鋰電池廠除濕機系統冷凝水排放影響因素研究

李晨光 陳奎良 韓正陽 周冬生

摘 要：針對鋰電池廠除濕機系統冷凝水無法有效排出、停產期間水封被破壞、后表冷段水封破壞后漏風等問題，分析了影響冷凝水水封的5個主要因素，并介紹了一種可以彌補傳統水封不足的新型乒乓球水封，可有效解決以上問題。此新型水封已運用到鋰電池廠除濕機系統中，實際應用結果表明，可有效將冷凝水排出。

關鍵詞：鋰電池廠;除濕機系統;冷凝水;乒乓球水封

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：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

鋰電池在生產過程中對濕度要求極其苛刻，如果超過工藝標準，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，造成電池報廢。因此，良好的環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，多以除濕機系統保障生產環境的濕度要求，除濕機系統主要以冷凍除濕和轉輪除濕相結合，達到電池生產的工藝標準。在冷凍除濕時，會產生大量的冷凝水，冷凝水的順利排放是保障除濕機系統正常運行和車間環境濕度的重要條件，因此冷凝水排放問題也成為近期許多國內外學者研究的重點。

孫法森[1]對空調機組冷凝水排水系統進行改進，避免了高速氣流阻礙冷凝水的正常排出。曹陽等[2]討論了空調系統凝結水水封對系統安全運行的重要性和水封設計不當導致設備故障和漏風能耗增加等問題，分析了影響水封設計的5個主要因素，并結合影響因素提出了具體的設計計算方法，介紹了一種可彌補傳統水封不足的新型浮球式水封。胡月琳[3]介紹了冷凝水系統施工中常見的一些問題及預防措施，避免了后期運行出現漏水等問題。馬力等[4]探討了濕式噴漆室循環空調排水可能帶來的危害，并提出了合理的解決方法。

從以上研究可以看出，許多學者都對空調冷凝水進行了深度研究，但大多只是對普通空調機組的水封問題進行研究，而鋰電池廠房的除濕機系統有特殊性，且相關研究較少。因此，作者對除濕機系統的冷凝水排水影響因素進行研究，并介紹了一種新型乒乓球水封，能有效保障車間生產環境濕度要求和除濕機機房的衛生要求。

1 除濕機系統及其冷凝水水封

1.1 除濕機系統的介紹

常見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。轉輪除濕是干式除濕的一種。不同的除濕方法適用于不同場合[5，6]。鋰電池生產過程中對溫度、濕度要求比較嚴格，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。與普通空調控制區域相比，鋰電池車間溫度變化較小，濕度標準非常嚴苛。因此，幾乎所有的鋰電池廠都采用轉輪除濕進行濕度控制，不同溫濕度要求的工序則需要考慮用不同空調系統進行控制。

除濕機系統結構如圖1所示。初、中效過濾段主要為了控制車間環境的潔凈度，根據工藝標準潔凈度要求等級不同而選擇不同的過濾器組合;一次表冷段進行冷凍除濕，主要是將空氣中大部分濕蒸汽除去;轉輪除濕段主要是對空氣進行深度除濕，處理到20%甚至0.5%;一次、二次回風段主要是節能;風機段是提供風量循環動力;后表冷段和加熱段主要對空氣進行調溫，以滿足工藝溫度需求，幾乎不會有冷凝水析出。

1.2 冷凝水水封

在表冷段下面安裝不銹鋼凝結水盤，用以收集析出的冷凝水，冷凝水通過排水管排至地漏。為了順利排出冷凝水，防止機箱與機外空氣互串及蚊蟲進入機箱，需要在排水管上加裝一個排水阻氣裝置，一般稱之為冷凝水水封。其工作原理是利用水封內水柱產生的壓力與空調設備內的負壓形成平衡，當表冷器析出更多冷凝水時，冷凝水就可以從水封處排出，水封可以將機箱內與機箱外的空氣形成隔斷，避免機箱內的空氣被污染，并防止蚊蟲等進入設備內部[7]。

