KR102397276B1 - 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치 - Google Patents

발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치에 관한 것으로, 내측에 수용 가능한 공간이 형성됨과 아울러 전후방이 각각 개방 형성되는 케이스와, 상기 케이스의 전방에 구비됨과 아울러 케이스의 전방 밀폐를 도모하도록 구비되는 전면케이스와, 상기 케이스의 후방에 구비됨과 아울러 케이스의 후방 개폐를 도모하도록 구비되는 후면케이스와, 상기 케이스의 내측 하부에 판형으로 형성되어 안착 구비되며, 상부 내측에는 하부로 내입되는 센터홈을 갖는 안착대와, 상기 케이스의 상부에 구비되며, 하부에는 케이스의 상부를 관통하여 상하로 승하강되는 실린더축을 갖는 실린더와, 상기 실린더의 실린더축 하부에 상부가 연결 구비되며, 실린더축의 승하강에 따라 승하강되는 고정가이드와, 상기 고정가이드의 하부에 고정가이드의 직경에 비해 작은 직경의 환봉으로 형성되어 상부가 연결 구비되며, 하부는 원뿔형으로 형성되는 관통니들과, 상기 고정가이드와 이격된 하부에 고정가이드와 상하로 대칭 형성되어 구비되며, 내측에는 관통니들이 상하로 축이동 가능한 관통공이 형성되는 이송가이드와, 상기 이송가이드의 하부에 원통형으로 형성되어 구비되며, 하부가 개방 형성되고, 내측에는 관통니들이 이격 구비되는 밀폐케이스와, 상기 밀폐케이스의 외측에 연결 구비되며, 외부로부터 불활성 가스를 공급받아 밀폐케이스의 내측으로 공급하는 제1공급관과, 상기 고정가이드 및 이송가이드 사이에 구비되며, 상하부가 각각 고정가이드 및 이송가이드와 연결 고정되는 스프링과, 상기 케이스의 외측에 구비되어 실린더의 작동을 제어하는 제어부로 이루어진다.

Description

발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치{Discharge apparatus for waste lithium batteries with ignition and explosion protection}
본 발명은 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치에 관한 것으로, 특히 폐리튬 전지를 방전시키기 위해 폐리튬 전지에 구멍을 타공함에 있어 폐리튬 전지의 타공 부위에 불활성 가스가 상시 공급됨으로 폐리튬 전지의 타공 시 폐리튬 전지의 발화 및 폭발이 방지됨과 아울러 폐리튬 전지의 발화 및 폭발을 방지하는 불활성 가스의 낭비 또한 방지되는 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치에 관한 것이다.
통상적인 리튬 전지는 1차전지 또는 2차전지가 있으며, 이러한 리튬 전지는 연간 수백 톤이 폐기되고 있는 실정이다.
일반적으로, 국내에서는 폐리튬 전지를 처리하기 위한 방법으로, 전량을 매립하고 있다. 그러나, 실제 수거, 운반 및 처리 과정에서 전지의 방전 여부를 확인하기 어렵기 때문에 충전된 상태의 전지가 매립된다. 그런데, 전지에 사용되는 유기용매는 상온에서 불꽃이 있으면 점화되고, 320℃ 정도에서는 자연 발화하는 특성이 있다.
또한, 전지 내부에는 통상적으로 전체 금속리튬의 10%가 방전되지 않은 상태로 남아있어 대기 중 수분과 반응하여 폭발이나 화재를 일으킬 수 있다. 이렇게 폭발이나 화재가 일차로 발생하면 주변에 있는 전지에도 영향을 미침에 따라, 연쇄 폭발 및 화재가 발생할 수 있어 최근 매립장에서도 반입을 기피하고 있는 실정이며, 특히, 이차 전지는 높은 수준의 에너지를 저장하고 있기 때문에, 외부의 충격 등에 의해 화재가 발생하거나 폭발이 일어날 우려가 더욱 높다.
특히, 파우치형 이차 전지와 같이 물리적인 내구성이 낮은 이차 전지는, 외부의 충격에 취약하므로 캔형 이차 전지에 비해 발화나 폭발의 위험이 더욱 크며, 이로 인해 방전을 위한 타공을 실시하면 발화 및 폭발이 일어나게 되는 것이다.
