JP3881067B2

JP3881067B2 - 低露点空気供給システム

Info

Publication number: JP3881067B2
Application number: JP26353096A
Authority: JP
Inventors: 浩一西村
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: JPH1085546A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的室に低露点の空気を供給するための低露点空気供給システム、に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体製造プロセスやリチウム電池の製造プロセスにおいては、乾燥しかつ低露点の雰囲気を有している、ドライルームと呼ばれる設備の需要が増加している。
【０００３】
ところで一般に用いられる空気を減湿する方法には従来から冷却減湿の方法が周知であるが、冷却減湿では露点が−５℃以上の空気しか生成できず、前記ドライルームが要求するような低露点には対応できない。
【０００４】
そこで低露点（−５０℃以下）の空気を供給する空調機、空調システムには、回転式のロータを用いたいわゆる乾式減湿装置が使用されている。この乾式減湿装置は、塩化リチウムや塩化カルシウムなどの吸収液を含侵させたハニカム状のロータや、シリカゲル、ゼオライトなどの吸着材で構成したロータの端面側が、減湿区域と再生区域とに仕切られており、ロータを回転させながら減湿区域に処理空気を通過させて乾燥空気を作り出すと共に、再生区域に高温の再生空気を通過させることによって、前記吸収液や吸着材中の水分を再生空気中に蒸発させて、連続的に減湿処理を行うように構成されている。
【０００５】
但しロータが高温のまま処理系統、即ち減湿区域に移行すると、減湿しない空気がロータを通過して露点を上げてしまうので、再生区域から減湿区域に移行する前の区域に、パージ区域と呼ばれる区域を設け、再生区域、パージ区域、減湿区域の順にロータを回転させ、このパージ区域に冷却用のパージ空気を通過させてロータの冷却を行うように構成されていることが多い。
【０００６】
このような乾式減湿装置を用いて低露点空気を供給する場合、乾式減湿装置を１段で処理をする方法と、外気処理用に別途乾式減湿装置を設けて直列２段で処理を行う２つの方式がある。１段のシステムはイニシャルコストは安価であるが、消費エネルギが多いため、主として小さい室に低露点空気を供給する場合に用いられている。一方２段のシステムでは、消費エネルギを低減するために再生系統を循環させ、２段目の乾式湿減湿装置における再生区域からの排気を、１段目の乾式減湿装置の再生に再利用することでエネルギの低減を図っている。ドライルームなどに低露点の空気を供給する場合のシステムでは、一般的にこの２段のシステムが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような乾式減湿装置を用いて減湿する場合、冷却減湿より低露点の空気を供給できるものの、１段のシステムはもとより、エネルギ低消費型の２段のタイプでさえ、冷却減湿よりもエネルギの消費が多く、さらなる省エネルギが求められている。また前記したドライルームは、ほとんどが２４時間運転であり、エネルギの低減が運用費を含めた設備コストに与える影響が非常に高いため、エネルギの低減がことさら強く求められているのが実情である。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ドライルームなど、低露点の空気を必要とする室に低露点空気を供給するシステムにおいて、従来よりもエネルギ消費の少ない低露点空気供給システムを提供して、前記問題の解決を図ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１によれば、吸着機能や吸収機能を有する回転自在なロータを有する乾式減湿装置を用いて、目的室に低露点の空気を供給するシステムにおいて、前記乾式減湿装置は、ロータ端面に位置する空気の通過域が、ロータの回転方向順に、再生区域、高温パージ区域、低温パージ区域、減湿区域、パージ再生区域に仕切られ、前記目的室には、減湿区域を通過した空気が供給されるように構成され、前記目的室からの還気の一部が、前記乾式減湿装置におけるロータの低温パージ区域、パージ再生区域、高温パージ区域を順に通過するように構成され、前記高温パージ区域を通過した空気は、再生区域を通過した後の再生循環系統の空気と混合されるように構成され，さらにこの混合された後の空気のうちの，高温パージ区域を通過した量だけシステム外に排出され，かつ当該排出の前に，その一部が，前記ロータの前段に配置される他の乾式減湿装置の再生区域に導入されるように構成されたことを特徴とする、低露点空気供給システムが提供される。
