TWI566901B - Glove box - Google Patents

Description

手套箱盒

手套箱盒指的是用來進行一種將盒子內部的濕度維持在極低的狀態，手再透過密封的橡膠手套從盒子的外部插入來利用盒子中的乾燥的環境的實驗的箱子。本發明係有關於能夠精準地控制露點，減少能源消耗的手套箱盒。

除濕特定箱盒中的空氣的情況下，使用冷凍機以結露的方式除濕時雖能源消耗少，但要將盒中的空氣濕度降到負的露點是困難的。

也就是說近年來，鋰離子電池或鋰離子電容等急遽地開發或改良。鋰容易地吸附空氣中的水分使電池或電容的性能惡化，因此伴隨著這些開發的實驗時，實驗必須在用極低露點的空氣或用汽化液態氮後的氮氣把空氣排出的箱盒中進行。使用液態氮的情況下，實驗前必須先行準備液態氮，因為實驗中液態氮會持續消耗，而有費用增加的問題。

有機EL顯示裝置等被期望來取代液晶顯示裝置，作為下一世代平面顯示器，使用於有機EL顯示裝置的有機EL元件在固體發光型的價廉大面積全彩顯示元件或寫入光源陣列的用途上是相當有發展性的，因此各種研究開發積極地進行。然而，使用於有機EL元件的有機發光材料等的有機物質或 電極等對水分耐性差，性能與或特性容易因水分而急速惡化。因此，在伴隨著這些開發的實驗時，需要在用極低露點的空氣或用汽化液態氮後的氮氣把空氣排出的箱盒中進行。

在此，若採用的除濕機中所使用除濕轉輪是以矽膠或沸石做為吸著劑，要將箱盒中的空氣露點降到負值是容易的。然而，卻產生消耗能源增大的問題。

而在鋰離子電池、鋰離子電容或有機EL元件等的開發、食品、醫藥品相關領域等，使用手套箱盒來進行例如處理在潮濕下會產生危險的物質或有吸濕性的化學物質等各種開發，在這種情況下，必須因應每個開發目的將箱內的空氣控制在任意的露點。

改善消耗能量增加的對策如專利文獻1所揭露的技術，將位於除濕對象的氣體所循環的路徑中的主乾燥劑除濕機所排出的加熱再生氣體，以一個或複數的輔助乾燥劑除濕機除濕，將該的輔助乾燥劑除濕機的再生氣體凝結除濕後使其回到循環路徑，藉由不將氣體排出系統外，以低能源降低空氣的露點。

或者如專利文獻2所揭露，藉由控制除濕轉輪的旋轉數及/或再生用空氣的溫度來實現手套箱盒內的露點控制。

或者如專利文獻3所揭露，關於一種密閉腔室的濕度調整裝置，將手套箱盒等的密閉腔室內調整到既定濕度狀態，藉由加熱吸著材料，能夠控制吸著材料的水分吸收或放出，以吸著材形成的曲線進行從低濕度至高濕度的濕度調整。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：特開2012-81416號公報

專利文獻2：特開平11-094299號公報

專利文獻3：特許4642440號公報

上述專利文獻1所揭露的發明雖一邊以乾燥劑方式來除濕氣體空間內的氣體，一邊不將氣體排出系統外來減低運轉成本，但裝置的構造複雜且裝置本身龐大而造成初始成本提高的問題。

上述專利文獻2所揭露的發明中，手套箱盒的容量比起將乾燥空氣送至密閉房間的乾燥室(一般稱為DRYROOM(登錄商標))等來得小，因此有無法精準地控制到任意露點的問題。

而上述專利文獻3所揭露的發明中，將密閉腔室內調整為低露點的情況下，會有到達既定的露點溫度為止過於耗時的問題，以及因為控制溫度的加熱器濕度變動大而導致無法精準控制濕度的問題。(第3圖等)更增加手套箱盒的容量的情況下，吸著材料的量增加，放入吸著材料的容器也會增大，因而產生裝置大型化的問題。

