專利名稱：噴射裝置及粉體制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴射裝置及粉體制造裝置。
背景技術(shù)：
過去，作為鋰離子可充電電池的電極材料的粉體等是例如通過如下方法制造而成的噴射原料水溶液使其干燥而使其粉體化，并將這些粉體放入陶瓷容器后在爐內(nèi)燒成而使其熱變性。在這種方法中，考慮到對陶瓷容器的損傷，燒成需要30分鐘至數(shù)小時，效率不高。此外，在這種方法中，由于在將粉體堆積并靜置的狀態(tài)下燒成，因此，也存在燒成時顆粒彼此熔接這樣的問題。在專利文獻1中，公開了一種粉體制造裝置，該粉體制造裝置對具有進行等離子放電的電極的粉體生成爐內(nèi)噴射原料水溶液，并在因等離子放電而形成的超高溫的等離子空間內(nèi)，使原料水溶液干燥，然后進行熱分解并使其熔合。通過這種粉體制造裝置制造而成的粉體顆粒的形狀是扁圓的且不相同。這是由于，原料水溶液的液滴在超高溫的等離子空間中被瞬間加熱，顆粒內(nèi)的水分在一瞬間汽化膨脹，使得顆粒因水蒸汽爆炸而被破壞。此外，如引用文獻2所記載的那樣，公知有一種將原料溶液與熱風(fēng)一起吹入容器內(nèi)，以在漂浮狀態(tài)下使原料溶液干燥的噴霧干燥器(spraydryer)(噴射干燥)。在這種噴霧干燥器中，需要經(jīng)由貫穿吹入熱風(fēng)的噴嘴的管道來供給原料溶液。因此，在現(xiàn)有的噴霧干燥器中，一旦升高熱風(fēng)的溫度，有時便會出現(xiàn)原料液滴發(fā)生水蒸汽爆炸的問題，此外，因供給原料溶液的管道被加熱至高溫，有時會導(dǎo)致其它各種故障。在現(xiàn)有的噴霧干燥器中，也有對供給原料溶液的管道的周圍供給冷卻空氣，以避免原料溶液的噴霧出現(xiàn)不良情況的噴霧干燥器。然而，在使用使噴射干燥后的顆粒進一步熱變性這樣的高溫的熱風(fēng)時，由于在熱風(fēng)的噴嘴內(nèi)冷卻空氣也變成高溫，并且原料溶液也在噴射前被加熱，因此，無法充分防止原料溶液在噴射前固化而堵塞噴嘴或是原料溶液在噴射之后發(fā)生水蒸汽爆炸這樣的情況。專利文獻1 日本專利特開2004-263257號說明書專利文獻2 日本專利特開2002-58981號說明書

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題，本發(fā)明的技術(shù)問題在于提供能防止原料液滴的水蒸汽爆炸的噴射裝置及粉體制造裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的噴射裝置的第一方式包括原料噴嘴，該原料噴嘴噴射原料溶液；冷卻噴嘴，該冷卻噴嘴配置成圍住上述原料噴嘴，并對噴射出的上述原料溶液的周圍吹入冷卻空氣；以及冷卻套管，該冷卻套管設(shè)于上述冷卻噴嘴的外側(cè)，并供制冷劑穿過。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于利用冷卻套管來防止冷卻空氣的升溫，因此，能利用少量的冷卻空氣來覆蓋被噴射至高溫氣體中的原料液滴，以減慢溫度上升，從而能避免原料液滴瞬間升溫而發(fā)生水蒸汽爆炸。此外，本方式的噴射裝置還可以設(shè)有隔開間隙地圍住上述冷卻套管的外層板。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于能用外層板來隔開間隙地圍住冷卻套管，因此，在高溫氣體與直接冷卻套管之間存在熱傳導(dǎo)率較低的空氣層。藉此，從高溫氣體朝冷卻水的放熱量減小， 因而不會降低使用本噴射裝置的粉體制造裝置的熱效率。此外，本發(fā)明的噴射裝置的第二方式包括原料噴嘴，該原料噴嘴噴射原料溶液； 一次冷卻噴嘴，該一次冷卻噴嘴配置成圍住上述原料噴嘴，并對噴射出的上述原料溶液的周圍吹入冷卻空氣；以及二次冷卻噴嘴，該二次冷卻噴嘴配置成圍住上述一次冷卻噴嘴，并對從上述一次冷卻噴嘴吹入的冷卻空氣的周圍進一步吹入冷卻空氣。