(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥空気の供給先であるドライルームからの還気と外気との間で全熱交換を行う全熱交換ロータを設け、前記全熱交換ロータは非シリカ系湿気吸着剤を用いたものであり、吸着ゾーンと脱着ゾーンとパージゾーンとを有する除湿ロータを設け、前記全熱交換ロータを通過した外気を冷却器で冷却して前記吸着ゾーンに通し、前記吸着ゾーンを通過した乾燥空気を供給空気としてドライルームに供給するとともに、乾燥空気を前記パージゾーンに通過させ、前記パージゾーンを通過する空気とは前記吸着ゾーンを通過する空気と逆方向の流れであり、前記パージゾーンを通過した空気を加熱するヒータを設け、前記ヒータによって加熱された空気を前記脱着ゾーンに通し、前記脱着ゾーンを出た空気を外気放出するブロアを設けるとともに残りを前記パージゾーンを出た空気と混合しこの混合比を調節できるように前記ブロアを出た空気の一部は分岐され風量調節バルブを介して前記ヒータへ送るようにし、フッ素系ガス及び／又はリン酸系ガスの発生する雰囲気でも使用可能にしたことを特徴とする除湿空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム電池の製造プラントに適した除湿空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウム電池の製造プラントは、除湿を行わないとリチウム電池の品質に問題を生じる。つまりリチウムは水分と強く反応をするものであり、リチウム電池の製造プラントは露点を摂氏マイナス４０度以下（以降、温度は全て「摂氏」とする）に設定する必要がある。
【０００３】
このように低露点の環境を作るには、液体窒素を気化させプラント内の空気を窒素と置換させるか、湿気吸着剤を用いた吸着式の除湿空調装置を用いる手段が一般的である。空気を窒素で置換する方法では、プラント内に人が入ることができなくなるという問題があり、さらにランニングコストが高いため、吸着式の除湿空調装置を用いるのが現実的であり、多くのプラントがこの手段を用いている。
【０００４】
しかし、リチウム電池のコストをできるだけ低くするという要請があり、また製造過程での消費エネルギーもできるだけ低くする必要があるため、除湿空調装置の能力を維持しつつ省エネルギーをはかる必要がある。一方でリチウム電池の電解液の揮発成分がプラント内に発生するため、換気も必要である。従って換気に伴って失われるエネルギーも減らす必要がある。このような要請に対し、特許文献１に開示された技術があった。
【０００５】
この特許文献１に開示されたものは、室内空気の換気を行いつつ、室内環境を低露点に維持するものである。ところで、リチウム電池の製造工程では、特許文献２にも開示されているように、フッ酸が発生する場合がある。つまりリチウム電池の電解質にＬｉＰＦ６（６フッ化リン酸リチウム）、ＬｉＢＦ４（４フッ化シュウ酸リチウム）などを使用している場合があり、このような場合には、製造プラントの雰囲気中にフッ化水素などのフッ素系ガスが発生する場合がある。また、リン酸系のガスが発生する場合もある。
【０００６】
ここで、吸着式の除湿空調装置の湿気吸着剤としては、ゼオライトやシリカゲルが用いられる。これらの湿気吸着剤は、酸化ケイ素が主成分であり、フッ素系ガスに触れるとフッ化ケイ素となり、湿気吸着剤としての性能が損なわれるという問題があった。
【０００７】
またハニカムロータを構成する紙は、ガラス繊維やセラミック繊維が用いられ、フッ素系ガスはガラス繊維を損傷し、リン酸系ガスはセラミック繊維を損傷するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１１６８５４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７５６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、吸着式の除湿空調装置がフッ素系ガスによって性能が損なわれるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、フッ素系ガスに耐える全熱交換ロータによって、ドライルームからの還気と外気との全熱交換を行った空気を除湿するようにしているため、フッ素系ガスやリン酸系ガスの発生する雰囲気で使用されても、湿気吸着剤がフッ素系ガスによって性能が損なわれ、リン酸系ガスによってハニカムロータが損傷されないようにする事を最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の除湿空調装置は、ドライルームからの還気、即ちドライルームから排気される乾燥空気を利用する事によって、省エネルギーを達成しながら、還気にフッ素系ガスが含まれていても、湿気吸着剤に影響のない除湿空調装置を得ることができる。
