CN111167683A - 一种进气装置及干燥单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一种进气装置及干燥单元。本发明的进气装置，其特征在于，所述进气装置包括一次气体分配箱和二次气体分配单元，所述一次气体分配箱上设有进气口，所述二次气体分配单元的容腔与所述一次气体分配箱的容腔相连通，所述二次气体分配单元上设有送气口，所述二次气体分配单元在所述送气口处设有气阻元件，用于使所述送气口流出的气流均匀稳定。本发明使得能够在有效干燥范围内控制介质流速差异、温度差异以及压力差异，以实现对待烘干介质表面高速稳定均匀的热量输入，保证干燥效果与生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及干燥设备技术领域，尤其涉及一种进气装置及干燥单元。
背景技术
锂电池在设计过程中能否准确地运用最佳的涂布、干燥工艺，平衡两者的关系，最终影响到涂布的综合技术性能。
锂电池电极是一种颗粒组成的涂层，电极制备过程中，均匀的湿浆料涂敷在金属集流体上，然后通过干燥去除湿涂层中的溶剂。电极浆料往往需要加入聚合物粘结剂或者分散剂，以及炭黑等导电剂。尽管固含量一般大于30％，但是干燥过程中，溶剂蒸发时，涂层总会经历一定的收缩，固体物质在湿涂层中彼此接近，最后形成多孔的干燥电极结构。
现有电池极片的干燥技术中，当干燥时多是气流直接吹向极片，这样由于会存在介质流速差异、温度差异以及压力差异，造成极片开裂现象，因此不能施加较大较快的气流进行干燥，反过来也影响了生产的效率。
因此，如何能够控制烘干介质施加于待烘干表面的速度，并且调节有效干燥范围内的介质流速差异、温度差异以及压力差异，以实现对待烘干介质表面高速稳定均匀的热量输入，从而大幅提高溶剂蒸发速度，并减少极片开裂现象，成为本领域面临的一大难题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种进气装置及干燥单元，使得能够在有效干燥范围内控制介质流速差异、温度差异以及压力差异，以实现对待烘干介质表面高速稳定均匀的热量输入，保证干燥效果与生产效率。
本发明提供一种进气装置，所述进气装置包括一次气体分配箱和二次气体分配单元，所述一次气体分配箱上设有进气口，所述二次气体分配单元的容腔与所述一次气体分配箱的容腔相连通，所述二次气体分配单元上设有送气口，所述二次气体分配单元在所述送气口处设有气阻元件，用于使所述送气口流出的气流均匀稳定。
上述的进气装置，所述气阻元件为体多孔材料。
进一步地，所述体多孔材料包括金属丝状堆集多孔材料、耐热多孔工程塑料、多孔铝材中的一种或它们的任意组合。
进一步地，所述气阻元件具有40％-80％的体多孔率，所述多孔的均匀度偏差不高于40％，所述多孔材料的绝对通过率在1e-10至1e-8m2范围内。
上述的进气装置，所述二次气体分配单元垂直于所述送风口底面的截面形状大致可为方形、梯形或圆形，所述二次气体分配单元的送风口的宽度为2-50cm；所述二次气体分配单元内设有管状或板状的气体分配元件，该气体分配元件位于所述气阻元件上方，可水平设置或竖直设置，以对气流进行进一步合理分配。
上述的进气装置，所述进气装置设有单个或一组所述二次气体分配单元，所述二次气体分配单元可设置在所述一次气体分配箱的内部或外部，所述二次气体分配单元设于所述一次气体分配箱的底部或侧面；当为一组二次气体分配单元时，所述一组二次气体分配单元间隔设置。
上述的进气装置，所述一次气体分配箱内设有气体分配板，所述气体分配板可为透气或者不透气板，所述气体分配板设于所述进气口下方，距离所述进气口的距离为所述一次气体分配箱容腔总高度的8％-92％，所述气体分配板设有一个或多个，当为多个时，所述多个气体分配板位于同一水平面或不同水平面。
