、その分だけ省エネルギーであるという特徴がある。しかし、再生温度を変化させて再生ゾーンでの湿気の脱着量が変化し、それによって除湿能力が変化するため、除湿能力の制御に時間が掛かり、ひいてはドライルームの湿度調整に時間が掛かるという問題がある。

特許文献２に開示されたものは、除湿能力が小さくても良い場合には、除湿ロータの再生風量を減少させるようにしているため、その分だけ省エネルギーであるという特徴がある。しかし、再生風量を変化させて再生ゾーンでの湿気の脱着量が変化し、それによって除湿能力が変化するため、除湿能力の制御に時間が掛かり、この例のものもドライルームの湿度調整に時間が掛かるという問題がある。

特開２００６−１６２１３１号公報 特開２０００−２３７５２４号公報

解決しようとする問題点は、簡単な装置でドライルームへの人の入退室などによって、ドアが開閉された場合や、材料の搬入によって湿分負荷変動に速やかに対応し、湿度変化の少ない吸着式除湿装置を提供しようとするものである。

本発明は、外気を冷却するプレクーラを有し、プレクーラによって冷却除湿された空気を湿気吸着ロータの吸着ゾーンに通し、これによって低露点となった乾燥空気を室内に供給するようにし、吸着ゾーンを出た乾燥空気の一部をバイパスするバイパス路を設け、バイパス路の途中に加湿器を配置し、加湿器を出た空気と吸着ゾーンを出た空気とを混合させた管路に湿度センサを設け、この湿度センサの出力に応じてバイパス路に流す空気の量を調節するようにした事を最も主要な特徴とする。これによって、ドライルーム内に供給される空気の湿度は、バイパス路に流される空気の量によって調整されるようになる。

本発明の吸着式除湿装置はバイパス路の途中に加湿器を配置しており、この加湿器によってバイパス路内に高湿度の空気が存在するため、バイパス路内の空気と、吸着ロータの吸着ゾーンを通過した乾燥空気とを混合することによって、供給空気の湿度を調整することができる。

そして、乾燥空気と加湿空気との混合比を調整することで、所望の湿度の空気を得ることができる。またその混合比は、バルブなどによって容易に調整可能であり、混合比を調節すると直ちに湿度が変化するため、湿度調整の応答速度を速くする事が可能となる。また加湿器として応答性の速いものなどが必要でなく、設計に際して選択の自由度が高く、コストや耐久性などの観点から選択することができる。

図１は吸着式除湿装置の実施例１を示したフロー図である。 図２は実施例１の吸着式除湿装置で露点制御を行なった場合の経過時間と露点温度を示したグラフである。

本発明の吸着式除湿装置は、湿気吸着ロータの吸着ゾーンを通過して低露点となった乾燥空気を室内に供給するようにし、吸着ゾーンを出た乾燥空気の一部をバイパスするバイパス路を設け、バイパス路の途中に加湿器を配置し、加湿器を出た空気と吸着ゾーンを出た空気とを混合させた管路に湿度センサを設け、この湿度センサの出力に応じてバイパス路に流す空気の量を調節するようにした事によって、供給空気の湿度調整を行うようにしている。このため、ドライルーム内の湿度の変化に対して迅速に対応することができる。

先ず、実施例１を示す図１に沿って説明を行う。外気ＯＡはバルブ１によって流量調整され、第１エアーフィルター２によって塵埃を除去される。この外気の温度は温度センサ３によって測定され、第１プレクーラ４によって冷却され結露による除湿が行われる。第１プレクーラ４を出た空気は温度センサ５によって温度測定される。この空気の流れはファン６によって作られる。

７は除湿ロータであり、ハニカムロータにシリカゲルなどを合成したり、ゼオライトを担持した公知のものである。そして除湿ロータ７は、吸着ゾーン８、パージゾーン９、再生ゾーン１０に分割されている。除湿ロータ７はギヤドモータ１１によって回転駆動される。吸着ゾーン８を通過した乾燥空気はアフターヒータ１２によって所望の温度まで加熱される。アフターヒータ１２によって温度の上昇した空気は、第２エアーフィルター１３によってコンタミが除去される。つまり除湿ロータ７の表面から脱落した吸着剤などが除去される。

