KR102526390B1 - 가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비 - Google Patents

가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 건조드럼(11), 건조드럼(11)의 상부 일측부위에 마련되는 원료투입구(16), 건조드럼(11)의 하부 중앙에 마련되는 원료배출구(17), 건조드럼(11)의 상부 타측 부위에 마련되는 배기구(18), 회전축(12)의 일단부위와 치합되는 구동유닛(20), 원료투입구(16)와 연결되는 원료공급유닛(30), 배기구(18)와 연결되는 집진유닛(40)을 포함하는 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비에 있어서, 상기 건조드럼(11)의 외측부위에는, 건조드럼(11)의 외면과 일정간격을 이루며 건조드럼(11)의 외측공간을 밀폐하며 건조드럼(11)의 외측부위에 가열공간(112)을 형성하는 가열드럼(110)이 마련되며; 상기 건조드럼(11)과 가열드럼(110) 사이 공간에는, 상호 간에 일정간격 이격되어 방사형으로 배치되는 복수 개로 이루어지되 각각에 복수 개의 유동공(121)이 형성되어 가열공간(112)을 구획하는 가이드스트립(120)이 마련되고; 상기 가열드럼(110)의 외측부위에는, 가열드럼(110)의 외면과 일정간격을 이루며 가열드럼(110)의 외측공간을 밀폐하며 가열드럼(110)의 외측부위에 단열공기층(132)을 형성하는 단열드럼(130)이 마련되며; 상기 단열드럼(130)의 하측부위에는 상호 간에 일정간격 이격되어 배치되되 각각의 상단부위가 단열드럼(130)을 관통하며 가열드럼(110)의 내부공간과 연통되는 복수 개의 가열공기유입구(111)가 마련되고, 상기 단열드럼(130)의 상측부위에는 상호 간에 일정간격 이격되어 배치되되 각각의 하단부위가 단열드럼(130)을 관통하며 가열드럼(110)의 내부공간과 연통되는 복수 개의 냉각공기배출구(115)가 마련되고; 상기 단열드럼(130)의 타측부위에는, 내부에 일정크기의 열전달공간(144)이 마련되고 일측부위 및 타측부위 각각이 가열공기유입구(111) 및 냉각공기배출구(115) 각각과 배관으로 연결되는 가열몸체(141), 상호 간에 일정간격 이격되어 열전달공간(144)에 배치되는 복수 개의 히터(145)가 구비되는 가열유닛(140)이 마련되는; 것을 특징으로 하는 가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비를 제공한다.

Description

가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비{Drying equipment of metal powders in anode material for secondary batteries using by heating air}
본 발명은 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 소형의 설비로 금속분말을 일정 수준 이상으로 건조시키는 것이 가능할 뿐 아니라 건조과정에서 대기를 통한 열손실은 최소화하면서도 건조분말로의 열전달량은 최대한으로 유지하여 매우 효율적으로 금속분말을 건조시킬 수 있는 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비에 관한 것이다.
충전하여 재사용이 가능한 2차 전지는 스마트폰은 물론 노트북과 같은 다양한 개인용 소형 휴대기기에 널리 사용되고 있으며, 근자에는 전기 자동차와 같이 대형 이동기구의 주요한 동력원으로 기능하면서 전 세계적으로 기술개발이 앞다퉈 이루어지고 있다.
이러한 2차 전지에서 양극재는 2차 전지의 용량 및 출력을 좌우하는 주요한 부분으로, 양극재를 제조하기 위해서는 리튬, 니켈, 코발트, 알루미늄 등과 같은 금속의 원료분말이 필요하다. 이때, 원료가 되는 금속분말에 수분이 함유되면 양극재 자체의 품질이 저하될 수 있어 관련업계는 도 8에 개시되어 있는 것과 같은 금속분말의 수분을 제거하는 건조설비를 운용하고 있다.
일반적인 종래 금속분말의 건조설비는 도 3에 개시된 것과 같이, 내부에 일정크기의 공간이 마련되는 드럼(10), 드럼(10)의 좌우 개구부를 밀폐하는 측면커버(10A, 10B), 드럼(10)의 내부 중심축을 가로지르는 회전축에 방사형으로 마련되는 교반날개(440), 드럼(10)의 상부 일측 부위 및 하부 중앙 각각에 마련되는 원료투입구(102) 및 원료배출구를 포함하여 구성된다.
