CN108151445A - 一种功率连续可调的锂电三元材料隧道式微波干燥装置 - Google Patents

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CN108151445A CN201711414437.XA CN201711414437A CN108151445A CN 108151445 A CN108151445 A CN 108151445A CN 201711414437 A CN201711414437 A CN 201711414437A CN 108151445 A CN108151445 A CN 108151445A
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曾小信
胡兵
周耀光
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Abstract

本发明公开了一种功率连续可调的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，主体为微波干燥炉，设置有进料端和出料端，还包括：微波加热谐振腔、物料传送系统、微波源及微波功率调节装置、微波抑制系统、排湿冷却系统、电控系统和测温系统；本发明进料端还设置有布料器，对物料进行破碎和筛分，同时本发明采用功率连续可调的微波装置，对锂电三元材料物料均匀加热，通过红外测温仪测量隧道式微波腔体内锂电三元材料物料的各处温度，若温度过高或者过低，通过调节微波功率，可以使微波腔的锂电三元材料物料温度在一个合适的物料加热温度区间，相比常规的恒定功率微波干燥，具有延长微波源的磁控管寿命、能耗低、加热效率高等优点。

Description

一种功率连续可调的锂电三元材料隧道式微波干燥装置
技术领域
本发明属于干燥装置技术领域，更具体的，涉及一种功率连续可调的锂电三元材料隧道式微波干燥装置。
背景技术
三元材料因具有高容量、高能量密度，在大电流充放电时，极化小，温升低，电池一致性好，过充过放的安全性好等性能而逐渐成为动力锂电池的首选。
三元材料现有大多采用盘式干燥机进行干燥，干燥流程为：陈化、压滤处理后的物料，均匀加入盘式干燥机干燥，在盘式干燥机中烘干后的物料通过真空提升机送至旋振筛进行筛分。盘式干燥机通过导热油在干燥盘底部循环流动以传导传热方式进行干燥，物料通过加料器连续地加到干燥机上部第一层干燥盘上，带有耙叶的耙臂作回转运动使耙臂带动耙叶连续地翻动物料。物料沿指数螺旋线流过干燥盘表面，在小干燥盘上的物料被移送到外缘，并在外缘落到下方的大干燥盘外缘，在大干盘上物料向里移动并从中间落料口落入下一层小干燥盘中。大小干燥盘上下交替排列，物料得以连续地流过整个干燥器，起到干燥的作用。盘干机设备故障率低，总体不错。但随着动力电池用三元材料对磁性物要求的越来越严，目前主要存在以下弊端：1)设备内积压物料，产品换型中间品多；2)停机后重新开机预热时间长，且是间接加热，热效率低；3)干燥盘及耙叶都是金属材质，易带入磁性异物；4)不利于观察物料情况。锂电三元材料的干燥采用传统的干燥方法时间长，耗电量大，加热不均匀，而采用微波干燥锂电三元材料，与传统的热传导干燥相比具有能耗低、速度快、效率高等优势。
目前，常规的锂电三元材料隧道式微波干燥设备采用多个微波源对连续式的锂电三元材料物料进行加热，并且微波加热功率恒定不变，当微波腔体局部温度过高(采用红外测温仪测温)，系统则关闭该处位置的微波源，停止加热。由于频繁的启停微波源，容易导致微波源的磁控管寿命减短，系统的能耗增加，效率降低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种功率连续可调的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，该微波干燥装置采用功率连续可调的微波装置，对锂电三元材料均匀加热，通过红外测温仪测量隧道式微波腔体内锂电三元材料物料的各处温度，若温度过高或者过低，通过调节微波功率，可以使微波腔的锂电三元材料温度在一个合适的物料加热温度区间，相比常规的恒定功率微波干燥，具有延长微波源的磁控管寿命、能耗低、加热效率高等优点。同时，本发明设备可以连续生产作业，设备即开即用、不需要预热，加热区域装有可视的窗口，观察三元材料干燥的情况。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现：
