JP7011822B2

JP7011822B2 - 除湿装置

Info

Publication number: JP7011822B2
Application number: JP2018092899A
Authority: JP
Inventors: 稔小笠原
Original assignee: Itswa Co Ltd
Current assignee: Itswa Co Ltd
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2038-05-14
Also published as: JP2019199972A

Description

本発明は、除湿装置、特に、グローブボックスのような容量が比較的小さい調湿空間の露点制御を行うための小型の除湿装置に関するものである。

リチウムイオン電池や有機ＥＬディスプレイの開発等には低露点雰囲気が必要とされ、この低露点雰囲気を生成し、維持する装置として、グローブボックスが広く使用されている。
そして、グローブボックスには、グローブボックス内の露点を制御するための除湿装置が備えられる。

この種の除湿装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載の除湿装置は、吸湿ロータを備えている。吸湿ロータは、湿気吸着剤を担持すると共に、その回転方向に沿って吸着ゾーン、パージゾーンおよびパージゾーンに分割されている。

除湿装置は、また、外気と、パージゾーンからの返り空気と、グローブボックスからの環気とを混合した空気を吸着ゾーンに通過させる経路と、吸着ゾーンの上流側および下流側を連通する流量制御装置を備えたバイパス経路とを備えている。
そして、再生温度比例制御と、バイパス経路を用いたロータバイパス流量制御が組み合わせて実行されることによって、グローブボックス内が設定露点に維持されるようになっている。

しかしながら、この除湿装置においては、吸湿ロータの吸着ゾーンに導入される空気は、外気と、吸湿ロータのパージゾーンからの返り空気と、グローブボックスからの環気との混合空気であり、この混合空気の露点は常に変動している。

この混合空気の一部は、除湿ロータの吸着ゾーンを通過することによって脱湿され、一定露点に制御されるが、混合空気の残りは、吸着ゾーンを通過せずに、バイパス経路を経て、吸着ゾーン通過後の空気と混合されてグローブボックスに供給される。

すなわち、吸着ゾーン通過後の露点制御された空気と、吸着ゾーンを迂回した、露点が常時変動した空気とが混合されてグローブボックスに供給されることになる。
そのため、グローブボックスに供給される調湿空気の露点が常時変動し、グローブボックス内の露点を高精度で制御することが難しいという問題があった。

この場合、バイパス経路を流れる空気の露点を測定し、その測定値に基づいて、吸着ゾーン通過後の空気との混合比を調節することで、露点制御の精度を上げることも考えられるが、制御が複雑化し、現実的ではない。

特許第５１３４１５７号公報

したがって、本発明の課題は、グローブボックスのような小容量の調湿空間の露点制御が高精度で行える除湿装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、メンブレンを介して互いに隣接する高圧空気通路およびパージゾーンと、前記高圧空気通路の一端および他端に連通する一次側および二次側開口を有し、前記一次側開口から前記高圧空気通路に導入された高圧空気中の水分が、前記メンブレンを透過した後、前記パージゾーンを経て外部に排出され、前記二次側開口から乾き空気が送出されるメンブレンエアドライヤーと、前記メンブレンエアドライヤーの前記一次側開口に接続された外気導入管路と、前記外気導入管路に設けられ、外気を圧縮して前記メンブレンエアドライヤーに供給する圧縮機と、前記メンブレンエアドライヤーの前記二次側開口に接続された乾き空気管路と、前記外気導入管路における前記圧縮機の下流側に設けられた冷却器と、前記冷却器に接続され、前記冷却器で発生した凝縮水を外部に排出する排水機構と、前記外気導入管路における前記冷却器の下流側に設けられた再熱ヒータと、前記外気導入管路における前記再熱ヒータの下流側から分岐した後、前記乾き空気管路に接続する湿り空気管路と、前記乾き空気管路と前記湿り空気管路との接続部に設けられ、前記乾き空気管路を流れる乾き空気に対する前記湿り空気管路から供給される湿り空気の混合比を調節する混合比調節器と、前記乾き空気管路における前記第１の減圧弁の上流側から分岐して前記メンブレンエアドライヤーの前記パージゾーンに接続し、前記パージゾーンに、前記メンブレンを透過した水分を外部に排出するためのパージ空気を供給するパージ空気管路と、前記乾き空気管路における前記混合比調節器の上流側に設けられた第１の減圧弁と、前記湿り空気管路に設けられた第２の減圧弁と、前記パージ空気管路に設けられた第３の減圧弁と、前記乾き空気管路における前記混合比調節器の下流側の空気の露点を検出する露点計と、前記外気導入管路における空気の圧力を検出する圧力計と、前記外気導入管路における前記冷却器および前記再熱ヒータ間の空気の温度を検出する温度計と、前記圧縮機、前記冷却器、前記再熱ヒータおよび前記混合比調節器に作動的に接続され、前記露点計、前記圧力計および前記温度計の検出値に基づき、前記乾き空気管路から排出される空気の露点が予め設定された値になるように前記圧縮機、前記冷却器、前記再熱ヒータおよび前記混合比調節器を制御する制御部と、を備えたものであることを特徴とする除湿装置が提供される。

