鋰電池廠除濕機(jī)系統(tǒng)冷凝水排放影響因素研究

李晨光 陳奎良 韓正陽(yáng) 周冬生

摘 要：針對(duì)鋰電池廠除濕機(jī)系統(tǒng)冷凝水無(wú)法有效排出、停產(chǎn)期間水封被破壞、后表冷段水封破壞后漏風(fēng)等問(wèn)題，分析了影響冷凝水水封的5個(gè)主要因素，并介紹了一種可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)水封不足的新型乒乓球水封，可有效解決以上問(wèn)題。此新型水封已運(yùn)用到鋰電池廠除濕機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，可有效將冷凝水排出。

關(guān)鍵詞：鋰電池廠;除濕機(jī)系統(tǒng);冷凝水;乒乓球水封

中圖分類(lèi)號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）34-0059-04

Study on the Influence Factors of Condensate Discharge

in Dehumidifier System of Lithium Battery Factory

LI Chenguang CHEN Kuiliang HAN Zhengyang ZHOU Dongsheng

（CITIC Heavy Industry Machinery Co.， Ltd.，Luoyang Henan 471039）

Abstract： In view of the problems of the dehumidifier system of lithium battery plant， such as the condensate water can not be effectively discharged， the water seal was damaged during the shutdown period， and the air leakage after the water seal of the rear surface cooling section was damaged， five main factors affecting the condensate water seal were analyzed， and a new type of table tennis water seal which could make up for the shortage of the traditional water seal was introduced， which could effectively solve the above problems. The new water seal has been used in the dehumidifier system of lithium battery plant. The practical application results show that it can effectively discharge the condensed water.

Keywords： lithium battery factory;dehumidifier system;condensate water;table tennis water seal

鋰電池在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)濕度要求極其苛刻，如果超過(guò)工藝標(biāo)準(zhǔn)，可使單體電池性能衰減，影響電池化成及模組性能，甚至可使電池鼓脹，造成電池報(bào)廢。因此，良好的環(huán)境濕度是保證鋰電池高性能的重要條件之一。在鋰電池廠中，多以除濕機(jī)系統(tǒng)保障生產(chǎn)環(huán)境的濕度要求，除濕機(jī)系統(tǒng)主要以冷凍除濕和轉(zhuǎn)輪除濕相結(jié)合，達(dá)到電池生產(chǎn)的工藝標(biāo)準(zhǔn)。在冷凍除濕時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的冷凝水，冷凝水的順利排放是保障除濕機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行和車(chē)間環(huán)境濕度的重要條件，因此冷凝水排放問(wèn)題也成為近期許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。

孫法森[1]對(duì)空調(diào)機(jī)組冷凝水排水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，避免了高速氣流阻礙冷凝水的正常排出。曹陽(yáng)等[2]討論了空調(diào)系統(tǒng)凝結(jié)水水封對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要性和水封設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備故障和漏風(fēng)能耗增加等問(wèn)題，分析了影響水封設(shè)計(jì)的5個(gè)主要因素，并結(jié)合影響因素提出了具體的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，介紹了一種可彌補(bǔ)傳統(tǒng)水封不足的新型浮球式水封。胡月琳[3]介紹了冷凝水系統(tǒng)施工中常見(jiàn)的一些問(wèn)題及預(yù)防措施，避免了后期運(yùn)行出現(xiàn)漏水等問(wèn)題。馬力等[4]探討了濕式噴漆室循環(huán)空調(diào)排水可能帶來(lái)的危害，并提出了合理的解決方法。

從以上研究可以看出，許多學(xué)者都對(duì)空調(diào)冷凝水進(jìn)行了深度研究，但大多只是對(duì)普通空調(diào)機(jī)組的水封問(wèn)題進(jìn)行研究，而鋰電池廠房的除濕機(jī)系統(tǒng)有特殊性，且相關(guān)研究較少。因此，作者對(duì)除濕機(jī)系統(tǒng)的冷凝水排水影響因素進(jìn)行研究，并介紹了一種新型乒乓球水封，能有效保障車(chē)間生產(chǎn)環(huán)境濕度要求和除濕機(jī)機(jī)房的衛(wèi)生要求。

