CN113195089B - 用于排出气体的喷射机构、用于供应工艺气体的工艺气体系统以及用于对材料进行热处理或热化学处理的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于把气体(54)特别是工艺气体(54)排放到材料(12)上尤其是待煅烧的电池阴极材料(14)上的喷射机构(56)，该喷射机构具有通过用于所述气体(54)的流动路径(62)相互连通的至少一个入口(58)和至少一个出口(60)，经由该入口能够把所述气体(54)供应给所述喷射机构(56)，经由该出口能够把所述气体(54)从所述喷射机构(56)中排出。根据本发明，所述流动路径(62)具有热交换器(64)，该热交换器带有对于外界气氛(66)可从外部进入的热交换器壳体(68)，在该热交换器壳体中安置了通道总成(70)。所述通道总成(70)包括第一流动通道(72.1)和第二流动通道(72.2)，在这些流动通道之间构造了转向区域(74.1)，使得所述气体(54)能够以不同的主流动方向流经第一和第二流动通道(72.1、72.2)。本发明还涉及一种用于供应工艺气体(54)的工艺气体系统(52)以及一种用于对材料进行热处理或热化学处理的装置(10)和方法。

Description

用于排出气体的喷射机构、用于供应工艺气体的工艺气体系 统以及用于对材料进行热处理或热化学处理的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于排出气体的喷射机构、一种用于供应工艺气体的工艺气体系统以及一种用于对材料尤其是电池阴极材料进行热处理或热化学处理、特别是用于对材料尤其是电池阴极材料进行煅烧的装置以及方法。
背景技术
借助这种装置，采用这种方法，例如在炉子中制造锂离子电池时，在特殊的气氛中，特别是在惰性的或含氧气的气氛中，对粉末状的阴极材料进行煅烧。
粉末状的阴极材料例如是含锂的过渡金属前驱体，其在炉子中被煅烧成锂过渡金属氧化物。在该过程中，根据使用的是氢氧化锂前驱体还是碳酸锂前驱体而定，由含锂的过渡金属前驱体释放出作为废气的水(H2O)或二氧化碳(CO2)。
为了维持含氧的气氛，给工艺腔供应新鲜的工艺气体，并且通过连续地或间歇性地抽除工艺腔气氛把相应的水(H2O)或二氧化碳(CO2)从燃烧腔中去除。通过抽除，产生了具有较小的气体局部压力的腔，这同样需要连续地补充新鲜的工艺气体。
但原则上，这种装置和方法也用于对其它材料予以热处理，这些材料例如也可以是必须相应地在工艺气体的影响下予以热处理或热化学处理的工件。
这种炉子中的温度可以高达2000℃。下面将以热处理上述阴极材料为例来介绍本发明。这种材料的煅烧温度以本已公知的方式取决于待处理的材料和所用炉子的类型。
对于市面上已知的用于煅烧材料的装置和方法，吹入工艺腔中的工艺气体在通至待处理材料的路径上与已经存在于工艺腔中的气氛混合。最终到达材料的这种混合气体因此一方面含有浓度较小的工艺气体，另一方面尤其含有已经位于工艺腔气氛中的废气。因此，工艺气体对待处理的材料的效果只能以不太令人满意的方式予以影响，并且只能有限地监视和控制在材料处的气氛。
在这种处理中还需要使得炉子工艺腔中的热水平保持恒定。为了保证这一点，必须把工艺气体相应地加热到在工艺腔中的温度。对工艺气体的这种加热通常通过加热单元有源地进行，也就是说，要耗用用来产生热量所需的能量。被有源地加热的工艺气体于是例如通过由鼓风机产生的在气体管路中的气体流被导送至在电池阴极材料中、上和附近区域中的作用部位，这些气体管路大部分在炉子外部、但部分地也在炉子壁上被引导。为了避免热能损失，需要采取用于隔绝在炉子外部引导的气体管路的成本高昂且繁琐的措施。
但是，馈入的工艺气体的温度通常明显低于工艺腔气氛的温度。馈入的工艺气体在到达待处理的材料之前往往未充分加热，或者在通往那里的路径上损失了热能，因而会导致未完全反应。此外，较冷的工艺气体会从材料载体或输送系统的其它组件吸收热量，由此会出现热应力，所述热应力会造成炉子的构件和组件出现较大的磨损，有时导致其过早失效。
发明内容
本发明的目的因而是，提出用于排出气体的喷射机构、用于供应工艺气体的工艺气体系统和用于热处理或热化学处理的装置以及方法，其克服了现有技术的前述缺点，并且把位于工艺腔中的热量最佳地无源地且高能效地传递到气体/工艺气体上。
根据本发明，该目的通过一种用于把气体特别是工艺气体排放到材料尤其是待煅烧的电池阴极材料上的喷射机构得以实现，该喷射机构具有：
a)通过用于气体的流动路径相互连通的至少一个入口和至少一个出口，经由该入口可把气体供应给喷射机构，经由该出口可把气体从喷射机构中排出；
其中，
b)流动路径具有热交换器，该热交换器带有外界气氛可从外部进入的热交换器壳体，在该热交换器壳体中安置了通道总成；
c)通道总成包括第一流动通道和第二流动通道，在这些流动通道之间构造了转向区域，使得气体能够以不同的主流动方向流经第一和第二流动通道。
借助这种喷射机构，可以有效地利用已经位于工艺腔中的工艺腔气氛的热量来加热工艺气体，这在整体上导致了改善的总效率。为此，将喷射机构适当地设置在炉子等中，使得热交换器壳体被所存在的工艺腔气氛环流或者至少被所存在的工艺腔气氛包围，从而可以实现热传递。从炉子气氛或炉子内腔到喷射机构的热传递不仅通过流动来进行，而且有时甚至主要通过辐射来进行。即使在炉子中不产生流动，也传递热量。
