淺談鋰電池潔凈車間中恒溫恒濕凈化系統(tǒng)的應用

鋰電池目前被廣泛應用于各類數(shù)碼產(chǎn)品，受國家產(chǎn)業(yè)政策支持的電動汽車、電動自行車等發(fā)展較快，動力鋰電成為鋰電池的潛力領(lǐng)域。然而其制造過程極為嚴苛，需要非常干燥的環(huán)境，通常要求環(huán)境空氣露點溫度達到－４０℃以下［１］。鋰電池類的制造過程有著極為嚴苛的生產(chǎn)環(huán)境要求，因此在設(shè)計、施工過程中任何一部分出現(xiàn)偏差都會給整個系統(tǒng)帶來損失。另外，為了對液晶、有機發(fā)光顯示屏等新型電子元件的高性能化進行研究，或為了提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本等常常需要在超低露點（－８５℃）以下環(huán)境中生產(chǎn)［２］。因此，隨著各種高性能電子元件的開發(fā)、制造過程的實用化，對超低露點干燥空氣環(huán)境的需求會越來越多。

常用的超低露點環(huán)境是利用吸附技術(shù)對空氣中的水分進行吸附除濕，獲得干燥空氣。而采用硅膠或分子篩吸附除濕的方式已經(jīng)逐步成為主流［３］，吸附式除濕裝置又可以分為吸附塔式和轉(zhuǎn)輪式吸附除濕機２種。轉(zhuǎn)輪式除濕技術(shù)已被國內(nèi)企業(yè)接受和掌握，并取得了長足的發(fā)展，在核心部件采用進口除濕轉(zhuǎn)輪的基礎(chǔ)上，已完全能夠勝任鋰電池生產(chǎn)過程中所要求的低露點和超低露點濕度控制，并成為代表技術(shù)被各個行業(yè)所采用［４］。

１現(xiàn)行超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)存在的主要問題

１．１現(xiàn)行超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)流程

以鋰電池干燥房的露點溫度要求（－５０℃）為例（如圖１所示）。在空氣處理過程中，空氣處理系統(tǒng)分為２個子系統(tǒng)：工作間空氣處理系統(tǒng)和轉(zhuǎn)輪再生空氣處理系統(tǒng)。

  

工作間空氣處理流程：室外新風Ａ 經(jīng)初效過濾后進入前表冷器一，通過冷卻除濕得到低溫飽和濕空氣Ｂ，經(jīng)一級轉(zhuǎn)輪除濕至Ｃ工況，再與室內(nèi)回風Ｈ１混合至Ｄ工況，經(jīng)過前表冷器二降溫后得到Ｅ，其中大部分空氣進入二級轉(zhuǎn)輪進行深度除濕，得到低露點空氣Ｆ，再經(jīng)后表冷器和中效過濾器至Ｇ工況后送至工作間。

轉(zhuǎn)輪再生空氣處理流程：①一級轉(zhuǎn)輪再生系統(tǒng)的再生空氣來自二級轉(zhuǎn)輪再生空氣的排氣，具體在二級轉(zhuǎn)輪再生系統(tǒng)中陳述。②由于室外空氣含濕量較高，盡管加熱后，其水蒸氣分壓力降低，但仍高于二級轉(zhuǎn)輪再生段吸濕劑的水蒸氣分壓力，不能滿足二級轉(zhuǎn)輪再生氣體的含濕量要求。因此，采用相對干燥的空氣進行轉(zhuǎn)輪再生才能克服這個難題。所以，在二級轉(zhuǎn)輪再生系統(tǒng)中，二級轉(zhuǎn)輪再生氣體采用了經(jīng)一級轉(zhuǎn)輪處理與室內(nèi)回風混合并經(jīng)除濕的干燥空氣Ｅ１（含濕量為０．４４ｇ／ｋｇ干空氣），經(jīng)二級轉(zhuǎn)輪冷卻后至Ｊ工況，空氣中的含濕量變?yōu)榧s１ｇ／ｋｇ干空氣。在電加熱的作用下，該氣體溫度升高至Ｋ工況，空氣中的水蒸氣分壓力降低，并將其用于二級轉(zhuǎn)輪的再生，空氣狀態(tài)變?yōu)?/span>Ｌ。盡管經(jīng)過二級轉(zhuǎn)輪的再生使用，該空氣與室外新風比較還是相對干燥的，將二級轉(zhuǎn)輪再生空氣的部分排氣加熱至Ｍ 工況后，用于一級轉(zhuǎn)輪的再生空氣，從而提高了一級轉(zhuǎn)輪處理空氣的能力。

