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技术创新
- 分类：技术支持
- 发布时间：2020-04-22 00:00:00
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概要:
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技术研发的背景及意义
随着半导体封装/LED光电子/微电子/生物医疗/军工/航天等领域更加注重各种器材，元器件，光学模组，半导体封装工艺在储存安全方面的拍切需求，【蓝精灵公司】作为在小型密闭空间温湿度管控行业深耕15载的专业技术公司于2019年初，组织研发团队，加大科技攻关投入，终于研发出新一代【智能物联控湿柜】，并向国家专利部门申请相关实用新型专利及发明专利。随着该项技术的在行业应用的全面推开，将极大的改善广大用户在温湿度管控及防氧化防护等安全智能储存方面目前尚存欠缺和不足的被动局面。
【蓝精灵智能物联控湿柜】跟传统防潮柜相比较，除湿度下行控制的基本功能外，对柜内温湿度环境管控更加全面，增加了分子筛反向微加湿控制功能。当储存环境湿度偏低时，可实施加湿管控，在此基础上，为提升产品管控的防氧化功能，还增加了氮氧浓度控摸模块，让柜内的温度/湿度/氮氧浓度三项储存安全指标得到全方位监控。
为提高温湿度及氮氧浓度管控的便捷性，开发了【蓝精灵智能物联温湿度管控平台】，让储存空间的安全监控能通过手机APP及电脑WEB端实时双向传送，打破时空限制，让储存安全不仅智慧全面，而且触目可及。
（一）传统除湿机芯的弊端及劣势
传统分子筛除湿机芯采用13X/4A分子筛作为吸湿材料，吸湿材料的选择是严谨科学的。这种材料具备两大特征：
①再生功能。在一定的温度条件或压力条件下，分子筛可以重新获得对水分子选择性吸附能力，因而可以通过加热或加压分子筛，迫使其再生，不断重复使用，不用频繁更换吸附材料，在确定的使用期内，无明显省耗，拥有良好循环使用价值。经过试验测试，以24小时为周期，每24小时再生4次，可以持续使用5年左右。5年后，其对水分子的吸附能力只剩下5%左右，失去了使用价值，需要更换新的吸湿材料。
②对水分子拥有有良好的吸附亲和力。大部分分子筛对水分子都有吸附能力，以13X,4A分子筛尤为明显。即使在极低湿度环境下，任然具备吸附水分子的可能性，所以可以用于获取10%RH，甚至3%RH值以下的极低湿度的极度干燥环境。所以，在小型密闭空间的超低湿度环境控制方面，具备天然的不可替代的作为精密低湿除湿应用的超高性价比使用价值。
劣势方面
分子筛再生模式
传统除湿机芯采用热力再生，静态散热。分子筛再生采用PTC半导体恒温模块，单片功耗为30W，单个机芯搭载2片，总功耗为60W，恒温模块表面温度为200℃，持续加热时间为30分钟。由于采用静态自然散热方式，分子筛冷却时长达到35分钟，也就是说，分子筛启动再生后，需要65分钟后才能重新具备吸附水分子的能力。所以这种再生模式非常浪费时间，降低了除湿效率。
传统除湿机芯采用镍钛记忆合金弹簧作为除湿/排湿阀门的执行机构，镍钛记忆弹簧属于热力形变弹簧，热态时会产生张力，冷却后会恢复原来的形状，在碳钢弹簧的平衡作用下开启或关闭除湿/排湿阀门。由于记忆弹簧需要热力支持其形变，所以必须为记忆弹簧配装独立恒温模组，记忆弹簧的牵引力随恒温模组的温度变化而变化，当恒温模组升温至80℃时，记忆弹簧牵引力达到最大值，弹簧形态达到最少值，碳钢弹簧被拉伸，排湿阀门打开，机芯处于水分子往柜外散发状态，完全排干分子筛中的水分子，需要30分钟时间。在这30分钟的排湿时间内，记忆弹簧张力最大，阀门的关闭相对来说还是比较严实，外界潮湿气流进入柜内的几率比较少。接下来的35分钟的记忆弹簧的冷却阀门关闭过程，一系列的弊端便显现出来了。
由于记忆弹簧自身温度随恒温模组温度缓慢自然降低，其张力会缓慢衰退，由于碳钢弹簧的拉力时恒定不变的，所以，阀门的关闭也是缓慢地渐次关闭，这个阀门关闭过程跟记忆弹簧的温度下行相关联，需要长达35分钟的关闭时间，此过程中，阀门基本上是一种半开半闭状态，（检查方法：打开柜门去观察除湿机芯，会发现机芯有透光现象，外界光源会透过阀门进入柜内），带来的不良后果有如下两个方面：
