CN108895713A - 一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，包括烘道、用于对烘道通过空气加热的下加热组件与上加热组件及热泵热回收装置，热泵热回收装置包括空气热交换器和热泵系统，所述热泵系统包括制冷剂通道与空气通道，所述热泵系统用于实现空气冷却，且回收冷却过程中带走的热量，所述空气热交换器用于实现热泵系统中空气通道、下加热组件、上加热组件中流动空气的热交换。与现有技术相比，本发明中热泵热回收装置充分利用了原本空气耗散的热量，用于对空气的重新加热，减少能量损失的同时也降低了烘干系统的加热负荷，同时还可以实现有机溶剂的回收利用。

Description

一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统
技术领域
本发明涉及一种锂电池极片涂布机烘干系统，尤其是涉及一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统。
背景技术
在锂电池的制造过程中，需要在锂电池的正、负极材料上涂布一种聚合物，该聚合物材料通过有机溶剂溶解后涂布在电极片材料的表面。由于NMP(N-甲基吡咯烷酮)具有溶解度大、腐蚀性小、粘度低、挥发度低和热稳定性好等优点，所以常被作为有机溶剂在锂电池制造行业广泛应用。
锂离子电池的干燥工序，是整个电池制造的关键工艺之一，对电池性能起绝定性作用。一台涂布机的投资主要取决于干燥技术，干燥效率直接决定涂布线速度，干燥均匀性对涂布质量产生影响。锂电池极片干燥是将涂布后极片通过牵引装置进入干燥烘道进行干燥，其主要目的是将极片表面的有机溶剂(NMP)从涂层中除去，使湿涂层变为均匀的干涂层。
在涂布机烘干系统中，过高浓度的NMP聚集容易引起爆炸事故，但如果将NMP气体直接排放到空气中，一方面会污染环境，同时也把大量的热量排放到室外，造成能源的极大浪费，也会增加电加热包的能耗。现有的NMP回收系统一般为：将含有NMP的工艺气体通过气气换热器或表冷器等降温，混合气中的部分NMP被冷却为液体回收，其余的混合气体通过水淋洗或活性炭吸附后对空排放，但该回收系统存在回收系统复杂，工艺流程冗长，回收利用率低等弊端。针对以上问题，CN 105797420 A公开了一种NMP的气体回收系统，同时通过吸附再生单元循环利用热能。但其吸附再生效果难以保证，节能潜力有限，同时转轮吸附机和多个风机的使用也大大增加了系统复杂度和初投资成本。
通过热回收装置可以有效地利用排气中的热量，使其变为更低品位的热能。CN101693230 A公开了一种使用余热回收器的涂布机热回收节能方案，将混合废气中的热能回收用来加热新风，使送入的新风具有一定的温度。然而，在该方案中，NMP的回收利用并未提及，容易造成环境的污染和资源的浪费。CN 206019086 U公开了一种使用全热交换器和热泵系统实现NMP回收和涂布机空气加热的方法，但上述装置使用单台压缩机构造单级热泵，其实现120℃难度很大，而且能效系数低，节能效果有限。
发明内容
为了减少涂布机烘干过程中不必要的能量损失，降低锂电池极片烘干系统的加热负荷，同时尽可能回收循环空气中的有机溶剂(如NMP)，减少环境污染和资源浪费，本发明提出了一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，包括：
用于烘干极片的烘道，
设置在烘道下方的用于对烘道加热的下加热组件，所述下加热组件用于向烘道提供加热空气，
设置在烘道上方的用于对烘道加热的上加热组件，所述上加热组件用于向烘道提供加热空气，
热泵热回收装置：包括空气热交换器和热泵系统，所述热泵系统包括制冷剂通道与空气通道，所述热泵系统用于实现空气冷却，且回收冷却过程中带走的热量，所述空气热交换器用于实现热泵系统中流动空气、下加热组件中流动空气、上加热组件中流动空气的热交换。
所述下加热组件主要结构包括下回风风道、新风风道、下风机、下加热箱和下电加热器，所述下回风风道、新风风道、下风机、下加热箱顺序连通，所述下回风风道、下加热箱还均与烘道连通，所述下电加热器设置在下加热箱内。