이때, 드럼(10)의 외면에는 가열된 유체가 지속적으로 공급된다. 이러한 구성을 통해 금속분말이 원료투입구(102)로 투입되면, 금속분말은 교반날개(440)에 의해 일측에서 타측으로 이동하게 되고, 그 이동 과정에서 유체로부터 전달되는 열에 의해 금속분말에 함유되어 있는 수분은 증발되며 제거되고, 수분이 제거된 금속분말은 원료배출구를 통해 배출되어 회수된다.
이러한 종래 금속분말의 건조설비에 있어 수분을 제거하는 수단으로 공급되는 가열매체는 오일이나 스팀이 주로 사용되고 있는데, 오일을 가열매체로 사용하는 경우 일정 온도 이상으로 유지하기 위해서는 큰 용량의 열원이 필요할 뿐 아니라 불순물 등을 제거하기 위한 필터부재 등과 같은 다양한 부품이 필요하여 가열에 따른 설비가 대형화되는 단점이 있다.
이에 비해, 물을 가열하여 얻을 수 있는 스팀을 가열매체로 사용하게 되면 오일과 달리 대형의 가열설비가 필요치 않은 장점은 있으나, 스팀이 갖고 있는 특성으로 인해 배관이나 드럼 등이 부식될 수 있다는 점에서 주기적인 점검이 필요로 하며, 설비의 작동 과정 중에 드럼의 표면에 균열이 발생하는 경우 다량의 수분을 함유하는 있는 스팀이 드럼 내부로 침투하여 금속분말을 오염시킬 수 있는 문제점을 가지고 있었다.
대한민국 등록특허 제1777977호 대한민국 공개특허 제2020-0107727호
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 소형의 설비로 작동 가능한 가열공기를 이용하여 양극재의 원료 금속분말에 함유되어 있는 수분을 용이하게 제거하며 장시간 안정적으로 운영할 수 있을 뿐 아니라 가열공기가 지닌 열에너지를 매우 효율적으로 이용할 수 있는 건조설비를 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 내부에 일정크기의 공간이 마련되는 건조드럼(11), 건조드럼(11)의 중심축부위를 관통하는 회전축(12), 회전축(12)을 따라 방사형으로 복수 개가 마련되는 교반날개(13), 건조드럼(11)의 상부 일측부위에 마련되는 원료투입구(16), 건조드럼(11)의 하부 중앙에 마련되는 원료배출구(17), 건조드럼(11)의 상부 타측 부위에 마련되는 배기구(18), 회전축(12)의 일단부위와 치합되는 구동유닛(20), 원료투입구(16)와 연결되는 원료공급유닛(30), 배기구(18)와 연결되는 집진유닛(40)을 포함하는 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비에 있어서, 상기 건조드럼(11)의 외측부위에는, 건조드럼(11)의 외면과 일정간격을 이루며 건조드럼(11)의 외측공간을 밀폐하며 건조드럼(11)의 외측부위에 가열공간(112)을 형성하는 가열드럼(110)이 마련되며; 상기 건조드럼(11)과 가열드럼(110) 사이 공간에는, 상호 간에 일정간격 이격되어 방사형으로 배치되는 복수 개로 이루어지되 각각에 복수 개의 유동공(121)이 형성되어 가열공간(112)을 구획하는 가이드스트립(120)이 마련되고; 상기 가열드럼(110)의 외측부위에는, 가열드럼(110)의 외면과 일정간격을 이루며 가열드럼(110)의 외측공간을 밀폐하며 가열드럼(110)의 외측부위에 단열공기층(132)을 형성하는 단열드럼(130)이 마련되며; 상기 단열드럼(130)의 하측부위에는 상호 간에 일정간격 이격되어 배치되되 각각의 상단부위가 단열드럼(130)을 관통하며 가열드럼(110)의 내부공간과 연통되는 복수 개의 가열공기유입구(111)가 마련되고, 상기 단열드럼(130)의 상측부위에는 상호 간에 일정간격 이격되어 배치되되 각각의 하단부위가 단열드럼(130)을 관통하며 가열드럼(110)의 내부공간과 연통되는 복수 개의 냉각공기배출구(115)가 마련되고; 상기 단열드럼(130)의 타측부위에는, 내부에 일정크기의 열전달공간(144)이 마련되고 일측부위 및 타측부위 각각이 가열공기유입구(111) 및 냉각공기배출구(115) 각각과 배관으로 연결되는 가열몸체(141), 상호 간에 일정간격 이격되어 열전달공간(144)에 배치되는 복수 개의 히터(145)가 구비되는 가열유닛(140)이 마련되되, 상기 가열유닛(140)의 히터(145) 각각은 복수 개의 관통공(148)이 형성되는 가열관(147)에 의해 보호되는; 것을 그 기술적 특징으로 한다.