一种功率连续可调的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，主体为微波干燥炉，设置有进料端和出料端，包括：
微波加热谐振腔，为炉体中腔，设置在进料端和出料端之间，所述谐振腔的腔底设进风孔，腔顶设有出风口；
物料传送系统，其被设置为通过输送带传送物料，通过进料端进入微波加热谐振腔，从出料端进行出料；
微波源及微波功率调节装置，所述微波源设置在微波加热谐振腔顶部，所述微波功率调节装置被设置为调节所述微波源功率；
微波抑制系统，其被设置为防止微波从干燥物料输入、输出口泄露；
排湿冷却系统，包括排湿系统和冷却水系统；
测温系统，其被设置为测量微波加热谐振腔内锂电三元材料物料的各处温度；
电控系统，其被设置为控制进出料系统、物料传送系统、微波源、微波功率调节装置、排湿冷却系统和测温系统；
其中，物料传送系统还包括布料器，其被设置为对输送至传送带物料进行破碎、筛分。
进一步地，所述微波加热谐振腔包括数个箱体，每个加热谐振腔设有打扫门。
进一步地，所述微波抑制系统设置在微波加热谐振腔的进料端和出料端。
进一步地，所述排湿系统设置在炉体顶部中央位置，与出风口相接。
进一步地，所述冷却水系统设置在炉体两侧面，包括冷却水进水管、冷却水回水管和设置在微波源表面的冷却水管。
进一步地，所述微波源为磁控管，所述磁控管有数根，均匀设置在微波加热谐振腔腔顶。
进一步地，所述微波功率调节装置包括数个微波功率调节模块，每个所述微波源都配置有一个微波功率调节模块，所述微波功率调节模块与电控系统信号连接。
进一步地，所述布料器所述布料器设置在布料器固定架上，所述布料器内设有进料斗，所述布料器分为上下两层，上层设有上层打料轴，下层设有下层打料轴，所述上层和下层之间设有破碎筛网，所述布料器底部设有出料口，所述出料口通过物料输送系统与第一层进料端相通；进一步优选所述破碎筛网的孔径直径为10毫米；进一步优选所述出料口由一面调节挡板和三面固定挡板组成，所述调节挡板为梳状或者锯齿形的闸刀式挡板；所述固定挡板为食、药品级四氟板。
进一步地，所述上层打料轴纵向都均匀设有上刮刀板，所述上层打料轴纵向呈120°均匀设有3片上刮刀板；所述下层打料轴纵向均匀设有分料板，进一步优选所述下层打料轴纵向呈120°均匀设有3片分料板；所述上刮刀板和分料板上均设有方槽。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过布料器将锂电三元材料物料均布在连续式高效微波干燥机的具有透波性输送带上，物料没有和任何金属物品接触、不会产生任何带磁性物质，保证锂电三元材料的品质，输送带是通过减速机驱动，将待干燥物料连续输送到装有微波源加热装置的微波加热段内，微波源发射微波，通过馈能天线将微波辐射到物料上，物料内的水分子吸收微波能量，产生剧烈运动而被蒸发气化，在窑腔底部进气，含有水分的热空气被离心风机从微波加热段顶部通过抽湿管道排出户外，达到干燥的目的。
(2)本发明采用功率连续可调的微波装置，对锂电三元材料物料均匀加热，通过红外测温仪测量隧道式微波腔体内锂电三元材料物料的各处温度，若温度过高或者过低，通过调节微波功率，可以使微波腔的锂电三元材料物料温度在一个合适的物料加热温度区间，相比常规的恒定功率微波干燥，具有延长微波源的磁控管寿命、能耗低、加热效率高等优点。
(3)为了防止微波泄露，本发明微波干燥装置在微波干燥炉出料端和进料端各设置有微波抑制段，用于防止微波在从干燥物料输入、输出口泄漏。