①除湿机芯内部的一部分热量必然会无可避免地辐射到柜内，引发柜内温度飙升，并带来严重的温度波动，由于持续时间达半小时左右，最高可给柜内带来使用环境温度3-5℃的正向波动。这种由于柜内温升带来的温度方面的忽高忽低剧烈波动，将给储存在柜内材料，器件，精密光学组件等，带来不可忽视的安全隐患。
②柜外潮湿气流无可避免地趁机进入柜内。潮湿气流本身水分子含量高，质量大，它随时保持从高湿区域向低湿干燥区浸透转移的趋势，阀门的半开半闭状态，正好给它提供了这种入浸的机会。所以，柜内湿度即使已经达到设定目标值，只要记忆弹簧开关阀门驱动程序开启，柜内湿度上行就无法避免。这种种由于除湿/排湿阀门以记忆弹簧作为执行机构带来的湿度正向波动，俗称返潮。最高可达15%RH。由此可见，在如此大的返潮内耗作用下，传统除湿机芯的除湿效率是非常低下的。柜内湿度波动是非常显著的。很多国内国外品牌用这样的传统除湿技术，却自称可以实现所谓的精密定点控湿，实在是没有任何专业技术素养的睁眼说瞎话，信口开河！
《蓝精灵大面阵智能湿度控制机芯》与《分子筛+记忆弹簧除湿机芯》性能对比
（一）
《蓝精灵大面阵智能湿度控制机芯》
技术参数
湿度设定范围〉01~99%RH
①湿度控制范围 01~99%RH（±3%RH）
核心技术说明〉
1）新一代大面阵智能湿度控制机芯具备分子筛反向加湿功能，系行业首创。搭载新机芯的产品不再是传统意义上的防潮柜。在上述湿度区间全程可测可控。每一台搭载新机芯的产品，皆具备分子筛反向加湿功能。所出售的每一台智能电子控湿柜都可以达到10%RH值以下的超低湿度目标值！
2）返潮量控制
新一代大面阵智能机芯采用铝合金阀门+微电机作为驱动执行机构，开启关闭阀门的时间为3秒以内，由于阀门在除湿及吸湿的切换时间达到秒级，隔离了外界潮湿空气同柜内干燥空气的水分子交换干涉，从根本上解决了湿度漂移及返潮问题。
3）温度抑制
为何要对柜内温度进行抑制？
由于分子筛在再生过程中有一定的热量产生，大部分热量都会随水分子辐射到柜外空间，但仍有极少部分余热会扩散到柜内，导致柜内温度产生一定幅度的波动。传统的分子筛除湿机芯采用镍钛记忆弹簧作为除湿阀门的执行机构，记忆弹簧阀门切换时间跟记忆弹簧温度相关联，需要30~40分钟时间，阀门才能完全关闭严实，切换过程中阀门存在半开半闭状态，热量容易向柜内辐射，导致柜内温度偏高，温度偏离环境温度值会达到3-5℃。给储存空间带来严重温度波动干挠。
《蓝精灵大面阵智能除湿机芯》温度抑制技术创新举措如下：
①采用了行业领先的无热智能电动阀门驱动技术，代替传统机芯的热力记忆弹簧驱动技术。删减了一片PTC加热模块，在分子筛再生期间的热辐射源比传统机芯减少1/3。
②机芯采用微型风机主动散热机动态除湿技术，效率是传统机芯的3倍以上。主动散热技术：分子筛加热30分钟完成去除水分子后，在散热风机的驱动下。15分钟即可转为除湿状态，比传统机芯减少了30分钟时间。
动态除湿技术：采用微型轴流风机动态除湿，可以以少胜多（标准款智能控湿柜只需装载一只机芯，在80-90%RH高湿环境下，都可达标10%RH以下的低湿）。
一方面可将再生热源数量减少到传统机芯的1/3。由于再生热源数量的减少，加上除湿/排湿电控阀门关闭相当严实迅速，机芯内部再生热源无法形成对柜内的热量辐射，对柜内温度抑制起到了良好的辅助作用。实测验证，柜内温度正向波动小于1℃。经查验，系蓝精灵公司首创，国内无先例。
③柜门开启时，湿度自恢复速度极快。当柜门打开时，柜内湿度会因外界潮湿气流的浸入而迅速升高，新机芯此时会由原来的平衡状态迅即转为吸湿状态，而此时分子筛不用加热再生，机芯直接进入单一的动态除湿状态。让柜内湿度值快速恢复至设定值误差范围内的平衡状态，视开门时间长短机设备无再生状态时间长短，通常只需30分钟~60分钟时间即可完成湿度自恢复平衡态。由于分子筛无加热再生，柜内温度无任何正向波动。
而传统的除湿机芯，在柜门开启后，立即转入分子筛再生状态，一个再生流程下来，需要1个小时，再生过程中，又会引发柜内温度升高3℃-5℃左右，湿度正向波动会达到10%-15%RH，加上静态除湿的固定模式，湿度自恢复至平衡态，需要5-6个小时。由此可见，传统机芯在整个温湿度自恢复的过程中，带来柜内非常明显的温湿度波动，除湿过程曲折缓慢而且耗时极长。经测试，新机芯在开启关闭柜门的取拿物料过程中，湿度自恢复效率是传统机芯的5倍以上，而且无任何温度正向波动干扰。
3）能耗
