台灣過濾與分離學會電子報2025年第1期

市場應用

◎汽車工業過濾：以BMW車廠為例

 

        空氣過濾是汽車製造業的重要部分，用於維護工人清潔健康的工作環境和保護生產過程免受污染的重要組成部分，同時幫助企業運作更具成本效益。最近的數據顯示，英國每年有 28,000 至 36,000 人因空氣品質不佳而死亡，其中每年有12,000 人因過去的工作暴露而死於肺部疾病。美國環保署報告指出，建築物和構築物內的空氣污染程度通常是室外空氣的兩到五倍。製造環境中的室內空氣品質可能更糟。

        在汽車製造業中，室內空氣中可能充滿污染物，包括油漆煙霧、焊接和切割作業產生的顆粒以及研磨產生的灰塵，這些污染物可能會給工人帶來嚴重的健康問題，空氣過濾是去除這些污染物並維持健康的工作環境的最佳解決方案。汽車產業不斷轉型，以滿足生產最優質產品的需求，同時也須針對精密製造採取精確控制和公用設施支援達成。

位於斯帕坦堡的 BMW 工廠約有 2,600 台機器人正在運作。照片由BMW提供

        德國 BMW 是全球汽車大廠，令人意外的是，它也是美國最大的汽車出口商。位於南卡羅來納州斯帕坦堡的 BMW 製造廠在 2024 年歡慶建廠 30 週年，該工廠每天在雙班制運作下組裝超過 1,500 輛汽車，並於 2023 年出口到 120 個國家總共達 96 億美元的汽車。

斯帕坦堡工廠的核心是兩個塗裝車間，利用 240 台高效機器人與工廠的員工協同工作。每輛車身需經過 5 層塗漆與 2 層防腐保護塗層處理，整個過程耗時 12 小時，期間車輛行進約 4 英里。整體塗裝處理僅為車身增加約 20 磅的重量，厚度僅 120 µm。BMW 在汽車噴漆車間內的過濾系統非常重要，不僅可確保高品質的表面處理，還能保護工人健康並維持環保標準。這些系統設計用於清除車間內的空氣污染物，防止灰塵、過度噴塗和其他顆粒影響塗漆過程，隨著產業要求和環境法規的日益嚴格，這些技術也在不斷進步。

 

預過濾器

        預過濾器主要由玻璃纖維或聚酯材料製成，是噴漆車間過濾系統的第一道防線，用於攔截較大的顆粒，如灰塵和碎屑，防止它們進入車間空氣中，進而延長主過濾器的壽命並減少阻塞。德國 Freudenberg Filtration Technologies 是 BMW 的過濾系統長期供應商，他們發現在德國萊比錫的 BMW 工廠中，最大的節能潛力在預過濾器部分，該工廠原有的過濾組件在分離效率與壓降之間表現不佳，導致能源消耗過高。因此，這些組件被替換為適用於粗灰塵且壓降極低的 Viledon WinAir 45 袋式過濾器，後續的測試和使用壽命實驗顯示，效率顯著提升，BMW 每年節省 700 MWh 的能源，減少約 365 噸的二氧化碳排放量。

Viledon WinAir 45 袋式過濾器 (ISO coarse 65%)。

過度噴塗

        在噴漆車間的氣流路徑中，主過濾器負責捕捉過度噴塗的漆料，這對於維持清潔的噴漆環境極為重要，通常會使用 HEPA 濾網來捕捉更細微的顆粒。排氣過濾器則負責捕捉任何剩餘的污染物，確保從車間排放的空氣符合空氣品質的法規標準。在此階段，活性碳過濾器可以用來去除有害的揮發性有機化合物 (VOCs) 和異味。