热交换器壳体因而可以设置在很大程度上无流动的或者甚至平静的工艺腔气氛中。下面示例性地认为，热交换器壳体被运动的工艺腔气氛环流。
根据应用领域而定，可以有益的是，将至少一个入口和至少一个出口关于对称轴线基本上彼此镜对称地或非对称地布置。
此外有益的是，通道总成除了具有第一和第二流动通道外，还具有第三流动通道，其中，在第三和第二流动通道之间构造了第二转向区域，使得气体能够以不同的主流动方向流经第二和第三流动通道。优选地，这些流动通道在通道总成内部预确定了曲折的流动曲线。
曲折的流动曲线可以在二维的S形流动曲线情况下存在，但也可以在三维的通道总成情况下存在，这些通道总成例如预确定了弯曲的流动曲线，其中，流动至少转向两次，并且这些转向在两个相互间成一定角度的特别是彼此垂直的平面中进行。
为此有利地，第一和第二、第一和第三或者第二和第三流动通道规定了共同的平面，其中，第三或第二或第一流动通道相对于该平面错开地或者以一定角度被布置。在如此布置流动通道时，流经流动通道的气体在规定的平面内转向一次，并从规定的平面转向至另一平面一次，即例如向左/向右或者向上/向下转向。在此，在相应的流动通道中相对于主流动方向以20°至180°的角度转向是优选的。转向180°例如引起主流动方向改变为与先前的流动通道的主流动方向相反的方向。
有益的是，通道总成除了包括三个流动通道外，还包括一个或多个其它的流动通道，且在每个其它的流动通道之前分别包括转向区域，使得气体以不同的主流动方向流经两个相继的流动通道。
通过这种方式，可以有效地利用例如壳体中的可供使用的安装空间。对于在其它方面保持相同的壳体，流动横截面的必要减小，一方面导致气体的接触面的增大，另一方面导致气体的流速的提高，这在总体上增加了每段历经的路段的传递至气体流的热能。
为了进一步提高由热交换器到流经它的气体的热传递的效率，有利的是，在一个或多个流动通道中构造了星形结构。相比于无星形结构的流动通道的热传递面，借助该星形结构增大了热传递面，流经流动通道的气体与热传递面处于热学的相互作用中。在此，星形结构可以设置在流动引导部件上，或者设置在热交换器壳体的内面上。但这些星形结构也可以经过布置，使得它们对于气体在流体通道中形成了环形腔。在如此布置情况下，星形结构优选与热交换器壳体的内面末端侧连接。
在此可以有利的是，星形结构是实心的星形体。但也可以有利的是，星形体具有流通孔，使得流经流动通道的气体同样流经流通孔，因而并非只能在星形体的外面上吸收热能。
关于星形体还有利的是，这些星形体至少局部地在流向上具有一横截面，该横截面为圆形、椭圆形、圆弓形、扇形、多边形、特别是三角形、四边形、特别是不规则四边形梯形(trapezoid)或矩形、五角形、六角形或多角形。在流动通道体积于其它方面基本上保持相同的情况下，为了进一步增大参与热传递的热传递面，星形体可以具有下凹和/或凸起。这些下凹和/或凸起在此可以规则地或不规则地位于星形体上。
一种有利的设计规定，至少两个流动通道相互平行地伸展。此外，热交换器和/或一个或多个流动通道可以至少局部地具有一横截面，该横截面为圆形、椭圆形、圆弓形、扇形、多边形特别是三角形、四边形特别是不规则四边形、梯形或矩形、五角形、六角形或多角形。
在此，一个或多个流动通道可以在相应的主流动方向上至少局部地具有在面形状和/或面大小方面变化的横截面。
为了能尽量多地把被热交换器吸收的热能传递到待加热的气体，有利的是，热交换器壳体和在其中构造的流动通道的壁由一种或多种特别导热的材料构成。优选地，该材料或者这些材料具有λ≥50Wm-1K-1、优选λ≥75Wm-1K-1、特别优选λ≥100Wm-1K-1的热导率。
对此特别适宜的材料例如是具有金属成分的材料，例如元素金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物。有利地，金属成分可以具有铜(Cu)、锡(Sb)、锌(Zn)、银(Ag)、镁(Mg)、镍(Ni)、铍(Be)、铝(Al)、钾(Ka)、钼(Mo)、钨(W)、钠(Na)、铁(Fe)、硅(Si)和钽(Ta)。特别是具有碳化硅(SiC)和铜合金的热交换器，由于其高的热导率而适合于根据本发明的喷射机构。特别是在温度超过400℃时，热交换器主要具有金属陶瓷材料。在任何情况下都采用如下材料：就所述材料而言，在当前温度情况下，不出现释放会污染待煅烧的材料的金属或金属化合物。
此外还可以有利的是，通道总成至少部分地可通过流动引导结构来构成，该流动引导结构可装入到热交换器壳体中且可拆卸地可固定在其中。流动引导结构在此可以例如通过连接多个流动引导部件而形成。这种结构设计的优点是，热交换器壳体例如可以作为空心体来提供，并且用于形成通道总成的流动引导结构可以在安装喷射机构之前装入到该热交换器壳体中。对流动引导结构的可拆卸的固定能实现让用户根据相应生产步骤的要求来调整在热交换器内部待由气体历经的路段。
