CN102371132A

CN102371132A - 喷射装置及粉体制造装置

Info

Publication number: CN102371132A
Application number: CN2011102303240A
Authority: CN
Inventors: 友泽健一
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2012-03-14
Also published as: KR20120015263A; TW201206561A; JP2012035235A

Abstract

一种喷射装置及粉体制造装置，为了防止制造粉体中的原料液滴发生水蒸汽爆炸，利用如下所述的喷射装置(5)将原料液滴喷射至粉体生成炉(2)内，并将热风沿着喷射装置(5)的外表面导入粉体生成炉(2)内，其中，所述喷射装置(5)包括：喷射原料溶液的原料喷嘴(8)；配置成围住原料喷嘴(8)，并对喷射出的原料溶液的周围吹入冷却空气的冷却喷嘴(9)；设于冷却喷嘴(9)的外侧，供制冷剂穿过的冷却套管(10)；以及隔开间隙地围住冷却套管(10)的外层板(11)。

Description

喷射装置及粉体制造装置

技术领域

本发明涉及喷射装置及粉体制造装置。

背景技术

过去，作为锂离子可充电电池的电极材料的粉体等是例如通过如下方法制造而成的：喷射原料水溶液使其干燥而使其粉体化，并将这些粉体放入陶瓷容器后在炉内烧成而使其热变性。在这种方法中，考虑到对陶瓷容器的损伤，烧成需要30分钟至数小时，效率不高。此外，在这种方法中，由于在将粉体堆积并静置的状态下烧成，因此，也存在烧成时颗粒彼此熔接这样的问题。

在专利文献1中，公开了一种粉体制造装置，该粉体制造装置对具有进行等离子放电的电极的粉体生成炉内喷射原料水溶液，并在因等离子放电而形成的超高温的等离子空间内，使原料水溶液干燥，然后进行热分解并使其熔合。

通过这种粉体制造装置制造而成的粉体颗粒的形状是扁圆的且不相同。这是由于，原料水溶液的液滴在超高温的等离子空间中被瞬间加热，颗粒内的水分在一瞬间汽化膨胀，使得颗粒因水蒸汽爆炸而被破坏。

此外，如引用文献2所记载的那样，公知有一种将原料溶液与热风一起吹入容器内，以在漂浮状态下使原料溶液干燥的喷雾干燥器(spraydryer)(喷射干燥)。在这种喷雾干燥器中，需要经由贯穿吹入热风的喷嘴的管道来供给原料溶液。因此，在现有的喷雾干燥器中，一旦升高热风的温度，有时便会出现原料液滴发生水蒸汽爆炸的问题，此外，因供给原料溶液的管道被加热至高温，有时会导致其它各种故障。

在现有的喷雾干燥器中，也有对供给原料溶液的管道的周围供给冷却空气，以避免原料溶液的喷雾出现不良情况的喷雾干燥器。然而，在使用使喷射干燥后的颗粒进一步热变性这样的高温的热风时，由于在热风的喷嘴内冷却空气也变成高温，并且原料溶液也在喷射前被加热，因此，无法充分防止原料溶液在喷射前固化而堵塞喷嘴或是原料溶液在喷射之后发生水蒸汽爆炸这样的情况。

专利文献1：日本专利特开2004-263257号说明书

专利文献2：日本专利特开2002-58981号说明书

发明内容

基于上述问题，本发明的技术问题在于提供能防止原料液滴的水蒸汽爆炸的喷射装置及粉体制造装置。

为解决上述技术问题，本发明的喷射装置的第一方式包括：原料喷嘴，该原料喷嘴喷射原料溶液；冷却喷嘴，该冷却喷嘴配置成围住上述原料喷嘴，并对喷射出的上述原料溶液的周围吹入冷却空气；以及冷却套管，该冷却套管设于上述冷却喷嘴的外侧，并供制冷剂穿过。

根据这种结构，由于利用冷却套管来防止冷却空气的升温，因此，能利用少量的冷却空气来覆盖被喷射至高温气体中的原料液滴，以减慢温度上升，从而能避免原料液滴瞬间升温而发生水蒸汽爆炸。