(4)本发明微波干燥装置设置有布料装置，该布料装置主体为布料器，布料器分上下两层，上层是控制物料的处理量，下层是搅拌至均匀出料，出料处装有调节挡板，控制出料的厚度。布料装置中物料经过布料器上层打料轴后，根据筛板中间孔的大小来决定下料颗粒、粉末的大小，大比孔径大的物体，都可以打散成粉体状。同时，本发明布料装置能够根据生产需要调整物料厚度和下料量，在下料过程中可以防止物料溢流，从本发明布料器出来的物料堆积松散，经微波干燥后的物料受热均匀，无烤焦或水份含量高等质量问题，缩短了物料干燥时间，使物料水份含量均匀，保证了产品质量。
附图说明
附图1为本发明微波干燥装置正面结构示意图。
附图2为本发明微波干燥装置侧面结构示意图。
附图3为本发明微波干燥装置微波功率调节系统。
附图4为本发明微波功率调节模块与数字工业微波开关电源连接图。
附图5为本发明微波功率调节闭环控制系统。
附图6为本发明微波干燥装置布料器主视结构图。
附图7为本发明微波干燥装置布料器侧视结构图。
附图8为本发明微波干燥装置布料器俯视结构图。
其中：1—立式控制台；2—动力架组合；3—出料端抑制器；4—中架板；5—预冷却箱；6—抽风排湿罩；7—微波谐振腔；8—谐振腔抽风排湿罩；9—返程托辊组合；10—托盘支架组合；11—托盘组合；12—进料口抑制器；13—中架撑架；14—自调偏换向架组合；15—布料器；17—光电自动纠偏机构；18—落料盘组合；19—落料刮板；20—玻纤四氟传送带；21—油冷微波开关电源箱；22—进水管；23—水冷磁控管；24—不锈钢波导；26—出水管；
151—布料器固定架；152—上打料轴；153—下打料轴；154—微波抑制器；155—上刮刀板；156—分料板；158—碎裂筛板；159—三面固定挡板；1510—调节挡板；1511—进料斗；1512—出料口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
参见图1和图2，本实施例提供一种功率可调的锂电三元材料隧道式微波干燥装置。主要由物料传送系统、微波源及微波功率调节装置、微波加热谐振腔、微波抑制系统、排湿冷却系统、测温系统和电控系统等，电控系统为立式控制台1，测温系统为红外测温仪，其具体如下：
本实施例中，物料传送系统主体为动力架组合2，主要分为进料口端系统和出料端系统，其中进料端系统包括自调偏换向架组合14、布料器15和光电自动纠偏机构17，出料端系统包括落料盘组合18和落料刮板19，其中传送带为玻纤四氟传送带20，所述玻纤四氟传送带20上设有托盘组合11和托盘支架组合10，玻纤四氟传送带20下面设有中架撑架13和包胶滚筒，包胶滚筒下面匹配可调节的压滚筒，防止输送带打滑，为整套设备提供动力来源、控制输送带走速；物料传送系统安装有气动光电自动纠偏结构17，控制玻纤四氟传送带20的在滚筒上的跑偏量(≤5mm)，使设备运行过程中的动态偏移完全自动控制，减少玻纤四氟传送带20运行过程中因动态偏移而与设备其他部件的摩擦，彻底的解决了微波设备中玻纤四氟传送带20跑偏的问题，使传送带的使用寿命较之其他同类微波设备的玻纤四氟传送带20的使用寿命延长了2～4倍，有效降低设备维护成本。本实施例中，物料传送系统还设有返程托辊组合9。
本实施例中，布料器15固定在布料器固定架151上，布料器15内设有进料斗1511，通过三菱变频器控制WD120-WD-59-550W微摆电机154的转动速度来控制物料在的进给量，所述进料斗1511下部为出料口152，出料口152由一面带锯齿形或者梳状的活动挡板(调节挡板)10和三面食、药品级四氟板(三面固定挡板)159组成，布料器15的下方设有物料输送带。
布料器15分上下两层。其中上层设有上打料轴152，所述上打料轴152纵向设有呈120度均匀分布有用螺栓连接的3片带方槽的上刮刀板155，下层设有下打料轴153，下打料轴153纵向设有呈120度均匀分布的用螺栓连接3片的分料板156，物料可通过分料板156搅拌至均匀出料，上打料轴152和下打料轴153之间设有圆弧形碎裂筛板158。
