KR20220041424A - 튜브 모듈 및 그를 포함하는 튜브 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 튜브 모듈은 중공이 형성되고, 세라믹 재질로 이루어진 튜브, 상기 튜브의 외주면을 감싸고, 세라믹 재질로 이루어진 단열재, 상기 단열재의 양쪽면 테두리를 따라 각각 구비되고, 띠 형태로 이루어진 플랜지, 및 상기 튜브의 내벽에서 중공 방향으로 연장되어 원료의 이동을 유도하는 교반 부재를 포함한다.

Description

튜브 모듈 및 그를 포함하는 튜브 조립체{TUBE MODULE AND TUBE ASSEMBLY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 수평 회전식 소성로에 적용되는 튜브 모듈 및 그를 포함하는 튜브 조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 피처리물에 균일한 열 전달이 가능하도록 리프팅 블레이드를 구비한 양극 활물질 제조용 튜브 모듈 및 그를 포함하는 튜브 조립체에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.

한편, 상기 리튬 이차전지는 양극활물질로 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈코발트망간 산화물, 리튬 니켈코발트알루미늄 산화물 등과 같은 리튬 전이금속 산화물이 이용되고 있다. 상기 리튬 전이금속 산화물들은 전이금속을 포함하는 전구체와 리튬 원료 물질을 가열 장치에 투입하여 고온에서 소성하는 방법을 통해 제조된다.

상기 양극 활물질 제조용 가열장치 중 하나로 수평 회전식 소성로가 적용될 수 있다. 상기 수평 회전식 소성로는 양극 활물질 제조용 전구체와 리튬 원료 물질을 수용하고, 수평방향으로 회전시켜서 혼합하는 소성 용기와, 상기 소성 용기에 열을 부가하여 상기 전구체 및 리튬 원료 물질을 반응시키는 가열부를 포함한다.

종래의 양극 활물질 제조용 소성 용기는 금속 재질로 이루어지는 것이 일반적이었다. 그러나 금속 재질의 소성 용기을 이용하여 소성을 수행할 경우, 소성 용기가 리튬 원료 물질과 반응하여 부식이 발생할 수 있고, 소성 용기로부터 야기되는 금속 이온에 의해 양극활물질의 오염이 발생하여, 양극 활물질의 품질이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 금속 재질의 소성 용기를 사용할 경우, 마이크로웨이브 등과 같은 열원을 사용할 수 없으며, 이에 따라 사용 가능한 열원 종류가 제한적이었다.

또한, 종래의 수평 회전식 소성로(rotary kiln)의 경우, 소성 시 소성로 내부의 원료들이 상부로 올라가지 못하고, 하부 영역에서만 이동하기 때문에 균일하게 열을 전달받기 어렵다는 문제점이 있다. 반응 원료에 열이 균일하게 전달되지 않을 경우, 소성 균일성이 떨어져 제조되는 양극 활물질의 품질 균일성이 떨어지게 된다.

특허공개특허 제10-2004-0069156호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 소성 시에 반응 원료와의 반응에 의해 튜브 및 단열재가 부식되는 것을 방지할 수 있고, 마이크로웨이브 등 다양한 열원을 적용할 수 있으며, 반응 원료에 균일하게 열을 전달할 수 있는 튜브 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 튜브 모듈을 길이 방향으로 연결하는 플랜지를 포함하여, 2개 이상의 튜브 모듈을 연결함으로써 대용량 처리가 가능한 튜브 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 튜브 모듈은 심부에 중공이 형성되고, 세라믹 재질로 이루어진 튜브; 상기 튜브의 외주면을 감싸고, 세라믹 재질로 이루어진 단열재; 상기 단열재의 양쪽면 테두리를 따라 각각 구비되고, 띠 형태로 이루어진 플랜지; 및 상기 튜브의 내벽에서 중공 방향으로 연장되어 원료의 이동을 유도하는 교반 부재를 포함할 수 있다.

상기 교반 부재는 복수 개의 리프팅 블레이드들(lifting blades)를 포함할 수 있으며, 상기 리프팅 블레이드는 튜브 내벽에서 법선 방향에 대하여 0° 내지 30°의 각도를 갖도록 연장된 것일 수 있고, 세라믹 재질로 이루어진 것일 수 있다.