또한, 최근에는 이차 전지가 단일의 배터리 셀로 사용되기 보다는 하나 이상의 배터리 셀의 집합체로 사용되는 경우가 많다. 이러한 배터리 셀의 집합체는 단일의 배터리 셀 보다 고용량 또는 고전압을 갖기 때문에 기존에 비해 발화나 폭발의 우려가 더욱 크며, 발화나 폭발이 일어날 경우 위험성 또한 더욱 크다고 할 것이다.
특히, 디메틸에테르(DME: dimethyl ether), 테트라하이드로퓨란(THF: Tetrahydrofuran), 프로필렌카보네이트(PC: propylene carbonate) 등의 유기용매와 양극으로 사용하고 있는 물질은, 인체의 중추신경 기능의 억제를 유발하는 매우 유해한 물질로서, 이러한 유해 물질을 포함하고 있는 전지를 매립하는 경우, 유해 물질의 유출로 인한 인체 손상뿐 아니라 주변 환경의 심각한 오염이 발생할 수 있는 문제점 또한 있는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 등록특허공보 제10-0716199호에서는 산성 용액을 이용한 습식 처리방식이 제안되고 있다. 이에 따르면, 폐리튬 전지를 황산에 14~20일 가량 방전시킨 후, 건조하고 파쇄하여 처리한다. 그러나, 이 경우, 작업자와 작업환경에 유해한 황산을 사용하게 되므로 작업자의 직업병 발생률이 높을 수 있다.
그리고, 상기 황산에 의해 부식된 전지를 건조할 때에는 화재 및 가스중독사고가 발생할 우려 또한 있는 것이다.
따라서, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결한 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치가 요구되고 있는 실정이다.
등록특허공보 제10-0716199호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 폐리튬 전지를 방전시키기 위해 폐리튬 전지에 구멍을 타공함에 있어 폐리튬 전지의 타공 부위에 불활성 가스를 상시 공급하여 폐리튬 전지의 타공 시 폐리튬 전지의 발화 및 폭발을 방지하도록 함과 아울러 폐리튬 전지의 발화 및 폭발을 방지하는 불활성 가스의 낭비 또한 방지되는 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치를 제공하는데에 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 내측에 수용 가능한 공간이 형성됨과 아울러 전후방이 각각 개방 형성되는 케이스와, 상기 케이스의 전방에 구비됨과 아울러 케이스의 전방 밀폐를 도모하도록 구비되는 전면케이스와, 상기 케이스의 후방에 구비됨과 아울러 케이스의 후방 개폐를 도모하도록 구비되는 후면케이스와, 상기 케이스의 내측 하부에 판형으로 형성되어 안착 구비되며, 상부 내측에는 하부로 내입되는 센터홈을 갖는 안착대와, 상기 케이스의 상부에 구비되며, 하부에는 케이스의 상부를 관통하여 상하로 승하강되는 실린더축을 갖는 실린더와, 상기 실린더의 실린더축 하부에 상부가 연결 구비되며, 실린더축의 승하강에 따라 승하강되는 고정가이드와, 상기 고정가이드의 하부에 고정가이드의 직경에 비해 작은 직경의 환봉으로 형성되어 상부가 연결 구비되며, 하부는 원뿔형으로 형성되는 관통니들과, 상기 고정가이드와 이격된 하부에 고정가이드와 상하로 대칭 형성되어 구비되며, 내측에는 관통니들이 상하로 축이동 가능한 관통공이 형성되는 이송가이드와, 상기 이송가이드의 하부에 원통형으로 형성되어 구비되며, 하부가 개방 형성되고, 내측에는 관통니들이 이격 구비되는 밀폐케이스와, 상기 밀폐케이스의 외측에 연결 구비되며, 외부로부터 불활성 가스를 공급받아 밀폐케이스의 내측으로 공급하는 제1공급관과, 상기 고정가이드 및 이송가이드 사이에 구비되며, 상하부가 각각 고정가이드 및 이송가이드와 연결 고정되는 스프링과, 상기 케이스의 외측에 구비되어 실린더의 작동을 제어하는 제어부로 이루어지는 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치를 제공한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치는 실린더의 작동에 의해 승하강되는 관통니들로 인해 폐리튬 전지의 타공이 용이할 뿐만 아니라 밀폐케이스의 내측으로 일정한 양의 불활성 가스가 상시 공급됨으로써, 적은 양의 불활성 가스만으로도 폐리튬 전지의 발화 및 폭발이 방지되는 이점이 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치의 개략 분해 사시도,
