KR20220129618A - 화학 물질 운송 및 가열용 운송 트레이(Tray) - Google Patents
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Abstract
본 발명은 베이스(3) 및 이에 고정 연결된 프레임(4)이 있는 일체형 지지 구조(2)를 포함하는 화학 물질들의 운송 및 가열을 위한 운송 트레이(1)에 관한 것으로서, 상기 지지 구조(2)는 화학 물질들을 수용하기 위한 트레이 형상 공동(25)의 라이닝(29)을 지지하고, 상기 라이닝(29)은 베이스(3) 위에 놓인 베이스 플레이트(13) 및 프레임(4)에 클램핑된 다중 프레임 플레이트들(14, 14')을 포함하고, 여기서 상기 라이닝(29)은 플레이트의 평면에서 베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14')의 열팽창이 방해받지 않도록 지지 구조(2)에 의해 지지된다.
Description
본 발명은 가열로 내 열변환 화학 물질의 기술분야에서 화학물질의 운송 및 가열 위해 적합하고 그로 의도된 운송 트레이에 관한 것이다. 본 발명은 또한 리튬 이온 배터리용 캐소드(cathode) 재료의 제조에 있어서 본 발명에 따른 운송 트레이의 용도에 관한 것이다.
배터리는 기본적으로 1차 및 2차 에너지 저장 장치로 구분된다. 1차 에너지 저장 장치에서는 화학 에너지는 전기 에너지로 비가역적으로 변환되며; 2차 에너지 저장 장치(축전지)는 전기 에너지를 공급하여 일어나는 화학 반응을 역전시킬 가능성이 있기 때문에 다중 사용이 가능하다. 리튬 이온을 기반으로 한 활성 캐소드 재료를 사용하는 2차 에너지 저장 장치는 다양한 응용 분야에서 사용된다. 전기 및 하이브리드 자동차, 휴대용 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 시계가 그 예이다. 리튬 이온 전지의 보급으로 인해 활성 캐소드 재료가 대량으로 필요하다. 전 세계적으로 생산되는 양은 연간 100,000톤 이상이며 빠르게 증가하는 추세이다. 현재 활성 캐소드 재료로 전이금속인 니켈(Ni) 망간(Mn)과 코발트(Co)를 혼합한 리튬 혼합 금속 산화물을 사용하는 것이 일반적이다. 가장 일반적으로 생산되는 캐소드 재료는 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(LiNiCoMnO2) 및 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)이다. 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(LiNiCoAlO2) 및 리튬 철 인산염(LiFePo4)은 더 적은 양으로 생산된다.
리튬 이온 전지용 캐소드 재료의 대규모 생산에 있어서, 각 출발 물질들은 연속로를 통해 운송 트레이로 운송되고 이에 따라 섭씨 수백도(예: 950°C)의 온도로 가열되어 원하는 제품으로 화학 전환된다. 현재 사용되는 운송 트레이의 재료는 사용에 필요한 높은 열충격 저항성을 고려하여 선택된다.
그러나 실제로 이러한 재료들은 상당한 부식을 겪는 것으로 나타났다. 그 이유는 고온에서 운송 트레이의 재료를 점점 더 공격하는, 운송 트레이에서 운송되는 물질의 화학적 공격성 때문이다. 특히 리튬 니켈 코발트 망간 산화물의 생산에서 특히 공격적인 전이 금속으로 인해 운송 트레이의 매우 심각한 부식이 발생한다. 이것은 불리하게도 운송 트레이가 상대적으로 적은 수의 소성 사이클(firing cycle)만을 허용하고 교체되어야 한다는 사실을 초래한다. 예를 들어, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물 생산에서 운송 트레이는 일반적으로 20 내지 40 소성 사이클에만 사용할 수 있다. 또 다른 문제는 사용 후 운송 트레이에 캐소드 분말의 잔류물이 있다는 것인데, 이는 일반적으로 유해 폐기물로 분류되어서 운송 트레이의 복잡하고 값비싼 폐기가 요구된다. 이는 상당한 추가 비용을 초래하고 생태학적으로 바람직하지 않다. 또한 운송 트레이로 부터 재료는 소성할 재료를 오염시켜 오염을 유발하고 전반적인 품질을 저하시킨다.
DE 10 2005 024 957 A1은 Si 용융물을 냉각하기 위해 석영 유리 직물 또는 석영 유리 펠트(felt)로 만들어진 인서트(insert)가 있는 다중 부품의 얇은 벽 도가니를 개시한다.
EP 0 452 718 B1은 탄소섬유강화 탄소로 만들어진 베이스(base) 및 측벽으로 내부에 배열된 충전물의 열처리를 위한 어닐링 바스켓(annealing basket)을 개시한다.
DE 10 2011 052 016 A1은 용융 물질, 예를 들어 용융 실리콘을 수용하기 위한 용융 도가니용 키트(kit)를 개시하고 있다.
