KR20190009693A - 제습 공조 장치 - Google Patents

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코지 이노우에
아야코 쿠로다
히토미 니시코쿠바루
카즈유키 요시다
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가부시키가이샤 세이부 기켄
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Abstract

저습도 작업실 내의 이산화탄소 농도를 100ppm 이하로 제어할 수 있는 제습 공조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 외기를 프리쿨러에서 냉각 제습하고, 이산화탄소를 흡착하는 이산화탄소 흡착 로터의 흡착 존에 통과시키고, 이로써 이산화탄소 농도가 낮아진 공기를 인터쿨러에서 냉각하며, 인터쿨러를 통과한 공기의 일부를 분기하여 습기 흡착 로터의 흡착 존을 통과시켜 저습도 작업실에 공급하며, 저습도 작업실로부터의 환기를 프리쿨러를 나온 공기와 혼합시키고, 인터쿨러를 통과한 공기의 일부를 분기하여, 습기 흡착 로터의 퍼지 존을 통과시켜, 습기 흡착 로터의 재생 존에 보내도록 하고, 습기 흡착 로터의 재생 존을 통과한 공기와 외기를 혼합시켜, 이산화탄소 흡착 로터의 재생 존에 통과시킨 후, 장치 밖으로 배기하도록 했다.

Description

제습 공조 장치{DEHUMIDIFICATION AIR CONDITIONING APPARATUS}
본 발명은, 리튬 이온 전지의 제조 플랜트에 적합한 제습 공조 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 전지의 제조 플랜트는, 제습을 행하지 않으면 리튬 이온 전지의 품질에 문제가 발생한다. 즉 리튬은 수분과 강하게 반응하기 때문에, 리튬 이온 전지의 제조 플랜트는 노점(露點)을 섭씨 마이너스 30도 이하(이후, 온도는 모두 "섭씨"로 함)로 설정할 필요가 있다.
또, 리튬 이온 전지의 니켈계 정극재(正極材)는, 물과 이산화탄소를 흡착하여, 정극재 내부로부터 용출된 리튬 이온과 리튬 화합물을 형성함으로써, 전극의 열화나 전지의 사이클 특성이 나빠진다는 것이 해명되어 있다.
이와 같이 저노점에서 이산화탄소 농도가 낮은 환경을 만들기 위해서는, 액체 질소를 기화시켜 플랜트 내의 공기를 질소로 치환시키는 수단이 있지만, 이 방법으로는, 플랜트 내에 사람이 들어갈 수 없게 된다는 문제가 있다.
따라서, 저노점 환경을 만드는 데에 습기 흡착제를 이용한 흡착식 제습 공조 장치를 이용하는 수단이 현실적이며, 많은 플랜트가 이 수단을 이용하고 있지만, 이산화탄소 농도를 낮출 수 없다는 문제가 있다.
따라서 이산화탄소 농도가 낮은 저노점 환경을 만드는 기술로서 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에 개시된 것은, 실내의 노점 제어를 고정밀도로 행하여, 이산화탄소 농도도 낮출 수 있는 기술이지만, 수산화 나트륨 등의 이산화탄소 흡착제를 이용하고 있어, 시간이 경과하여 이산화탄소 흡착 능력이 저하된 경우, 새로운 이산화탄소 흡착제로 교환할 필요가 있었다.
또, 특허문헌 1의 이산화탄소 흡착제 교환의 문제를 해결하는 기술로서 특허문헌 2가 있다. 특허문헌 2에 개시된 것은, 습기 및 이산화탄소 흡착 로터를 이용하여, 이 로터의 회전수를 제어함으로써, 실내의 노점과 이산화탄소 농도를 제어하는 것이다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2014-97437호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2016-2519호
상기한 바와 같이, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 것은, 실내의 이산화탄소 농도를 낮춘 저노점 환경을 만드는 것이지만, 어느쪽도 실내의 용량이 1~3m3 정도로 비교적 작은 글로브 박스용 장치이며, 사람의 습분(濕分)이 실내에 들어가지 않도록 고무제 등의 글로브가 장착되어 있다. 따라서, 리튬 이온 전지의 제조 플랜트와 같이, 사람이 실내에 들어가 작업하는 드라이 룸과 같은 저습도 작업실에는 적용할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해소하기 위하여 이루어진 것이며, 비교적 실내의 용량이 크고, 사람이 안에 들어가 작업하는 것이 가능한 저습도 작업실 내의 이산화탄소의 농도를 낮출 수 있는 제습 공조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 외기(外氣)를 냉각하는 프리쿨러를 갖고, 프리쿨러에 의하여 냉각 제습된 공기를 이산화탄소 흡착 로터의 흡착 존에 통과시키고, 이로써 이산화탄소 농도가 낮아진 공기를 습기 흡착 로터의 흡착 존에 통과시켜, 이산화탄소 농도가 낮은 건조 공기를 실내에 공급하도록 하는 것을 가장 주요한 특징으로 한다.
