用于排出氣體的噴射機構、用于供應工藝氣體的工藝氣體系統以及用于對材料進行熱處理或熱化學處理的裝置和方法制造方法及圖紙

一種用于把氣體(54)特別是工藝氣體(54)排放到材料(12)上尤其是待煅燒的電池陰極材料(14)上的噴射機構(56)，該噴射機構具有通過用于所述氣體(54)的流動路徑(62)相互連通的至少一個入口(58)和至少一個出口(60)，經由該入口能夠把所述氣體(54)供應給所述噴射機構(56)，經由該出口能夠把所述氣體(54)從所述噴射機構(56)中排出。根據本發明專利技術，所述流動路徑(62)具有熱交換器(64)，該熱交換器帶有對于外界氣氛(66)可從外部進入的熱交換器殼體(68)，在該熱交換器殼體中安置了通道總成(70)。所述通道總成(70)包括第一流動通道(72.1)和第二流動通道(72.2)，在這些流動通道之間構造了轉向區域(74.1)，使得所述氣體(54)能夠以不同的主流動方向流經第一和第二流動通道(72.1、72.2)。本發明專利技術還涉及一種用于供應工藝氣體(54)的工藝氣體系統(52)以及一種用于對材料進行熱處理或熱化學處理的裝置(10)和方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于排出氣體的噴射機構、用于供應工藝氣體的工藝氣體系統以及用于對材料進行熱處理或熱化學處理的裝置和方法
本專利技術涉及一種用于排出氣體的噴射機構、一種用于供應工藝氣體的工藝氣體系統以及一種用于對材料尤其是電池陰極材料進行熱處理或熱化學處理、特別是用于對材料尤其是電池陰極材料進行煅燒的裝置以及方法。
技術介紹
借助這種裝置，采用這種方法，例如在爐子中制造鋰離子電池時，在特殊的氣氛中，特別是在惰性的或含氧氣的氣氛中，對粉末狀的陰極材料進行煅燒。粉末狀的陰極材料例如是含鋰的過渡金屬前驅體，其在爐子中被煅燒成鋰過渡金屬氧化物。在該過程中，根據使用的是氫氧化鋰前驅體還是碳酸鋰前驅體而定，由含鋰的過渡金屬前驅體釋放出作為廢氣的水(H2O)或二氧化碳(CO2)。為了維持含氧的氣氛，給工藝腔供應新鮮的工藝氣體，并且通過連續地或間歇性地抽除工藝腔氣氛把相應的水(H2O)或二氧化碳(CO2)從燃燒腔中去除。通過抽除，產生了具有較小的氣體局部壓力的腔，這同樣需要連續地補充新鮮的工藝氣體。但原則上，這種裝置和方法也用于對其它材料予以熱處理，這些材料例如也可以是必須相應地在工藝氣體的影響下予以熱處理或熱化學處理的工件。這種爐子中的溫度可以高達2000℃。下面將以熱處理上述陰極材料為例來介紹本專利技術。這種材料的煅燒溫度以本已公知的方式取決于待處理的材料和所用爐子的類型。對于市面上已知的用于煅燒材料的裝置和方法，吹入工藝腔中的工藝氣體在通至待處理材料的路徑上與已經存在于工藝腔中的氣氛混合。最終到達材料的這種混合氣體因此一方面含有濃度較小的工藝氣體，另一方面尤其含有已經位于工藝腔氣氛中的廢氣。因此，工藝氣體對待處理的材料的效果只能以不太令人滿意的方式予以影響，并且只能有限地監視和控制在材料處的氣氛。在這種處理中還需要使得爐子工藝腔中的熱水平保持恒定。為了保證這一點，必須把工藝氣體相應地加熱到在工藝腔中的溫度。對工藝氣體的這種加熱通常通過加熱單元有源地進行，也就是說，要耗用用來產生熱量所需的能量。被有源地加熱的工藝氣體于是例如通過由鼓風機產生的在氣體管路中的氣體流被導送至在電池陰極材料中、上和附近區域中的作用部位，這些氣體管路大部分在爐子外部、但部分地也在爐子壁上被引導。為了避免熱能損失，需要采取用于隔絕在爐子外部引導的氣體管路的成本高昂且繁瑣的措施。但是，饋入的工藝氣體的溫度通常明顯低于工藝腔氣氛的溫度。饋入的工藝氣體在到達待處理的材料之前往往未充分加熱，或者在通往那里的路徑上損失了熱能，因而會導致未完全反應。此外，較冷的工藝氣體會從材料載體或輸送系統的其它組件吸收熱量，由此會出現熱應力，所述熱應力會造成爐子的構件和組件出現較大的磨損，有時導致其過早失效。
技術實現思路
