WO2021006195A1 - 除湿システム - Google Patents

Abstract

【課題】吸着剤ロータを用いる除湿システムにおいて、消費エネルギーを低く抑える。 【解決手段】処理空気（ＯＡ、ＲＡ）を吸着剤ロータ（１）に送り、該処理空気（ＯＡ、ＲＡ）中の湿分を吸着剤ロータ（１）の吸着剤に吸着させて処理空気を除湿し、湿分を吸着した吸着剤ロータ（１）の吸着剤に再生用空気を流通させて、該吸着剤を再生させる除湿システム（１００）において、除湿がなされた後の処理済空気（ＳＡ）を使用空間に向けて送る流路（１０）から分岐した再生用空気流路（５０）を設ける。それにより、使用空間に入る前の処理済空気（ＳＡ）の一部を、再生用空気流路（５０）を通して再生用空気として吸着剤ロータ（１）に送る。

Description

除湿システム

　本発明は除湿システムに関し、より詳細には、乾式除湿装置を用いた除湿システムに関するものである。

　従来、例えば特許文献１に示されるように、吸着剤をロータに保持させてなる吸着剤ロータを用いて、除湿処理対象の空気（処理空気）から湿分を吸着、除去する除湿システムが知られている。また例えば特許文献２に示されるように、再循環される処理対象流体中の特定物質を、上記と同様の吸着剤ロータを用いて吸着、除去し、該特定物質の濃度を低下させるシステムを、除湿システムとして適用することも提案されている。

　ここで、吸着剤ロータを用いる従来の除湿システムの一例について、図４および図５を参照して説明する。図４は従来例の一つである除湿システム３００の概略構成を示し、図５はこの除湿システム３００の要部の概略構成を示している。除湿システム３００は、吸着剤ロータ１を有する乾式除湿装置を用いて、処理空気流路１０から供給される処理空気（除湿処理対象空気）を除湿するように構成されている。

　吸着剤ロータ１は図５に示されるように、例えば円筒形に形成されたハニカム構造体内に吸着剤を収容して構成されている。吸着剤ロータ１は、モータＭ等からなる駆動装置によって円周方向つまり図５中の矢印Ｒ方向に回転される。吸着剤ロータ１の回転通過域（該ロータ１の回転に伴ってその各部分が通過する側方領域）は、該吸着剤ロータ１を回転可能に収容する図示外のケーシング等によって、処理空気を除湿処理する処理（吸着）領域１ａ、再生領域１ｂ、第１パージ領域１ｃ、および第２パージ領域１ｄの、互いに気密とした４つの領域に区画されている。吸着剤ロータ１内の各吸着剤部分は、吸着剤ロータ１が回転するのに連れて上記４つの領域を、１ａ→１ｄ→１ｂ→１ｃ→１ａ・・・の順に通過する。

　上記処理領域１ａには、処理空気流路１０が気密状態を保って連通されている。この処理空気流路１０は、除湿処理対象の処理空気を吸着剤ロータ１に供給し、そして吸着剤ロータ１を経た処理済空気ＳＡを受け入れる流路である。本例において処理空気は、外気ＯＡに一部の使用後空気ＲＡ（後述するように、使用した後の処理済空気ＳＡ）が混合されてなるものである。処理空気流路１０には、吸着剤ロータ１よりも上流側において、ダンパ２、プレクーラ３、ミキシングクーラ４、および処理ファン５が順次介設されている。吸着剤ロータ１よりも下流側の処理空気流路１０は、ダンパ６を介して空間１５に連通されている。除湿空気を必要とするこの空間１５には、処理空気流路１０を通して処理済空気ＳＡが給気される。

　本例では、空間１５を流通した後の処理済空気ＳＡである使用後空気の一部を排気し、残りの使用後空気ＲＡを外気ＯＡに混合させて、循環使用する。そこで図４に示すように、空間１５から使用後空気ＲＡの一部を流通させる使用後空気流路２０が設けられ、この使用後空気流路２０はダンパ２１を介して、処理空気流路１０に連通されている。また空間１５には、上記排気のための排気流路２２が連通されている。