1 除濕機(jī)系統(tǒng)及其冷凝水水封

1.1 除濕機(jī)系統(tǒng)的介紹

常見(jiàn)的除濕方法有升溫除濕、冷凍除濕、溶液除濕、固體除濕和干式除濕等。轉(zhuǎn)輪除濕是干式除濕的一種。不同的除濕方法適用于不同場(chǎng)合[5，6]。鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)溫度、濕度要求比較嚴(yán)格，且不同工序要求不同，如合漿涂布工序溫度、濕度要求為（25±3）℃、20%（RH）以下;注液工序溫度、濕度要求為（22±3）℃、0.5%（RH）以下。與普通空調(diào)控制區(qū)域相比，鋰電池車(chē)間溫度變化較小，濕度標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)苛。因此，幾乎所有的鋰電池廠都采用轉(zhuǎn)輪除濕進(jìn)行濕度控制，不同溫濕度要求的工序則需要考慮用不同空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

除濕機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。初、中效過(guò)濾段主要為了控制車(chē)間環(huán)境的潔凈度，根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)潔凈度要求等級(jí)不同而選擇不同的過(guò)濾器組合;一次表冷段進(jìn)行冷凍除濕，主要是將空氣中大部分濕蒸汽除去;轉(zhuǎn)輪除濕段主要是對(duì)空氣進(jìn)行深度除濕，處理到20%甚至0.5%;一次、二次回風(fēng)段主要是節(jié)能;風(fēng)機(jī)段是提供風(fēng)量循環(huán)動(dòng)力;后表冷段和加熱段主要對(duì)空氣進(jìn)行調(diào)溫，以滿足工藝溫度需求，幾乎不會(huì)有冷凝水析出。

1.2 冷凝水水封

在表冷段下面安裝不銹鋼凝結(jié)水盤(pán)，用以收集析出的冷凝水，冷凝水通過(guò)排水管排至地漏。為了順利排出冷凝水，防止機(jī)箱與機(jī)外空氣互串及蚊蟲(chóng)進(jìn)入機(jī)箱，需要在排水管上加裝一個(gè)排水阻氣裝置，一般稱(chēng)之為冷凝水水封。其工作原理是利用水封內(nèi)水柱產(chǎn)生的壓力與空調(diào)設(shè)備內(nèi)的負(fù)壓形成平衡，當(dāng)表冷器析出更多冷凝水時(shí)，冷凝水就可以從水封處排出，水封可以將機(jī)箱內(nèi)與機(jī)箱外的空氣形成隔斷，避免機(jī)箱內(nèi)的空氣被污染，并防止蚊蟲(chóng)等進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部[7]。

從除濕機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以看出，一次表冷段處于負(fù)壓段，后表冷段處于正壓段，所以除濕機(jī)系統(tǒng)上一般有兩種形式的水封，如圖2和圖3所示。

1.2.1 負(fù)壓水封。當(dāng)除濕機(jī)系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，水封高度為[B]。在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，空氣處理機(jī)組內(nèi)的負(fù)壓會(huì)隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而逐漸增加。為了避免水封遭到破壞，需要使[A=B];當(dāng)風(fēng)機(jī)穩(wěn)定后，冷凝水會(huì)自動(dòng)向排水口聚集，為了使冷凝水能順利排出，冷凝水產(chǎn)生的水頭壓力需滿足式（1）：

[P1+ρgA≥P0]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

即

[A≥H]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

其中，[P1]為空氣處理機(jī)組內(nèi)的壓力值;[P0]為大氣壓壓力值;[H]為一次表冷段所處最低負(fù)壓值/10。

為了防止后期阻力增加和留有余量，需將[A]和[B]的高度增加50mm，從而有

[A=B=H+50]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

1.2.2 正壓水封。當(dāng)除濕機(jī)系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，水封的高度為[B]。在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，空氣處理機(jī)組中的正壓會(huì)隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而逐漸增加。為了避免水封遭到破壞，需要求[B≥H]。其中，[H]為后表冷段所處最大正壓值/10;當(dāng)風(fēng)機(jī)穩(wěn)定后，冷凝水會(huì)自動(dòng)向排水口聚集，由于排水口處于正壓，所以冷凝水能夠順利排出，對(duì)于[A]的高度則無(wú)明確要求。但為留有余量，需將[A]和[B]的高度增加50mm。

2 冷凝水排放的影響因素

冷凝水排放的影響因素主要有除濕機(jī)各功能段的規(guī)格和組合、初效和中效過(guò)濾器規(guī)格、新風(fēng)管道安裝與否、機(jī)組基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)尺寸及后期的運(yùn)行維護(hù)等。只有充考慮上述幾個(gè)因素，才能使冷凝水順利排出，防止冷凝水從機(jī)組檢修門(mén)溢出。