상기 가이드스트립(120) 각각의 사이 간격은 가열드럼(110)의 하측부위에서 상측부위로 갈수록 증가할 수 있다.
상기 인접하는 가이드스트립(120)의 유동공(121) 각각은 상호 대향하지 않고 어긋나도록 형성될 수 있다.
상기 단열드럼(130)과 가열드럼(110) 사이 간격 △ℓ2는 상기 가열드럼(110)과 건조드럼(11) 사이 간격 △ℓ1보다 크게 형성될 수 있다.
상기 가열공기유입구(111)의 내부에는 유입되는 가열공기를 건조드럼(11)과 가열드럼(110) 사이에 형성되는 공간의 좌우로 분배하기 위한 분배판(112)이 마련될 수 있다.
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본 발명은 히터를 이용하여 공기를 가열한 다음 가열된 공기를 건조드럼 외측부위를 감싸는 가열공간으로 유입시켜 건조드럼 내부공간에서 교반되는 금속분말을 건조시키는 방식이라는 점에서, 종래와 달리 소형의 설비로도 의도하는 온도 범위로 매체를 충분히 가열할 수 있음은 물론 배관이나 건조드럼 자체가 부식되는 현상이 발생하지 않아 설비를 장시간 안정적으로 운영할 수 있으며, 작동 과정에서 건조드럼의 표면에 균열 등이 발생하여 가열매체가 건조드럼의 내부 공간으로 침투하더라도 금속분말을 오염시키는 상황이 발생하지 않는다.
또한, 본 발명은 가열공간의 외측부위에는 단열공기층을 형성하고, 가열공간은 복수 개의 가이드스트립으로 구획하여 가열공기가 유동공을 통해 지그재그로 이동하도록 구성함으로써, 대기를 통한 가열공기의 열손실은 최소화하면서도 가열공기로부터 건조분말로의 열전달량은 최대한으로 유지할 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명에 따른 건조설비에 대한 개략적인 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 건조유닛의 개략적인 외관 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 건조유닛의 개략적인 단면 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 건조유닛에 있어 가열공기유입구의 개략적인 단면 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 건조유닛 및 가열유닛 상호 간의 개략적인 결합 구성도.
도 6a는 본 발명에 따른 건조유닛에 있어 가이드스트립의 개략적인 구성도.
도 6b는 본 발명에 따른 건조유닛에 있어 인접하는 가이드스트립 사이 공간을 유동하는 가열공기의 개략적인 구성도.
도 7a는 본 발명에 따른 가열유닛의 개략적인 단면 구성도.
도 7b는 본 발명에 따른 가열유닛에 있어 히터 및 보호관의 개략적인 단면 구성도.
도 8은 종래 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비에 대한 개략적인 일 구성도.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비에 관한 것으로, 건조유닛, 구동유닛(20), 가열유닛(140), 원료공급유닛(30), 집진유닛(40)을 포함하여 이루어지는 특징이 있다. 이하 이들 각각의 구성을 구체적으로 살펴본다.
건조유닛은 2차 전지의 양극재 원료가 되는 금속분말을 건조시키는 유닛으로, 도 1에 개시된 것과 같이, 건조드럼(11), 회전축(12) 및 교반날개(13), 원료투입구(16) 및 원료배출구(17), 그리고 배기구(18)가 마련된다.
건조드럼(11)은 그 내부에 일정크기의 공간이 마련된다. 도면에는 건조드럼(11)이 단일 구조로 이루어지는 경우가 개시되어 있으나, 본 발명은 건조드럼(11)이 복수 개로 이루어지는 경우를 배제하지 않는다. 건조드럼(11)이 복수 개로 이루어지는 경우, 각 건조드럼의 내부 공간은 상호 연통되는 구조로 이루어지는 것이 바람직다.
회전축(12)은 건조드럼(11)의 중심축부위를 관통한다. 도면부호 14는 건조드럼(11)의 양측면부위를 밀폐하는 측면커버로서, 회전축(12)은 그 양단부위가 측면커버(14) 각각을 관통하며 건조드럼(11)의 중심축을 이룬다. 측면커버(14) 각각의 일측면부위 및 타측면부위 각각은 도면과 같이 고정측판에 고정결합될 수 있으며, 이럴 경우 회전축(12)의 양단부위는 고정측판 각각을 관통하여 위치한다.