本发明还提供一种干燥单元，所述干燥单元包括抽气装置和上述的进气装置，所述抽气装置与所述进气装置隔开设置或相邻气密组合设置，所述抽气装置上设有抽气口，所述抽气口与所述进气装置上的送气口相邻设置。
上述的干燥单元，所述抽气装置的抽气口处设有抽气气阻元件，所述抽气气阻元件为多孔材料或通气孔板，当所述抽气气阻元件为多孔材料时，所述多孔材料包括金属丝状堆集多孔材料、耐热多孔工程塑料、多孔铝材中的一种或它们的任意组合，所述抽气气阻元件具有40％-80％的体多孔率，所述多孔的均匀度偏差不高于40％，所述多孔材料的绝对通过率在1e-10至1e-8m2范围内。
上述的干燥单元，所述抽气装置的抽气口可为一个或多个，当所述抽气口为多个时，所述抽气口与所述送气口间隔设置；所述抽气口的宽度L至少为2mm，且不大于所述送气口宽度的6倍；
所述抽气口的内侧设有翅片，所述翅片对称设于所述抽气口的两侧，且形成从下到上口径变大的喇叭口，每侧翅片与水平面的夹角为10-90度，每侧翅片在水平面的投影长度L2符合：L-2*L2不小于8毫米；
所述抽气装置内设有抽气分配板，所述抽气分配板为透气或者不透气板，所述抽气分配板设于所述抽气装置的抽气管道口下方，距离所述抽气管道口的距离为所述抽气装置容腔总高度的8％-92％，所述抽气分配板的宽度不小于抽气管道口的口径，所述抽气分配板设有一个或多个，当为多个时，所述多个抽气分配板位于同一水平面或不同水平面；
当所述抽气装置与所述进气装置相邻气密组合设置时，所述抽气装置与所述进气装置的外侧叠加设置，或者所述抽气装置位于所述进气装置的容腔内部，或者所述进气装置位于所述进气装置的容腔内部；
所述干燥单元包括一组或多组所述抽气装置与进气装置的组合，所述抽气装置与所述进气装置各为一个或多个；所述抽气装置与所述进气装置的数量相同或不同；
当所述干燥单元的所述抽气装置与进气装置的组合为一个时，该组包括一个抽气装置和一个进气装置，或者包括一个抽气装置与两个进气装置，或者包括一个进气装置与两个抽气装置，所述进气装置与所述抽气装置相互交叉设置；
当所述干燥单元包括多组所述抽气装置与进气装置的组合时，多个所述组合设置在被干燥物的同侧或不同侧，当位于同侧时，多个所述组合相邻或间隔设置；当位于两侧时，所述多个组合在两侧对称设置或错开设置。
本发明使得能够在有效干燥范围内控制介质流速差异、温度差异以及压力差异，以实现对待烘干介质表面高速稳定均匀的热量输入，保证干燥效果与生产效率。
附图说明
图1为进气装置截面示意图；
图2为本发明另一实施例进气装置截面示意图；
图3为本发明另一实施例进气装置截面示意图；
图4为本发明实施例二次气体分配单元截面示意图；
图5为本发明实施例进气装置的变型实施方案示意图；
图6为本发明实施例抽气装置截面示意图；
图7为本发明另一实施例抽气装置截面示意图；
图8为本发明实施例干燥单元俯视结构示意图；
图9为本发明另一实施例干燥单元俯视结构示意图；
图10为本发明另一实施例干燥单元俯视结构示意图；
图11为本发明另一实施例干燥单元俯视结构示意图；
图12为本发明实施例1干燥单元结构示意图；
图13为本发明实施例1进气装置截面示意图；
图14为本发明实施例1抽气装置截面示意图；
图15为本发明实施例1二次气体分配单元截面示意图；
图16为本发明实施例2干燥单元结构示意图；
图17为本发明实施例2进气装置截面示意图；
图18为本发明实施例2抽气装置截面示意图；
图19为本发明实施例2二次气体分配单元截面示意图；
图20为本发明实施例3干燥单元结构示意图；
图21为本发明实施例3进气装置截面示意图；
图22为本发明实施例3抽气装置截面示意图.
