真空干燥机的出料冷却装置及真空干燥机
技术领域
本实用新型涉及干燥设备技术领域,具体而言,涉及一种适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机的出料冷却装置及真空干燥机。
背景技术
目前,盘式干燥机、真空耙式干燥机、双锥真空干燥机等是在医药、化工、农药、食品行业广泛使用的烘干设备,同时也被广泛应用于锂离子动力电池领域。为保证高镍三元锂离子电池正极材料品质,在其前驱体原料及高镍正极材料生产过程中,需要用到真空干燥机,以保证材料在干燥机内不被异物引入发生反应。
现有的用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机,通常是在筒体外设置夹套式的加热冷却室,并且设置加热装置和冷却装置分别与加热冷却室的内腔连通。在干燥时通过加热装置向加热冷却室内通入加热介质,干燥完成后向加热冷却室内通入冷却介质将锂离子电池正极材料在筒体内进行冷却。这种物料冷却方式需要将干燥后的正极材料中筒体内进行冷却,影响生产效率。此外,现有的用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机,其搅拌装置结构复杂,搅拌时对物料的搅拌均匀性不够,导致对物料干燥的均匀性不一致,干燥时间较长。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种真空干燥机的出料冷却装置及真空干燥机,以至少解决现有技术中的用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机需要在筒体内对物料进行冷却,影响生产效率的问题。
为了实现上述目的,根据本实用新型的一个方面,提供了一种真空干燥机的出料冷却装置,该出料冷却装置包括:冷却炉体,冷却炉体上设有与真空干燥机的下料腔连通的冷却进料口,冷却进料口与冷却炉体的炉腔连通;冷却搅拌装置,安装在冷却炉体上,冷却搅拌装置用于搅拌翻动冷却炉体内的物料;冷却炉体为夹套式结构,冷却炉体的炉腔外围设有用于对物料进行冷却的冷却夹层,冷却炉体上设有分别与冷却夹层的内部连通的冷却介质入口和冷却介质出口。
进一步地,冷却搅拌装置包括:冷却搅拌电机;冷却搅拌轴,转动安装在冷却炉体的炉腔内,冷却搅拌电机的转轴与冷却搅拌轴连接,冷却炉体为卧式炉体,冷却搅拌轴沿冷却炉体的炉腔横向设置;冷却搅拌叶片,安装在冷却搅拌轴上,且冷却搅拌叶片为螺带式叶片。
进一步地,冷却介质入口设置在冷却夹层的下侧,冷却介质出口设置在冷却夹层的上侧,冷却夹层的底部还设有一冷却介质排尽口,冷却介质排尽口与冷却夹层的内部连通。
进一步地,冷却炉体上还设有一排气口,排气口与冷却炉体的炉腔连通;冷却炉体的顶部还安装一冷却除尘器,除尘器与冷却炉体的炉腔连通。
进一步地,冷却炉体的底部还设有一用于对冷却炉体的物料进行称重的称重模块。
根据本实用新型的另一方面,提供了一种真空干燥机,包括用于盛装物料的筒体,筒体上设有一下料腔,真空干燥机还包括上述的出料冷却装置,出料冷却装置中的冷却进料口与下料腔连通。
进一步地,筒体上设有一搅拌装置,搅拌装置包括搅拌驱动机构,搅拌驱动机构的输出端连接一伸入筒体内的搅拌轴,搅拌轴的下端安装有搅拌桨,搅拌桨包括沿搅拌轴的周向设置的第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨,第一搅拌桨上开有通孔,第二搅拌桨的下沿设有第一开口槽,第三搅拌桨的下沿设有第二开口槽,且从搅拌轴的轴线至第一开口槽的距离与从搅拌轴的轴线至第二开口槽的距离不相等。
进一步地,通孔的数量为至少3个,且至少3个通孔沿第一搅拌桨的长度方向等间距设置;第一开口槽的数量为至少4个,且至少4个第一开口槽沿第二搅拌桨的长度方向等间距设置;第二开口槽的数量为至少7个,且至少7个第二开口槽沿第三搅拌桨的长度方向等间距设置。
进一步地,第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨均相对于筒体的内腔底面呈30°-35°夹角倾斜设置。
进一步地,第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨的上沿与水平面之间的夹角均为1°-3°。
进一步地,第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨的自由端与筒体的侧壁之间的间隙均为5mm-15mm。
进一步地,第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨的下沿与筒体的内腔底部之间的间隙均为3mm-5mm。
