KR20220105962A - 로터리 킬른 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로터리 킬른으로서, 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치를 포함하며, 상기 원료 소성장치는, 중공이 형성된 본체와, 마이크로웨이브파를 발생시키는 마이크로웨이브 발생부를 포함하는 가열부재; 및 수평방향으로 회전하면서 분말 원료를 혼합하며, 상기 마이크로웨이브 발생부의 마이크로웨이브파를 통해 분말 원료를 가열하는 소성부재를 포함하고, 상기 소성부재는, 상기 본체의 중공에 수평방향으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 마이크로웨이브 발생부가 반복하여 접하는 둘레면에 관통부가 형성되는 원통형 금속 튜브; 상기 금속 튜브의 내측에 구비되고, 상기 금속 튜브와 연동하여 회전하면서 분말 원료를 혼합하며, 상기 관통부에 노출되는 노출면을 통해 상기 마이크로웨이브 발생부의 마이크로웨이브파를 흡수 또는 투과시켜서 분말 원료를 가열하는 원통형 세라믹 튜브; 및 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 금속 튜브의 관통부를 통해 노출되는 상기 세라믹 튜브의 노출면이 위치하면 마이크로웨이브파가 발생하도록 상기 마이크로웨이브 발생부에 전원을 공급하고, 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 금속 튜브의 외주면 위치하면 마이크로웨이브파 발생되지 않도록 상기 마이크로웨이브 발생부에 공급된 전원을 차단하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 마이크로웨이브(Microvave) 가열 방식을 적용한 로터리 킬른에 관한 것이다. 특히 본 발명은 마이크로웨이브의 투과력(또는 흡수력)을 높일 수 있고, 가열 효과를 최적화할 수 있는 로터리 킬른에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
특히 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮기 때문에 상용화되어 널리 사용되고 있다.
한편, 상기 리튬 이차전지는 양극활물질로 리튬 전이금속 산화물이 이용되고 있다. 즉, 양극활물질로는 작용전압이 높고 용량 특성이 우수한 리튬 코발트 산화물, 약 200 mAh/g의 높은 가역용량을 가지고 대용량의 전지 구현이 용이한 리튬 니켈 산화물, 니켈의 일부를 코발트로 치환한 리튬니켈코발트산화물, 니켈의 일부를 망간, 코발트 또는 알루미늄으로 치환한 리튬니켈코발트금속 산화물, 열적 안정성이 우수하고 저렴한 리튬 망간계 산화물, 안정성이 우수한 리튬철인산화물 등이 이용되고 있다.
상기한 양극 활물질은 양극 활물질 제조용 전구체와 리튬 원료물질을 혼합한 후, 가열 장치에 투입하여 고온에서 소성하는 방법을 통해 제조된다.
이때, 상기 가열장치로는 로터리 킬른이 적용될 수 있다. 상기 로터리 킬른은 양극 활물질 제조용 전구체와 리튬 원료 물질(이하, 분말 원료라 함)을 수용하고, 수평방향으로 회전시켜서 혼합하는 회전튜브, 회전튜브의 외측에 구비되고 회전튜브에 열을 부가하여 상기 분말 원료를 가열하여 반응시키는 발열체를 포함한다.
즉, 상기 로터리 킬른은 분말 원료에 열이 전달되기 전에 용기 및 외부로부터 가열되는 전도 형식의 열전달 방식이다. 그러나 상기 로터리 킬른은 분말 원료를 반응시키기 위한 열평형(승온 온도)에 이르기까지 많은 시간이 소요되고, 국부적으로 온도 편차가 발생하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 로터리 킬른은 마이크로웨이브(Microwave)파를 적용한 내부 발열 방식을 적용하고 있으며, 이에 따라 분말 원료를 효과적으로 가열할 수 있다.
그러나 종래의 로터리 킬른 구조만으로는 마이크로웨이브파의 흡수 또는 투과력을 높이는데 한계가 있었다. 특히 분말 원료의 가열 효과를 최적화 하는데도 한계가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 패턴화된 구멍이 형성된 메탈 튜브와 세라믹 튜브를 포함하는 이중의 소성부재를 적용함으로써 마이크로웨이브파의 흡수 또는 투과력을 높일 수 있고, 특히 세라믹 튜브에 마이크로웨이브파가 흡수 또는 투과될 때에만 마이크로웨이브파가 발생되도록 제어하여 분말 원료의 가열 효과를 최적화할 수 있는 로터리 킬른을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 로터리 킬른은 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치를 포함하며, 상기 원료 소성장치는, 중공이 형성된 본체와, 상기 본체에 구비되고 마이크로웨이브파를 발생시키는 마이크로웨이브 발생부를 포함하는 가열부재; 및 상기 본체의 중공에 구비되고, 수평방향으로 회전하면서 분말 원료를 혼합하며, 상기 마이크로웨이브 발생부의 마이크로웨이브파를 통해 분말 원료를 가열하는 소성부재를 포함하고, 상기 소성부재는, 상기 본체의 중공에 수평방향으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 마이크로웨이브 발생부가 반복하여 접하는 둘레면에 관통부가 형성되는 원통형 금속 튜브; 상기 금속 튜브의 내측에 구비되고, 상기 금속 튜브와 연동하여 회전하면서 분말 원료를 혼합하며, 상기 관통부에 노출되는 노출면을 통해 상기 마이크로웨이브 발생부의 마이크로웨이브파를 흡수 또는 투과시켜서 분말 원료를 가열하는 원통형 세라믹 튜브; 및 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 금속 튜브의 관통부를 통해 노출되는 상기 세라믹 튜브의 노출면이 위치하면 마이크로웨이브파가 발생하도록 상기 마이크로웨이브 발생부에 전원을 공급하고, 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 금속 튜브의 외주면 위치하면 마이크로웨이브파 발생되지 않도록 상기 마이크로웨이브 발생부에 공급된 전원을 차단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 관통부는, 상기 금속 튜브의 외주면에서 내주면까지 관통되는 복수개의 관통구멍을 포함하고, 복수개의 관통구멍은 상기 금속 튜브의 둘레면을 따라 규칙적인 패턴을 가질 수 있다.
