使用热泵热回收和桶泵循环的锂电池极片涂布机烘干系统的制作方法

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和桶泵循环的锂电池极片涂布机烘干系统。

背景技术：

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。干燥过程的目的是将涂层内部用于悬浮、溶解或分散有效组分(聚合物、粘合剂等)的那些不起作用的溶剂(载体)从涂层中除去，使湿涂层变为均匀的干涂层。在锂电池生产工艺中又以电池极片的干燥工艺要求最高，其最佳干燥温度达120℃。

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，涂层内的水或溶剂将由干燥的热空气带走。传统的烘道通常采用电加热器直接加热空气(cn102423749b)，设备耗能严重，如果电加热器发生故障还可能引发nmp(n-甲基吡咯烷酮)爆炸事故，有严重的安全隐患。

采用空气源热泵可有效提高电能的使用效率，降低安全风险。cn203329954u公开了一种使用单级空气源热泵对空气集中加热后送入烘道的技术方案。但是由于锂电池极片的烘道加热量大，如果采用集中加热空气，再送风至各个风口的模式，不仅风道上热能损失严重，还会产生很高的风机功耗。cn206019086u公开了一种使用热泵缓解涂布机烘道回收nmp时能量浪费的方法，但上述装置的制热量不足以满足全部的加热需求，仍需补充额外的加热量。而且上述两种技术方案均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。

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。cn101693230a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，仅使用排风热回收对烘干机组实现的节能量有限，同时难以解决电加热空气带来的安全隐患。

中国专利cn108607791a公开了一种使用热泵热回收和喷淋塔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、热泵系统、喷淋塔及空气热交换器，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，喷淋塔内空气通道与热泵系统的空气通道相连通，喷淋塔用于带走气体中的有机溶剂，净化气体，空气热交换器用于实现热泵系统、喷淋塔、下加热组件、上加热组件中流动空气的热交换。但是喷淋塔价格昂贵，空间占用大，且无法保证可以完全去除废气中的污染物。

本发明采用闭式循环，不排放废气，降低了环境污染，同时可以回收有机溶剂，减少了资源浪费，使用空气热交换器和热泵系统，回收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。

技术实现要素：

为了满足锂电池极片烘干的高温要求(烘箱温度100℃至120℃)，同时尽可能降低锂电池极片烘干系统的加热负荷，减少运行的安全隐患，本发明提出了一种使用热泵热回收和桶泵循环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和桶泵循环的锂电池极片涂布机烘干系统，包括：

用于烘干极片的烘道；

设置在烘道下方的下加热组件，所述下加热组件含有互相换热的制冷剂通道与空气通道，所述下加热组件的制冷剂通道与主机的制冷剂通道连通循环，所述下加热组件的空气通道用于对烘道提供加热空气；

设置在烘道上方的上加热组件，所述上加热组件含有互相换热的制冷剂通道与空气通道，所述上加热组件的制冷剂通道与主机的制冷剂通道连通循环，所述上加热组件的空气通道用于对烘道提供加热空气；

长风道：用于接收烘道的回风，并供给上加热组件的空气通道，同时还连接排风组件，

排风组件：将长风道内空气排出，

主机：含有制冷剂通道，主机内的制冷剂通道同时与下加热组件的制冷剂通道和上加热组件的制冷剂通道连通循环，与下加热组件的空气通道与上加热组件的空气通道进行热量交换；

热泵系统：所述热泵系统包括互相换热的制冷剂通道与空气通道，所述热泵系统的空气通道用于接收新风，所述热泵系统的制冷剂通道用于与新风进行热量交换；

空气热交换器：所述空气热交换器含有两条互相换热的空气流路，第一条空气流路入口与所述热泵系统的空气通道连通，出口与下加热组件的空气通道连通，

第二条空气流路入口与排风组件连通，接收排风组件的排放，出口为排放口。

进一步地，所述下加热组件包括下回风风道、新风风道、下风机、下加热箱和冷凝器，所述下回风风道、新风风道、下风机、下加热箱顺序连通，新风风道与下风机之间还通过风道连通，所述下回风风道、下加热箱还均与烘道连通，所述新风风道与空气热交换器第一条空气流路的出口通过风道连通，所述冷凝器设置在下加热箱内，所述冷凝器与主机内的制冷剂通道连通。