도 2 내지 도 3은 본 발명에 의한 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치의 개략 정면도,
도 4는 본 발명에 의한 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치를 후방에서 바라본 개략 사시도이다.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 보면 본 발명에 의한 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치는 내측에 수용 가능한 공간이 형성됨과 아울러 전후방이 각각 개방 형성되는 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 전방에 구비됨과 아울러 케이스(10)의 전방 밀폐를 도모하도록 구비되는 전면케이스(12)와, 상기 케이스(10)의 후방에 구비됨과 아울러 케이스(10)의 후방 개폐를 도모하도록 구비되는 후면케이스(14)와, 상기 케이스(10)의 내측 하부에 판형으로 형성되어 안착 구비되며, 상부 내측에는 하부로 내입되는 센터홈(16)을 갖는 안착대(18)와, 상기 케이스(10)의 상부에 구비되며, 하부에는 케이스(10)의 상부를 관통하여 상하로 승하강되는 실린더축(20)을 갖는 실린더(22)와, 상기 실린더(22)의 실린더축(20) 하부에 상부가 연결 구비되며, 실린더축(20)의 승하강에 따라 승하강되는 고정가이드(24)와, 상기 고정가이드(24)의 하부에 고정가이드(24)의 직경에 비해 작은 직경의 환봉으로 형성되어 상부가 연결 구비되며, 하부는 원뿔형으로 형성되는 관통니들(26)과, 상기 고정가이드(24)와 이격된 하부에 고정가이드(24)와 상하로 대칭 형성되어 구비되며, 내측에는 관통니들(26)이 상하로 축이동 가능한 관통공이 형성되는 이송가이드(28)와, 상기 이송가이드(28)의 하부에 원통형으로 형성되어 구비되며, 하부가 개방 형성되고, 내측에는 관통니들(26)이 이격 구비되는 밀폐케이스(30)와, 상기 밀폐케이스(30)의 외측에 연결 구비되며, 외부로부터 불활성 가스를 공급받아 밀폐케이스(30)의 내측으로 공급하는 제1공급관(32)과, 상기 고정가이드(24) 및 이송가이드(28) 사이에 구비되며, 상하부가 각각 고정가이드(24) 및 이송가이드(28)와 연결 고정되는 스프링(34)과, 상기 케이스(10)의 외측에 구비되어 실린더(22)의 작동을 제어하는 제어부(36)로 이루어진다.
먼저, 내측에 수용 가능한 공간이 형성됨과 아울러 전후방이 각각 개방 형성되는 케이스(10)가 구비된다.
이때, 상기 케이스(10)는 도 1에서와 같이 형성되는 것이나 박스 형태로 형성되어도 무방한 것이다.
상기 케이스(10)의 전방에 구비됨과 아울러 케이스(10)의 전방 밀폐를 도모하는 전면케이스(12)가 구비된다.
이때, 상기 전면케이스(12)는 케이스(10) 내측의 상황을 작업자가 주시할 수 있도록 투명한 재질로 형성됨이 바람직한 것이며, 내연성 및 충격에 강한 재질로 형성됨이 바람직한 것이다.
상기 케이스(10)의 후방에 구비됨과 아울러 케이스(10)의 후방 개폐를 도모하는 후면케이스(14)가 구비된다.
이때, 상기 후면케이스(14)는 케이스(10)의 후방을 용이하게 개폐할 수 있도록 형성되는 것이며, 도 4에서와 같이 파지 가능한 손잡이가 구비됨이 바람직한 것이다.
한편, 상기 후면케이스(14)를 통해 작업자는 폐리튬 전지를 케이스(10)의 내측으로 공급하거나 또는 타공이 끝난 폐리튬 전지를 케이스(10) 내측에서 제거하게 되는 것이다.
그리고, 상기 후면케이스(14) 또한 전면케이스(12)와 동일하게 투명한 재질로 형성되어 구비될 수 있는 것이며, 후면케이스(14)와 케이스(10) 사이에는 미도시된 자석 등이 구비되어 후면케이스(14)와 케이스(10)의 밀폐성을 더욱 높임이 바람직한 것이다.
상기 케이스(10)의 내측 하부에 판형으로 형성되어 안착 구비되며, 상부 내측에는 하부로 내입되는 센터홈(16)을 갖는 안착대(18)가 구비된다.
이때, 상기 안착대(18)에 형성되는 센터홈(16)에는 후술되는 관통니들(26)의 하부가 안착되는 것이며, 센터홈(16)으로 인해 원뿔형으로 형성되는 관통니들(26)의 하부 손상이 방지되는 것이다.
