生产设备热回收控湿模块及应用该模块的热回收控湿系统的制作方法

1.本发明涉及一种生产设备热回收控湿模块及应用该模块的热回收控湿系统，特别是利用除湿转轮与热交换器相结合实现生产设备节能恒湿调节的模块化处理方案。


背景技术：

2.电池阳极极片涂布生产过程中，阳极极片的烘干是关键的工序之一，烘干过程由于需要将外界新风加热到指定烘干温度，需要较高的能耗，图1所示为现有涂布机烘箱100的高能耗解决方案，在该方案中设置有换热器201，该换热器201可将涂布机烘箱100内部的高温废气与外界送入的新风进行热量交换，从而使新风温度尽可能达到指定烘干温度，这种设备构成简单，设备投资成本低，装置自身运行成本较低，且大大降低了将新风加热到烘干温度所需的能耗。
3.然而该方案同样存在如下缺陷：（1）向烘箱内所送空气是经过热交换器的室外新风，湿度相对较高，无法达到低露点干燥环境要求；（2）送风空气湿度随时间、季节变化较大，容易影响涂布的生产速度及产品质量；（3）为了能够在外气湿度较高的天气（季节）情况下，也能够排除烘箱产生的水分，均需要加大送风风量以及排风风量，这将反过来造成涂布机能耗提高、大大增加了运行成本。


技术实现要素：

4.鉴于传统热回收装置无法屏蔽外界空气湿度对涂布的不良影响，且高湿度空气反过来增加涂布机能耗的缺陷，本发明的主要目的就是提供一种生产设备热回收控湿模块及应用该模块的热回收控湿系统。
5.为了达成上述目的，本发明在第一方面提供了一种生产设备热回收控湿模块，包括：送风风机，所述送风风机将外界的低温新风送入所述模块；排风风机，所述排风风机将生产设备内的高温高湿度气体排入所述模块；其特征在于，还包括：至少一吸附除湿转轮，所述吸附除湿转轮设置于所述模块的低温新风入口处；所述吸附除湿转轮包括至少一吸附区与至少一再生区；至少一热交换器，所述热交换器将从生产设备排入的一部分高温高湿度气体与从外界送入的经所述吸附除湿转轮吸附区吸附后的低温干燥新风进行热交换，经热交换后而升温的干燥新风被送入所述生产设备，经热交换后而降温的高温气体排放到外界空气；另一部分高温气体被导入所述吸附除湿转轮的再生区以对吸附在所述吸附区上的水气进行再生脱附。
6.进一步的，所述模块还包括设置于低温新风入口处的新风过滤器。
7.优选的，经热交换后而降温的高温气体部分被导入所述吸附除湿转轮的再生区，另一部分直接被排放到大气中。
8.优选的，排风风机、送风风机均为变频风机。
9.进一步的，所述模块内还设置有用于检测生产装置空气湿度的湿度传感器；所述湿度传感器通过排风风量自动调节器与排风风机电连接以根据湿度检测值与湿度阈值调节排风风机的排风量。
10.优选的，所述排风风量自动调节器还包括湿度阈值设定模块。
11.一方面，所述热回收控湿模块内还包括送风风量自动调节器，所述送风风量自动调节器分别与所述排风风量自动调节器和所述送风风机电连接，以根据排风风量按比例动态调节送风风量。
12.另一方面，所述生产设备内设置有检测其内部风压的静压传感器，所述静压传感器通过送风风量自动调节器与所述送风风机电连接以根据风压检测值与风压阈值调节送风风机的送风量。
13.优选的，送风风量自动调节器还包括风压阈值设定模块。
14.进一步的，所述热回收控湿模块还包括一壳体，所述吸附除湿转轮和所述热交换器集成在所述壳体内。
15.本发明在第二方面提供了一种热回收控湿系统，包括生产设备，以及与所述生产设备相连接的上述的生产设备热回收控湿模块。
16.基于上述设计，本发明的有益效果是：首先，本发明通过热交换器将外界低温新风与生产设备内的高温气体进行热交换，外界低温新风得以加热至接近烘干温度而导入烘箱内部，因而该系统无需配置新风加热器，极大降低了系统能耗；第二，本发明通过在外界新风入口处设置吸附除湿转轮，利用吸附除湿转轮的吸附区对室外新风中的水气进行吸附，可以在较大程度上去除室外新风中的水分，降低因季节变化引起的空气湿度变化对涂布生产速度及产品质量的影响；第三，本发明的吸附除湿转轮不设置额外的再生加热器，直接将烘箱内排入的高温气体作用于吸附除湿转轮的再生区以将吸附于转轮上的水气脱附再生至外界空气，进一步降低了系统能耗；第四方面，本发明通过湿度检测与比较结果控制排风风机的电源频率，可在保证需要的最大排湿量的前提下，尽可能减少排风，降低运行能耗；另外，还可通过送风排风比或者静压检测与比较结果控制送风风机的电源频率，并利用两者之间协同调节，尽可能减少排风、送风风量，进一步实现能源优化配置与生产装置内部的工艺要求；最后，本发明将热交换器、排风风机、送风风机、吸附除湿转轮等元件整合为一套模块化产品，拆卸安装便利，便于运输，有利于市场化应用。
