CN103802138A - 手套式操作箱 - Google Patents
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Abstract
提供一种能降低干燥室内的二氧化碳浓度的手套式操作箱。将除湿旋转器相对其旋转方向分为吸附区（2）、净化区（3）、再生区（4），设置使空气经过再生区（4）而进行再循环的再生循环路径，使外部空气与再生循环空气的一部分混合后进行冷却，在此基础上，使之通过填充有碱金属氢氧化物或碱土类金属氢氧化物组成的二氧化碳吸收剂的二氧化碳吸收罐（10），之后使之通过吸附区（2），将通过了吸附区（2）的空气供给至干燥室（16）供给，并且，使该空气经回流空气阀（18）而进入冷却装置（22），使该冷却干燥空气再次返回直到吸附区（2）。
Description
技术领域
本发明涉及手套式操作箱，所谓手套式操作箱（globe box）是指可以保持其内部在极低湿度的状态，能够从箱的外部经由密封的手套（globe）来***手，利用箱内的干燥环境进行实验等的设备。广泛用于工厂、实验室、分析室等，是需要在干燥环境下进行实验的必不可少的设备。本发明提供一种不仅可以精确控制箱体内空气露点（Dew point），而且可以极大降低供应空气中的二氧化碳浓度的手套式操作箱。
背景技术
在特定的箱体中对空气进行除湿时，利用冷冻机对空气进行冷却结露除湿的方法虽然能耗很少，但是要将空气的湿度降低到露点温度达到零下是很困难的。
然而近年来，锂离子电池（锂电池）、锂离子电容（锂电容）等的开发与改良的研发竞争日趋激烈。由于锂化合物很容易吸附空气中的水分，而使电池和电容的性能劣化，所以此类产品的研发实验过程需要在极低露点的空气环境，或者通过液氮气化方式提供氮气，对操作箱中的空气进行净化，提供低湿度环境进行实验。采用液氮方式时，不仅实验前要准备液氮，实验中还要持续消耗液氮，因此运行成本增加是该方法的最大问题。
而且，作为代替液晶显示屏而被期待的新一代有机发光平板显示器中，所使用的有机发光元件（有机EL）是固体发光型的廉价大面积全彩色显示元件，同时也被认为有希望作为写入光源阵列使用，因此其研究开发工作也在积极展开。但是有机发光二极管中使用的有机发光材料等有机物质和电极等的材料很怕水分，与空气中的水分接触会导致其性能和特性急剧劣化。因此，在进行这些开发实验时，需要在极低露点的空气环境中，或是通过气化液氮所得到的氮气来净化箱体中的空气进行实验。
再者，从锂离子电池情况看，空气中若有二氧化碳，则会有专利文献1中所阐述的性能劣化的问题。专利文献1指出在锂离子电池电极的制造工序中，要除去二氧化碳的影响。可以通过爆气法，使空气在氢氧化钠溶液中通过，从而除去二氧化碳。但是，在生产锂离子电池的工序中，干燥空气是必要的。采用爆气法来除去二氧化碳，会导致空气湿度上升的问题。
另外，在专利文献2中提出了胺系列物质作为二氧化碳吸收剂，用溶液来吸收二氧化碳，此法也有加湿空气的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献：JP特开平09-320598号公报
专利文献：JP特开平06-343858号公报
如上所记载，专利文献1和专利文献2所公开的方案，存在吸附二氧化碳或吸收过程中出现空气湿度升高的问题。难以像根据本发明那样将提供露点在零下10度到零下80度的干燥空气，因此难以采纳。
发明内容
本发明是为了解决前面记述的课题而创造的，目的在于，除去包含在干燥空气中的二氧化碳，以提供降低二氧化碳的浓度的同时露点也能被降低的手套式操作箱。
本发明提供一种手套式操作箱，其主要特征在于，具有除湿旋转器，除湿旋转器在其旋转方向被分为吸附区、再生区、净化区；设置使空气经过再生区而进行再循环的再生循环路径，使外部空气与再生循环空气的一部分混合后进行冷却，在此基础上，使之通过填充有碱金属氢氧化物或碱土类金属氢氧化物组成的二氧化碳吸收剂的二氧化碳吸收罐，之后使之通过吸附区，将通过了吸附区的空气供给至干燥室供给，并且，使该空气经回流空气阀而进入冷却装置，使该冷却干燥空气再次返回直到吸附区。