열처리 공정에 적용되는 구성요소에 대한 지지체는 WO 2004/111562 A2에 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 운송 트레이가 높은 열충격 저항성과 동시에 우수한 내식성을 가지며 따라서 선행 기술에서 공지된 운송 트레이보다 더 많은 횟수를 사용할 수 있도록 선행 기술에 공지된 운송 트레이를 개선하는 데 있다.
이들 및 추가 목적들은 독립항의 특징에 따라 로, 특히 연속 로 또는 보기 화로(bogie hearth furnace)용 운송 트레이에 의해 본 발명의 제안에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항의 특징에 의해 나타난다.
본 발명에 따르면, 로, 특히 연속 로 또는 보기 화로를 위한 운송 트레이가 도시되어 있다. 운송 트레이는 화학 물질을 운송하기 위한 트레이 형태의 컨테이너(container) 역할을 하며, 여기서 운송 트레이에서 운송된 물질들(출발 물질들)은 운송 트레이의 로에서 가열되어 화학 제품으로 변환된다. 원칙적으로, 모든 출발 물질들은 본 발명에 따른 운송 트레이에서 화학 제품으로 전환될 수 있다. 특히 유리하게는, 이들은 리튬 이온 배터리의 활성 캐소드 재료를 제조하기 위한 출발 물질들이며, 이는 특히 x+y+z = 1인 일반식 LiNixMnyCozO2로 설명되는 전이 금속 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co)를 갖는 리튬 혼합 금속 산화물이다. 앞의 공식에서 니켈, 망간 및 코발트는 각각 단독으로 또는 임의의 조합으로 존재할 수 있다.
화학 물질을 운송하고 가열하기 위한 본 발명에 따른 운송 트레이는 바람직하게는 평평한 베이스 및 이에 고정되어 연결된 프레임(frame)을 갖는 지지 구조(support structure)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 지지 구조의 베이스 및 프레임은 일체형으로 형성되고 비파괴적으로 서로 분리가능하게 분리될 수 없다.
운송 트레이는 화학 물질을 수용하는 역할을 하는 트레이 형상의 공동 라이닝(lining)(벽 또는 둘레)을 더 포함한다. 라이닝은 지지 구조에 의해 지지된다. 라이닝은 베이스에 배치된 베이스 플레이트(base plate) 및 프레임에 부착된(즉, 프레임에 고정된) 복수의 프레임 플레이트(frame plate)를 포함한다. 바람직하게는, 프레임 플레이트는 프레임에 클램핑(clamp)된다.
베이스 플레이트는 베이스 플레이트의 플레이트 평면에 대해 적어도 두 개의 직교 방향으로 자유 공간(간극)을 갖도록 지지 구조에 의해 지지되어 플레이트 평면에서의 열팽창이 방해받지 않는다. 즉, 베이스 플레이트는 열팽창이 플레이트 평면에서 방해받지 않도록 지지 구조에 의해 지지된다. 유리하게는, 베이스 플레이트는 지지 구조의 베이스에 의해 지지된다. 바람직하게는, 베이스 플레이트는 플레이트 평면의 모든 주위에 자유 공간을 갖는다. 이를 위해 베이스 플레이트는 열팽창이 방해받지 않도록 플레이트 평면에 충분한 유격(즉, 간격)이 있도록 지지 구조에 의해 지지된다.
또한, 각 프레임 플레이트는 프레임에 고정되고 바람직하게는 프레임에 클램핑되어 열팽창이 방해받지 않도록 플레이트 평면에 적어도 두 개의 직교 방향으로 자유 공간(간격)을 갖는다. 즉, 각 프레임 플레이트는 플레이트 평면에서 열팽창이 방해받지 않도록 지지 구조에 의해 지지된다. 유리하게는, 각각의 프레임 플레이트는 프레임에 클램핑된다. 이를 위해 각각의 프레임 플레이트는 열팽창이 방해받지 않도록 플레이트 평면에서 충분한 유격(즉, 간격)을 갖도록 지지 구조에 의해 지지된다.
베이스 플레이트 및 프레임 플레이트의 열팽창이 부정적인 영향을 받지 않는 운송 트레이의 트레이 형상의 공동(tray-shaped cavity)의 라이닝을 특수하게 설계한 결과로, 그렇지 않았다면 재료가 파손될 수도 있는 열유도 기계적 응력을 피할 수 있다. 따라서 라이닝은, 이러한 재료들에서 전형적인, 다소 낮은 열충격 저항성으로 인해 재료 파손되는 위험 없이, 우수한 내식성을 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 열충격 저항성이 낮은 재료는 열에 의한 기계적 응력에 더 쉽게 파손될 수 있다. 대조적으로, 라이닝에 의해 부식으로부터 보호되는 지지 구조의 재료는 원하는 높은 열충격 저항성을 감안하여 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 운송 트레이는 유리하게는 교체되기 전에 종래의 운송 트레이보다 훨씬 더 많은 횟수를 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 운송 트레이는 동일한 용도로 기존의 운송 트레이보다 100배 이상 자주 사용할 수 있다.
라이닝용으로 쓰이는 재료는 내식성이 높은 것으로 선택할 수 있다. 라이닝의 구조적 설계를 통해 열충격 저항성을 달성된다.
열충격 저항성 면에서 라이닝의 벽 두께가 작은 것이 유리하다. 바람직하게는, 베이스 및 프레임 플레이트의 벽 두께는 1.5 mm 내지 8.0 m 범위, 특히 바람직하게는 2.0 mm 내지 5.0 mm 범위이다. 특히, 프레임 플레이트는 0.3 mm 내지 2.5 mm 범위의 벽 두께를 갖는 필름으로 구현될 수도 있다. 지지 구조의 두께는 유리하게는 6 내지 12 mm 범위이고, 바람직하게는 7 mm이다.
다음 공식은 관계를 명확하게 한다:
I(TWB) = (MOR x TC) : (MOE x CTE x T)
여기서 약어는 다음의 의미를 갖는다.
I(TWB): 열충격 저항성 지표
MOR: 파단계수(굴곡강도), 단위: N/mm2
TC: 열전도율, 단위: W/m*K
MOE: 영률, 단위: N/mm2
CTE: 열팽창 계수, 단위: 1/K
T: 판 두께, 단위: m
위의 공식에서 I(TWB)는 재료의 열충격 저항성을 나타내는 지표이다. I(TWB) 값이 더 클수록 열충격 저항성이 더 우수하고, I(TWB)값이 더 적을수록 열충격 정항성이 더 열악하다. 따라서, 열충격 저항성은 특히 판두께(T)에 반비례하며, 판두께(T)가 얇을수록 열충격 저항성은 더 커진다.
트레이 형상 공동의 라이닝 또는 그 부품은 별도로 교환될 수 있으며, 지지 구조는 일반적으로 계속 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 운송 트레이들을 사용하는 경우 물질들의 생산 비용이 상당히 감소될 수 있다. 또한 처분할 유해 폐기물이 상당히 적다. 또한, 소성 재료의 오염이 감소되어 품질이 향상된다.
라이닝의 베이스 플레이트는 일체형 또는 여러 조각으로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 베이스 플레이트는 일체형으로 구현된다. 베이스 플레이트를 다중 부품으로 설계하는 경우, 예를 들어 다중 스트립들(strips)으로 구성된다. 마찬가지로, 각각의 프레임 플레이트는 하나 또는 여러 조각으로 구현될 수 있으며 일체형 디자인이 선호된다.
운송 트레이는 유리하게는 라이닝의 부품이 아닌 어느 부품도 트레이 형상 공동 내로 돌출되지 않도록, 특히 프레임 플레이트를 고정하기 위해 사용되는 나사가 없도록 설계된다.
본 발명에 따른 운송 트레이의 유리한 일 실시예에 따르면, 프레임 플레이트는 클램핑 스트립(clamping strip)에 의해 지지 구조의 프레임에 클램핑된다. 유리하게는, 두 개의 인접한 프레임 플레이트들은 하나의 클램핑 스트립에 의해 프레임에 클램핑된다. 바람직하게는, 클램핑 스트립들은 프레임 플레이트들의 에지(edge) 영역들을 수용하기 위한 홈들을 각각 갖는다. 하나의 클램핑 스트립에 인접한 프레임 플레이트들의 에지 영역들은 프레임 플레이트들의 열 팽창이 가능하도록 클램핑 스트립들의 홈들에 유격을 두고 수용된다. 프레임 플레이트들을 클램핑하기 위한 클램핑 스트립들은 유리하게는 불활성 세라믹 재료로 만들어진 나사들 또는 스프링 탄성 클립들(spring elastic clips)에 의해 프레임에 클램핑된다. 사용된 나사들 또는 클립들은 내열성 및 내식성이다. 바람직하게는, 나사들 및 클립들은 지르코늄 산화물, 마그네슘 산화물, 알루미늄 산화물 또는 이들의 혼합물과 같은 세라믹 재료로 만들어지며, 바람직하게는 이 재료가 적어도 80%의 비율을 갖는다. 유리하게는, 클램핑 스트립들은 각각 프레임의 모서리 섹션(corner section)에 클램핑된다. 클램핑 스트립들은 모서리 부품이라고도 한다.
운송 트레이의 유리한 일 실시예에 따르면, 클램핑 스트립들은 알루미늄/마그네슘 스피넬, 이트륨 산화물(Y2O3), 세륨 산화물(CeO2), 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 마그네슘 산화물(MgO), 또는 이들의 혼합물을, 바람직하게는 적어도 80%, 특히 바람직하게는 적어도 90%의 비율로 함유한다. 특히, 클램핑 스트립들은 알루미늄 산화물(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 마그네슘 산화물(MgO), 또는 이들의 혼합물로 만들어질 수 있다.
본 발명에 따른 운송 트레이의 또 다른 유리한 일 실시예에 따르면, 지지 구조의 프레임은 폐쇄형 또는 주변 프레임(perimetral frame)이다. 바람직하게는, 지지 구조의 주변 프레임은 판형 프레임(plate-shaped) 섹션을 갖는다. 예를 들어, 프레임은 두 개가 각각 대향(평행)하는 프레임 섹션이 있는 직사각형 또는 정사각형 모양을 갖는다. 예를 들어, 서로 인접한 프레임 섹션들은 (비스듬한) 모서리 섹션에 의해 서로 연결되며, 모서리 섹션은 두 개의 인접한 프레임 섹션들 각각에 대해 0°보다 크고 90° 미만의 각도로 배열된다.
바람직하게는, 지지 구조 프레임의 적어도 하나의 판형 프레임 섹션은 적어도 하나의 절개부(cutout), 특히 정확히 하나의 절개부를 갖는다. 유리하게는, 모든 판형 프레임 섹션들은 각각 적어도 하나의 절개부, 특히 정확히 하나의 절개부를 갖는다. 적어도 하나의 절개부를 통해 운송 트레이의 중량 및 재료는 물론 제조 비용을 절감할 수 있다. 이에 의해 얻어지는 또 다른 이점은 절개부 영역에서 소성되는 재료로의 개선된 열 전달이며, 이는 우수한 내식성을 갖는 재료의 일반적으로 다소 불량한 열전도율의 단점을 감소시킨다. 또한 라이닝에 가해지는 열 부하를 줄일 수 있다.
바람직하게는, 지지 구조의 판형 프레임 섹션의 적어도 하나의 절개부는 프레임의 판형 프레임 섹션 면적의 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 90%에 걸쳐 확장되며, 절개부가 점점 더 넓어지면서 더 나은 열 전달과 더 큰 재료 및 비용 절감과 관련된다.
지지 구조의 판형 프레임 섹션의 적어도 하나의 절개부는 내부 절개부(internal cutout)일 수 있으며, 즉 프레임 섹션의 재료에 의해 완전히 둘러싸여 있다. 이 경우, 라이닝의 관련 프레임 플레이트는 지지 구조의 프레임 섹션에 의해 기계적 응력으로부터 계속 잘 보호되며 결과적으로 매우 얇은 벽들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프레임 플레이트의 벽 두께는 0.3 mm 내지 8.0 mm의 범위에 있다. 특히 벽이 얇은 프레임 플레이트의 경우, 벽 두께는 예를 들어 0.3 mm 내지 2.0 mm의 범위에 있다.
대안적인 일 실시예에서, 지지 구조의 판형 프레임 섹션의 적어도 하나의 절개부는 에지 절개부(edge cutout)이다. 절개부의 확장을 추가로 확대함으로써 소성될 재료로의 열 전달을 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라 재료 및 비용을 추가로 절약할 수 있다.
본 발명에 따른 운송 트레이의 또 다른 유리한 일 실시예에 따르면, 지지 구조의 베이스는 복수의 구멍들을 갖는다. 이렇게 함으로써 운송 트레이의 재료 및 비용을 추가적으로 절약할 수 있다. 또한, 소성될 재료로의 열전달을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 실시예의 또 다른 중요한 이점은 라이닝에 대한 열 부하가 감소될 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 운송 트레이의 또 다른 유리한 일 실시예에 따르면, 지지 구조의 프레임은 폐쇄되지 않고, 대신에 적어도 한 번 중단되고 특히 모서리 기둥으로서 설계된 복수의 기둥들을 포함한다. 프레임이 에지 절개부들로 기둥 사이에서 완전히 제거된다. 이 경우 지지 구조는 프레임을 형성하는 베이스와 기둥으로 구성된다. 이렇게 함으로써 운송 트레이의 재료 및 비용을 더욱 절감할 수 있다. 또한, 소성될 재료로의 열전달을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 운송 트레이의 또 다른 유리한 일 실시예에 따르면, 프레임 플레이트들은 각각 베이스 플레이트 위에 안착된다. 따라서 베이스 플레이트는 플레이트 평면에서 베이스 플레이트의 열 팽창을 방해하지 않고 플레이트 평면에 수직인 방향으로 고정될 수 있다.
본 발명에 따른 운송 트레이의 또 다른 유리한 일 실시예에 따르면, 프레임 플레이트들과 베이스 플레이트 사이에서 인접하는 각 에지들을 덮기 위해 쐐기형 모서리 스트립들이 제공된다. 모서리 스트립들은 프레임 플레이트들과 베이스 플레이트 사이의 인접 에지 영역들안으로 소성될 재료가 침투하는 것을 방지하여 지지 구조를 부식으로부터 안정적이고 안전하게 보호할 수 있다.
본 발명에 따른 운송 트레이의 또 다른 유리한 일 실시예에 따르면, 베이스 플레이트는 플레이트 평면에서 프레임 플레이트를 넘어 연장된다. 베이스 플레이트는 지지 구조의 베이스에 프레임 플레이트에 의해 고정되며 베이스 플레이트의 열 팽창은 부정적인 영향을 받지 않는다.
본 발명에 따른 운송 트레이의 또 다른 유리한 일 실시예에 따르면, 지지 구조 및 트레이 형상 공동(tray-shaped cavity)의 라이닝은 서로 다른 재료로 만들어져, 바람직하게는 동일한 제품에 대한 화학 반응에 비해서, 라이닝의 재료는 지지 구조의 재료보다 부식에 강하도록 선택된다. 결과적으로 운송 트레이를 더 많이 사용할 수 있다, 즉, 부식으로 인해 교체하기 전에 소성 사이클의 수가 증가한다. 따라서 라이닝의 재료는 특정 출발 물질이 화학 제품으로 전환되는 동안 부식 안정성의 관점에서 구체적으로 선택될 수 있으며, 그 결과 사용 횟수가 증가한다. 유리하게는, 지지 구조의 재료는 우수한 열충격 저항성을 고려하여 선택된다. 그러나 지지 구조 및 라이닝이 동일한 재료로 만들어지는 것도 가능하다.
운송 트레이의 유리한 일 실시예에 따르면, 라이닝은 알루미늄/마그네슘 스피넬, 이트륨 산화물(Y2O3), 세륨 산화물(CeO2), 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 마그네슘 산화물(MgO), 또는 이들의 혼합물을 바람직하게는 적어도 80%, 특히 바람직하게는 적어도 90%를 함유한다. 특히, 운송 트레이는 알루미늄 산화물(Al2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 마그네슘 산화물(MgO) 또는 이들의 혼합물로 만들어질 수 있다.
운반 트레이의 유리한 일 실시예에 따르면, 지지 구조는 코오디어라이트, 멀라이트, 코오디어라이트/스피넬/멀라이트 혼합물, R-SiC, N-SiC, S-SiC, Si-SiC, 산화 결합된 SiC, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 재료를 함유하거나 선택된 재료로 만들어진다. 지지 구조가 그래파이트를 함유하거나 이로 만들어지는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 운송 트레이는 원칙적으로 로, 특히 연속 로를 통한 운송 트레이의 운송 및 로에서 가열에 의해 운송 트레이 안에 위치한 출발 물질의 화학 반응이 일어나는 임의의 화학 제품의 생산에 사용될 수 있다. 운송 트레이는 리튬 이온 배터리의 (리튬 이온 기반) 활성 캐소드 재료의 생산에 특히 유리하게 사용된다.
본 발명은 또한 리튬 이온 배터리의 캐소드 재료 특히 일반식 LiNixMnyCozO2 mit x+y+z = 1로 기술되는 전이 금속 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co)를 갖는 리튬 혼합 금속 산화물을 제조하기 위한 본 발명에 따른 운송 트레이의 용도까지 확장된다.
본 발명의 다양한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 특히, 위에서 언급되고 아래에서 설명될 특징들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 지시된 조합으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 단독으로 사용될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들을 사용하여 상세하게 설명된다. 상기 도면들은 축척이 아닌 단순화된 표현으로 다음을 도시한다:
도 1 내지 9는 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 제1 실시예를 보여주기 위한 다양한 도면들이며;
도 10 내지 11은 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예의 다양한 도면들이며;
도 12 내지 13은 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예의 다양한 도면들이며;
도 14 내지 15는 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예들의 다양한 도면들이며;
도 16 내지 17은 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예의 다양한 도면들이며;
도 18 내지 19는 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예의 다양한 도면들이다.
도 1 내지 9는 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 제1 실시예를 보여주기 위한 다양한 도면들이며;
도 10 내지 11은 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예의 다양한 도면들이며;
도 12 내지 13은 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예의 다양한 도면들이며;
도 14 내지 15는 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예들의 다양한 도면들이며;
도 16 내지 17은 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예의 다양한 도면들이며;
도 18 내지 19는 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 또 다른 실시예의 다양한 도면들이다.
먼저 도 1 내지 9를 참조하면, 여기서 본 발명에 따른 운송 트레이의 예시적인 제1 실시예가 다양한 도면들로 도시되어 있다. 도 1은 참조 부호 1로 전체가 지정된 운송 트레이를 위에서 본 투시도이다. 도 2 내지 9는 또한 각각 운송 트레이(1)의 세부 사항들 또는 구성 요소들을 도시한다. 운송 트레이(1)는 로, 예를 들어 연속 로에서 화학 물질의 운송 및 가열에 사용된다. 전형적으로, 연속 로는 로 입구에서 로 출구로 운송 트레이(1)를 지지하고 운송하기 위한 운송 표면을 함께 형성하는 능동적으로 구동되는 롤러를 갖는 롤러 베드(roller bed)를 포함한다. 연속 로의 구체적인 구조는 본 발명의 이해를 위해 필요하지 않으므로 설명은 생략한다.
도 1에 도시된 운송 트레이(1)는 도 2에 별도의 도면으로 도시된 외부 지지 구조(2)를 포함한다. 지지 구조(2)는 하나의 부품 또는 일체형으로 구현된 강성 본체이다. 지지 구조(2)는 베이스(3) 및 프레임(4)으로 구성되며, 베이스(3) 및 프레임(4)은 지지 구조(2)의 일체형 특성으로 인해 서로 고정 연결되어 있으며 비파괴적인 방식으로 서로 분리될 수 없다. 운송 트레이(1)의 실제 사용에서 베이스(3)는 일반적으로 수평 방향이며; 프레임(4)는 수직 방향이다. 예시적인 일 실시예에서, 프레임(4)은 폐쇄형 또는 주변 프레임이다. 여기서, 베이스(3)와 프레임(4)으로 이루어진 지지 구조(2)는 말하자면 외부 캡슐을 형성한다.
베이스(3)는 일반적으로 평평한 전면(상부) 베이스 표면(5) 및 후면(하부) 베이스 표면(6)을 갖는다. 지지 구조(2)의 베이스 표면이기도 한 후면 베이스 표면(6)은 베이스에 운송 트레이(1)를 설치하는데 사용된다. 본 예시적인 실시예에서, 지지 구조(2)는 여기에서, 예를 들어 평평한 판의 형태로 구현되고 프레임(4)까지 지지 구조(2)의 전체 하부 영역에 걸쳐 평면 방식으로 연장되는 연속적인(즉, 중단되지 않은/또는 연속적인) 베이스(3)를 갖는다. 연속 베이스(3)에는 개구부가 없다.
프레임(4)은 형상이 실질적으로 직사각형이고, 각각 서로 대향하는 (서로 평행한) 두 개의 프레임 섹션들(7 또는 7')로 내적으로 세분될 수 있으며, 각각에 대해 비스듬하게 배열된 모서리 섹션들(8)에 의해 서로 연결된다. 이 실시예에서, 지지 구조(2)는 폐쇄된 또는 주변(즉, 중단되지 않은) 프레임(4)을 갖는다. 여기서, 프레임 섹션들(7, 7')은, 예를 들어 각각 판형이고 편평하다. 두 개의 서로 인접한 프레임 섹션들(7, 7')을 연결하는 각 모서리 섹션(8)은 프레임 섹션들(7, 7')에 대해 45°의 각도로 배열된다. 프레임(4)은 내부 프레임 표면(9) 및 외부 프레임 표면(10)을 갖는다.
지지 구조(2)의 프레임(4) 모서리 섹션들(8)은 각각, 예를 들어 둥근 구멍의 형태로 구현되는 개구부(12)를 갖는다. 도 2에 도시된 예에서, 모서리 섹션들(8)은 각각 두 개의 개구부(12)를 가지며, 더 많거나 더 적은 수의 개구부(12)를 제공할 수 있는 동일한 가능성을 갖는다.
전면 베이스 표면(5)과 내부 프레임 표면(9)은 지지 구조(2)의 내부 영역(11)(여기서, 상부를 향해 개방된 트레이 공간)을 공동으로 한정하며, 이는 아래에서 더 자세히 설명되어 있는 운송 트레이(1)의 트레이 형상 공동(25)용 라이닝(29)의 요소를 수용하는 역할을 한다.
이제 지지 구조(2)의 내부 영역(11)안으로 다양한 인서트들(inserts)이 삽입되어 있는 것을 도시하는 도 3 및 4를 참조한다. 인서트들은 운송 트레이(1)의 트레이 형상의 공동(25)을 둘러싸는 라이닝(29)을 형성한다. 따라서, 베이스 플레이트(13)는 전면 베이스 표면(5) 상에 배치되고 다수의 프레임 플레이트(14, 14')는 내부 프레임 표면(9)의 프레임 섹션(7, 7')에 인접하게 배치된다. 도 3 및 4에서 삽입 절차는 화살표를 사용하여 예시된다. 베이스 플레이트(13)는 베이스(3) 상에 자유롭게 놓여 있다. 프레임 플레이트들(14, 14')는 프레임(4)에 클램핑되며, 이는 아래에서 더 상세히 설명된다. 여기서, 베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14')은, 예를 들어 각각 개구부가 없는 평평한 플레이트들의 형태를 갖는다. 베이스 플레이트(13)가 다중 부품들로 구현되고 예를 들어 다중 스트립들로 구성되는 것도 생각할 수 있다.
도 5는 위에서 본 사시도로 중간 조립상태에 있는 운송 트레이(1)를 도시한다. 도 5는 특히 프레임(4)에 프레임 플레이트들(14, 14')을 부착하는 것을 도시한다. 직접 인접한 두 개의 프레임 플레이트들(14, 14')의 에지 영역들(17, 17') 상의 모서리 섹션들(8)의 영역에 배치되는 모서리 부품들(15)은 프레임 플레이트들(14, 14')을 프레임(4)에 부착하기 위해 제공된다. 모서리 섹션들(8) 상의 모서리 부품들(15)의 배치는 도 5에서 화살표로 도시된다.
모서리 부품들(15)은 프레임(4)의 모서리 섹션들(8)의 개구부들(12)를 통해 외부로부터 안내되고 모서리 부품들(15)에 나사 결합되는 나사들(16)에 의해 각각프레임(4)에 부착된다. 이를 위해, 모서리 부품들(15)에 막힌(비관통) 구멍들이 구비되고, 각 구멍에는 나사(16) 결합을 위한 나사산이 형성된다. 막힌 구멍들과 이것들의 나사산은 도면에 자세히 표시되어 있지 않다.
여기에 설명된 막힌 구멍들은 기술적인 관점에서 특히 좋은 해결 방법을 보여준다. 막힌 구멍 대신에 관통 구멍(더 경제적임)을 제공하는 것도 생각할 수 있으며, 이 경우 나사(16)는 너트(nut)로 고정되어야 한다. 그러나 이 방법은 너트가 화학적으로 공격적인 물질의 부식 공격에 노출되기 때문에 운송 트레이(1)의 트레이 형상의 공동(25) 안으로 돌출되는 단점이 있다. 이것을 피하기 위해, 각각의 나사(16)를 위한 모서리 부품(15)에 나사 및 결합 너트를 수용하는 오목부를 구비하는 것을 생각할 수 있을 것이다. 일반적으로, 나사(16)와 같이 라이닝에 속하지 않은 구성요소가 트레이 형상 공동(25) 내로 돌출되지 않는 것이 유리하다.
프레임 플레이트들(14, 14')은 모서리 부품들(15)에 의해 내부 프레임 표면(9)에 클램핑된다. 베이스 플레이트(13)는 베이스(3)에 부착되지 않고 대신 자유롭게 그곳에 놓여있다. 그러나,베이스 플레이트(13)는 프레임 플레이트들(14, 14)에 의해 클램핑됨으로써 베이스(3)에 수직으로 고정될 수 있다. 완전히 조립된 운송 트레이(1)은 도 1에 도시되어 있다.
도 6은 완전히 조립된 운송 트레이(1)의 수평 단면(베이스(3)에 평행한)을 보여준다. 운송 트레이(1)의 한 모서리 영역은 점선인 원(A)으로 표시되어 있다. 도 6의 운송 트레이(1)의 표시된 모서리 영역(A)는 도 7에 확대도로 도시되어 있다.
도 7에서 볼 수 있듯이, 모서리 부품(15)은 인접한 프레임 플레이트들(14, 14')의 각 에지 영역들(17, 17')과 중첩한다. 이를 위해, 모서리 부품(15)은 양쪽에 홈(18, 18')이 구비되며, 거기에 프레임 플레이트들(14, 14')의 에지 영역들(17, 17')이 수용된다. 홈들(18, 18')은 각각 프레임 플레이트들(14, 14')의 관련 에지 영역들(17, 17')의 관련된 에지 영역과 겹치는 스트립 형상(strip-shaped)의 돌출부(19, 19')가 있다.
여기서 프레임 플레이트들(14, 14')의 에지 영역들(17, 17')은 각각 관련 홈ㄷ들8, 18')에서 유격을 갖고 수용된다. 즉 홈들(18, 18')을 완전히 채우지 않는 것이 중요하다. 따라서, 프레임 플레이트들(14, 14')의 각 에지 영역(17, 17')과 홈들(18, 18') 내의 모서리 부품(15) 사이에는 자유 공간("간격")이 존재한다. 이러한 자유 공간들(20, 20')은 프레임(4)의 둘레 방향으로(즉, 프레임 플레이트(14, 14')의 평면에서 및 프레임(4)의 둘레 방향에서) 형성된다. 따라서 프레임 플레이트들(14, 14')은 각각의 경우 플레이트 평면에 대해 방해 없이 프레임 플레이트들(14, 14')의 열 유도 팽창이 가능하도록 적어도 두 개의 직교 방향들로 간격을 갖는다. 다시 말해서, 프레임 플레이트들(14, 14')은 각각 홈들(18, 18')에 수용되어 플레이트 평면에서 프레임 플레이트들(14, 14')의 열 팽창이 가능하다.
유리하게는, 프레임(4)의 주변 방향으로 측정된 자유 공간들(20, 20')의 폭은 방해없이 프레임 플레이트(14)의 열 팽창이 가능하기에는 충분하지만 과도한 오염은 방지된다. 바람직하게는 자유 공간들(20, 20')의 폭은 최대 2.5 mm이다.
이제 도 8 및 9을 참조한다. 도 8은 베이스(3)의 평면에 수직인 운송 트레이(1)의 단면도를 도시하며 도 9는 도 8에 표시된 영역(B)에 따라 확대된 단면도를 도시한다.
따라서, 베이스 플레이트(13)는 또한 지지 구조(2)의 내부 영역(11) 내에서 유격을 두고 수용되며, 여기서 주변 갭(gap)(21)(즉, 자유 공간)이 베이스 플레이트(13)와 프레임 섹션들(7, 7') 사이에 남아 있다. 따라서 베이스 플레이트(13)는 베이스 플레이트(13)의 열적으로 유도된 팽창이 방해받지 않도록 플레이트 평면에 대해 적어도 두 개의 직교 방향들(여기서는 주변으로)로 간격을 갖는다. 베이스 플레이트(13)의 열 유도 팽창은 도 8에서 화살표로 개략적으로 표시된다. 다시 말해서, 베이스 플레이트(13)는 플레이트 평면에서 열팽창을 허용하기에 충분한 유격을 갖는 지지 구조(2)에 의해 지지된다.
