JP5698172B2 - Glove box - Google Patents
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Description
グローブボックスとは、ボックスの内部の湿度が極めて低い状態に維持され、ボックスの外から密封されたゴム手袋（グローブ）を介して手を挿入し、ボックスの中の乾燥した環境を利用した実験などを行うものである。本発明は、除湿のためのエネルギー消費が少ないグローブボックスに関するものである。 A glove box is an experiment where the humidity inside the box is kept extremely low, a hand is inserted through a rubber glove (glove) sealed from the outside of the box, and a dry environment inside the box is used. Is to do. The present invention relates to a glove box that consumes less energy for dehumidification.
特定のボックスの中の空気を除湿する場合に、冷凍機を用いて結露による除湿を行うとエネルギー消費は少ないのであるが、ボックスの中の空気の湿度をマイナスの露点まで下げるのは困難であった。 When dehumidifying the air in a specific box, dehumidification by condensation using a refrigerator reduces energy consumption, but it is difficult to reduce the humidity of the air in the box to a negative dew point. It was.
つまり近年、リチウムイオン電池やリチウムイオン・キャパシタなどの開発や改良が激化している。リチウムは空気中の水分を簡単に吸着して、電池やキャパシタの性能が劣化するため、これらの開発に伴う実験の際に、極めて低い露点の空気や、液体窒素を気化させた窒素で空気をパージしたボックスの中で実験を行う必要がある。液体窒素を用いる場合には、実験の前に液体窒素を準備しておく必要があり、実験中は液体窒素を消耗し続けるので、費用がかさむという問題がある。 That is, in recent years, development and improvement of lithium ion batteries and lithium ion capacitors have been intensified. Lithium easily adsorbs moisture in the air and degrades the performance of the battery and capacitor.Therefore, in the experiments accompanying these developments, air with extremely low dew point or nitrogen vaporized from liquid nitrogen was used. Experiments need to be performed in a purged box. In the case of using liquid nitrogen, it is necessary to prepare liquid nitrogen before the experiment. Since the liquid nitrogen is continuously consumed during the experiment, there is a problem that the cost is increased.
ここで、シリカゲルやゼオライトを吸着剤とする除湿ロータを用いた除湿機を採用すると、ボックスの中の空気の露点をマイナスまで下げることが容易である。しかし、消費エネルギーが大きくなるという欠点があった。 Here, if a dehumidifier using a dehumidification rotor using silica gel or zeolite as an adsorbent is employed, it is easy to lower the dew point of the air in the box to minus. However, there is a drawback that energy consumption increases.
この改善策として、特許文献１に開示された技術のように、除湿ロータの再生を２段階にして、少ないエネルギーで効果的に再生し、省エネルギーで空気の露点を低くするものが発明された。
As an improvement measure, as in the technique disclosed in
また特許文献２に開示されたものは、除湿ロータへの湿分吸着を２回行って、効果的に露点の低い空気を供給するようにしている。
In addition, what is disclosed in
解決しようとする問題点は、特許文献１或いは特許文献２に記載の技術よりも、さらに省エネルギーで低露点の空気を供給するようにする点である。
The problem to be solved is to supply air with lower energy and lower dew point than the technique described in
特に、グローブボックス内の環境として、露点がマイナス１００度以下になるような、極めて低い湿度を保つ場合には、除湿ロータの再生を行うのに多くのエネルギーを必要とする。 In particular, when the environment inside the glove box is kept at a very low humidity such that the dew point is minus 100 degrees or less, a large amount of energy is required to regenerate the dehumidifying rotor.