本发明的手套式操作箱，为了使通过了除湿旋转器再生区的空气进行循环，使其中一部分和外气混合后冷却，使相对湿度较高的空气通过吸收二氧化碳的罐，由于二氧化碳吸附作用很强，所以能够使干燥室内的二氧化碳浓度下降。
此外，使通过了除湿旋转器的再生区的空气进行循环，能够达到耗能浪费少的效果。进而，因循环，使得排气少，所以本发明手套式操作箱可容易地设置在干净房间的内部。而且，由于进行循环，使得再生加热器能耗小，进而能够延长再生加热器的寿命。
另外，利用吸附区的迂回（bypass）和干燥室的迂回（bypass），来调节干燥室内的湿度，提高了湿度调节的响应性，更适于容积小的手套式操作箱的湿度调节。
附图说明
图1是表示本发明的手套式操作箱的实施例的流程图。
附图标记的说明
1 除湿旋转器（DHR）
2 吸附区
3 净化区
4 再生区
5 吸气阀（VD）
6 过滤器（AF）
7 预冷器（PC1）
8 温度传感器（TS）
9 温度传感器（TS）
10 二氧化碳吸收罐
11 吸附吹风机（P）
12 旁通路径
13 电动阀（MV）
14 后加热器
15 后过滤器
16 干燥室
17 供给阀（VD）
18 回流空气阀（VD）
19 返回阀（VD）
20 温度传感器（TS）
21 湿度传感器（DP）
22 预冷器（PC2）
23 温度传感器（TS）
24 净化阀（VD）
25 再生加热器（RH）
26 温度传感器（TS）
27 温度传感器（TS）
28 再生吹风机（FR）
29 再生循环阀（VD）
30 再生返回阀（VD）
具体实施方式
在本发明中，将除湿旋转器相对于其旋转方向而分为吸附区、再生区、净化区，并且设置旁通路径。该旁通路径具有特定路径和流量控制装置，该特定路径用于，在使外部空气与再生循环空气的一部分混合后进行冷却之后，使提高了相对湿度的空气，通过填充了二氧化碳吸收剂的二氧化碳吸收罐；该流量控制装置用于，使吸附区的上游侧及下游侧相连通。在本发明中，针对手套式操作箱内的露点，将再生温度比例控制和使用前述旁通径路的旋转器旁通（rotor bypass）流量控制进行搭配使用，从而能够实现低能耗高精度的露点控制，且实现提供箱内低二氧化碳浓度的手套式操作箱的目的。
第一实施例
下面参照图1说明本发明的实施例。图中示出了除湿旋转器1，其装载了硅胶或沸石等的吸湿剂，呈蜂巢转轮（honeycomb rotor）状。马达（GM）带动除湿旋转器1旋转，按其旋转方向，分为以下各区（吸附区2、净化区3、再生区4）。下面说明中的温度全为摄氏。
即，在吸附区2中，空气中的水分被除湿旋转器1所吸附。图还示出了净化区3、再生区4。利用通过再生区4的高温空气，使除湿旋转器1所吸附的水分脱离。还示出了吸气阀5，其用来调整外气（外部空气）（OA）导入量，并且通过开闭来控制是否使外气（OA）进入。还示出了过滤器6，其除去外气尘埃。
预冷器（precooler）7，其利用由冷冻压缩机（无图示）发送来的致冷剂来冷却通过的空气。还示出了温度传感器8、9，温度传感器8检测出进入预冷器7之前的空气温度，温度传感器9测量通过预冷器7之后的空气温度。
二氧化碳吸收罐10，其用于从被预冷器7冷却的空气中吸附除去二氧化碳。在该二氧化碳吸收罐10中，填充有氢氧化钠颗粒及硅胶颗粒的混合物。即，氢氧化钠和二氧化碳反应而生成碳酸氢钠。氢氧化钠颗粒遇空气中的水分而发生潮解，但由于混入了硅胶颗粒，因此能够防止潮解。也可以替代硅胶颗粒，而混合活性氧化铝颗粒、活性碳、海泡石、沸石或者氢氧化钙颗粒。在这两种颗粒中混入酚酞粉末，则最先变为淡紫色，随着生成碳酸氢钠，其颜色变淡，由此可知二氧化碳吸收罐10药剂的更换期。
吸附吹风机11，其将由第一预冷器7冷却的空气送到吸附区2。还设有旁通路径12，其用于从吸附区2的前部迂回（bypass）吸附区2至其后部，该旁通路径12装有电动阀门用于调节旁通量（迂回量）。
后加热器14，其在经过吸附区2的干燥空气温度过低的情况下，对该干燥空气进行加热。后过滤器15，其用于清洁向干燥室16供应的空气。供给阀17，其调节被送入干燥室16中的干燥空气（SA）的输送量。回流空气阀18，其用于调节使经后过滤器15的空气返回至吸附吹风机11的吸入侧的回送量。返回阀19，其调节从干燥室16返回的空气（RA）的量。由供给阀17和返回阀19来调节通过干燥室的空气量。干燥室16并非密闭状态，而是设有局部排气的结构，因此须用2个阀调整空气的通过量。