有益的是，热交换器壳体包括壳体罩，这些壳体罩尤其提供了通道总成的一部分。在这种情况下，热交换器和通道总成的一部分可以一体地例如被构造成挤压型材或轧制型材。通过壳体罩，热交换器于是得以完整。替代地，也可以在取下壳体罩的情况下把单独的流动引导结构装入到热交换器壳体中，然后安置这些壳体罩。
在此有益的是，壳体罩规定了转向区域。
在一种特别优选的设计中，喷射机构包括喷嘴总成，其带有一个或多个喷射喷嘴，借助该喷嘴总成可定向地把气体排放至待处理的材料。
喷嘴总成在此可以是独立于热交换器的构件，但也可以被热交换器包括。
一种根据本发明的工艺气体系统，用于将工艺气体、特别是用于对材料尤其是电池阴极材料进行热处理或热化学处理、特别是煅烧的工艺气体供应到工艺腔，上述目的的实现方式为，该工艺气体系统使用至少一个根据本发明的喷射机构，该喷射机构包括至少一些在上面针对喷射机构介绍的特征。
一种用于对材料尤其是电池阴极材料进行热处理或热化学处理特别是煅烧的装置，该装置带有：
a)壳体；
b)位于壳体中的工艺腔；
c)输送系统，借助该输送系统可把材料或者装载有材料的承载结构沿输送方向输送到工艺腔中或者输送经过工艺腔；
d)加热系统，借助该加热系统可加热在工艺腔中存在的工艺腔气氛；
e)工艺气体系统，借助该工艺气体系统可给工艺腔供应工艺气体，该工艺气体是为了对材料进行热处理或热化学处理所需要的，
对于该装置，上述目的的实现方式为，
f)该工艺气体系统是如下工艺气体系统，该工艺气体借助喷射机构可定向地排放到材料上，或排放到装载有材料的承载结构上；
g)喷射机构经过布置，使得热交换器可被工艺腔气氛环流和/或喷射，从而可无源地加热工艺气体。
一种用于对材料尤其是电池阴极材料进行热处理或热化学处理特别是煅烧的方法，在该方法中，
a)把材料或者装载有材料的承载结构输送通过用于对材料进行热处理的装置的工艺腔；
b)加热在工艺腔中存在的工艺腔气氛；
c)给工艺腔供应工艺气体，该工艺气体是为了进行热处理或热化学处理所需要的，对于该方法，上述目的的实现方式为，
d)借助设置在工艺腔中的热交换器加热工艺气体。
优选地，能够以基本上等于工艺腔气氛温度的温度把工艺气体供应给工艺腔。
此外在所述方法中优选的是，使用上述用于对材料进行热处理或热化学处理的装置。
附图说明
下面借助附图详述本发明的实施例。在这些附图中：
图1示出用于对材料进行热处理或热化学处理的带有工艺气体系统的装置的纵断面视图，借助该工艺气体系统把工艺气体通过喷射机构引入到工艺腔中；
图2a至2c示出根据图1的分别具有喷射机构的实施例的装置的横截面视图，其中，在工艺腔中设置了热交换器；
图3a和3b示出了图2a和2b的分别具有热交换器的局部截面图的喷射机构；
图4a和4b示出根据本发明的热交换器的第一实施例的立体图；
图5a和5b示出根据本发明的热交换器的第二实施例的立体图；
图6a和6b示出该热交换器的第三实施例的立体图；
图7a和7b示出该热交换器的第四实施例的立体图；
图8a至8c示出该热交换器的三个其它实施例的横截面视图；
图9a和9b示出该热交换器的第八实施例的立体图；
图10a和10b示出该热交换器的第九实施例的立体图。
具体实施方式
首先参见图1至2c。在这些图中，10表示用于对材料12进行热处理或热化学处理的装置。下面，为简明起见，把该装置10称为炉子10。在图2a至2c中，为明了起见，对已经在图1中标出的并非全部的构件和组件再次标有标号。
材料12例如可以是开篇提到的电池阴极材料14，在制造电池时其必须在炉子10中通过热处理予以煅烧。
炉子10包括壳体16，该壳体带有底部16a、顶盖16b和两个竖直的侧壁16c和16d，该壳体限定了内腔18，工艺腔20位于该内腔中。壳体16因而形成了工艺腔20的壳体。必要时，炉子10的内腔18可以由单独的包围壳体16的壳体规定。如图1中可见，工艺腔20在壳体16的分别可用门26封闭的入口22和出口24之间伸展。替代地，也可以存在开通的入口22和开通的出口24，但也可以与此相反地分别存在气密的双闸门，利用该双闸门确保炉子中的气氛与外界气氛分开。
材料12借助输送系统28沿输送方向30被输送经过工艺腔20；输送方向30仅在图1中用箭头标出。在当前的实施例中，炉子10设计成连续炉，具体地设计成推杆炉，其中，输送系统28把材料12输送贯穿经过炉子10。为此，输送系统28包括输送轨道32，如本身已公知的，多个支撑底板34即所谓的托盘沿着该输送轨道被推动。在图1中，只有一个支撑底板设有标号。
输送系统28包括推动机构36，该推动机构带有被驱动的推动柱塞38，该推动柱塞把支撑底板34从外部经由入口22推入到工艺腔20中。在此，该支撑底板34顶压到已经位于工艺腔20中的沿输送方向30的第一个支撑底板34上，由此把位于工艺腔20中的全部支撑底板34进一步推动一个位置，并且把沿输送方向30的最后一个支撑底板34经由出口24从工艺腔20中推出。
在未特意示出的变型中，连续炉的其它本已公知的设计也是可行的。这里仅示范性地提及辊式炉、输送带式炉、链式连续炉、直通式炉等。替代地，炉子10也可以设计为间歇炉，其仅具有一个出入口，材料12可经由该出入口被输送到工艺腔20中，也可以再经由该出入口从工艺腔20中被输出。在这种情况下，材料12的各配料在输送方向30上经由该出入口被输送到工艺腔20中，予以热处理，然后又在与输送方向30相反的方向上经由该出入口从工艺腔20中被移除，并按此方式全部被输送经过工艺腔20。