本発明は、除湿ロータをその回転方向に対して、第１吸着ゾーン、第１再生ゾーン、第２再生ゾーン、第２吸着ゾーンに分割し、外気を第１吸着ゾーンに通過させ、第１吸着ゾーンを通過した空気を冷却して第２吸着ゾーンに流し、第２吸着ゾーンを出た空気の一部を加熱して第２再生ゾーンに流すとともに、その残りを供給先のボックスに供給し、第２再生ゾーンを出た空気を加熱して第１再生ゾーンに流し、第１再生ゾーンを出た空気を第１吸着ゾーンに入れるようにしたことを最も主要な特徴とする。 In the present invention, the dehumidification rotor is divided into a first adsorption zone, a first regeneration zone, a second regeneration zone, and a second adsorption zone with respect to the rotation direction, and the outside air is allowed to pass through the first adsorption zone. The air that has passed through the zone is cooled and sent to the second adsorption zone, a part of the air that has exited the second adsorption zone is heated to flow to the second regeneration zone, and the remainder is supplied to the supply destination box, The most important feature is that the air that has exited the second regeneration zone is heated to flow to the first regeneration zone, and the air that has exited the first regeneration zone enters the first adsorption zone.
本発明のグローブボックスは、第１再生ゾーンを出た空気を外部に放出することなく、再利用するため、湿度の低い空気を無駄にすることなく、消費エネルギーが小さいという利点がある。つまり、第１再生ゾーンを出た空気の湿度が外気の湿度よりも低い場合には、その空気を第１吸着ゾーンに流して、第１吸着ゾーンに入る空気の露点を少しでも低くすることによって、供給空気の露点を低くすることができる。 Since the glove box of the present invention is reused without releasing the air that has left the first regeneration zone to the outside, there is an advantage that the energy consumption is small without wasting air with low humidity. In other words, when the humidity of the air leaving the first regeneration zone is lower than the humidity of the outside air, the dew point of the air entering the first adsorption zone is lowered as much as possible by flowing that air through the first adsorption zone. The dew point of the supply air can be lowered.
また第２吸着ゾーンを出た空気の一部をパージゾーンなど通さずに直接、加熱して第２再生ゾーンに流すようにしているため、構造が簡単になる。つまり、吸着熱の発生の少ない第２吸着ゾーンを出た空気を第２再生ゾーンに流すようにして、パージゾーンを設ける必要がないようにしている。 In addition, since a part of the air that has exited the second adsorption zone is directly heated and passed through the second regeneration zone without passing through the purge zone or the like, the structure is simplified. In other words, the air that has exited the second adsorption zone that generates little heat of adsorption flows to the second regeneration zone so that it is not necessary to provide a purge zone.
さらに本発明のものは、第１再生ゾーンを通過する空気の量を第２再生ゾーンを通過する空気の量より大きくし、除湿ロータから多量の湿分を脱着するゾーンに多量の空気を送り、脱着すべき湿分の量が少ないゾーンで、通過する空気の量を少なくして、消費エネルギーを少なくしている。 Further, according to the present invention, the amount of air passing through the first regeneration zone is made larger than the amount of air passing through the second regeneration zone, and a large amount of air is sent from the dehumidification rotor to the zone where a large amount of moisture is desorbed, In a zone where the amount of moisture to be desorbed is small, the amount of air passing therethrough is reduced to reduce energy consumption.
本発明は、除湿ロータをその回転方向に対して、第１吸着ゾーン、第１再生ゾーン、第２再生ゾーン、第２吸着ゾーンに分割し、外気を第１吸着ゾーンに通過させ、第１吸着ゾーンを通過した空気を冷却して第２吸着ゾーンに流し、第２吸着ゾーンを出た空気の一部を加熱して第２再生ゾーンに流すとともに、その残りを供給先のボックスに供給し、第２再生ゾーンを出た空気を加熱して第１再生ゾーンに流し、第１再生ゾーンを出た空気を第１吸着ゾーンに入れるようにし、これによって、少ないエネルギーで、極めて低い露点（マイナス１００度）の空気をボックスに供給し、低露点の雰囲気を有するグローブボックスを提供するという目的を、最小の部品点数で実現した。 In the present invention, the dehumidification rotor is divided into a first adsorption zone, a first regeneration zone, a second regeneration zone, and a second adsorption zone with respect to the rotation direction, and the outside air is allowed to pass through the first adsorption zone. The air that has passed through the zone is cooled and sent to the second adsorption zone, a part of the air that has exited the second adsorption zone is heated to flow to the second regeneration zone, and the remainder is supplied to the supply destination box, The air exiting the second regeneration zone is heated to flow to the first regeneration zone, and the air exiting the first regeneration zone is placed in the first adsorption zone, so that a very low dew point (minus −100) is obtained with less energy. The purpose of providing a glove box having a low dew point atmosphere by supplying air to the box with a minimum number of parts.