对于下加热组件，来自空气热交换器的新风与来自烘道的回风混合，再经下风机送入下加热箱，经过冷凝器后被加热至指定温度，最后送入烘道。

进一步地，所述上加热组件包括上回风风道、上风机、上加热箱和冷凝器，所述上回风风道两端分别与烘道与长风道连通，所述上风机进风口通过风道与长风道连通，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，所述冷凝器设置在上加热箱内，所述冷凝器与主机内的制冷剂通道连通。

对于上加热组件，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，经过冷凝器后被加热至指定温度，最后送入烘道。

进一步地，所述冷凝器入口设置加热组件气管接口，所述冷凝器出口设置调节阀与加热组件液管接口，所述加热组件气管接口与主机制冷剂通道的出口连通，所述加热组件液管接口与主机制冷剂通道的入口连通。

进一步地，所述主机包括制冷剂桶、制冷剂泵和电加热器，所述制冷剂桶内用于装制冷剂，所述制冷剂桶内部布置有电加热器，主机机壳上设有主机液管接口和主机气管接口，所述主机液管接口、制冷剂泵、制冷剂桶和主机气管接口通过制冷剂连接管依次顺序连接，形成桶泵循环的主机部分，所述主机液管接口与各个加热组件液管接口通过制冷剂连接管连通，所述主机气管接口与各个加热组件气管接口通过制冷剂连接管连通。

所述的调节阀为电子膨胀阀，功能在于控制通过加热组件的制冷剂流量和从加热箱进入烘道的空气温度。

所述制冷剂泵功能在于控制通过主机的制冷剂流量；所述电加热器功能在于通过改变功率控制加热温度和冷凝压力。

所述主机气管接口与各个加热组件气管接口通过制冷剂连接管连通，所形成的制冷剂连接管网络结构与多联式空调系统相同。所述主机液管接口与各个加热组件液管接口通过制冷剂连接管连通，所形成的制冷剂连接管网络结构与多联式空调系统相同。

所述主机与各个加热组件连通形成多联式的桶泵循环，所述桶泵循环的循环工质可以为加压水—水蒸气，也可以为其它相变的制冷剂，例如r123。

进一步地，所述长风道上设置有排风组件，所述排风组件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，所述排风风道与空气热交换器第二条空气流路入口通过风道连通。

所述长风道与各个上加热组件的上回风风道和上风机的进风风道连通，并通过若干个排风组件排出风道内空气。

进一步地，所述空气热交换器含有两条互相换热的空气流路，第一条空气流路入口c与所述热泵系统的空气通道通过风道连通，出口d与下加热组件的内新风风道通过风道连通，第二条空气流路入口a与排风组件中排风风道通过风道连通，接收排风组件的排放，出口b为连通风道，为排风口。

所述空气热交换器第一条空气流路入口c为低温空气进口，第一条空气流路出口d为低温空气出口，所述空气热交换器第二条空气流路入口a为高温空气进口，所述空气热交换器第二条空气流路出口b为高温空气出口。

进一步地，所述热泵系统包括蒸发器、冷凝器、压缩机、节流装置、蒸发器风机，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，所述蒸发器旁还设置有蒸发器风机，所述冷凝器的空气通道入口用于接收新风，所述冷凝器的空气通道出口与空气热交换器第一条空气流路入口c通过风道连通。

所述的蒸发器和冷凝器常见形式如翅片管换热器，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。

进一步地，所述烘道内设置有支承辊，待烘干的极片在支承辊上移动。

进一步地，所述下加热组件在烘道上设置若干个，所述上加热组件在烘道上设置若干个。

本发明还提供另一种形式，即所述主机内还设有第一过冷器与第二过冷器，所述第一过冷器与第二过冷器均包括制冷剂通道与空气通道，所述主机液管接口、第二过冷器的制冷剂通道、第一过冷器的制冷剂通道、制冷剂泵、制冷剂桶和主机气管接口通过制冷剂连接管依次顺序连接，形成桶泵循环的主机部分，所述第一过冷器的空气通道的一端通过风道与热泵系统的空气通道连通，另一端与空气热交换器第一条空气流路入口c通过风道连通，所述第二过冷器的空气通道的一端与空气热交换器第一条空气流路出口d通过风道连通，另一端通过风道与下加热组件的空气通道连通，此时，热泵系统的空气通道与风道连通。空气热交换器第二条空气流路入口a通过风道与排风风道连通，第二条空气流路出口b连通风道，为排风口。