【００１０】
このように構成された低露点空気供給システムにおいては、まず目的室からの還気の一部がロータの低温パージ区域を通過して、ロータを冷却する。次いで前記ロータの冷却によって逆に加熱された空気は、パージ再生区域に導入される。このパージ再生区域は、減湿区域の次の区域であるから、前記低温パージ区域を通過して昇温した空気はこのパージ再生区域を通過する際に冷却される。一方ロータの方は、逆に加熱される。従って、ロータは次の再生区域に入る前に加熱されるので、再生区域での加熱量の低減が図れる。
【００１１】
そして前記パージ再生区域を通過して冷却された空気は、次に高温パージ区域を通過し、再生区域を経たロータをいわばプレ冷却する。従って、ロータは再生区域から減湿区域へと移る前に、高温パージ区域と前出低温パージ区域で２段に冷却されることになる。その結果、従来よりもパージ空気を有効に利用することができ、その風量も従来より少ないものとすることができる。従ってパージ空気の量を低減させた分、還気を処理空気側へと余分に回すことが可能であり、処理空気として導入する外気の量の低減、外気処理に要するエネルギの低減を図ることかできる。またパージ再生区域で湿分の移行があっても、その空気はその後高温パージ区域を通過するため、ロータ側ではその後の低温パージ区域でロータの湿分の除去が行えることになる。
【００１２】
高温パージ区域を通過した空気は再生区域を通過させる再生系統の空気と混合されるが、高温パージ区域を通過した空気はロータによって加熱されているので、その分再生系統の空気の加熱に要するエネルギが低減される。
【００１３】
請求項２の低露点空気供給システムは、そのような請求項１の低露点空気供給システムにおいて、パージ再生区域を通過した空気が高温パージ区域に導入される前に、冷却装置によって当該パージ再生区域を通過した空気を冷却するように構成されている。
【００１４】
このようにパージ再生区域を通過した空気が高温パージ区域に導入される前に、別途冷却装置でパージ空気を冷却することにより、より少ない空気量でロータの冷却を実施することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態に係る低露点空気供給システムの概略を示しており、本実施の形態にかかる低露点空気供給システムは、ドライルームＲに低露点空気を供給するシステムとして構成されている。
【００１９】
まず導入外気ＯＡは、外気取り入れダクト１により導かれて、外気処理クーラ２によって冷却減湿される。その後、再生余剰空気冷却クーラ３で冷却された再生余剰空気と混合されて、外気処理ファン４によって、１段目の乾式減湿装置５の減湿区域５ａに導入され、例えば露点温度−１０℃まで減湿される。この１段目の乾式減湿装置５は、減湿区域５ａと再生区域５ｂとの２つに分割されたロータ端面を有しているタイプである。
【００２０】
その後、１段目の乾式減湿装置５の減湿区域５ａを通過して外気処理された空気は、ドライルームＲから還気ダクト６を通じて戻ってきた一部の還気ＲＡ1と混合され、処理ファン７によって、プレクーラ８に送られる。このプレクーラ８によって処理空気は冷却された後、２段目の乾式減湿装置１０のロータ１１の減湿区域１１ａに導入されて減湿処理される。
【００２１】