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于利用二次冷卻噴嘴的冷卻空氣來抑制一次冷卻噴嘴的冷卻空氣的溫度上升，因此，能有效地減緩原料液滴的溫度上升。此外，本方式的噴射裝置還可以設(shè)有隔開間隙地圍住二次冷卻噴嘴的外層板。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在二次冷卻噴嘴內(nèi)的冷卻空氣與熱風(fēng)之間形成空氣層，來防止冷卻空氣與熱風(fēng)的熱交換，從而能提高熱效率。此外，本發(fā)明的粉體制造裝置包括上述噴射裝置中的任意一種噴射裝置；利用上述噴射裝置將上述原料溶液噴射至內(nèi)部的粉體生成爐；以及在內(nèi)部配置有上述噴射裝置，并將熱風(fēng)沿著上述噴射裝置的外表面導(dǎo)入上述粉體生成爐的熱風(fēng)噴嘴。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能在不破壞原料液滴的情況下將其噴射干燥并粉體化，然后，將粉體在漂浮狀態(tài)下加熱并進行熱處理，從而制造出所希望的粉體。此外，在本發(fā)明的粉體制造裝置中，也可以使上述冷卻空氣的流速比上述熱風(fēng)的流速慢。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于只要導(dǎo)入僅覆蓋噴射后的原料液滴來防止水蒸汽爆炸所需的最低限度的冷卻空氣，因此，能提高熱效率。


圖1是本發(fā)明第一實施方式的粉體制造裝置的示意圖。圖2是圖1的噴射裝置的詳細剖視圖。圖3是本發(fā)明第二實施方式的粉體制造裝置的示意圖。圖4是圖3的噴射裝置的詳細剖視圖。圖5是本發(fā)明第三實施方式的噴射裝置的詳細剖視圖。(符號說明)1、Ia粉體制造裝置2粉體生成爐3燃燒室4、乜熱風(fēng)噴嘴5、5￡1、釙噴射裝置6燃燒器7 噴頭
8原料噴嘴9冷卻噴嘴10水冷套管11外層板12 風(fēng)扇13電加熱器14 一次冷卻噴嘴15 二次冷卻噴嘴16外層板
具體實施例方式圖1表示本發(fā)明第一實施方式的粉體制造裝置1。粉體制造裝置1包括豎立筒狀的粉體生成爐2，該粉體生成爐2具有鏡板狀的上端和縮徑成圓錐狀的下部，并在內(nèi)部形成有隔離的處理空間；圓筒狀的燃燒室3，該燃燒室3配置于粉體生成爐2的上方，并在水平方向上延伸；熱風(fēng)噴嘴4，該熱風(fēng)噴嘴4連接燃燒室3與粉體生成爐2，并從粉體生成爐2 的上端朝下方吹入在燃燒室3內(nèi)生成的燃燒廢氣(熱風(fēng))；以及噴射裝置5，該噴射裝置5 配置成貫穿燃燒室3并延伸至熱風(fēng)噴嘴4的內(nèi)部，用于從粉體生成爐2的上端朝下方噴射含有粉體原料的生料(slurry)。燃燒室3在一端設(shè)有燃燒器6，并從一端朝向另一端形成水平方向的火焰。燃燒器6是能以任意比例供給例如天然氣之類的燃料與燃燒用空氣的燃燒器，也可以設(shè)置公知的點火裝置及導(dǎo)燃燒嘴。較為理想的是，通過使燃燒室3具有能收容燃燒器6形成的火焰而使燃料完全燃燒所需必要最低限度的容積，來減小燃燒室3。這是由于能將燃燒室3的爐壁的熱損失控制在最低限度內(nèi)。例如，在燃燒器6的燃燒容量(日文燃焼容量)為116kW時，較為理想的是，本實施方式的燃燒室3具有內(nèi)徑為130 250mm、長度為500 IOOOmm的細長形狀， 更為理想的是，具有內(nèi)徑為150 200mm、長度為600 800mm的細長形狀。熱風(fēng)噴嘴4配置成在燃燒室3的與燃燒器6相反一側(cè)的端部近旁開口，并將燃燒廢氣(熱風(fēng))垂直導(dǎo)出，以沿著噴射裝置5的外表面直線地吹入粉體生成爐2。