所述的主机、热泵系统和空气热交换器可以放置在生产车间内或室外。

热泵热回收的工作原理为：烘道的排风在排风风机的作用下，经风道进入空气热交换器的高温空气进口，与新风进行热交换放热，在高温空气出口离开，经风道排出。新风经风道进入冷凝器的空气通道，制冷剂放热对新风进行加热；之后，新风经风道进入空气热交换器的低温空气进口，与排风进行热交换吸热，在低温空气出口离开；最后，被加热的新风从新风风道进入下风机，从而进入涂布机的烘干系统。

本发明不仅适用于锂电池极片涂布机烘干系统，同样适用于其他类似的烘道系统。

本发明的特征在于：

1.采用桶泵循环和相变制冷剂，在制冷剂桶内使用电加热器使制冷剂蒸发，在加热箱内制冷剂冷凝放热用于加热空气；

2.采用多联式的换热器布置和连接管网络，空气无需集中加热再使用风管进行分配；

3.采用热泵系统，从环境吸热，对新风进行预热；

4.采用空气热交换器，利用排风中的热量对新风进行二次加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.桶泵循环避免了在有易燃易爆物质的烘道中设置电加热器，可降低涂布机烘干系统的安全隐患；

2.相变制冷剂的相变潜热大，换热性能好，同时可节省制冷剂泵的耗功；

3.加热器分散布置可避免大规模风管系统的使用，节约了厂房空间，降低了空气运输过程的热损耗和风机功耗；

4.热泵热回收充分利用了原本空气耗散的热量，用于对新风的重新加热，减少能量损失的同时也降低了烘干系统的加热负荷。

附图说明

图1为实施例1锂电池极片涂布机烘干系统的结构和流程示意图：

图1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为冷凝器，12为调节阀，13为加热组件气管接口，14为加热组件液管接口，15为上回风风道，18为上风机，19为上加热箱，21为排风风机，22为排风风道，16为长风道，8、17、20为风道，23为主机，24为制冷剂桶，25为制冷剂泵，26为电加热器，27为主机液管接口，28为主机气管接口，29为热泵系统，30为蒸发器，31为压缩机，32为冷凝器，33为节流装置，34为蒸发器风机，35、36、37、38为制冷剂连接管，39为空气热交换器，40、41、42、43、44为风道。

图2为实施例2锂电池极片涂布机烘干系统的结构和流程示意图：

图2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为冷凝器，12为调节阀，13为加热组件气管接口，14为加热组件液管接口，15为上回风风道，18为上风机，19为上加热箱，21为排风风机，22为排风风道，16为长风道，8、17、20为风道，23为主机，24为制冷剂桶，25为制冷剂泵，26为电加热器，27为主机液管接口，28为主机气管接口，29为热泵系统，30为蒸发器，31为压缩机，32为冷凝器，33为节流装置，34为蒸发器风机，35、36、37、38为制冷剂连接管，39为空气热交换器，45为第一过冷器、46为第二过冷器，47、48、49、50、51、52、53为风道。

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1

参考图1，一种使用热泵热回收和桶泵循环的锂电池极片涂布机烘干系统，包括：主要结构包括烘道1，下加热组件4，上加热组件5，主机23，热泵系统29和空气热交换器39。