상기 제어부는, 수평방향으로 회전하는 금속튜브에 형성된 관통구멍을 감지하는 감지센서; 상기 감지센서가 관통구멍을 감지하면 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 노출면이 위치한 것으로 판단하여 상기 마이크로웨이브 발생부에 전원을 공급하고, 상기 감지센서가 관통구멍을 감지하지 못하면, 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 금속 튜브의 외주면이 위치한 것으로 판단하여 상기 마이크로웨이브 발생부에 공급된 전원을 차단하는 전원스위치를 포함할 수 있다.
상기 감지센서는, 상기 마이크로웨이브 발생부에 부착되되, 상기 소성부재의 회전방향과 대응하는 상기 마이크로웨이브 발생부의 일면과 타면에 각각 부착되면서 어느 하나의 감지센서가 관통구멍을 감지하면 상기 마이크로웨이브 발생부에 전원을 공급한 상태를 유지할 수 있다.
상기 관통구멍은, 삼각형, 사각형, 오각형, 원형 및 타원형 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.
상기 마이크로웨이브 발생부는, 상기 본체에 상기 소성부재의 길이방향을 따라 복수개가 구비되고, 상기 관통부는, 복수개의 마이크로웨이브 발생부와 대응되게 상기 금속 튜브에 복수개가 형성될 수 있다.
상기 금속 튜브는, 전체 면적 중 50~90%의 면적에 관통부가 형성될 수 있다.
상기 본체에는 마이크로웨이브 발생부가 결합되는 결합구멍이 형성되고, 상기 결합구멍은 상기 본체의 외측에서 중공까지 관통되게 형성될 수 있다.
상기 본체는 단열성 소재로 마련될 수 있다.
상기 원료 소성장치에 분말 원료를 공급하는 원료 공급장치를 더 포함하며, 상기 원료 공급장치는, 분말 원료가 저장되는 호퍼와, 호퍼에 저장된 분말원료를 상기 원료 소성장치에 공급하는 이송부, 상기 이송부와 상기 원료 소성장치 사이로 마이크로웨이브파가 누설되지 않게 차단하는 공급 차단부를 포함할 수 있다.
상기 원료 소성장치를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 원료 회수장치를 더 포함하며, 상기 원료 회수장치는, 원료 소성장치를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 회수부와, 상기 회수부와 상기 원료 소성장치 사이로 마이크로웨이브파가 누설되지 않게 차단하는 회수 차단부를 포함할 수 있다.
상기 금속 튜브는, 상기 세라믹 튜브 보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 중공에 위치한 결합구멍의 내주면에는 상기 마이크로웨이브 발생부가 상기 중공에 위치한 결합구멍의 출구 밖으로 돌출되지 않게 지지하는 지지돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 로터리 킬른은 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치를 포함하되, 상기 원료 소성장치는 마이크로웨이브파를 발생시키는 가열부재, 마이크로웨이브파를 흡수 또는 투과시키고 분말 원료를 발열시켜서 가열하는 소성부재를 포함하며, 소성부재는 관통부가 형성된 금속튜브와, 상기 관통부를 통해 노출된 노출면이 마이크로웨이브파를 흡수 또는 투과시켜서 분말 원료를 발열시키는 세라믹 튜브를 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 마이크로웨이브파의 흡수력 또는 투과력을 높일 수 있고, 이에 따라 분말 원료를 신속하게 가열할 수 있다.