附图说明
17.图1为现有涂布机烘箱的高能耗解决方案的结构原理示意图；图2为本发明热回收控湿模块第一实施例的原理及结构示意图；图3为本发明热回收控湿模块第二实施例的原理及结构示意图；图4为本发明热回收控湿模块第三实施例中吸附除湿转轮结构示意图；附图标记说明100.涂布机烘箱；200.热回收控湿模块；201. 热交换器；202. 吸附除湿转轮；2021.吸附区；20211.第一子吸附区；20212.第二子吸附区；2022. 再生区；203. 排风风机；2031.排风风机变频器；2032. 排风风量自动调节器；204.送风风机；2041.送风风机变频
器；2042.送风风量自动调节器；205.静压传感器；206.湿度传感器；207. 新风过滤器；210. 壳体。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图所示的各实施方式对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
19.同时，在本说明书中，涉及方位的描述，例如上、下、左、右、前、后、内、外、纵向、横向、竖直、水平等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.并且，在本说明书的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
21.为了便于描述，本发明所述的“高温高湿度”与“低温”均是烘箱内气体与外界新风对比后的相对结果，并非代表特定温度湿度数值范围；另外，本发明各优选实施例选择锂电池阳极极片涂布机烘箱作为生产装置，重点阐述锂电池阳极极片涂布机烘箱的控湿节能原理，但应理解的是本发明中所述的生产装置不应局限于锂电池阳极极片涂布机电极烘箱，凡是在生产中需要送风、排风、控制湿度的生产装置，如造纸行业、太阳能光伏电池片生产过程、汽车涂装闪干室、半导体制造、制药、食品生产行业等领域都可与本发明的热回收控湿模块结合使用，所述电池阳极极片涂布机烘箱不应理解为对权利要求中生产装置的限制。
22.图2所示为本发明热回收控湿模块及节能恒湿调节方法第一实施例的原理及结构示意图，包括：涂布机烘箱100和热回收控湿模块200；所述涂布机烘箱100的气体进口和出口与热回收控湿模块200的送风口和排风口对应气密连接，从而将涂布机烘箱100内的部分废气由所述排风口导入热回收控湿模块200，并将外界送风导入涂布机烘箱100；所述热回收控湿模块200至少包括热交换器201、吸附除湿转轮202、排风风机203、送风风机204和壳体210，本实施例中，所述热交换器201、吸附除湿转轮202、排风风机203和送风风机204集成在所述壳体210内；所述热交换器201用于将涂布机烘箱100内的高温废气与外界环境的低温新风进行充分热交换，从而降低排风温度，提高新风的温度，降低新风加热到烘干温度所需的系统能耗。为了降低外界新风中的空气湿度，本实施例在送风风道中设置了吸附除湿转轮202，所述吸附除湿转轮202包括一吸附区2021和一再生区2022，所述吸附区2021连接所述热回收控湿模块200的低温新风入口，用于对外界新风中的水气进行吸附除湿，从而降低进入烘箱内的水气，降低因季节变化引起的空气湿度变化对涂布生产速度及产品质量的影响；所述再生区2022连接涂布机烘箱100的气体出口，从而使另一部分涂布机烘箱内的高温气体可直接作用于所述再生区2022，将吸附于吸附除湿转轮202上的水气重新脱附排放