　一方、吸着剤ロータ１の一側面側で第１パージ領域１ｃと第２パージ領域１ｄとを連通させると共に、吸着剤ロータ１の他側面側で同じく第１パージ領域１ｃと第２パージ領域１ｄとを連通させる循環パージ流路４０が設けられている。この循環パージ流路４０には、第２パージ領域１ｄ内の空気を吸引して第１パージ領域１ｃに送り、そして第１パージ領域１ｃを通過した空気を第２パージ領域１ｄに戻すパージファン１１が介設されている。

　再生領域１ｂには、再生用空気流路３０が気密状態を保って連通されている。この再生用空気流路３０は、再生用空気ＯＡつまり、吸着剤ロータ１の吸着剤を再使用可能にするための空気を流通させる流路である。再生用空気流路３０には、吸着剤ロータ１よりも上流側においてダンパ７および再生ヒータ８が、そして吸着剤ロータ１よりも下流側において再生ファン９がそれぞれ介設されている。なお、前述のように連通した処理空気流路１０および使用後空気流路２０と、再生用空気流路３０と、循環パージ流路４０とは、互いに連通しないように配設されている。

　本例の除湿システム３００において、除湿された空気を空間１５に給気する際、吸着剤ロータ１が連続回転されている状態で、ダンパ２および２１が開かれ、処理ファン５が駆動される。それにより、外気ＯＡに一部の使用後空気ＲＡが混合した空気が、処理空気として処理空気流路１０を流れて、処理領域１ａにある吸着剤ロータ１の吸着剤を通過する。この際、外気ＯＡはプレクーラ３により、また混合した後の外気ＯＡおよび使用後空気ＲＡ（処理空気）はミキシングクーラ４により冷却される。

　上記処理空気は、吸着剤ロータ１の吸着剤を通過する際に、含んでいる湿分が吸着剤に吸着されて除湿される。除湿された後の処理済空気ＳＡは、開かれているダンパ６を通して空間１５に給気される。こうして処理空気が除湿されるとき、ダンパ７が開かれ、再生ヒータ８および再生ファン９が作動される。そこで、外気である再生用空気ＯＡが再生用空気流路３０に導入されて、再生領域１ｂにある吸着剤ロータ１の吸着剤を通過する。この再生用空気ＯＡは再生ヒータ８によって加熱された状態で吸着剤を通過するので、吸着剤が吸着していた湿分が吸着剤から脱離される。それにより吸着剤ロータ１の吸着剤が、除湿に再利用できる状態に再生される。吸着剤ロータ１の吸着剤を通過した後の再生用空気ＯＡは、吸着剤から脱離した湿分を含んだ再生排気ＥＡとして、再生ファン９から外気に放出される。

　本例では、循環パージ流路４０およびパージファン１１を用いて、循環空気による予冷・予熱処理がなされる。すなわち、循環パージ流路４０においてパージファン１１により空気が循環されると、第１パージ領域１ｃには、高温になる再生領域１ｂよりも低温の第２パージ領域１ｄを通過した空気が送られる。そこで吸着剤ロータ１の吸着剤は、再生領域１ｂで高温化したまま処理領域１ａに入らずに、第１パージ領域１ｃにおいて温度が下げられてから処理領域１ａに入る（予冷）。そこで処理空気は、比較的低温の処理領域１ａを通過するようになり、効率良く除湿がなされる。それに加えて第２パージ領域１ｄには、第１パージ領域１ｃを通過して、例えば１００℃もしくはそれ以上の高温（処理領域１ａよりも高温）化した空気が送られる。そこで吸着剤ロータ１の吸着剤は、再生領域１ｂに入る前にこの第２パージ領域１ｄにおいて予熱処理を受けるので、吸着剤の再生処理も効率良く行われる。なお、このような循環空気による予冷・予熱処理については、前述した特許文献２にも記載がある。

　次に図６を参照して、吸着剤ロータ１を用いる従来の除湿システムの別の例について説明する。なおこの図６において、先に説明した図４および図５中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。図６に示す除湿システム４００は、図４および図５に示した除湿システム３００と対比すると、再生用空気流路５０の流路が異なる点で基本的に相違する。すなわち本例では、吸着剤ロータ１の上流側の処理空気流路１０から再生用空気流路５０が分岐され、除湿処理前の処理空気の一部が、吸着剤ロータ１の吸着剤を通過させてから、再生用空気流路５０を通して再生ヒータ８に送られる。この処理空気の一部は該再生ヒータ８で加熱されてから、再生用空気として吸着剤ロータ１に送られ、吸着剤の再生に利用される。

