JP7205866B2 - ハニカム吸着体及びそれを用いた除湿空調装置 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン電池の製造プラントに適した除湿空調装置に関するものである。
リチウムイオン電池の製造プラントは、除湿を行なわないとリチウムイオン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するものであり、リチウムイオン電池の製造プラントは露点を摂氏マイナス３０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、リチウムイオン電池のニッケル系正極材は、水と二酸化炭素を吸着して、正極材内部から溶出したリチウムイオンとリチウム化合物を形成することにより、電極の劣化や電池のサイクル特性が悪くなることが解明されている。
このように低露点で二酸化炭素濃度の低い環境を作るためには、液体窒素を気化させプラント内の空気を窒素と置換させる手段があるが、この方法では、プラント内に人が入ることができなくなるという問題がある。
そこで、低露点環境を作るのに湿気吸着材を用いた吸着式の除湿空調装置を用いる手段が現実的であり、多くのプラントがこの手段を用いているが、二酸化炭素濃度を低くできないという問題がある。
そこで二酸化炭素濃度の低い低露点環境を作る技術として特許文献１がある。特許文献１に開示されたものは、室内の露点制御を精度よく行ない、二酸化炭素濃度も低くできる技術であるが、水酸化ナトリウムなどの二酸化炭素吸着材を用いており、時間がたって二酸化炭素吸着能力が低下した場合、新しい二酸化炭素吸着材に交換する必要があった。
また、特許文献１の二酸化炭素吸着材交換の問題を解決する技術として特許文献２がある。特許文献２に開示されたものは、湿気及び二酸化炭素吸着ロータを用いて、このロータの回転数を制御することによって、室内の露点と二酸化炭素濃度を制御するものである。
さらに、特許文献３に開示されたものは、特許文献１や特許文献２のグローブボックスなどより比較的室内容量が大きく、人が中に入って作業することが可能な低湿度作業室内の二酸化炭素濃度を低くするものである。そのために二酸化炭素吸着ロータと湿気吸着ロータを備えた除湿空調装置を用いている。
特開２０１４－９７４３７号公報 特開２０１６－２５１９号公報 特願２０１７－１３９５４７
上記のとおり、特許文献１及び特許文献２に開示されたものは、室内の二酸化炭素濃度を低くした低露点環境を作るものであるが、どちらも室内の容量が１～３ｍ３程度と比較的小さなグローブボックス用の装置で、人の湿分が室内に入らないようゴム製などのグローブが装着されている。従って、リチウムイオン電池の製造プラントのように、人が室内に入って作業するドライルームのような低湿度作業室には適用できないという問題があった。
また、特許文献３に開示されたものは、人が室内に入って作業するドライルームのような低湿度作業室の二酸化炭素濃度を低くするものであるが、二酸化炭素吸着ロータと湿気吸着ロータの二種類のロータを搭載した除湿空調装置を用いているため、一種類のロータを搭載した特許文献１や特許文献２の除湿装置と比較して、装置が大きくなりイニシャルコストも高くなるという問題があった。
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、水分と二酸化炭素を同時に除去できるロータを搭載した除湿装置で、比較的室内の容量が大きく、人が中に入って作業することが可能なドライルームなどの低湿度作業室内の二酸化炭素の濃度を低くすることができる除湿空調装置を提供することを目的とする。
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の一部を分岐し、水分と二酸化炭素を同時に除去できる吸着ロータの吸着ゾーンに通し、残りの一部を水分と二酸化炭素を同時に除去できる吸着ロータのパージゾーンに通し、これによって水分と二酸化炭素濃度の低くなった空気を室内に供給するようにすることを最も主要な特徴とする。
本発明の除湿空調装置は、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる一台の吸着ロータを用いて、ドライルームなどの乾燥室内の露点温度を下げ、さらに二酸化炭素濃度も下げることができる。
また、ドライルームからの除湿空調装置への還気ができないワンパスでの装置を提供することが可能となった。
図１は本発明の除湿機の実施例１を示したフロー図である。 図２はロータの各ゾーンの風量比を変えた場合のロータ回転数に対する二酸化炭素除去率のグラフである。 図３はロータの各ゾーンの風量比を変えた場合のロータ回転数に対する処理出口露点温度のグラフである。
本発明は、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータの吸着ゾーンを通過して低二酸化炭素濃度で低湿度となった空気を室内に供給するようにし、供給空気の二酸化炭素濃度を低くして低露点にする除湿空調装置を提供するという目的を実現した。
