接触加熱式高真空オーブン

セルおよび電極乾燥用接触加熱式高真空オーブン - TOB-GZK03-K1

3層シングルドア、100 °Cまでのベースプレート接触加熱、10 Pa（空時）、50〜100 Pa（稼働時）、ドライスクリューポンプシステム

製品概要と主な用途

TOB-GZK03-K1は、電解液注液前にリチウムイオンセルおよび電極から水分を除去するための3層シングルドア高真空オーブンです。ラック、内腔、真空・窒素システム、電気制御部、外気循環部、内部循環部、接触部の7つのアセンブリで構成されています。3層のそれぞれを独立して排気、パージ、加熱できるため、1回に1バッチずつ焼き付けるオーブンと、同じサイクルの異なる段階にある3つのバッチを同時に保持できるオーブンとの違いがここにあります。

名称の中で重要な言葉は「接触」です。真空オーブンにおいて熱が負荷に伝わる経路には、壁からの放射、循環ガスからの対流、および部品が接触している表面からの伝導の3つがあり、これらは同等ではありません。真空中では対流を起こすガスが非常に少ないため、純粋な熱風オーブンは放射器となり、乾燥速度は負荷がどれだけ壁面を見通せるかによって決まります。このオーブンは各層の下にシリコン加熱プレートを配置し、そのプレートの上にトレイを載せ、セルの底面をトレイを介した伝導によって加熱します。プレートが主要な熱源であり、左側から出て右側に入るU字型循環空気（排気は上部と下部の端にあります）は、負荷が片面から加熱されて反対側から冷却されることがないよう、キャビティ壁面と空気をプレートと同じ温度に保つために存在します。

乾燥サイクルの後半は真空および窒素シーケンスであり、これが実際に水分を除去するプロセスです。電極やセパレータに結合した水分はまず表面に拡散する必要があるため、ポンプによる排気だけでは自由水分の除去はゆっくりと進みます。真空保持と乾燥窒素パージを交互に行うことで、その経路が短縮されます。パージによってキャビティ内の水蒸気が乾燥ガスに置き換わり、次のポンプダウンでそれが除去され、このサイクルが繰り返されます。本機では、このシーケンスは手動ではなくプログラム制御されます。オペレーターが加熱時間、真空時間、窒素時間を設定し、PLCがレシピで要求されるサイクル数だけ加熱、排気、パージ、保持を実行します。

真空はドライスクリューポンプセット（BaoSi GSDシリーズ、最大オプションとして1300 m³/hのGSD160/1300D）によって生成されます。ここでドライポンプが選ばれるのには、仕様とは全く関係のない理由があります。油封式ポンプはチャンバー内に油蒸気を逆流させ、電池乾燥オーブンではその蒸気がまさに乾燥させようとしている表面に付着してしまうためです。ポンプセットはマニホールドを介して3つのチャンバーに接続されており、1度に1〜3つのチャンバーを排気できるようにインターロックが備わっています。1つのチャンバーが設定真空度に達すると、別の分岐が開く前に分岐バルブが自動的に閉じるため、ポンプが3つのチャンバーを同時に大気圧から引くことはありません。

次のような用途に最適です。

• 電解液注液前の角形、パウチ型、円筒型セルの最終乾燥。残留水分仕様が次の工程へのゲートとなる場合。
• 電極およびセパレータの乾燥。負荷が平らで加熱プレートの上に直接載せられる場合。
• 3層が独立して稼働するため、複数のオーブンを購入することなく、複数のバッチを同時に処理する必要があるパイロットラインおよび小規模量産ライン。
• 真空、窒素、保持時間がまだ調整段階にあるプロセス開発。3つすべてを手動バルブではなくタッチスクリーンから設定できるため。
• 窒素供給設備を備えたドライルーム。オーブンを純粋な真空サイクルではなく窒素パージサイクルとして稼働できる場合。

このカタログにある他の3つのオーブンも重複する作業を行いますが、違いは品質ではなくフォーマットです。オペレーターなしで乾燥シーケンスを実行する必要がある場合は、高真空自動乾燥オーブンが自動化フォーマットです。バッチサイズに対して2層で十分な場合は、2層高真空オーブンが150 °Cに達し、同じトレイを使用できます。作業が生産規模ではなく実験室規模の場合は、DZF-6050真空ラボオーブンが小型ベンチユニットとなります。このページで説明しているのは3層接触加熱式フォーマットであり、乾燥中にタンブルや回転を行う必要がある負荷の乾燥には対応していません。トレイは静止しており、接触プレートはその上に載っているものしか加熱しないためです。