【００１２】
つまり、ドライルーム内の空気は内部の湿度負荷、例えば人が居る場合はその呼気に含まれる湿気によって湿度が次第に上昇する。このために、ドライルーム内の空気を除湿空調装置に還気として戻すと、除湿空調装置は湿度負荷によって上昇した湿分だけ除去すれば良いため、少ないエネルギーで除湿を行うことができるが、この場合に還気中のフッ素系ガスなどによって除湿ロータが損傷を受ける場合がある。またドライルーム内に人が居る場合は、健康上の問題から換気が必要である。
【００１３】
本発明のものは、ドライルームに外部の新鮮空気を供給しながら、ドライルームからの還気は全量外気排出しながら、省エネルギーを図ることができる。
【００１４】
またドライルームからの還気は除湿ロータに戻らないため、還気中にフッ素系ガスが混入していても、除湿ロータが損傷を受けることがない。
【００１５】
さらに、ドライルーム内で人体に悪影響の出る可能性のあるガスが発生するような場合であっても、新鮮空気によって換気されているため、ドライルーム内に作業者が居るような場合であっても、問題がない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は除湿空調装置の実施方法を示した説明図である。（実施例１）
【図２】図２は除湿空調装置の実施方法を示した説明図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００１７】
フッ素系ガスの発生する雰囲気で使用されても、湿気吸着剤がフッ素系ガスによって性能が損なわれないようにするという目的を、ドライルームからの還気を用いて省エネルギーをはかりながら実現した。
【実施例１】
【００１８】
実施例１を示す図１に沿って説明を行う。１は非シリカ系の全熱交換ロータであり、吸湿剤としてシリカゲルやゼオライトなどのシリカを用いていないものである。例えば特開平０７−１５９０６８号で示されるもののように、アルミニウム・シートにイオン交換樹脂の粉末を担持し、これをハニカム状にしたものが適する。つまりイオン交換樹脂は、湿気の吸着剤として機能するが、フッ素系ガスによって性能が損なわれることはない。この全熱交換ロータ１は、ゾーンＡ２、ゾーンＢ３と２つのゾーンに分割されている。
【００１９】
ゾーンＡ２にはブロア４によって外気ＯＡが送り込まれる。またブロア５によってゾーンＢ３から空気が吸われ大気放出される。ゾーンＢ３はドライルーム５からの還気が送られる。これによって、外気ＯＡとドライルーム５からの還気が全熱交換され、還気は排気ＥＡとして大気放出される。
【００２０】
７は二酸化炭素やアンモニアなどを冷媒とする冷凍機のエバポレータであり、全熱交換された外気を冷却するとともに、結露によって除湿するものである。冷凍機はコンプレッサやラジエターを有するが、一般的であるので、説明は省略する。８は除湿ロータであり、湿気吸着剤としてシリカゲルが担持されている。この除湿ロータ８は、吸着ゾーン９、脱着ゾーン１０、パージゾーン１１に分割されている。
【００２１】
全熱交換された外気ＯＡは、エバポレータ７によって冷却され、結露によって絶対湿度が下がって、除湿ロータ８の吸着ゾーン９を通過する。この通過によって空気中の湿度はさらに下がり、乾燥空気となって供給空気ＳＡとしてドライルーム６に供給される。
【００２２】
除湿ロータ８の吸着ゾーン９を通過した乾燥空気は、除湿ロータ８のパージゾーン１１を通過する事によって、除湿ロータ８を冷却するとともに、通過後の空気は温度が上昇する。この温度の上昇した空気は、ヒータ１２によってさらに温度が上昇し、除湿ロータ８の脱着ゾーン１０に入る。脱着ゾーン１０を出た空気はブロア１３によって大気放出される。また、ブロア１３を出た空気の一部は分岐され、風量調節バルブ１４を介し、パージゾーン１１を出た空気と混合されてヒータ１２に入る。１５はバルブであり、ブロア４及びブロア５の間を、連通状態と閉鎖状態とにするものである。
【００２３】
本発明の除湿空調装置は以上の構成よりなり、以下その動作を各部分の空気条件とともに説明する。また、先ず、通常の運転状態について説明する。
【００２４】