교반날개(13)는 건조드럼(11) 내부공간으로 투입되는 금속분말을 골고루 섞는 수단으로, 회전축(12)을 따라 방사형으로 복수 개가 마련된다. 이때, 교반날개(13) 각각은 도면과 같이, 건조드럼(11) 내부 공간에 투입되는 금속분말을 일방향으로 밀어낼 수 있도록 일정 각도 경사져 형성될 수 있다.
원료투입구(16)는 건조드럼(11)의 상부 일측부위에 마련되며, 그 하단부위는 건조드럼(11)의 내부 공간과 연통된다. 원료배출구(17)는 건조드럼(11)의 하부 중앙부위에 마련되며, 그 상단부위는 건조드럼(11)의 내부 공간과 연통되며, 하측부위는 미도시된 원료수거유닛과 연결된다. 원료배출구의 개폐는 미도시된 제어유닛의 제어신호에 따라 작동된다.
배기부(18)는 금속분말에 대한 건조과정에서 생성되는 수증기 등을 외부로 배출시키는 부분으로, 건조드럼(11)의 상부 타측부위에 마련된다. 배기부(18)의 하단부위는 건조드럼(11)의 내부 공간과 연통되며, 배기부(18)에는 금속분말을 필터링하여 건조드럼(11) 내부 공간으로 낙하시키는 필터가 마련될 수도 있다.
이때, 본 발명은 도 2 내지 도 5 각각에 개시된 것과 같이, 건조드럼(11) 외측으로 가열드럼(110) 및 가이드스트립(120), 그리고 단열드럼(130) 각각이 마련되는 경우를 제안한다.
가열드럼(110)은 건조드럼(11)의 외측부위에 마련되며, 건조드럼(11)의 외면과 일정간격을 이루며 건조드럼(11)의 외측공간을 밀폐한다. 이에 따라, 건조드럼(11)의 외면부위와 가열드럼(110)의 내면부위 사이에는 환형의 공간이 형성되며, 이 공간이 가열공간(112)으로 작용한다.
가이드스트립(120)은 건조드럼(11)과 가열드럼(110) 사이 공간에 형성되는 가열공간(112)에 설치되며, 상호 간에 일정간격 이격되어 방사형으로 배치되는 복수 개로 이루어지는 복수 개로 이루어진다. 가이드스트립(120) 각각에는 도 6a와 같이, 복수 개의 유동공(121)이 형성된다.
가열공간(112)에 가이드스트립(120)이 상호 간에 일정간격 이격되어 복수 개가 배치되면, 가열공간(112)은 가이드스트립(120)에 의해 복수 개의 공간으로 구획된다. 이에 따라, 후술할 가열유닛(140)에 의해 가열공간으로 유입되는 가열공기는 각 유동공(121)을 통해 인접한 공간으로 순차적으로 이동하며 상측으로 향한다.
이때, 도 5와 같이, 가이드스트립(120) 각각의 사이 간격은 가열드럼(110)의 하측부위에서 상측부위로 갈수록 증가하는 구조로 이루어질 수도 있다. 이럴 경우, 가열공간(112)의 하측부위에는 가이드스트립(120)이 상대적으로 많이 배치됨에 따라 구획되는 공간 개수가 늘어나고, 가열공간(112)의 상측부위에는 가이드스트립(120)이 상대적으로 적게 배치됨에 따라 구획되는 공간 개수가 줄어든다.
일반적으로 건조과정은 건조분말(11) 내부공간의 1/2 내지 2/3 사이 범위로 건조분말을 채운 상태에서 진행되기 때문에, 교반날개(13)가 회전하더라도 건조분말의 대부분은 건조드럼(11)의 하측부위에 주로 위치한다. 따라서, 건조분말로의 열전달량을 높이기 위해서는 일정 온도 이상을 가지는 가열공기는 가급적 가열공간(112)의 하측부위에 오래 머무도록 유도하는 것이 좋다.
가열공기가 이동하는 통로로서의 가열공간(112)은 가이드스트립(120)에 의해 구획되는데, 도면과 같이 가열공간(112)의 하측부위에 상대적으로 많은 가이드스트립(120)을 배치하여 많은 공간으로 구획하게 되면, 가열공기는 가열공간의 하측부위에서 상대적으로 많은 구획 공간을 순차적으로 통과해야 하기 때문에 건조분말에 대한 열전달량은 상당수준 이상으로 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 도 6b에 개시된 것과 같이, 인접하는 가이드스트립(120)의 유동공(121) 각각은 상호 대향하지 않고 어긋나도록 형성되는 경우를 배제하지 않는다. 전술한 바와 같이, 건조분말로의 열전달량은 가열공기의 이동경로가 증가할수록 증가하게 되는데, 도 6b와 같이 구성하면 구획된 각 공간을 이동하는 가열공기의 경로를 증가시키는 것이 가능하다.