2.1 各功能段的規(guī)格和組合

在除濕機(jī)系統(tǒng)中，需要多個(gè)功能段組合才能達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，如表冷段、過(guò)濾器段等。不同工藝標(biāo)準(zhǔn)要求功能段的規(guī)格和組合也不同，不同規(guī)格和組合會(huì)造成表冷段處的壓力值不同，而除濕機(jī)系統(tǒng)的冷凝水水封參數(shù)也隨之變化。如圖1所示，一次表冷和后表冷的位置不同，兩個(gè)水封的規(guī)格參數(shù)則完全不同。

2.2 初效和中效過(guò)濾器規(guī)格

鋰電池工藝不僅對(duì)溫濕度的要求很高，對(duì)環(huán)境潔凈度的要求也很高，不同工序的潔凈度要求也不一樣。一般車(chē)間的潔凈度標(biāo)準(zhǔn)為30萬(wàn)級(jí)，而有些則要達(dá)到萬(wàn)級(jí)的級(jí)別，因而，除濕機(jī)系統(tǒng)根據(jù)不同潔凈度要求配置相應(yīng)的過(guò)濾器組合。初效過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)形式一般有袋式、板式和折疊式，中效過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)形式一般有袋式和楔式[8]。對(duì)于不同過(guò)濾器規(guī)格和結(jié)構(gòu)形式，其初阻力也不一樣。其中，初效過(guò)濾器的初阻力一般≤50Pa，中效過(guò)濾器的初阻力一般≤80Pa。初、中效過(guò)濾器對(duì)冷凝水排放的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，空氣通過(guò)過(guò)濾器時(shí)產(chǎn)生的阻力會(huì)影響冷凝水排水口處的壓力;第二：運(yùn)行一段時(shí)間后，灰塵附著在初、中效過(guò)濾器上，使過(guò)濾器的阻力增加，從而也會(huì)影響冷凝水排水口處的壓力。在安裝時(shí)，兩方面的影響都要考慮。

2.3 新風(fēng)管道的影響

為了保持工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的潔凈度，除濕機(jī)系統(tǒng)需要引入新風(fēng)使車(chē)間處于正壓狀態(tài)。有兩種引入新風(fēng)的方式：第一種是在外墻面開(kāi)洞，不安裝新風(fēng)管道，除濕機(jī)系統(tǒng)直接從機(jī)房取新風(fēng);第二種是在外墻面開(kāi)洞，安裝新風(fēng)管道連接到除濕機(jī)新風(fēng)口，從室外取新風(fēng)。對(duì)于不安裝新風(fēng)管道的機(jī)組，冷凝水排水口處的負(fù)壓是當(dāng)前風(fēng)量下需要克服進(jìn)風(fēng)閥門(mén)、初效和中效過(guò)濾器、一次表冷器所需的壓力;而安裝了新風(fēng)管道的機(jī)組，除了以上壓力，還需要克服新風(fēng)管道的沿程和局部阻力，從而使冷凝水排水口處的負(fù)壓增大。

2.4 機(jī)組基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)尺寸

對(duì)于圖2所示的負(fù)壓水封，如果未安裝機(jī)組基礎(chǔ)或基礎(chǔ)尺寸較低，有可能導(dǎo)致冷凝水水封無(wú)法按照合適高度進(jìn)行安裝，從而無(wú)法保證冷凝水順利排出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)積聚在不銹鋼凝結(jié)水盤(pán)，從機(jī)箱檢修門(mén)溢出，形成水患。要保證冷凝水水封正常運(yùn)行，應(yīng)在除濕機(jī)組設(shè)計(jì)完成后，計(jì)算冷凝水水封安裝的尺寸，然后再設(shè)計(jì)混凝土基礎(chǔ)的尺寸，從而保證冷凝水順利排出。除以上高度外，還應(yīng)考慮排水管的管徑和管厚、保溫厚度等。

2.5 后期運(yùn)行維護(hù)