应用本实用新型的技术方案,真空干燥机中经过干燥后的锂离子电池正极材料直接由下料腔进入到冷却炉体内,在冷却搅拌装置的搅拌作用下,通过冷却夹层内的冷却介质对正极材料进行冷却。相比于现有的在真空干燥机的筒体内对物料进行冷却的方式,本实用新型通过在真空干燥机的下游设置出料冷却装置,实现物料在真空干燥机的筒体外冷却;如此,干燥完成后的物料可以直接下料到出料冷却装置进行冷却,而无需在筒体内等待冷却,筒体内可以投料进行下一批次物料的干燥,大大提高了真空干燥机的生产效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
图1为本实用新型实施例1的出料冷却装置的结构示意图。
图2为本实用新型实施例1的左视结构示意图。
图3为本实用新型实施例1的俯视结构示意图。
图4为本实用新型实施例2的真空干燥机的结构示意图。
图5为本实用新型实施例2的真空干燥机去除出料冷却装置后的结构示意图。
图6为图5中A处的局部放大图。
图7为图5中B处的局部放大图。
图8为图5的俯视结构示意图。
图9为本实用新型实施例2的真空干燥机中第一搅拌桨的结构示意图。
图10为本实用新型实施例2的真空干燥机中第二搅拌桨的结构示意图。
图11为本实用新型实施例2的真空干燥机中第三搅拌桨的结构示意图。
图12为本实用新型实施例2的真空干燥机中搅拌桨的俯视结构示意图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
10、筒体;11、上盖;12、抽真空口;13、进料口;14、人孔;15、加热介质入口;16、加热介质出口;20、搅拌驱动机构;21、搅拌电机;22、搅拌减速机;23、离合器;24、下料电机;25、主减速机;30、搅拌轴;40、搅拌桨;41、第一搅拌桨;42、第二搅拌桨;43、第三搅拌桨;50、下料腔;60、下料气缸;100、冷却炉体;101、冷却进料口;102、冷却搅拌装置;103、冷却夹层;104、冷却介质入口;105、冷却介质出口;106、冷却介质排尽口;107、排气口;108、冷却除尘器;109、称重模块;110、冷却出料口;411、通孔;421、第一开口槽;431、第二开口槽;1021、冷却搅拌电机;1022、冷却搅拌轴;1023、冷却搅拌叶片。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述,但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样,“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也相应地改变。
实施例1
参见图1至图3以及图4,一种本实用新型实施例的真空干燥机的出料冷却装置,该出料冷却装置主要适用于对干燥后的锂离子电池正极材料进行冷却。由图可见,其主要包括冷却炉体100,在冷却炉体100上设置有与真空干燥机的下料腔50连通的冷却进料口101。该冷却进料口101与冷却炉体100的炉腔连通;冷却炉体100上安装有冷却搅拌装置102,该冷却搅拌装置102用于搅拌翻动冷却炉体100内的物料。冷却炉体100为夹套式结构,在冷却炉体100的炉腔外围设有冷却夹层103,冷却炉体100上设有分别与该冷却夹层103的内部连通的冷却介质入口104和冷却介质出口105。通过该冷却介质入口104向冷却夹层103内通入冷却介质对物料进行冷却。
上述的真空干燥机的出料冷却装置,使用时,真空干燥机中经过干燥后的锂离子电池正极材料直接由下料腔50进入到冷却炉体100内,在冷却搅拌装置102的搅拌作用下,通过冷却夹层103内的冷却介质对正极材料进行冷却。相比于现有的在真空干燥机的筒体10内对物料进行冷却的方式,本实用新型通过在真空干燥机的下游设置出料冷却装置,实现物料在真空干燥机的筒体10外冷却;如此,干燥完成后的物料可以直接下料到出料冷却装置进行冷却,而无需在筒体10内等待冷却,筒体10内可以投料进行下一批次物料的干燥,大大提高了真空干燥机的生产效率。
具体来说,参见图1至图4,在本实施例中,冷却搅拌装置102包括冷却搅拌电机1021、冷却搅拌轴1022和冷却搅拌叶片1023。其中,冷却搅拌电机1021安装在冷却炉体100的外部;冷却搅拌轴1022转动安装在冷却炉体100的炉腔内,冷却搅拌电机1021的转轴与冷却搅拌轴1022连接,且冷却搅拌轴1022沿冷却炉体100的炉腔横向设置,冷却炉体100为卧式炉体;冷却搅拌叶片1023安装在冷却搅拌轴1022上,且该冷却搅拌叶片1023为螺带式叶片。
采用上述的冷却搅拌装置102,将冷却搅拌轴1022横向设置在卧式的冷却炉体100内,并采用螺带式的冷却搅拌叶片1023,干燥后的锂离子电池正极材料进入冷却炉体100内以后,在螺带式冷却搅拌叶片1023的作用下在卧式冷却炉体100内不断翻动,有效提高了物料与冷却夹层103接触的机会,提高了冷却效率。