材料12可以根据其特性本身，借助输送系统28予以输送，在此例如直接放到支撑底板34上。这例如当材料12为结构化的工件时是可行的。
在当前的实施例中，设置了装载有材料12的承载结构40，该承载结构在电池阴极材料14的情况下设计成匣钵42，其在英语术语中称为所谓的Saggar。这些承载结构40可以按本已公知的方式上下地叠置成具有若干层的架状输送托架44，其中，在当前的实施例中，每三个装载有电池阴极材料14的承载结构40形成一个输送托架44，并且每一个支撑底板34都承载着这种输送托架44。也可考虑每个输送托架44具有两个或多于三个例如四个、五个、六个或更多的层。可能的层的数量在很大程度上取决于工艺腔20和承载结构40的结构高度。在一种变型中，输送托架44是单独的构件，例如由金属或陶瓷构成，其分多个层接纳承载结构40。
炉子10包括由市面上已知的仅示意性地且只在图1中标出的加热系统45，借助该加热系统可加热在工艺腔20中的气氛。该气氛可以按公知的方式借助对流、电磁热辐射或热扩散予以加热。因此，示范性的加热系统可以包括辐射加热部件、加热通风部件等，这些部件可以被分布地布置在炉子底部16a、炉子顶盖16b和/或竖直的侧壁16c、16d上或被布置在炉子底部16a、炉子顶盖16b和/或竖直的侧壁16c、16d中和/或被分布地布置在工艺腔20中。替代地或补充地，考虑循环空气加热系统，借助该加热系统把炉子气氛从工艺腔20中吸出，利用加热单元予以加热，再吹入到工艺腔20中。
在材料12的热处理过程中，会产生废气46，该废气必须从工艺腔20中抽出。这种废气46在图2a至2c中用虚线标出，且带有标号。在电池阴极材料14的煅烧过程中，例如水(H2O)或二氧化碳(CO2)作为废气46产生。此外会释放出含有锂(Li)的物相。
为了能把废气46从工艺腔20中去除，存在可在图2a、2b和2c中看到的抽吸系统48，该抽吸系统包括在壳体16的底部16a上的抽吸开口50，废气46可以经由这些抽吸开口从工艺腔20中被抽出。为明了起见，为此还需要的本已公知的组件，比如鼓风机、管路、过滤器等，未被特意示出。
在炉子10中可以对材料12予以热处理，在对其热处理时需要工艺气体。就所述电池阴极材料14而言，为了有效地煅烧，例如需要氧气(O2)，氧气以经调节的空气的形式被吹入到工艺腔20中。在这种情况下，空气因而形成了这种工艺气体。其中含有的氧气(O2)在形成金属氧化物的过程中被转化，并形成水(H2O)和二氧化碳(CO2)。在其它工艺中可能需要其它工艺气体。对于有些工艺，需要富含氧气的空气，或者也需要纯氧气，这种工艺气体的氧气含量可以为21％至100％。也可以把惰性气体例如稀有气体理解为对于顺利进行热处理或热化学处理所需的工艺气体。
因此，炉子10包括工艺气体系统52，借助该工艺气体系统可以给工艺腔20供应对于热处理来说所需要的工艺气体54。
工艺气体系统52本身包括至少一个喷射机构56，该喷射机构在图3a和3b中被示意性地示出，借助该喷射机构可以把气体(这里为工艺气体54)排放到材料12上。图1示出了多个喷射机构56，其中只有一些喷射机构带标号。喷射机构56具有入口58以及至少一个出口60，经由该入口58可以给喷射机构供应工艺气体54，经由该出口60可以把工艺气体54从喷射机构56中排出，其中，入口58在图3a和3b中才被示出。入口58和一个或多个出口60在流动技术上通过流动路径62相互连通，工艺气体54可以流经该流动路径。
流动路径62具有热交换器64，该热交换器带有对于外界气氛(这里为在工艺腔20中的工艺腔气氛66)可从外部进入的热交换器壳体68，该热交换器壳体在下面被称为WT壳体68。在WT壳体68中安置了通道总成70，该通道总成包括至少两个流动通道72。
通过热交换器64，在通至出口60的流动路径62上对工艺气体54加热，其方式为，利用工艺腔气氛66的热量并传递至工艺气体54。
图3a示出一种具有两个流动通道72的通道总成70，即第一流动通道72.1和第二流动通道72.2；图2a也示出了一种以此方式构造的喷射机构56。图3b示出了一种具有三个流动通道72的通道总成70，其中还构造了第三流动通道72.3；图2b和2c也示出了这种喷射机构56，下面还将对此予以介绍。为明了起见，相同的构件和组件在下面并未始终都特意再次标有标号。
工艺气体54可流经流动通道72，且在未示出的变型中流动通道72也构造成单独地在WT-壳体68内部引导的管部件。就通道总成70而言，在两个沿流动方向前后相继的流动通道72之间，分别构造了转向区域74，使得工艺气体54能够以不同的主流动方向流经两个前后相继的流动通道72。具体地，在第一流动通道72.1和第二流动通道72.2之间构造了转向区域74.1，此外在根据图3b的变型中，在第二流动通道72.2和第三流动通道72.3之间构造了第二转向区域74.2。
在此，转向区域74是指如下任何区域：在该区域中，工艺气体54的主流动方向发生改变。术语“主流动方向”的意思是，在观察流经流动通道72的工艺气体54的流动方向时，在流动通道72中可能出现的紊流或涡流不予考虑。转向尤其可以因经过转向区域74的通道走势突然改变而引起，例如因转向区域74中的U形通道走势而引起。只要转向区域74之前的主流动方向不同于转向区域74之后的主流动方向，通道走势的弯曲变化也会形成转向区域74。
