KR102528072B1

KR102528072B1 - 건조 장치

Info

Publication number: KR102528072B1
Application number: KR1020160150872A
Authority: KR
Inventors: 노부타카 나카하마; 케이메이 후루키
Original assignee: 가부시키가이샤 세이부 기켄
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2023-05-03
Also published as: US20170146293A1; KR20170060576A; JP6665063B2; JP2017101913A; US9958205B2; CN107051100A; CN107051100B

Abstract

유기 용제를 포함하는 피건조물을 건조하는 드라이어의 배기에 포함되는 유기 용제 증기를 회수하고, 이니셜 코스트와 러닝 코스트를 억제하는 건조 장치를 제공한다.
코터 드라이어의 배기를 VOC 농축 로터의 탈착 존에 통과시키고, 이 탈착 존을 나온 공기를 현열 교환 로터에 통과시켜 냉각하며, 이 현열 교환 로터로부터 나온 공기를 VOC 응축 회수하는 냉각 코일에 통과시키고, 이 냉각 코일을 나온 공기를 VOC 농축 로터의 흡착 존에 통과시키며, 이 흡착 존을 나온 공기를 현열 교환 로터에 통과시켜 가열하고, 이 현열 교환 로터로부터 나온 공기를 가열 코일에 통과시켜, 코터 드라이어의 건조용 급기에 사용하도록 했다. 또, 유기 용제를 냉각 응축하는 냉각 코일과 정화 공기를 코터 드라이어의 급기로서 가열하는 가열 코일로 히트 펌프를 이용하고 있기 때문에 건조 장치 전체적으로 에너지 절약이 된다.

Description

건조 장치{DRYING APPARATUS}

본 발명은, 박막 등에 코팅 머신 등에 의하여 도공된 재료를 건조시키는 코터 드라이어에 관한 것이다.

종래, 리튬 이온 전지 등의 화학 전지의 전극이나 자기(磁氣) 기록 매체의 제조 공정 등에 있어서는, 기재(전형적으로는 금속박)의 주면(主面) 혹은 양면에, 도공액을 막 형상으로 일정 면적당 일정 중량 도공하도록 구성한 막 도공 장치 등으로 슬러리 형상의 처리제를 도포한 후, 건조로(爐) 중에 있어서 처리제에 포함되는 용매를 증발시켜 건조시키고, 처리제의 고형분과 기재를 고착시켜, 기재 주면 혹은 양면에 처리막을 형성하고 있다.

이 도공 처리 후의 건조로(이하, "코터 드라이어"라고 함)에 사용하는 열풍 소비량의 증대를 억제하면서, 도포막을 효율적으로 건조시킬 수 있는 건조 장치를 장착한 열처리 시스템으로서 특허문헌 1과 같은 것이 제안되고 있다.

또, 리튬 이온 이차 전지에 이용되는 전극판으로서, 활물질, 결착제, 도전재 등을 균일하게 분산시킨 용제를 페이스트 형상으로 혼련한 것을 이용하여 제조되는 것이 있다. 이 전극 활물질을 포함하는 페이스트 형상의 도공재가 금속박 등의 기재에 도공되고, 그 후, 코터 드라이어에 있어서 도공재의 용제가 건조된다. 용제로서는, 예를 들면 NMP(N-메틸-2-피롤리돈) 등의 유기 용제가 많이 사용되고 있다. 이 유기 용제의 회수에 필요한 코스트를 억제하는 용제 회수 시스템으로서 특허문헌 2와 같은 것이 제안되고 있다.

또한, 이와 같은 배기 가스에 포함되는 휘발성 유기 화합물(이하, VOC라고 함)의 회수 방법으로서, 물과의 액-가스 직접 접촉을 이용하고, 물을 응축 또는 흡착하여 VOC를 회수하는, 특허문헌 3과 같은 것이 제안되고 있다.