参见图1至图4,在本实施例中,冷却介质入口104设置在冷却夹层103的下侧,冷却介质出口105设置在冷却夹层103的上侧。如此设置,使得冷却介质下进上出,可使冷却介质充满整个冷却夹层103,确保良好的冷却效果。进一步地,在冷却夹层103的底部还设置有一个冷却介质排尽口106,该冷却介质排尽口106与冷却夹层103的内部连通。在维护或停用该出料冷却装置时,可通过该冷却介质排尽口106将冷却夹层103内的冷却介质排出干净。
参见图1至图4,在本实施例中,冷却炉体100上还设置有一个排气口107,该排气口107与冷却炉体100的炉腔连通,在冷却炉体100的底部还设置有一个冷却出料口110。物料冷却完成后,打开排气口107可使冷却炉体100内的气压与外部气压相同,打开冷却出料口110即可方便地进行出料。
在物料冷却过程中,可能会产生一些正极材料的粉尘,为了除去这些粉尘,参见图1至图4,在本实施例中,冷却炉体100的顶部还安装有一台冷却除尘器108,该冷却除尘器108与冷却炉体100的炉腔连通。在物料冷却过程中,通过该冷却除尘器108可将产生的正极材料粉尘除去,避免粉尘对周围环境造成污染。
为了对锂离子电池正极材料进行称重,参见图1、图2和图4,在本实施例中,在冷却炉体100的底部还设置有一个称重模块109。冷却炉体100整体安装在该称重模块109上。通过该称重模块109可以方便地对冷却炉体100的物料进行称重。
实施例2
参见图4至图12,一种本实用新型实施例的真空干燥机,该真空干燥机主要适用于锂离子电池正极材料的干燥。由图可见,其主要包括用于盛装物料的筒体10,在筒体10上设置有一个下料腔50,筒体10上设置有一个搅拌装置,该搅拌装置包括搅拌驱动机构20,搅拌驱动机构20的输出端连接一伸入筒体10内的搅拌轴30,搅拌轴30的下端安装有搅拌桨40。筒体10的上方设有上盖11,上盖11上设有抽真空口12、进料口13和人孔14,筒体10的外侧设有夹套,夹套上设有加热介质入口15和加热介质出口16(加热介质为蒸汽或导热油)。在筒体10的下料腔50处连接有本实用新型实施例1的出料冷却装置。
上述真空干燥机,完成锂离子电池正极材料的干燥后,直接将物料由下料腔50进入到冷却炉体100内,在冷却搅拌装置102的搅拌作用下,通过冷却夹层103内的冷却介质对正极材料进行冷却。相比于现有的在真空干燥机的筒体10内对物料进行冷却的方式,本实用新型通过在真空干燥机的下游设置出料冷却装置,实现物料在真空干燥机的筒体10外冷却;如此,干燥完成后的物料可以直接下料到出料冷却装置进行冷却,而无需在筒体10内等待冷却,筒体10内可以投料进行下一批次物料的干燥,大大提高了真空干燥机的生产效率。
现有的用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机的搅拌装置存在结构复杂,搅拌时对物料的搅拌均匀性不够的问题,导致对物料干燥的均匀性不一致,干燥时间较长。为了解决上述问题,参见图4-7以及图9-12,在本实施例中,搅拌桨40包括沿搅拌轴30的周向均布设置的第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43。其中,第一搅拌桨41上开设有通孔411,第二搅拌桨42的下沿设有第一开口槽421,第三搅拌桨43的下沿设有第二开口槽431,并且从搅拌轴30的轴线至第一开口槽421的距离与从搅拌轴30的轴线至第二开口槽431的距离不相等(即第一开口槽421和第二开口槽431的位置错开设置,参见图12,图12中虚线圈表示从轴线至第一开口槽421的距离)。第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43均由搅拌轴30向筒体10的内侧壁延伸。
上述的真空干燥机,通过采用不同形状的第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43,在第一搅拌桨41上开设通孔411,在第二搅拌桨42的下沿设置第一开口槽421,在第三搅拌桨43的下沿设置第二开口槽431,形成不同形状的第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43,通过第一开口槽421和第二开口槽431的设置可以有效提高搅拌时对物料的耙散效果;通过将搅拌轴30的轴线至第一开口槽421的距离与从搅拌轴30的轴线至第二开口槽431的距离设置为不相等,使第一开口槽421和第二开口槽431的位置错开设置,有利于使物料不停留在同一轨迹上,进一步提高耙散效果;通过在第一搅拌桨41上开设通孔411,有利于使开口槽轨迹上的物料向上翻动,提高搅拌分散效果。该真空干燥机通过搅拌桨40结构的特殊设计,可有效提高锂离子电池正极材料颗粒的搅拌分散均匀性,提高干燥效率,缩短干燥时间。
具体来说,参见图4和图5以及图9至图12,在本实施例中,通孔411的数量为至少3个,且该至少3个通孔411沿第一搅拌桨41的长度方向等间距设置;第一开口槽421的数量为至少4个,且该至少4个第一开口槽421沿第二搅拌桨42的长度方向等间距设置;第二开口槽431的数量为至少7个,且该至少7个第二开口槽431沿第三搅拌桨43的长度方向等间距设置。采用上述结构设计,可使真空干燥机具有更好的搅拌分散效果。