本实施例的使用情况时：经人工或者其他的传输结构放料到布料器15中，进入布料器15内的进料斗1511，首先通过上层上打料轴152，物料经过带有方槽的上刮刀板155进行打料和挤压，然后通过装有激光加工直径为10毫米孔径的圆弧形碎裂筛板158，进入布料器15下层，经过带方槽的分料板156，物料经过打料和挤压分料，从进料斗1511下部的出料口1512落入物料传送带，出料口152由一面带锯齿形的活动挡板1510和三面食、药品级四氟板159组成，其中活动挡板1510位于物料输送带输送方向的一侧，防止物料溢流，活动挡板1510为闸刀式挡板，可根据工作工况调整物料厚度，使物料进入到微波干燥系统进行干燥。
本实施例中，微波加热谐振腔系统(加热箱)由m个箱体组成，箱体数量根据被加热锂电三元材料的水分含量，微波源的功率、锂电三元材料的加热产量等多因素决定，每个箱体长度和宽度根据传送带宽度决定，传送带宽度一般约730mm，采用优质304#不锈钢，厚度为1.5～3mm，304#不锈钢板磨沙板经过激光、数控加工制造完成。内部底面为便于清洁，采用无螺丝连接。谐振腔的腔底有进风孔，每个加热谐振腔7设有打扫门，便于清扫。本实施例中，微波加热谐振腔系统进料端还设有预冷却箱5。
本实施例中，微波抑制系统：设备进料端和出料端各有一件900～1000mm长，开口20～100mm高的微波抑制器，包括出料抑制器3和进料口抑制器12，专用于抑制微波泄漏，使设备运行状态下漏能值≤5mw/cm2。本实施例中抑制器外壳为优质的不锈钢数控加工，里面装满数百件梳状厄流槽抑制片，用特制的抽芯铆钉与外壳连接，尾端再填充特殊的吸波材料，上面再盖一层光滑的四氟布，防止粉尘，防止抑制器刮破玻纤四氟传送带20。炉体各接口均采取了防微波泄漏的结构与措施，能确保设备的安全运行。
本实施例中，排湿冷却系统：排湿系统的排气管路全部采用PP管。主要由离心风机、风管管路、支承架、防波泄漏装置、风门调节板等组成。安装于炉体顶部中央位置，与炉体顶部的6个出风口边相接,风机出风口应根据现场情况接至室外，微波泄漏装置的法兰与炉体接口法兰处均用软碳毡密封。正常工作时视需要风量之大小调节风量控制风门。冷却水系统是对微波源进行冷却的必要部件，它主要由冷却水进水管22和冷却水出水管26两部份组成，冷却水系统安装于炉体两侧面，为便于对每个微波加热器冷却水量的调节，在微波加热器的出入接口处装有阀门。进水管路中设有流量开关和压力表，当流量不够时，会自动切断微波供电电源，起到保护作用。本实施例中，在预冷却箱5箱顶设有抽风排湿罩6，在谐振腔腔顶设有谐振腔抽风排湿罩8。
本实施例中，微波源及微波功率调节装置：本实施例中微波源选用水冷磁控管23，包括不锈钢波导24，其中图2中所示，有油冷微波开关电源箱21，根据生产实际情况，设置合适的微波功率，选用数个微波源组成符合要求的微波功率值，单个微波源功率一般不超过1.5KW，微波源都单独通过一个工业微波开关电源调节。工业微波开关电源通过微波功率调节模块进行连接，微波功率调节模块与PLC或者控制器通过总线进行信号连接。
其中，本实施例实现微波功率连续可调的原理如下：
微波源的微波功率调节系统组成如图3所示，控制器与微波功率调节模块之间通过总线进行通讯，传输数据，总线例如RS—485总线，PLC发送微波功率值给微波功率调节模块，微波功率调节模块输出对应的模拟量信号给工业微波开关电源，工业微波开关电源根据模拟量值自动调节开关电源的直流输出电压值，该直流电压直接连接到微波源的水冷磁控管23的接线端子上，微波源的功率值基本上决定于水冷磁控管23两端连接的直流电压值，如式1所示，微波功率与水冷磁控管23加载的直流高压成一定的函数关系。
PC＝f(VP) (1)
式1中：
PC：微波功率值，单位：W；
Vp：磁控管两端直流电压，单位：V；