以下、本発明の実施例１のフローを示す図１に沿って説明する。外気ＯＡはエアーフィルター（図示せず）によって塵埃を除去される。この外気はプレクーラ１によって冷却され結露による除湿が行われる。プレクーラ１を出た空気は２路に分岐された後、一部はダンパなどによって風量調整され、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２の処理ゾーン（吸着ゾーン）に通され、残りの一部はパージゾーンに通される。
二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２は、二酸化炭素の吸着性能に対して湿度の影響を与えないように以下のような材料を使って製作されている。ガラス繊維紙、セラミック繊維紙、生体溶解性無機繊維紙などの不燃性のシートをコルゲート（波付け）加工しロータ状に巻き付け加工したもので、無機系バインダーなどを使って、湿度があっても二酸化炭素を吸着可能な炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、イオン液体、ＣｅやＺｒの酸化物からなる二酸化炭素捕捉材などが担持されている。そして二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２は、処理ゾーン、パージゾーン、再生ゾーンの三つに分割されている。二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２はギヤドモータ（図示せず）などによって回転駆動される。
ここで、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２の一例として、二酸化炭素補足材としてＣｅの酸化物からなる粉末吸着材（以下「Ｃｅ酸化物吸着材」という）を用いた場合のハニカム吸着体の製作方法を以下に示す。Ｃｅ酸化物のハニカム吸着体は、例えば、Ｃｅ酸化物吸着材とバインダーと水を含むスラリーにハニカム吸着体を含浸し、乾燥することによって、作製される。Ｃｅ酸化物吸着材の平均二次粒子径は、スラリーの粘度がハニカム吸着体で含浸処理可能な０．５μｍから、バインダーによる粉落ちが生じない最大二次粒子径である２０μｍ（走査型電子顕微鏡又はレーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置にて測定）とする。ハニカムサイズについては、汎用の送風機の風圧で空気を流すことが容易な１平方インチあたり５０セルから４００セル（ロータ表面上のハニカムの個数）、ハニカムのフルート方向（ロータ幅方向）の長さは、汎用の送風機による風量と二酸化炭素と湿気を同時に除去できる性能から、５０ｍｍから６００ｍｍとする。ガラス繊維紙やセラミック繊維紙などのハニカム母材を３００度から６００度、好ましくは４００度から５００度で焼成して繊維質担体とし、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着材としてＣｅ酸化物吸着材をロータへ嵩比重（ｋｇ／ｍ３）の割合で２０％～７０％、好ましくは４０％～６０％担持する。なお、バインダーとしてのシリカゾルとしては、Ｃｅ酸化物吸着材の二酸化炭素吸着特性に影響を与えにくく、かつ湿気吸着材として機能する粒子径４ｎｍ（メーカーカタログ値）を最小粒子径とし、Ｃｅ酸化物吸着材の粉落ち（吸着ロータからの脱落）が生じない最大粒子径５０ｎｍ（メーカーカタログ値）を最大粒子径としたものを使用する。また、吸着ロータへのシリカゾルの担持率は嵩比重（ｋｇ／ｍ３）の割合で、５％～２５％、好ましくは１０％～２０％とし、含浸スラリーのｐＨは、スラリーの安定領域である弱酸性～弱アルカリ性とする。
さらに二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２の除湿性能を向上させるために、二酸化炭素と湿気を同時に吸着するＣｅ酸化物吸着材に加えて、ゼオライトやシリカゲルなどの湿気吸着材を混合して、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２に担持するようにしてもよい。
処理ゾーンを通過して二酸化炭素濃度が低くなった低露点空気は、供給先の低湿度作業室などに供給される。
またパージゾーンを通過した空気は、外気と混合された後、再生ヒータ３で二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２の再生に必要な温度まで加熱されて再生ゾーンに送られる。
再生ゾーンを出た空気は、排気ＥＡとして除湿空調装置の外部に放出される。なお、二酸化炭素と湿気を同時に除去する性能を良くするためにプレクーラ通過後の処理空気の一部を分岐してパージ空気としたが、処理空気を分岐せずに直接装置外の外気を装置に導入してパージ空気とする構成としてもよい。また、再生ヒータ３の消費エネルギーを低減させるため、再生ゾーンを出た排気ＥＡと再生ゾーンに送られる外気とを顕熱交換する構成としてもよい。