특히, 본 발명에서 소성부재는 제어부를 포함함으로써 상기 마이크로웨이브 발생부와 상기 관통부를 통해 노출되는 세라믹 튜브의 노출면이 대응되게 위치하면 마이크로웨이브파가 발생하도록 상기 마이크로웨이브 발생부에 전원을 공급하고, 상기 마이크로웨이브 발생부와 금속 튜브가 대응되게 위치하면 마이크로웨이브파 발생되지 않도록 상기 마이크로웨이브 발생부에 공급된 전원을 차단할 수 있다. 그 결과 금속튜브에 반사되는 마이크로웨이브파에 의한 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있고, 분말 원료의 가열 효과를 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른을 도시한 정면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른이 원료 공급장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치에 포함된 소성부재를 도시한 조립사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치에 포함된 소성부재를 도시한 분리사시도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치를 도시한 일부 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치에 포함된 소성부재의 수평 단면도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른에 포함된 소성부재의 수직 단면도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른이 원료 회수장치를 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로터리 킬른을 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 로터리 킬른을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른을 도시한 정면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른이 원료 공급장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치에 포함된 소성부재를 도시한 조립사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치에 포함된 소성부재를 도시한 분리사시도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치를 도시한 일부 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 원료 소성장치에 포함된 소성부재의 수평 단면도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른에 포함된 소성부재의 수직 단면도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른이 원료 회수장치를 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 로터리 킬른을 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 로터리 킬른을 도시한 단면도.
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 로터리 킬른]
본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른은 도 1 내지 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 분말 원료(1)를 공급하는 원료 공급장치(100), 상기 원료 공급장치(100)를 통해 공급된 분말 원료(1)를 혼합(또는 교반)함과 동시에 가열하는 원료 소성장치(200), 상기 원료 소성장치(200)에 의해 소성이 완료된 분말 원료(1)를 회수하는 원료 회수장치(300)를 포함한다.
원료 공급장치
원료 공급장치(100)는 분말 원료를 공급하기 위한 것으로, 분말 원료(1)가 저장되는 호퍼(110)와, 상기 호퍼(110)에 저장된 분말 원료(1)를 상기 원료 소성장치(200)에 공급하는 이송부(120), 상기 이송부(120)와 상기 원료 소성장치(200) 사이로 마이크로웨이브파가 누설되지 않게 차단하는 공급 차단부(130)를 포함한다.
한편, 원료 공급장치(100)는 원료 소성장치(200) 내부에 가스를 주입하여 분말 원료와 반응시키는 가스 투입부를 더 포함하며, 상기 가스 투입부는 상기 호퍼(110)를 통해 원료 소성장치(200)에 가스를 주입한다.
한편, 상기 공급 차단부(130)는 내열성을 가지며, 이에 따라 원료 소성장치(200)에서 발생하는 열이 공급 차단부(130)를 통해 호퍼(110)에 전달되는 것을 차단할 수 있고, 그 결과 호퍼(110)를 보호할 수 있다.
원료 소성장치
원료 소성장치(200)는 원료 공급장치로부터 공급된 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하기 위한 것으로, 마이크로웨이브파를 발생시키는 가열부재(210), 가열부재(210)에 의해 발생한 마이크로웨이브파를 흡수 또는 투과시켜서 분말 원료를 가열함과 동시에 혼합하는 소성부재(220)를 포함한다.
상기 가열부재(210)는 길이방향(도 2에서 보았을 때 가열부재의 좌우방향)으로 관통되는 중공(211a)이 형성된 본체(211)와, 상기 본체(211)에 구비되고 마이크로웨이브파를 발생시키는 마이크로웨이브 발생부(212)를 포함한다.
상기 본체(211)에는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)가 결합되는 결합구멍(211b)이 형성된다. 여기서, 상기 결합구멍(211b)은 본체(211)의 외측(즉, 바깥쪽면)에서 중공(211a)까지 관통되게 형성되며, 이에 따라 결합구멍(211b)에 마이크로웨이브 발생부(212)를 간편하게 결합하거나 또는 분리시킬 수 있다. 그리고 상기 결합구멍(211b)은 본체(211)에 결합된 마이크로웨이브 발생부(212)와 소성부재(220)를 접하게(즉, 최대한 근접하게) 위치시킬 수 있다.
이때 마이크로웨이브 발생부(212)는 결합구멍(211b)에 나사 결합될 수 있으며, 이에 따라 마이크로웨이브 발생부(212)의 결합성을 높일 수 있다.
여기서 마이크로웨이브 발생부(212)와 소성부재의 마찰 발생을 방지하기 위해 상기 마이크로웨이브 발생부(212)는 상기 중공(211a)에 위치한 결합구멍(211b)의 출구 밖으로 돌출되지 않는다. 즉, 마이크로웨이브 발생부(212)는 상기 결합구멍(211b)의 안쪽에 위치한다.
한편, 본체(211)는 단열성 소재로 마련될 수 있으며, 이에 따라 소성부재(220)에서 발생하는 열의 외부 손실을 방지할 수 있다. 또한 본체(211)는 전원에 의해 발열하는 발열체를 더 포함할 수 있으며, 상기 발열체는 상기 금속 튜브과 세라믹 튜브를 가열하고, 가열된 세라믹 튜브를 통해 분말 원료를 가열할 수 있다.