상기 교반 부재는, 예를 들면, 튜브의 내주면의 동일 원주를 따라 배치된 복수개의 리프팅 블레이드들로 이루어진 교반 유니트를 복수 개 포함하는 것일 수 있으며, 이때, 이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드의 배치 위치는 동일하거나 상이할 수 있다. 또는, 상기 교반 부재는 복수개의 리프팅 블레이드들이 튜브의 내주면을 따라 나선형으로 배치된 것일 수 있다.

상기 튜브와 상기 단열재 사이에는 상기 튜브의 외주면을 따라 배치되는 복수개의 발열체(Susceptor)가 더 포함될 수 있다.

상기 단열재의 외주면에 구비되고 상기 단열재의 강도를 보강하는 하나 이상의 보강바가 더 포함될 수 있다.

상기 플랜지 또는 상기 보강바는 금속 및 세라믹 소재로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 튜브 조립체는, 길이방향으로 배치되는 복수개의 튜브 모듈; 및 길이방향으로 배치된 복수개의 상기 튜브 모듈을 연결되게 결합하는 결합부재를 포함하며, 상기 튜브 모듈은 중공이 형성되고 세라믹 재질로 이루어진 튜브, 상기 튜브의 외주면을 감싸고 세라믹 재질로 이루어진 단열재, 상기 단열재의 양쪽면 테두리를 따라 각각 구비되고 띠 형태로 이루어진 플랜지, 및 상기 튜브의 내벽에서 중공 방향으로 연장되어 원료의 이동을 유도하는 교반 부재를 포함하고, 상기 결합부재는 상호 대응하는 튜브 모듈의 플랜지와 튜브 모듈의 플랜지를 결합하여 복수개의 튜브 모듈을 길이방향으로 연결할 수 있다.

상기 튜브 모듈은, 단열재의 강도 보강을 위한 보강바를 더 포함할 수 있다.

상기 튜브 조립체는, 상기 교반 부재가 튜브의 내주면의 동일 원주를 따라 배치된 복수개의 리프팅 블레이드들로 이루어진 교반 유니트를 복수 개 포함하되, 이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드의 배치 위치가 동일한 것인 제1튜브 모듈, 상기 교반 부재가 튜브의 내주면의 동일 원주를 따라 배치된 복수개의 리프팅 블레이드들로 이루어진 교반 유니트를 복수 개 포함하되, 이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드의 배치 위치가 상이한 것인 제2튜브 모듈, 및 상기 교반 부재가 복수개의 리프팅 블레이드들이 튜브의 내주면을 따라 나선형으로 배치된 것인 제3튜브 모듈 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 상기 제1튜브 모듈, 제2튜브 모듈 및 제3튜브 모듈을 모두 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 제1튜브 모듈은 초기 승온 구간에 배치되고, 상기 제2튜브 모듈은 온도 유지 구간에 배치되며, 상기 제3튜브 모듈은 하온 구간에 배치될 수 있다.

한편, 본 발명의 양극 활물질 소성장치는 상기 본 발명에 따른 튜브 조립체를 포함한다.

본 발명의 튜브 모듈은 튜브와 단열재가 모두 세라믹으로 이루어져 있어 반응 원료에 의해 튜브 및 단열재가 부식되는 것을 방지할 수 있으며, 부식으로 인해 반응 원료가 오염되어 양극 활물질에 불순물이 혼입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명과 같이 세라믹 재질로 튜브 및 단열재를 형성할 경우, 금속 재질과 달리 마이크로웨이브 등의 투과가 가능하기 때문에, 열원을 다양화할 수 있다.