控制软件系我司自主研发，采用独创的智能模糊算法，大大降低了分子筛活化再生次数。可以将分子筛一次再生的吸湿性能发挥到极限。目标设定值为3%RH，环境湿度为90%RH，柜体容积1点5立方，空箱不开启柜门条件下测试，分子筛再生周期为20小时。较原来传统的分子筛除湿技术相比较，分子筛的使用寿命，延长4倍之多。由于分子筛再生次数减少，PTC加热模组加热次数相应减少，从而大大降低了电能消耗，单只机芯的24时标准能耗为0.24千瓦时，不到1/4度电，为行业内最节能的产品。
4）分子筛使用寿命
由于分子筛再生次数的减少，相应会大大提高机芯的使用寿命，预估寿命可达10~12年。
（二）《传统分子筛+记忆弹簧驱动机芯》
技术参数
湿度设定范围〉3%~99%RH
①湿度控制范围〉
5%RH-当前环境湿度（±3%RH）（三只机芯）
《分子筛+记忆合金弹簧除湿机芯》技术盲点〉
采用镍钛记忆合金弹簧+PTC发热模快作为驱动执行机构，开启关闭阀门的时间为45分钟，为何需要45分钟时间呢？这是记忆弹簧本身的工作特性所决定的！记忆弹簧产生张力需要PTC加热模快提供热力支持，只有当记忆弹簧本身温度升至80℃时，弹簧才能产生张力，当温度降至40℃时，弹簧会回复到初始状态，并失去张力。而这个散热过程需要45分钟时间，导致开关阀门的时间无法解藕，由于用来平衡记忆弹簧的钢质弹簧的张力是衡定不变的，记忆弹簧的张力是随着自身温度的降低而逐级减少，在45分钟的阀门切换过程中，就必然会存在机芯阀门的半开半闭的非严实密封状态，目视可见机芯有漏光现象，导致外界潮湿空气吸入柜内，从而产生返潮现象。
这种由于记忆弹簧本身的特性带来的热力延时关闭阀门的缺陷是目前分子筛除湿技术行业通病，带来的不利后果有
①返潮量大。基本会达到10%^15%RH的返朝量。因机芯返潮原因会大大降低机芯的除湿效率。从实测数据中验证得知，由于返潮引起的除湿内耗时间达到90分钟。也就是说，这90分钟是无用功，白白浪费了除湿时间。
②柜内相对湿度状态极不稳定。当柜门开启，取拿物品时，由于外界潮湿空气浸入柜内，PCT加热模块会加热记忆弹簧，以便让机芯处于排湿状态。PTC加热模块在加热过程中的热辐射会导致柜内温度迅速上升，而温度的上升又会导致柜内的相对湿度平衡被打破，产生湿度波动。
所以，采用这种（分析子筛除湿）+（记忆弹簧执行）技术，不可能实现柜内湿度精确控制，湿度波动极大，同时温度波动幅度会达到3~4℃左右。可以预见，在温湿度环境如此大的波动状态下，会对被储存物品/器材等带来严重的温度失控方面的安全隐患。
3）除湿速度慢，达不到低湿状态。
由于该项技术采用了自然吸附式的被动除湿方式，除湿速度非常缓慢。设定湿度在常湿20%RH，环境湿度在65%状态下，达到目标值需要6小时左右。开启一次柜门，取拿时间为1分钟，再一次回复到目标值需要3~4小时。目标湿度只能达到20%RH
，如要达到10%RH以下的低湿环境，通常采用增加机芯数量的方式来提高除湿速度及除湿效率，增加机芯数量后，低湿指标是可以实现了，但由于增加了再生热源数量（某台资品牌搭载机芯数量达到6只），柜内返潮量控制又无法实现，温升更是大得惊人！所以在低湿控制方面，10%RH低湿状态根本就无法长时间得以稳定。于是就采取一种机械办法来弥补这种传统除湿技术带来的缺陷。湿度设定只能在1-10%RH值之间进行，超过10%RH，就不能设定了！至于为何要如此这般，就只有其自己清楚了，叫做：没有办法的办法！死马当作活马医嘛！
4）能耗高，分子筛使用寿命缩减。
以单机芯为例，每个机芯包括3个PTC加热模块，其中一只模块为记忆弹簧提供热力支持，二只用来再生分子筛，功率为30瓦/只，总功率为90瓦。以4小时/次为周期，每天（24小时）分子筛固定再生次数为6次，加上因开启柜门引发的分子筛触发性再生，再生次数会相应增加。导致的结果是，徒增了能耗，同时缩减了分子筛的使用寿命。客户实测验证分子筛使用寿命在4~5年。
5）功能单一
只能除湿，不能加湿。只能往环境湿度以下的区间设置目标湿度值。
总结
综上所述，由于《大面阵智能湿度控制机芯》创新采用动态除湿技术，效率极高，减少了机芯装载数量，热交换几率减少，温度因热辐射带来的波动相应减少，加上采用机电一体化的铝合金智能无热电动阀门及优良的智能模糊算法温湿度管控软件。
《蓝精灵新一代大面阵智能湿度控制机芯》在温湿度控制的稳定性，可靠性，精准性，使用寿命四个主要方面，都远超同行。
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