단열드럼(130)은 가열드럼(110)의 외측부위에 마련되며, 가열드럼(110)의 외면과 일정간격을 이루며 가열드럼(110)의 외측공간을 밀폐한다. 이에 따라, 가열드럼(110)의 외면부위와 단열드럼(130)의 내면부위 사이에는 환형의 단열공간이 형성된다. 본 발명은 이 단열공간에 공기를 충전시켜, 단열공기층(132)으로 작용하는 경우를 제안한다.
이처럼, 가열드럼(110) 외측부위를 대기 중에 직접 노출시키지 않고, 가열드럼(110) 외측에 일정 폭을 가지는 단열공기층(132)을 형성하여 가열드럼(110)과 대기 사이에 완충공간을 만들게 되면, 일정 온도 이상으로 가열되어 가열공간(112)으로 유입되는 가열공기의 열손실량을 최소화하고 건조분말로의 열전달량을 최대화할 수 있다. 도면부호 131은 건조드럼(11)의 점검도어이며, 도면부호 1은 지지대이다.
가열드럼(110) 외측부위에 단열드럼(130)을 마련함에 있어, 본 발명은 도 5에 개시된 것과 같이, 단열드럼(130)과 가열드럼(110) 사이 간격 △ℓ2를 가열드럼(110)과 건조드럼(11) 사이 간격 △ℓ1보다 크게 형성하는 경우를 배제하지 않는다.
전술한 바와 같이, 단열드럼(130)에 의해 형성되는 단열공기층(132)은 단열드럼(130) 외측부위가 접하는 대기와 가열드럼(110)의 가열공간(112)을 따라 이동하는 가열공기 사이에서 완충지대를 이루게 되며, 대기와 가열공간(112) 사이에 형성되는 이러한 완충지대를 이루는 단열공기층(132)은 그 체적에 비례하는 열용량을 가지게 된다.
따라서, 단열공기층(132)의 체적이 증가하면 열용량 역시 이에 비례하여 증가하여, 가열공간(112)을 따라 이동하는 가열공기로부터 더 많은 열을 흡수하고 이를 대기로 전달하게 된다. 하지만, 단열공기층(132)이 일정 온도에 이르면 그 전에 비해 더욱 많은 열이 전달되어야 온도가 증가한다. 본 발명은 바로 이러한 점을 감안하여, 단열공기층(132)의 체적을 가열공간(112)보다 크게 형성함으로써 가열공기의 열손실을 최대한 억제할 수 있다.
가열공기유입구(111)는 단열드럼(130)의 하측부위에서 상호 간에 일정간격 이격되어 배치되는 복수 개로 이루어지며, 각각의 상단부위는 단열드럼(130)을 관통하며 가열드럼(110)의 내부공간과 연통된다. 냉각공기배출구(115)는 단열드럼(130)의 상측부위에서 상호 간에 일정간격 이격되어 배치되는 복수 개로 이루어지며, 각각의 하단부위는 단열드럼(130)을 관통하며 가열드럼(110)의 내부공간과 연통된다.
미설명 도면부호 114는 가열유닛(140)으로부터 공급되는 가열공기를 분배하는 분배관으로 가열공기유입구(111) 각각의 하단부위와 연결된다. 미설명 도면부호 117은 냉각공기를 합류시켜 가열유닛(140)으로 전달하는 합류관으로 냉각공기배출구(115) 각각의 상단부위와 연결된다.
본 발명은 단열드럼(130)의 하측부위에 마련되는 가열공기유입구(111) 각각에 도 4와 같이, 분배판(113)이 마련되는 경우를 제안한다. 분배판(113)은 가열공기유입구(111) 각각을 통해 유입되는 가열공기를 환형으로 이루어지는 가열공간(112) 좌우 각각으로 분배하기 위한 수단이다. 이럴 경우, 가열공기가 건조드럼(11)의 외부를 감싸는 가열공간(112)으로 적절하게 분배되어 건조드럼 내부로의 열전달이 보다 빠르고 효율적으로 이루어질 수 있다.