２段目の乾式減湿装置１０は、図２、図３に示した構成を有しており、回転するロータ１１の両端面にチャンバ１２、１３が配置された構成を有している。そしてロータ１１の端面は、図３中の矢印に示したロータ１１の回転方向順に、減湿区域１１ａ、パージ再生区域１１ｂ、再生区域１１ｃ、高温パージ区域１１ｄ、低温パージ区域１１ｅの５つの空気通過域に区画されている。そしてチャンバ１２の外側端面には、これら各区域に対応して、ダクトなどに接続するための減湿入口１２ａ、パージ再生入口１２ｂ、再生出口１２ｃ、高温パージ出口１２ｄ、低温パージ出口１２ｅが形成されている。またチャンバ１３の外方端面にも、前記５つの区域に対応し、チャンバ１２の外側端面に形成された前記減湿入口１２ａ、パージ再生入口１２ｂ、再生出口１２ｃ、高温パージ出口１２ｄ、低温パージ出口１２ｅに対応する、減湿出口、パージ再生出口、再生入口、高温パージ入口、低温パージ入口が各々形成されている（いずれも図示せず）。
【００２２】
そして乾式減湿装置１０のロータ１１の減湿区域１１ａで減湿されて、低露点となった空気は、その後ヒータ２１、アフタークーラ２２によって、所定の温度に調節された後、給気ＳＡとしてドライルームＲに供給される。
【００２３】
ドライルームＲからの一部の還気ＲＡ2は、パージ系還気ダクト２３を通じ、パージ空気として、乾式減湿装置１０のロータ１１の低温パージ区域１１ｅに導入され、これによってロータ１１の冷却が行われる。ここでの冷却が十分でないと、温度が高いままロータ１１が減湿区域１１ａに入ってしまい、減湿が十分にできないことになる。
【００２４】
そしてロータ１１の低温パージ区域１１ｅを通過したパージ空気は、パージ再生区域１１ｂに導入される。ここでパージ空気は冷却され、ロータ１１は加熱される。冷却されたパージ空気は、パージ再生出口ダクト２４を通じて高温パージ区域１１ｄに導入される。ここで再びロータ１１は冷却され、パージ空気は加熱される。加熱されて昇温したパージ空気は、パージ系統ファン２５によって再生系統に導かれ、さらに２段目の再生ファン２６によって再生循環系統Ｐの空気に合流して混合される。このようにして混合された空気は、その大部分が再生系統ダクト２７を通って、２段目の再生ヒータ２８に送られ、この再生ヒータ２８により、例えば１２０℃に加熱された後、乾式減湿装置１０のロータ１１の再生に用いられる。即ちロータ１１の再生区域１１ｃに導入されるのである。なおこの再生系統の湿度は、減湿量、導入するパージ空気の露点温度、および導入パージ空気量と再生空気量、処理空気量の比によって決まる。
【００２５】
再生系統からは高温側パージ空気の導入量だけ空気を排出するが、その一部は１段目の再生ファン２９の作動により１段目の再生ヒータ３０を通過した後、昇温されて１段目の乾式減湿装置５の再生区域５ｂに導入され、この乾式減湿装置５のロータの再生に用いられる。そしてその後、排気ＥＡとしてシステム外に排出される。残りは再生余剰空気循環ダクト３１を通って、前出再生余剰空気冷却用クーラ３によって冷却され、外気ＯＡと混合されて１段目の乾式減湿装置５の減湿区域５ａに導入されて減湿されるようになっている。即ち処理空気の一部として再使用される。なお図１におけるＤ1〜Ｄ8は、風量を調節するためダクト中に介装されたダンパである。
【００２６】
第１の実施形態にかかる低露点供給システムは以上のように構成されており、まずドライルームＲからの還気ＲＡ2が、パージ空気としてロータ１１の低温パージ区域１１ｅを通過する際にロータ１１は冷却される。次いでこのロータ１１の冷却の際に逆に加熱されたパージ空気は、パージ再生区域１１ｂに導入される。このパージ再生区域１１ｂは、減湿区域１１ａの次の区域であるので、昇温したパージ空気はこのパージ再生区域１１ｂを通過する際に冷却される。一方ロータ１１の方は逆に加熱されるので、次の再生区域１１ｃでの加熱量の低減が図られる。
【００２７】
パージ再生区域１１ｂを通過して冷却されたパージ空気は、次いで高温パージ区域１１ｄを通過し、再生区域１１ｃを経たロータ１１をいわばプレ冷却することになる。従って、ロータ１１側からみれば、再生区域１１ｃから減湿区域１１ａへと移る前に、高温パージ区域１１ｄと低温パージ区域１１ｅで２段に冷却されることになる。従って、パージ空気を有効に利用することができ、その風量も従来より少ないものとすることができる。その結果、パージ空気の量を低減させた分、還気ＲＡ2を少なくして、処理空気側へと回す還気ＲＡ1を増大させることができ、処理空気として導入する外気ＯＡの量の低減、外気処理に要するエネルギの低減を図ることができる。従ってシステム全体としてみれば、能力を低下させることなく、消費エネルギの低減が図られている。
【００２８】