본 발명의 제습 공조 장치는, 이산화탄소 흡착 로터와 습기 흡착 로터를 이용하여, 드라이 룸 등의 건조실 내의 노점 온도를 낮추고, 또한 이산화탄소 농도도 낮출 수 있다.
또, 이산화탄소 흡착 로터의 종류를 변경함으로써, 드라이 룸으로부터의 제습 공조 장치로의 환기가 있는 경우와, 환기할 수 없는 원패스 장치를 제공하는 것이 가능해졌다.
도 1은 본 발명의 제습기의 실시예 1을 나타낸 플로도이다.
도 2는 본 발명의 제습기의 실시예 2를 나타낸 플로도이다.
본 발명은, 이산화탄소 흡착 로터의 흡착 존을 통과하여 저이산화탄소 농도가 된 공기를 습기 흡착 로터의 흡착 존을 통과하여 실내에 공급하도록 하여, 공급 공기의 이산화탄소 농도를 낮추고 저노점으로 하는 제습 공조 장치를 제공한다는 목적을 실현했다.
실시예 1
이하, 본 발명의 실시예 1을 나타내는 도 1을 따라 설명한다. 외기(OA)는 에어 필터(도시하지 않음)에 의하여 진애가 제거된다. 이 외기는 프리쿨러(8)에 의하여 냉각되어 결로로 인한 제습이 행해진다. 프리쿨러(8)를 나온 공기는 밸브(22)에 의하여 풍량 조정되고, 팬(10)에 의하여 저습도 작업실(12)로부터의 환기(RA)와 혼합되어 이산화탄소 흡착 로터(1)의 흡착 존(2)을 통과한다.
이산화탄소 흡착 로터(1)는, 이산화탄소의 흡착 성능에 대하여 습도의 영향을 주지 않도록 이하와 같은 재료를 사용하여 제작되고 있다. 유리 섬유지, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)나 PP(폴리프로필렌) 등 수지제의 섬유지, 알루미늄 등의 금속박, 수지 시트 등의 불연성의 시트를 코러게이트(파형) 가공하여 로터 형상으로 권취하여 가공한 것으로, 무기계 바인더 혹은 아세트산 바이닐계나 아크릴계 등의 유기계 바인더를 사용하여, 60도 이하의 저온에서 재생 가능한 아민 담지 고체 흡수제가 담지되어 있다. 허니콤 로터에 이산화탄소를 흡착하는 실리카, 제올라이트, 이온 교환 수지 등을 담지한 공지의 것이다. 그리고 이산화탄소 흡착 로터(1)는, 흡착 존(2), 재생 존(3)으로 분할되어 있다. 이산화탄소 흡착 로터(1)는 기어드 모터(도시하지 않음) 등에 의하여 회전 구동된다.
흡착 존(2)을 통과하여 이산화탄소 농도가 낮아진 공기는, 팬(10)을 통과하여 인터쿨러(9)에 보내진다. 인터쿨러(9)를 통과한 공기는, 노점 섭씨 마이너스 10도(이하 "-10℃D.P."라고 함) 이하의 저노점역에서는 습기와 동시에 이산화탄소도 흡착하는 습기 흡착 로터(4)의 흡착 존(5)과 퍼지 존(7)에 보내지도록 2개로로 분기되어 있다. 흡착 존(5)을 통과하여 이산화탄소 농도가 낮고 저노점이 된 공기는, 애프터쿨러(11)에서 소정의 온도까지 낮춰져 저습도 작업실(12)에 공급된다.
또 퍼지 존(7)을 통과한 공기는, 재생 히터(13)와 재생 히터(14)에서 -10℃D.P. 이하의 저노점역에서는 습기와 동시에 이산화탄소도 흡착하는 습기 흡착 로터(4)의 재생에 필요한 온도까지 가열되어 재생 존(6)에 보내진다. 이번에는, 증기 등의 공장 배열(排熱)을 재생 히터(13)의 재생 공기의 가열의 열원으로 사용했기 때문에, 2대의 재생 히터를 이용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 1대의 재생 히터에서 습기 흡착 로터(4)의 재생을 행해도 된다.