在除濕機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)變頻、風(fēng)管閥門(mén)的開(kāi)啟度變化、初中效和效過(guò)濾器堵塞、表冷器堵塞等情況。當(dāng)風(fēng)機(jī)變頻、風(fēng)管閥門(mén)的開(kāi)啟度變化時(shí)，阻力損失也會(huì)隨之變化;初中效和效過(guò)濾器和表冷器堵塞則會(huì)導(dǎo)致阻力增大。阻力的變化如果超過(guò)冷凝水水封的調(diào)節(jié)范圍，則會(huì)導(dǎo)致冷凝水積聚在不銹鋼凝結(jié)水盤(pán)內(nèi)無(wú)法排出，最后從機(jī)箱底部或檢修門(mén)處溢出，在機(jī)房形成水患。

3 新型乒乓球水封

傳統(tǒng)空調(diào)冷凝水水封主要是應(yīng)用連通器原理和水柱產(chǎn)生的靜壓作用來(lái)實(shí)現(xiàn)冷凝水的排放，并隔絕外界空氣，實(shí)現(xiàn)防蚊蟲(chóng)的目的。對(duì)于后表冷段，過(guò)渡季節(jié)和冬季幾乎不用表冷器進(jìn)行調(diào)溫，所以后表冷段的冷凝水水封容易干涸，從而使其失效。由于水封處于正壓，會(huì)使部分風(fēng)量通過(guò)水封泄漏到室外，造成送風(fēng)量減少。為解決此問(wèn)題，可在排水管上增加一個(gè)球閥，在過(guò)渡季節(jié)和冬季關(guān)閉，可防止風(fēng)量泄漏。由于鋰電池車(chē)間的特殊環(huán)境，再加上除濕機(jī)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，一次表冷段會(huì)發(fā)生堵塞。由于表冷器不易進(jìn)行清洗，從而使排水口負(fù)壓增加，導(dǎo)致冷凝水無(wú)法排出，最終形成水患。為克服上述問(wèn)題，近年來(lái)市面上出現(xiàn)了一種新型乒乓球式的冷凝水水封，外形和水封安裝如圖4和圖5所示。

該新型水封采用低進(jìn)高出的出水方式，內(nèi)部嵌有一個(gè)乒乓球，起到快速排水、阻隔空氣進(jìn)入及防蚊蟲(chóng)的作用。在除濕機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，乒乓球由于自重會(huì)封堵住排水口，阻止蚊蟲(chóng)進(jìn)入除濕機(jī)機(jī)箱;當(dāng)除濕機(jī)啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)部負(fù)壓會(huì)將乒乓球吸至排水口，從而阻止冷凝水倒吸，運(yùn)行一段時(shí)間后，產(chǎn)生的冷凝水積聚到排水管，產(chǎn)生的水頭大于自重和機(jī)箱內(nèi)負(fù)壓水水頭時(shí)，冷凝水就會(huì)正常排出。此種新型水封相較于傳統(tǒng)水封具有以下優(yōu)點(diǎn)。①在除濕機(jī)停止運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，可防止水封中的冷凝水干涸，不會(huì)使水封遭到破壞;②對(duì)于有相同余壓的除濕機(jī)，此種新型水封的安裝高度只有[1.2P+d]（[P]為運(yùn)行時(shí)功能段最低負(fù)壓值等效的水頭高度，[d]為排水管的管徑），相對(duì)于圖1中負(fù)壓水封在高度[h=2P+d]（未計(jì)入50mm余量）時(shí)減少很多，從而可以在基礎(chǔ)和房高有限的條件下安裝冷凝水水封;③施工安裝簡(jiǎn)單、方便，不需要現(xiàn)場(chǎng)制作彎頭、短管等部件;④后期維護(hù)方便，只需要將水封上方蓋擰掉即可。

4 結(jié)論

①冷凝水水封雖然只是除濕機(jī)系統(tǒng)中一個(gè)很小的部件，但如果設(shè)計(jì)不合理或安裝不規(guī)范，則會(huì)導(dǎo)致冷凝水水封失效，造成冷凝水積聚在機(jī)箱內(nèi)，而水流從機(jī)箱檢修門(mén)溢出則會(huì)造成機(jī)房水患;同時(shí)、影響生產(chǎn)車(chē)間環(huán)境濕度，致使車(chē)間無(wú)法生產(chǎn)及電池報(bào)廢。

②冷凝水水封在設(shè)計(jì)或安裝時(shí)需要考慮空調(diào)功能段的規(guī)格和組合、初效和中效過(guò)濾器規(guī)格、新風(fēng)管道、機(jī)組基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)尺寸、后期的運(yùn)行維護(hù)等5個(gè)影響因素。

③新型乒乓球水封具有傳統(tǒng)水封的作用和功能，且具有降低安裝高度、施工簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。

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