参见图7中夹角α,在本实施例中,第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43均相对于筒体10的内腔底面呈30°-35°夹角倾斜设置。若倾斜角度过大,会使搅拌阻力较大;若倾斜角度过小,又会影响翻料效果。综合可虑,优选将倾斜角度设置为30°-35°时效果最好。
参见图6中夹角β,在本实施例中,第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43的上沿与水平面之间的夹角均为1°-3°。若第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43上沿的水平斜度过大,会影响搅拌桨的强度;若水平斜度过小,又会影响物料的搅拌效果。优选将水平斜度设置为1°-3°时效果最佳。
参见图6中L1,在本实施例中,第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43的自由端与筒体10的侧壁之间的间隙均为5mm-15mm。若自由端与侧壁之间的间隙过小,对搅拌桨的安装精度要求较高,增加制作难度,且会对物料造成挤压磨损;若间隙过大,则会对搅拌效果有不良影响。
参见图6中L2,在本实施例中,第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43的下沿与筒体10的内腔底部之间的间隙均为3mm-5mm。若与筒体10的内腔底部之间的间隙过大,会导致底部残料多,下料时下不干净;若间隙过小,会使装配精度很难保证,且对物料有挤压磨损作用,影响产品质量。
在干燥高镍三元锂离子电池正极材料颗粒时,若干燥过程搅拌转速过快,一方面会引起材料磁性物质升高,另一方面会导致物料颗粒被解离,产生微粉,影响产品品质,因此,在干燥过程需要采用较慢的转速;但是,在物料出料过程中,若转速慢又会影响生产效率。现有的真空干燥机通常只设置有一台驱动电机,在干燥过程和出料过程要对电机转速进行调整和切换,十分不便。
参见图4、图5和图8,在本实施例中,搅拌驱动机构20包括搅拌电机21,该搅拌电机21的输出端连接一台搅拌减速机22,该搅拌减速机22通过一个离合器23与一台下料电机24连接,该下料电机24的输出端连接一台主减速机25,主减速机25的转轴与搅拌轴30的上端连接。在干燥过程中,离合器23闭合,下料电机24停止,通过搅拌电机21、搅拌减速机22和主减速机25驱动搅拌桨40慢速转动,以保证物料颗粒的品质;在出料过程中,离合器23松开,搅拌电机21停止,通过下料电机24和主减速机25驱动搅拌桨40较快速度转动,以提高出料效率。通过设置两台驱动电机,通过离合器23对两档搅拌速度进行切换控制,不仅保证了物料颗粒的颗粒度,避免物料颗粒解离,确保了产品品质,而且有效提高了生产效率。通过试验发现,采用两档搅拌速度,干燥过程中搅拌速度控制在0.5r/min-1r/min,下料过程中搅拌速度控制在5r/min-10r/min,既可保证产品品质,又可提高生产效率。
除此之外,该搅拌驱动机构20也可以采用一台伺服电机或步进电机,该伺服电机或步进电机的输出轴与搅拌轴30的上端连接。通过伺服电机或步进电机对搅拌速度进行控制,使得干燥过程搅拌速度较慢而下料过程搅拌速度相对较快。但是,相比而言采用搅拌电机21、下料电机24和离合器23的方式更加节能,因此,本发明优选采用上述的两台驱动电机的方案。
现有的真空干燥机通常将出料口设置在筒体10底部的正下方,这样设置在物料搅拌过程中存在漏料的风险。为了解决上述问题,参见图4、图5和图8,在本实施例中,在筒体10的侧壁下部设置下料腔50,该下料腔50上设置有一个用于打开或关闭该下料腔50的下料气缸60。如此设置,可有效降低物料在搅拌过程中漏料的风险,并且,通过下料气缸60开启或关闭下料腔50,结构简单,不容易出现堵料的情况。
为了降低磁性物质引入的风险,在本实施例中,筒体10和搅拌轴30均优选采用不锈钢材质,并进行表面抛光处理;第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43均进行表面喷涂处理。这样设置,可以有效避免磁性物质引入,提高产品品质。
在本实施例中,抽真空口12处连接有一个除尘器(图中未示出),并且该除尘器为带反吹功能的除尘器。搅拌干燥过程中产生的水分由抽真空口12抽出,通过除尘器将干燥过程中的扬尘进行收集,反吹落入筒体10内。
通过实际应用发现,采用现有的真空干燥机干燥1000kg高镍洗水锂离子电池正极材料颗粒一般需要6小时左右,而使用本发明的真空干燥机仅需要3小时左右,干燥效率得到显著提高。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。