TOB-GZK03-K1 3層シングルドア接触加熱式高真空オーブン

セルフォーマット、装填するトレイの寸法、および残留水分目標をお知らせいただければ、キャビティのサイズを決定し、サイクルに必要な真空システムを確認いたします。

完全仕様

以下の表は、数値を丸めずにそのまま掲載したデータシートです。お読みいただく前に、2つの前提条件を述べておく価値があります。第1に、すべての真空数値は圧力であり、ゲージ読み取り値ではありません。したがって、10 Paとは大気圧からの10 Paの低下ではなく、10 Paの絶対圧力を意味します。第2に、均一性と昇温時間は、定温における空のキャビティについての数値であり、サプライヤー間で比較が可能な唯一の条件です。冷たいセルが入った負荷のあるキャビティでは、常に異なる数値を示します。

1. チャンバー、ドアおよび構造

開いたドアから見える内部：サイドレール上の接触プレート、開口部周りの成形シール、およびリア壁面の循環グリル。

2. 真空および温度制御

3. 電源、重量、および設置要件

サイジングに関する注記：データシートではオーブンが30 kW、真空システムが10 kW、チラーが4 kWとされており、消費電力の数値は明示的にオーブンのみのものです。ポンプセットとチラーがオーブンと一緒に供給される場合、受電容量は30 kW単独ではなく合計から算出する必要があります。据付工事が確定する前に、電気図面でこれを必ず確認してください。

配置図：左側にレイヤースタック、その横にコントロールボックスが示されています。統合パネルか独立キャビネットかという納品形式を、フロアプランに合わせてご確認ください。

4. 真空システムとポンプオプション

ポンプセットはオーブンシステムの一部として供給されるか、お客様によって提供される場合があります。この表には、提供される5つの BaoSi GSD ドライスクリューモデルが含まれており、GSD160/1300D が最大であり、本機に指定されているものです。

マニホールドの規則は動作上の設定ではなく仕様の一部です。最大3つのチャンバーを同時に排気可能であり、1つのチャンバーが設定真空度に達すると、別の分岐が開く前に分岐バルブが自動的に閉じます。2層を超える場合は真空保護設定値をオフにする必要があるため、順序はオペレーター任せにせずPLCに書き込まれています。真空配管は承認された契約図面に準拠し、レイアウトが許す限りポンプをオーブンに近づけ、付属の短いフレキシブルベローズを用いて配置されます。追加の配管経路が必要な場合は事前に合意され、その時点で設置業者が指名されます。

電気・機械部品

機器リストは意図的に控えめなものにしています。真空オーブンは100 °Cで大気圧と100 Paの間でのサイクル運転を繰り返しながら使用され、最初に故障するのはチャンバーではなく、コントローラー、SSR、バルブです。ブランド名を明記することは、購入している内容を正直に伝える方法です。

接触加熱が熱風単独よりも速く水分を除去できる理由

オーブン内の負荷に熱が伝わる経路には、接触する物体を介した伝導、周囲のガスを介した対流、および熱源となる表面からの放射の3つがあります。大気圧下では3つすべてが機能し、よく作られた熱風オーブンであれば問題ありません。この装置の動作範囲に向かって圧力が低下するにつれて、ガスが薄くなり、対流による有効な熱の伝達が停止するため、負荷には放射と接触が残ります。その状態の従来のオーブンは外側から中心に向かってゆっくりと加熱され、温度に達する負荷の最後の部分は最後に乾燥する部分になります。

接触加熱では、どの経路が主経路であるかが変わります。各層のベースプレートにはシリコン加熱プレートが組み込まれており、トレイはその上に平らに置かれ、セルはそのトレイの上に置きます。熱の経路が短く、キャビティ内の圧力に依存しないため、熱風オーブンでは苦戦する50 Paの環境でも乾燥速度が高く保たれます。これがこの形式の最大の根拠であり、データシートの温度数値が意味の半分にすぎない理由です。接触式オーブンで重要なのは、チャンバーの排気とパージが行われている間もプレートが設定温度に維持されることです。