此外，熱風(fēng)噴嘴4的流路截面積比燃燒室3的流路截面積小，較為理想的是，其內(nèi)徑為70 120mm，更為理想的是，其內(nèi)徑為90 110mm。藉此，將燃燒廢氣在熱風(fēng)噴嘴4中的流速設(shè)為該燃燒廢氣在燃燒室3的下游側(cè)的流速的1. 5倍至2. 5倍是較為理想的。通過將燃燒廢氣從流動較慢的燃燒室3導(dǎo)出至流路面積較小的熱風(fēng)噴嘴4，使燃燒廢氣在流入熱風(fēng)噴嘴4時的流速急劇增高。利用這種流速變化，即使在燃燒室3內(nèi)燃燒廢氣的溫度存在偏差，由于能將燃燒廢氣的流動方向變?yōu)橹苯?，因此，能對燃燒廢氣進行攪拌而使其溫度均勻。此外，在熱風(fēng)噴嘴4內(nèi)，燃燒廢氣被整流成流速大致均勻的直線氣流， 并被吹入粉體生成爐2。此外，圖2表示噴射裝置5的詳細情況。噴射裝置5包括原料噴嘴8，該原料噴嘴8供給原料生料(slurry)，并在前端設(shè)有噴頭7 ；冷卻噴嘴9，該冷卻噴嘴9配置成圍住原料噴嘴8，用于利用該冷卻噴嘴9與原料噴嘴8的間隙對從原料噴嘴8噴射出的原料周圍供給冷卻空氣；水冷套管10，該水冷套管10設(shè)于冷卻噴嘴9的外周；以及外層板11，該外層板11隔開間隙地配置于水冷套管10的外側(cè)。在水冷套管10中循環(huán)有冷卻水，并將水冷套管10內(nèi)的冷卻水溫度保持在大約 50°C。水冷套管10與外層板11之間的空氣起到隔熱層的作用。因此，盡管暴露于大約 1200°C的燃燒廢氣下的外層板11的背面溫度為大約960°C，但水冷套管10與燃燒廢氣之間的熱交換量很少。因此，與沒有外層板11而使水冷套管10的外表面與燃燒廢氣直接接觸的情形相比，燃燒廢氣被原料噴嘴8奪走的熱量非常小。因此，盡管冷卻噴嘴9內(nèi)供給的是常溫的空氣，但能保持溫度幾乎不上升而被吹入粉體生成爐2。冷卻空氣覆蓋從原料噴嘴8噴射出的原料，從而防止噴射后的原料液滴直接暴露于高溫(例如1200°C)的燃燒廢氣下，瞬間升溫而使水分一下子蒸發(fā)，從而破壞顆粒的水蒸汽爆炸的情況。因此，通過噴射干燥而獲得的原料粉體是完整的球形，并具有一定的顆粒直徑。由于只要稍許延緩原料液滴的溫度上升就能防止顆粒的破壞，因此，為了避免稀釋燃燒廢氣，冷卻空氣少量即可，當(dāng)燃燒廢氣為190m3N/h時，較為理想的是，冷卻空氣為 5 20m3N/h，更為理想的是，冷卻空氣為10 15m3N/h。此外，由于冷卻空氣只要覆蓋噴射后的原料液滴即可，因此，也可以使冷卻空氣的流速比燃燒廢氣的流速慢，在本實施方式中，冷卻空氣的流速為燃燒廢氣的流速的40%左右。由于原料生料的蒸發(fā)潛熱只是燃燒廢氣的熱量的百分之幾，因此，燃燒廢氣在使原料液滴的水分全部蒸發(fā)之后還保持在足夠高的溫度。因此，在使由原料液滴干燥而形成的顆粒漂浮在高溫的燃燒廢氣中的狀態(tài)下，接著通過燃燒廢氣加熱至所需溫度(在本實施方式中為700 1200°C )，就能進行熔融、燒成、發(fā)泡、熱變性等所要求的熱處理。在本實施方式中，由于燃燒廢氣在粉體生成爐2內(nèi)的很大范圍形成大致均勻的高溫環(huán)境，因此，能減少粉體顆粒的熱過程的偏差，由此能進行均勻的熱處理。此外，由于將粉體在分散漂浮于燃燒廢氣中的狀態(tài)下加熱至高溫，因此，顆粒彼此不干擾，從而使顆粒形狀相同。接著，圖3表示本發(fā)明第二實施方式的粉體制造裝置la。此外，在之后的實施方式中，對于與先前說明過的實施方式相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號，并省略重復(fù)說明。