한편, 본체(211)의 양쪽 단부와 소성부재(220) 사이에는 마이크로웨이브파가 본체(211)와 소성부재(220) 사이를 통해 밖으로 누출되지 않도록 차단하는 차폐부가 포함될 수 있다.
한편, 마이크로웨이브 발생부(212)는 결합구멍(211b)에 결합되는 결합부(212a)와, 상기 결합부(212a) 보다 큰 직경을 가지고 상기 본체(211)의 외주면에 지지되는 지지부(212b)를 포함한다. 이에 따라 마이크로웨이브 발생부(212)는 결합구멍(211b)에 간편하게 결합할 수 있다.
한편, 마이크로웨이브 발생부(212)는 전원 인가시 마이크로웨이브파를 발생시키는 발진기를 말한다.
즉, 마이크로웨이브 발생부(212)는 마이크로웨이브파를 발생시키기 위한 것이다. 여기서 상기 마이크로웨이브(microwave)파는 극초단파라고도 하며, 일반적으로 주파수가 300만 메가사이클, 파장 1m 이하의 전파를 말한다. 보다 상세하게는 마이크로웨이브 발생부(212)는 약 300 MHz ~ 약 300 GHz 의 주파수 범위의 마이크로웨이브파를 방출한다.
이에 따라 마이크로웨이브 발생부(212)는 마이크로웨이브파가 분말 원료(1)에 흡수되면, 분말 원료(1)에 남아 있는 물을 파동으로 진동시켜서 발열시킬 수 있고, 그 결과 분말 원료(1)를 가열할 수 있다.
한편, 마이크로웨이브 발생부(212)는 본체(211)의 중공(211a) 길이방향과 원주 방향으로 복수개가 구비될 수 있으며, 이에 따라 소성부재를 향해 마이크로웨이브파를 안정적으로 발생시킬 수 있다.
상기 소성부재(220)는 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하기 위한 것으로, 관통부가 형성된 원통형 금속 튜브(221)와, 원통형 세라믹 튜브(222)를 포함하는 이중 구조를 가진다.
상기 금속 튜브(221)는 상기 본체(211)의 중공(211a)에 수평방향으로 회전(도 2에서 보았을 때 금속 튜브의 수평방향 수평 중심축(o)을 중심으로 회전) 가능하게 구비되고, 상기 마이크로웨이브 발생부가 반복하여 접하는 둘레면(도 6에 표시된 A부분)에 관통부가 형성된다.
여기서 관통부는 상기 금속 튜브(221)의 외주면에서 내주면까지 관통되는 복수개의 관통구멍(221a)을 포함하고, 복수개의 관통구멍(221a)은 상기 금속 튜브(221)의 둘레면을 따라 규칙적인 패턴을 가진다. 즉, 금속튜브(221)는 둘레면을 따라 관통구멍(221a)과 외주면(즉, 금속면)이 교대로 형성되되, 규칙적인 패턴을 가진다.
일례로, 상기 관통구멍(221a)은, 도 4를 참조하면, 직사각형 형태를 가지고, 직사각형 형태의 관통구멍이 금속 튜브(221)의 둘레면을 따라 규칙적으로 배열되는 패턴을 가진다.
이에 따라, 소성부재가 수평방향으로 회전하면, 마이크로웨이브 발생부(212)에 금속 튜브(221)의 관통구멍(221a)과 금속 튜브(221)의 외주면이 교대로 통과하게 된다. 이때 마이크로웨이브 발생부(212)에 금속 튜브(221)의 관통구멍(221a)이 위치하면 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브파가 금속 튜브 내부로 유입되고, 마이크로웨이브 발생부(212)에 금속 튜브(221)의 외주면이 위치하면 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브파가 금속 튜브(221)의 외주면을 통해 반사된다.
따라서 상기 금속 튜브(221)는 마이크로웨이브 발생부(212)에 금속 튜브의 관통구멍이 위치할 때만 마이크로웨이브 발생부의 마이크로웨이브파가 금속 튜브 내부로 유입되게 조절할 수 있다.
한편, 복수개의 관통구멍(221a)은 삼각형, 사각형, 오각형, 원형 및 타원형 중 어느 하나의 형태를 가지며, 삼각형, 사각형, 오각형, 원형 및 타원형 중 어느 하나의 형태를 가진 관통구멍(221a)은 금속 튜브(221)의 둘레면에 규직적인 또는 불규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다.
여기서 관통부는 복수개의 마이크로웨이브 발생부(212)와 대응되게 상기 금속 튜브에 복수개가 형성될 수 있다. 즉, 본체(211)의 길이방향으로 복수개의 마이크로웨이브 발생부(212)가 구비되고, 복수개의 마이크로웨이브 발생부(212)와 대응되게 금속 튜브(221)의 길이방향으로 복수개의 관통부가 형성된다.