또한, 본 발명의 튜브 모듈은 교반 부재를 구비하여 원료 물질들이 튜브 상부까지 원활하게 이동할 수 있도록 함으로써, 원료 물질에 열이 균일하게 전달될 수 있도록 하였다. 이와 같이 원료 물질에 열이 균일하게 전달되면 소성 균일성이 높아져 양극 활물질의 품질 균일성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 튜브 조립체는 세라믹 소재로 이루어진 튜브, 세라믹 소재로 이루어진 단열재, 및 단열재의 양쪽면에 각각 구비된 플랜지를 포함하는 튜브 모듈과, 상기 튜브 모듈의 플랜지를 통해 복수개의 튜브 모듈 길이방향으로 연결되게 결합하는 결합부재를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 세라믹 재질이 적용된 튜브 모듈을 원하는 길이만큼 연결시킬 수 있고, 그에 따라 반응 원료인 양극 활물질의 대용량 처리가 가능하다.

또한, 본 발명의 튜브 조립체는 서로 다른 교반 부재를 갖는 튜브 모듈을 결합하여 사용할 수 있기 때문에, 각 소성 단계에 맞게 원료 물질의 혼합 조건을 최적화할 수 있고, 이에 따라 소성 품질을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 튜브 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도이고, 도 3은 도 1의 측면도이며, 도 4는 도 1의 단면도이다. 도 5는 도 2의 부분 확대도이다
도 6은 본 발명의 교반 부재의 구현예들을 설명하기 위한 투시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 튜브 조립체를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 일부 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 튜브 조립체의 일 구현예를 보여주는 투시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

[본 발명의 제1 실시예에 따른 튜브 모듈]

본 발명의 제1 실시예에 따른 튜브 모듈(100)은, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 튜브(110), 단열재(120), 플랜지(140) 및 교반 부재(160)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 튜브 모듈(100)은, 필요에 따라, 발열체(130) 및 보강바(150)를 더 포함할 수 있다. 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 각 구성요소들을 더 자세히 설명한다.

튜브

상기 튜브(110)는 세라믹 재질로 이루어지고, 내부에 분체 형태의 반응 원료를 투입할 수 있는 중공이 형성된 원통 형태를 가진다.

여기서 상기 튜브(110)는 세라믹 소재 중 산화물(예, Alumina, Zirconia, Quartz, Mullite), 질화물(예, silicon nitride) 및 탄화물(예, Silicon carbide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 튜브(110)는 고순도 알루미나로 이루어질 수 있다.

세라믹 소재는 반응 원료와의 반응성이 작기 때문에, 튜브를 세라믹 소재로 제작할 경우, 반응 원료와의 반응에 의한 부식 및 부식으로 인한 원료 물질 오염을 최소화할 수 있다.

단열재

상기 단열재(120)는 세라믹 재질로 이루어지고, 상기 튜브(110)의 외주면을 감싸는 형태로 구비되며, 튜브(110) 또는 발열체(130)로부터 발생하는 열을 흡수하여 외부로 확산되는 것을 방지한다.

한편, 상기 세라믹은 높은 내열성과, 강한 산이나 염기, 부식성 조건에서도 높은 저항력을 가진다. 이에 따라 세라믹 재질로 이루어진 상기 튜브(110) 및 상기 단열재(120)는 반응 원료, 즉 양극 활물질에 의한 부식을 방지할 수 있고, 상기 부식으로 인한 양극 활물질의 오염 발생을 방지할 수 있다.

여기서 상기 단열재(120)는 세라믹 소재 중 쿼츠, 뮬라이트 및 알루미나로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 혹은 둘 이상을 동시에 포함할 수 있다.

플랜지

상기 플랜지(140)는 튜브 모듈 복수개를 길이방향으로 연결되게 결합시키기 위한 것으로, 튜브 모듈의 길이방향 양쪽면(도 1에서 보았을 때 정면과 배면)에 각각 구비되고, 상기 단열재(120)의 양쪽면 테두리를 따라 구비되는 띠 형태를 가진다.

세라믹 소재는 상술한 바와 같이 반응성이 낮다는 장점이 있으나, 일정한 형태로 성형하기 위하여 소성이 요구되기 때문에 수백 mm 또는 수천 mm 이상의 길이로 제조하기가 매우 어렵다. 이와 같은 용량 상의 한계 때문에 세라믹 재질의 튜브가 공업적으로 적용되지 못하고 있다. 이에 본 발명에서는 세라믹 재질의 튜브의 양단에 플랜지(140)를 설치하여, 상기 플랜지(140)를 통해 복수개의 튜브 모듈 복수개를 연결시킬 수 있도록 함으로써, 대용량 처리가 가능하도록 하였다.