もう半分は、キャビティの残りの部分がヒートシンクになるのを防ぐことです。U字型の空気経路は左側から吸気し、右側で戻り、上端と下端に沿って排気され、壁面温度はプレートと同じ温度に保たれます。これがないと、ドアや側壁が負荷よりも低温になり、水蒸気がそこに凝縮し、次の真空引きで再度除去しなければならなくなります。これが、表面温度の数値がキャビティ温度100 °Cで記載されている理由でもあります。外側が熱くなるキャビティは、支払っている熱を逃がしているキャビティです。

接触加熱には1つ特有の容赦ない側面があり、トレイを指定する前にそれを知っておく価値があります。ヒーターとセルの間には、プレートからトレイへ、そしてトレイからセルへの2つの接触面が存在します。それぞれが熱抵抗となり、表面が平らで清潔でない場合、その抵抗は悪化します。落下したトレイ、裏側のバリ、セルの下の乾燥したスラリーの粒子など、これらはすべて、熱電対がセルではなくキャビティを読み取るためコントローラーには検知できない局所的なコールドスポットを作り出します。負荷の外見は乾いているように見えて内部は湿っているようにテストされ、不具合はオーブンではなくトレイ側に起因することになります。

トレイ上に立っているセル：トレイとセルの接触面は、その下のプレートとトレイの接触面とともに、接触熱が通過しなければならない場所です。

真空と窒素のシーケンスこそが、熱を乾燥に変えるものです。電極内の水分は、ポンプで排出されるのを待って表面に存在しているわけではありません。まずコーティングやセパレータを通して拡散して外に出る必要があり、これには時間がかかります。真空保持により蒸気が現れた瞬間に引き出され、乾燥窒素パージによってキャビティ雰囲気が置き換えられるため、次の真空引きは湿った空気ではなく乾燥ガスから始まります。これら2つを交互に行うことはどちらか一方だけよりも高速であり、そのためレシピでは単一の持続時間ではなく、加熱時間、真空時間、窒素時間を要求しています。サイクルの回数は、製品ごとに調整される変数です。

ドライスクリューポンプがループを閉じます。水分除去作業において油封式ポンプは水蒸気を油に引き込み、油が乳化し、誰かが油を交換するまで最終圧力が上向きにドリフトします。ドライスクリューポンプは掃気容積内に油を持たないため、水分は蓄積する代わりに排気とともに排出され、乾燥させたばかりの部品に逆流する油蒸気もありません。GSDシリーズが安価な油式ポンプではなくここで指定されている理由はそこにあり、それはポンプについてではなくプロセスについての主張です。

接触加熱が解決しないのは、負荷の形状です。プレートは下から加熱するため、1層のセルを載せたトレイは、同じトレイを3段重ねにした場合とは非常に異なる挙動を示します。スタックの一番上のセルは、プレートからではなく、隣接するセルや放射によって加熱されるため、遅れが生じます。プロセスに定義された保持時間が必要な場合は、トレイを単層に保つか、より長いサイクルを受け入れ、±3 °Cの均一性数値をそのままの姿で捉えてください。それは一定温度の空のキャビティについての主張であり、高いスタックの中心についての約束ではありません。

主な設計特性

• すべての層での接触加熱。 シリコン加熱プレートが各層のベースプレートに組み込まれているため、主たる熱経路はトレイへの伝導であり、真空によって弱められることはありません。これが、この形式を熱風真空オーブンと区別する機能です。
• 3つの層、それぞれ独自のサイクル。 加熱、真空、窒素は層ごとに設定および実行されるため、1つの層で焼き付けを行っている間に別の層でパージを行い、3番目の層で冷却を行うことができます。
• 空時10 Pa、稼働時50〜100 Pa、24時間ごとに500 Pa。 漏れに関する数値は注目すべきものです。1日に500 Pa増加するチャンバーでも焼き付け中は50 Paを維持し、5,000 Pa増加するチャンバーでは維持できません。
• 2つの熱源による3度の均一性。 プレートが負荷を加熱し、U字型の壁面空気がキャビティを同じ温度に保持するため、負荷の一方が加熱されて他方が冷却されることはありません。
• マニホールドインターロックを備えたドライスクリューポンプのセット。 掃気容積内に油がないため、水分は排気とともに排出され、各チャンバーが設定温度に達すると分岐バルブが自動的に閉じます。
• 圧力容器溶接、4.0 mmステンレス製内壁。 キャビティは折り曲げやシーム加工ではなく圧力容器の規格に沿って溶接されているため、数千回の大気圧と真空のサイクルにわたって変形するのを防ぎます。
• 過圧リリーフや自動ガス遮断を含む7つの保護機能。 ドアは自己リリーフ機能を備えた耐爆発および耐圧構造になっており、キャビティが過剰に充填された場合にはガス入口が自動的に閉じるため、チャンバーの保護だけでなく窒素の節約にもなります。