具体连接方式为：所述下回风风道上端与烘道连通，所述下回风风道下端通过风道与下风机连通；所述新风风道通过风道与下风机连通；所述下风机进风口通过风道与下回风风道和新风风道连通，出风口与下加热箱进口连通，所述下加热箱出口与烘道连通，所述电加热器设置在下加热箱内。
所述新风风道还与热泵热回收回收装置连通，来自热泵热回收装置的回风与来自烘道的回风混合，再经下风机送入下加热箱，经过电加热器加热至指定温度，最后送入烘道。
所述上加热组件主要结构包括上回风风道、上风机、上加热箱和上电加热器，所述上回风风道两端分别与烘道与长风道连通，所述上风机进风口与长风道连通，出风口与上加热箱进口连通，所述上加热箱出口与烘道连通，所述上电加热器设置在上加热箱内。
具体连接方式为：所述上回风风道下端与烘道连通，所述上回风风道上端与长风道连通，所述长风道通过风道与上风机进风口连通；所述上风机出风口与上加热箱进口连通，所述上加热箱出口与烘道连通；所述上电加热器设置在上加热箱内。
来自烘道的回风经过上回风风道进入长风道与来自烘道其他位置的回风混合，再经上风机送入上加热箱，经过电加热器加热至指定温度，最后送入烘道。
所述长风道上设置有排风组件，所述的排风组件主要结构包括排风风机和排风风道，所述的排风风机进风口通过风道与长风道连通，出风口与排风风道连通，排风风道与热泵热回收装置连通。
所述热泵系统主要部件包括蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置，所述蒸发器、冷凝器均为空气-制冷剂换热器，设置有制冷剂通道和空气通道，所述蒸发器制冷剂通道、压缩机、冷凝器制冷剂通道、节流装置通过制冷剂连接管首尾连接形成用于制冷剂循环的制冷剂循环流路，所述蒸发器的空气通道、冷凝器的空气通道通过风道连通。
所述空气热交换器具有高温空气进口、高温空气出口、低温空气进口和低温空气出口，
所述高温空气进口与排风风道连通，所述高温空气出口与蒸发器的空气通道连通，所述低温空气进口与冷凝器的空气通道连通，所述低温空气出口与新风风道连通；所述空气热交换器为高温空气与低温空气换热场所。
所述蒸发器底部设置有积液盘，用于收集从蒸发器的空气通道凝结的有机溶剂(如NMP等)，以便于回收再利用。
所述蒸发器、冷凝器常见形式如包括翅片管换热器、微通道换热器等。所述节流装置可以为膨胀阀，孔板，节流短管，毛细管等制冷设备常见节流装置。
所述烘道内设置有支承辊，待烘干的极片在支承辊上移动。
所述下加热组件可在烘道上设置若干个，所述上加热组件可在烘道上设置若干个。
所述的热泵热回收装置可以放置在生产车间内或室外。
本发明不仅适用于锂电池极片涂布机烘干系统，同样适用于其他含某种有机溶剂(例如NMP)的烘道系统。
本发明的特征在于：
1.采用空气热交换器，充分利用混合空气的热量，对处理后的空气进行重新加热，以降低锂电池极片烘干的加热负荷；
2.采用热泵系统，实现空气冷却的同时，可以回收冷却过程中带走的热量，重新用于空气的加热，进一步减少了能量损失；
3.有机溶剂(NMP)可以通过蒸发器的吸热实现冷凝，通过积液盘的收集以便于回收再利用。
本发明的有益效果在于：
1.热泵热回收装置充分利用了原本空气耗散的热量，用于对空气的重新加热，减少能量损失的同时也降低了烘干系统的加热负荷；
2.有机溶剂(NMP)的回收利用不仅降低了对环境的污染，同时减少了资源的浪费。
附图说明
图1为使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统的结构和流程示意图。
图中1为烘道，2为支承辊，3为极片，4为下加热组件，5为上加热组件，6为下回风风道，7为新风风道，9为下风机，10为下加热箱，11为下电加热器，12为上回风风道，13为长风道，15为上风机，16为上加热箱，17为上电加热器，19为排风风机，20为排风风道，8、14、18为风道，21为热泵热回收装置，22为空气热交换器，23为蒸发器，24为冷凝器，25为压缩机，26为节流装置，27为积液盘，28、29、30、31、32为风道，33、34、35、36为制冷剂连接管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，结构和流程如图1所示，包括用于烘干极片3的烘道1，设置在烘道1下方的用于对烘道1加热的下加热组件4，设置在烘道1上方的用于对烘道1加热的上加热组件5及热泵热回收装置21，下加热组件4用于向烘道1提供加热空气，上加热组件5用于向烘道1提供加热空气，热泵热回收装置21包括空气热交换器22和热泵系统，热泵系统包括制冷剂通道与空气通道，热泵系统用于实现空气冷却，且回收冷却过程中带走的热量，空气热交换器22用于实现热泵系统中流动空气、下加热组件4中流动空气、上加热组件5中流动空气的热交换。