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明的设计思路是，不再将干燥用气体直接吹送至带干燥极片上，而是将干燥用输送气体进行多次分配，在送气口设置风阻元件，以能够控制烘干介质施加于待烘干表面的速度，并且能够调节有效干燥范围内的介质流速差异、温度差异以及压力差异，实现对待烘干介质表面高速稳定均匀的热量输入，从而大幅提高溶剂蒸发速度，并减少极片开裂现象。
如图1所示，为本发明的进气装置，主要由一次气体分配箱1和二次气体分配单元2构成，送风风速范围应在1-30米/秒，优选风速2-10米/秒。
一次气体分配箱1上设有进气口4，进风管道的一端连在该进气口4上，进风管道的另一端与进风主管道或与风机直接气密连接。
二次气体分配单元2的容腔与一次气体分配箱1的容腔相连通，干燥气体经一次气体分配箱1流至二次气体分配单元2。一次气体分配箱1至二次气体分配单元2的通气口可设在二次气体分配单元2的顶部或侧面。
二次气体分配单元2上设有送气口，二次气体分配单元2在送气口处设有气阻元件3，进气气流通过气阻元件3进行调控和再次分配后接触待烘干材料表面，使得送气口流出的气流均匀稳定。上述送气口的表面可是平面或曲面。当为平面时，送风口的形状可是长方形或圆形或其他形状，可具体根据待烘干物体的形状设置。
上述的气阻元件为体多孔材料，可包括金属丝状堆集多孔材料、耐热多孔工程塑料、多孔铝材中的一种或它们的任意组合。
进一步地，气阻元件具有40％-80％的体多孔率，所述多孔的均匀度偏差不高于40％，所述多孔材料的绝对通过率在1e-10至1e-8m2范围内。
气阻元件3可在送气口处形成一定厚度的层状结构，该厚度可为大于3mm，小于二次分配单元高度的一半。
二次气体分配单元垂直于送风口底面的截面形状大致可为方形、梯形或圆形，如图1所示，截面大致为方形；如图2所示，截面大致为圆形；如图3所示，大致为梯形。
当送风口为长方形时，二次气体分配单元的送风口沿干燥物体运行方向的宽度为2-50cm，横向长度略大于待干燥基材宽度。所述二次气体分配单元2内设有管状或板状的气体分配元件6，该气体分配元件位于所述气阻元件上方。该气体分配元件可水平设置或竖直设置，以对气流进行进一步合理分配。当水平设置时，如图1所示，当竖直放置时，如图4所示。此图中显示出二次分配单元的通气口还可设置在侧面。
进气装置设有单个或一组所述二次气体分配单元2，所述二次气体分配单元2可设置在所述一次气体分配箱1的内部或外部；所述二次气体分配单元可设于所述一次气体分配箱的底部或侧面；当为一组二次气体分配单元时，所述一组二次气体分配单元间隔设置。二次进气分配箱间隔的目的在于：增加出气口和待干燥基材的之间的气体湍流波动，同时增加传质和传热速度。
如图1、2所示，一次气体分配箱1内设有气体分配板5，气体分配板可为透气或者不透气板，气体分配板设于所述进气口下方，距离进气口4的距离为所述一次气体分配箱1容腔总高度的8％-92％。所述气体分配板5设有一个或多个，当为多个时，所述多个气体分配板位于同一水平面或不同水平面。气体分配板5对进气气流实现均匀分配，并供给二次气体分配单元2。
气体分配板5可以使用透气或者不透气材料，可依据进风口以及流体力学计算结果确定尺寸和安装位置。气体分配板5对抽气气流实现均匀抽送，不影响干燥区域流场均匀性。
上述进气装置的变型实施方案还可如图5所示。可见，进风口可设置为一个或多个，位置可设于多个方位，具体根据送风量及需要设置。