此外，本方式的喷射装置还可以设有隔开间隙地围住上述冷却套管的外层板。

根据这种结构，由于能用外层板来隔开间隙地围住冷却套管，因此，在高温气体与直接冷却套管之间存在热传导率较低的空气层。藉此，从高温气体朝冷却水的放热量减小，因而不会降低使用本喷射装置的粉体制造装置的热效率。

此外，本发明的喷射装置的第二方式包括：原料喷嘴，该原料喷嘴喷射原料溶液；一次冷却喷嘴，该一次冷却喷嘴配置成围住上述原料喷嘴，并对喷射出的上述原料溶液的周围吹入冷却空气；以及二次冷却喷嘴，该二次冷却喷嘴配置成围住上述一次冷却喷嘴，并对从上述一次冷却喷嘴吹入的冷却空气的周围进一步吹入冷却空气。

根据这种结构，由于利用二次冷却喷嘴的冷却空气来抑制一次冷却喷嘴的冷却空气的温度上升，因此，能有效地减缓原料液滴的温度上升。

此外，本方式的喷射装置还可以设有隔开间隙地围住二次冷却喷嘴的外层板。

根据这种结构，在二次冷却喷嘴内的冷却空气与热风之间形成空气层，来防止冷却空气与热风的热交换，从而能提高热效率。

此外，本发明的粉体制造装置包括：上述喷射装置中的任意一种喷射装置；利用上述喷射装置将上述原料溶液喷射至内部的粉体生成炉；以及在内部配置有上述喷射装置，并将热风沿着上述喷射装置的外表面导入上述粉体生成炉的热风喷嘴。

根据这种结构，能在不破坏原料液滴的情况下将其喷射干燥并粉体化，然后，将粉体在漂浮状态下加热并进行热处理，从而制造出所希望的粉体。

此外，在本发明的粉体制造装置中，也可以使上述冷却空气的流速比上述热风的流速慢。

根据这种结构，由于只要导入仅覆盖喷射后的原料液滴来防止水蒸汽爆炸所需的最低限度的冷却空气，因此，能提高热效率。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的粉体制造装置的示意图。

图2是图1的喷射装置的详细剖视图。

图3是本发明第二实施方式的粉体制造装置的示意图。

图4是图3的喷射装置的详细剖视图。

图5是本发明第三实施方式的喷射装置的详细剖视图。

(符号说明)

1、1a粉体制造装置

2粉体生成炉

3燃烧室

4、4a热风喷嘴

5、5a、5b喷射装置

6燃烧器

7喷头

8原料喷嘴

9冷却喷嘴

10水冷套管

11外层板

12风扇

13电加热器

14一次冷却喷嘴

15二次冷却喷嘴

16外层板

具体实施方式

图1表示本发明第一实施方式的粉体制造装置1。粉体制造装置1包括：竖立筒状的粉体生成炉2，该粉体生成炉2具有镜板状的上端和缩径成圆锥状的下部，并在内部形成有隔离的处理空间；圆筒状的燃烧室3，该燃烧室3配置于粉体生成炉2的上方，并在水平方向上延伸；热风喷嘴4，该热风喷嘴4连接燃烧室3与粉体生成炉2，并从粉体生成炉2的上端朝下方吹入在燃烧室3内生成的燃烧废气(热风)；以及喷射装置5，该喷射装置5配置成贯穿燃烧室3并延伸至热风喷嘴4的内部，用于从粉体生成炉2的上端朝下方喷射含有粉体原料的生料(slurry)。

燃烧室3在一端设有燃烧器6，并从一端朝向另一端形成水平方向的火焰。燃烧器6是能以任意比例供给例如天然气之类的燃料与燃烧用空气的燃烧器，也可以设置公知的点火装置及导燃烧嘴。