　この図６の構成においては、分流させた処理空気による予冷処理がなされる。すなわちこの例では吸着剤ロータ１の回転通過域が、処理空気流路１０を流通する処理空気を除湿させる処理領域１ａ、再生用空気流路５０を流通する一部の処理空気を吸着剤ロータ１の吸着剤に流通させるパージ領域１ｅ、およびパージ領域１ｅを通過した後に再生ヒータ８で加熱された一部の処理空気を吸着剤ロータ１の吸着剤に流通させる再生領域１ｂの３つの領域に区画されている。そして吸着剤ロータ１は、処理領域１ａ→再生領域１ｂ→パージ領域１ｅ→処理領域１ａ・・・と順次通過するように回転される。そこで吸着剤ロータ１の各吸着剤部分は、再生領域１ｂで高温化したまま処理領域１ａに入らずに、パージ領域１ｅである程度温度が低下（予冷）してから処理領域１ａに入るようになって、効率良く除湿処理がなされ得る。また、再生用の処理空気は、パージ領域１ｅを通過して低湿な状態となってから再生ヒータ８で加熱され、再生領域１ｂに供給される。

特開２００２－３３６６３６号公報 特許第４５４２１３６号公報

　上述のような吸着剤ロータを用いる従来の除湿システムは、消費エネルギーを低減する上で改善の余地が残されている。そこで本発明は、消費エネルギーを低く抑えることができる、省エネルギー効果の高い除湿システムを提供することを目的とする。

　本発明による除湿システムは、
　処理空気を吸着剤ロータに送り、該処理空気中の湿分を吸着剤ロータの吸着剤に吸着させて処理空気を除湿し、
　湿分を吸着した吸着剤ロータの吸着剤に再生用空気を流通させて、該吸着剤を再生させる除湿システムにおいて、
　除湿がなされた後の処理済空気の一部を前記再生用空気として吸着剤ロータに送る再生用空気流路が設けられた、
ことを特徴とするものである。

　なお、この本発明による除湿システムにおいては、
　吸着剤ロータの回転通過域が、処理空気を除湿する処理領域、吸着剤ロータの吸着剤を再生させる再生領域、この再生領域に対して吸着剤ロータの回転方向前側で該再生領域と前記処理領域との間に配された第１パージ領域、および再生領域に対して吸着剤ロータの回転方向後側で該再生領域と前記処理領域との間に配された第２パージ領域の４つの領域に区画され、
　上記第１パージ領域と第２パージ領域とを交互に通過するように空気を循環させる循環パージ流路が設けられていることが望ましく、
　さらには上記循環パージ流路に、第１パージ領域から出た後に第２パージ領域に向かって流れる空気を加熱するヒータが設けられていることがより望ましい。

　本発明者等の研究によると、吸着剤ロータを用いる従来の除湿システムにおいては、再生用空気として外気を、あるいは、除湿処理後に使用空間で使用された使用後空気が混合された外気を用いているために、消費エネルギーを低く抑えることが難しくなっていることが判明した。つまり外気や、上記使用後空気が混合された外気は、本来除湿処理に掛けられるほど多くの湿分を含んでいるので、吸着剤ロータの吸着剤から湿分を脱離させるための再生用空気として使用すると、該再生用空気を加熱するための所要エネルギーや、処理空気を除湿処理前に冷却しておくための所要エネルギーが高くなりがちなのである。この新しい知見に基づいて本発明の除湿システムは、除湿されて湿分が低くなっている処理済空気の一部を再生用空気として使用するようにしたので、上記の各所要エネルギーを少なくして、消費エネルギーを低く抑えることが可能になる。

本発明の第１実施形態による除湿システムを示す概略構成図 図１の除湿システムの要部を示す概略図 本発明の第２実施形態による除湿システムを示す概略構成図 従来の除湿システムの一例を示す概略構成図 図４の除湿システムの要部を示す概略図 従来の除湿システムの別の例を示す概略構成図