本发明还提供一种干燥单元，干燥单元包括抽气装置和上述的进气装置。所述抽气装置与所述进气装置隔开设置或相邻气密组合设置。
如图6所示，抽气装置上设有抽气口8，所述抽气口8与所述进气装置上的送气口相邻设置。
上述的干燥单元，所述抽气装置的抽气口8处可设有抽气气阻元件11，抽气携带气化的溶剂，通过气阻元件再次分配后经过抽风管路10抽离烘干装置。抽气管道10与抽气主管路或抽气泵气密相连。
所述抽气气阻元件11可为多孔材料或通气孔板，当所述抽气气阻元件为多孔材料时，所述多孔材料包括金属丝状堆集多孔材料、耐热多孔工程塑料、多孔铝材中的一种或它们的任意组合，所述抽气气阻元件具有40％-80％的体多孔率，所述多孔的均匀度偏差不高于40％，所述多孔材料的绝对通过率在1e-10至1e-8m2范围内。
上述的干燥单元，所述抽气装置的抽气口11可为一个或多个，当所述抽气口为多个时，所述抽气口与所述送气口间隔设置。抽气口的宽度设置可通过流体力学计算优化，宽度范围为湍流发展距离的1-4倍。抽气口的宽度L至少为2mm，且不大于所述送气口宽度的6倍。
抽气口11可由挡片或进气装置的二次分配单元隔开设置。
所述抽气口11的内侧可设有翅片9，所述翅片对称设于所述抽气口的两侧。翅片9用于调节流场。翅片的形状、角度、长短可根据实际烘干要求调整。
具体地，如图7所示，抽气口11形成从下到上口径变大的喇叭口，每侧翅片与水平面的夹角为10-90度，每侧翅片在水平面的投影长度L2符合：L-2*L2不小于8毫米。
所述抽气装置内可设有抽气分配板7，对抽气气流实现均匀抽送，不影响干燥区域流场均匀性。
所述抽气分配板7为透气或者不透气板，所述抽气分配板7设于所述抽气装置的抽气管道口下方，距离所述抽气管道口的距离为所述抽气装置容腔总高度的8％-92％，所述抽气分配板的宽度不小于抽气管道口的口径，所述抽气分配板设有一个或多个，当为多个时，所述多个抽气分配板位于同一水平面或不同水平面。
当所述抽气装置与所述进气装置相邻气密组合设置时，所述抽气装置与所述进气装置的外侧叠加设置，或者所述抽气装置位于所述进气装置的容腔内部，或者所述进气装置位于所述进气装置的容腔内部；
所述干燥单元包括一组或多组所述抽气装置与进气装置的组合，所述抽气装置与所述进气装置各为一个或多个；所述抽气装置与所述进气装置的数量相同或不同；
当所述干燥单元的所述抽气装置与进气装置的组合为一个时，该组包括一个抽气装置和一个进气装置，或者包括一个抽气装置与两个进气装置，或者包括一个进气装置与两个抽气装置，所述进气装置与所述抽气装置相互交叉设置；
当所述干燥单元包括多组所述抽气装置与进气装置的组合时，多个所述组合设置在被干燥物的同侧或不同侧，当位于同侧时，多个所述组合相邻或间隔设置；当位于两侧时，所述多个组合在两侧对称设置或错开设置。
进气装置与抽气装置的组合如图8所示。其中上面的圆圈代表进气口与抽气管道口。
改变进气口和出气口的数量以及位置后的示意如图9、10所示。
改变进气气流分配箱和抽气气流分派箱的位置，如图11所示。
本发明对进气和抽气的介质流速加以控制，并通过气流的再分配，调节有效干燥范围内的气体流速梯度及压力梯度，向待烘干介质表面施加高速稳定均匀的热量流，从而大幅提高溶剂蒸发速度，并减少电池极片烘干中的极片开裂现象。
本发明可以与现有其他对流，传导和辐射烘干装置组合使用，进一步提升溶剂蒸发速度。