한편, 금속 튜브(221)는 설정 수치 이하로 강도가 약화되지 않도록 전체 면적 중 설정된 면적에 한해 관통부를 형성한다. 즉, 상기 금속 튜브(221)는 전체 면적 중 50~90%의 면적으로 관통부가 형성되며, 바람직하게는 상기 금속 튜브(221)는 전체 면적 중 60~70%의 면적에 관통부가 형성된다. 다시 말해, 관통부는 금속튜브의 전체 면적 중 50~90%의 면적을 가진다. 이에 따라 금속 튜브에 관통부를 최대한 확보함과 동시에 강도 약화에 의한 변형을 방지할 수 있다.
한편, 금속 튜브(221)는 탄소강, 중크롬강, sus강, Ferrite계 강, Martensite계 강 중 하나, 또는 둘 이상을 포함하는 소재로 마련될 수 있다.
상기 세라믹 튜브(222)는 상기 금속 튜브(221)의 내측에 구비되고, 상기 금속 튜브(221)와 연동하여 회전하면서 상기 원료 공급장치로부터 공급된 분말 원료(1)를 혼합하며, 상기 관통부에 노출되는 노출면(222a)이 상기 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브파를 흡수 또는 투과하면서 마이크로웨이브파에 의해 분말 원료(1)를 발열시켜서 가열한다.
한편, 세라믹 튜브(222)는 쿼츠, 뮬라이트, 알루미나, 질화알루미늄, 질화 규소로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 소재로 마련될 수 있다.
한편, 세라믹 튜브(222)의 내부에는 마이크로웨이브파에 의해 발열하면서 분말 원료를 가열하는 발열체가 더 포함될 수 있으며, 상기 발열체는 실리콘 카바이드(SiC), 질화붕소(BN), 및 탄소 소재 중 어느 하나 또는 둘 이상의 소재로 제조될 수 있다. 여기서 마이크로웨이브는 실리콘 카바이드(SiC)를 대략 1800℃까지 상승시킬 수 있다.
즉, 상기 발열체는 상기 세라믹 튜브에 함유, 세라믹 튜브의 내주면에 코팅 및 세라믹 튜브의 내주면에 돌출되게 구비될 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 원료 소성장치(200)는 소성부재(220)가 수평방향으로 회전하면서 소성부재(220)에 공급된 분말 원료(1)를 혼합한다. 이때 소성부재(220)에 포함된 금속 튜브(221)의 관통부를 통해 노출되는 상기 세라믹 튜브(222)의 노출면으로 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브파를 흡수 또는 투과되고, 상기 세라믹 튜브에 흡수 또는 투과된 마이크로웨이브파가 소성부재(220)에 공급된 분말 원료에 흡수되면서 분말 원료를 가열시킬 수 있다. 특히 상기 세라믹 튜브에 흡수 또는 투과된 마이크로웨이브파가 세라믹 튜브(222)에 포함된 발열체를 발열시킴으로써 분말 원료를 신속하게 가열할 수 있다.
한편, 원료 소성장치(200)는 소성부재(220)를 수평방향으로 회전시키는 회전장치(230)를 더 포함하며, 회전장치(230)는 소성부재(220)를 감싸는 형태로 결합되는 구동기어(231)와, 상기 구동기어(231)를 회전시켜서 상기 구동기어(231)를 통해 상기 소성부재(220)를 수평방향으로 회전시키는 구동모터(232)를 포함한다.
한편, 원료 소성장치(200)에서 금속 튜브(221)의 외주면(즉, 금속면)은 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브파가 세라믹 튜브(222)에 흡수 또는 투과하지 않게 반사하게 되는데, 이때 마이크로웨이브파의 반사가 장시간 지속될 경우 스파크가 발생하면서 화재가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해 원료 소성장치(200)는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 금속 튜브(221)의 관통구멍(221a)을 통해 노출된 세라믹 튜브(222)가 위치할 때만 상기 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브가 발생하도록 제어하는 제어부(240)를 포함한다.
즉, 제어부(240)는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 관통구멍(221a)이 대응되게(또는 접하게) 위치하면, 보다 정확하게는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)와 관통구멍(221a)을 통해 노출된 세라믹튜브(222)의 노출면(222a)이 대응되게 위치하면 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 전원을 공급하여 마이크로웨이브파를 발생시킨다. 이에 따라 상기 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브파는 세라믹튜브(222)의 노출면(222a)을 통해 흡수 또는 투과될 수 있다. 그리고 제어부(240)는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 금속 튜브(221)의 외주면(즉, 금속면)이 위치하면, 보다 정확하게는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)와 관통구멍(221a)을 통해 노출된 세라믹 튜브(222)의 노출면(222a)가 대응되게 위치하지 않으면 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 공급된 전원을 차단하여 마이크로웨이브파를 발생시키지 않는다. 이에 따라 상기 마이크로웨이브 발생부(212)는 마이크로웨이브파가 발생되지 않기 때문에 금속 튜브(221)의 외주면에 반사되지 않으며, 그 결과 스파크 및 화재 발생을 방지할 수 있다. 더불어 에너지 효율을 높일 수 있다.