以下、本発明の実施例を示す図１に沿って説明する。１は除湿ロータであり、シリカゲルやゼオライトなどの湿気吸着剤が担持され、ハニカムロータ状である。この除湿ロータ１はモータ（一般的であるため、図示せず）によって回転するようにされており、その回転方向に従って、以下のとおり各ゾーンに分割されている。
Hereinafter, it demonstrates along FIG. 1 which shows the Example of this invention.
つまり、２は第１吸着ゾーンであり、ここで空気中の湿分が除湿ロータ１に吸着される。３は第１再生ゾーンであり、４は第２再生ゾーンである。両再生ゾーンを通過する高温の空気によって除湿ロータ１は吸着した湿気が脱着される。５は第２吸着ゾーンである。
That is,
６は第１冷却コイルであり、冷凍機７から冷媒が供給されている。８は吸着ブロアであり、冷却コイル６によって冷却された空気を第１吸着ゾーン２に送るものである。９は第２冷却コイルであり、第１吸着ゾーン２を出た空気を冷却するもので、これも冷凍機７から冷媒が供給されている。そして、この第２冷却コイル９を出た空気は、第２吸着ゾーン５の入口に送られる。
A first cooling coil 6 is supplied with refrigerant from the refrigerator 7. An
１０は供給空気加熱器であり、第２吸着ゾーン５から出た空気を必要に応じて加熱するもので、例えば電気ヒータがあるが、冷凍機７のラジエターを用いることも可能である。１１はボックスであり、供給空気加熱器で加熱された空気が供給される。またこのボックスの側面には、ゴムで作られた手袋（図示せず）が密封状態に取り付けられている。
第２吸着ゾーン５から供給空気加熱器１０に行く管路が分岐され、この分岐路の途中に分岐バルブ１２が設けられている。この分岐バルブ１２によって、分岐される空気量、即ち第２再生ゾーン４に流れる空気の量が調整される。
A pipe from the second adsorption zone 5 to the
１３は第２再生ヒータであり、分岐バルブ１２と第２再生ゾーン４の入口との間に設けられ、第２再生ゾーン４に送られる空気を再生可能な温度レベルまで加熱するものである。これには例えば電気ヒータが用いられる。
A second
１４は第１再生ヒータであり、第２再生ゾーン４を出た空気と外気とが混合された空気を加熱して、第１再生ゾーン３を再生可能な温度レベルまで上げるものである。これも例えば電気ヒータが用いられる。
１５は再生ブロアであり、第１再生ゾーン３の空気を吸出すもので、この再生ブロア１５の出口は第１冷却コイル６に接続されている。つまり第１冷却コイル６に入る空気は、外気と再生ブロア１５から出た空気とが混合された状態となる。
A
本発明のグローブボックスは上記の構成よりなり、以下その動作について説明する。先ず、外気は第１冷却コイル６で冷却され、凝縮除湿される。凝縮除湿は、凝縮水が凍ると第１冷却コイル６の表面に氷が生成され、空気の流れが阻害されるために、氷点以下にすることができず、ここで除湿される空気の露点温度は０度以上である。 The glove box of this invention consists of said structure, and demonstrates the operation | movement below. First, the outside air is cooled by the first cooling coil 6 and condensed and dehumidified. In the condensation dehumidification, when the condensed water freezes, ice is generated on the surface of the first cooling coil 6 and the air flow is obstructed, so that it cannot be below the freezing point, and the dew point temperature of the air to be dehumidified here. Is 0 degree or more.