到外界空气中。本实施例中依靠热交换器201将烘箱内排出的部分高温气体与经吸附除湿后的外界低温新风进行热交换以加热外界低温新风，并依靠烘箱内排出的另一部分高温气体作为加热源对再生区2022进行加热，所述热回收控湿模块200内无需设置任何独立的电加热器，大大降低了设备制造成本与能源消耗，有利于大规模市场推广。
23.为了进一步提升系统性能，防止室外新风的杂质与灰尘进入烘箱内部污染电极片，满足烘干工艺要求，本实施例在所述热回收控湿模块200的新风入口处增设新风过滤器207；为了便于风量的调节，本实施例的排风风机203和送风风机204都设置为变频风机，以通过改变电源频率调节排风与送风风量，使风量调节更为便利。此外，为了进一步提高风量调节的智能性与便捷性，本实施例还可在排风风道内设置湿度传感器206以用于检测涂布机烘箱100内的空气湿度，所述湿度传感器206通过排风风量自动调节器2032和排风风机变频器2031相连，用以根据湿度检测结果控制排风风量，当排风空气湿度低于设定值时，通过排风风机自动控制装置自动减少排风风量，反之，当排风湿度高于设定值时，通过自动风量控制装置自动加大排风风量，以保证排风空气湿度维持在一个相对稳定的范围。优选的，本实施例中，湿度值标准可根据使用者的经验，和/或外界环境，和/或烘干的工艺要求而另行设定，而通过湿度检测与比较结果控制排风风机的电源频率，可在保证需要的最大排湿量的前提下，尽可能减少排风，降低运行能耗。而为了平衡排风风量与送风风量，本发明还设置有送风风量自动调节器2042，所述送风风量自动调节器2042分别与排风风量自动调节器2032和送风风机变频器2041信号连接，从而将排风风量与送风风量按一定比例（比例优选为1.02-1.2）自动送风。
24.具体而言：当室外新风以初始温度36℃、风量41400 m
³
/h，湿度24.7g/kg进入热回收控湿模块200的新风入口并作用于吸附除湿转轮200的吸附区2021后，新风温度升高、湿度降低，将以温度53.0℃、风量41400 m
³
/h，湿度20g/kg进入热交换器201，在与烘箱内排出的部分高温气体进行热交换后，进入烘箱内的新风温度、风量与湿度将分别变为71.6℃、41400 m
³
/h和20g/kg，而经过烘箱烘干步骤后的高温气体温度、风量与湿度将分别变为80℃、风量46000 m
³
/h，湿度32.2g/kg；经烘箱排出的高温气体将分为两部分分支，其中一部分分支（温度80℃、风量25300 m
³
/h，湿度32.2g/kg）导入热交换器201中，并与经吸附除湿后的低温新风（温度53.0℃、风量41400 m
³
/h，湿度20g/kg）进行热交换后（温度58.4℃、风量25300 m
³
/h，湿度32.2g/kg）排入外部大气；另一部分分支（温度80℃、风量20700 m
³
/h，湿度32.2g/kg）直接作用于吸附除湿转轮202的再生区2022，脱附后的气体温度降低、湿度升高，将以温度46.4℃、风量20700 m
³
/h，湿度41.6g/kg排入外部大气。热回收控湿模块200使用过程中，如果传感器206检测到排气湿度较低（如小于29g/kg），说明排风量有过剩，则调节排风风量自动调节器2032减少排风量至35136 m
³
/h，相应的，排风风量与进风风量比优选设置为1.10，此时送风风量自动调节器2042自动调节送风风量为31622 m
³
/h。因此，不仅仅可以降低排风风机、送风风机的运行功耗，而且可以减少烘箱加热器的加热负荷，实现节能。另一方面，如果传感器206检测到排气湿度较高（如大于32.2g/kg）则调节排风风量自动调节器2032增大排风量，相应的送风风量也会自动增加，进而提供热交换风量和涂布烘干效果。应该理解的是，上述排风风量调节步骤与所述送风风量调节步骤中涉及的参数与比例仅是较佳的实施例，不应该理解为对权利要求保护范围的限制，本领域技术人员可根据实际需要选择不同的参数。