정리하면, 제어부(240)는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)와 상기 관통부를 통해 노출되는 세라믹 튜브(222)의 노출면이 대응되게 위치하면 마이크로웨이브파가 발생하도록 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 전원을 공급하고, 상기 마이크로웨이브 발생부(212)와 금속 튜브(221)의 외주면이 대응되게 위치하면 마이크로웨이브파 발생되지 않도록 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 공급된 전원을 차단한다.
일례로, 상기 제어부(240)는, 수평방향으로 회전하는 금속 튜브(221)에 형성된 관통구멍(221a)을 감지하는 감지센서(241), 상기 감지센서(241)가 관통구멍(221a)을 감지하면 상기 마이크로웨이브 발생부(212)와 상기 노출면이 대응되게 위치하는 것으로 판단하여 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 전원을 공급하고, 상기 감지센서(241)가 관통구멍(221a)을 감지하지 못하면, 상기 마이크로웨이브 발생부(212)와 상기 금속 튜브(221)의 외주면이 대응되게 위치하는 것으로 판단하여 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 공급된 전원을 차단하는 전원스위치(242)를 포함한다.
여기서 상기 감지센서(241)는, 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 부착되되, 상기 소성부재(220)의 회전방향과 대응하는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)의 일면과 타면(도 8에서 보았을 때 마이크로웨이브 발생부의 앞면과 뒷면)에 각각 부착되며, 이에 따라 상기 마이크로웨이브 발생부를 통과하는 관통구멍을 정확히 감지할 수 있고, 관통구멍이 마이크로웨이브 발생부를 통과하기 전에 미리 감지할 수 있다.
특히 제어부(240)는 상기 마이크로웨이브 발생부(212)의 일면에 구비된 감지센서와 타면에 구비된 감지센서 중 어느 하나의 감지센서가 관통구멍(221a)을 감지하면 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 전원을 공급한 상태를 유지한다. 즉, 상기 마이크로웨이브 발생부(212)와 관통구멍(221a)이 일부라도 겹치게 위치하면 상기 마이크로웨이브 발생부(212)에 전원을 공급한 상태를 유지하며, 그 결과 세라믹 튜브(222)를 통한 마이크로웨이브파의 흡수 또는 투과력을 크게 높일 수 있다.
원료 회수장치
원료 회수장치(300)는 원료 소성장치에 의해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하기 위한 것으로, 원료 소성장치(200)를 통해 소성이 완료된 분말 원료(1)를 회수하는 회수부(310)와, 상기 회수부(310)와 상기 원료 소성장치(200) 사이로 마이크로웨이브파가 누설되지 않게 차단하는 회수 차단부(320)를 포함한다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른은 마이크로웨이브파의 흡수 또는 투과력을 높일 수 있고, 특히 금속튜브에 형성된 관통부의 크기 또는 면적을 조절하면 마이크로웨이브파의 흡수 또는 투과력을 조절할 수도 있으며, 마이크로웨이브파가 금속 튜브에 반사되는 것을 방지하여 사고발생을 미연에 방지할 수 있고, 그 결과 에너지 효율성과 분말 원료의 가열성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 작동상태를 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리 킬른의 작동방법]
먼저, 회전장치(230)를 통해 소성부재(220)를 회전시키면, 상기 소성부재(220)는 수평방향으로 회전한다. 이때 소성부재(220)의 세라믹 튜브(222)는 금속튜브(221)의 관통구멍을 통해 노출된 노출면(222a)이 가열부재(210)의 본체(211)에 구비된 마이크로웨이브 발생부(212)와 반복하여 접하게 된다. 이와 같은 상태에서 마이크로웨이브 발생부(212)에 전원을 공급하면, 마이크로웨이브 발생부(212)에서 발생한 마이크로웨이브파가 관통구멍을 통해 노출된 세라믹 튜브(222)의 노출면(222a)을 통해 흡수 또는 투과된다.
여기서 제어부(240)는 마이크로웨이브 발생부(212)에 금속튜브(221)의 관통구멍이 위치하면 마이크로웨이브 발생부(212)에 전원을 공급하고, 마이크로웨이브 발생부(212)에 금속 튜브(221)의 외주면이 위치하면 마이크로웨이브 발생부(212)에 공급된 전원을 차단하여 마이크로웨이브파가 금속 튜브에 반사되는 것을 방지한다.
즉, 제어부(240)는 수평방향으로 회전하는 소성부재(220)의 금속 튜브(221)의 관통구멍(221a)을 감지센서(241)가 감지하면, 전원스위치(242)는 마이크로웨이브 발생부(212)에 전원을 공급하여 마이크로웨이브 발생부(212)를 통해 마이크로웨이브파를 발생시킨다. 그러면 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브파는 관통구멍을 통해 노출된 세라믹 튜브의 노출면에 흡수 또는 투과된다. 이후 감지센서(241)가 금속 튜브(221)의 외주면을 감지하면 전원스위치(242)는 마이크로 발생부(212)에 공급된 전원을 차단하여 마이크로웨이브 발생부(212)의 마이크로웨이브파가 금속 튜브(221)의 외주면에 반사되는 것을 방지한다.