BMW專家正在開發灰塵顆粒分析的綜合資料庫。照片由BMW提供

灰塵顆粒分析

        即使採用了最先進的過濾技術，噴漆車間內細微灰塵顆粒的含量仍然因外部吸入的環境空氣而異。如果灰塵含量超過臨界值，仍處於濕潤狀態的油漆可能會黏附顆粒，因而影響漆面的外觀品質。BMW 的專家在德國慕尼黑的工廠進行灰塵顆粒分析專案，每一個剛完成塗漆的車身都會在塗裝車間接受自動化表面檢查，所收集的數據被用來建立一個全面的灰塵顆粒分析資料庫。隨後，AI 演算法被用於比較噴漆車間和烘乾機中偵測器的灰塵顆粒即時數據與資料庫數據，幫助工廠進一步提升嚴格的品質要求，讓客戶受益，BMW 已經針對這項新的灰塵顆粒分析技術申請了多項專利。

BMW 使用「基於演算法的持續分析」來分析車輛噴漆室中的灰塵含量，以預測汽車塗層品質

模式分析

        BMW 的演算法可以在灰塵濃度因季節變化或長時間乾旱而上升之前，及時發出預警，並能決定提前更換過濾器的最佳時間。當演算法與其他分析工具結合使用時，可以發現更多的模式。灰塵顆粒分析具有極大潛力，利用來自多個偵測器和表面檢查數據的資訊，以演算法監測與車身相關的 160 多項特徵，並能非常準確地預測塗漆品質。隨著更廣大的資料庫建立完成，這項 AI 解決方案將適用於量產監測上。目前此演算法尚在慕尼黑廠測試中，未來塵埃顆粒分析將成為 BMW 全球工廠的標準流程。

eRTO 系統現在可以利用再生能源的電力淨化噴漆房的廢氣。照片由BMW提供

再生能源

        BMW 現正朝以再生能源為全球製造工廠的塗裝車間供電邁進，噴漆車間和烘乾區的廢氣會先通過陶瓷介質床，燃燒掉溶劑殘留物，廢氣被淨化後再通過煙囪排放到大氣，防止塗裝溶劑損害環境。為此，空氣必須在短時間內加熱至高達 1,800°F 的高溫。以前，這種高能需求只能由天然氣提供，但現在透過 eRTO（電動再生熱氧化）系統，可以使用再生能源產生的電力來淨化廢氣。

        eRTO 系統安裝在噴漆車間、烘乾過程與煙囪之間，熱能由一個兩米深的平坦陶瓷床作為熱交換器回收。電加熱棒加熱周圍的陶瓷，並因大部分熱量被保留，僅少量逸散，系統運行僅需幾百千瓩的負載。eRTO 系統最初在 BMW 德國雷根斯堡工廠的塗裝車間運行測試，並在中國的 BMW Brilliance 工廠進一步用於淨化車身引擎蓋烘乾系統的廢氣。此系統已經逐步在歐洲的 BMW 工廠建置來淨化塗裝車間廢氣。

 

逆滲透技術

        BMW 斯帕坦堡工廠最近為兩個塗裝車間安裝了高壓逆滲透設備，能夠過濾並再利用來自塗裝過程的廢水，原本這些廢水通常會被預處理後排入下水道，2023 年，這些逆滲透設備為斯帕坦堡工廠節省耗水量達 1,590 萬加侖。

        BMW 集團於 2022 年宣布，將在美國投資 17 億美元，其中 10 億美元用於準備斯帕坦堡工廠組裝全電動汽車，另外 7 億美元用於在南卡羅來納州伍德拉夫建設新的高壓電池組裝工廠，計劃在 2026 年底於斯帕坦堡開始全電動運動型多功能車的生產，這些進步展現 BMW 在製造過程中對品質和效率的承諾。

資料來源：

1.https://www.filtnews.com/the-fine-art-of-surface-impressions-at-bmw/

2.https://filtrex.co.uk/air-filtration-in-the-auomotive-manufacturing-industry/

3. https://www.press.bmwgroup.com/global/video/detail/PF0007458/dust-particle-analysis-paint-shop-bmw-group-plant-munich?forceSitePreference=DESKTOP

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