本発明の好ましい実施例によれば、前記冷却器が冷凍機の蒸発器からなり、前記再熱ヒータが前記冷凍機の凝縮器からなっており、前記制御部による前記冷却器および前記再熱ヒータの制御は、前記制御部による前記冷凍機の制御によってなされる。

本発明によれば、圧縮機の回転数を圧力計の検出値に基づいて制御すると共に、冷却器による冷却温度を温度計の検出値に基づいて制御することによって、メンブレンエアドライヤーに導入すべき高圧空気（圧縮空気）が予め決定された露点を有するように調整する。

そして、この高圧空気の一部を、メンブレンエアドライヤーに通さずに湿り空気として湿り空気管路に導入し、残りをメンブレンエアドライヤーに通して脱湿し、予め決定された露点を有する乾き空気として乾き空気管路に導入する。
さらに、乾き空気管路を流れる乾き空気の圧力および湿り空気管路を流れる湿り空気の圧力をそれぞれ第１および第２の減圧弁によって一定に保ち、乾き空気および湿り空気の露点の変動を防止しつつ、露点の設定値に応じて決定される混合比に従って湿り空気を乾き空気に混合して、露点設定値に調整された空気を乾き空気管路から排出する。

すなわち、本発明によれば、メンブレンエアドライヤー通過後の露点が既知かつ一定の乾き空気と、湿り空気管路から供給される露点が既知かつ一定の湿り空気を、露点設定値に応じた混合比で混合することによって調湿空気を生成する。
それによって、露点設定値に正確に調整された空気を容易に生成することができる。

そして、乾き空気管路の出口をグローブボックス等の比較的小容量の調湿空間の給気口に接続し、乾き空気管路から乾き空気を調湿空間に供給することによって、調湿空間の露点制御を高精度で行うことができる。

本発明の１実施例による除湿装置の概略構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の構成を好ましい実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の１実施例による除湿装置の概略構成を示す図である。
図１を参照して、本発明によれば、メンブレン１ｃを介して互いに隣接する複数の高圧空気通路１ｄおよびパージゾーン１ｅと、それぞれ高圧空気通路１ｄの一端および他端に連通する一次側および二次側開口１ａ、１ｂを有し、一次側開口１ａから高圧空気通路１ｄに導入された高圧空気中の水分が、メンブレン１ｃを透過した後、パージゾーン１ｅを経て外部に排出されると共に、二次側開口１ｂから乾き空気が送出されるメンブレンエアドライヤー１が備えられる。

この実施例では、メンブレンエアドライヤー１のメンブレンは中空糸膜からなり、され、メンブレンエアドライヤー１は公知の構成を有している。

メンブレンエアドライヤー１の一次側開口１ａに外気導入管路３が接続され、メンブレンエアドライヤー１の二次側開口１ｂに乾き空気管路４が接続されている。
外気導入管路３には、外気を圧縮してメンブレンエアドライヤー１に供給する圧縮機２が設けられ、外気導入管路３おける圧縮機２の下流側に冷却器５が設けられ、冷却器５には、冷却器５で発生した凝縮水を外部に排出する排水機構６が接続されている。また、外気導入管路３における冷却器５の下流側に再熱ヒータ７が設けられている。

この実施例では、冷却器５は冷凍機８の蒸発器からなり、再熱ヒータ７は冷凍機８の凝縮器（第１の凝縮器）からなっている。
なお、図１中、１９は、冷凍機８の圧縮機であり、２０は、冷凍機８の第２の凝縮器であり、２１は冷凍機８の膨張弁であり、２２は冷凍機８の三方切替制御弁であり、２３は冷凍機８の逆止弁である。
この場合、第２の凝縮器２０は、冷凍負荷の変動に応じて、冷却器（蒸発器）５の冷却能力と再熱ヒータ（第１の凝縮器）７の加熱能力のバランスをとる役割を有している。