本發明為了解決上述的問題，而提出一種能夠精準地控制到任意既定露點，且能量消耗小、運轉成本低的手套箱盒。

本發明的最主要的特徵在於組合再生溫度比例控制與轉輪繞道流量控制來手套箱盒內的露點，可以精準地做廣範圍的露點設定，藉由下降再生溫度可達到省能源的效果。

本發明的手套箱盒在除濕轉輪的除濕部前後設置有繞道通路，使被處理空氣不通過除濕轉輪並且中途具有流量控制裝置，這樣一來會有可微調整手套箱盒內露點的優點。也就是說，在例如手套箱盒般容量比較小的空間(一般為2m³以下)，無法僅控制再生溫度來進行比例控制，除了進行再生溫度控制外再加上轉輪繞道控制，可實現高精準度的露點控制。

設定的露點分為高的情況下與低的情況下2個區段來分割再生溫度比例控制的範圍，藉此可將露點高時的再生溫度設定較低，減少能量消耗。

因為能夠將再生溫度設定較低，也可延長再生加熱器的壽命。

1‧‧‧除濕轉輪

2‧‧‧吸著區

3‧‧‧淨化區

4‧‧‧再生區

5‧‧‧箱盒(手套箱盒)

6‧‧‧手套箱盒回氣路

7‧‧‧處理空氣回氣路

8‧‧‧風閘

9‧‧‧露點檢測器

10‧‧‧馬達風閘

11‧‧‧繞道通路

12‧‧‧風閘

13‧‧‧風閘

14‧‧‧風閘

15‧‧‧供給空氣加熱器

16‧‧‧第2冷卻線圈

17‧‧‧第1冷卻線圈

18‧‧‧再生加熱器

19‧‧‧再生吹風機

20‧‧‧吸著吹風機

21‧‧‧風閘

22‧‧‧風閘

23‧‧‧風閘

24‧‧‧再生循環路

25‧‧‧合流點

26‧‧‧合流點

27‧‧‧分歧點

28‧‧‧上流側分歧點

29‧‧‧下流側合流點

30‧‧‧合流點

31‧‧‧分歧點

第1圖係顯示本發明手套箱盒的實施例的系統圖。

第2圖係顯示再生溫度與手套箱盒的露點關係的曲線圖。

第3圖係顯示本發明中將露點設定在-5度時的露點時間變化圖。

第4圖係顯示本發明中將露點設定在-30度時的露點時間變化圖。

第5圖係顯示本發明中將露點設定在-60度時的露點時間 變化圖。

本發明將除濕轉輪相對其旋轉方向分割為吸著區、再生區、淨化區，並設置有使外部空氣與來自再生區的返回空氣(以下，將通過裝置內的流路的空氣不排出至裝置外，而使其再度回到該流路的空氣稱為「返回空氣」)與來自手套箱盒的回氣混合後通過吸著區的通路，以及連通吸著區上游側與下游側並具有流量控制裝置的繞道通路。藉由組合再生溫度比例的控制來控制手套箱盒內的露點以及使用該繞道通路的轉輪繞道流量控制，實現了提出一種能源消耗少並精準地控制露點的手套箱盒的目的。

[實施例1]

以下，參照顯示本發明實施例的第1圖來說明。1為除濕轉輪，載持了矽膠或沸石等濕氣吸著劑，呈蜂巢狀。此除濕轉輪1透過馬達(為一般情況，未顯示於圖中)而旋轉，按照其旋轉方向，分割為如以下各區。而以下的說明中所使用的溫度全部為攝氏。

也就是說，2為吸著區，在此空氣中的水分被除濕轉輪1所吸著。3為淨化區，4為再生區。藉由通過再生區4的高溫空氣，使除濕轉輪1所吸著的水分脫離。

17為第1冷卻線圈，從冷凍機(未圖示)等供給冷媒。20為吸著吹風機，將第1冷卻線圈17所冷卻的空氣送至吸著區2。11為連通吸著區2的上流側分歧點28與下流側合流點29的繞道通路，使外部氣體不通過吸著區2而繞道。10為馬達風 閘(風量控制裝置)，用以控制通過繞道通路的空氣的流量。