　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態による除湿システム１００の概略構成を示すものであり、図２は、この除湿システム１００の要部の概略構成を示している。図１に示されるように本実施形態の除湿システム１００は、吸着剤ロータ１を有する乾式除湿装置を用いて、処理空気流路１０から供給される処理空気（除湿処理対象空気）ＯＡを除湿するように構成されている。

　吸着剤ロータ１は、一般に除湿ロータあるいはデシカントロータ等とも称されるものであって、図２に明示されるように、例えば円筒形に形成されたハニカム構造体内に吸着剤を収容して構成されている。吸着剤としては、例えばシリカゲル、ゼオライト複合材、リチウムクロライド等の化学物質から、温湿度環境や空気質環境に応じて最適なものが選択使用される。吸着剤ロータ１は、モータＭ等からなる駆動装置によって、円周方向つまり図２中の矢印Ｒ方向に回転される。

　吸着剤ロータ１の回転通過域は、該吸着剤ロータ１を回転可能に収容する図示外のケーシング等によって、処理空気を除湿処理する処理（吸着）領域１ａ、吸湿した吸着剤から湿分を脱離させる再生領域１ｂ、再生領域１ｂの前側において処理領域１ａとの間に配置された第１パージ領域１ｃ、および再生領域１ｂの後側において処理領域１ａとの間に配置された第２パージ領域１ｄの、互いに気密とした４つの領域に区画されている。なお上記の「前側」、「後側」とは、吸着剤ロータ１の回転方向の前側、後側を意味する。吸着剤ロータ１内のある特定の吸着剤部分に着目すると、その吸着剤部分は、吸着剤ロータ１が上述のように回転するのに連れて上記４つの領域を、１ａ→１ｄ→１ｂ→１ｃ→１ａ・・・の順に通過する。

　上記処理領域１ａには、処理空気流路１０が気密状態を保って連通されている。この処理空気流路１０は図１に明示されるように、除湿対象の処理空気を吸着剤ロータ１に供給し、そして吸着剤ロータ１を経た処理済空気ＳＡを受け入れる流路である。なお本実施形態において上記処理空気は、後述するように、屋外の空気つまり外気ＯＡに一部の使用後空気ＲＡ（使用した後の処理済空気ＳＡ）が混合されてなるものである。処理空気流路１０には、吸着剤ロータ１よりも上流側において、ダンパ２、プレクーラ３、ミキシングクーラ４、および処理ファン５が順次介設されている。また、吸着剤ロータ１よりも下流側の処理空気流路１０は、ダンパ６を介して、図２に示す空間１５（図１では図示せず）に連通されている。処理済空気ＳＡは、処理空気流路１０を通して、除湿空気を必要とする空間１５に給気される。空間１５は、例えばリチウム電池製造や有機ＥＬスクリーン製造等を行う部屋内の空間である。

　本実施形態では、上記空間１５を流通した後の処理済空気ＳＡである使用後空気の一部を排気する一方、残りの使用後空気ＲＡは外気ＯＡに混合させて、循環使用するようにしている。そのために、図１に示すように上記空間１５から使用後空気ＲＡを流通させる使用後空気流路２０が設けられ、この使用後空気流路２０はダンパ２１を介して、上記処理空気流路１０に連通されている。また空間１５には、上記排気のための排気流路２２が連通されている。なお、使用後空気ＲＡの循環使用は必ずしも必要なものではなく、全量を排気するようにしても構わない。

　一方、吸着剤ロータ１の一側面側で第１パージ領域１ｃと第２パージ領域１ｄとを連通させると共に、吸着剤ロータ１の他側面側で同じく第１パージ領域１ｃと第２パージ領域１ｄとを連通させる循環パージ流路４０が設けられている。この循環パージ流路４０には、第２パージ領域１ｄ内の空気を吸引して第１パージ領域１ｃに送り、そして第１パージ領域１ｃを通過した空気を第２パージ領域１ｄに戻すパージファン１１と、第２パージ領域１ｄに向かって流れる空気を加熱する予熱ヒータ１２とが介設されている。