가열유닛(140)은 단열드럼(130)의 타측부위에 설치되며, 가열몸체(141), 히터(145)를 포함하여 이루어진다. 가열몸체(141)에는 일정크기의 열전달공간(144)이 형성되며, 일측부위 및 타측부위 각각에는 배출부(143)와 유입부(142)가 마련된다. 배출부(143)는 배관에 의해 가열공기유입구(111)와 연결되고, 유입부(142)는 배관에 의해 냉각공기배출구(115)와 연결된다.
히터(145)는 상호 간에 일정간격 이격되는 복수 개로 이루어져 열전달공간(144)에 배치된다. 이때, 열전달공간(144)에 배치되는 히터(145)는 비금속 발열체로서 상대적으로 고온으로 발열할 수 있는 SIC(Silicon Carbide) 히터로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명은 도 7a와 같이, 히터(145) 각각은 가열관(147)에 의해 보호되는 구성을 제안한다. 가열관(157) 각각은 금속관으로 이루어질 수 있으며, 가열관(147) 각각에는 복수 개의 관통공(148)이 형성된다. 관통공(148)은 가열공기가 유동하는 통로이다. 히터(145)가 SIC 히터로 이루어지는 경우, 보호관(147)은 공기 중의 산소로 인해 히터의 표면부위가 산화되는 현상을 최대한 억제할 수 있다.
도면부호 150은 송풍유닛으로, 냉각공기배출구(16)로부터 배출되는 냉각공기를 가열유닛(140)으로 공급한다. 도면에 개시되지는 않았지만, 냉각공기배출구(16)와 송풍유닛(150) 사이에 냉각유닛이 마련될 수도 있다. 냉각유닛은 냉각공기배출구(16)로부터 배출되는 냉각공기가 일정 온도 이상인 경우 송풍유닛(150)가 손상되는 경우를 미연에 방지할 수 있다.
구동유닛(20)은 회전축(12)을 구동시키는 부분으로, 도 1과 같이, 건조드럼(11)의 일측부위로부터 일정간격 이격되어 위치하여 회전력을 생성시키는 구동모터(21), 생성된 회전력을 제어하는 감속기(23), 회전축(12)의 일단부위와 치합되는 구동축(25)을 포함하여 이루어질 수 있다.
원료공급유닛(30)은 원료투입구(16)와 연결되며, 미도시된 제어유닛의 신호에 따라 일정량의 금속분말을 원료투입구(16)로 공급한다. 집진유닛(40)은 배기구(18)와 연결된다. 미설명 도면부호 41은 진공펌프이다.
이러한 구성으로 이루어지는 본 발명의 개략적인 작동 구성을 전술한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.
미도시된 제어유닛의 신호가 입력되면, 구동유닛(20) 및 가열유닛(140)이 작동한다. 구동유닛(20)이 작동하면, 구동축(25)과 치합되어 있는 회전축(12)이 교반날개(13)와 함께 서서히 회전한다. 그리고, 가열유닛(140)이 작동하면, 도 5와 같이, 송풍유닛(150)에 의해 공기가 유입부(142)를 통해 열전달공간(144)으로 유입된다.
이때, 열전달공간(144)에 배치되어 있는 히터(145)는 고온으로 발열되고 있는 상태이기 때문에, 열전달공간(144)으로 유입된 공기는 도 7a 및 도 7b 각각과 같이, 히터(145)에 의해 600℃ ~ 700℃로 가열되어 배출부(143)를 통해 가열공기분배관(114)으로 이동한다. 히터(145)에 의한 공기로의 열전달은, 관통공(148)을 통과하며 지나가는 공기로 직접 전달되거나 또는 보호관(147)을 통해 보호관(147) 주위로 이동하는 공기로 간접 전달된다.
가열공기분배관(114)으로 이동한 가열공기는 가열공기유입구(111) 각각으로 분배된 다음, 도 4와 같이 가이드스트립(120)에 의해 복수 개의 공간으로 구획된 가열공간(112)의 하측부위로 진입한다. 가열공기가 가열공간(112)의 하측부위로 진입하면, 가이드스트립(120)에 형성된 유동공(121)을 통해 인접하는 공간으로 순차적으로 이동하면서 가열(112)의 상측부위로 나아간다.
이 상태에서 원료공급유닛(30)에 제어신호가 전달되면, 일정량의 양극재 금속분말이 원료투입구(16)를 통해 건조드럼(11)의 내부 공간으로 순차적으로 투입된다. 구동유닛(20)이 작동하고 있기 때문에, 건조드럼(11) 내부로 순차적으로 투입되는 금속분말은 구동축(2)과 치합되어 회전하는 회전축(12)의 교반날개(13)에 의해 골고루 섞이면서, 건조드럼(11)의 내부공간 일방향에서 타방향으로 회전하면서 서서히 밀려나간다.