재생 존(6)을 나온 공기는, 밸브(30)에 의하여 풍량 조정된 외기(OA2)와 혼합되어 팬(16)을 통과한 후, 재생 히터(15)에서 가열되어 이산화탄소 흡착 로터(1)의 재생 존(3)에 보내진다. 여기에서 재생 존(6)을 나온 공기와 외기(OA2)를 혼합하는 것은, 재생 풍량을 늘려 재생 존(3)에서 탈착하는 이산화탄소의 양을 늘리는 것에 더하여, 이산화탄소 흡착 로터(1)의 재생 공기의 절대 습도를 높임으로써, 이산화탄소 흡착 로터(1)에 담지된 아민 담지 고체 흡수제의 이산화탄소 탈착 능력을 향상시키기 위해서이다. 또, 외기(OA2)를 도입하지 않는 경우와 비교하여, 재생 존(3)으로부터 흡착 존(2)에 반입되는 습분의 양도 증가하므로, 아민 담지 고체 흡수제가 갖는 아미노기와 이산화탄소의 결합 반응이 촉진되기 때문에, 흡착 존(2)에서의 이산화탄소 흡착 능력도 향상된다. 이산화탄소 흡착 로터(1)의 재생 존(3)을 통과한 공기는 밸브(21)에 의하여 풍량 조정되어 배기(EA)로서 외부로 방출된다. 또한, 재생 히터(15)의 열원에는, 프리쿨러(8)의 히트 펌프 배열을 이용하기 때문에, 시스템의 에너지 절약성 향상도 실현되었다.
프리쿨러(8)의 히트 펌프 회로를 도 1에 파선(破線)으로 나타낸다. 히트 펌프 회로는, 압축기(17), 프리쿨러(8)에 이용하는 증발기, 재생 히터(15)와 방열용 응축기(18)에 이용하는 2개의 응축기, 팽창 밸브(19)로 구성된다. 압축기(17)로부터 나오는 가스화된 냉매는, 재생 히터(15)의 응축기에 보내진다. 또한, 재생 존(3)에 보내지는 공기의 온도를 온조기(溫調機)(도시하지 않음) 등으로 계측하고, 재생 히터(15)에 보내지는 가스와, 재생 히터(15)를 통과하지 않고 압력 조정 밸브(20)에 의하여 바이패스되는 가스로 분기하여, 가스의 유량을 제어함으로써, 소정의 재생 온도로 조정된다. 재생 히터(15)를 통과한 가스는, 방열용 응축기(18)에 보내진다. 그 후, 액화된 냉매는 팽창 밸브(19)에 의하여 감압 팽창되어, 프리쿨러(8)에 이용하는 증발기에 공급되어 처리 공기를 냉각하고, 압축기(17)로 되돌아와 순환계를 형성한다.
여기에서, 저습도 작업실(12)의 체적이 1188m3이고 재실 인원수가 8명인 경우, 외기가 여름 조건으로서, 온도 35도, 노점 온도 30.1도로 하고, 외기 처리 풍량(OA) 2,619m3/h, 저습도 작업실(12)로의 공급 공기 풍량(SA) 7,916m3/h, 환기풍량(RA) 6,728m3/h로 하면, 저습도 작업실(12)로의 공급 공기의 온도가 15.5도, 노점 온도가 -63도, 이산화탄소 농도가 50ppm이 된다. 또한, 이때의 이산화탄소 흡착 로터(1)의 재생 히터(15)의 출구 온도는 55도이고, 습기 흡착 로터(4)의 재생 히터(14)의 출구 온도는 220도가 된다.
실시예 2
다음으로, 본 발명의 실시예 2를 나타내는 도 2를 따라 설명한다. 실시예 1에서는, 저습도 작업실(12)로부터의 환기(RA)를 사용했지만, 저습도 작업실 내에서 발화성이 강한 유기 용제 가스가 발생하거나, 인체에 유해한 가스가 발생하거나, 이산화탄소 흡착 로터(1)나 습기 흡착 로터(4)를 열화시키는 것과 같은 가스가 발생하거나 하여, 저습도 작업실(12)로부터의 환기(RA)를 사용할 수 없는 경우 등의 실시예이다. 외기(OA)는 에어 필터(도시하지 않음)에 의하여 진애가 제거된다. 이 외기는 프리쿨러(8)에 의하여 냉각되어 결로로 인한 제습이 행해진다. 프리쿨러(8)를 나온 공기는 밸브(22)에 의하여 풍량 조정되어, 팬(10)에 의하여 2개로로 분기되어, 이산화탄소 흡착 로터(1)의 흡착 존(2)과 퍼지 존(23)을 통과한다.