　また上記再生領域１ｂには、再生用空気流路５０が気密状態を保って連通されている。この再生用空気流路５０は、空間１５に連通する前の処理空気流路１０から分岐されたものであり、該再生用空気流路５０には、吸着剤ロータ１よりも上流側において再生ヒータ８が、そして吸着剤ロータ１よりも下流側において再生ファン９がそれぞれ介設されている。以上のように互いに連通した再生用空気流路５０、処理空気流路１０および使用後空気流路２０は、循環パージ流路４０とは連通しない状態を保って配設されている。

　以下、上記構成を有する本実施形態の除湿システム１００の作用について説明する。図１に示される空間１５に除湿された空気を給気する際、吸着剤ロータ１が連続回転されている状態で、ダンパ２および２１が開かれ、処理ファン５が駆動される。それにより、外気ＯＡに一部の使用後空気ＲＡが混合した空気が、処理空気として処理空気流路１０を流れて、処理領域１ａにある吸着剤ロータ１の吸着剤を通過する。この際、外気ＯＡはプレクーラ３により、また混合した後の外気ＯＡおよび使用後空気ＲＡ（処理空気）はミキシングクーラ４により冷却される。

　外気ＯＡと使用後空気ＲＡとが混合してなる処理空気は、上述のように吸着剤ロータ１の吸着剤を通過する際に、含んでいる湿分が吸着剤に吸着されて除湿される。除湿された後の処理済空気ＳＡは、開かれているダンパ６を通して空間１５に給気される。なお吸着剤ロータ１の回転数は必要に応じて可変としておくのが望ましい。

　このように処理空気が除湿されるとき、再生ヒータ８および再生ファン９が作動される。空間１５に入る前に処理空気流路１０を流れている処理済空気ＳＡの一部は、上述のように再生ファン９が作動すれることにより再生用空気流路５０に導入されて、再生領域１ｂにある吸着剤ロータ１の吸着剤を通過する。この処理済空気ＳＡは再生ヒータ８によって加熱されている状態で、つまり再生用空気として吸着剤を通過するので、吸着剤が吸着していた湿分が吸着剤から脱離される。こうして、吸着剤ロータ１の吸着剤が、除湿に再利用可能な状態に再生される。

　本実施形態において、処理空気が吸着剤ロータ１を通過する方向と、処理済空気ＳＡが吸着剤ロータ１を通過する方向とは、互いに反対方向とされている。吸着剤ロータ１の吸着剤を通過した後の処理済空気ＳＡは、吸着剤から脱離した湿分を含んだ再生排気ＥＡとして、再生ファン９から外気に放出される。

　なお本実施形態でも、循環パージ流路４０およびパージファン１１が設けられて前述した循環空気による予冷・予熱処理がなされるようになっているが、この処理による効果は、先に図４および図５を参照して説明した従来の除湿システム３００におけるものと基本的に同じであるので、詳しい説明は省略する。ただし本実施形態では、循環パージ流路４０に予熱ヒータ１２も介設されている。そこで本実施形態では、第２パージ領域１ｄにおいて、より高度な予熱処理がなされ得る。そうであれば、再生領域１ｂにおける再生処理の負荷を落とすことができるので、再生処理全体に要するエネルギーを低く抑えることができる。

　次に図３を参照して、本発明の第２実施形態による除湿システム２００について説明する。この除湿システム２００は、図１および図２に示した第１実施形態による除湿システム１００と対比すると、循環パージ流路４０に予熱ヒータ１２が設けられていない点で基本的に相違する。この除湿システム２００においても、外気ＯＡと使用後空気ＲＡとが混合してなる処理空気は、基本的に第１実施形態による除湿システム１００におけるのと同様にして除湿される。

　以上説明した通り、本発明による第１実施形態の除湿システム１００でも、また第２実施形態の除湿システム２００でも、除湿された処理済空気ＳＡの一部が、吸着剤を再生させるための再生用空気として利用される。この処理済空気ＳＡは、除湿処理前の外気と比較すればより低湿度のものであるから、再生用空気として利用するならば、外気を再生用空気として利用する場合よりも、吸着剤再生に要するエネルギーを低く抑えることができる。また、再生用空気として利用する外気ＯＡの量を削減できるので、プレクーラ３の冷却エネルギーも削減可能となる（後述する表２の「プレクーラ熱交換量」参照）。