이때, 가열공간(112)의 하측부위로 진입한 가열공기는, 복수 개의 가이드스트립(120)에 의해 구획되는 각 공간을 개별 가이드스트립(120)에 형성되는 유동공(121)을 통해 이동하기 때문에 그 이동시간 및 이동경로가 길어진다. 이에 따라, 건조드럼(11)의 교반날개(13)에 의해 회전하며 이동하는 금속분말은 가열공기로부터 충분한 양의 열을 전달받으며 건조된다.
한편, 가열공기가 이동하는 가열공간(112)의 외측에는 단열드럼(130)에 의해 밀폐되는 공간으로서의 단열공기층(132)이 둘러싸고 있으며, 단열공기층(132)의 온도는 가열공기보다 낮기 때문에 가열공기의 열 중 일부가 단열공기층(132)으로 전달되며 열손실이 발생한다. 하지만, 이러한 열손실은 단열공기층(132)이 일정 온도에 다다르면서 서서히 감소하면서 일정 수준에 머무르게 된다.
가열공기로부터 전달되는 열에 의해 건조된 금속분말은 원료배출구(17)를 통해 순차적으로 배출되어 회수되며, 원료배출구(17)로 배출되는 금속분말에 대응하여 원료공급유닛(30)으로부터 새로운 금속분말이 원료투입구(16)를 통해 건조드럼(11)으로 투입된다. 그리고, 금속분말들과 분리되며 증발된 수증기는 공기와 함께 배기구(18)로 배출된다.
가이드스트립(120)에 의해 구획된 각 공간을 따라 이동하는 과정 중에 건조드럼(11) 내부공간의 금속분말로 열을 전달하며 500 ~ 600℃로 냉각된 공기는, 가열공간(120)의 상측부위로 진입한 다음 냉각공기배출구(115) 및 냉각공기합류관(117)을 거쳐 건조유닛을 빠져나간다. 건조유닛을 빠져나간 냉각공기는 송풍유닛(150)에 의해 가열유닛(140)으로 공급되며, 다음의 열전달 과정을 준비하며 순환한다.
이처럼, 본 발명은 공기를 가열매체로 이용하는 구성이라는 점에서 종래와 달리 배관이나 건조드럼 자체가 부식되는 현상이 발생하지 않아 설비를 장시간 안정적으로 운영할 수 있으며, 작동 과정에서 건조드럼의 표면에 균열 등이 발생하여 가열매체가 건조드럼의 내부 공간으로 침투하더라도 금속분말을 오염시키는 상황이 발생하지 않는다.
또한, 본 발명은 매체가 가열이 용이한 공기라는 점에서 소형의 설비로도 의도하는 온도 범위로 매체를 충분히 가열할 수 있으며, 나아가 가열공간의 외측부위에는 단열공기층을 형성하고 가열공기는 유동공을 통해 인접하는 공간으로 순차적으로 이동하도록 구성함으로써 대기에 의한 열손실은 최소화하고 건조분말로의 열전달량은 최대한으로 유지할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
11 : 건조드럼 12 : 회전축
13 : 교반날개 16 : 원료투입구
17 : 원료배출구 18 : 배기구
20 : 구동유닛 30 : 원료공급유닛
40 : 집진유닛
110 : 가열드럼 111 : 가열공기유입구
112 : 가열공간 113 : 분배판
115 : 냉각공기배출구 120 : 가이드스트립
121 : 유동공 130 : 단열드럼
132 : 단열공기층 140 : 가열유닛
145 : 히터 147 : 보호관
148 : 관통공 150 : 송풍유닛
15 : 원료투입구 16 : 원료배출구
17 : 배기구 111 : 드럼커버
112 : 가열공간 113 : 가열공기유입구
115 : 냉각공기배출구 116 : 냉각기
117 : 송풍기 118 :가열기

Claims (6)

  1. 내부에 일정크기의 공간이 마련되는 건조드럼(11), 건조드럼(11)의 중심축부위를 관통하는 회전축(12), 회전축(12)을 따라 방사형으로 복수 개가 마련되는 교반날개(13), 건조드럼(11)의 상부 일측부위에 마련되는 원료투입구(16), 건조드럼(11)의 하부 중앙에 마련되는 원료배출구(17), 건조드럼(11)의 상부 타측 부위에 마련되는 배기구(18), 회전축(12)의 일단부위와 치합되는 구동유닛(20), 원료투입구(16)와 연결되는 원료공급유닛(30), 배기구(18)와 연결되는 집진유닛(40)을 포함하는 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비에 있어서,
    상기 건조드럼(11)의 외측부위에는, 건조드럼(11)의 외면과 일정간격을 이루며 건조드럼(11)의 외측공간을 밀폐하며 건조드럼(11)의 외측부위에 가열공간(112)을 형성하는 가열드럼(110)이 마련되며;