本发明也可以应用于除电池极片涂布之外的其他对涂层面均匀度要求较高的过程中，包括但不限于造纸，电子膜材料，有机光伏，柔性可穿戴设备等。
本发明的基本思路是气体均匀分配的进气箱和抽气箱，可通过气密的方式或相邻设置组合为干燥单元进行烘干，有多种组合的可能性，下面举部分示例加以说明。
实施例1
如图12所示，本实施例对带干燥物体单面干燥，干燥单元配置在待干燥基材上方，干燥单元由两个进气装置和一个抽气装置组成，每个进气装置设置一个或多个进气口，抽气装置也是设置一个或多个抽气口，热风通过进气口进入一次分配箱，可以选配分配板调整流速，进入二次分配单元，然后通过进气气阻单元，最后对基材进行干燥。
利用热风的携带热量使溶剂蒸发，然后热风和溶剂气体通过抽气气阻单元，经抽气口抽离系统。抽风装置也可以添加翅片和气流分配板，不过三维示意图中没有体现。
进气箱和抽气箱可组合成为一个完整的干燥箱，一般干燥箱的长度是2-3米，宽度可以根据待干燥材料的宽度调整。
图13为进气装置的剖视图。图14为抽气装置的剖视图。二次进气分配箱侧面剖示图如图15所示。
进气装置与抽气装置的设置如前所述，在此不再赘述。
实施例2
如图16所示，该实施例还是单面干燥，干燥单元配置在待干燥基材上方，干燥单元由单个进气装置和单个抽气装置组成，每个进气装置设置一个或多个进气口，抽气装置也是设置一个或多个抽气管道口，由于进气方式变化，进气装置的规格尺寸也有相应变化。其他方面同实施方案一。
进气装置二维截面图如图17所示，抽气装置二维截面图如图18所示。
二次进气分配箱侧面剖示图如图19所示。
在前面的实施方案里，进气箱和抽气箱的位置也可以互相调换，进气和出气口也可以由位置和数量的变化，由此可以组合出很多其他的方案。
实施例3
如图20所示，该实施例是双面悬浮干燥(或者叫气浮干燥)，待干燥基材的上下双面配置干燥单元同时送气和抽气，其中干燥单元可以应用上述所有的实施方案或者实施方案的组合。这种方案的优点很多，比如提高烘干速度，降低机械传动设备对基材的影响，以及实现双面涂布的同时烘干等。
上下两个干燥单元可以完全对程配置，或者错开一个相对位置，这个相对位置一般是二次分配单元配置间距的一半。
进气装置二维截面图如图21所示，抽气装置二维截面图如图22所示。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种进气装置，其特征在于，所述进气装置包括一次气体分配箱和二次气体分配单元，所述一次气体分配箱上设有进气口，所述二次气体分配单元的容腔与所述一次气体分配箱的容腔相连通，所述二次气体分配单元上设有送气口，所述二次气体分配单元在所述送气口处设有气阻元件，用于使所述送气口流出的气流均匀稳定。
2.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，所述气阻元件为体多孔材料。
3.根据权利要求2所述的进气装置，其特征在于，所述体多孔材料包括金属丝状堆集多孔材料、耐热多孔工程塑料、多孔铝材中的一种或它们的任意组合。
4.根据权利要求2或3所述的进气装置，其特征在于，所述气阻元件具有40％-80％的体多孔率，所述多孔的均匀度偏差不高于40％，所述多孔材料的绝对通过率在1e-10至1e-8m2范围内。