この凝縮除湿されて温度が下がった空気は、吸着ブロア８によって第１吸着ゾーン２に送られる。第１吸着ゾーン２で吸着除湿され、湿度が下がって温度の上昇した空気は第２冷却コイル９で冷却される。第２冷却コイル９を出た空気は冷却によって相対湿度が上昇し、第２吸着ゾーン５に送られる。
The air that has been dehumidified due to condensation and dehumidification is sent to the
第２吸着ゾーン５に送られた空気は、第２吸着ゾーン５で吸着除湿が行われ、露点がマイナス１００度まで下がり、必要に応じて供給空気加熱器１０で加熱されて、乾燥空気の供給先であるボックス１１に送られる。このボックス１１内で、リチウム電池の試作など、低露点の環境下で行われるべき実験が行われる。
The air sent to the second adsorption zone 5 is subjected to adsorption dehumidification in the second adsorption zone 5, the dew point is lowered to minus 100 degrees, and is heated by the
第２吸着ゾーン５を出た空気の一部は、分岐バルブ１２によって、分岐される空気量、即ち第２再生ゾーン４に流れる空気の量が調整され、第２再生ヒータ１３によって加熱されて第２再生ゾーン４に送られる。第２再生ヒータ１３に送られた空気の露点はマイナス１００度まで下がっているので、第２再生ゾーン４で除湿ロータ１は極めて乾燥した状態まで、再生される。
A part of the air leaving the second adsorption zone 5 is adjusted by the
第２再生ゾーン４を出た空気は外気よりも露点が低く、この空気は外気と混合されて風量を増して、第１再生ゾーン３に送られる。つまり第１再生ゾーン３は、湿度が高いために、多くの湿分を放出させる必要があり、大風量で再生することによって再生効率を上げることができる。
The air leaving the
具体的に各ゾーンの面積比は、第１再生ゾーン３：第２再生ゾーン４：第２吸着ゾーン５：第１吸着ゾーン２＝３：１：５：９としている。これによって、第１吸着ゾーン２と第１再生ゾーン３との間の風量比は３：１となり、第１段階での除湿は外気と第２再生ゾーン４から出た空気の混合空気で多量の空気を使って再生を行う。これによって、再生に用いるエネルギーが少なくて済む。低露点の空気を作るための第２段階での除湿は、第２吸着ゾーン５と第２再生ゾーン４との間の風量比は５：１であり、乾燥空気で再生を行うため、できるだけ少量の空気で再生をするようにしており、この点でも省エネルギーとなる。（各ゾーンの風速は同一とする。）
Specifically, the area ratio of each zone is set to the first regeneration zone 3: the second regeneration zone 4: the second adsorption zone 5: the
本発明は、上記のとおり少ないエネルギーで極めて低い露点の空気をボックスに供給する事ができ、低露点のグローブボックスに適用できる。 As described above, the present invention can supply air with a very low dew point with low energy to the box, and can be applied to a glove box with a low dew point.
１ 除湿ロータ ２ 第１吸着ゾーン ３ 第１再生ゾーン ４ 第２再生ゾーン ５ 第２吸着ゾーン ６ 第１冷却コイル ７ 冷凍機 ８ 吸着ブロア ９ 第２冷却コイル １０ 供給空気加熱器 １１ ボックス １２ 分岐バルブ １３ 第２再生ヒータ １４ 第１再生ヒータ １５ 再生ブロア
DESCRIPTION OF
Claims (4)
気を加熱して前記第１再生ゾーンに流し、前記第１再生ゾーンを出た空気を前記第１吸着ゾーンに入れるようにしたことを特徴とするグローブボックス。 A dehumidification rotor carrying a moisture adsorbent, and the dehumidification rotor is divided into a first adsorption zone, a first regeneration zone, a second regeneration zone, and a second adsorption zone with respect to the rotation direction, Passing through the first adsorption zone, cooling the air that has passed through the first adsorption zone and flowing it to the second adsorption zone, and heating a part of the air that has exited the second adsorption zone to produce the second regeneration zone And the remainder is supplied to the supply destination box, the air that has exited the second regeneration zone is heated to flow to the first regeneration zone, and the air that has exited the first regeneration zone is subjected to the first adsorption. A glove box characterized by being placed in a zone.
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