JP5698172B2 - グローブボックス - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開平６−３４３８１８号公報 特開平１−１９９６２１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１は本発明のグローブボックスの実施例を示したフロー図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。）

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。

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

Claims (4)

1. 湿気吸着剤の担持された除湿ロータを有し、前記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、外気を前記第１吸着ゾーンに通過させ、前記第１吸着ゾーンを通過した空気を冷却して前記第２吸着ゾーンに流し、前記第２吸着ゾーンを出た空気の一部を加熱して前記第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、前記第２再生ゾーンを出た空
   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。
2. 第１吸着ゾーンよりも第２吸着ゾーンの面積を小さくし、第１再生ゾーンよりも第２再生ゾーンの面積を小さくしたことを特徴とする請求項１記載のグローブボックス。
3. 第１再生ゾーンの面積よりも第２再生ゾーンの面積を小さくしたことを特徴とする請求項１記載のグローブボックス。
4. 第１吸着ゾーンの面積対第１再生ゾーンの面積の比よりも、第２吸着ゾーンの面積対第２再生ゾーンの面積比を大きくしたことを特徴とする請求項１記載のグローブボックス。

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