5.根据权利要求1至3任一项所述的进气装置，其特征在于，所述二次气体分配单元垂直于所述送风口底面的截面形状大致为方形、梯形或圆形，所述二次气体分配单元的送风口的宽度为2-50cm；所述二次气体分配单元内设有管状或板状的气体分配元件，该气体分配元件位于所述气阻元件上方。
6.根据权利要求1至3任一项所述的进气装置，其特征在于，所述进气装置设有单个或一组所述二次气体分配单元，所述二次气体分配单元设置在所述一次气体分配箱的内部或外部，所述二次气体分配单元设于所述一次气体分配箱的底部或侧面；当为一组二次气体分配单元时，所述一组二次气体分配单元间隔设置。
7.根据权利要求1至3任一项所述的进气装置，其特征在于，所述一次气体分配箱内设有气体分配板，所述气体分配板为透气或者不透气板，所述气体分配板设于所述进气口下方，距离所述进气口的距离为所述一次气体分配箱容腔总高度的8％-92％，所述气体分配板设有一个或多个，当为多个时，所述多个气体分配板位于同一水平面或不同水平面。
8.一种干燥单元，其特征在于，所述干燥单元包括抽气装置和权利要求1至7任一项所述的进气装置，所述抽气装置与所述进气装置隔开设置或相邻气密组合设置，所述抽气装置上设有抽气口，所述抽气口与所述进气装置上的送气口相邻设置。
9.根据权利要求8所述的干燥单元，其特征在于，所述抽气装置的抽气口处设有抽气气阻元件，所述抽气气阻元件为多孔材料或通气孔板，当所述抽气气阻元件为多孔材料时，所述多孔材料包括金属丝状堆集多孔材料、耐热多孔工程塑料、多孔铝材中的一种或它们的任意组合，所述抽气气阻元件具有40％-80％的体多孔率，所述多孔的均匀度偏差不高于40％，所述多孔材料的绝对通过率在1e-10至1e-8m2范围内。
10.根据权利要求8所述的干燥单元，其特征在于，所述抽气装置的抽气口为一个或多个，当所述抽气口为多个时，所述抽气口与所述送气口间隔设置；所述抽气口的宽度L至少为2mm，且不大于所述送气口宽度的6倍；
所述抽气口的内侧设有翅片，所述翅片对称设于所述抽气口的两侧，且形成从下到上口径变大的喇叭口，每侧翅片与水平面的夹角为10-90度，每侧翅片在水平面的投影长度L2符合：L-2*L2不小于8毫米；
所述抽气装置内设有抽气分配板，所述抽气分配板为透气或者不透气板，所述抽气分配板设于所述抽气装置的抽气管道口下方，距离所述抽气管道口的距离为所述抽气装置容腔总高度的8％-92％，所述抽气分配板的宽度不小于抽气管道口的口径，所述抽气分配板设有一个或多个，当为多个时，所述多个抽气分配板位于同一水平面或不同水平面；
当所述抽气装置与所述进气装置相邻气密组合设置时，所述抽气装置与所述进气装置的外侧叠加设置，或者所述抽气装置位于所述进气装置的容腔内部，或者所述进气装置位于所述进气装置的容腔内部；
所述干燥单元包括一组或多组所述抽气装置与进气装置的组合，所述抽气装置与所述进气装置各为一个或多个；所述抽气装置与所述进气装置的数量相同或不同；
当所述干燥单元的所述抽气装置与进气装置的组合为一个时，该组包括一个抽气装置和一个进气装置，或者包括一个抽气装置与两个进气装置，或者包括一个进气装置与两个抽气装置，所述进气装置与所述抽气装置相互交叉设置；
当所述干燥单元包括多组所述抽气装置与进气装置的组合时，多个所述组合设置在被干燥物的同侧或不同侧，当位于同侧时，多个所述组合相邻或间隔设置；当位于两侧时，所述多个组合在两侧对称设置或错开设置。
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