TW201424959A

TW201424959A - 手模式操作箱

Info

Publication number: TW201424959A
Application number: TW102139483A
Authority: TW
Inventors: Hitomi Nishikokubaru; Kouji Inoue; Hiroshi Okano
Original assignee: Seibu Giken Kk
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-07-01
Also published as: JP2014097437A; JP6138457B2; CN103802138A; KR20140061228A; KR102074708B1; CN103802138B; TWI590932B

Abstract

提供一種能降低乾燥室內的二氧化碳濃度的手模式操作箱。將除濕旋轉器相對其旋轉方向分為吸附區(2)、淨化區(3)、再生區(4)，設置使空氣經過再生區(4)而進行再迴圈的再生迴圈路徑，使外部空氣與再生迴圈空氣的一部分混合後進行冷卻，在此基礎上，使之通過填充有鹼金屬氫氧化物或堿土類金屬氫氧化物組成的二氧化碳吸收劑的二氧化碳吸收罐(10)，之後使之通過吸附區(2)，將通過了吸附區(2)的空氣供給至乾燥室(16)供給，並且，使該空氣經回流空氣閥(18)而進入冷卻裝置(22)，使該冷卻乾燥空氣再次返回直到吸附區(2)。

Description

手模式操作箱

本發明係有關於手模式操作箱，所謂手模式操作箱(globe box)是指可以保持其內部在極低濕度的狀態，能夠從箱的外部經由密封的手套(globe)來插入手，利用箱內的乾燥環境進行實驗等的設備。廣泛用於工廠、實驗室、分析室等，是需要在乾燥環境下進行實驗的必不可少的設備。本發明提供一種不僅可以精確控制箱體內空氣露點(Dew point)，而且可以極大降低供應空氣中的二氧化碳濃度的手模式操作箱。

在特定的箱體中對空氣進行除濕時，利用冷凍機對空氣進行冷卻結露除濕的方法雖然能耗很少，但是要將空氣的濕度降低到露點溫度達到零下是很困難的。

然而近年來，鋰離子電池(鋰電池)、鋰離子電容(鋰電容)等的開發與改良的研發競爭日趨激烈。由於鋰化合物很容易吸附空氣中的水分，而使電池和電容的性能劣化，所以此類產品的研發實驗過程需要在極低露點的空氣環境，或者通過液氮氣化方式提供氮氣，對操作箱中的空氣進行淨化，提供低濕度環境進行實驗。採用液氮方式時，不僅實驗前要準備液氮，實驗中還要持續消耗液氮，因此運行成本增加是該方法的最大問題。

而且，作為代替液晶顯示幕而被期待的新一代有機發光平板顯示器中，所使用的有機發光元件(有機EL)是固體發光型的廉價大面積全彩色顯示元件，同時也被認為有希望作為寫入光源陣列使用，因此其研究開發工作也在積極展開。但是有機發光二極體中使用的有機發光材料等有機物質和電極等的材料很怕水分，與空氣中的水分接觸會導致其性能和特性急劇劣化。因此，在進行這些開發實驗時，需要在極低露點的空氣環境中，或是通過氣化液氮所得到的氮氣來淨化箱體中的空氣進行實驗。

再者，從鋰離子電池情況看，空氣中若有二氧化碳，則會有專利文獻1中所闡述的性能劣化的問題。專利文獻1指出在鋰離子電池電極的製造工序中，要除去二氧化碳的影響。可以通過爆氣法，使空氣在氫氧化鈉溶液中通過，從而除去二氧化碳。但是，在生產鋰離子電池的工序中，乾燥空氣是必要的。採用爆氣法來除去二氧化碳，會導致空氣濕度上升的問題。

另外，在專利文獻2中提出了胺系列物質作為二氧化碳吸收劑，用溶液來吸收二氧化碳，此法也有加濕空氣的問題。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻：JP特開平09-320598號公報

專利文獻：JP特開平06-343858號公報

如上所記載，專利文獻1和專利文獻2所公開的方案，存在吸附二氧化碳或吸收過程中出現空氣濕度升高的問題。難以像根據本發明那樣將提供露點在零下10度到零下80度的乾燥空氣，因此難以採納。

本發明是為了解決前面記述的課題而創造的，目的在於，除去包含在乾燥空氣中的二氧化碳，以提供降低二氧化碳的濃度的同時露點也能被降低的手模式操作箱。

本發明提供一種手模式操作箱，其主要特徵在於：具有除濕旋轉器，除濕旋轉器在其旋轉方向被分為吸附區、再生區、淨化區；設置使空氣經過再生區而進行再迴圈的再生迴圈路徑，使外部空氣與再生迴圈空氣的一部分混合後進行冷卻，在此基礎上，使之通過填充有鹼金屬氫氧化物或堿土類金屬氫氧化物組成的二氧化碳吸收劑的二氧化碳吸收罐，之後使之通過吸附區，將通過了吸附區的空氣供給至乾燥室供給，並且，使該空氣經回流空氣閥而進入冷卻裝置，使該冷卻乾燥空氣再次返回直到吸附區。