    상기 건조드럼(11)과 가열드럼(110) 사이 공간에는, 상호 간에 일정간격 이격되어 방사형으로 배치되는 복수 개로 이루어지되 각각에 복수 개의 유동공(121)이 형성되어 가열공간(112)을 구획하는 가이드스트립(120)이 마련되고;
    상기 가열드럼(110)의 외측부위에는, 가열드럼(110)의 외면과 일정간격을 이루며 가열드럼(110)의 외측공간을 밀폐하며 가열드럼(110)의 외측부위에 단열공기층(132)을 형성하는 단열드럼(130)이 마련되며;
    상기 단열드럼(130)의 하측부위에는 상호 간에 일정간격 이격되어 배치되되 각각의 상단부위가 단열드럼(130)을 관통하며 가열드럼(110)의 내부공간과 연통되는 복수 개의 가열공기유입구(111)가 마련되고, 상기 단열드럼(130)의 상측부위에는 상호 간에 일정간격 이격되어 배치되되 각각의 하단부위가 단열드럼(130)을 관통하며 가열드럼(110)의 내부공간과 연통되는 복수 개의 냉각공기배출구(115)가 마련되고;
    상기 단열드럼(130)의 타측부위에는, 내부에 일정크기의 열전달공간(144)이 마련되고 일측부위 및 타측부위 각각이 가열공기유입구(111) 및 냉각공기배출구(115) 각각과 배관으로 연결되는 가열몸체(141), 상호 간에 일정간격 이격되어 열전달공간(144)에 배치되는 복수 개의 히터(145)가 구비되는 가열유닛(140)이 마련되되, 상기 가열유닛(140)의 히터(145) 각각은 복수 개의 관통공(148)이 형성되는 가열관(147)에 의해 보호되는; 것을 특징으로 하는 가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드스트립(120) 각각의 사이 간격은 가열드럼(110)의 하측부위에서 상측부위로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인접하는 가이드스트립(120)의 유동공(121) 각각은 상호 대향하지 않고 어긋나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단열드럼(130)과 가열드럼(110) 사이 간격 △ℓ2는 상기 가열드럼(110)과 건조드럼(11) 사이 간격 △ℓ1보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열공기유입구(111)의 내부에는 유입되는 가열공기를 건조드럼(11)과 가열드럼(110) 사이에 형성되는 공간의 좌우로 분배하기 위한 분배판(113)이 마련되는 것을 특징으로 하는 가열공기를 이용한 2차 전지용 양극재 금속분말의 건조설비.
  6. 삭제
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100722548B1 (ko) * 2006-07-13 2007-05-29 김진문 건조기
JP5042554B2 (ja) * 2006-05-19 2012-10-03 鋼一 伊藤 乾燥装置
KR101777977B1 (ko) 2016-09-21 2017-09-12 손영근 2차전지 제조를 위한 금속분말의 건조장치 및 건조방법
KR102028654B1 (ko) * 2019-03-08 2019-10-04 대성기계공업 주식회사 이차전지의 양극재 제조를 위한 분말원료 건조장치 및 이를 이용하는 분말원료 처리방법
KR20200107727A (ko) 2019-03-08 2020-09-16 대성기계공업 주식회사 이차전지의 양극재 제조를 위한 분말원료 건조장치 및 이를 이용하는 분말원료 처리방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5042554B2 (ja) * 2006-05-19 2012-10-03 鋼一 伊藤 乾燥装置
KR100722548B1 (ko) * 2006-07-13 2007-05-29 김진문 건조기
KR101777977B1 (ko) 2016-09-21 2017-09-12 손영근 2차전지 제조를 위한 금속분말의 건조장치 및 건조방법
KR102028654B1 (ko) * 2019-03-08 2019-10-04 대성기계공업 주식회사 이차전지의 양극재 제조를 위한 분말원료 건조장치 및 이를 이용하는 분말원료 처리방법
KR20200107727A (ko) 2019-03-08 2020-09-16 대성기계공업 주식회사 이차전지의 양극재 제조를 위한 분말원료 건조장치 및 이를 이용하는 분말원료 처리방법

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