從除濕機系統的結構可以看出，一次表冷段處于負壓段，后表冷段處于正壓段，所以除濕機系統上一般有兩種形式的水封，如圖2和圖3所示。

1.2.1 負壓水封。當除濕機系統處于停機狀態時，水封高度為[B]。在風機啟動過程中，空氣處理機組內的負壓會隨著風機轉速的提高而逐漸增加。為了避免水封遭到破壞，需要使[A=B];當風機穩定后，冷凝水會自動向排水口聚集，為了使冷凝水能順利排出，冷凝水產生的水頭壓力需滿足式（1）：

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

即

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

其中，[P1]為空氣處理機組內的壓力值;[P0]為大氣壓壓力值;[H]為一次表冷段所處最低負壓值/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。當除濕機系統處于停機狀態時，水封的高度為[B]。在風機啟動過程中，空氣處理機組中的正壓會隨著風機轉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;當風機穩定后，冷凝水會自動向排水口聚集，由于排水口處于正壓，所以冷凝水能夠順利排出，對于[A]的高度則無明確要求。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各功能段的規格和組合、初效和中效過濾器規格、新風管道安裝與否、機組基礎的結構尺寸及后期的運行維護等。只有充考慮上述幾個因素，才能使冷凝水順利排出，防止冷凝水從機組檢修門溢出。

2.1 各功能段的規格和組合

在除濕機系統中，需要多個功能段組合才能達到工藝標準，如表冷段、過濾器段等。不同工藝標準要求功能段的規格和組合也不同，不同規格和組合會造成表冷段處的壓力值不同，而除濕機系統的冷凝水水封參數也隨之變化。如圖1所示，一次表冷和后表冷的位置不同，兩個水封的規格參數則完全不同。

2.2 初效和中效過濾器規格

鋰電池工藝不僅對溫濕度的要求很高，對環境潔凈度的要求也很高，不同工序的潔凈度要求也不一樣。一般車間的潔凈度標準為30萬級，而有些則要達到萬級的級別，因而，除濕機系統根據不同潔凈度要求配置相應的過濾器組合。初效過濾器的結構形式一般有袋式、板式和折疊式，中效過濾器的結構形式一般有袋式和楔式[8]。對于不同過濾器規格和結構形式，其初阻力也不一樣。其中，初效過濾器的初阻力一般≤50Pa，中效過濾器的初阻力一般≤80Pa。初、中效過濾器對冷凝水排放的影響主要體現在兩個方面：第一，空氣通過過濾器時產生的阻力會影響冷凝水排水口處的壓力;第二：運行一段時間后，灰塵附著在初、中效過濾器上，使過濾器的阻力增加，從而也會影響冷凝水排水口處的壓力。在安裝時，兩方面的影響都要考慮。

2.3 新風管道的影響

為了保持工藝標準要求的潔凈度，除濕機系統需要引入新風使車間處于正壓狀態。有兩種引入新風的方式：第一種是在外墻面開洞，不安裝新風管道，除濕機系統直接從機房取新風;第二種是在外墻面開洞，安裝新風管道連接到除濕機新風口，從室外取新風。對于不安裝新風管道的機組，冷凝水排水口處的負壓是當前風量下需要克服進風閥門、初效和中效過濾器、一次表冷器所需的壓力;而安裝了新風管道的機組，除了以上壓力，還需要克服新風管道的沿程和局部阻力，從而使冷凝水排水口處的負壓增大。

2.4 機組基礎的結構尺寸

對于圖2所示的負壓水封，如果未安裝機組基礎或基礎尺寸較低，有可能導致冷凝水水封無法按照合適高度進行安裝，從而無法保證冷凝水順利排出，嚴重時會積聚在不銹鋼凝結水盤，從機箱檢修門溢出，形成水患。要保證冷凝水水封正常運行，應在除濕機組設計完成后，計算冷凝水水封安裝的尺寸，然后再設計混凝土基礎的尺寸，從而保證冷凝水順利排出。除以上高度外，還應考慮排水管的管徑和管厚、保溫厚度等。