下加热组件4主要结构包括下回风风道6、新风风道7、下风机9、下加热箱10和下电加热器11，下回风风道6上端与烘道1连通，下回风风道6下端通过风道8与下风机9连通；新风风道7通过风道8与下风机9连通；下风机9进风口通过风道8与下回风风道6和新风风道7连通，出风口与下加热箱10进口连通，下加热箱10出口与烘道1连通，电加热器11设置在下加热箱10内。
上加热组件5主要结构包括上回风风道12、上风机15、上加热箱16和上电加热器17，上回风风道12下端与烘道1连通，上回风风道12上端与长风道13连通，长风道13通过风道14与上风机15进风口连通；上风机15出风口与上加热箱16进口连通，上加热箱16出口与烘道1连通；上电加热器17设置在上加热箱16内。
下加热组件4可在烘道1上设置若干个，上加热组件5可在烘道1上设置若干个。
长风道13上设置有排风组件，排风组件可以设置若干个，通过若干个排风组件排出空气。排风组件主要结构包括排风风机19和排风风道20，排风风机19进风口通过风道18与长风道13连通，出风口与排风风道20连通。
热泵系统主要部件包括蒸发器23、冷凝器24、压缩机25和节流装置26，蒸发器23、冷凝器24均为空气-制冷剂换热器，设置有制冷剂通道和空气通道，蒸发器23制冷剂通道、压缩机25、冷凝器24制冷剂通道、节流装置26通过制冷剂连接管36、33、34、35首尾连接形成用于制冷剂循环的制冷剂循环流路，蒸发器23的空气通道、冷凝器24的空气通道通过风道30连通。
空气热交换器22具有高温空气进口a、高温空气出口b、低温空气进口c和低温空气出口d，高温空气进口a通过风道28与排风风道20连通，高温空气出口b通过风道29与蒸发器23的空气通道连通，低温空气进口c通过风道31与冷凝器24的空气通道连通，低温空气出口d通过风道32与新风风道7连通；空气热交换器22为高温空气与低温空气换热场所。
空气热交换器22的高温空气进口a，高温空气出口b，蒸发器23的空气通道，冷凝器24的空气通道，空气热交换器22的低温空气进口c和低温空气出口d通过风道依次连通形成热泵热回收装置的空气流路。
其中，蒸发器23底部设置有积液盘27，用于收集从蒸发器23的空气通道凝结的有机溶剂(如NMP等)，以便于回收再利用。
蒸发器23、冷凝器24常见形式如包括翅片管换热器、微通道换热器等。节流装置26可以为膨胀阀，孔板，节流短管，毛细管等制冷设备常见节流装置。
烘道1内设置有支承辊2，待烘干的极片3在支承辊2上移动。
系统的工作原理为：烘道1的一部分回风在排风风机19的作用下，经风道20、28进入空气热交换器22的高温空气进口a，与低温空气进行热交换后，在高温空气出口b离开，经风道29进入蒸发器23的空气通道，制冷剂吸热使回风中的有机溶剂(NMP)凝结，进入积液盘27进行收集。之后，回风经风道30进入冷凝器24的空气通道，制冷剂放热对回风进行重新加热。被加热的回风经风道31进入空气热交换器22的低温空气进口c，与高温空气进行热交换后，回风被进一步加热，在低温空气出口d离开，经过风道32，重新从新风风道7进入下风机9。
应当说明的是，单条烘道使用的加热组件数量是非限制性的(上下加热组件数量可以相等也可以不等)，长风道13上的排风组件的数量是非限制性的，更改上述组件的数量应属于本发明的保护范围。
本文中使用“上”、“下”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“上”、“下”等词语的使用仅仅是为了便于描述上对部件进行区别。如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，包括：