일본 공개특허공보 2012-172960호 일본 공개특허공보 2012-139657호 일본 공개특허공보 2004-230265호

특허문헌 1에 개시된 것은, 도공 처리된 기재 표면에 섭씨 50~300(이후, 온도는 모두 "섭씨"로 함) 정도의 열풍을 분사하기 때문에, 히터를 구비한 열풍 발생로 등을 설치할 필요가 있어, 운전 시의 에너지 소비가 커진다.

특허문헌 2에 개시된 것은, 고농도의 NMP 용제를 포함하는 드라이어의 배기를 냉각 코일로 응축 회수한 후의 고농도계 드라이어 배기를 드라이어의 전단으로 되돌려 보내고, 응축 회수 후의 일부의 가스를 흡착 로터에 통과시켜 농축 회수하고 있다. 흡착 로터의 처리 영역을 통과한 일부의 공기를 저농도계 드라이어 배기로서 드라이어의 후단으로 되돌려 보내고 있다.

그러나, 특허문헌 2에 기재된 것은, NMP 발생 농도가 높은 전단에 비교적 NMP가 고농도인 배기를 되돌려 보내고 있기 때문에 NMP의 건조 효율이 떨어진다는 문제가 있었다. 또, 흡착 로터의 처리 영역을 나온 가스의 일부 혹은 전체량을 옥외로 배기하기 때문에, 그만큼 에너지 로스를 발생시킨다.

특허문헌 3에 개시된 것은, 배기 가스의 처리에 물을 사용하고 있어, 정화 가스의 습도가 매우 높아, 건조용 공기로서 재이용하기 위해서는, 제습기 등을 설치하여 습도를 저감시킬 필요가 있으며, 그만큼의 이니셜 코스트나 러닝 코스트가 들게 된다. 또, 대량의 물도 필요하게 되어, 용제 회수율도 80% 정도로 비교적 낮아진다. 또한 용제를 포함하는 물의 처리를 행할 필요가 있어, 물의 정화 설비가 필요하게 된다.

이 실정을 감안하여, 본 발명의 주된 과제는, 코터 드라이어의 배열(排熱)을 이용하여 VOC 농축 로터에 흡착된 VOC(실시예에서는 "MNP")를 탈착하고, 이로써 농축된 VOC를 냉각기로 응축 회수함으로써 에너지를 삭감하며, 또한 VOC 농축 로터의 탈착 후의 열에너지와 냉각기의 냉동 사이클에서 배열이 되는 콘덴서의 열도 코터 드라이어에 이용하여 건조용의 열풍 발생기의 에너지를 삭감한 코터 드라이어를 제공하는 것에 있다. 또, VOC 회수 농도 99% 정도의 회수가 가능하고 폐액 생성에 의한 VOC 회수 코스트도 삭감할 수 있으며, 원가스 온도 이하에서 농축 회수할 수 있기 때문에 VOC의 변성 방지도 가능해지고, 회수한 VOC의 재이용이 가능해진다.

본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위하여, 코터 드라이어의 배기를 VOC 농축 로터의 탈착 존에 통과시키고, 이 탈착 존을 나온 공기를 현열 교환기의 냉각 존에 통과시켜 냉각하며, 이 현열 교환기의 냉각 존에서 나온 공기를 VOC 응축 회수하는 냉각 장치에 통과시키고, 이 냉각 장치를 나온 공기를 VOC 농축 로터의 흡착 존에 통과시키며, 이 흡착 존을 나온 공기를 현열 교환기의 가열 존에 통과시켜 가열하고, 이 현열 교환기의 가열 존에서 나온 공기를 가열 장치에 통과시켜, 이 가열 장치로부터 나온 공기를 코터 드라이어의 건조용 급기에 사용하도록 했다. 또, 냉각 장치로 히트 펌프의 증발기를 이용하고, 가열 장치로 히트 펌프의 응축기를 이용하도록 했다.