为了能够把工艺气体54排放到材料12上，喷射机构56还具有喷嘴总成76，该喷嘴总成包括多个喷射喷嘴76a，借助这些喷射喷嘴把工艺气体54定向地排放到待处理的材料12上。喷嘴总成76在此可以集成到WT壳体68中，如图3a中所示。喷嘴总成76也可以是单独的单元，如图3b中可见。
各个喷射喷嘴76a可以由简单的输出开口构成，这些输出开口例如可以设计成圆形开口、椭圆形开口或狭缝。喷射喷嘴76a可以移动，从而可以针对每个喷射喷嘴76a各自地调节排出的局部的工艺气体54的流出方向。这在附图中未特意示出。此外，喷射喷嘴76a可以相对于底部16a和/或输送方向30以一定角度布置在喷嘴总成76上，以便把工艺气体54定向地排放到匣钵42和/或材料12上。在此，布置在喷嘴总成76上的全部喷射喷嘴76a都可以按不同的或相同的角度排出工艺气体54。
通过喷射机构56的喷嘴总成76，在工艺腔20中在很大程度上均匀地给全部的匣钵42和材料12供应并施加工艺气体54，从而在全部的匣钵42中对材料12的热处理可高度再现地且统一地进行。
一方面，工艺气体54按此方式到达材料12上的处理地点，另一方面，通过工艺气体54把所产生的废气46(当前因而为水(H2O)或二氧化碳(CO2))挤出，由此可以有效地利用抽吸系统48把废气46从工艺腔20中抽出。
通过定向地排出工艺气体54，紧邻材料12附近的气体局部压力发生改变，这又对工艺参数具有影响，由此对所产生的产品的化学特性和物理特性有影响。另外，所得到的产品的质量可以得到提高，并以此方式减小生产废品率。此外可以节省工艺气体54。
借助从喷射喷嘴76a定向地排出的工艺气体54，还可以实现影响在待处理的材料12附近的温度；既可以使得在材料12附近的温度均匀化，又可以在材料12上引起有针对性地异构的温度曲线，例如如果经过热交换器64的路段有意地不足以把工艺气体54加热到工艺腔气氛66的温度。这些效果既可以通过相应地事先利用工艺气体系统52调节工艺气体54来实现，又可以通过相应地协调地经由喷射机构56排出工艺气体54来实现。
经由喷射机构56排出工艺气体54可以连续地或脉动地进行；这将通过工艺气体系统52的相应的控制件和相应的控制来设定。
图2a、2b和2c示出了喷射机构56，其带有不同地构造或设置的热交换器64，其中，喷嘴总成76的喷射喷嘴76a也像图1中那样，分别沿着垂线布置在输送轨道32附近。但本发明也涵盖喷射喷嘴76a的一种布置，其与顶盖16b和/或竖直的侧壁16c、16d夹成不为90°的角度。
在图2a中，如上所述，示出了带有根据图3a的喷射机构56的一种变型。在图2b所示的实施例中，热交换器64靠近炉子10的顶盖16b横向于输送方向30地伸展，以便利用工艺腔气氛66的区域以尽量大的热量来加热工艺气体54。喷嘴总成76在那里竖直地从沿着炉子10的顶盖16b引导的热交换器64向下突伸。图2c示出了热交换器64在一种变型中平行于输送方向30在竖直的侧壁16c上的一种替代的布置。
图4a、4b示出喷射机构56的热交换器64的第一实施例，图5a、5b示出其第二实施例，其中，分别存在两个通过转向区域72.1连接的流动通道72.1和72.2。WT壳体68中的两个流动通道72.1和72.2及转向区域74.1在此通过用作一种隔离物80的流动引导部件78而形成，从而通过WT壳体68的壳体外罩82和流动引导部件78形成了通道总成70，其带有第一流动通道72.1、转向区域74.1和第二流动通道72.2。
由此相比于通至出口60的直接的流动路径，工艺气体54在喷射机构56的热交换器64内部所历经的路段有所延长。优选地，如图3a至10b中所示，相比于没有一个或多个转向区域74或者一个或多个隔离物80的热交换器64，在喷射机构56的热交换器64中所历经的路段至少为双倍长。由此应确保工艺气体54在热交换器64内部历经尽量长的路径，以便使直至到达出口60时引入所要吸收的热能最大化。在未特意示出的变型中，可以横向于纵向方向设置多个隔离物80，例如采用“之”字形布置，或者相互交替地布置在热交换器64的壳体外罩82的相对的纵向侧。但本发明也涵盖如下热交换器64：工艺气体54在热交换器64内部历经的路段并非为在没有一个或多个隔离物80时的至少两倍长。
在另一未示出的实施例中，多个隔离物80经过布置，从而产生流经热交换器64的由工艺气体流的多个主涡流组成的紊流流动。
在图4a至5b所示的实施例中，热交换器64的入口84和出口86位于热交换器64的共同的连接端88处。在根据图4a、4b的实施例中，工艺气体54流入热交换器64的方向与其从热交换器64流出的方向平行，但相反。
在图5a和5b所示的实施例中，热交换器64的出口86构造在连接端处，使得工艺气体54在垂直于流入方向的方向上从热交换器64流出。在图6a和6b所示的热交换器64带有三个流动通道72.1、72.2和72.3以及两个转向区域74.1和74.2的实施例中，WT壳体68例如设计成具有等边三角形横截面的伸长的菱柱形。