烘道1内设置有支承辊2，极片3在支承辊2上移动。

设置在烘道1下方的下加热组件4含有互相换热的制冷剂通道与空气通道，下加热组件4的制冷剂通道与主机23的制冷剂通道连通循环，下加热组件4的空气通道用于对烘道1提供加热空气，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和冷凝器11，下回风风道6、新风风道7、下风机9、下加热箱10顺序连通，新风风道7与下风机9之间还通过风道8连通，下回风风道6、下加热箱10还均与烘道1连通，新风风道7与空气热交换器39第一条空气流路的出口通过风道44连通，冷凝器11设置在下加热箱10内，冷凝器11与主机23内的制冷剂通道连通。对于下加热组件，来自风道44的新风与来自烘道1的回风在风道8内混合，再经下风机9送入下加热箱10，经过冷凝器11后被加热至指定温度，最后送入烘道1。

设置在烘道1上方的上加热组件5含有互相换热的制冷剂通道与空气通道，上加热组件5的制冷剂通道与主机23的制冷剂通道连通循环，上加热组件5的空气通道用于对烘道1提供加热空气；上加热组件5包括上回风风道15、上风机18、上加热箱19和冷凝器11，上回风风道15两端分别与烘道1与长风道16连通，上风机18进风口通过风道17与长风道16连通，出风口与上加热箱19进口连通，上加热箱19出口与烘道1连通，冷凝器11设置在上加热箱19内，冷凝器11与主机23内的制冷剂通道连通。对于上加热组件，来自烘道1的回风经过上回风风道15进入长风道16与来自烘道其他位置的回风混合，再经风道17、上风机18送入上加热箱19，经过冷凝器11后被加热至指定温度，最后送入烘道1。

长风道16用于接收烘道1的回风，并供给上加热组件5的空气通道，同时还连接排风组件，长风道16上设置有排风组件，排风组件用于将长风道16内空气排出。长风道16不仅连通各个上加热组件5的回风风道15和上风机18的进风风道17，并通过若干个排风组件排出风道内空气。排风组件包括排风风机21和排风风道22，的排风风机21进风口通过风道20与长风道16连通，出风口与排风风道22连通，排风风道22与空气热交换器39第二条空气流路入口通过风道40连通。长风道与各个上加热组件的上回风风道和上风机的进风风道连通，并通过若干个排风组件排出风道内空气。

主机23含有制冷剂通道，主机23内的制冷剂通道同时与下加热组件4的制冷剂通道和上加热组件5的制冷剂通道连通循环，与下加热组件4的空气通道与上加热组件5的空气通道进行热量交换；主机23包括制冷剂桶24、制冷剂泵25和电加热器26，制冷剂桶24内用于装制冷剂，制冷剂桶24内部布置有电加热器26，主机机壳上设有主机液管接口27和主机气管接口28，主机液管接口27、制冷剂泵25、制冷剂桶24和主机气管接口28通过制冷剂连接管依次顺序连接，形成桶泵循环的主机部分，主机液管接口27与各个加热组件液管接口14通过制冷剂连接管连通，主机气管接口28与各个加热组件气管接口13通过制冷剂连接管连通。

其中，冷凝器11入口设置加热组件气管接口13，冷凝器11出口设置调节阀12与加热组件液管接口14，加热组件气管接口13与主机23制冷剂通道的出口连通，加热组件液管接口14与主机23制冷剂通道的入口连通。

的调节阀为电子膨胀阀，功能在于控制通过加热组件的制冷剂流量和从加热箱进入烘道的空气温度。制冷剂泵功能在于控制通过主机的制冷剂流量；电加热器功能在于通过改变功率控制加热温度和冷凝压力。

主机气管接口28与各个加热组件气管接口13通过制冷剂连接管连通，所形成的制冷剂连接管网络结构与多联式空调系统相同。主机液管接口27与各个加热组件液管接口14通过制冷剂连接管连通，所形成的制冷剂连接管网络结构与多联式空调系统相同。

主机23与各个加热组件连通形成多联式的桶泵循环，桶泵循环的循环工质可以为加压水—水蒸气，也可以为其它相变的制冷剂，例如r123。

热泵系统29包括互相换热的制冷剂通道与空气通道，热泵系统29的空气通道用于接收新风，热泵系统29的制冷剂通道用于与新风进行热量交换；热泵系统29包括蒸发器30、冷凝器32、压缩机31、节流装置33、蒸发器风机34，蒸发器30、冷凝器32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30制冷剂通道、压缩机31、冷凝器32制冷剂通道、节流装置33通过制冷剂连接管35、36、37、38首尾连接形成用于制冷剂循环的制冷剂循环流路，蒸发器30旁还设置有蒸发器风机34，冷凝器32的空气通道入口用于接收新风，冷凝器32的空气通道出口与空气热交换器39第一条空气流路入口c通过风道43连通。