장치로부터의 배기를 최대한 없게 하고, 건조에 의한 배기의 열에너지를 현열 교환기로 회수하며, VOC 농축 정화 후의 NMP 농도가 낮은 저온의 공기를 현열 교환기로 가열할 수 있어, 에너지 절약이 된다. 또, 열풍 발생로가 필요하지 않거나 가열 부하가 적은 것으로 할 수 있기 때문에, 이니셜 코스트의 저감이나 공간 절약화와 에너지 절약화가 가능해진다.

상기의 코터 드라이어라면, 코터 드라이어의 배열을 이용하여 VOC 농축 로터에 흡착된 VOC를 탈착시키고, 현열 교환기에 의하여 드라이어 배기의 열회수를 할 수 있으며, VOC의 응축 회수에 사용하는 냉각 장치와 코터 드라이어의 급기에 재이용하는 열풍을 만드는 가열 장치로 히트 펌프를 이용하기 때문에, 장치의 콤팩트화에 의한 이니셜 코스트의 억제와, 운전 중의 에너지 절약에 의한 러닝 코스트의 억제의 양방을 달성할 수 있다.

또, VOC 농축 로터를 사용하여 VOC 응축 회수 전의 VOC 농도를 높게 하고 있기 때문에, VOC 회수 농도 99% 정도의 회수를 할 수 있어, 폐액 생성 코스트의 삭감이 가능해진다. 또, 원가스 온도 이하에서의 VOC 농축 회수를 할 수 있기 때문에, 고온에 의한 VOC의 변성을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 코터 드라이어의 실시예 1에 있어서의 플로도이다.
도 2는 본 발명의 코터 드라이어의 실시예 2에 있어서의 플로도이다.
도 3은 본 발명의 코터 드라이어의 실시예 3에 있어서의 플로도이다.
도 4는 본 발명의 코터 드라이어의 실시예 4에 있어서의 플로도이다.

리튬 이온 이차 전지의 전극 제작 과정에서, 집전체로서의 금속박의 양면에 유기 용제를 포함한 슬러리가 도포되고, 슬러리가 코터 드라이어로 가열되어 고화하는 과정에서 슬러리 내의 유기 용제가 증발한다. 본 발명은, 이 코터 드라이어로부터의 배기의 열회수를 행하고, 이 증발한 유기 용제를 냉각 응축과 흡착 로터에 의한 농축 회수를 조합하여 회수하는 구성으로 되어 있다. 또, 유기 용제를 냉각 응축하는 냉각 장치와 정화 공기를 코터 드라이어의 급기로서 가열하는 가열 장치로 히트 펌프를 이용하고 있기 때문에 건조 장치 전체적으로 에너지 절약이 된다.

실시예 1

이하, 본 발명의 건조 장치의 실시예 1에 대하여 도 1의 플로도에 따라 설명한다. 본 발명의 구성에는, VOC 농축 로터(2), 현열 교환기(6), 냉각 장치(7), 가열 장치(8)가 포함되어 있다. 도면 중의 코터 드라이어(1)는, 일단 또는 복수단으로 구성된 건조로이고, 예를 들면 리튬 이온 이차 전지의 전극 제작의 과정에서, 집전체로서의 금속박의 양면에 유기 용제를 포함한 슬러리가 도포된 것을 건조시키는 것이다. 또한, VOC 농축 로터(2)에는, 세라믹 기재의 허니콤 로터에 제올라이트나 활성탄 등의 VOC 흡착제를 담지한 것이 이용된다. 현열 교환기(6)에는, 알루미늄이나 스테인리스 등의 금속이나 세라믹 기재의 허니콤 로터나 정지(靜止)형의 허니콤 직교 소자가 이용된다. 냉각 장치(7)나 가열 장치(8)에는, 알루미늄이나 스테인리스 등 금속제의 코일 등이 이용된다.