本發明的手模式操作箱，為了使通過了除濕旋轉器再生區的空氣進行迴圈，使其中一部分和外氣混合後冷卻，使相對濕度較高的空氣通過吸收二氧化碳的罐，由於二氧化碳吸附作用很強，所以能夠使乾燥室內的二氧化碳濃度下降。

此外，使通過了除濕旋轉器的再生區的空氣進行迴圈，能夠達到耗能浪費少的效果。進而，因迴圈，使得排氣少，所以本發明手模式操作箱可容易地設置在乾淨房間的內部。而且，由於進行迴圈，使得再生加熱器能耗小，進而能夠延長再生加熱器的壽命。

另外，利用吸附區的迂回(bypass)和乾燥室的迂回(bypass)，來調節乾燥室內的濕度，提高了濕度調節的回應性，更適於容積小的手模式操作箱的濕度調節。

1‧‧‧除濕旋轉器(DHR)

2‧‧‧吸附區

3‧‧‧淨化區

4‧‧‧再生區

5‧‧‧吸氣閥(VD)

6‧‧‧篩檢程式(AF)

7‧‧‧預冷器(PC1)

8‧‧‧溫度感測器(TS)

9‧‧‧溫度感測器(TS)

10‧‧‧二氧化碳吸收罐

11‧‧‧吸附吹風機(P)

12‧‧‧旁通路徑

13‧‧‧電動閥(MV)

14‧‧‧後加熱器

15‧‧‧後篩檢程式

16‧‧‧乾燥室

17‧‧‧供給閥(VD)

18‧‧‧回流空氣閥(VD)

19‧‧‧返回閥(VD)

20‧‧‧溫度感測器(TS)

21‧‧‧濕度感測器(DP)

22‧‧‧預冷器(PC2)

23‧‧‧溫度感測器(TS)

24‧‧‧淨化閥(VD)

25‧‧‧再生加熱器(RH)

26‧‧‧溫度感測器(TS)

27‧‧‧溫度感測器(TS)

28‧‧‧再生吹風機(FR)

29‧‧‧再生迴圈閥(VD)

30‧‧‧再生返回閥(VD)

圖1是表示本發明的手模式操作箱的實施例的流程圖。

在本發明中，將除濕旋轉器相對於其旋轉方向而分為吸附區、再生區、淨化區，並且設置旁通路徑。該旁通路徑具有特定路徑和流量控制裝置，該特定路徑用於，在使外部空氣與再生迴圈空氣的一部分混合後進行冷卻之後，使提高了相對濕度的空氣，通過填充了二氧化碳吸收劑的二氧化碳吸收罐；該流量控制裝置用於，使吸附區的上游側及下游側相連通。在本發明中，針對手模式操作箱內的露點，將再生溫度比例控制和使用前述旁通徑路的旋轉器旁通(rotor bypass)流量控制進行搭配使用，從而能夠實現低能耗高精度的露點控制，且實現提供箱內低二氧化碳濃度的手模式操作箱的目的。

第一實施例

下面參照圖1說明本發明的實施例。圖中示出了除濕旋轉器1，其裝載了矽膠或沸石等的吸濕劑，呈蜂巢轉輪(honeycomb rotor)狀。馬達(GM)帶動除濕旋轉器1旋轉，按其旋轉方向，分為以下各區(吸附區2、淨化區3、再生區4)。下面說明中的溫度全為攝氏。

即，在吸附區2中，空氣中的水分被除濕旋轉器1 所吸附。圖還示出了淨化區3、再生區4。利用通過再生區4的高溫空氣，使除濕旋轉器1所吸附的水分脫離。還示出了吸氣閥5，其用來調整外氣(外部空氣)(OA)導入量，並且通過開閉來控制是否使外氣(OA)進入。還示出了篩檢程式6，其除去外氣塵埃。

預冷器(precooler)7，其利用由冷凍壓縮機(無圖示)發送來的致冷劑來冷卻通過的空氣。還示出了溫度感測器8、9，溫度感測器8檢測出進入預冷器7之前的空氣溫度，溫度感測器9測量通過預冷器7之後的空氣溫度。