18為再生加熱器，用以將分歧點27分歧後從淨化區3出來的空氣提高至可再生的溫度，在此可利用例如電加熱器。19為再生吹風機，用以吸出再生區4的空氣。再生吹風機19的出口通過合流點25連接至第1冷卻線圈17。也就是說，進入第1冷卻線圈17的空氣處於外部氣體與再生吹風機19吹出的空氣的混合狀態。5為箱盒，因需求來供給供給空氣加熱器15所加熱的空氣。此箱盒的側面以密封狀態安裝有橡膠做的手套(未圖示)。

來自箱盒5的回氣通過手套箱盒回氣路6後被第2冷卻線圈16所冷卻，凝縮除濕後在合流點26與第1冷卻線圈17排出的空氣混合。而為了不在裝置剛啟動時將露點溫度比較高的空氣供給箱盒5，可藉由將風閘14全關且風閘13全開，使得吸著區2排出的空氣經處理空氣回氣路7再通過第2冷卻線圈16前的手套箱盒回氣路6回到合流點26。在這個情況下，當吸著區2排出的空氣的露點接近設定的露點溫度後，藉由將風閘14全開，使吸著區2送出的空氣供給至箱盒5。

本發明的手套箱盒藉由上述的構造進行以下的動作。首先，外部空氣在第1冷卻線圈17冷卻，並凝縮除濕。

凝縮除濕後溫度下降的空氣被吸著吹風機20送至吸著區2。在吸著區2吸著除濕，應需要在供給空氣加熱器15加熱，再送至乾燥空氣的供給目的地，也就是箱盒5。為了使供給箱盒5的空氣的風量維持一定，風閘14可使用定風量控制裝置CAV等。箱盒5內設置露點檢測器9，露點檢測器9連通馬達 風閘控制裝置(未圖示)。若箱盒5內的露點不在設定露點的話，控制藉由馬達風閘10通過繞道通路11的空氣的流量，也就是控制不通過除濕轉輪的吸著區2的空氣流量，使箱盒內露點變為設定露點。在此箱盒5內，進行應在設定露點的環境下進行的實驗，例如試作鋰電池等。

而在箱盒5內使用有害化學物質等的情況下，可使風閘12全關，使通過手套箱盒回氣路6的空氣不通過第2冷卻線圈16，而通過設置於箱盒5的排氣路(未圖示)全部排氣至室外。此時。箱盒5內的露點溫度必須要在-60度等低露點的情況下，使用風閘13、14來調整通過處理空氣回氣路7的空氣量，藉此將箱盒5內的露點溫度控制在既定的露點。另外，可藉由風閘12讓供給箱盒5的空氣的一部分通過過手套箱盒回氣路6回到除濕轉輪1，剩餘的一部分通過設置於箱盒5的排氣路(未圖示)排氣至室外。

離開淨化區3的空氣在再生加熱器18上升至可再生的溫度級別後送到再生區4。離開再生區4的空氣一部分在分歧點31分歧，通過再生循環路24、合流點30後回到再生加熱器18。透過此再生循環，能夠將再生區4送至第1冷卻線圈17的空氣濕度提高，進行凝縮除濕。關於通過再生循環路24的空氣的風量，會藉由風閘21、22來調整。再生空氣不會排出至系統外而送至第1冷卻線圈17這點可達成省能源的效果。

而需要露點溫度在-30度以下的低露點的情況下，能夠將風閘8全關使外部空氣不進入。也就是說，藉由只用來自箱盒5的回氣與來自再生吹風機19的空氣來運轉，可控 制露點溫度在-30度以下至-85度的低露點。前述各個風閘(包含風閘8、風閘12~14、風閘21~23)為風量控制裝置。

第2圖顯示本發明的手套箱盒的再生溫度與手套箱盒露點溫度的關係的一例。描繪不控制對轉輪繞道的流量，而僅控制再生溫度的曲線以點鍊線表示。結果，可知不能以比例來表示再生溫度與手套箱盒內的露點溫度的關係，即使以比例控制再生溫度也無法控制到既定的露點溫度。解決方法為根據設定的露點溫度而分開使用關於露點溫度與再生溫度的比例式，再配合藉由吸著區的繞道通路11的馬達風閘10來控制流過繞道通路的空氣量，達成高精準度的露點控制。關於再生溫度的比例式的分開使用是假設露點溫度從0度至-25度為止，再生溫度為40度至140度(第2圖實線)；露點溫度從-25度至-60度為止，再生溫度為140度至220度(第2圖虛線)。然而，並不限定於此露點溫度範圍與再生溫度範圍，實際上會因應除濕轉輪的蜂巢尺寸、厚度、或使用的吸著材料等的規格、空氣條件等而改變。藉由如上述般地將再生溫度比例控制分為2段，能夠更省能源，因為抑制了施加再生加熱器18的能量，能夠延長再生加熱器18的壽命。