도 1에 나타내는 바와 같이 코터 드라이어(1)로부터의 배기는, VOC 농축 로터(2)의 탈착 존(3)에 보내져, 흡착 존(5)에서 흡착된 VOC를 탈착한다. 탈착 존(3)을 통과한 공기는 현열 교환기(6)의 냉각 존에 보내져, VOC 농축 로터(2)의 흡착 존(5)을 통과한, 저온의 공기와 현열 교환되어 식혀진다. 현열 교환기(6)를 통과하여 식혀진 공기는, 냉각 장치(7)로 보내져 VOC가 냉각 응축되고, 액체의 유기 용제로서 회수된다. 냉각 장치(7)를 통과한 공기는, VOC 농축 로터(2)의 흡착 존(5)으로 보내져, 냉각 응축되지 않고 잔존하고 있는 VOC가 흡착된다. VOC 농축 로터(2)의 흡착 존(5)을 통과한 공기는, 현열 교환기(6)의 가열 존에 보내져, VOC 농축 로터(2)의 탈착 존(3)을 통과한 고온의 공기와 현열 교환되어 데워진다. 현열 교환기(6)의 가열 존을 통과하여 데워진 공기는, 가열 장치(8)로 보내져 가열된 후, 코터 드라이어(1)의 급기로서 재이용된다. 또한, 냉각 장치(7)에는, 히트 펌프의 증발기에 의한 냉각 코일, 가열 장치(8)에는, 히트 펌프의 응축기에 의한 가열 코일이 히트 펌프 회로(9)에 의하여 접속되어 있다. 또한, 히트 펌프의 냉매로서는, 대체 플론 등이 자주 이용되고 있지만, 이산화 탄소를 냉매로 한 히트 펌프 시스템을 채용함으로써, 가열 장치(8)로 가열하는 공기의 온도를 100 이상으로 하는 것이 가능하며, 자연 냉매이기 때문에 지구 온난화의 경감에도 기여할 수 있다. 또, 필요에 따라서, 가열 장치(8)의 후방에 전기 히터나 증기 히터 등의 보조적인 가열 장치를 설치해도 된다. 또한, 보일러의 증기나 다른 설비의 고온 배열 등을, 이 보조적인 가열 장치에 이용할 수 있으면 에너지 절약이 된다.

본 발명의 실시예 1은 이상과 같은 구성으로 이루어지며, 이하 상세를 설명한다. 코터 드라이어(1)의 배열 온도가 100이고, 풍량이 50Nm³/min, NMP 농도가 1000PPM으로 한다. 배기는, VOC 농축 로터(2)의 탈착 존(3)으로 보내진다. 탈착 존(3)의 출구에서는, 가스의 온도가 80, NMP 농도가 1252PPM이 되고, 현열 교환기(6)의 냉각 존으로 보내진다. 현열 교환기(6)의 냉각 존 출구에서는, 열교환 효율을 75%로 하면 가스의 온도가 41가 되고, 냉각 장치(7)로 보내진다. 냉각 장치(7)의 출구에서는, 가스의 온도가 12가 되고, NMP가 냉각 응축되어 회수됨으로써 NMP 농도가 280PPM이 되며, VOC 농축 로터(2)의 흡착 존(5)에 보내진다. 흡착 존(5)의 출구에서는, 가스의 온도가 28가 되고, NMP가 VOC 농축 로터(2)의 흡착 존(5)에서 흡착되기 때문에, NMP 농도가 28PPM이 되며, 현열 교환기(6)의 가열 존으로 보내진다. 현열 교환기(6)의 가열 존 출구에서는, 가스의 온도가 67가 되고, 가열 장치(8)로 보내진다. 가열 장치(8)의 출구에서는, 가스의 온도가 100가 되고, 코터 드라이어(1)의 급기로서 재이용된다.