이후, 원료 공급장치(100)를 통해 원료 소성장치(200)의 소성부재(220)에 분말 원료(1)를 공급하면, 수평방향으로 회전하는 소성부재(220)의 세라믹 튜브(222)에 의해 분말 원료(1)가 혼합되고, 세라믹 튜브(222)에 흡수 또는 투과된 마이크로웨이브파가 분말 원료(1)에 흡수되면서 분말 원료(1)를 발열시킨다. 그 결과 분말 원료를 효과적으로 가열 및 반응시킬 수 있다.
특히 상기 세라믹 튜브에 흡수 또는 투과된 마이크로웨이브파는 세라믹 튜브(222)에 포함된 발열체를 발열시킴으로써 분말 원료를 보다 신속하게 가열할 수 있다.
여기서 상기 소성부재(220) 내부에는 가스 투입부를 통해 가스가 투입되면서 분말 원료(1)와 반응하고, 소성부재(220)로부터 배출되는 가스는 원료 회수장치에 마련된 가스 배출부를 통해 회수된다.
이후, 상기 소성부재(220)에 의해 소성이 완료된 분말 원료(1)는 원료 회수장치(300)를 통해 회수되면서 저장된다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 로터리 킬른]
본 발명의 제2 실시예에 따른 로터리 킬른은 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 금속 튜브(221)와 세라믹 튜브(222)를 구비한 소성부재(220)를 포함하되, 상기 금속 튜브(221)는 상기 세라믹 튜브(222) 보다 얇은 두께를 가진다.
즉, 상기 금속 튜브(221)의 두께(α)는 상기 세라믹 튜브(222) 두께(β)의 30~60% 두께를 가진다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 로터리 킬른은 금속 튜브(221)의 관통부를 통해 노출되는 세라믹 튜브(222)의 노출면과 마이크로웨이브 발생부(212) 사이를 보다 근접시킬 수 있고, 그 결과 세라믹 튜브(222)의 노출면은 마이크로웨이브 발생부의 마이크로웨이브파를 보다 안정적으로 흡수 또는 투과시킬 수 있다.
[본 발명의 제3 실시예에 따른 로터리 킬른]
본 발명의 제3 실시예에 따른 로터리 킬른은 도 11에 도시되어 있는 것과 같이, 중공(211a)이 형성된 본체(211)와, 본체(211)의 결합구멍(211b)에 결합되는 마이크로웨이브 발생부(212)를 구비한 가열부재(210)를 포함한다.
상기 마이크로웨이브 발생부(212)는 상기 중공(211a)에 위치한 결합구멍(211b)의 출구 밖으로 돌출되지 않게 상기 결합구멍 안쪽에 위치할 수 있다.
특히, 중공(211a)에 위치한 상기 결합구멍(211b)의 출구에는 마이크로웨이브 발생부(212)가 결합구멍(211b) 밖으로 돌출되지 않게 지지하는 지지돌기(211c)가 더 포함될 수 있으며, 이에 따라 마이크로웨이브 발생부(212)와 소성부재(220)가 접촉되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 지지돌기(211c)는 결합구멍(211b)의 내주면에 하나 또는 둘 이상 형성될 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.
100: 원료 공급장치
110: 호퍼
120: 이송부
130: 공급 차단부
200: 원료 소성장치
210: 가열부재
211: 본체
211a: 중공
211b: 결합구멍
212: 마이크로웨이브 발생부
220: 소성부재
221: 금속 튜브
221a: 관통구멍
222: 세라믹 튜브
230: 회전장치
240: 제어부
241: 감지센서
242: 전원스위치
300: 회수장치
310: 회수부
320: 회수 차단부
110: 호퍼
120: 이송부
130: 공급 차단부
200: 원료 소성장치
210: 가열부재
211: 본체
211a: 중공
211b: 결합구멍
212: 마이크로웨이브 발생부
220: 소성부재
221: 금속 튜브
221a: 관통구멍
222: 세라믹 튜브
230: 회전장치
240: 제어부
241: 감지센서
242: 전원스위치
300: 회수장치
310: 회수부
320: 회수 차단부
Claims (13)
- 분말 원료를 혼합함과 동시에 가열하는 원료 소성장치를 포함하며,
상기 원료 소성장치는,
중공이 형성된 본체와, 상기 본체에 구비되고 마이크로웨이브파를 발생시키는 마이크로웨이브 발생부를 포함하는 가열부재; 및
상기 본체의 중공에 구비되고, 수평방향으로 회전하면서 분말 원료를 혼합하며, 상기 마이크로웨이브 발생부의 마이크로웨이브파를 통해 분말 원료를 가열하는 소성부재를 포함하고,
상기 소성부재는,
상기 본체의 중공에 수평방향으로 회전 가능하게 구비되고, 상기 마이크로웨이브 발생부가 반복하여 접하는 둘레면에 관통부가 형성되는 원통형 금속 튜브;
상기 금속 튜브의 내측에 구비되고, 상기 금속 튜브와 연동하여 회전하면서 분말 원료를 혼합하며, 상기 관통부에 노출되는 노출면을 통해 상기 마이크로웨이브 발생부의 마이크로웨이브파를 흡수 또는 투과시켜서 분말 원료를 가열하는 원통형 세라믹 튜브; 및
상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 금속 튜브의 관통부를 통해 노출되는 상기 세라믹 튜브의 노출면이 위치하면 마이크로웨이브파가 발생하도록 상기 마이크로웨이브 발생부에 전원을 공급하고, 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 금속 튜브의 외주면 위치하면 마이크로웨이브파 발생되지 않도록 상기 마이크로웨이브 발생부에 공급된 전원을 차단하는 제어부를 포함하는 로터리 킬른. - 청구항 1에 있어서,
