Point de rosée faible

Batterie au lithium

Chambre sèche climatisée

Le PowerPurge breveté

Carte de circuit pour batterie au lithium

Dietmar Müller, Directeur général de Munters GmbH

Une forme un peu plus particulière de la technique climatique s'intéresse à la fourniture d'air extrêmement sec pour des processus de production spécifiques. En jargon spécialisé, on parle d'applications Low Dew Point. Depuis de nombreuses années, la société Munters se consacre au développement, à la conception et à la livraison de tels déshumidificateurs spéciaux. La gamme de produits s'étend des déshumidificateurs jusqu'à la livraison complète, y compris la chambre sèche, jusqu'au pack tout compris avec une couverture de service 24/7.

Qu'entend-on par Low Dew Point ?

Les solutions Low Dew Point désignent des applications dans la classe d'air entre le point de rosée - 40 °C et - 65 °C. Un point de rosée de - 40 °C correspond à une teneur en eau absolue de 0,0793 g/kg, et pour un point de rosée de - 60 °C, on parle alors d'une teneur en eau absolue dans l'air de 0,0066 g/kg.

Autres cas d'utilisation spéciaux nécessitent même des points de rosée de - 85 °C, soit 0,0017 g/kg.

Application

Les applications pour un air sec avec des points de rosée compris entre - 20 et - 40 °C sont nombreuses et couvrent l'industrie automobile, l'industrie chimique jusqu'aux applications dans le domaine pharmaceutique.

Lorsqu'il s'agit d'air vraiment sec, on trouve essentiellement des applications dans le domaine des batteries ou accumulateurs ou dans la technologie des écrans plats. En général, dans de tels environnements de production, il faut éviter que les réactions des produits chimiques utilisés avec l'humidité de l'air ne se produisent. Le lithium réagit très fortement de manière exothermique avec l'humidité et est extrêmement hydrophile. En raison de cette propriété, le lithium était autrefois utilisé comme agent de séchage, notamment dans des rotors de sorption. Malheureusement, en plus de ces propriétés, le lithium est également très agressif et, dans diverses composés, fortement corrosif.

L'utilisation de batteries au lithium dans les téléphones mobiles, les stimulateurs cardiaques ou d'autres applications médicales s'est étendue ces dernières années au secteur du transport, notamment dans l'aéronautique et de manière très importante dans la construction automobile. Ces batteries nécessitent, par nature, des installations de production beaucoup plus grandes et donc également des volumes d'air considérablement plus importants pour alimenter en toute fiabilité les chambres sèches.

Technique des procédés

Tout d'abord, pour la conception des composants de l'installation, il est bien sûr nécessaire de connaître la charge thermique, le nombre de travailleurs en production ainsi que d'éventuelles sources d'humidité dans la chambre sèche.

Ensuite, pour la conception de la chambre sèche, en plus de la surface de production, il faut planifier précisément la distribution de l'air. On peut prévoir soit des sorties d'air sec directement au poste de travail, soit alimenter toute la zone de travail par des flux laminaire ou, bien entendu, combiner ces techniques.

Ce qui est déterminant pour la charge en humidité, c'est la nature des activités effectuées. Pour la charge en humidité liée au travail, par la transpiration et la respiration, on suppose généralement entre 160 et 200 g H2O/cp/h. Les experts de Munters GmbH sont à votre disposition pour vous aider dans cette évaluation et disposent de plusieurs années d'expérience.

Une charge en humidité de 160 g/h par employé peut sembler très faible à première vue, mais constitue un défi important pour la technique d'installation, compte tenu des humidités résiduelles visées dans la pièce. La simple évacuation de cette charge d'humidité par employé, dans les conditions mentionnées ci-dessus, nécessite un volume d'air de 1 700 m³/h.

Les salles de production pour batteries fonctionnent généralement en mode semi-ouvert. Cela signifie que l'air vicié est extrait et qu'autant d'air frais que nécessaire est introduit, soit délibérément comme flux de sortie de pollution, soit au moins pour assurer l'approvisionnement en air frais des travailleurs.