こうして、冷却器５および再熱ヒータ７をそれぞれ冷凍機８の蒸発器および凝縮器から構成したことによって、冷凍機８の圧縮機１９の回転数を制御するだけで、冷却器５による冷却温度および再熱ヒータ７による加熱温度の制御を行うことができる。

さらに、本発明によれば、外気導入管路３における再熱ヒータ７の下流側から分岐した後、乾き空気管路４に接続する湿り空気管路９が備えられ、乾き空気管路４と湿り空気管路９との接続部に、乾き空気管路４を流れる乾き空気に対する湿り空気管路９から供給される湿り空気の混合比を調節する混合比調節器１０が設けられている。
この実施例では、混合比調節器１０は三方弁からなっている。

乾き空気管路４における第１の減圧弁１１の上流側から分岐してメンブレンエアドライヤー１のパージゾーン１ｅに接続し、パージゾーン１ｅに、メンブレン１ｃを透過した水分を外部に排出するためのパージ空気を供給するパージ空気管路１１が備えられる。

また、乾き空気管路４における混合比調節器１０の上流側に、第１の減圧弁１２が設けられ、湿り空気管路９には第２の減圧弁１３が設けられ、パージ空気管路１１には第３の減圧弁１４が設けられている。

乾き空気管路４における混合比調節器１０の下流側の空気の露点を検出する露点計１５と、外気導入管路３における空気の圧力を検出する圧力計１６と、外気導入管路３における冷却器５および再熱ヒータ７間の空気の温度を検出する温度計１７が配置されている。
なお、図１では、圧力計１６が外気導入管路３と湿り空気管路９の分岐点の下流側に設けられているが、圧力計１９は外気導入管路３のどの位置に設けられていてもよい。

さらに、制御部１８が、圧縮機２、冷却器５、再熱ヒータ７および混合比調節器１０に作動的に接続され、露点計１５、圧力計１６および温度計１７の検出値に基づき、露点計１５の検出値が予め設定された値になるように圧縮機２、冷却器５、再熱ヒータ７および混合比調節器１０を制御するようになっている。

次に、本発明による除湿装置の動作を説明する。
圧縮機２の回転数が圧力計１６の検出値に基づいて制御されると共に、冷却器５による冷却温度が温度計１７の検出値に基づいて制御されることによって、メンブレンエアドライヤー１に導入すべき高圧空気（圧縮空気）が予め決定された露点を有するように調整される。

そして、この高圧空気の一部は、メンブレンエアドライヤー１に導入されずに湿り空気として湿り空気管路９に導入され、残りがメンブレンエアドライヤー１に導入されて脱湿され、予め決定された露点を有する乾き空気として乾き空気管路４に導入される。

乾き空気管路９を流れる乾き空気の一部（パージ空気）は、パージ空気管路１１に分流し、第３の減圧弁１４によって減圧された後、メンブレンエアドライヤー１のパージゾーン１ｅに供給される。
この場合、パージゾーン１ｅ内の圧力は高圧空気通路１ｄ内の圧力よりも低く、この圧力差によって、高圧空気通路１ｄを流れる空気の水分がメンブレン１ｃをパージゾーン１ｅ側に向けて透過する。そして、パージゾーン１ｅに供給された乾き空気（パージ空気）は、メンブレン１ｃを透過した水分を吸収して、外部に排出される。

また、乾き空気管路９を流れる乾き空気の残りは、第１の減圧弁１２によって圧力が一定に保たれた状態で混合比調節器１０に送られる。
一方、湿り空気管路９を流れる湿り空気は、第２の減圧弁１３によって圧力が一定に保たれた状態で混合比調節器１０に送られる。
この場合、乾き空気および湿り空気は、いずれも、圧力が一定に保たれることで露点の変動をきたすことがない。

そして、混合比調節器１０において、露点の設定値に応じて決定される混合比に従って湿り空気が乾き空気に混合され、露点設定値に調整された空気が乾き空気管路４から外部に排出される。
すなわち、本発明によれば、メンブレンエアドライヤー１通過後の露点が既知かつ一定の乾き空気と、湿り空気管路９から供給される露点が既知かつ一定の湿り空気が、露点設定値に応じた混合比で混合されることによって調湿空気が生成される。
それによって、露点設定値に正確に調整された空気が容易に生成され得る。