第２エアーフィルター１３を通過した空気は、外部供給路１４とリターン路１５との２路に分岐されている。リターン路１５にはバルブ１６が設けられ、これによってリターン風量が設定される。リターン路１５には第２プレクーラ１７が設けられ、所定の温度まで空気の温度を下げ、吸着ゾーン８での湿気吸着を促進する。第２プレクーラ１７の出口側には、温度センサ１８が設けられ、これによって第２プレクーラ１７の出口温度が制御される。第２プレクーラ１７を出た空気は、ファン６に吸い込まれ、吸着ゾーン８に送られる。つまり、吸着ゾーン８には冷却された外気と、リターン路１５を介して戻って来た空気とが混合されて送られる。

また第２エアーフィルター１３を通過し外部供給路１４へ送られた空気は、一部がバイパス路１９へと分岐されている。バイパス路１９には電磁バルブ２０、加湿器２１、可変バルブ２２が設けられている。またバイパス路１９は最終的に外部供給路１４と合流しており、この合流点より後ろに湿度センサ２３が設けられている。この湿度センサ２３の検出データに応じて可変バルブ２２の開度が制御される。つまり湿度センサ２３の検出データに従って、湿り空気の混合比が制御される。湿度センサ２３を通過した空気は、供給空気ＳＡとして外部のドライルーム（図示せず）に送られる。

パージゾーン９を出た空気は、バルブ２４を通過した後、再生ヒータ２５で加熱され再生ゾーン１０に送られる。再生ゾーン１０を通過する前後の空気の温度は、温度センサ２６、２７で測定される。温度センサ２６、２７の測定値の差が所定値以上あれば、再生ゾーン１０で十分に再生されている事が判る。再生ゾーン１０を通過した空気はファン２８によって排気ＥＡとして外部に放出される。

本発明の実施例１は以上のような構成よりなり、以下動作を説明する。先ずバルブ１を開けて第１プレクーラ４、ファン６、ギヤドモータ１１、第２プレクーラ１７、再生ヒータ２５、ファン２８を動作させる。これによって外気ＯＡはファン６によって吸い込まれ、第１エアーフィルター２によって塵埃が除去され、温度センサ３によって温度が測定されて第１プレクーラ４によって冷却される。この冷却に伴って、第１プレクーラ４の温度まで露点が下がる。つまり結露によって除湿される。

除湿され湿度の下がった空気は、温度センサ５によって温度が測定され、ファン６によって除湿ロータ７の吸着ゾーン８を通過し、吸着によって湿度がさらに低下する。この時、除湿ロータ７はギヤドモータ１１によって回転をしている。吸着ゾーン８を出た空気は、温度センサ５で測定した温度に応じて、必要であればアフターヒータ１２によって温度が上昇する。アフターヒータ１２を通過した空気は、第２エアーフィルター１３によって除湿ロータ７から脱落した吸着剤などが除去され、外部供給路１４とリターン路１５とに分岐される。

ここで、第１プレクーラ４で冷却した後で、アフターヒータ１２で加熱するのは無駄のように見えるが、第１プレクーラ４は冷却だけでなく、上記のとおり結露による除湿も行っており所望の除湿量を確保するためと、温度を下げて吸着ゾーン８での吸着量を確保するため、外部への供給空気に所望される温度より低く冷却する事が求められるためである。

リターン路１５に分岐された空気は、バルブ１６によって還気量が決定され、第２プレクーラ１７によって冷却され、その温度は温度センサ１８で測定されて第１プレクーラ４を通過した外気ＯＡと混合されて、再び除湿ロータ７の吸着ゾーン８を通過する。この循環によって、供給空気ＳＡの露点はマイナス７０度まで下げることができる。なお、リターン路１５は、アフターヒータ１２の前で吸着ゾーン８を通過した直後の空気が循環するように設置してもよい。

ファン６を出た空気は、パージゾーン９へと分岐され、ここで熱を回収してバルブ２４によってパージ量が調整され、再生ヒータ２５によって加熱されて、再生ゾーン１０へと送られる。再生ゾーン１０へ送られる空気の前と後のそれぞれの温度は、温度センサ２６及び温度センサ２７で測定される。この温度差が所定値以下であると、再生ゾーン１０での再生量が確保されていない事がわかる。この場合には、再生ヒータ２５の温度を上げて再生量を確保する。再生ゾーン１０を出た湿り空気は排気ＥＡとして外部へ放出される。