상기 케이스(10)의 상부에 구비되며, 하부에는 케이스(10)의 상부를 관통하여 상하로 승하강되는 실린더축(20)을 갖는 실린더(22)가 구비된다.
이때, 상기 실린더(22)는 후술되는 제어부(36)의 제어에 의해 작동되는 것이다.
상기 실린더(22)의 실린더축(20) 하부에 상부가 연결 구비되며, 실린더축(20)의 승하강에 따라 승하강되는 고정가이드(24)가 구비된다.
이때, 상기 실린더축(20) 및 고정가이드(24) 사이에는 도 2에서와 같이 실린더축(20)과 고정가이드(24) 사이의 간격 조절을 도모하는 볼트와 너트 형상의 간격조절수단(40)이 구비되어 후술되는 이송가이드(28)의 하부에 구비되는 밀폐케이스(30)의 하부가 케이스(10)의 내측으로 공급되는 미도시된 다양한 높이를 갖는 폐리튬 전지의 상부를 안정적으로 밀폐할 수 있도록 함이 바람직한 것이다.
상기 고정가이드(24)의 하부에 고정가이드(24)의 직경에 비해 작은 직경의 환봉으로 형성되어 상부가 연결 구비되며, 하부는 원뿔형으로 형성되는 관통니들(26)이 구비된다.
이때, 상기 관통니들(26)은 하부가 원뿔형으로 형성되어 실린더축(20)의 승하강에 따라 케이스(10)의 내측으로 공급되는 폐리튬 전지를 타공하게 되는 것이다.
상기 고정가이드(24)와 이격된 하부에 고정가이드(24)와 상하로 대칭 형성되어 구비되며, 내측에는 관통니들(26)이 상하로 축이동 가능한 관통공이 형성되는 이송가이드(28)가 구비된다.
이때, 상기 이송가이드(28)는 고정가이드(24)와 후술되는 스프링(34)으로 인해 일정한 장력을 공급받게 되는 것이며, 이로 인해 이송가이드(28)의 하부에 구비되는 밀폐케이스(30)가 케이스(10)의 내부에 공급되는 폐리튬 전지의 상부에 먼저 닿은 다음 관통니들(26)이 폐리튬 전지를 타공하게 되는 것이고, 폐리튬 전지가 타공된 이후에는 관통니들(26)이 먼저 상승된 다음 밀폐케이스(30)의 하부가 순차적으로 폐리튬 전지의 상부에서 이탈되는 것이다.
이에, 상기 폐리튬 전지가 타공되는 동안 밀폐케이스(30)의 내측은 불활성분위기가 됨으로 폐리튬 전지의 발화 및 폭발이 방지되게 되는 것이다.
상기 이송가이드(28)의 하부에 원통형으로 형성되어 구비되며, 하부가 개방 형성되고, 내측에는 관통니들(26)이 이격 구비되는 밀폐케이스(30)가 구비되며, 밀폐케이스(30)의 외측에는 외부로부터 불활성 가스를 공급받아 밀폐케이스(30)의 내측으로 공급하는 제1공급관(32)이 연결 구비된다.
이때, 상기 제1공급관(32)은 밀폐케이스(30)의 양측으로 한 쌍이 구비됨과 아울러 플렉시블한 재질로 형성되어 밀폐케이스(30)의 승하강에도 손상되지 않도록 함이 바람직한 것이며, 내연성을 갖는 재질로 형성됨이 바람직한 것이다.
또한, 상기 케이스(10)의 내측에는 도 2에서와 같이 제1공급관(32)의 상부로 이격됨과 아울러 양측으로 상호 이격되어 구비되며, 외부로부터 불활성 가스를 공급받아 케이스(10)의 내측으로 공급하는 한 쌍의 제2공급관(38)이 구비됨이 더욱 바람직한 것이며, 제2공급관(38)은 미도시된 화재발생을 감지하는 센서의 신호를 받는 제어부(36)의 제어에 의해 케이스(10)의 내측으로 불활성 가스를 공급하게 되는 것이다.
상기 고정가이드(24) 및 이송가이드(28) 사이에 구비되며, 상하부가 각각 고정가이드(24) 및 이송가이드(28)와 연결 고정되는 스프링(34)이 구비된다.
또한, 상기 케이스(10)의 외측에 구비되어 실린더(22)의 작동을 제어하는 제어부(36)가 구비된다.