用于烘干极片(3)的烘道(1)，
设置在烘道(1)下方的用于对烘道(1)加热的下加热组件(4)，所述下加热组件(4)用于向烘道(1)提供加热空气，
设置在烘道(1)上方的用于对烘道(1)加热的上加热组件(5)，所述上加热组件(5)用于向烘道(1)提供加热空气，
热泵热回收装置(21)：包括空气热交换器(22)和热泵系统，所述热泵系统包括制冷剂通道与空气通道，所述热泵系统用于实现空气冷却，且回收冷却过程中带走的热量，所述空气热交换器(22)用于实现热泵系统中流动空气、下加热组件(4)中流动空气、上加热组件(5)中流动空气的热交换。
2.根据权利要求1所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述下加热组件(4)包括下回风风道(6)、新风风道(7)、下风机(9)、下加热箱(10)和下电加热器(11)，所述下回风风道(6)、新风风道(7)、下风机(9)、下加热箱(10)顺序连通，所述下回风风道(6)、下加热箱(10)还均与烘道(1)连通，所述下电加热器(11)设置在下加热箱(10)内。
3.根据权利要求2所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述上加热组件(5)包括上回风风道(12)、上风机(15)、上加热箱(16)和上电加热器(17)，所述上回风风道(12)两端分别与烘道(1)与长风道(13)连通，所述上风机(15)进风口与长风道(13)连通，出风口与上加热箱(16)进口连通，所述上加热箱(16)出口与烘道(1)连通，所述上电加热器(17)设置在上加热箱(16)内。
4.根据权利要求3所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述长风道(13)上设置有排风组件，所述的排风组件包括排风风机(19)和排风风道(20)，所述的排风风机(19)进风口通过风道(18)与长风道(13)连通，出风口与排风风道(20)连通。
5.根据权利要求4所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述热泵系统包括蒸发器(23)、冷凝器(24)、压缩机(25)和节流装置(26)，所述蒸发器(23)、冷凝器(24)均为空气-制冷剂换热器，设置有制冷剂通道和空气通道，所述蒸发器(23)制冷剂通道、压缩机(25)、冷凝器(24)制冷剂通道、节流装置(26)通过制冷剂连接管首尾连接形成用于制冷剂循环的制冷剂循环流路，所述蒸发器(23)的空气通道、冷凝器(24)的空气通道通过风道(30)连通。
6.根据权利要求5所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述空气热交换器(22)具有高温空气进口、高温空气出口、低温空气进口和低温空气出口，
所述高温空气进口与排风风道(20)连通，所述高温空气出口与蒸发器(23)的空气通道连通，所述低温空气进口与冷凝器(24)的空气通道连通，所述低温空气出口与新风风道(7)连通；所述空气热交换器(22)为高温空气与低温空气换热场所。
7.根据权利要求5所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述蒸发器(23)底部设置有积液盘(27)。
8.根据权利要求5所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述蒸发器(23)、冷凝器(24)常见形式如包括翅片管换热器、微通道换热器，所述节流装置(26)为膨胀阀、孔板、节流短管或毛细管。
9.根据权利要求1所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述烘道(1)内设置有支承辊(2)，待烘干的极片(3)在支承辊(2)上移动。
10.根据权利要求1所述的一种使用热泵热回收的锂电池极片涂布机烘干系统，其特征在于，所述下加热组件(4)在烘道(1)上设置若干个，所述上加热组件(5)在烘道(1)上设置若干个。
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