１．２運行過程中存在的主要問題

１）現(xiàn)行超低露點除濕系統(tǒng)通常采用一級和二級轉(zhuǎn)輪串聯(lián)方式。需要干燥的空氣除了一部分作為新風進入工作間，還有一大部分作為二級轉(zhuǎn)輪的再生空氣［５］。因此，一級轉(zhuǎn)輪的空氣處理量較大，運行成本較高。

２）由于各級除濕轉(zhuǎn)輪均配有再生加熱器，且為了保證除濕效果，經(jīng)計算一級轉(zhuǎn)輪的再生溫度需要１１０℃，二級轉(zhuǎn)輪的再生溫度需要１４０℃，在系統(tǒng)運行時會消耗大量的再生能源。

３）由于鋰電池生產(chǎn)環(huán)境要求極為苛刻，任何一部分設(shè)計、施工出現(xiàn)偏差，都會給整個系統(tǒng)帶來難以估量的損失。現(xiàn)行轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)較為復雜，導致存在裝置大型化、設(shè)備投資高、控制點多、運行調(diào)試較復雜等問題。

２新型超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)構(gòu)成及特點

２．１新型超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)流程

新型超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)流程如圖２所示。整個空氣處理系統(tǒng)分為２個子系統(tǒng)，但是２個子系統(tǒng)相對較為獨立。

工作間空氣處理流程：室外新風經(jīng)過轉(zhuǎn)輪再生系統(tǒng)表冷器除濕后（Ｄ２狀態(tài)點，具體在轉(zhuǎn)輪再生

空氣處理系統(tǒng)中陳述）與回風Ｊ１以及Ｇ１經(jīng)轉(zhuǎn)輪預冷后的空氣混合至Ｆ點工況。此時Ｆ工況空氣的含濕量已經(jīng)很低，經(jīng)過中效過濾器和表冷器后至Ｇ工況，一部分（Ｇ１）經(jīng)過轉(zhuǎn)輪預冷段和經(jīng)除濕處理后的新風Ｄ２混合，另一部分Ｇ２進入二級轉(zhuǎn)輪進行深度除濕至工況Ｈ，然后經(jīng)過表冷器達到送風狀態(tài)點Ｉ后進入工作間。

轉(zhuǎn)輪再生空氣處理流程：室外新風Ａ１經(jīng)過初效過濾器和表冷器后至Ｂ工況，與經(jīng)過二級轉(zhuǎn)輪再生后的空氣混合至Ｂ１，經(jīng)過表冷器后進入一級轉(zhuǎn)輪至Ｄ工況，其中一部分空氣作為新風Ｄ２與工作間的回風混合，另一部分空氣Ｄ１被加熱之后用于二級轉(zhuǎn)輪的再生至工況Ｅ，此時空氣較室外空氣相對干燥。為了節(jié)能，將其經(jīng)過顯熱換熱器后與處理的新風Ｂ混合，再經(jīng)過表冷器后進入一級轉(zhuǎn)輪進行除濕處理，如此循環(huán)。

２．２新型超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)特點

１）系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，室外空氣處理量就是工作間所需的新風量。因此，無論是二級轉(zhuǎn)輪還是一級轉(zhuǎn)輪的除濕量都大大減少。新風量對整個系統(tǒng)的沖擊較小，工作間的濕度得到較好控制。

２）經(jīng)過計算得出，一級轉(zhuǎn)輪再生溫度需要１００℃，二級轉(zhuǎn)輪的再生溫度則是８０℃，較現(xiàn)行系統(tǒng)的再生溫度大大降低，減少了轉(zhuǎn)輪再生能耗，運行過程中節(jié)能降耗非常顯著。二級轉(zhuǎn)輪的使用壽命得到延長，并為以后利用低溫熱源創(chuàng)造了有利條件。若與高溫熱泵結(jié)合在一起，將進一步提升新型系統(tǒng)的節(jié)能效果。