三个流动通道72.1、72.2、72.3和两个转向区域74.1、74.2借助三个伸长的隔离物80.1、80.2和80.3而形成，这些隔离物在横截面上呈星形地布置，其共同接触线彼此成120°的角度。通过这种方式，每两个隔离物，即隔离物80.1、80.2、隔离物80.2、80.3和隔离物80.3、801，以及WT壳体68的壳体外罩82分别形成流动通道72.1、72.2或72.3。
在这种变型中，每个流动通道72.1、72.2、72.3都处于与参照平面ES错开的平面中，该参照平面分别由两个其它的流动通道72.2和72.3、72.1和72.3或72.1和72.2规定。这还将在下面结合图8a、8b和8c，借助图8a再次介绍。
在这三个流动通道72的情况下，热交换器64的入口84和出口86被布置在WT壳体68的相对端，从而在那里分别形成热交换器64的输入端90和输出端92。
在热交换器64的图7a和7b所示的实施例中，通过四个隔离物80.1、80.2、80.3和80.4形成了四个流动通道72.1、72.2、72.3和72.4以及三个转向区域74，其中，只能看到第二和第三转向区域74.2和74.3。对于转向区域74.3，WT壳体在透视图中示出。WT壳体68示范性地被设计成具有圆形横截面的伸长的管。
在四个流动通道72的这种设计中，热交换器64的入口84和出口86也布置在共同的连接端88处。
在未特意示出的变型中，通道总成70包括一个或多个其它的流动通道72，并且在每个流动通道72之前分别包括转向区域74，使得工艺气体64以不同的主流动方向流经两个相继的流动通道72。
具有至少三个流动通道72的热交换器64的全部实施例的共同之处在于，三个流动通道72至少确定了曲折的流动曲线94。该曲折的流动曲线94可以在一个或多个相互平行的平面上伸展。
在图8a至8c中示出了热交换器64的一些变型，在这些变型中，WT壳体如同根据图7的实施例那样被设计成具有圆形横截面的伸长的管，但在管中，三个流动通道72.1、72.2和72.3也分别彼此错开地被布置，如根据图6的实施例就是这种情况。
上面已提到的平面之一ES固定在流动通道72.1和72.2的横截面的两个几何重心96.1和96.2之间，如图8a中所示，其中，平面ES在那里垂直于纸面。第三流动通道72.3的第三几何重心96.3与该平面ES错开地布置，如上已述。
流动通道72.1、72.2、72.3的图8a中所示的横截面具有扇形状，该扇形状由在该实施例中平面的隔离物80.1、80.2和WT壳体68的壳体外罩82确定而成。在此，横截面为扇形状的流动通道72.1、72.2和72.3被布置为从流动通道72.1开始围绕WT壳体68的圆形横截面的中点M转动相同的角度量120°。
三个沿着共同的轴线布置的隔离物80.1、80.2、80.3相互间夹成相同的或不同的倾斜角度α、β、γ，其中，当这些倾斜角度不同时，它们优选为α＝100°，β＝120°且γ＝140°。
图8b中以横截面视图示出了热交换器64的一种变型的实施例。在此，流动通道72.1、72.2、72.3的横截面具有倒圆的顶角97和不同的横截面积。
图8c示出在流动通道72.1、72.2、72.3中构造的星形结构98，这些星形结构在该实施例中通过星形体100提供。借助这些星形结构98，热交换器64的参与热传递的面积相对于无星形结构98的热交换器64增大了，可流经的工艺气体54在流经期间与该面积处于相互热学作用中。此外，可被工艺气体54流经的流动通道横截面相比之下减小了，由此工艺气体54能够以较高的流速流经热交换器64，并且工艺气体54的直接与热传递面接触的体积份额增大了。另外，较高的流速提高了热传递的效率。
图9a和9b现在示出了一个实施例，其中，热交换器64包括喷嘴总成76。为此，将喷嘴总成76的喷射喷嘴76a集成到WT壳体68的壳体外罩82中。如所示，这里存在的第三流动通道72.3通入到分配通道102中，工艺气体经由该分配通道到达喷射喷嘴76。在一种简单的设计中，喷射喷嘴76可以是WT壳体68上的通孔。分配通道102也可以用作热交换器64的一部分，在这种情况下，除了其作为分配通道的功能外，还规定了热交换器64的第四流动通道72.4，工艺气体54经由位于上游的第三转向区域74.4流至该第四流动通道。
为了简化热交换器64的制造，在图10a和10b所示的实施例中，WT壳体68具有可安置在其相对的端侧的壳体罩104。这些壳体罩可以提供通道总成70的和WT壳体68的一部分。壳体罩104在此提供了转向区域74，还可以具有一个或多个入口58和/或一个或多个出口60。热交换器64因而可以制成零部件，并且在安装时才通过安置壳体罩104予以完善。
在另一个未特意示出的变型中，通道总成70被构造在WT壳体68中，其方式为，把一种单独的流动引导结构装入到WT壳体68中并固定在那里。在此，该流动引导结构可以可拆卸地固定，从而它在需要时可以用另一个流动引导结构予以替换，例如如果表明通过所用的流动引导结构形成的通道总成不足以把工艺气体54加热到工艺腔气氛66的温度。
具有壳体罩104或者可装入且必要时可替换的流动引导结构的所述方案可以应用于全部上述实施例。