습도의 영향을 받기 어려운 이산화탄소 흡착 로터(1)는, 유리 섬유지나 세라믹 섬유지 등의 불연성의 시트를 코러게이트(파형) 가공하여 로터 형상으로 권취하여 가공한 것으로, 무기계 바인더 등을 사용하여, 습도가 있어도 이산화탄소를 흡착 가능한 탄산 칼륨, 탄산 나트륨, 이온 액체나 Ce의 산화물로 이루어지는 이산화탄소 포착재 등이 담지되어 있다. 그리고 이산화탄소 흡착 로터(1)는, 흡착 존(2), 재생 존(3), 퍼지 존(23)으로 분할되어 있다. 이산화탄소 흡착 로터(1)는 기어드 모터(도시하지 않음) 등에 의하여 회전 구동된다.
팬(10)을 통과하고 흡착 존(2)을 통과하여 이산화탄소 농도가 낮아진 공기는, 인터쿨러(9)에 보내진다. 인터쿨러(9)를 통과한 공기는, -10℃D.P. 이하의 저노점역에서는 습기와 동시에 이산화탄소도 흡착하는 13X 제올라이트, 또는 5A 제올라이트, 또는 LSX 제올라이트가 담지된 로터(4)의 흡착 존(5)과 퍼지 존(7)에 보내도록 2개로로 분기되어 있다. 흡착 존(5)을 통과하여 더 이산화탄소 농도가 낮고 -50℃D.P. 이하의 초저노점이 된 공기는, 애프터쿨러(11)에서 소정의 온도까지 낮춰져 저습도 작업실(12)에 공급된다.
또 퍼지 존(7)을 통과한 공기는, 재생 히터(13)와 재생 히터(14)에서 습기 흡착 로터(4)의 재생에 필요한 온도까지 가열되어 재생 존(6)에 보내진다. 이번에는, 증기 등의 공장 배열을 재생 히터(13)의 재생 공기의 가열의 열원으로 사용했기 때문에, 2대의 재생 히터를 이용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 1대의 재생 히터에서 습기 흡착 로터(4)의 재생을 행해도 된다.
재생 존(6)을 나온 공기는, 팬(27)을 통과하여, 밸브(30)에 의하여 풍량 조정된 외기(OA2)와 이산화탄소 흡착 로터(1)의 퍼지 존(23)을 통과한 공기와 혼합된 후, 재생 히터(15)와 재생 히터(29)에서 가열되어 이산화탄소 흡착 로터(1)의 재생 존(3)에 보내진다. 재생 존(3)을 통과한 공기는 밸브(21)에 의하여 풍량 조정되어 배기(EA)로서 외부로 방출된다. 또한 습기 흡착 로터(4)의 재생과 동일하게 2대의 재생 히터를 이용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 1대의 재생 히터에서 이산화탄소 흡착 로터(1)의 재생을 행해도 된다.
여기에서, 저습도 작업실(12)의 체적이 440m3이고 재실 인원수가 0명인 경우, 외기가 여름 조건으로서, 온도 35도, 노점 온도 27로 하고, 외기 처리 풍량(OA) 10,570m3/h, 저습도 작업실(12)로의 공급 공기 풍량(SA) 6,786m3/h로 하면, 공급 공기의 온도가 25도, 노점 온도가 -50도, 이산화탄소 농도가 30ppm이 된다. 또한, 이때의 이산화탄소 흡착 로터(1)의 재생 히터(29)의 출구 온도는 220도이고, -10℃D.P. 이하의 저노점역에서는 습기와 동시에 이산화탄소도 흡착하는 로터(4)의 재생 히터(14)의 출구 온도는 220도가 된다.
산업상 이용가능성
본 발명은, 상기한 바와 같이 이산화탄소 흡착 로터와, -10℃D.P. 이하의 저노점역에서는 습기와 동시에 이산화탄소도 흡착하는 로터를 사용함으로써, 저습도 작업실 내의 이산화탄소 농도를 100ppm 이하로 제어할 수 있는 제습 공조 장치를 제공할 수 있다.