실시예 2

다음으로 본 발명의 건조 장치의 실시예 2에 대하여 도 2의 플로도에 따라 설명한다. 또한, 건조 장치의 기기 구성은, 도 1의 실시예 1과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다. 도 1의 실시예 1에서는, VOC 농축 로터(2)를 흡착 존(5)과 탈착 존(3)의 2분할로 한 것을 사용했지만, 실시예 2에서는, 새로 퍼지 존(4)을 마련하여 3분할로 한 VOC 농축 로터(2)를 이용했다. 냉각 장치(7)로 보내기 전의 가스의 일부, 5Nm³/min이 VOC 농축 로터(2)의 퍼지 존(4)으로 보내지고, 퍼지 존(4)을 통과한 가스는, 코터 드라이어(1)로부터의 배기와 혼합되어, VOC 농축 로터(2)의 탈착 존(3)으로 보내진다. 탈착 존(3)의 출구에서는, 가스의 온도가 80, 풍량이 55Nm³/min, NMP 농도가 1138PPM이 되고, 현열 교환기(6)의 냉각 존으로 보내진다. 또한, 실시예 2에서는, 퍼지 존(4)으로 보내는 공기로 냉각 장치(7)로 보내기 전의 가스를 이용했지만, 이에 한정하는 것은 아니고, 냉각 장치(7)를 통과한 후의 가스나, VOC 농축 로터(2)의 흡착 존(5)을 통과한 후의 가스, 혹은 직접 건조 장치 밖의 외기(外氣)를 이용해도 된다.

실시예 3

다음으로 본 발명의 건조 장치의 실시예 3에 대하여 도 3의 플로도에 따라 설명한다. 또한, 실시예 1, 2와 중복되는 설명은 생략한다. 실시예 1, 2에서는, VOC 농축 로터(2)를 사용하여 코터 드라이어(1)로부터의 배기의 VOC 농도를 높였지만, 실시예 3에서는, VOC 농축 로터(2)를 사용하지 않는 구성으로 했다. 실시예 1, 2와 동일하게, 코터 드라이어(1)의 배열 온도가 100이고, 풍량이 50Nm³/min, NMP 농도가 1000PPM으로 한다. 배기는, 현열 교환기(6)의 냉각 존으로 보내지고, 현열 교환기(6)의 냉각 존을 통과한 공기는, 열교환 효율을 75%로 하면 가스의 온도가 34가 되며, 냉각 장치(7)로 보내진다. 냉각 장치(7)의 출구에서는, 가스의 온도가 12가 되고, NMP가 냉각 응축되어 회수됨으로써 NMP 농도가 280PPM이 되며, 현열 교환기(6)의 가열 존으로 보내진다. 현열 교환기(6)의 가열 존 출구에서는, 가스의 온도가 78가 되고, 가열 장치(8)로 보내진다. 가열 장치(8)의 출구에서는, 가스의 온도가 100가 되고, 코터 드라이어(1)의 급기로서 재이용된다. 이 경우, 재이용하는 급기의 NMP 농도가 280PPM으로 실시예 1, 2보다 높아진다. 그러나, VOC 농축 로터(2)를 사용하고 있지 않으므로, 그만큼, 장치가 콤팩트해지기 때문에 이니셜 코스트가 억제된다. 또, VOC 농축 로터(2)를 가동시키는 에너지가 불필요해지기 때문에 러닝 코스트도 억제할 수 있다.