2.5 后期運行維護

在除濕機系統運行過程中，會出現風機變頻、風管閥門的開啟度變化、初中效和效過濾器堵塞、表冷器堵塞等情況。當風機變頻、風管閥門的開啟度變化時，阻力損失也會隨之變化;初中效和效過濾器和表冷器堵塞則會導致阻力增大。阻力的變化如果超過冷凝水水封的調節范圍，則會導致冷凝水積聚在不銹鋼凝結水盤內無法排出，最后從機箱底部或檢修門處溢出，在機房形成水患。

3 新型乒乓球水封

傳統空調冷凝水水封主要是應用連通器原理和水柱產生的靜壓作用來實現冷凝水的排放，并隔絕外界空氣，實現防蚊蟲的目的。對于后表冷段，過渡季節和冬季幾乎不用表冷器進行調溫，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，會使部分風量通過水封泄漏到室外，造成送風量減少。為解決此問題，可在排水管上增加一個球閥，在過渡季節和冬季關閉，可防止風量泄漏。由于鋰電池車間的特殊環境，再加上除濕機運行時間較長，一次表冷段會發生堵塞。由于表冷器不易進行清洗，從而使排水口負壓增加，導致冷凝水無法排出，最終形成水患。為克服上述問題，近年來市面上出現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高出的出水方式，內部嵌有一個乒乓球，起到快速排水、阻隔空氣進入及防蚊蟲的作用。在除濕機停止運行時，乒乓球由于自重會封堵住排水口，阻止蚊蟲進入除濕機機箱;當除濕機啟動時，內部負壓會將乒乓球吸至排水口，從而阻止冷凝水倒吸，運行一段時間后，產生的冷凝水積聚到排水管，產生的水頭大于自重和機箱內負壓水水頭時，冷凝水就會正常排出。此種新型水封相較于傳統水封具有以下優點。①在除濕機停止運行較長時間時，可防止水封中的冷凝水干涸，不會使水封遭到破壞;②對于有相同余壓的除濕機，此種新型水封的安裝高度只有[1.2P+d]（[P]為運行時功能段最低負壓值等效的水頭高度，[d]為排水管的管徑），相對于圖1中負壓水封在高度[h=2P+d]（未計入50mm余量）時減少很多，從而可以在基礎和房高有限的條件下安裝冷凝水水封;③施工安裝簡單、方便，不需要現場制作彎頭、短管等部件;④后期維護方便，只需要將水封上方蓋擰掉即可。

4 結論

①冷凝水水封雖然只是除濕機系統中一個很小的部件，但如果設計不合理或安裝不規范，則會導致冷凝水水封失效，造成冷凝水積聚在機箱內，而水流從機箱檢修門溢出則會造成機房水患;同時、影響生產車間環境濕度，致使車間無法生產及電池報廢。

②冷凝水水封在設計或安裝時需要考慮空調功能段的規格和組合、初效和中效過濾器規格、新風管道、機組基礎的結構尺寸、后期的運行維護等5個影響因素。

③新型乒乓球水封具有傳統水封的作用和功能，且具有降低安裝高度、施工簡單方便等優點。

參考文獻：

[1]孫法森.也淡空調機組冷凝水排水系統滲漏治理[J].暖通空調，2003（6）：131-132.

[2]曹陽，王立峰.空調系統凝結水封設計影響因素分析[J].暖通空調，2016（1）：62-65.

[3]胡月琳.淺談空調冷凝水系統施工常見問題及預防措施[J].福建建材，2018（8）：98-99.

[4]馬力，王建凱，馮志遠，等.濕式噴漆室循環風空調表冷段排水問題探討[J].現代涂料與涂裝，2018（11）：73-75.

[5]李鐵南.鋰電池生產露點控制[J].內江科技，2010（10）：115-116.

[6]張琪.轉輪除濕機在鋰電池生產車間空調系統中的應用[J].制冷空調與電力機械，2011（32）：14-17.

[7]中國有色金屬工業協會.工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范：GB 50019—2005[S].北京：中國建筑出版社，2015.

[8]趙榮義，錢以明.簡明空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.