的蒸发器和冷凝器常见形式如翅片管换热器，微通道换热器等；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。

空气热交换器39含有两条互相换热的空气流路，第一条空气流路入口c与热泵系统29的空气通道通过风道43连通，出口d与下加热组件4的内新风风道7通过风道44连通，第二条空气流路入口a与排风组件中排风风道22通过风道40连通，接收排风组件的排放，出口b为连通风道41，为排风口。空气热交换器39第一条空气流路入口c为低温空气进口，第一条空气流路出口d为低温空气出口，空气热交换器39第二条空气流路入口a为高温空气进口，空气热交换器39第二条空气流路出口b为高温空气出口。

其中，下加热组件4在烘道1上可以设置若干个，上加热组件5在烘道1上可以设置若干个。

主机23、热泵系统29和空气热交换器39可以放置在生产车间内或室外。

热泵热回收的工作原理为：烘道1的排风在排风风机20的作用下，经风道22、40进入空气热交换器39的高温空气进口a，与新风进行热交换放热，在高温空气出口b离开，经风道41排出。新风经风道42进入冷凝器32的空气通道，制冷剂放热对新风进行加热；之后，新风经风道43进入空气热交换器39的低温空气进口c，与排风进行热交换吸热，在低温空气出口d离开；最后，被加热的新风经过风道44，从新风风道7进入下风机9，从而进入涂布机的烘干系统。

实施例2

在实施例1的桶泵循环中，若制冷剂泵25前的制冷剂温度过高，致使制冷剂泵25无法正常工作，可以参考实施例2的解决方案。

参考图2，与实施例1相比，在主机23内，制冷剂泵25前增加了第一过冷器45与第二过冷器46。

主机23内还设有第一过冷器45与第二过冷器46，第一过冷器45与第二过冷器46均包括制冷剂通道与空气通道，主机液管接口27、第二过冷器46的制冷剂通道、第一过冷器45的制冷剂通道、制冷剂泵25、制冷剂桶24和主机气管接口28通过制冷剂连接管依次顺序连接，形成桶泵循环的主机部分，第一过冷器45的空气通道的一端通过风道50与热泵系统29的空气通道连通，另一端与空气热交换器39第一条空气流路入口c通过风道51连通，第二过冷器46的空气通道的一端与空气热交换器39第一条空气流路出口d通过风道52连通，另一端通过风道53与下加热组件4的空气通道连通，此时，热泵系统29的空气通道与风道49连通。空气热交换器39第二条空气流路入口a通过风道47与排风风道22连通，第二条空气流路出口b连通风道48，为排风口。

过冷器一方面可以实现制冷剂泵25前制冷剂的过冷，使制冷剂泵25可以正常工作，同时为了避免这部分能量的浪费，可以利用其对新风进行加热。

热泵热回收的工作原理为：烘道1的排风在排风风机20的作用下，经风道22、47进入空气热交换器39的高温空气进口a，与新风进行热交换放热，在高温空气出口b离开，经风道48排出。新风经风道49进入冷凝器32的空气通道，制冷剂放热对新风进行加热；之后，新风经风道50进入过冷器45的空气通道，新风被继续加热；接下来，新风经风道51进入空气热交换器39的低温空气进口c，与排风进行热交换吸热，在低温空气出口d离开；然后，新风经风道52进入过冷器46的空气通道，新风被进一步加热；最后，被加热的新风经过风道53，从新风风道7进入下风机9，从而进入涂布机的烘干系统。

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16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。

上述实施例中未完整展示制冷剂循环的所有部件，实施过程中，在制冷剂回路设置储液器、气液分离器、油分离、过滤器、干燥器等常见制冷辅件，均不能视为对本发明进行了实质性改进，应属于本发明保护范围。

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。