이때, 상기 제어부(36)는 실린더(22)의 제어와, 제1공급관(32) 및 제2공급관(38)을 통해 공급되는 불활성 가스의 공급을 제어하도록 구비되는 것이다.
한편, 상기 관통니들(26)에 의해 타공되어 발화 및 폭발이 방지된 폐리튬 전지는 미도시된 방전액이 수용된 방전 용기 내에서 수중 방전을 통해 더욱 확실히 완전 방전됨이 더욱 바람직한 것이다.
또한, 상기 케이스(10) 상에는 불활성 가스 및 유해 가스를 포집하기 위한 포집파이프(42)의 일단이 연결 구비되며, 포집파이프(42) 타단에는 미도시된 집진기 등이 연결 구비되어 불활성 가스 및 유해 가스가 외부로 배출되는 것을 방지함이 더욱 바람직한 것이다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치는 실린더(22)의 작동에 의해 승하강되는 관통니들(26)로 인해 폐리튬 전지의 타공이 용이할 뿐만 아니라 밀폐케이스(30)의 내측으로 일정한 양의 불활성 가스가 상시 공급됨으로써, 적은 양의 불활성 가스만으로도 폐리튬 전지의 발화 및 폭발이 방지되는 이점이 있는 것이다.
10 : 케이스 12 : 전면케이스
14 : 후면케이스 16 : 센터홈
18 : 안착대 20 : 실린더축
22 : 실린더 24 : 고정가이드
26 : 관통니들 28 : 이송가이드
30 : 밀폐케이스 32 : 제1공급관
34 : 스프링 36 : 제어부
38 : 제2공급관 40 : 간격조절수단

Claims (5)

  1. 내측에 수용 가능한 공간이 형성됨과 아울러 전후방이 각각 개방 형성되는 케이스(10);
    상기 케이스(10)의 전방에 구비됨과 아울러 케이스(10)의 전방 밀폐를 도모하도록 구비되는 전면케이스(12);
    상기 케이스(10)의 후방에 구비됨과 아울러 케이스(10)의 후방 개폐를 도모하도록 구비되는 후면케이스(14);
    상기 케이스(10)의 내측 하부에 판형으로 형성되어 안착 구비되며, 상부 내측에는 하부로 내입되는 센터홈(16)을 갖는 안착대(18);
    상기 케이스(10)의 상부에 구비되며, 하부에는 케이스(10)의 상부를 관통하여 상하로 승하강되는 실린더축(20)을 갖는 실린더(22);
    상기 실린더(22)의 실린더축(20) 하부에 상부가 연결 구비되며, 실린더축(20)의 승하강에 따라 승하강되는 고정가이드(24);
    상기 고정가이드(24)의 하부에 고정가이드(24)의 직경에 비해 작은 직경의 환봉으로 형성되어 상부가 연결 구비되며, 하부는 원뿔형으로 형성되는 관통니들(26);
    상기 고정가이드(24)와 이격된 하부에 고정가이드(24)와 상하로 대칭 형성되어 구비되며, 내측에는 관통니들(26)이 상하로 축이동 가능한 관통공이 형성되는 이송가이드(28);
    상기 이송가이드(28)의 하부에 원통형으로 형성되어 구비되며, 하부가 개방 형성되고, 내측에는 관통니들(26)이 이격 구비되는 밀폐케이스(30);
    상기 밀폐케이스(30)의 외측에 연결 구비되며, 외부로부터 불활성 가스를 공급받아 밀폐케이스(30)의 내측으로 공급하는 제1공급관(32);
    상기 고정가이드(24) 및 이송가이드(28) 사이에 구비되며, 상하부가 각각 고정가이드(24) 및 이송가이드(28)와 연결 고정되는 스프링(34);
    상기 케이스(10)의 외측에 구비되어 실린더(22)의 작동을 제어하는 제어부(36);
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전면케이스(12)는 투명한 재질로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1공급관(32)은 밀폐케이스(30)의 양측으로 한 쌍이 구비됨과 아울러 플렉시블한 재질로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(10)의 내측에는 제1공급관(32)의 상부로 이격됨과 아울러 양측으로 상호 이격되어 구비되며, 외부로부터 불활성 가스를 공급받아 케이스(10)의 내측으로 공급하는 한 쌍의 제2공급관(38)이 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실린더축(20) 및 고정가이드(24) 사이에는 실린더축(20)과 고정가이드(24) 사이의 간격을 조절하는 간격조절수단(40)이 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 발화 및 폭발 방지 기능을 갖는 폐리튬 전지용 방전장치.
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