ブロア４を出た空気(1)は外気であり、この空気条件は表１の(1)で示すとおり、乾球温度３８．０度、露点温度３０．５、絶対湿度２７．６ｇ／Ｋｇ、相対湿度６５パーセントである。この空気がドライルーム６からの還気ＲＡ(14)と全熱交換されると、表１の(2)のとおり乾球温度２５．５度、露点温度１３．８、絶対湿度９．７３８ｇ/Ｋｇ、相対湿度４７．９４パーセントの空気となる。つまり外気は、ドライルーム６から捨てられる空気と全熱交換することによって、絶対湿度２７．６ｇ／Ｋｇから９．７３８ｇ/Ｋｇまで下がる。
【００２５】
そしてドライルーム６から捨てられる空気はフッ素系ガスが含まれていても、この全熱交換した空気は外気であってフッ素系ガスが含まれていない。
【００２６】
この空気(2)はエバポレータ７によって冷却され、空気(3)となる。この冷却に伴い、空気(2)は乾球温度が摂氏７度まで冷却され、結露して除湿されるため空気(3)は露点温度６．１度になる。つぎにこの空気(3)は、除湿ロータ１の吸着ゾーン９で湿気が吸着され、吸着熱によって温度が上昇し乾球温度２３．０度になるとともに、露点温度は−６４．７度まで乾燥した状態となる。
【００２７】
この乾燥した空気(4)は、空気(5)と空気(6)とに、分岐される。空気(5)は除湿ロータ１のパージゾーン１１に送られ、空気(6)は供給空気ＳＡとしてドライルーム６に送られる。つまりドライルーム６には露点温度が−６４．７度の乾燥空気が供給される。そしてこの供給空気ＳＡは外気の処理された空気であり、新鮮空気である。また除湿ロータ１の吸着ゾーン９及びパージゾーン１１に送られる空気も新鮮空気であり、シリカゲルやゼオライトなどの湿気吸着剤に悪影響を及ぼす事がない。
【００２８】
パージゾーン１１を出た空気(7)はパージゾーン１１で熱交換を行い、乾球温度が８０．０度まで上昇する。またパージゾーン１１は脱着ゾーン１０の影響を受け、パージゾーン１１を通過する空気(7)に多少湿分を与え、露点温度が−５１．７度まで上昇する。
【００２９】
パージゾーン１１を出た空気(7)は、脱着ゾーン１０を出て風量調節バルブ１４を通った空気(12)と混合されて空気(8)となり、ヒータ１２で加熱される。ヒータ１２に入る前の空気(8)は乾球温度が７８．５度と、パージゾーン１１を出た空気よりも少し下がるが、空気量の確保ができる。またこの空気(8)は、脱着ゾーン１０を出た空気と混合されているために、露点温度が２１．５度と上昇している。
【００３０】
ヒータ１２で加熱された空気(9)は、乾球温度が１６０．０まで上昇し、これによって相対湿度は０．４０６％まで下がる。吸着式除湿機は、処理される空気(3)の相対湿度９５％と、脱着に使われる空気(9)の相対湿度０．４０６％との差によって除湿されるものであり、ヒータを出た空気(9)の相対湿度が極めて低いため、効果的に除湿される。
【００３１】
脱着ゾーン１０を出た空気(10)は、除湿ロータ１に吸着された湿気を脱着しているため、湿度が上昇するとともに、脱着熱を奪われ温度が下がり、露点温度３５．１０度になり、乾球温度は７３．５度になる。この空気(10)はブロア１３で加圧され、乾球温度が７６．５度の空気(11)となる。この空気(11)は２つに分岐され、大気放出空気(12)と風量調節バルブ１４を通った空気(12)とになる。
【００３２】
ドライルーム６内で、例えばリチウム電池が製造され、その製造ラインが湿度負荷となる。またその製造ラインからフッ素系ガスが発生する。このドライルーム６内にトイレなどが存在する場合、そこからの局所排気を行う。また、ドライルーム６からの還気ＲＡは空気(14)として、全熱交換ロータ１のゾーンＢ３を通過して、空気(1)と顕熱及び潜熱の交換を行う。この全熱交換によって、ゾーンＢ３を通過した空気(15)は乾球温度が３１．２度まで上昇し、露点温度が１９．８度まで上昇する。
【００３３】
この空気(15)にはフッ素系ガスが含まれているが、このフッ素系ガスは大気に放出され、除湿ロータ８に入ることがない。このため、除湿ロータ８はフッ素系ガスによる損傷がない。
【表１】
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【００３４】
以上の説明は、通常運転状態であるが、次にリチウム電池工場の初期稼動開始状態或いは休止状態からの稼動開始状態の運転について説明する。リチウム電池工場の初期稼動開始状態或いは休止状態からの稼動開始状態では、十分にドライルーム６内の湿度が下がってからリチウム電池の生産を開始する必要がある。
【００３５】
ドライルーム６が初期の状態では、外気の条件とほぼ同一の空気条件であり、これを露点−４０度まで湿度が下がった状態にするには、−６０度程度の空気を少なくとも数十時間或いは数日間程度も流し続ける必要がある。これは、ドライルームの床、壁、天井から湿気が完全に排出し終わるのに必要な時間で、またドライルーム内に設置された設備も完全に乾燥されなければならず、このような時間が必要である。