微波功率调节模块与数字工业微波电源详细电气连接图如图4所示，微波功率调节模块根据PLC的功率给定信号，输出模拟量信号给数字工业微波电源，在接收数字工业微波开关电源的功率反馈信号，当功率反馈信号没有达到功率给定信号时，微波调节模块根据偏差值，调大模拟量输出信号给数字工业微波电源，直到功率反馈信号与功率给定信号偏差值在允许的误差范围之内，具体控制结构如图5所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率连续可调的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，主体为微波干燥炉，设置有进料端和出料端，其特征在于，包括：
微波加热谐振腔，为炉体中腔，设置在进料端和出料端之间，所述谐振腔的腔底设进风孔，腔顶设有出风口；
物料传送系统，其被设置为通过输送带传送物料，通过进料端进入微波加热谐振腔，从出料端进行出料；
微波源及微波功率调节装置，所述微波源设置在微波加热谐振腔顶部，所述微波功率调节装置被设置为调节所述微波源功率；
微波抑制系统，其被设置为防止微波从干燥物料输入、输出口泄露；
排湿冷却系统，包括排湿系统和冷却水系统；
测温系统，其被设置为测量微波加热谐振腔内锂电三元材料物料的各处温度；
电控系统，其被设置为控制进出料系统、物料传送系统、微波源、微波功率调节装置、排湿冷却系统和测温系统；
其中，物料传送系统还包括布料器，其被设置为对输送至传送带物料进行破碎、筛分。
2.根据权利要求1所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，其特征在于，所述微波加热谐振腔包括数个箱体，每个加热谐振腔设有打扫门。
3.根据权利要求1所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，其特征在于，所述微波抑制系统设置在微波加热谐振腔的进料端和出料端。
4.根据权利要求1所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，其特征在于，所述排湿系统设置在炉体顶部中央位置，与出风口相接。
5.根据权利要求1所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，其特征在于，所述冷却水系统设置在炉体两侧面，包括冷却水进水管、冷却水回水管和设置在微波源表面的冷却水管。
6.根据权利要求1所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，其特征在于，所述微波源为磁控管，所述磁控管有数根，均匀设置在微波加热谐振腔腔顶。
7.根据权利要求1~6任一项所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，其特征在于，所述微波功率调节装置包括数个微波功率调节模块，每个所述微波源都配置有一个微波功率调节模块，所述微波功率调节模块与电控系统信号连接。
8.根据权利要求1所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，其特征在于，所述测温系统为红外测温仪。
9.根据权利要求1~6、8任一项所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，所述布料器所述布料器设置在布料器固定架上，所述布料器内设有进料斗，所述布料器分为上下两层，上层设有上层打料轴，下层设有下层打料轴，所述上层和下层之间设有破碎筛网，所述布料器底部设有出料口，所述出料口通过物料输送系统与第一层进料端相通；优选所述破碎筛网的孔径直径为10毫米；优选所述出料口由一面调节挡板和三面固定挡板组成，所述调节挡板为梳状或者锯齿形的闸刀式挡板；所述固定挡板为食、药品级四氟板。
10.根据权利要求9所述的锂电三元材料隧道式微波干燥装置，其特征在于，所述上层打料轴纵向都均匀设有上刮刀板，所述上层打料轴纵向呈120°均匀设有3片上刮刀板；所述下层打料轴纵向均匀设有分料板，优选所述下层打料轴纵向呈120°均匀设有3片分料板；所述上刮刀板和分料板上均设有方槽。
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