실시예 4

다음으로 본 발명의 건조 장치의 실시예 4를 도 4의 플로도에 나타낸다. 또한, 건조 장치의 기기 구성은, 도 1의 실시예 1과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다. 실시예 4에서는, VOC 농축 로터(2)의 탈착 존(3)을 통과한 공기의 일부를 분기시키고, 탈착 존(3)의 출구측으로부터 입구측에 마련한 순환로(10)를 통과시켜, VOC 농축 로터(2)의 탈착 존(3)의 입구측으로 되돌려 보내는 구성으로 했다. 이는, 코터 드라이어(1)로부터의 배기 온도의 저하나 배기 풍량의 저하에 의하여 VOC 농축 로터(2)의 성능이 저하된 경우, 탈착 존(3)을 통과한 공기의 일부를 순환시킴으로써, 코터 드라이어(1)로부터의 배기 풍량을 넘는 풍량을 탈착 존(3)에 통과시켜, VOC 농축 로터(2)의 성능을 회복시키기 위한 것이다. 순환로(10)를 통과하는 풍량에 대해서는, 순환로에 마련한 송풍기(도시하지 않음)나 통기로에 마련한 댐퍼(도시하지 않음) 등에 의하여 적절히 조정한다. 또한, 실시예 1~실시예 4에서는, 냉각 장치(7)와 가열 장치(8)로 히트 펌프를 이용하고 있지만, 설치 스페이스의 문제로 히트 펌프 장치나 배관을 설치할 수 없는 경우나, 다른 설비 등으로 냉각이나 가열용의 열원이 있는 경우 등은, 히트 펌프를 이용하지 않는 구성으로 해도 된다.

본 발명은, 리튬 이온 이차 전지에 이용되는 전극판 제조 공정이나 자기 기록 매체의 제조 공정 등의 유기 용제를 배기에 포함시키는 건조 공정으로부터 유기 용제를 회수하는 장치에 있어서, 이니셜 코스트와 러닝 코스트를 저감시킨 장치를 제공한다.

1 코터 드라이어 2 VOC 농축 로터
3 탈착 존 4 퍼지 존
5 흡착 존 6 현열 교환기
7 냉각 장치 8 가열 장치
9 히트 펌프 회로 10 순환로

Claims

유기 용제를 함유하는 피건조물을 건조하는 일단 또는 복수단의 드라이어를 마련한 건조 장치로서, 상기 드라이어로부터의 배기를 VOC 농축 로터의 탈착 존에 통과시키고, 상기 탈착 존을 통과한 공기의 일부를 분기하고 풍량 조정하여 상기 탈착 존의 입구로 되돌리게 하고, 나머지 일부를 현열 교환기의 냉각 존에 통과시키며, 상기 냉각 존을 통과한 공기를 냉각 장치로 냉각하여 상기 유기 용제를 응축 회수하고, 상기 냉각 장치를 통과한 공기를 상기 VOC 농축 로터의 흡착 존에 통과시켜 용제를 흡착 회수하며, 상기 흡착 존을 통과한 정화 공기를 상기 현열 교환기의 가열 존에 통과시키고, 상기 가열 존을 통과한 공기를 가열 장치에 통과시키며, 상기 가열 장치를 통과한 공기를 상기 드라이어에 급기하는 건조 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 장치와 상기 가열 장치에 히트 펌프 회로를 마련한 건조 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 히트 펌프 회로의 냉매로 이산화 탄소를 이용한 건조 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
유기 용제를 함유하는 피건조물을 건조하는 일단 또는 복수단의 드라이어를 마련한 건조 장치로서, 상기 드라이어로부터의 배기를 VOC 농축 로터의 퍼지 존을 나온 공기와 혼합하여 상기 VOC 농축 로터의 탈착 존에 통과시키고, 상기 탈착 존을 통과한 공기를 현열 교환기의 냉각 존에 통과시키고, 상기 냉각 존을 통과한 공기의 일부를 상기 퍼지 존으로 통과시키고, 나머지 일부의 공기를 냉각 장치로 냉각하여 상기 유기 용제를 응축 회수하며, 상기 냉각 장치를 통과한 공기를 상기 VOC 농축 로터의 흡착 존에 통과시켜 용제를 흡착 회수하고, 상기 흡착 존을 통과한 정화 공기를 상기 현열 교환기의 가열 존에 통과시키고, 상기 가열 존을 통과한 공기를 가열 장치에 통과시키며, 상기 가열 장치를 통과한 공기를 상기 드라이어에 급기하는 건조 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 냉각 장치와 상기 가열 장치에 히트 펌프 회로를 마련한 건조 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 히트 펌프 회로의 냉매에 이산화 탄소를 이용한 건조 장치.