第3圖至第5圖顯示使用本發明的手套箱盒所實測的隨時間經過的手套箱盒露點溫度的變化。本次實測的裝置中，容量1.3m³的手套箱盒使用載持了合成沸石的除濕轉輪，在外部氣體的乾球溫度32度、外部氣體的絕對濕度21.1g/Kg、處理風速2.4m/s、排氣風速1.0m/s、再生循環風速1.0m/s的條件下進行實驗。第3圖中手套箱盒露點溫度設定值為-5度，再 生溫度設定值為60度；第4圖中手套箱盒露點溫度設定值為-30度，再生溫度設定值為150度；第5圖中手套箱盒露點溫度設定值為-60度，再生溫度設定值為220度。不管在哪個圖中都可確認手套箱盒露點溫度在上下2度以內。雖在露點檢測器9的露點溫度設定是用排氣露點溫度來進行，但也可用給氣露點溫度或用兩者來進行。而本發明中，也可確認露點溫度可在比較短的時間內變化。手套箱盒露點溫度從-5度至-30度的變化時間大約60分鐘，露點溫度可控制在上下2度以內；從-30度至-60度的變化時間大約80分鐘，露點溫度可控制在上下2度以內。

[產業上的利用可能性]

本發明如上所述，能夠提供一種手套箱盒，用較少的能量精準地控制到任意的露點溫度。

1‧‧‧除濕轉輪

2‧‧‧吸著區

3‧‧‧淨化區

4‧‧‧再生區

5‧‧‧箱盒

6‧‧‧手套箱盒回氣路

7‧‧‧處理空氣回氣路

8‧‧‧風閘

9‧‧‧露點檢測器

10‧‧‧馬達風閘

11‧‧‧繞道通路

12‧‧‧風閘

13‧‧‧風閘

14‧‧‧風閘

16‧‧‧第2冷卻線圈

17‧‧‧第1冷卻線圈

18‧‧‧再生加熱器

19‧‧‧再生吹風機

20‧‧‧吸著吹風機

21‧‧‧風閘

22‧‧‧風閘

24‧‧‧再生循環路

25‧‧‧合流點

26‧‧‧合流點

27‧‧‧分歧點

28‧‧‧上流側分歧點

29‧‧‧下流側合流點

30‧‧‧合流點

31‧‧‧分歧點

Claims (5)

1. 一種手套箱盒，其特徵在於：具有載持濕氣吸著劑的除濕轉輪，將該除濕轉輪相對於其旋轉方向分割為吸著區、再生區、淨化區，將外部空氣吸入使其通過可控制在從全開至全關為止的風量控制裝置並與來自該再生區的返回空氣混合後通過第1冷卻線圈，接著與來自第2冷卻線圈的回氣混合，再使一部分分歧並通過該吸著區，使剩餘的一部分通過該淨化區，將其加熱後流入該再生區，使通過該吸著區的空氣的一部分通過連通該吸著區的上流側分歧點與下流側合流點之間的具有風量控制裝置的繞道通路，供給至做為供給地的箱盒，使來自該箱盒的回氣回到該第2冷卻線圈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之手套箱盒，其中該箱盒內設置露點檢測器，根據該露點檢測器的露點來控制該繞道通路的流量。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之手套箱盒，其中藉由變化該再生區的再生溫度來控制該箱盒內的露點溫度，在控制露點範圍內將該再生溫度分為複數段來進行比例控制。
4. 如申請專利範圍第3項所述之手套箱盒，其中將該再生區的再生溫度相對於既定值分為高露點側與低露點側2段來進行比例控制。
5. 如申請專利範圍第4項所述之手套箱盒，其中該高露點側的露點溫度設定為露點為0度至-25度，該低露點側的露 點溫度設定為露點為-25度至-60度。