较为理想的是，通过使燃烧室3具有能收容燃烧器6形成的火焰而使燃料完全燃烧所需必要最低限度的容积，来减小燃烧室3。这是由于能将燃烧室3的炉壁的热损失控制在最低限度内。例如，在燃烧器6的燃烧容量(日文：燃焼容量)为116kW时，较为理想的是，本实施方式的燃烧室3具有内径为130～250mm、长度为500～1000mm的细长形状，更为理想的是，具有内径为150～200mm、长度为600～800mm的细长形状。

热风喷嘴4配置成在燃烧室3的与燃烧器6相反一侧的端部近旁开口，并将燃烧废气(热风)垂直导出，以沿着喷射装置5的外表面直线地吹入粉体生成炉2。此外，热风喷嘴4的流路截面积比燃烧室3的流路截面积小，较为理想的是，其内径为70～120mm，更为理想的是，其内径为90～110mm。藉此，将燃烧废气在热风喷嘴4中的流速设为该燃烧废气在燃烧室3的下游侧的流速的1.5倍至2.5倍是较为理想的。

通过将燃烧废气从流动较慢的燃烧室3导出至流路面积较小的热风喷嘴4，使燃烧废气在流入热风喷嘴4时的流速急剧增高。利用这种流速变化，即使在燃烧室3内燃烧废气的温度存在偏差，由于能将燃烧废气的流动方向变为直角，因此，能对燃烧废气进行搅拌而使其温度均匀。此外，在热风喷嘴4内，燃烧废气被整流成流速大致均匀的直线气流，并被吹入粉体生成炉2。

此外，图2表示喷射装置5的详细情况。喷射装置5包括：原料喷嘴8，该原料喷嘴8供给原料生料(slurry)，并在前端设有喷头7；冷却喷嘴9，该冷却喷嘴9配置成围住原料喷嘴8，用于利用该冷却喷嘴9与原料喷嘴8的间隙对从原料喷嘴8喷射出的原料周围供给冷却空气；水冷套管10，该水冷套管10设于冷却喷嘴9的外周；以及外层板11，该外层板11隔开间隙地配置于水冷套管10的外侧。

在水冷套管10中循环有冷却水，并将水冷套管10内的冷却水温度保持在大约50℃。水冷套管10与外层板11之间的空气起到隔热层的作用。因此，尽管暴露于大约1200℃的燃烧废气下的外层板11的背面温度为大约960℃，但水冷套管10与燃烧废气之间的热交换量很少。因此，与没有外层板11而使水冷套管10的外表面与燃烧废气直接接触的情形相比，燃烧废气被原料喷嘴8夺走的热量非常小。因此，尽管冷却喷嘴9内供给的是常温的空气，但能保持温度几乎不上升而被吹入粉体生成炉2。

冷却空气覆盖从原料喷嘴8喷射出的原料，从而防止喷射后的原料液滴直接暴露于高温(例如1200℃)的燃烧废气下，瞬间升温而使水分一下子蒸发，从而破坏颗粒的水蒸汽爆炸的情况。因此，通过喷射干燥而获得的原料粉体是完整的球形，并具有一定的颗粒直径。

由于只要稍许延缓原料液滴的温度上升就能防止颗粒的破坏，因此，为了避免稀释燃烧废气，冷却空气少量即可，当燃烧废气为190m³N/h时，较为理想的是，冷却空气为5～20m³N/h，更为理想的是，冷却空气为10～15m³N/h。此外，由于冷却空气只要覆盖喷射后的原料液滴即可，因此，也可以使冷却空气的流速比燃烧废气的流速慢，在本实施方式中，冷却空气的流速为燃烧废气的流速的40％左右。

由于原料生料的蒸发潜热只是燃烧废气的热量的百分之几，因此，燃烧废气在使原料液滴的水分全部蒸发之后还保持在足够高的温度。因此，在使由原料液滴干燥而形成的颗粒漂浮在高温的燃烧废气中的状态下，接着通过燃烧废气加热至所需温度(在本实施方式中为700～1200℃)，就能进行熔融、烧成、发泡、热变性等所要求的热处理。