二氧化碳吸收罐10，其用於從被預冷器7冷卻的空氣中吸附除去二氧化碳。在該二氧化碳吸收罐10中，填充有氫氧化鈉顆粒及矽膠顆粒的混合物。即，氫氧化鈉和二氧化碳反應而生成碳酸氫鈉。氫氧化鈉顆粒遇空氣中的水分而發生潮解，但由於混入了矽膠顆粒，因此能夠防止潮解。也可以替代矽膠顆粒，而混合活性氧化鋁顆粒、活性碳、海泡石、沸石或者氫氧化鈣顆粒。在這兩種顆粒中混入酚酞粉末，則最先變為淡紫色，隨著生成碳酸氫鈉，其顏色變淡，由此可知二氧化碳吸收罐10藥劑的更換期。

吸附吹風機11，其將由第一預冷器7冷卻的空氣送到吸附區2。還設有旁通路徑12，其用於從吸附區2的前部迂回(bypass)吸附區2至其後部，該旁通路徑12裝有電動閥門用於調節旁通量(迂回量)。

後加熱器14，其在經過吸附區2的乾燥空氣溫度過低的情況下，對該乾燥空氣進行加熱。後篩檢程式15，其用於清潔向乾燥室16供應的空氣。供給閥17，其調節被送入乾燥室16中的乾燥空氣(SA)的輸送量。回流空氣閥18，其用於調節使經後篩檢程式15的空氣返回至吸附吹風機11的吸入側的回送量。返回閥19，其調節從乾燥室16返回的空氣(RA)的量。由供給閥17和返回閥19來調節通過乾燥室的空氣量。乾燥室16並非密閉狀態，而是設有局部排氣的結構，因此須用2個閥調整空氣的通過量。

還設有乾燥室16的溫度感測器20、乾燥室16的濕度感測器21。第二預冷器22，對將經過回流空氣閥18返回的乾燥空氣進行冷卻，經此冷卻的乾燥空氣被吸附吹風機11吸入。溫度感測器23用於測定從第二預冷器22輸出的口空氣的溫度。

淨化閥24用於調節經淨化區3的空氣量，經過淨化閥24的空氣進入到再生加熱器25中。溫度感測器26測定從再生加熱器25輸出的空氣的溫度，溫度感測器27測定從再生區4輸出的空氣的溫度。

再生吹風機28，從再生區4吸出空氣，該再生吹風機28的出口與再生迴圈閥29和再生返回閥30相連接。再生迴圈閥29對從再生區4輸出並且返回到再生加熱器25的再生空氣的迴圈量進行調節。再生返回閥30，在從再生區4輸出的空氣到達篩檢程式6之前對該空氣進行調節，即，在該空氣回到第一預冷器7之前調節該空氣的空氣量。根據再生返回閥 30和吸氣閥5的開度，決定向外排出的排氣(EA)的量。此外，也可以構建無排氣(EA)而使全部量返還到篩檢程式6前的結構。

本發明的手模式操作箱的結構如上述，下面說明其動作。首先，外氣(OA)經篩檢程式6除塵後，在預冷器7中被冷卻而進行冷凝除濕。從該預冷器7輸出的空氣相對濕度大致為100%，並且進入到二氧化碳吸收罐10。如上述，氫氧化鈉顆粒和矽膠顆粒混合填充在二氧化碳吸收罐10中，氫氧化鈉和二氧化碳反應生成碳酸氫鈉。經此反應過程除掉二氧化碳。

除去二氧化碳後的空氣，經吸附吹風機11加壓後通過吸附區2。在該通過過程中，由除濕旋轉器1吸附空氣中的濕氣，從而生成乾燥空氣。然後，乾燥空氣被後加熱器14加熱到合適的溫度，即，對向乾燥室16供應的空氣被加熱到合適的溫度。

如此得到的乾燥空氣，最後經後篩檢程式15除塵，在供給閥17中被調整供給量，進而被送到乾燥室16。在這裡，在乾燥室16內的濕度低於目標濕度的情況下，將濕度感測器21的檢測信號發送至電動閥13，來打開電動閥13，由此，除濕旋轉器1的吸附區2被進行迂回，減少除濕量，從而以恰當的濕度對乾燥室16供給空氣。

針對從乾燥室16輸出的空氣，由返回閥19來調整回流空氣(return air)的量，進而該空氣經過預冷器22而被冷卻，再次進入吸附吹風機11。這樣一來，乾燥室16的空氣一邊進行迴圈一邊進行除濕。因此，在乾燥室16內即使存在可產生濕氣的物質，即，即使存在濕度負荷，也仍然會保持乾燥室16的濕度在規定值以下。