25.图3为本发明热回收控湿模块第二实施例的原理及结构示意图。与第一实施例相比，本实施例的改进点主要集中于送风风量调节步骤，其他结构元件、连接方式与第一实施例相同。具体而言：在涂布机烘箱100内设置有有检测烘箱内部风压的静压传感器205，所述静压传感器205通过送风风量自动调节器2042分别与送风风机变频器2041电连接，以根据涂布机烘箱100内的风压值实时调整送风量，当检测的静压力值小于静压力标准值参数时，加大送风风量；当检测静压力值大于静压力标准值参数时，则减少送风风量；当检测静压力值等于或基本等于静压力标准值参数时，则维持当前风量运行。
26.本实施例中，所述排风风量调节步骤与所述送风风量调节步骤可同步或不同步调节，即：排风风量调节步骤和送风风量调节步骤可同步调节，或排风风量调节步骤可先于或后于送风风量调节步骤而进行调节；优选的，本实施例中烘箱内的静压力标准值参数同样可根据外界环境、实际工艺需要而具体设定，优化了装置在不同条件下使用的效率与效果，扩宽了装置在不同条件下的使用范围。
27.具体而言，热回收控湿模块200使用过程中，如果传感器206检测到排气湿度较高（如大于32.2g/kg），则调节排风风量自动调节器2032增大排风量至48000m
³
/h，同时，静压力传感器对烘箱内的静压力进行检测，当检测的静压力值小于静压力标准值参数-10pa时，加大送风风量至43200 m
³
/h；当检测静压力值大于静压力标准值参数-10pa时，则减少送风风量至40000m
³
/h；当检测静压力值等于或基本等于静压力标准值参数-10pa /-5pa时，则维持当前风量运行。
28.本实施例通过湿度、风量检测与比较结果控制排风风机的电源频率，可在保证需要的最大排湿量的前提下，尽可能减少排风，降低运行能耗；并通过静压检测与比较结果自动控制送风风机的电源频率，并利用两者之间动态实时调节，尽可能减少排风、送风风量，在满足生产工艺要求的前提下进一步实现能源优化配置。应该理解的是，上述排风风量调节步骤与所述送风风量调节步骤中涉及的参数仅是较佳的实施例，不应该理解为对权利要求保护范围的限制，本领域技术人员可根据实际需要选择不同的参数。
29.图4为本发明热回收控湿模块第三实施例中的除湿吸附转轮结构示意图。该优选实施例与第一实施例和第二实施例相比主要改进点在于吸附除湿转轮结构。为了进一步提升吸附除湿效果，可将吸附除湿转轮202的吸附区2021上设置为若干子吸附区，将外界新风依次通过子吸附区以达到逐级梯度除湿效果。如图4所示，所述吸附除湿转轮202的吸附区2021包括两个子吸附区，分别为第一子吸附区20211和第二子吸附区20212，外界低温新风在进入热交换器201之前依次通过第一子吸附区20211和第二子吸附区20212，且所述第一子吸附区20211的面积可优选大于所述第二子吸附区20212的面积，可使处于相对较高浓度状态的来自外界新风中的一部分水气以相对较低的风速通过第一子吸附区20211，另一方面第二子吸附区20212的面积较小可以提高处于相对较低浓度的水气的流速以增加其与吸附除湿转轮202气体通道之表面的碰撞接触概率，从而达到提高水气吸附净化效率的目的；所述吸附除湿转轮202的吸附材料优选为硅胶、沸石，也可以是氯化锂。
30.具体而言，当室外新风以初始温度36℃、风量41400 m
³
/h，湿度24.7g/kg进入热回收控湿模块200的新风入口并依次作用于吸附除湿转轮200的第一子吸附区20211和第二子吸附区20212后，新风温度、风量与湿度将依次变为59.0℃、41400 m
³
/h、15g/kg，由此可见，经过二级吸附后，新风湿度将显著低于具有一个吸附区2021的吸附除湿转轮，进一步提升
了吸附除湿效率。
31.另外，应该理解的是虽然本实施例中选择的子吸附区的数量为两个，子吸附区尺寸设置为一大一小，也可以设置两个或多个串联的吸附转轮，实现两级或多级吸附，本发明吸附转子的形状为圆形，但该数量、尺寸与形状不应被理解为对权利要求保护范围的限制，本领域技术人员能够根据除湿标准的需要选择任意数量与尺寸的子吸附区数量，并设计任意形状的吸附转子形状。
32.应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
33.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。