在本实施方式中，由于燃烧废气在粉体生成炉2内的很大范围形成大致均匀的高温环境，因此，能减少粉体颗粒的热过程的偏差，由此能进行均匀的热处理。此外，由于将粉体在分散漂浮于燃烧废气中的状态下加热至高温，因此，颗粒彼此不干扰，从而使颗粒形状相同。

接着，图3表示本发明第二实施方式的粉体制造装置1a。此外，在之后的实施方式中，对于与先前说明过的实施方式相同的构成要素标注相同符号，并省略重复说明。

在第一实施方式的粉体制造装置1中，将具有燃烧器6的燃烧室3中的燃烧废气从热风喷嘴4导入粉体生成炉2的内部，但在本实施方式的粉体制造装置1a中，利用电加热器13将通过风扇12供给而来的空气加热至例如1300℃左右，并经由热风喷嘴4a，沿着喷射装置5的外表面将空气吹入粉体生成炉2内。

在本实施方式中，在热风喷嘴4a的内部配置有在图4中详细表示的喷射装置5a。喷射装置5a包括：与第一实施方式相同的原料喷嘴8；第一冷却喷嘴14，该第一冷却喷嘴14配置成围住原料喷嘴8，并用于利用该第一冷却喷嘴14与原料喷嘴8的间隙来对从喷头7喷射的原料周围供给冷却空气；以及第二冷却喷嘴15，该第二冷却喷嘴15配置成进一步围住第一冷却喷嘴14，并用于利用该第二冷却喷嘴15与第一冷却喷嘴14的间隙来对从第一冷却喷嘴14供给的冷却空气的外侧进一步供给冷却空气。

这样，由于设置多重冷却喷嘴，比起外侧能更加抑制内侧的热交换，因此，第一冷却喷嘴14的冷却空气的温度比第二冷却喷嘴15的冷却空气的温度低，从而能形成温度逐级变化的多个冷却空气层。藉此，利用较少的冷却空气，就能防止燃烧室3及热风喷嘴4内的原料喷嘴8的温度上升，并能防止因喷射之后原料液滴瞬间升温而引起的水蒸汽爆炸。因此，也能使通过本实施方式的粉体制造装置1a获得的粉体的颗粒直径及颗粒形状均匀。

此外，根据本发明，还可以如图5所示的第三实施方式的喷射装置5b那样，进一步设置隔开间隙地围住第二冷却喷嘴15的外周的外层板16。

Claims

1.一种喷射装置，其特征在于，包括：

原料喷嘴，该原料喷嘴喷射原料溶液；

冷却喷嘴，该冷却喷嘴配置成围住所述原料喷嘴，并对喷射出的所述原料溶液的周围吹入冷却空气；以及

冷却套管，该冷却套管设于所述冷却喷嘴的外侧，供制冷剂穿过。

2.如权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述喷射装置还设有隔开间隙地围住所述冷却套管的外层板。

3.一种喷射装置，其特征在于，包括：

原料喷嘴，该原料喷嘴喷射原料溶液；

一次冷却喷嘴，该一次冷却喷嘴配置成围住所述原料喷嘴，并对喷射出的所述原料溶液的周围吹入冷却空气；以及

二次冷却喷嘴，该二次冷却喷嘴配置成围住所述一次冷却喷嘴，并对从所述一次冷却喷嘴吹入的冷却空气的周围进一步吹入冷却空气。

4.如权利要求3所述的喷射装置，其特征在于，所述喷射装置还设有隔开间隙地围住二次冷却喷嘴的外层板。

5.一种粉体制造装置，其特征在于，包括：

权利要求1至4中任一项所述的喷射装置；

利用所述喷射装置将所述原料溶液喷射至内部的粉体生成炉；以及

在内部配置有所述喷射装置，并将热风沿所述喷射装置的外表面导入所述粉体生成炉的热风喷嘴。

6.如权利要求5所述的粉体制造装置，其特征在于，所述冷却空气的流速比所述热风的流速慢。