还设有干燥室16的温度传感器20、干燥室16的湿度传感器21。第二预冷器22，对将经过回流空气阀18返回的干燥空气进行冷却，经此冷却的干燥空气被吸附吹风机11吸入。温度传感器23用于测定从第二预冷器22输出的口空气的温度。
净化阀24用于调节经净化区3的空气量，经过净化阀24的空气进入到再生加热器25中。温度传感器26测定从再生加热器25输出的空气的温度，温度传感器27测定从再生区4输出的空气的温度。
再生吹风机28，从再生区4吸出空气，该再生吹风机28的出口与再生循环阀29和再生返回阀30相连接。再生循环阀29对从再生区4输出并且返回到再生加热器25的再生空气的循环量进行调节。再生返回阀30，在从再生区4输出的空气到达过滤器6之前对该空气进行调节，即，在该空气回到第一预冷器7之前调节该空气的空气量。根据再生返回阀30和吸气阀5的开度，决定向外排出的排气（EA）的量。此外，也可以构建无排气（EA）而使全部量返还到过滤器6前的结构。
本发明的手套式操作箱的结构如上述，下面说明其动作。首先，外气（OA）经过滤器6除尘后，在预冷器7中被冷却而进行冷凝除湿。从该预冷器7输出的空气相对湿度大致为100％，并且进入到二氧化碳吸收罐10。如上述，氢氧化钠颗粒和硅胶颗粒混合填充在二氧化碳吸收罐10中，氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸氢钠。经此反应过程除掉二氧化碳。
除去二氧化碳后的空气，经吸附吹风机11加压后通过吸附区2。在该通过过程中，由除湿旋转器1吸附空气中的湿气，从而生成干燥空气。然后，干燥空气被后加热器14加热到合适的温度，即，对向干燥室16供应的空气被加热到合适的温度。
如此得到的干燥空气，最后经后过滤器15除尘，在供给阀17中被调整供给量，进而被送到干燥室16。在这里，在干燥室16内的湿度低于目标湿度的情况下，将湿度传感器21的检测信号发送至电动阀13，来打开电动阀13，由此，除湿旋转器1的吸附区2被进行迂回，减少除湿量，从而以恰当的湿度对干燥室16供给空气。
针对从干燥室16输出的空气，由返回阀19来调整回流空气（return air）的量，进而该空气经过预冷器22而被冷却，再次进入吸附吹风机11。这样一来，干燥室16的空气一边进行循环一边进行除湿。因此，在干燥室16内即使存在可产生湿气的物质，即，即使存在湿度负荷，也仍然会保持干燥室16的湿度在规定值以下。
这里，构成如下通路来作为调整干燥室16内湿度的调整单元：可调节空气量的旁通路径12和/或通过回流空气阀18来迂回干燥室16的旁通通路。通过该湿度的调整单元，针对燥室16内的湿度变化而提高湿度调节响应性。即，原来的手套式操作箱设置有小的干燥室，从其外侧利用手套来在干燥室16内部进行实验操作，但因干燥室16的容积小，所以对湿度调节单元的响应性的要求很高。
从吸附吹风机11吹出的空气的一部分通过净化区3，对除湿旋转器1进行冷却，并且从除湿旋转器1回收热量。由净化阀24调节通过净化区3的空气量。另外，利用再生循环阀29调整通过再生区4的空气的循环量，并使其再次返回到再生区4。这是由于，当干燥室16的湿度负荷较小时，通过了再生区4的空气湿度增加小，能够循环使用。
通过再生区4而进入到预冷器7的空气，在并非是刚刚运行之后的情况下，也会比外气（OA）的绝对湿度低。即，如果干燥室16的露点达到零下80度，则除湿旋转器1上吸附的湿气量变少，在再生区4内脱离的水分也变少。因此，比外气（OA）湿度低，再次返回到吸附区使用的方式是低能耗的。而且排气（EA）的量少，本发明手套式操作箱可容易地设置在干净房间中使用。
这样从干燥室16输出的空气，通过再生区4后再次回到二氧化碳吸收罐10中，因此，会逐渐降低干燥室16内的二氧化碳的浓度。这里，从干燥室16返回到吸附吹风机11的空气湿度低，所以二氧化碳吸收罐10的二氧化碳除去效果小。因此，该空气不通过二氧化碳吸收罐10，而直接返回到吸附吹风机11。
在以上实施例中，示出了氢氧化钠和硅胶的混合例子来作为在二氧化碳吸收罐10内填充的吸收剂，但也可以用其他物质来取代氢氧化钠，即，也可以用碱金属的氢氧化物代替，例如钾金属、锂金属也可以。另外，也可以取代硅胶，而使用亲水性的活性炭、矾土、海泡石、沸石、氢氧化钙。或者，向这些浸渍添加碱金属氢氧化物也有同样效果。