操作シーケンス、安全性、メンテナンス

1. ベークサイクル：ステップ・バイ・ステップ

ローディングは、充填する層の高さまで持ち上げられたカートを使用して行われます。高さのある1枚扉により、これが可能になります。小さなハッチから通すのではなく、トレイがカートからレールに沿ってそのまま内部に入ります。扉が閉まり、インターロックが正常に作動すると、レシピに従ってサイクルが実行されます。以下のシーケンスは、PLCが実行するプロセスです。

1. 使用する層のコンタクトプレートにセルまたは電極のトレイを載せ、扉を閉めます。
2. タッチスクリーンでレシピを確認します。加熱時間、真空引き時間、および窒素時間は既に設定されています。層の開始によって、制御がPLCに引き渡されます。
3. 真空設定値までポンプで減圧します。
4. 低真空限界である-20 kPaを超えないよう、交換の下限であるこの値まで乾燥窒素を充填します。
5. 設定温度まで加熱し、その温度を維持します。
6. 再度ポンプで減圧し、1回目の保持によってロードから排出された水蒸気を取り除きます。
7. プログラムされた真空引き時間の間、真空ベークを行います。
8. 再び窒素を充填します。
9. プログラムされた窒素時間の間、窒素ベークを行います。設定された回数のサイクルが完了するまで、ステップ6〜9が繰り返されます。
10. ヒーターを切り、循環空気で熱を逃がしながら、自然冷却します。
11. チャンバーが冷却されたらトレイを取り出し、次の層または次のバッチを開始します。

コンタクトプレートがカートのデッキと水平になった状態で、ローディングカート上の層まで運ばれた角形セルのトレイ。

2. 安全保護

保護リストは、真空オーブンで実際に発生する4つの問題（暴走するヒーター、ショートしたエレメントまたはファン、真空状態で開かれた扉、停止すべきであるにもかかわらず充填し続けるチャンバー）を対象としています。以下の7つの項目のそれぞれは、ソフトウェアの制限ではなく、物理的なデバイスです。

• 制限値に達すると自動的に電源を遮断する、チャンバーの過熱防止機能。
• 加熱エレメントの過電流および短絡保護。
• 内蔵循環ファンの過電流および短絡保護。
• 制御システムの過電流および短絡保護。
• 圧力に対応した専用の耐爆発扉（過圧時自動リリーフ機能付き）。
• チャンバーが過剰に充填された場合に窒素および乾燥ガスインレットを自動遮断し、ガスの節約とチャンバーの保護を同時に行う機能。
• 各層の完了時に鳴る、音声および視覚的なアラーム。

扉のインターロックは、当然のことと考えられて見落としやすく、間違いが生じた場合の代償が大きいため、別途記載する価値があります。扉が閉まりチャンバーが密閉されるまで、ベークを開始することはできません。さらに、データシートに記載されているサイトの規則は飾りではありません。可燃性、腐食性、引火性、または爆発性の材料をチャンバー内でベークせず、そのようなガス、液体、または固体の存在する場所に本機を置かないでください。

3. メンテナンスと実際に摩耗する部品

この機械で消耗する部品はヒーターではなく、扉のシールです。1時間に1〜2回、100 °Cで、減圧およびベントを繰り返すチャンバー内でステンレス製のフランジに押し付けられる成形シリコンOリングは、最終的に漏れ率が24時間あたり500 Paを超える原因となる部品です。この数値に注意してください。これはバルブを閉じた状態でポンプダウンした後に空の状態で測定され、上昇傾向は得られる最も早い警告となります。

2番目はポンプセットです。ドライスクリューポンプには、0.1〜0.4 MPaおよび5〜30 °Cで4 L/min以上の規定範囲内の冷却水が必要であり、また12〜50 L/minで0.2〜0.6 MPaの範囲を維持する窒素パージが必要です。冷却水が温かすぎるか流速が遅すぎると、アラームとしてではなく、まず高い到達圧力として現れ、チャンバーシールのせいと誤認されることがよくあります。シールを交換する前に、冷却水を確認してください。