３）由于一級轉(zhuǎn)輪和二級轉(zhuǎn)輪相對獨立，系統(tǒng)調(diào)試較為簡單，且實際運行過程中由于二級轉(zhuǎn)輪的除濕量極少，且較低的再生溫度使二級轉(zhuǎn)輪的使用壽命得到延長（其價格在整機中比重較大），后期的維護費用相應降低。潔凈車間www.iwuchen.com

３改造前后系統(tǒng)運行狀態(tài)和節(jié)能性比較

以無錫新區(qū)某日資企業(yè)鋰電池的轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)改造項目為例。由于除濕轉(zhuǎn)輪使用壽命和除濕效率的下降，導致原有空調(diào)除濕系統(tǒng)（如圖１所示）無法滿足工作間送風參數(shù)，故對該系統(tǒng)進行節(jié)能改造。所需干燥空氣送風量為５０００ｍ３／ｈ，露點溫度為－５０℃［６－７］。表１所示為圖２中除濕系統(tǒng)各點對應的空氣狀態(tài)參數(shù)。

    

 

 

 

 

表２所示為２０１３年３月２＃干燥房實際運行過程中采集的各主要控制點參數(shù)。其中工作間露點溫度最低是－５３.０℃，滿足要求。二級轉(zhuǎn)輪再生加熱溫度最高是８５.４℃，月平均溫度是８２℃。一級轉(zhuǎn)輪再生加熱溫度最高是１０３.１℃，月平均溫度是１０１.１℃。

     

圖３所示為２０１４年一級轉(zhuǎn)輪和二級轉(zhuǎn)輪空氣再生加熱溫度的月平均值。可以看出，二級轉(zhuǎn)輪再生加熱溫度全年穩(wěn)定，年平均溫度是１０１．５℃。一級轉(zhuǎn)輪再生加熱月平均溫度在５月和６月較高，最高值６月份達到１０５．５℃。這是由于無錫５月和６月室外空氣相對濕度較大，而一級轉(zhuǎn)輪再生用的就是室外新風，因此再生加熱溫度較高。但總體較為穩(wěn)定，年平均溫度是１０１．５ ℃。新風全年空氣狀態(tài)參數(shù)的變化對整個系統(tǒng)的影響較小，工作間的濕度控制較好。       

實際使用時考慮留有一些安全裕量，一級轉(zhuǎn)輪再生溫度設(shè)定為102℃，二級轉(zhuǎn)輪的再生溫度為82℃，工作間空氣露點的實測平均值達到－５９.６℃，滿足要求。新型除濕系統(tǒng)能耗由額定工況參數(shù)（見表１）算出，與現(xiàn)行除濕系統(tǒng)的能耗比較結(jié)果在表３中給出。可以看出，新型除濕系統(tǒng)總冷負荷與現(xiàn)行系統(tǒng)相當，但總熱負荷比現(xiàn)行除濕系統(tǒng)降低約４６.７％，大大節(jié)約了除濕轉(zhuǎn)輪的再生能耗。           

４結(jié)論

筆者對新開發(fā)的超低露點空調(diào)除濕系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成、操作條件、節(jié)能性能等進行研究，得出以下結(jié)論：

１）新型轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)中經(jīng)過一級轉(zhuǎn)輪的空氣量就是工作間所需的新風量，使得一級轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)輪規(guī)格比改良前系統(tǒng)小，在前期的設(shè)備投入方面節(jié)省了部分費用。

２）新型轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)中二級轉(zhuǎn)輪和一級轉(zhuǎn)輪的再生溫度較改良前系統(tǒng)大大降低，這使得二級轉(zhuǎn)輪的使用壽命得到延長，并為以后利用低溫熱源創(chuàng)造了有利條件。較低的再生溫度可以節(jié)省轉(zhuǎn)輪再生能耗，運行過程中節(jié)能降耗顯著。

３）一級轉(zhuǎn)輪和二級轉(zhuǎn)輪相對獨立，使得新型轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)調(diào)試較為簡單。

４）考慮到節(jié)約能耗和降低成本的要求，還需要結(jié)合現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝通盤考慮，為后期生產(chǎn)建沒提供有益的幫助。