因为二氧化碳吸收罐10设置在预冷器7之后，因此，空气被冷却，相对湿度变高。二氧化碳吸收罐10的入口空气相对湿度在90％以上的话，有时碱金属氢氧化物的吸收剂作用会受到影响。即，碱金属氢氧化物会吸湿而潮解，在高相对湿度时，吸湿量急剧增加，在相对湿度90％RH以上的情况下，潮解吸湿的液体会流出，导致二氧化碳的吸收性能降低，并且有流出的吸收剂会腐蚀下游侧的周边设备的缺点。这时，在二氧化碳吸收罐10的下游侧，用不含碱金属氢氧化物而只含硅胶、活性炭、矾土、海泡石、沸石、氢氧化钙等的单体或者混合物的颗粒进行铺层设置，可防止吸收液的流出。
在相对湿度高时，作为替代碱金属氢氧化物的二氧化碳吸收剂，可使用碱土类金属氢氧化物，例如用氢氧化钙粉末成型品也能得到同样的效果。这时，氢氧化钙和二氧化碳化合生成碳酸钙，这个反应也需要水分参与。即，碱金属氢氧化物在存在水分时易和二氧化碳结合，能够在高相对湿度下提高性能，即使在相对湿度90％以上也能够使用。在这种情况下，无潮解作用，无需将硅胶等的湿气吸附剂放入二氧化碳吸收罐10中。
再者，在相对湿度高的情况下，在空气入口侧填充含碱金属氢氧化物的吸收剂，在出口侧设置无碱金属氢氧化物的吸收剂或者吸收材料层，即，实现二氧化碳吸收剂的分层设置，然后将分层设置的二氧化碳吸收剂放入二氧化碳吸收罐10中。据此，入口侧的碱金属氢氧化物能够强力地吸收二氧化碳。此处即使有潮解，出口侧不含碱金属氢氧化物的吸收剂或吸收材料层也能够阻止潮解的碱金属氢氧化物流出。并且，流出被阻止的碱金属氢氧化物的潮解液和二氧化碳化合，生成碳酸氢键的化合物，使潮解作用消失。因此，出口侧不含碱金属氢氧化物的吸收剂或吸附层并不需要全量阻止潮解的厚度。
如上所述，本发明提供能保持干燥室内的低二氧化碳浓度的手套式操作箱。
Claims (5)
1.一种手套式操作箱，其特征在于，
具有除湿旋转器，所述除湿旋转器装有湿气吸附剂，
所述除湿旋转器至少被分为吸附区、再生区、净化区，
使通过了所述再生区的空气的一部分经过再生区而进行循环，使剩余的空气和外部空气混合并通过冷却装置，使通过了冷却装置的空气进一步通过二氧化碳吸收罐，使通过了所述二氧化碳吸收罐的空气进一步通过所述除湿旋转器的吸附区，将通过了所述吸附区的空气作为供给空气而供应至干燥室，进而使来自所述干燥室的回流空气返回到所述除湿旋转器的吸附区，
在所述二氧化碳吸收罐中填充有碱金属氢氧化物。
2.一种手套式操作箱，其特征在于，
具有除湿旋转器，所述除湿旋转器装有湿气吸附剂，
所述除湿旋转器至少被分为吸附区、再生区、净化区，
使通过了所述再生区的空气的一部分经过再生区而进行循环，使剩余的空气和外部空气混合并通过冷却装置，使通过了冷却装置的空气进一步通过二氧化碳吸收罐，使通过了所述二氧化碳吸收罐的空气进一步通过所述除湿旋转器的吸附区，将通过了所述吸附区的空气作为供给空气而供应至干燥室，进而使来自所述干燥室的回流空气返回到所述除湿旋转器的吸附区，
在所述二氧化碳吸收罐中填充有碱土类金属氢氧化物。
3.一种手套式操作箱，其特征在于，
具有除湿旋转器，所述除湿旋转器装有湿气吸附剂，
所述除湿旋转器至少被分为吸附区、再生区、净化区，
使通过了所述再生区的空气的一部分经过再生区而进行循环，使剩余的空气和外部空气混合并通过冷却装置，使通过了冷却装置的空气进一步通过二氧化碳吸收罐，使通过了所述二氧化碳吸收罐的空气进一步通过所述除湿旋转器的吸附区，将通过了所述吸附区的空气作为供给空气而供应至干燥室，进而使来自所述干燥室的回流空气返回到所述除湿旋转器的吸附区，
在所述二氧化碳吸收罐中，在入口侧填充有含有碱金属氢氧化物的吸收剂，在出口侧设有不含碱金属氢氧化物的吸收剂或吸收材料层。
4.如权利要求1或2或3所述的手套式操作箱，其特征在于，
针对所述吸附区而设有旁通路径。
5.如权利要求1或2或3所述的手套式操作箱，其特征在于，
使从所述吸附区输出的空气经过所述干燥室以及所述干燥室的旁通路径。
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