根据本发明，热交换器壳体68、隔离物80.1、80.2、80.3、星形结构98和/或壳体罩104由一种或多种材料构成，所述材料具有λ≥50Wm-1K-1、λ≥75Wm-1K-1或λ≥100Wm-1K-1的热导率。为此可以采用具有金属成分的特殊材料，例如元素金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物。作为示例性的金属，要提及铜(Cu)、锡(Sb)、锌(Zn)、银(Ag)、镁(Mg)、镍(Ni)、铍(Be)、铝(Al)、钾(Ka)、钼(Mo)、钨(W)、钠(Na)、铁(Fe)、硅(Si)和钽(Ta)。

Claims (29)

1.一种用于把工艺气体(54)排放到材料(12)上的喷射机构，该喷射机构具有：
a)通过用于所述工艺气体(54)的流动路径(62)而相互连通的至少一个入口(58)和至少一个出口(60)，经由该入口能够把所述工艺气体(54)供应给所述喷射机构(56)，经由该出口能够把所述工艺气体(54)从所述喷射机构(56)中排出；
其特征在于，
b)所述流动路径(62)具有热交换器(64)，该热交换器带有工艺腔气氛(66)能从外部进入的热交换器壳体(68)，在该热交换器壳体中安置了通道总成(70)；
c)所述通道总成(70)包括第一流动通道(72.1)和第二流动通道(72.2)，在这些流动通道之间构造了转向区域(74.1)，使得所述工艺气体(54)能够以不同的主流动方向流经第一流动通道(72.1)和第二流动通道(72.2)，
其中所述热交换器(64)被布置为，使得所述热交换器(64)能够被所述工艺腔气氛(66)环流和/或喷射，从而能够无源地加热所述工艺气体(54)。
2.如权利要求1所述的喷射机构，其特征在于，所述通道总成(70)具有第三流动通道(72.3)，其中，在第三流动通道(72.3)和第二流动通道(72.2)之间构造了第二转向区域(74.2)，使得所述工艺气体(54)能够以不同的主流动方向流经所述第二流动通道(72.2)和所述第三流动通道(72.3)。
3.如权利要求2所述的喷射机构，其特征在于，第一流动通道(72.1)、第二流动通道(72.2)和第三流动通道(72.3)预确定了曲折的流动曲线(94)。
4.如权利要求2或3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，第一流动通道(72.1)和第二流动通道(72.2)、第一流动通道(72.1)和第三流动通道(72.3)或者第二流动通道(72.2)和第三流动通道(72.3)规定了共同的平面(ES)，并且，所述第三流动通道(72.3)或所述第二流动通道(72.2)或所述第一流动通道(72.1)相对于所述平面(ES)错开地布置。
5.如权利要求2或3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，第一流动通道(72.1)和第二流动通道(72.2)、第一流动通道(72.1)和第三流动通道(72.3)或者第二流动通道(72.2)和第三流动通道(72.3)规定了共同的平面(ES)，并且，所述第三流动通道(72.3)或所述第二流动通道(72.2)或所述第一流动通道(72.1)相对于所述平面(ES)以一定角度地布置。
6.如权利要求2至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，所述通道总成(70)包括一个或多个其它的流动通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)，且在每个其它的流动通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)之前分别包括转向区域(74；74.1、74.2、74.3)，使得所述工艺气体(54)能够以不同的主流动方向流经两个相继的流动通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)。
7.如权利要求1至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，在一个或多个流动通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)中构造了星形结构(98)。
8.如权利要求1至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，至少两个流动通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)相互平行地伸展。
9.如权利要求1至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，所述热交换器(64)和/或一个或多个流动通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)至少局部地具有一横截面，该横截面为圆形、椭圆形、圆弓形、扇形、多边形。
10.如权利要求9所述的喷射机构，其特征在于，所述横截面为多角形。
11.如权利要求9所述的喷射机构，其特征在于，所述横截面为不规则四边形、梯形或矩形。