なおパージ再生区域１１ｂで湿分の移行があっても、その空気は次に高温パージ区域１１ｄを通過するため、ロータ１１側ではその後の低温パージ区域１１ｅにおいてロータ１１の湿分の除去が行えることになる。
【００２９】
なお前記第１の実施形態にかかるシステムによれば、パージ空気として用いる還気ＲＡ2の温度を２３℃とすれば、低温パージ区域１１ｅの出口温度は４４℃、パージ再生区域１１ｂの出口温度は２８℃、高温パージ区域１１ｄの出口温度は８２℃とすることができる。
【００３０】
また発明者の知見によれば、前記第１の実施形態にかかるシステムと、従来のこの種のシステム、即ち乾湿減湿装置のロータが減湿区域、再生区域、パージ区域の３つに仕切られ、パージ区域を通過した空気を全て再生系統に戻す場合と比較すれば、冷熱で１５〜２０％、温熱で３０〜３５％、合計で２０〜２５％のエネルギ消費の低減ができる。またそれに応じて１段目の乾式減湿装置５のロータの大きさを２／３とすることができるため、設備費の低減も実現できる。
【００３１】
前記第１の実施形態にかかる低露点空気供給システムにおいて、図４に示した第２の実施形態にかかる低露点空気供給システムのように、パージ再生区域１１ｂを通過したパージ空気が、高温パージ区域１１ｄに導入される前に冷却されるように、パージ再生出口ダクト２４に冷却装置として、例えば冷却コイル４１を付加してもよい。なお図４中、図１中の符号と同一符号で示される部材は、第１の実施形態にかかる低露点空気供給システムにおける該当部材と同一の部材を示している。
【００３２】
このような第２の実施形態にかかる低露点空気供給システムによれば、パージ再生区域１１ｂを通過したパージ空気が高温パージ区域１１ｄに導入される前に、冷却コイル４１によって冷却されるので、パージでの冷却能力を維持したままパージ風量をさらに低減させることができる。従って、その分還気ＲＡ2を低減させて還気ＲＡ1を増加することが可能になり、外気ＯＡの導入量を減少させて、外気処理に要するエネルギの一層の低減を図ることができる。
【００３３】
前記第１、第２の各実施形態に用いた乾式減湿装置１０のロータ１１は、図３にも示したように、空気の通過区域が、ロータ１１の回転方向順に、減湿区域１１ａ、パージ再生区域１１ｂ、再生区域１１ｃ、高温パージ区域１１ｄ、低温パージ区域１１ｅの５つの空気通過域に区画されていたものであったが、ロータにそのようなパージ再生区域を設定できない場合には、図５に示した参考例の低露点空気供給システムを構築できる。なお図５中、図１中の符号と同一符号で示される部材は、第１の実施形態にかかる低露点空気供給システムにおける該当部材と同一の部材を示している。
【００３４】
この参考例の低露点空気供給システムに用いた乾式減湿装置５０は、図６、図７に示したように、回転するロータ５１の両端面にチャンバ５２、５３が配置され、さらにロータ５１の端面は、ロータ５１の回転方向順に、減湿区域５１ａ、再生区域５１ｂ、高温パージ区域５１ｃ、低温パージ区域５１ｄの４つの空気通過域に区画されている。チャンバ５２の外側端面には、これら各区域に対応して、ダクトなどに接続するための減湿入口５２ａ、再生出口５２ｂ、高温パージ出口５２ｃ、低温パージ出口５２ｄが形成されている。もちろんチャンバ５３の外方端面にも、これら４つの区域に対応し、チャンバ５２の外側端面に形成された前記減湿入口５２ａ、再生出口５２ｂ、高温パージ出口５２ｃ、低温パージ出口５２ｄに対応する、減湿出口、再生入口、高温パージ入口、低温パージ入口が各々形成されている（いずれも図示せず）。
【００３５】
そして図５に示したように、ドライルームＲからの還気ＲＡ2は、パージ空気として低温パージ５２ｄを通過した後、冷却装置としての冷却コイル５４によって冷却された後、高温パージ区域５１ｃに導入されるようになっている。なお高温パージ区域５１ｃは、前記第１、第２の実施形態と同様、再生系統の空気と混合される。
【００３６】