本專利技術的目的因而是，提出用于排出氣體的噴射機構、用于供應工藝氣體的工藝氣體系統和用于熱處理或熱化學處理的裝置以及方法，其克服了現有技術的前述缺點，并且把位于工藝腔中的熱量最佳地無源地且高能效地傳遞到氣體/工藝氣體上。根據本專利技術，該目的通過一種用于把氣體特別是工藝氣體排放到材料尤其是待煅燒的電池陰極材料上的噴射機構得以實現，該噴射機構具有：a)通過用于氣體的流動路徑相互連通的至少一個入口和至少一個出口，經由該入口可把氣體供應給噴射機構，經由該出口可把氣體從噴射機構中排出；其中，b)流動路徑具有熱交換器，該熱交換器帶有外界氣氛可從外部進入的熱交換器殼體，在該熱交換器殼體中安置了通道總成；c)通道總成包括第一流動通道和第二流動通道，在這些流動通道之間構造了轉向區域，使得氣體能夠以不同的主流動方向流經第一和第二流動通道。借助這種噴射機構，可以有效地利用已經位于工藝腔中的工藝腔氣氛的熱量來加熱工藝氣體，這在整體上導致了改善的總效率。為此，將噴射機構適當地設置在爐子等中，使得熱交換器殼體被所存在的工藝腔氣氛環流或者至少被所存在的工藝腔氣氛包圍，從而可以實現熱傳遞。從爐子氣氛或爐子內腔到噴射機構的熱傳遞不僅通過流動來進行，而且有時甚至主要通過輻射來進行。即使在爐子中不產生流動，也傳遞熱量。熱交換器殼體因而可以設置在很大程度上無流動的或者甚至平靜的工藝腔氣氛中。下面示例性地認為，熱交換器殼體被運動的工藝腔氣氛環流。根據應用領域而定，可以有益的是，將至少一個入口和至少一個出口關于對稱軸線基本上彼此鏡對稱地或非對稱地布置。此外有益的是，通道總成除了具有第一和第二流動通道外，還具有第三流動通道，其中，在第三和第二流動通道之間構造了第二轉向區域，使得氣體能夠以不同的主流動方向流經第二和第三流動通道。優選地，這些流動通道在通道總成內部預確定了曲折的流動曲線。曲折的流動曲線可以在二維的S形流動曲線情況下存在，但也可以在三維的通道總成情況下存在，這些通道總成例如預確定了彎曲的流動曲線，其中，流動至少轉向兩次，并且這些轉向在兩個相互間成一定角度的特別是彼此垂直的平面中進行。為此有利地，第一和第二、第一和第三或者第二和第三流動通道規定了共同的平面，其中，第三或第二或第一流動通道相對于該平面錯開地或者以一定角度被布置。在如此布置流動通道時，流經流動通道的氣體在規定的平面內轉向一次，并從規定的平面轉向至另一平面一次，即例如向左/向右或者向上/向下轉向。在此，在相應的流動通道中相對于主流動方向以20°至180°的角度轉向是優選的。轉向180°例如引起主流動方向改變為與先前的流動通道的主流動方向相反的方向。有益的是，通道總成除了包括三個流動通道外，還包括一個或多個其它的流動通道，且在每個其它的流動通道之前分別包括轉向區域，使得氣體以不同的主流動方向流經兩個相繼的流動通道。通過這種方式，可以有效地利用例如殼體中的可供使用的安裝空間。對于在其它方面保持相同的殼體，流動橫截面的必要減小，一方面導致氣體的接觸面的增大，另一方面導致氣體的流速的提高，這在總體上增加了每段歷經的路段的傳遞至氣體流的熱能。為了進一步提高由熱交換器到流經它的氣體的熱傳遞的效率，有利的是，在一個或多個流動通道中構造了星形結構。相比于無星形結構的流動通道的熱傳遞面，借助該星形結構增大了熱傳遞面，流經流動通道的氣體與熱傳遞面處于熱學的相互作用中。在此，星形結構可以設置在流動引導部件上，或者設置在熱交換器殼體的內面上。但這些星形結構也可以經過布置，使得它們對于氣體在流體通道中形成了環形腔。在如此布置情況下，星形結構優選與熱交換器殼體的內面末端側連接。在此可以有利的是，星形結構是實心的星形體。但也可以有利的是，星形體具有流通孔，使得流經流動通道的氣體同樣流經流通孔，因而并非只能在星形體的外面上吸收熱能。關于星形體還有利的是，這些星形體至少局部地在流向上具有一橫截面，該橫截面為圓形、橢圓形、圓弓形、扇形、多邊形、特別是三角形、四邊形、特別是不規則四邊形梯形(trapezoid)或矩形、五角形、六角形或多角形。在流動通道體積于其它方面基本上保持相同的情況下，為了進一步增大參與熱傳遞的熱傳遞面，星形體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于把氣體(54)、特別是工藝氣體排放到材料(12)、尤其是待煅燒的電池陰極材料(14)上的噴射機構，該噴射機構具有：/na)通過用于所述氣體(54)的流動路徑(62)而相互連通的至少一個入口(58)和至少一個出口(60)，經由該入口能夠把所述氣體(54)供應給所述噴射機構(56)，經由該出口能夠把所述氣體(54)從所述噴射機構(56)中排出；/n其特征在于，/nb)所述流動路徑(62)具有熱交換器(64)，該熱交換器帶有外界氣氛(66)能從外部進入的熱交換器殼體(68)，在該熱交換器殼體中安置了通道總成(70)；/nc)所述通道總成(70)包括第一流動通道(72.1)和第二流動通道(72.2)，在這些流動通道之間構造了轉向區域(74.1)，使得所述氣體(54)能夠以不同的主流動方向流經第一和第二流動通道(72.1、72.2)。/n