La quantité d'air recyclé extrait de la pièce sera très sèche selon la situation d'extraction, correspondant au point de rosée minimal convenu dans la pièce. Peut-être avec un point de rosée d'air neuf de - 60 °C, atteignant environ - 40 °C dans l'air de retour en raison de l'absorption d'humidité.

Ce air de recyclage doit alors être mélangé avec de l'air frais et à nouveau séché à - 60 °C. Cela nécessite beaucoup d'énergie. La déshydratation à ce niveau demande en effet beaucoup plus d'énergie qu'une application à niveau atmosphérique, par exemple de 7 g/kg à 1 g/kg dans des applications pharmaceutiques normales. La conception du procédé et la stratégie de contrôle jouent donc un rôle central.

Mais commençons par la partie principale du procédé, le rotor dessicant. Selon le cas d'application, Munters utilise différents rotors, notamment un rotor en gel de silice stabilisé au titane d'une profondeur de 400 mm ou un rotor hybride composé de gel de silice et de tamis moléculaires. Outre leurs performances, ces deux types de rotors ont été largement testés et certifiés, notamment comme ne produisant pas de poussière et étant résistants au feu.

Les déshumidificateurs à rotor fonctionnent selon le principe d'adsorption. Cela signifie que l'air de processus stocke ses composants en eau à l'intérieur du rotor, sans changement de phase. Les molécules de vapeur d'eau sont adsorbées par des forces de van der Waals ou électrostatiques dans les pores du rotor. Le rotor d'adsorption tourne autour de son axe et est ensuite séché ou désorbé dans la secteur de régénération.

Du point de vue énergétique, il est important à la fois de la mise en marche ou du raccordement du rotor dans le système, ainsi que d'une planification soigneuse de la récupération de chaleur. Cette précision dans la conception devient de plus en plus importante, car les salles de production ont considérablement augmenté ces dernières années, allant de la boîte à gants à des halls de production entiers.

Pour optimiser la mise en marche du rotor, Munters utilise les circuits brevetés Power Purge® et Green Purge. La compréhension de ces procédés nécessite une étude approfondie de la physique de la technologie des rotors, ce qui dépasse largement le cadre de cet article. L'essentiel est de faire fonctionner le rotor de manière à ce que la surface d'absorption d'humidité soit la plus grande possible, avec une température et une vitesse de rotation optimales pour le processus d'adsorption.

La récupération de chaleur peut être effectuée en plusieurs étapes. Tout d'abord, comme mentionné ci-dessus, par l'optimisation de l'énergie interne à l'aide de Power Purge®, puis par la récupération de chaleur à partir de l'air vicié du flux d'air de régénération, mais aussi en exploitant la chaleur latente libérée lors du processus d'adsorption. En outre, une optimisation énergétique peut être réalisée en fonction des conditions de sécheresse souhaitées, notamment en utilisant la chaleur résiduelle du système de refroidissement.

Pour réduire les coûts, il est même possible d'utiliser directement des brûleurs à gaz naturel dans la zone de régénération du rotor. Comme on le sait, la combustion du gaz naturel produit du dioxyde de carbone CO2 et de la vapeur d'eau H2O. La teneur en vapeur d'eau dans l'air de régénération complique bien sûr le processus de séchage, mais cela ne s'est pas avéré être un inconvénient en pratique.

En général, lors de la conception ou de la révision d'un concept de chambre sèche, deux approches sont possibles. La règle « tout d'une seule source » est recommandée pour les laboratoires ou les centres de recherche, ainsi que pour des exigences extrêmes en points de rosée, car une planification très détaillée est nécessaire. Des partenaires expérimentés permettent de proposer des solutions fiables et optimisées énergétiquement pour les salles de production et des solutions modulaires pour les concepts standard.

Le critère décisif est la conception correcte et l'évaluation des charges initiales. Munters a acquis une expertise approfondie dans ce domaine à travers de nombreux projets et missions.