3番目はトレイであり、これらは正しく維持するための最も安価な部品です。プレートに完全に載る平らなトレイは熱を伝導しますが、バリや反ったコーナーのあるトレイは伝導せず、不具合は機械の故障ではなく1つの冷えた層として現れます。倉庫ではなく、オーブンのそばにストレートエッジを置いてください。マニホールドのバルブシートについても同様です。きっちり密閉されないバタフライバルブは、ポンプに漏れに対する負荷をかけ、圧力の傾向からポンプの問題のように見せかけます。

技術FAQ

Q: どのようなチャンバーサイズが得られますか、また私のトレイに合わせて作製できますか？

チャンバーはリストから選ぶのではなく、お客様のセルとトレイの寸法に合わせて設計されます。これはデータシートに機能として記載されているため、このページにチャンバーの寸法が記載されていない理由でもあります。トレイの図面、セルの高さ、1層あたりのトレイ数を送っていただければ、製造開始前に承認された図面に基づいてチャンバーが固定されます。お客様のトレイなしで見積もられたチャンバーサイズは、あくまで仮定として扱ってください。

Q: 3つの層を同時に真空引きできますか？

はい、シーケンス制御により可能です。最大3つのチャンバーを同時に真空引きできます。チャンバーが設定された真空度に達すると、別の分岐が開く前に分岐バルブが自動的に閉じるため、ポンプが同時に複数のチャンバーを大気圧から引き下げる負荷がかからないよう保護されます。2層を超える場合、シーケンスを実行するために真空保護設定値をオフにする必要があります。これは改造ではなく設定の変更です。

Q: 30 kWが、私が用意しなければならない総電力負荷ですか？

いいえ。これはサイトの計画段階で最も見落とされやすい項目です。オーブンの定格は30 kWですが、真空システムは別個に10 kW、チラーは4 kWと記載されています。ピーク時の30 kWhおよび定常時の6 kWhという消費電力の数値は、真空ポンプと冷却システムを除いたオーブン単体のものです。ポンプセットとチラーが供給範囲に含まれる場合は、合計値から入力電源の容量を決定してください。

Q: 設置前に現場に準備しておくべきユーティリティは何ですか？

4つあります。専用ブレーカーとオーブンへの外部配線を備えた、380 V、50 Hz、3相5線式の電源。12 mmの配管を通した0.1〜0.2 MPaの窒素（オーブン1台あたり1サイクル約2 m³）。バルブ作動専用の、8 mmの配管を通した0.6〜0.7 MPaの圧縮空気（少量のエアー供給で十分です）。ポンプ用の冷却水（0.1〜0.4 MPa、4 L/min以上、5〜30 °C）。設置部屋自体は、相対湿度40%以下で-5〜35 °Cの温度範囲を維持し、前面に1500 mm、側面と背面に300 mmのクリアランスが必要です。

Q: 温度範囲が100 °Cで止まりますが、セルの乾燥にはこれで十分ですか？

室温+10〜100 °Cが指定された範囲であり、コントローラーではなく、コンタクトプレートとシールの構造によって決定されます。十分かどうかはレシピによって異なります。セルと電極の乾燥は通常、この範囲内に収まるように行われるため、このフォーマットが存在します。プロセスに120 °Cまたは150 °Cが必要な場合、このオーブンは不適切であり、上記のリンクにあるダブル層高真空オーブンは、コンタクトプレートを犠牲にして150 °Cに到達します。

Q: なぜ安価なオイルポンプではなく、ドライスクリューポンプを指定するのですか？

このオーブンの仕事は水分を除去することだからです。油回転ポンプはその水分を油に取り込むため、油が劣化し、油を交換するまで到達圧力が上方にずれていき、工程の変数がメンテナンス作業に変わってしまいます。ドライスクリューポンプは排気室内に油がないため、水分は排気と一緒に排出され、新しく乾燥した部品に逆流する油蒸気もありません。その代わりのトレードオフとして、購入価格が高くなり、冷却水の要件を満たす必要があります。

トレイの図面と目標水分量を送信していただければ、キャビティサイズとレイアウトをご提案いたします。サイクルに必要なエラー回数とポンプモデル。

メール: tob.amy@tobmachine.com | 電話 / WhatsApp: +86 181 2071 5609

レビュー担当: Science Wang (シックスシグマ・ブラックベルト、バッテリーライン) | 最終更新日: 2026-11-03