한편, 플랜지(140)는 상기 단열재(120)의 양쪽면 테두리를 따라 형성되는 삽입홈(121)에 삽입되며, 이에 따라 플랜지(140)와 단열재(120)의 밀착력과 결합력을 높일 수 있다. 그리고 플랜지(140)과 상기 삽입홈(121) 사이에는 접착제 또는 밀봉제가 더 포함될 수 있으며, 이에 따라 플랜지(140)과 상기 삽입홈(121)의 결합력을 크게 높일 수 있다.

또한, 외부에 노출된 상기 플랜지(140)의 표면과 상기 단열재(120)의 표면은 동일한 수평선상(도 3에 표시된 X선상)에 위치할 수 있으며, 이에 따라, 복수개의 튜브 모듈(100)을 길이방향으로 연결할 경우 상호 대응하는 튜브 모듈의 대응면 전체를 면밀착시킬 수 있다.

교반 부재

교반 부재(160)는 튜브(110) 내부의 원료 물질들의 이동을 유도하여 원료 물질들에 열이 균일하게 전달될 수 있도록 하는 것으로, 상기 튜브(110)의 내벽에서 중공 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

예를 들면, 상기 교반 부재(160)는 복수개의 리프팅 블레이드들(lifting blades)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 리프팅 블레이드는, 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브(110) 내벽의 법선 방향에 대하여 0° 내지 30°의 각도(α)를 갖도록 연장된 것일 수 있다. 리프팅 블레이드가 상기와 같은 각도를 갖도록 배열될 경우, 튜브 회전 시에 튜브 내부의 원료 물질들이 교반 부재에 의해 상방으로 상승(lifting)되면서 튜브 상부까지 원활하게 이동할 수 있고, 이에 따라 원료 물질에 열이 균일하게 전달될 수 있다.

한편, 상기 리프팅 블레이드는 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 리프팅 블레이드가 금속 재질로 이루어질 경우, 반응 원료와 반응하여 부식되거나, 원료 물질을 오염시킬 수 있기 때문이다.

상기 교반 부재(160)에서 리프팅 블레이드의 배열이나 개수 등은 튜브 내로 투입되는 원료의 양이나 소성 단계에 따라 적절하게 조절될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.

도 6에는 본 발명에 따른 교반 부재(160)의 다양한 구현예들이 도시되어 있다. 이하 도 6을 참조하여 본 발명에서의 교반 부재의 구현예들을 설명한다. 다만, 이는 예시적인 설명이며, 본 발명의 교반 부재의 형태나 개수가 도면에 개시된 것으로 한정되는 것은 아니다.

도 6 (A) 및 도 6(B)에 도시된 바와 같이, 상기 교반 부재(160)는, 복수의 리프팅 블레이드들이 튜브(110)의 내주면의 동일 원주를 따라 배열된 교반 유니트들을 복수 개 포함하는 것일 수 있다. 이때, 이웃한 교반 유니트들에서 리프팅 블레이드가 배치되는 위치는 동일하거나 상이할 수 있다. 즉, 상기 교반 부재(160)는, 도 6(A)에 도시된 바와 같이, 리프팅 블레이드의 배치 위치(높이)가 동일한 복수개의 교반 유니트들이 튜브의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 이격되게 배치된 것일 수도 있고, 도 6(B)에 도시된 바와 같이, 이웃한 교반 유니트에서의 리프팅 블레이드의 배치 위치(높이)가 서로 다를 수도 있다.

또는, 상기 교반 부재(160)는, 도 6(C)에 도시된 바와 같이, 복수개의 리프팅 블레이드들이 튜브의 내주면을 따라 나선형으로 배치된 것일 수도 있다.

도 6 (A)와 같이, 이웃한 교반 유니트에서의 리프팅 블레이드의 배치 위치가 동일할 경우, 원료 물질의 텀블링(tumbling) 효과가 극대화되어 소성에 의해 발생되는 가스와 수분 배출을 원활하게 수행할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 가스 및 수분 배출이 많은 소성 초기의 승온 구간에서는 도 6(A)와 같이 배치된 교반 부재를 구비한 튜브 모듈을 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 도 6 (B)와 같이, 이웃한 교반 유니트에서의 리프팅 블레이드의 배치 위치를 서로 다르게 할 경우, 텀블링 효과를 일정 정도 유지하면서 분진 발생을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. 일반적으로 단위 면적 내에 설치되는 리프팅 블레이드의 개수가 증가할 경우, 텀블링 효과가 높아지지만 이에 비례하여 분진 발생이 높아진다는 문제점이 있다. 따라서, 소성 온도가 유지되는 안정화 구간에서는 원료 혼합을 균일하게 하면서도 분진 발생에 의한 단점을 최소화할 수 있도록, 도 6 (B)와 같이 배치된 교반 부재를 구비한 튜브 모듈을 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 도 6(C)와 같이, 리프팅 블레이드가 튜브 내주면을 따라 나선형으로 배열된 경우, 단위 면적 내에 설치되는 리프팅 블레이드 개수자 감소하기 때문에 분진 발생을 최소화할 수 있다. 소성이 마무리되는 하온 구간에서는 원료 물질의 혼합에 의한 장점보다는 분진 발생에 따른 단점이 더 큰 영향을 줄 수 있으므로, 도 6 (C)와 같이 배치된 교반 부재를 구비한 튜브 모듈을 적용하는 것이 바람직하다.

발열체

상기 발열체(130)는 상기 튜브(110)와 상기 단열재(120) 사이에 구비되고, 마이크로파 등과 같은 열원에 의해 열을 발생시켜서 상기 튜브(110)에 수용된 반응 원료를 가열하기 위한 것이다.

여기서 상기 발열체(130)는 상기 튜브(110)의 외주면을 따라 등간격으로 배치되도록 복수개로 마련되며, 이에 따라 발열체(130)를 튜브(110)의 외주면에 간편하게 배치할 수 있다.

여기서 상기 발열체(130)는 상기 튜브(110)의 길이방향 일측에서 타측(도 3에서 보았을 때 튜브의 좌측끝단에서 우측끝단)까지 연결되도록 긴 바 형태를 가지며, 이에 따라 튜브(110)의 길이방향으로 균일한 온도의 열을 발생시킬 수 있다.

특히 상기 발열체(130)는 단면이 사각형태를 가지며, 이에 따라 튜브(110)와 발열체(130)의 밀착면을 증대시켜서 발열체(130)의 고정력을 높일 수 있고, 특히 발열체(130)가 회전되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 튜브(110)의 외주면에 등간격으로 배치된 발열체(130)와 발열체(130) 사이에는 단열성을 가진 연장부(131)가 더 포함될 수 있다. 상기 연장부(131)는 발열체(130)와 발열체(130) 사이의 단열하여 불균일한 가열온도가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 특히 발열체(130)와 발열체(130) 사이의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있다.

한편, 상기 연장부(131)는 단열재(120)와 일체로 형성될 수 있으며, 이 경우, 제작의 용이성을 얻을 수 있다.

상기 발열체(130)는 SiC, 흑연, 탄소나노튜브, 탄소나노파이버 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 SiC 소재로 형성된다.

보강바

상기 보강바(150)는 상기 단열재의 외주면에 하나 이상 구비되고 상기 단열재의 강도를 보강하기 위한 것이다. 상기 보강바(150)는 일면이 상기 단열재(120)에 지지되고, 양쪽 단부가 상기 단열재(120)의 양쪽면에 각각 구비된 플랜지(140)에 각각 결합된다. 이에 따라 보강바(150)는 플랜지(140)와의 연결성을 통해 상기 단열재(120)의 강도를 안정적으로 보강할 수 있다.

특히 보강바(150)는 단면이 사각형태를 가지며, 이에 따라 플랜지(140)에 결합된 보강바(150)가 회전하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 플랜지(140)와 보강바(150)의 결합력 약화와 마찰로 인한 이물질 발생을 방지할 수 있다.

한편, 상기 플랜지(140) 및 상기 보강바(150)는 금속 또는 세라믹 소재로 형성되며, 이에 따라 상기 플랜지(140) 및 상기 보강바(150)의 강도를 크게 높일 수 있고, 외부로부터 튜브(110), 단열재(120) 및 발열체(130)를 안정적으로 보호할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 앞에서 설명한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.

[본 발명의 제2 실시예에 따른 튜브 조립체]

본 발명의 제2 실시예에 따른 튜브 조립체(10)는, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 길이방향으로 배치되는 복수개의 튜브 모듈(100); 및 길이방향으로 배치된 복수개의 상기 튜브 모듈(100)을 연결되게 결합하는 결합부재(200)를 포함한다.

튜브 모듈

상기 튜브 모듈(100)은 중공이 형성되고 세라믹 재질로 이루어진 튜브(110), 상기 튜브(110)의 외주면을 감싸고 세라믹 재질로 이루어진 단열재(120), 상기 단열재(120)의 양쪽면 테두리를 따라 각각 구비되고 띠 형태로 이루어진 플랜지(140), 및 상기 튜브의 내벽에서 중공 방향으로 연장되어 원료의 이동을 유도하는 교반 부재(160)를 포함한다. 상기 튜브 모듈(100)은, 필요에 따라, 발열체(130) 및 보강바(150)를 더 포함할 수 있다.

여기서 상기 튜브 모듈(100)은 제1 실시예에서 설명한 튜브 모듈과 동일한 구성과 기능을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 따른 튜브 조립체는, 복수개의 튜브 모듈(110)이 결합부재(200)를 이용하여 결합된 복수개의 튜브 모듈(110)을 포함하며, 이때, 각각의 튜브 모듈(110)내의 교반 부재(160)의 배치는 동일하거나, 상이할 수 있다.

특히, 소성 공정 단계를 고려하여 각각의 튜브 모듈(110)의 교반 부재(160)의 배치를 적절하게 조절함으로써, 소성 품질을 향상시킬 수 있다.

도 9에는 본 발명에 따른 튜브 조립체의 일 구현예가 개시되어 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 튜브 조립체는, 교반 부재의 배치가 상이한 제1튜브 모듈(100a), 제2튜브 모듈(100b) 및 제3튜브 모듈(100c) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제1튜브 모듈(100a)은 튜브(110)의 내주면의 동일 원주를 따라 배치된 복수개의 리프팅 블레이드들로 이루어진 교반 유니트를 복수 개 포함하되, 이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드의 배치 위치가 동일한 교반 부재를 포함하는 튜브 모듈이다. 상기 제1튜브 모듈의 경우, 원료 물질의 텀블링(tumbling) 효과가 극대화되어 소성에 의해 발생되는 가스와 수분 배출을 원활하게 수행할 수 있다. 따라서, 상기 제1튜브 모듈(100a)은 가스 및 수분 배출이 많은 소성 초기의 승온 단계에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 제2튜브 모듈(100b)는 튜브(110)의 내주면의 동일 원주를 따라 배치된 복수개의 리프팅 블레이드들로 이루어진 교반 유니트를 복수 개 포함하되, 이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드의 배치 위치가 상이한 교반 부재를 포함하는 튜브 모듈이다. 상기 제2튜브 모듈(100b)는 소성 온도가 일정하게 유지되는 구간에 배치되는 것이 바람직하다. 소성 온도가 일정하게 유지된 구간에 상기 제2튜브를 배치할 경우, 텀블링 효과에 따른 원료 혼합 효과를 일정 수준으로 유지하면서 분진 발생을 감소시킬 수 있다.

상기 제3튜브 모듈(100c)는, 복수개의 리프팅 블레이드들이 튜브의 내주면을 따라 나선형으로 배치된 교반 부재를 포함하는 튜브 모듈이다. 상기 제3튜브 모듈(100c)은 소성이 마무리되는 하온 구간에 배치되는 것이 바람직하다. 하온 구간에 상기 제3튜브 모듈을 배치할 경우, 분진 발생으로 인한 부작용을 최소화할 수 있다.

도 9에는 제1튜브 모듈, 제2튜브 모듈 및 제3튜브 모듈이 각각 한 개씩 사용되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 반응 원료의 양이나 소성 조건 등을 고려하여 각각의 튜브 모듈의 개수 및 조합은 적절하게 조절할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 튜브 조립체는 제1튜브 모듈, 제2튜브 모듈 및 제3튜브 모듈을 모두 포함할 수도 있고, 2종류의 튜브 모듈만을 조합하여 사용하거나, 1종류의 튜브 모듈만 사용할 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 튜브 조립체는 서로 다른 교반 부재를 갖는 튜브 모듈을 결합하여 사용할 수 있기 때문에 소성 단계에 따라 최적화된 원료 혼합을 수행할 수 있으며, 이를 통해 소성 품질을 향상시킬 수 있다.

결합부재

상기 결합부재(200)는 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 튜브 모듈 복수개를 길이방향으로 연결하기 위한 것으로, 상호 대응하는 튜브 모듈(100)의 플랜지(140)와 튜브 모듈(100)의 플랜지(140)를 결합하여 복수개의 튜브 모듈(100)을 길이방향으로 연결한다.

즉, 상기 결합부재(200)는 도 8을 참조하면, 상호 밀착되는 일측 튜브 모듈(100)의 플랜지(140)와 타측 튜브 모듈(100)의 플랜지(140)를 관통하는 결합볼트(210)와, 상기 타측 튜브 모듈(100)의 플랜지(140)를 관통한 결합볼트(210)에 결합되는 결합너트(220)를 포함하며, 상기 결합볼트(210)와 상기 결합너트(220)의 결합을 통해 복수개의 튜브 모듈(100)을 길이방향으로 연결할 수 있다.

한편, 상호 면밀착되는 일측 튜브 모듈(100)와 타측 튜브 모듈(100) 사이에는 내열성을 가진 접착층(300)이 더 포함될 수 있다. 상기 접착층(300)은 상호 면밀착되는 일측 튜브 모듈(100)와 타측 튜브 모듈(100)의 접합력과 밀폐력을 크게 높일 수 있다.

따라서 상기와 같은 구조를 가진 본 발명의 제2 실시예에 따른 튜브 조립체(10)는 세라믹 소재인 튜브(110)와 단열재(120)를 포함한 모듈 튜브(110)를 수백 또는 수천 mm이상의 길이로 제작할 수 있고, 이에 따라 반응 원료인 양극 활물질의 대용량 처리가 가능한 튜브 모듈(100)을 구성할 수 있다.

[본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 활물질 소성장치]

본 발명의 제3실시예에 따른 양극 활물질 소성장치는 복수개의 튜브 모듈(100)과, 상기 튜브 모듈(100) 복수개를 길이방향으로 연결되게 결합하는 결합부재(200)를 구비한 튜브 조립체를 포함한다.

여기서 상기 튜브 조립체는 제2 실시예에서 설명한 튜브 조립체와 동일한 구성을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.

상기 양극 활물질 소성장치는 소성 시에 상기 튜브 모듈(100)의 길이 방향에 수평한 회전축으로 회전하는 수평 회전식 소성 장치이다. 본 발명의 양극 활물질 소성장치는 튜브 회전 시에 내의 원료 물질들이 교반 부재에 의해 상승하여 튜브 상부까지 원활하게 이동할 수 있기 때문에, 원료 물질에 열이 균일하게 전달될 수 있어 소성 품질 및 균일성이 우수하다.

본 발명에 따른 양극 활물질 소성장치는 튜브 및 단열재가 모두 세라믹 재질로 이루어져 있어 열원으로 마이크로웨이브를 사용할 수 있으며, 양극 활물질 제조에 사용되는 반응 원료, 특히 리튬 원료 물질과의 반응으로 인한 부식 발생을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 양극 활물질 소성 장치는 플랜지를 통해 튜브 모듈을 연결하여 사용할 수 있기 때문에 양극 활물질을 대량으로 생산할 수 있어 생산성이 우수하다. 또한, 서로 다른 교반 부재를 갖는 튜브 모듈을 연결하여 사용함으로써, 각 소성 단계에서 원료 물질의 혼합을 최적 조건으로 조절할 수 있어 소성 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.

10: 튜브 조립체
100: 튜브 모듈
110: 튜브
120: 단열재
121: 삽입홈
130: 발열체
131: 연장부
140: 플랜지
150; 보강바
160: 교반부재
200: 결합부재
210: 결합볼트
220: 결합너트
300: 접착층

Claims (15)

1. 중공이 형성되고, 세라믹 재질로 이루어진 튜브;
   상기 튜브의 외주면을 감싸고, 세라믹 재질로 이루어진 단열재;
   상기 단열재의 양쪽면 테두리를 따라 각각 구비되고, 띠 형태로 이루어진 플랜지; 및
   상기 튜브의 내벽에서 중공 방향으로 연장되어 원료의 이동을 유도하는 교반 부재를 포함하는 튜브 모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 교반 부재는 복수 개의 리프팅 블레이드들(lifting blades)를 포함하는 튜브 모듈.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 리프팅 블레이드는 튜브 내벽의 법선 방향에 대하여 0° 내지 30°의 각도를 갖도록 연장된 것인 튜브 모듈.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 리프팅 블레이드는 세라믹 재질인 튜브 모듈.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 교반 부재는 튜브의 내주면의 동일 원주를 따라 배치된 복수개의 리프팅 블레이드들로 이루어진 교반 유니트를 복수 개 포함하는 것인 튜브 모듈.
   
6. 청구항 5항에 있어서,
   이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드의 배치 위치가 동일한 것인 튜브 모듈.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드 배치 위치가 상이한 것인 튜브 모듈.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 교반 부재는 복수개의 리프팅 블레이드들이 튜브의 내주면을 따라 나선형으로 배치된 것인 튜브 모듈.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 튜브와 상기 단열재 사이에는 상기 튜브의 외주면을 따라 배치되는 복수개의 발열체(Susceptor)가 더 포함하는 튜브 모듈.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 단열재의 외주면에 구비되고 상기 단열재의 강도를 보강하는 하나 이상의 보강바가 더 포함되는 튜브 모듈.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 플랜지 또는 상기 보강바는 금속 또는 세라믹 소재로 형성되는 튜브 모듈.
    
12. 길이방향으로 배치되는 복수개의 튜브 모듈; 및
    길이방향으로 배치된 복수개의 상기 튜브 모듈을 연결되게 결합하는 결합 부재를 포함하며,
    상기 튜브 모듈은 중공이 형성되고 세라믹 재질로 이루어진 튜브, 상기 튜브의 외주면을 감싸고 세라믹 재질로 이루어진 단열재, 상기 단열재의 양쪽면 테두리를 따라 각각 구비되고 띠 형태로 이루어진 플랜지, 및 상기 튜브의 내벽에서 중공 방향으로 연장되어 원료의 이동을 유도하는 교반 부재를 포함하고,
    상기 결합부재는 상호 대응하는 튜브 모듈의 플랜지와 튜브 모듈의 플랜지를 결합하여 상기 튜브 모듈 복수개를 길이방향으로 연결하는 튜브 조립체.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 튜브 조립체는,
    상기 교반 부재가 튜브의 내주면의 동일 원주를 따라 배치된 복수개의 리프팅 블레이드들로 이루어진 교반 유니트를 복수 개 포함하되, 이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드의 배치 위치가 동일한 것인 제1튜브 모듈,
    상기 교반 부재가 튜브의 내주면의 동일 원주를 따라 배치된 복수개의 리프팅 블레이드들로 이루어진 교반 유니트를 복수 개 포함하되, 이웃한 교반 유니트들의 리프팅 블레이드의 배치 위치가 상이한 것인 제2튜브 모듈, 및
    상기 교반 부재가 복수개의 리프팅 블레이드들이 튜브의 내주면을 따라 나선형으로 배치된 것인 제3튜브 모듈을 포함하는 것인 튜브 조립체.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1튜브 모듈은 초기 승온 구간에 배치되고,
    상기 제2튜브 모듈은 온도 유지 구간에 배치되며,
    상기 제3튜브 모듈은 하온 구간에 배치되는 것인 튜브 조립체.
    
15. 청구항 12에 따른 튜브 조립체를 포함하는 양극 활물질 소성장치.

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