さらに低湿度の環境が必要な場合には、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２の後段（後ろ側）に、吸着材としてゼオライト及び／又はシリカゲルを用いて、少なくとも処理ゾーンと再生ゾーンの二つのゾーンに分割された除湿ロータを設ける構成としてもよい。このような構成にすることにより、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２を通過した空気を、さらに除湿することが可能となる。
図２に直径が３２０ｍｍ、幅が４００ｍｍの二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２を使って、パージゾーン：再生ゾーン：処理ゾーンの風量比を変えた場合のロータ回転数（一時間でのロータ回転数：ｒｐｈ）に対する二酸化炭素除去率のグラフを示す。なお、処理入口二酸化炭素濃度５００ｐｐｍ、処理入口空気温度１２℃、処理入口空気絶対湿度６ｇ／ｋｇ（ＤＡ）、処理入口空気面風速２ｍ/ｓ、パージ入口空気面風速１．５ｍ／ｓから２ｍ／ｓ、再生入口二酸化炭素濃度５００ｐｐｍ、再生入口空気温度１４０度、再生入口空気絶対湿度１２ｇ/ｋｇ（ＤＡ）、再生入口空気面風速２ｍ/ｓから３ｍ／ｓで試験した。また、図３に同じ条件でのロータ回転数に対する処理出口露点温度のグラフを示す。
これらのグラフより、湿度性能としては低いロータ回転数が良いが、二酸化炭素除去率とのバランスを見ると、パージゾーン：再生ゾーン：処理ゾーンが１：４.５：９の風量比で、ロータ回転数は２０ｒｐｈが良い。
実施例１では、低湿度作業室などの供給先からの還気ＲＡを使用していないので、低湿度作業室内で発火性の強い有機溶剤ガスが発生したり、人体に有害なガスが発生したり、二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ２を劣化させるようなガスが発生するような場合なども使用できる除湿空調装置である。
本発明は、上記のとおり一台の二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータを使うことにより、低湿度作業室内の二酸化炭素濃度を低くできる除湿空調装置を提供することができる。
１ プレクーラ
２ 二酸化炭素と湿気を同時に除去できる吸着ロータ
３ 再生ヒータ

Claims (9)

  1. 繊維質担体にＣｅ酸化物吸着材がバインダーによって担持されている二酸化炭素と水分を同時除去できるハニカム吸着体であって、
    Ｃｅ酸化物吸着材として、平均二次粒子径０．５μｍ～２０μｍのＣｅの酸化物からなる粉末吸着材であり、
    バインダーとして、平均粒子径４ｎｍ～５０ｎｍのシリカゾルを使用し、
    水分と二酸化炭素を同時に除去できるロータを搭載した、供給先からの還気ＲＡを使用しないワンパスでの除湿空調装置の吸着ロータに使用されるハニカム吸着体。
  2. ハニカムサイズが１平方インチあたり５０セルから４００セルであり、かつ、ハニカムのフルート方向の長さが５０ｍｍから６００ｍｍである請求項１記載のハニカム吸着体。
  3. 前記ハニカム吸着体へのＣｅ酸化物吸着材担持率が２０％～７０％であり、かつ、シリカゾルの担持率が５％～２５％である請求項１、２記載のハニカム吸着体。
  4. 前記繊維質担体がガラス繊維及び／又は生体溶解性無機繊維から得られる繊維質担体であることを特徴とする請求項１から３記載のハニカム吸着体。
  5. 前記Ｃｅ酸化物吸着材に加えて、湿気吸着材を混合して担持したことを特徴とする請求項１から４記載のハニカム吸着体。
  6. 少なくとも再生ゾーンと処理ゾーンとパージゾーンの３つのゾーンに分割された二酸化炭素と湿気を同時に除去できる請求項１に記載のハニカム吸着体から構成される吸着ロータを有し、外気をプレクーラで冷却除湿して、前記プレクーラを通過した空気の一部を分岐し、前記吸着ロータのパージゾーンに送るようにし、残りの一部を前記吸着ロータの処理ゾーンに通過させて供給空気として供給先に供給し、前記吸着ロータのパージゾーンを通過させた空気と外気とを混合した空気を再生ヒータで加熱して前記吸着ロータの再生ゾーンに通し、前記吸着ロータの再生ゾーンを通過した空気を装置外へ排気するようにしたことを特徴とする除湿空調装置。
  7. 少なくとも再生ゾーンと処理ゾーンとパージゾーンの３つのゾーンに分割された二酸化炭素と湿気を同時に除去できる請求項１に記載のハニカム吸着体から構成される吸着ロータを有し、外気をプレクーラで冷却除湿して、前記吸着ロータの処理ゾーンに通過させて供給空気として供給先に供給し、外気を前記吸着ロータのパージゾーンに送るようにし、前記パージゾーンを通過させた空気と外気とを混合した空気を再生ヒータで加熱して前記吸着ロータの再生ゾーンに通し、前記吸着ロータの再生ゾーンを通過した空気を装置外へ排気するようにしたことを特徴とする除湿空調装置。
  8. 前記再生ゾーンを通過した空気と前記再生ヒータに送る外気とを顕熱交換することを特徴とする請求項６、請求項７のいずれか１項に記載の除湿空調装置。
  9. 前記吸着ロータの後段に除湿ロータを設けたことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の除湿空調装置。
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