12.如权利要求1至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，一个或多个流动通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)在相应的主流动方向上至少局部地具有变化的横截面。
13.如权利要求1至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，所述热交换器壳体(68)和在其中构造的流动通道(72；72.1、72.2、72.3、72.4)的壁由一种或多种材料构成，所述一种或多种材料具有λ≥50Wm-1K-1的热导率。
14.如权利要求13所述的喷射机构，其特征在于，所述一种或多种材料具有λ≥75Wm-1K-1的热导率。
15.如权利要求13所述的喷射机构，其特征在于，所述一种或多种材料具有λ≥100Wm- 1K-1的热导率。
16.如权利要求1至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，所述通道总成(70)至少部分地能够通过流动引导结构来构成，该流动引导结构能够被装入到所述热交换器壳体(68)中且能够可拆卸地被固定在其中。
17.如权利要求1至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，所述热交换器壳体(68)包括至少一个壳体罩(104)，该壳体罩提供了所述通道总成(70)的一部分。
18.如权利要求12所述的喷射机构，其特征在于，所述壳体罩(104)具有至少一个入口(58)和/或出口(60)，经由该入口能够把所述工艺气体(54)供应给所述热交换器(64)，经由该出口能够使得所述工艺气体(54)从所述热交换器(64)中流出。
19.如权利要求1至3中任一项所述的喷射机构，其特征在于，所述喷射机构(56)包括喷嘴总成(76)，该喷嘴总成带有一个或多个喷射喷嘴(76a)，借助该喷嘴总成能够定向地把所述工艺气体(54)排放至待处理的材料(12)。
20.如权利要求19所述的喷射机构，其特征在于，所述喷嘴总成(76)被所述热交换器(64)包括。
21.如权利要求1所述的喷射机构，其特征在于，所述材料(12)是待煅烧的电池阴极材料(14)。
22.一种工艺气体系统，用于供应用于对材料(12)进行热处理或热化学处理的工艺气体(54)，其特征在于，该工艺气体系统(52)包括至少一个根据权利要求1至21中任一项所述的喷射机构(56)。
23.如权利要求22所述的工艺气体系统，其特征在于，所述材料(12)是电池阴极材料(14)。
24.如权利要求22所述的工艺气体系统，其特征在于，所述热处理或热化学处理是煅烧。
25.一种用于对材料(12)进行热处理或热化学处理的装置，该装置带有：
a)壳体(16；16a、16b、16c、16d)；
b)位于所述壳体(16；16a、16b、16c、16d)中的工艺腔(20)；
c)输送系统(28)，借助该输送系统能够把所述材料(12)或者装载有所述材料(12)的承载结构(40)沿输送方向(30)输送到所述工艺腔(20)中或者输送经过所述工艺腔；
d)加热系统(45)，借助该加热系统能够加热在所述工艺腔(20)中存在的工艺腔气氛(66)；
e)工艺气体系统(52)，借助该工艺气体系统能够为所述工艺腔(20)供应工艺气体(54)，该工艺气体是对所述材料(12)进行热处理或热化学处理所需要的，
其特征在于，
f)所述工艺气体系统(52)是根据权利要求22所述的工艺气体系统(52)，所述工艺气体(54)借助所述喷射机构(56)能够定向地被排放到所述材料(12)上，或被排放到装载有材料(12)的所述承载结构(40)上；
g)所述喷射机构(56)经过布置，使得所述热交换器(64)能够被所述工艺腔气氛(66)环流和/或喷射，从而能够无源地加热所述工艺气体(54)。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述材料(12)是电池阴极材料(14)。
27.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述热处理或热化学处理是煅烧。
28.一种用于对材料(12)进行热处理或热化学处理的方法，在该方法中，
a)把所述材料(12)或者装载有所述材料(12)的承载结构(40)输送通过用于对所述材料(12)进行热处理的装置(10)的工艺腔(20)；
b)加热在所述工艺腔(20)中存在的工艺腔气氛(66)；
c)给所述工艺腔(20)供应工艺气体(54)，该工艺气体是为了进行热处理或热化学处理所需要的，
其特征在于，
d)借助设置在所述工艺腔(20)中的热交换器(64)加热所述工艺气体(54)，
其中使用根据权利要求25所述的装置(10)。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，以等于所述工艺腔气氛(66)的温度的温度把所述工艺气体(54)供应给所述工艺腔(20)。
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