このような構成の参考例の低露点空気供給システムによれば、ロータ５１にパージ再生区域が設けられていない分、前記第１、第２の実施形態より多少エネルギ効率は低下するものの、低温パージ５２ｄを通過して昇温したパージ空気を冷却コイル５４によって冷却した後高温パージ区域５２ｃに導入するようにしたので、ロータ５１をパージ空気によって２段で冷却することができ、依然としてパージ空気の有効利用を図ることが可能であり、従来よりもエネルギ消費が少ないものとなっている。またロータ５１にパージ再生区域を設定できないときでも適用できるから、実用的効果は大きい。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１、２の低露点空気供給システムによれば、低温パージ区域を通過して昇温した空気はパージ再生区域を通過する際にロータを加熱するので、ロータの再生区域での加熱量の低減が図れる。またロータ自体は再生区域から減湿区域へと移る前に、高温パージ区域と低温パージ区域で２段に冷却されることになり、パージ空気を有効に利用することができ、冷却効率は良好である。したがってパージ空気の風量を従来より少なくでき、その分目的室からの還気を処理空気側へと余分に回すことが可能であり、処理空気として導入する外気の量の低減、外気処理に要するエネルギの低減を図ることができる。さらに高温パージ区域を通過して昇温した空気は、再生区域を通過させる再生系統の空気と混合されるので、その分再生系統の空気の加熱に要するエネルギが低減されている。従って請求項１、２の低露点空気供給システムは、従来のシステムよりもエネルギの消費量を大幅に低減させることができる。特に請求項２の低露点空気供給システムでは、パージ再生区域を通過した空気が高温パージ区域に導入される前に、適宜冷却装置でパージ空気を冷却するようにしたので、より一層少ない空気量でロータの冷却を実施することができ、その分エネルギの消費量をさらに低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる低露点空気供給システムの構成の概略を示す説明図である。
【図２】図１の低露点空気供給システムに用いた乾式減湿装置の斜視図である。
【図３】図２の乾式減湿装置の軸方向からみた正面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる低露点空気供給システムの構成の概略を示す説明図である。
【図５】参考例の低露点空気供給システムの構成の概略を示す説明図である。
【図６】図５の低露点空気供給システムに用いた乾式減湿装置の斜視図である。
【図７】図６の乾式減湿装置の軸方向からみた正面図である。

Claims

吸着機能や吸収機能を有する回転自在なロータを有する乾式減湿装置を用いて、目的室に低露点の空気を供給するシステムにおいて、
前記乾式減湿装置は、ロータ端面に位置する空気の通過域が、ロータの回転方向順に、再生区域、高温パージ区域、低温パージ区域、減湿区域、パージ再生区域に仕切られ、
前記目的室には、減湿区域を通過した空気が供給されるように構成され、
前記目的室からの還気の一部が、前記乾式減湿装置におけるロータの低温パージ区域、パージ再生区域、高温パージ区域を順に通過するように構成され、
前記高温パージ区域を通過した空気は、再生区域を通過した後の再生循環系統の空気と混合されるように構成され，さらにこの混合された後の空気のうちの，高温パージ区域を通過した量だけシステム外に排出され，かつ当該排出の前に，その一部が，前記ロータの前段に配置される他の乾式減湿装置の再生区域に導入されるように構成されたことを特徴とする、低露点空気供給システム。
吸着機能や吸収機能を有する回転自在なロータを有する乾式減湿装置を用いて、目的室に低露点の空気を供給するシステムにおいて、
前記乾式減湿装置は、ロータ端面に位置する空気の通過域が、ロータの回転方向順に、再生区域、高温パージ区域、低温パージ区域、減湿区域、パージ再生区域に仕切られ、
前記目的室には、減湿区域を通過した空気が供給されるように構成され、
前記目的室からの還気の一部が、前記乾式減湿装置におけるロータの低温パージ区域、パージ再生区域、高温パージ区域を順に通過するように構成されると共に、前記パージ再生区域を通過した空気が高温パージ区域に導入される前に、冷却装置によって冷却されるように構成され、
前記高温パージ区域を通過した空気は、再生区域を通過した後の再生循環系統の空気と混合されるように構成され，さらにこの混合された後の空気のうちの，高温パージ区域を通過した量だけシステム外に排出され，かつ当該排出の前に，その一部が，前記ロータの前段に配置される他の乾式減湿装置の再生区域に導入されるように構成されたことを特徴とする、低露点空気供給システム。