第２エアーフィルター１３を通過しバイパス路１９へ分岐された乾燥空気は、電磁バルブ２０が開いている場合は、加湿器２１を通過する。ここで乾燥空気は加湿され、アフターヒータ１２及び第２エアーフィルター１３を通過した乾燥空気と混合される。そして混合された空気の湿度は、湿度センサ２３で測定され、所定値よりも湿度が低い場合は、可変バルブ２２の開口度が大きくなるよう制御され、加湿された空気の量が増えて、供給空気ＳＡの湿度が所望値となる。これによって供給空気ＳＡの湿度が所定値に近づくと、可変バルブ２２の開口度を小さくするよう制御される。

可変バルブ２２は、電気モータによって開口度が自由に変えられるもので、一般に市販されているものを使うことができる。このような可変バルブ２２で、最大開口から閉鎖まで１秒以内で動作するものも多数市販されており、このようなものを採用すると、湿度調整は１秒以内で行うことができる。このように、湿度調整を湿度センサ２３の出力に応答する可変バルブ２２で行うようにしたため、極めて短時間で正確に行うことができる。

以上のように、外部供給路１４に直接加湿器を設けずにバイパス路１９に加湿器２１を設けたため、露点温度マイナス１０度以下の低露点でも精度よく露点を制御することが可能となった。また、本実施例では加湿器２１に加湿フィルタなどの気化式の加湿手段を用いたことにより、２０ｍ３／ｈ程度の小風量で、露点温度マイナス１０度からマイナス７０度の低露点供給空気でも、迅速に露点温度で上下２度以内の精度良い露点制御ができる。ここでスチーム式や超音波式の加湿器を用いると、加湿器稼働直後に供給空気と比較してかなり高い湿度の空気が発生するため、露点制御に時間が掛かり安定しない。また、小風量の場合、風の流れとは逆に加湿器側から供給路側へ湿分が拡散し、供給空気の露点を急激に上げる原因となる。そこで気化式の加湿手段である加湿フィルタを用いることにより、加湿フィルタを通る風量の増減に比例して加湿空気の湿度も増減するため安定した露点制御が可能となった。

図２に本発明の吸着式除湿装置で露点制御した場合の経過時間と露点温度の関係をグラフに示す。従来の吸着式除湿装置では露点制御温度をマイナス３０度からマイナス６０度に下げた場合、露点が安定するまで１時間ほど掛かっていたが、本発明の吸着式除湿機では、露点制御温度をマイナス２０度からマイナス３０度、マイナス５０度、マイナス７０度と低露点供給空気に露点を下げても、１０分以内の短時間に露点温度で上下２度以内の精度良い露点制御ができる。

本発明の吸着式除湿装置は、以上説明のとおり供給空気の湿度を湿度センサ２３で測定し、それに応じて加湿空気を混合するようにし、その混合比を可変バルブ２２で行うようにしたため、極めて応答性がよく、精度良く調整された空気を供給することができる。

１ バルブ
２ 第１エアーフィルター
３ 温度センサ
４ 第１プレクーラ
５ 温度センサ
６ ファン
７ 除湿ロータ
８ 吸着ゾーン
９ パージゾーン
１０ 再生ゾーン
１１ ギヤドモータ
１２ アフターヒータ
１３ 第２エアーフィルター
１４ 外部供給路
１５ リターン路
１６ バルブ
１７ 第２プレクーラ
１８ 温度センサ
１９ バイパス路
２０ 電磁バルブ
２１ 加湿器
２２ 可変バルブ
２３ 湿度センサ
２４ バルブ
２５ 再生ヒータ
２６ 温度センサ
２７ 温度センサ
２８ ファン

Claims (3)

1. 外気を冷却し除湿する第１プレクーラと、第１プレクーラによって冷却された空気をさらに除湿する除湿ロータと、除湿ロータによって除湿した空気の一部を循環するリターン路と、除湿ロータによって除湿された空気の一部を分岐するバイパス路と、バイパス路の空気を加湿する加湿器と、加湿されたバイパス路の空気と除湿ロータによって除湿された空気を混合した後の空気の湿度を測定する湿度センサとを有し、前記湿度センサの出力に応じて前記バイパス路に流れる空気量を調整する可変バルブとを設けたことを特徴とする吸着式除湿装置。
2. 除湿ロータを吸着ゾーン、パージゾーン、再生ゾーンとに分割し、前記再生ゾーンの前後の温度を測定する温度センサと再生ヒータとを設け、前記再生ゾーンの前後の温度差が所定値以下であると、再生不足として前記再生ヒータの温度を上げるよう制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の吸着式除湿装置。
3. 前記加湿器を気化式の加湿手段としたことを特徴とする請求項１、２記載の吸着式除湿装置。

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