상기 관통부는, 상기 금속 튜브의 외주면에서 내주면까지 관통되는 복수개의 관통구멍을 포함하고,
복수개의 관통구멍은 상기 금속 튜브의 둘레면을 따라 규칙적인 패턴을 가지는 로터리 킬른. - 청구항 2에 있어서,
상기 제어부는,
수평방향으로 회전하는 금속튜브에 형성된 관통구멍을 감지하는 감지센서;
상기 감지센서가 관통구멍을 감지하면 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 노출면이 위치한 것으로 판단하여 상기 마이크로웨이브 발생부에 전원을 공급하고, 상기 감지센서가 관통구멍을 감지하지 못하면, 상기 마이크로웨이브 발생부에 상기 금속 튜브의 외주면이 위치한 것으로 판단하여 상기 마이크로웨이브 발생부에 공급된 전원을 차단하는 전원스위치를 포함하는 로터리 킬른. - 청구항 3에 있어서,
상기 감지센서는, 상기 마이크로웨이브 발생부에 부착되되, 상기 소성부재의 회전방향과 대응하는 상기 마이크로웨이브 발생부의 일면과 타면에 각각 부착되면서 어느 하나의 감지센서가 관통구멍을 감지하면 상기 마이크로웨이브 발생부에 전원을 공급한 상태를 유지하는 로터리 킬른. - 청구항 2에 있어서,
상기 관통구멍은, 삼각형, 사각형, 오각형, 원형 및 타원형 중 어느 하나의 형태를 가지는 로터리 킬른. - 청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웨이브 발생부는, 상기 본체에 상기 소성부재의 길이방향을 따라 복수개가 구비되고,
상기 관통부는, 복수개의 마이크로웨이브 발생부와 대응되게 상기 금속 튜브에 복수개가 형성되는 로터리 킬른. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 튜브는, 전체 면적 중 50~90%의 면적에 관통부가 형성되는 로터리 킬른. - 청구항 1에 있어서,
상기 본체에는 마이크로웨이브 발생부가 결합되는 결합구멍이 형성되고,
상기 결합구멍은 상기 본체의 외측에서 중공까지 관통되게 형성되는 로터리 킬른. - 청구항 1에 있어서,
상기 본체는 단열성 소재로 마련되는 로터리 킬른. - 청구항 1에 있어서,
상기 원료 소성장치에 분말 원료를 공급하는 원료 공급장치를 더 포함하며,
상기 원료 공급장치는, 분말 원료가 저장되는 호퍼와, 호퍼에 저장된 분말원료를 상기 원료 소성장치에 공급하는 이송부, 상기 이송부와 상기 원료 소성장치 사이로 마이크로웨이브파가 누설되지 않게 차단하는 공급 차단부를 포함하는 로터리 킬른. - 청구항 1에 있어서,
상기 원료 소성장치를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 원료 회수장치를 더 포함하며,
상기 원료 회수장치는, 원료 소성장치를 통해 소성이 완료된 분말 원료를 회수하는 회수부와, 상기 회수부와 상기 원료 소성장치 사이로 마이크로웨이브파가 누설되지 않게 차단하는 회수 차단부를 포함하는 로터리 킬른. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 튜브는, 상기 세라믹 튜브 보다 얇은 두께를 가지는 로터리 킬른. - 청구항 8에 있어서,
상기 중공에 위치한 결합구멍의 내주면에는 상기 마이크로웨이브 발생부가 상기 중공에 위치한 결합구멍의 출구 밖으로 돌출되지 않게 지지하는 지지돌기가 형성되는 로터리 킬른.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210008967A KR20220105962A (ko) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 로터리 킬른 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210008967A KR20220105962A (ko) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 로터리 킬른 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220105962A true KR20220105962A (ko) | 2022-07-28 |
Family
ID=82607467
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| KR1020210008967A KR20220105962A (ko) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 로터리 킬른 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220105962A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040069156A (ko) | 2003-01-28 | 2004-08-04 | 한국과학기술원 | 마이크로파 가열을 이용한 리튬이차전지용 양극 분말의제조방법 |
-
2021
- 2021-01-21 KR KR1020210008967A patent/KR20220105962A/ko active Search and Examination
Patent Citations (1)
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