　以下、吸着剤再生に要するエネルギーおよび、上記冷却エネルギーについて、本発明による除湿システム１００および２００おける値を、従来の除湿システムにおける値と比較して示す。具体的に、吸着剤再生に要するエネルギーとしては、再生ヒータ８および予熱ヒータ１２の熱交換量を示し、上記冷却エネルギーとしてはプレクーラ３およびミキシングクーラ４の熱交換量を示す。また比較対象とする従来の除湿システムは、図６に示した分流させた処理空気による予冷処理を行う除湿システム４００である。

　この比較における除湿システムの運転条件は、下記の通りである。
・空間１５の除湿条件：室温２３℃下の通常露点を、露点－３０℃以下まで下げる。露点－３０℃の室内条件に対して、９００ｇ／ｈ以上の除湿量。
・空間１５への給気量：３４００ｍ³／ｈ（＝空間１５からの排気量４００ｍ³／ｈ＋使用後空気ＲＡの返送量３０００ｍ³／ｈ）
　　システム４００：外気導入量１３００ｍ³／ｈ、再生排気ＥＡの量：９００ｍ³／ｈ
　　（再生排気ＥＡの量＝外気ＯＡ/使用後空気ＲＡの再生用空気流路３０への導入量）
　　除湿システム１００：外気導入量８００ｍ³／ｈ、再生排気ＥＡの量：４００ｍ³／ｈ
　　除湿システム２００：外気導入量９００ｍ³／ｈ、再生排気ＥＡの量：５００ｍ³／ｈ
　　（再生排気ＥＡの量＝処理済空気ＳＡの再生用空気流路５０への導入量）

　以下の表１にヒータの熱交換量の比較結果を示し、また表２にクーラの熱交換量の比較結果を示す。

　以上の通り、本発明の除湿システムによれば、従来の除湿システムと比べて省エネルギー効果が得られることが明らかである。なお、除湿システム１００と除湿システム２００との比較から分かるように、循環空気による予冷・予熱処理を行う場合は、吸着剤ロータ１の回転方向後方に有るパージ領域に送る空気を予め予熱ヒータ１２で加熱しておけば、より顕著な省エネルギー効果が得られる。すなわち、上記パージ領域でのプレヒーティングの効果が高められるので、再生用空気の量を削減することができ、再生ヒータ８の容量を削減することができる（表１の「再生ヒータ熱交換量」参照）。

１　　吸着剤ロータ
１ａ　処理領域
１ｂ　再生領域
１ｃ　第１パージ領域
１ｄ　第２パージ領域
２、６、７、２１　　ダンパ
３　　プレクーラ
４　　ミキシングクーラ
５　　処理ファン
８　　再生ヒータ
９　　再生ファン
１０　処理空気流路
１１　パージファン
１２　予熱ヒータ
１５　空間
２０　使用後空気流路
２２　排気流路
３０、５０　再生用空気流路
４０　循環パージ流路
１００、２００、３００、４００　　除湿システム
ＥＡ　再生排気
ＯＡ　外気
ＲＡ　使用後空気
ＳＡ　処理済空気

Claims (3)

1. 　処理空気を吸着剤ロータに送り、該処理空気中の湿分を吸着剤ロータの吸着剤に吸着させて処理空気を除湿し、
   　湿分を吸着した吸着剤ロータの吸着剤に再生用空気を流通させて、該吸着剤を再生させる除湿システムにおいて、
   　除湿がなされた後の処理済空気の一部を前記再生用空気として吸着剤ロータに送る再生用空気流路が設けられた、
   ことを特徴とする除湿システム。
2. 　前記吸着剤ロータの回転通過域が、前記処理空気を除湿する処理領域、吸着剤ロータの吸着剤を再生させる再生領域、この再生領域に対して吸着剤ロータの回転方向前側で該再生領域と前記処理領域との間に配された第１パージ領域、および前記再生領域に対して吸着剤ロータの回転方向後側で該再生領域と前記処理領域との間に配された第２パージ領域の４つの領域に区画され、
   　前記第１パージ領域と第２パージ領域とを交互に通過するように空気を循環させる循環パージ流路が設けられている、
   請求項１に記載の除湿システム。
3. 　前記循環パージ流路に、前記第１パージ領域から出た後に第２パージ領域に向かって流れる空気を加熱するヒータが設けられている、
   請求項２に記載の除湿システム。

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