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20181221 DE 102018133362.51.一種用于把氣體(54)、特別是工藝氣體排放到材料(12)、尤其是待煅燒的電池陰極材料(14)上的噴射機構，該噴射機構具有：
a)通過用于所述氣體(54)的流動路徑(62)而相互連通的至少一個入口(58)和至少一個出口(60)，經由該入口能夠把所述氣體(54)供應給所述噴射機構(56)，經由該出口能夠把所述氣體(54)從所述噴射機構(56)中排出；
其特征在于，
b)所述流動路徑(62)具有熱交換器(64)，該熱交換器帶有外界氣氛(66)能從外部進入的熱交換器殼體(68)，在該熱交換器殼體中安置了通道總成(70)；
c)所述通道總成(70)包括第一流動通道(72.1)和第二流動通道(72.2)，在這些流動通道之間構造了轉向區域(74.1)，使得所述氣體(54)能夠以不同的主流動方向流經第一和第二流動通道(72.1、72.2)。


2.如權利要求1所述的噴射機構，其特征在于，所述通道總成(70)具有第三流動通道(72.3)，其中，在第三和第二流動通道(72.3、72.2)之間構造了第二轉向區域(74.2)，使得所述氣體(54)能夠以不同的主流動方向流經所述第二和第三流動通道(72.2、72.3)。


3.如權利要求2所述的噴射機構，其特征在于，第一、第二和第三流動通道(72.1、72.2、72.3)預確定了曲折的流動曲線(94)。


4.如權利要求2或3中任一項所述的噴射機構，其特征在于，第一和第二流動通道(72.1、72.2)、第一和第三流動通道(72.1、72.3)或者第二和第三流動通道(72.2、72.3)規定了共同的平面(ES)，并且，所述第三流動通道(72.3)或所述第二流動通道(72.2)或所述第一流動通道(72.1)相對于所述平面(ES)錯開地或者以一定角度地布置。


5.如權利要求2至4中任一項所述的噴射機構，其特征在于，所述通道總成(70)包括一個或多個其它的流動通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)，且在每個其它的流動通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)之前分別包括轉向區域(74；74.1、74.2、74.3)，使得所述氣體(54)能夠以不同的主流動方向流經兩個相繼的流動通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)。


6.如前述權利要求中任一項所述的噴射機構，其特征在于，在一個或多個流動通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)中構造了星形結構(98)。


7.如前述權利要求中任一項所述的噴射機構，其特征在于，至少兩個流動通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)相互平行地伸展。


8.如前述權利要求中任一項所述的噴射機構，其特征在于，所述熱交換器(64)和/或一個或多個流動通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)至少局部地具有一橫截面，該橫截面為圓形、橢圓形、圓弓形、扇形、多邊形特別是三角形、四邊形特別是不規則四邊形、梯形或矩形、五角形、六角形或多角形。


9.如前述權利要求中任一項所述的噴射機構，其特征在于，一個或多個流動通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)在相應的主流動方向上至少局部地具有變化的橫截面。


10.如前述權利要求中任一項所述的噴射機構，其特征在于，所述熱交換器殼體(68)和在其中構造的流動通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)的壁由一種或多種材料構成，該材料或者這些材料具有λ≥50Wm-1K-1、優選λ≥75Wm-1K-1、特別優選λ≥100W...

【專利技術屬性】
技術研發人員：阿里安·埃斯費哈尼亞，丹尼爾·希普，
申請(專利權)人：元俊公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE