KR20220041645A - 튜브 모듈 및 이를 포함하는 튜브 조립체 - Google Patents
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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 내벽에, 배플(baffle)이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부를 포함한다.
Description
본 발명은 수평 회전식 소성로에 적용되는 튜브 모듈 및 이를 포함하는 튜브 조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 튜브 내벽에 배플을 탈착할 수 있는 배플 결합부를 구비하여 피처리물이 균일하게 혼합될 수 있도록 한 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 양극 활물질의 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, 원료 투입량(loading volume)이 원료 투입량이 튜브의 10 부피%를 초과하면, 튜브 회전 시에 원료 물질들이 튜브 내벽을 따라 미끄러지면서 원료 혼합이 원활하게 이루어지지 않아 소성이 불균일하게 이루어지는 문제점이 발생하여, 투입 원료량이 한정적이고, 이로 인해 생산량 증가에 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 소성 시에 원료 물질들이 균일하게 혼합될 수 있고, 반응 원료와의 반응에 의해 튜브 및 단열재가 부식되는 것을 방지할 수 있으며, 마이크로웨이브 등 다양한 열원을 적용할 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 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 내벽에, 배플(baffle)이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부를 포함하는 튜브 모듈을 포함할 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 내벽에, 배플(baffle)이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부를 포함하고, 상기 결합부재는 상호 대응하는 튜브 모듈의 플랜지와 튜브 모듈의 플랜지를 결합하여 복수개의 튜브 모듈을 길이방향으로 연결할 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 튜브 내벽에 배플이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부를 포함하여, 상기 배플에 의해 회전 시에 원료 물질들이 균일하게 혼합될 수 있도록 함으로써, 종래에 비해 원료 투입량이 많은 경우에 균일한 소성이 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 튜브 모듈은 배플 결합부에 다양한 형태의 배플을 다양한 형태로 배치할 수 있을 뿐 아니라, 하나의 튜브의 다양한 배플을 적용할 수도 있다. 따라서, 소성 조건이나 투입되는 원료에 따라 최적의 효과를 낼 수 있는 배플을 사용함으로써 소성 품질을 더욱 향상시킬 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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 튜브 모듈을 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 튜브를 도시한 도면이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 배플 결합부의 단면 형상을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 배플의 구현 예들을 보여주는 도면이다.
도 7 내지 도 13은 배플이 결합된 튜브의 다양한 구현예들을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 튜브 조립체를 도시한 사시도이며, 도 15는 도 14의 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 튜브를 도시한 도면이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 배플 결합부의 단면 형상을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 배플의 구현 예들을 보여주는 도면이다.
도 7 내지 도 13은 배플이 결합된 튜브의 다양한 구현예들을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 튜브 조립체를 도시한 사시도이며, 도 15는 도 14의 일부 단면도이다.
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.
<튜브 모듈>
본 발명의 제1 실시예에 따른 튜브 모듈(100)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브(110), 단열재(120), 및 플랜지(140)를 포함하며, 상기 튜브(110)의 내벽에 배플이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부(112)을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 튜브 모듈(100)은, 필요에 따라, 발열체(130) 및 보강바(150)를 더 포함할 수 있다. 이하, 도면을 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.
한편, 본 발명의 튜브(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 내벽에 배플 결합부(112)을 포함한다. 상기 배플 결합부(112)는 배플(baffle)이 탈, 부착될 수 있도록 형성된 것으로, 배플을 삽입, 탈리할 수 있고, 배플이 삽입되었을 때 상기 배플을 지지할 수 있는 형태이면 되고, 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 배플 결합부(112)는 도 3에 도시된 바와 같이, 튜브(110)의 길이 방향으로 연장되고, 내벽에서 외벽 방향으로 함몰된 홈 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 튜브 내벽에서 중공 방향을 향해 돌출된 지지 레일 등의 형태일 수도 있다. 상기 홈의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 홈은, 도 4에 도시된 바와 같이, 사각형의 단면을 갖거나, 도 5에 도시된 바와 같이, T자형의 단면을 갖는 것일 수 있으며, 도면에 도시되지는 않았으나, 반원형, 삼각형, 다각형 등의 단면을 갖는 것일 수도 있다.
상기와 같이 배플을 탈, 부착할 수 있는 배플 결합부(112)를 튜브(110) 내벽에 구비함으로써, 다양한 형태의 배플을 다양한 배치 형태로 튜브 내에 탈부착할 수 있어, 소성 조건이나 투입되는 원료의 종류 및 함량에 따라 최적의 효과를 낼 수 있는 배플을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 튜브 모듈(100)은 상기 배플 결합부(112)에 적어도 하나의 배플(114)이 결합된 것일 수 있다. 상기 배플(114)은 원료 물질의 균일한 혼합을 유도할 수 있는 것이면 되고, 그 형상이 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 배플(114)은, 도 6에 도시된 바와 같이 판상이나 십자 형상을 갖는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 반원형이나, 삼각형 등 다양한 형태의 배플이 사용될 수 있다. 또한, 상기 배플 결합부(112)에 삽입되는 배플(114)의 말단은 배플 결합부(112)의 형상에 대응하는 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 배플 결합부(112)가 도 5에 도시된 바와 같이 T자형의 단면을 갖는 경우에는, 배플 결합부(112)에 삽입되는 배플(114)의 말단 역시 T자형의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 배플(114)은 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 배플(114)이 세라믹 재질로 이루어질 경우, 반응 원료와 반응하여 부식되거나, 원료 물질을 오염시키는 것을 방지할 수 있으며, 마이크로웨이브를 투과시킬 수 있다.
한편, 상기 배플(114)은 다양한 배치 형태로 튜브 모듈(100)에 적용될 수 있다. 도 7 내지 도 13에는 배플이 결합된 튜브의 구현예들이 도시되어 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 튜브(110)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 튜브(110)의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 형성된 한 쌍 이상의 배플 결합부(112a)를 포함하고, 상기 한 쌍의 배플 결합부(112a)에 하나의 배플(114)이 결합된 것일 수 있다. 이때, 상기 배플(114)은 도 7에 도시된 바와 같이, 튜브(110)의 길이 방향에 평행한 방향으로 배치되도록 결합될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 튜브(110)의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되도록 결합될 수도 있다.
다른 구현예에 따르면, 본 발명의 튜브(110)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 튜브(110)의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 형성된 두 쌍의 배플 결합부(112a, 112b)를 포함하고, 상기 두 쌍의 배플 결합부에 단면이 십자 형태인 배플(114)이 결합된 것일 수 있다.
한편, 상기 도 7 ~ 9에서는 배플(114)이 튜브(110)의 내경에 대응되는 폭을 가지고, 튜브의 길이에 대응하는 길이를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 10에 도시된 바와 같이, 튜브(110)의 내경(R)보다 작은 폭(d)을 갖는 배플(114)을 적용할 수 있으며, 도 11에 도시된 바와 같이, 튜브의 길이(L)보다 짧은 길이(l)를 갖는 배플을 적용할 수도 있다.
한편, 상기 도 7 ~ 10에는, 튜브(110)에 하나의 배플(114)이 적용된 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 튜브(110)에 2개 이상의 배플들이 결합할 수도 있다. 도 11 ~ 13에는 2개 이상의 배플을 적용한 튜브의 구현예들이 도시되어 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 튜브(110)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 배플 결합부(112)에 튜브의 내경(R)보다 작은 폭(d)을 갖고, 튜브의 길이(L)보다 작은 길이(l)을 갖는 판상의 배플(114)들을, 튜브의 길이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 결합한 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 배플(114)들은 튜브의 내경(R)의 1/2 이하의 폭을 가지며, 튜브의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 형성된 배플 결합부(112c, 112d), 즉, 도면 상 튜브의 상부에 위치한 배플 결합부(112c)와, 도면 상 튜브의 하부에 위치한 배플 결합부(112d) 각각에 1개 이상의 배플들이 결합된 것일 수 있다. 이때, 상기 상부 배플 결합부에 결합된 배플과 하부 배플 결합부에 결합된 배플은, 도 11에 도시된 바와 같이, 튜브의 길이 방향을 따라 서로 어긋나게 배치될 수도 있고, 대응되는 위치에 배치될 수도 있다.
다른 구현예에 따르면, 본 발명의 튜브(110)는, 배플 결합부에 2개 이상의 배플들을 서로 다른 배치로 결합한 것일 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 튜브 내부의 일 영역에는 배플이 튜브의 길이 방향에 평행하게 배치되도록 록 결합하고, 튜브 내부의 다른 영역에서는 배플이 튜브의 길이 방향에 수직하게 배치되도록 결합할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 튜브(110)는, 배플 결합부에 2개 이상의 서로 다른 형상 및/또는 배치를 갖는 배플들(114a, 114b, 114c)을 결합한 것일 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 튜브 내부의 일 영역에는 십자형의 배플을 결합하고, 튜브 내부의 다른 영역에는 판상형의 배플을 튜브의 길이 방향에 평행하게 배치되도록 결합하고, 튜브 내부의 또 다른 영역에서는 판상형의 배플을 튜브의 길이 방향에 수직하게 배치되도록 결합할 수 있다.
한편, 하나의 배플 결합부에 2개 이상의 배플을 적용될 경우, 필요에 따라, 배플 결합부(112c, 112d)에 상기 배플을 고정하기 위한 고정 부재(116)를 더 구비할 수 있다(도 11 참조). 상기 고정 부재(116)는 배플(114)의 위치를 고정하고, 배플(114) 사이의 이격 간격을 조절하는 역할을 수행한다. 구체적으로는, 상기 고정 부재(116)에 의해 배플(114)이 지지되어 배플이 좌우로 이동하는 것을 방지할 수 있으며, 고정 부재(116)의 길이에 따라 배플 간격을 조절할 수 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 배플과 결합되지 않은 배플 결합부에도 고정 부재가 적용될 수 있다. 배플과 결합되지 않는 배플 결합부에 고정부재를 적용할 경우, 비어 있는 배플 결합부에 원료 물질이 끼는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배플이 적용된 튜브들의 구현예들을 설명하였으나, 본 발명에 따른 튜브 모듈은, 도면에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상 및/또는 배치로 변형될 수 있다.
본 발명과 같이, 튜브 내부에 배플(114)이 배치될 경우, 배플(114)에 의해 튜브(110) 내부의 중공이 구획되고, 튜브 모듈 회전 시에 원료 물질들이 상기 배플(114)에 부딪혀 낙하하게 되기 때문에, 튜브 내벽을 따라 원료 물질들이 미끄러지는 현상이 감소하고, 원료 물질의 혼합이 활발하게 이루어지게 된다.
또한, 하나의 튜브에 형상 및/또는 배치가 다른 2개 이상의 배플들을 포함할 경우, 튜브 내의 소성 조건에 따라 원료의 혼합 정도를 다르게 함으로써, 소성 품질을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 승온이 이루어지는 튜브의 전단부에서는 폭이 짧은 배플을 여러 개 사용하거나, 십자형 배플과 같이 원료 물질과 접촉하는 면적이 큰 배플을 사용하여 원료 물질의 혼합이 활발하게 이루어질 수 있도록 하고, 하온이 이루어지는 튜브의 후단부에서는 상대적으로 원료 물질과의 접촉 면적이 작은 판상형 배플이나 폭이 짧은 배플을 사용하여 분진이나 소성품의 손상을 최소화할 수 있도록 할 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 길이 방향 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 삽입홈에 삽입될 수 있으며, 이 경우, 플랜지(140)와 단열재(120)의 밀착력과 결합력을 높일 수 있다. 한편, 상기 플랜지(140)과 상기 삽입홈 사이에는 접착제 또는 밀봉제가 더 포함될 수 있으며, 이 경우, 플랜지(140)과 상기 삽입홈의 결합력을 크게 높일 수 있다.
또한, 외부에 노출된 상기 플랜지(140)의 표면과 상기 단열재(120)의 표면은 동일한 수평선상에 위치할 수 있으며, 이에 따라, 복수개의 튜브 모듈(100)을 길이방향으로 연결할 경우 상호 대응하는 튜브 모듈의 대응면 전체를 면밀착시킬 수 있다.
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 타측까지 연결되도록 긴 바 형태를 가지며, 이에 따라 튜브(110)의 길이방향으로 균일한 온도의 열을 발생시킬 수 있다.
특히 상기 발열체(130)는 단면이 사각 형태를 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.
<튜브 조립체>
본 발명의 제2 실시예에 따른 튜브 조립체(10)는, 도 14에 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 내벽에, 배플(baffle)이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부(112)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, 상기 복수 개의 튜브 모듈 각각에 결합되는 배플의 형상 및/또는 배치는 서로 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
결합부재
상기 결합부재(200)는, 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 15를 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.
<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 내벽에 배플이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부를 포함하는 튜브 모듈을 포함하여, 상기 배플에 의해 회전 시에 원료 물질들이 균일하게 혼합될 수 있도록 함으로써, 종래에 비해 원료 투입량이 많은 경우에 균일한 소성이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 양극 활물질 소성장치는 플랜지 및 결합부재를 통해 복수개의 튜브 모듈을 연결하여 사용할 수 있어, 양극 활물질을 대용량으로 처리할 수 있어 생산성이 우수하다.
또한, 본 발명의 양극 활물질 소성장치는 튜브 및 단열재가 세라믹 재질로 이루어져 있기 때문에 마이크로웨이브 열원 적용이 가능하다.
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
112, 112a, 112b, 112c, 112d: 배플 결합부
114, 114a, 114b, 114c: 배플
116: 고정 부재
120: 단열재
130: 발열체
131: 연장부
140: 플랜지
150: 보강바
200: 결합부재
210: 결합볼트
220: 결합너트
100: 튜브 모듈
110: 튜브
112, 112a, 112b, 112c, 112d: 배플 결합부
114, 114a, 114b, 114c: 배플
116: 고정 부재
120: 단열재
130: 발열체
131: 연장부
140: 플랜지
150: 보강바
200: 결합부재
210: 결합볼트
220: 결합너트
Claims (15)
- 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 내벽에, 배플(baffle)이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부를 포함하는 튜브 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 배플 결합부는 상기 튜브의 길이 방향으로 연장되고, 튜브 내벽에서 외벽 방향으로 함몰된 홈 형상인 튜브 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 배플 결합부에 적어도 하나의 배플이 결합된 튜브 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 튜브의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 형성된 적어도 한 쌍 이상의 배플 결합부를 포함하고, 상기 한 쌍의 배플 결합부에 하나의 배플이 결합된 튜브 모듈.
- 청구항 4에 있어서,
상기 배플이 상기 튜브의 길이 방향에 평행한 방향으로 배치되도록 결합된 튜브 모듈.
- 청구항 4에 있어서,
상기 배플이 상기 튜브의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되도록 결합된 튜브 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 튜브의 중심축을 기준으로 대칭되는 위치에 형성된 두 쌍의 배플 결합부를 포함하고, 상기 두 쌍의 배플 결합부에 단면이 십자 형태인 배플이 결합된 튜브 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 배플 결합부에 2개 이상의 배플이 결합된 것인 튜브 모듈.
- 청구항 8에 있어서,
상기 배플 결합부에 배플을 고정하기 위한 고정 부재가 결합되는 튜브 모듈.
- 청구항 3에 있어서,
상기 배플의 폭이 상기 튜브의 내경보다 작은 것인 튜브 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 튜브 내측에 형상 또는 배치 형태가 상이한 2개 이상의 배플이 결합된 튜브 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 튜브와 상기 단열재 사이에는 상기 튜브의 외주면을 따라 배치되는 복수개의 발열체(Susceptor)가 더 포함하는 튜브 모듈.
- 청구항 1에 있어서,
상기 단열재의 외주면에 구비되고 상기 단열재의 강도를 보강하는 하나 이상의 보강바가 더 포함되는 튜브 모듈.
- 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 내벽에, 배플(baffle)이 탈부착될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 배플 결합부를 포함하고,
상기 결합부재는 상호 대응하는 튜브 모듈의 플랜지와 튜브 모듈의 플랜지를 결합하여 상기 튜브 모듈 복수개를 길이방향으로 연결하는 튜브 조립체.
- 청구항 14에 따른 튜브 조립체를 포함하는 양극 활물질 소성장치.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200125179A KR20220041645A (ko) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 튜브 모듈 및 이를 포함하는 튜브 조립체 |
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