在第一實施方式的粉體制造裝置1中，將具有燃燒器6的燃燒室3中的燃燒廢氣從熱風(fēng)噴嘴4導(dǎo)入粉體生成爐2的內(nèi)部，但在本實施方式的粉體制造裝置Ia中，利用電加熱器13將通過風(fēng)扇12供給而來的空氣加熱至例如1300°C左右，并經(jīng)由熱風(fēng)噴嘴4a，沿著噴射裝置5的外表面將空氣吹入粉體生成爐2內(nèi)。在本實施方式中，在熱風(fēng)噴嘴如的內(nèi)部配置有在圖4中詳細表示的噴射裝置5a。 噴射裝置fe包括與第一實施方式相同的原料噴嘴8 ；第一冷卻噴嘴14，該第一冷卻噴嘴 14配置成圍住原料噴嘴8，并用于利用該第一冷卻噴嘴14與原料噴嘴8的間隙來對從噴頭 7噴射的原料周圍供給冷卻空氣；以及第二冷卻噴嘴15，該第二冷卻噴嘴15配置成進一步圍住第一冷卻噴嘴14，并用于利用該第二冷卻噴嘴15與第一冷卻噴嘴14的間隙來對從第一冷卻噴嘴14供給的冷卻空氣的外側(cè)進一步供給冷卻空氣。這樣，由于設(shè)置多重冷卻噴嘴，比起外側(cè)能更加抑制內(nèi)側(cè)的熱交換，因此，第一冷卻噴嘴14的冷卻空氣的溫度比第二冷卻噴嘴15的冷卻空氣的溫度低，從而能形成溫度逐級變化的多個冷卻空氣層。藉此，利用較少的冷卻空氣，就能防止燃燒室3及熱風(fēng)噴嘴4內(nèi)的原料噴嘴8的溫度上升，并能防止因噴射之后原料液滴瞬間升溫而引起的水蒸汽爆炸。 因此，也能使通過本實施方式的粉體制造裝置Ia獲得的粉體的顆粒直徑及顆粒形狀均勻。
此外，根據(jù)本發(fā)明，還可以如圖5所示的第三實施方式的噴射裝置恥那樣，進一步設(shè)置隔開間隙地圍住第二冷卻噴嘴15的外周的外層板16。
權(quán)利要求
1.一種噴射裝置，其特征在于，包括原料噴嘴，該原料噴嘴噴射原料溶液；冷卻噴嘴，該冷卻噴嘴配置成圍住所述原料噴嘴，并對噴射出的所述原料溶液的周圍吹入冷卻空氣；以及冷卻套管，該冷卻套管設(shè)于所述冷卻噴嘴的外側(cè)，供制冷劑穿過。
2.如權(quán)利要求1所述的噴射裝置，其特征在于，所述噴射裝置還設(shè)有隔開間隙地圍住所述冷卻套管的外層板。
3.一種噴射裝置，其特征在于，包括原料噴嘴，該原料噴嘴噴射原料溶液；一次冷卻噴嘴，該一次冷卻噴嘴配置成圍住所述原料噴嘴，并對噴射出的所述原料溶液的周圍吹入冷卻空氣；以及二次冷卻噴嘴，該二次冷卻噴嘴配置成圍住所述一次冷卻噴嘴，并對從所述一次冷卻噴嘴吹入的冷卻空氣的周圍進一步吹入冷卻空氣。
4.如權(quán)利要求3所述的噴射裝置，其特征在于，所述噴射裝置還設(shè)有隔開間隙地圍住二次冷卻噴嘴的外層板。
5.一種粉體制造裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至4中任一項所述的噴射裝置；利用所述噴射裝置將所述原料溶液噴射至內(nèi)部的粉體生成爐；以及在內(nèi)部配置有所述噴射裝置，并將熱風(fēng)沿所述噴射裝置的外表面導(dǎo)入所述粉體生成爐的熱風(fēng)噴嘴。
6.如權(quán)利要求5所述的粉體制造裝置，其特征在于，所述冷卻空氣的流速比所述熱風(fēng)的流速慢。
全文摘要
一種噴射裝置及粉體制造裝置，為了防止制造粉體中的原料液滴發(fā)生水蒸汽爆炸，利用如下所述的噴射裝置(5)將原料液滴噴射至粉體生成爐(2)內(nèi)，并將熱風(fēng)沿著噴射裝置(5)的外表面導(dǎo)入粉體生成爐(2)內(nèi)，其中，所述噴射裝置(5)包括噴射原料溶液的原料噴嘴(8)；配置成圍住原料噴嘴(8)，并對噴射出的原料溶液的周圍吹入冷卻空氣的冷卻噴嘴(9)；設(shè)于冷卻噴嘴(9)的外側(cè)，供制冷劑穿過的冷卻套管(10)；以及隔開間隙地圍住冷卻套管(10)的外層板(11)。
文檔編號B01J2/04GK102371132SQ20111023032
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者友澤健一 申請人:中外爐工業(yè)株式會社