1 이산화탄소 흡착 로터
2 흡착 존
3 재생 존
4 습기 흡착 로터
5 흡착 존
6 재생 존
7 퍼지 존
8 프리쿨러
9 인터쿨러
10 팬
11 애프터쿨러
12 저습도 작업실
13 재생 히터
14 재생 히터
15 재생 히터
16 팬
17 압축기
18 방열용 응축기
19 팽창 밸브
20 압력 조정 밸브
21 밸브
22 밸브
23 퍼지 존
24 밸브
25 팬
26 밸브
27 팬
28 밸브
29 재생 히터
30 밸브

Claims (6)

  1. 적어도 재생 존과 흡착 존의 2개의 존으로 분할된 이산화탄소 흡착 로터와, 적어도 재생 존과 흡착 존과 퍼지 존의 3개의 존으로 분할된 습기 흡착 로터를 갖고, 외기를 프리쿨러에서 냉각 제습하여 상기 이산화탄소 흡착 로터의 흡착 존에 통과시키며, 상기 흡착 존을 통과한 공기를 인터쿨러에서 냉각하고, 상기 인터쿨러를 통과한 공기의 일부를 분기하여, 상기 습기 흡착 로터의 퍼지 존에 보내도록 하며, 나머지 일부를 상기 습기 흡착 로터의 흡착 존에 보내고, 상기 습기 흡착 로터의 흡착 존을 통과한 공기를 애프터쿨러에서 온도 조정하여 공급 공기로서 공급처에 공급하며, 상기 공급처로부터의 환기를 상기 프리쿨러를 통과한 공기와 혼합하고, 상기 인터쿨러를 통과한 공기의 일부를 분기하며, 상기 습기 흡착 로터의 퍼지 존을 통과시키고 재생 히터에서 가열하여 상기 습기 흡착 로터의 재생 존에 통과시키며, 상기 습기 흡착 로터의 재생 존을 통과한 공기와 일부 외기를 혼합시킨 후, 재생 히터에서 가열하여 상기 이산화탄소 흡착 로터의 재생 존에 통과시키고, 상기 이산화탄소 흡착 로터의 재생 존을 통과한 공기를 장치 밖으로 배기하는 것을 특징으로 하는 제습 공조 장치.
  2. 청구항 1 있어서,
    상기 프리쿨러의 히트 펌프의 응축기를 상기 이산화탄소 흡착 로터의 재생 히터로 한 것을 특징으로 하는 제습 공조 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡착 로터에는, 무기계 바인더 혹은 아세트산 바이닐계나 아크릴계 등의 유기계 바인더를 사용하여, 아민 담지 고체 흡수제가 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 제습 공조 장치.
  4. 적어도 재생 존과 흡착 존과 퍼지 존의 3개의 존으로 분할된 이산화탄소 흡착 로터와, 적어도 재생 존과 흡착 존과 퍼지 존의 3개의 존으로 분할된 습기 흡착 로터를 갖고, 외기를 프리쿨러에서 냉각 제습하며, 상기 프리쿨러를 통과한 공기의 일부를 분기하여, 상기 이산화탄소 흡착 로터의 퍼지 존에 보내도록 하고, 나머지 일부를 상기 이산화탄소 흡착 로터의 흡착 존에 통과시키며, 상기 이산화탄소 흡착 로터의 흡착 존을 통과한 공기를 인터쿨러에서 냉각하고, 상기 인터쿨러를 통과한 공기의 일부를 분기하여, 상기 습기 흡착 로터의 퍼지 존에 보내도록 하며, 나머지 일부를 상기 습기 흡착 로터의 흡착 존에 통과시키고 애프터쿨러에서 온도 조정하여 공급 공기로서 공급처에 공급하며, 상기 습기 흡착 로터의 퍼지 존을 통과시킨 공기를 재생 히터에서 가열하여 상기 습기 흡착 로터의 재생 존에 통과시키고, 상기 습기 흡착 로터의 재생 존을 통과한 공기와 일부 외기와 상기 이산화탄소 흡착 로터의 퍼지 존을 통과한 공기를 혼합시킨 후, 재생 히터에서 가열하여 상기 이산화탄소 흡착 로터의 재생 존에 통과시키며, 상기 이산화탄소 흡착 로터의 재생 존을 통과한 공기를 장치 밖으로 배기하는 것을 특징으로 하는 제습 공조 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡착 로터에는, 무기계 바인더를 사용하여, Ce의 산화물로 이루어지는 이산화탄소 포착재가 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 제습 공조 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습기 흡착 로터는, -10℃D.P. 이하의 노점역에서는 습기와 동시에 이산화탄소도 흡착하는 것을 특징으로 하는 제습 공조 장치.
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