【００３６】
そして上記の乾燥期間中は、リチウム電池の生産を開始できないためドライルーム内にフッ化水素やリン酸系ガスが発生しておらず、この場合は除湿ロータ８の損傷を配慮する必要がない。よって稼動開始状態では、このようなガスによる損傷を配慮せず、より早くドライルーム９を乾燥状態にすることが必要である。
【００３７】
このため、ブロア５から排出される空気の条件が外気よりも露点温度が低い場合には、バルブ１５を開放し、ブロア５から出た空気をブロア４の吸い込み側に戻すようにする。これによって、除湿ロータ８による除湿の負荷が少なくなり、より短時間でドライルーム９内を所望の空気条件とすることができる。
【実施例２】
【００３８】
図２の実施例は図１の実施例に対し、パージの方向が逆になっている。そして図１に示す実施例１と図２に示す実施例２との共通する構成については重複した説明を避ける。
【００３９】
実施例２のものは、エバポレータ７を出た空気（３）を２つに分岐し、その一つは除湿ロータ８の吸着ゾーン９へ送り、他の一つは除湿ロータ８のパージゾーン１１に送るようになっている。またパージゾーン１１を出た空気(7)は風量調節バルブ１４を通った空気(12)と混合され、空気(8)となってヒータ１２に入る。つまり実施例１のものと比較して、パージゾーン１１に流れる空気の向きが逆になっている。
【００４０】
実施例１のものは、吸着ゾーン９に流れる空気の向きと、パージゾーン１１に流れる空気の向きが逆であり、パージの効果が高く、実施例２のものと比較して、多少省エネルギー効果が高い。しかし、実施例１のものは、空気の流れが複雑になるため、実施例２のものと比較して製造コストが高くなる。
【００４１】
従って、実施例１のものを採用するか、実施例２のものを採用するかは、省エネルギーを優先するかコストを優先するかによって決定することができる。
【表２】
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【００４２】
この実施例２の場合も、上記の実施例１の場合と同様、ブロア５から排出される空気の条件が外気よりも露点温度が低い場合には、バルブ１５を開放し、ブロア５から出た空気をブロア４の吸い込み側に戻すようにする。これによって、除湿ロータ８による除湿の負荷が少なくなり、より短時間でドライルーム９内を所望の空気条件とすることができる。
【００４３】
以上の実施例１及び実施例２では、非シリカ系の全熱交換ロータとして、湿気吸着剤にイオン交換樹脂を用いた例を示したが、フッ素系ガスで損傷を受けない湿気吸着剤としてアルミニウムの酸化物もある。つまり、アルミニウム・シートの表面を酸化させて表面を粗い状態にすると、この酸化層が湿気の吸着作用を呈する。このようにして全熱交換ロータを得ることができる。
【００４４】
また、非シリカ系の全熱交換ロータとして、湿気吸着剤に活性炭を用いることも可能である。活性炭もフッ素系ガスによって損傷を受けない。この場合は、活性炭粉末をアルミニウム・シートに接着して用いる。
【００４５】
或いは、全熱交換ロータを難燃紙で構成し、これに塩化リチウムや塩化カリなどの潮解性のある溶液を浸み込ませたものでもよい。要は、非シリカ系の可逆性湿気吸着剤を用いた回転式全熱交換ロータであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
リチウム電池の製造工場など、極めて低い露点の空気が必要であり、さらにそこからフッ素系ガスが発生するような状況においても、シリカゲルやゼオライト等のシリカ系湿気吸着剤を用いた除湿ロータを有する除湿空調装置に適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１         全熱交換ロータ
２        ゾーンＡ
３        ゾーンＢ
４         ブロア
５         ブロア
６         ドライルーム
７         エバポレータ
８         除湿ロータ
９         吸着ゾーン
１０       脱着ゾーン
１１       パージゾーン
１２       ヒータ
１３       ブロア
１４       風量調節バルブ
１５      バルブ
【図１】
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【図２】
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