這裡，構成如下通路來作為調整乾燥室16內濕度的調整單元：可調節空氣量的旁通路徑12和/或通過回流空氣閥18來迂回乾燥室16的旁通通路。通過該濕度的調整單元，針對燥室16內的濕度變化而提高濕度調節回應性。即，原來的手模式操作箱設置有小的乾燥室，從其外側利用手套來在乾燥室16內部進行實驗操作，但因乾燥室16的容積小，所以對濕度調節單元的回應性的要求很高。

從吸附吹風機11吹出的空氣的一部分通過淨化區3，對除濕旋轉器1進行冷卻，並且從除濕旋轉器1回收熱量。由淨化閥24調節通過淨化區3的空氣量。另外，利用再生迴圈閥29調整通過再生區4的空氣的迴圈量，並使其再次返回到再生區4。這是由於，當乾燥室16的濕度負荷較小時，通過了再生區4的空氣濕度增加小，能夠迴圈使用。

通過再生區4而進入到預冷器7的空氣，在並非是剛剛運行之後的情況下，也會比外氣(OA)的絕對濕度低。即，如果乾燥室16的露點達到零下80度，則除濕旋轉器1上吸附的濕氣量變少，在再生區4內脫離的水分也變少。因此，比外氣(OA)濕度低，再次返回到吸附區使用的方式是低能耗的。而且排氣(EA)的量少，本發明手模式操作箱可容易地設置在乾淨房間中使用。

這樣從乾燥室16輸出的空氣，通過再生區4後再次回到二氧化碳吸收罐10中，因此，會逐漸降低乾燥室16內的二氧化碳的濃度。這裡，從乾燥室16返回到吸附吹風機11的空氣濕度低，所以二氧化碳吸收罐10的二氧化碳除去效果小。因此，該空氣不通過二氧化碳吸收罐10，而直接返回到吸附吹風機11。

在以上實施例中，示出了氫氧化鈉和矽膠的混合例子來作為在二氧化碳吸收罐10內填充的吸收劑，但也可以用其他物質來取代氫氧化鈉，即，也可以用鹼金屬的氫氧化物代替，例如鉀金屬、鋰金屬也可以。另外，也可以取代矽膠，而使用親水性的活性炭、礬土、海泡石、沸石、氫氧化鈣。或者，向這些浸漬添加鹼金屬氫氧化物也有同樣效果。

因為二氧化碳吸收罐10設置在預冷器7之後，因此，空氣被冷卻，相對濕度變高。二氧化碳吸收罐10的入口空氣相對濕度在90%以上的話，有時鹼金屬氫氧化物的吸收劑作用會受到影響。即，鹼金屬氫氧化物會吸濕而潮解，在高相對濕度時，吸濕量急劇增加，在相對濕度90%RH以上的情況下，潮解吸濕的液體會流出，導致二氧化碳的吸收性能降低，並且有流出的吸收劑會腐蝕下游側的周邊設備的缺點。這時，在二氧化碳吸收罐10的下游側，用不含鹼金屬氫氧化物而只含矽膠、活性炭、礬土、海泡石、沸石、氫氧化鈣等的單體或者混合物的顆粒進行鋪層設置，可防止吸收液的流出。

在相對濕度高時，作為替代鹼金屬氫氧化物的二氧化碳吸收劑，可使用堿土類金屬氫氧化物，例如用氫氧化鈣粉末成型品也能得到同樣的效果。這時，氫氧化鈣和二氧化碳化合生成碳酸鈣，這個反應也需要水分參與。即，鹼金屬氫氧化物在存在水分時易和二氧化碳結合，能夠在高相對濕度下提高性能，即使在相對濕度90%以上也能夠使用。在這種情況下，無潮解作用，無需將矽膠等的濕氣吸附劑放入二氧化碳吸收罐10中。

再者，在相對濕度高的情況下，在空氣入口側填充含鹼金屬氫氧化物的吸收劑，在出口側設置無鹼金屬氫氧化物的吸收劑或者吸收材料層，即，實現二氧化碳吸收劑的分層設置，然後將分層設置的二氧化碳吸收劑放入二氧化碳吸收罐10中。據此，入口側的鹼金屬氫氧化物能夠強力地吸收二氧化碳。此處即使有潮解，出口側不含鹼金屬氫氧化物的吸收劑或吸收材料層也能夠阻止潮解的鹼金屬氫氧化物流出。並且，流出被阻止的鹼金屬氫氧化物的潮解液和二氧化碳化合，生成碳酸氫鍵的化合物，使潮解作用消失。因此，出口側不含鹼金屬氫氧化物的吸收劑或吸附層並不需要全量阻止潮解的厚度。

如上所述，本發明提供能保持乾燥室內的低二氧化碳濃度的手模式操作箱。