こうして、本発明の除湿装置の乾き空気管路４をグローブボックス等の比較的小容量の調湿空間の給気口に接続し、乾き空気管路４から乾き空気を調湿空間に供給することで、調湿空間の露点制御を高精度で行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されず、当業者が、本願に添付の特許請求の範囲に記載した構成の範囲内で種々の変形例を案出し得ることは言うまでもない。
例えば、上記実施例では、冷却器を冷凍機の蒸発器から構成し、再熱ヒータを当該冷凍機の凝縮器から構成したが、冷却器および再熱ヒータのをそれぞれ独立した装置として構成することもできる。

また、例えば、メンブレンエアドライヤーの構成も上記実施例に限定されず、公知の適当なメンブレンエアドライヤーを使用することができる。
また、上記実施例では、混合比調節器を三方弁から構成したが、混合比調節器を、乾き空気管路および湿り空気管路のそれぞれに設けたマスフローコントローラから構成することもできる。

１メンブレンエアドライヤー
１ａ一次側開口
１ｂ二次側開口
１ｃメンブレン
１ｄ高圧空気通路
１ｅパージゾーン
２圧縮機
３外気導入管路
４乾き空気管路
５冷却器（蒸発器）
６排水機構
７再熱ヒータ（第１の凝縮器）
８冷凍機
９湿り空気管路
１０混合比調節器
１１パージ空気管路
１２第１の減圧弁
１３第２の減圧弁
１４第３の減圧弁
１５露点計
１６圧力計
１７温度計
１８制御部
１９圧縮機
２０第２の凝縮器
２１減圧弁
２２三方切替制御弁
２３逆止弁

Claims

メンブレンを介して互いに隣接する高圧空気通路およびパージゾーンと、前記高圧空気通路の一端および他端に連通する一次側および二次側開口を有し、前記一次側開口から前記高圧空気通路に導入された高圧空気中の水分が、前記メンブレンを透過した後、前記パージゾーンを経て外部に排出され、前記二次側開口から乾き空気が送出されるメンブレンエアドライヤーと、
前記メンブレンエアドライヤーの前記一次側開口に接続された外気導入管路と、
前記外気導入管路に設けられ、外気を圧縮して前記メンブレンエアドライヤーに供給する圧縮機と、
前記メンブレンエアドライヤーの前記二次側開口に接続された乾き空気管路と、
前記外気導入管路における前記圧縮機の下流側に設けられた冷却器と、
前記冷却器に接続され、前記冷却器で発生した凝縮水を外部に排出する排水機構と、
前記外気導入管路における前記冷却器の下流側に設けられた再熱ヒータと、
前記外気導入管路における前記再熱ヒータの下流側から分岐した後、前記乾き空気管路に接続する湿り空気管路と、
前記乾き空気管路と前記湿り空気管路との接続部に設けられ、前記乾き空気管路を流れる乾き空気に対する前記湿り空気管路から供給される湿り空気の混合比を調節する混合比調節器と、
前記乾き空気管路における前記第１の減圧弁の上流側から分岐して前記メンブレンエアドライヤーの前記パージゾーンに接続し、前記パージゾーンに、前記メンブレンを透過した水分を外部に排出するためのパージ空気を供給するパージ空気管路と、
前記乾き空気管路における前記混合比調節器の上流側に設けられた第１の減圧弁と、
前記湿り空気管路に設けられた第２の減圧弁と、
前記パージ空気管路に設けられた第３の減圧弁と、
前記乾き空気管路における前記混合比調節器の下流側の空気の露点を検出する露点計と、
前記外気導入管路における空気の圧力を検出する圧力計と、
前記外気導入管路における前記冷却器および前記再熱ヒータ間の空気の温度を検出する温度計と、
前記圧縮機、前記冷却器、前記再熱ヒータおよび前記混合比調節器に作動的に接続され、前記露点計、前記圧力計および前記温度計の検出値に基づき、前記乾き空気管路から排出される空気の露点が予め設定された値になるように前記圧縮機、前記冷却器、前記再熱ヒータおよび前記混合比調節器を制御する制御部と、を備えたものであることを特徴とする除湿装置。
前記冷却器が冷凍機の蒸発器からなり、前記再熱ヒータが前記冷凍機の凝縮器からなっており、前記制御部による前記冷却器および前記再熱ヒータの制御は、前記制御部による前記冷凍機の制御によってなされることを特徴とする請求項１に記載の除湿装置。