도시된 예시적인 실시예에서, 프레임 플레이트들(14, 14')은 각각 갭(21)에 수직인 폭(T)을 가지며(도 9 참조), 이는 상기 갭(21)의 폭보다 더 커서 프레임 플레이트들(14, 14')은 갭(21)에 침투할 수는 없지만 대신 베이스 플레이트(13)에 안착된다. 프레임 플레이트들(14, 14')의 폭(T)는 베이스(3)의 평면과 평행하게 측정되며 특히 프레임 플레이트들(14, 14')을 수직으로 통과하여 가장 짧은 치수이다. 베이스 플레이트(13)에 안착된 프레임 플레이트들(14, 14')을 통해, 베이스(3)에 수직 방향으로 베이스 플레이트(13)를 고정하는 것은 플레이트 평면에서 베이스 플레이트(13)의 열 팽창에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 달성될 수 있다.
베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14')에 의해, 그리고 여기서, 모서리 부품들(15) 뿐만 아니라, 지지 구조(2)의 내부 영역(11)은 완전히 라이닝된다. 즉, 베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14'), 뿐만 아니라 모서리 부품들(15)은 함께 운송 트레이(1)의 트레이 형상 공동(25)의 완전한 라이닝(29)(즉, 벽)을 형성한다. 공동(25)은 로, 예를 들어 연속 로에서 가열함으로써 화학 제품으로 전환될 출발 물질을 수용하기 위해 사용된다. 이러한 목적을 위해, 운송 트레이(1)는 특히 로를 통해 운송되는 후면 베이스 표면(6) 상의 로에 배치된다. 라이닝(29)은 지지 구조(2)로부터 비파괴적으로 제거될 수 있다.
운송 트레이(1)는 특히 리튬 이온 배터리의 활성 캐소드 재료, 특히 일반식 LiNixMnyCozO2 mit x+y+z = 1로 기술되는 전이 금속 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 코발트(Co)를 갖는 리튬 혼합 금속 산화물을 생산하기 위해 특히 유리하게 사용된다. 그러나 다른 물질, 예를 들어 유색 안료의 생산에 운송 트레이(1)를 사용하는 것도 가능할 것이다.
운송 트레이(1)는 요구되는 높은 열충격 저항성과 동시에 운송 트레이(1)의 우수한 내식성과 관련하여 서두에서 언급한 문제를 해결할 수 있다. 유리하게는, 지지 구조(2) 및 라이닝(29)은 기능에 따라 상이한 재료로 제조될 수 있다. 지지 구조(2)는 라이닝(29)에 의해 부식에 대해 잘 보호되어 지지 구조(2)의 재료는 본질적으로 열충격 저항성 및 강도의 견지에서 선택될 수 있다. 지지 구조(2)의 경우 내식성은 오히려 이차적으로 중요하다. 이와 대조적으로, 라이닝(29)은 내식성 및 열충격 저항성이 상당히 높아야 하며, 내식성은 특정 재료 선택에 의해 달성되고 온도 내성은 라이닝(29)의 구조적 설계에 의해 달성된다. 특히 유리하게는, 베이스 플레이트(13)와 프레임 플레이트(14, 14') 모두의 열 팽창이 각각의 플레이트 평면에서 방해를 받지 않아 궁극적으로 운송 트레이(1)의 파손을 초래할 수 있는 유해한 높은 기계적 응력이 축적되지 않는다.
지지 구조(2) 및 지지 구조(2)의 라이닝(29)은 서로 다른 재료로 유리하게 만들어지며, 라이닝(29)은 바람직하게는 지지 구조(2)의 재료보다 동일한 제품의 화학 반응에 비해서 더 내식성이 있는 재료로 만들어진다.
지지 구조(2)는 바람직하게는 상대적으로 낮은 재료 두께 및 상대적으로 낮은 중량을 갖는 고강도, 열충격 저항성 재료로 만들어진다. 바람직하게, 지지 구조(2)는 R-SiC, N-SiC, S-SiC, Si-SiC, 산화 결합된 SiC, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 재료를 함유하거나 이로 만들어진다. 지지 구조(2)는 또한 예를 들어 코디어라이트, 멀라이트, 또는 코디어라이트/스피넬/멀라이트 혼합물로 제조될 수 있다. 이들은 고강도, 낮은 열 팽창 및 우수한 열충격 저항성을 갖는 재료들이다; 그러나 SiC의 경우 내식성이 다소 낮지만 지지 구조(2)가 라이닝(29)에 의해 부식으로부터 잘 보호되기 때문에 무해하다.
라이닝(29)은 바람직하게는 알루미늄/마그네슘 스피넬, 이트륨 산화물(Y2O3), 세륨 산화물(CeO2), 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물(Al2O3), 마그네슘 산화물(MgO), 지르코늄 산화물(ZrO2), 또는 이들의 혼합물을 함유하며, 이들 물질의 함량은 바람직하게는 적어도 80%, 특히 바람직하게는 적어도 90%이다. 특히, 라이닝(29)은 또한 이들 물질로 만들어질 수 있다. 이상적으로 조밀하게 소성되는 가능한 순수한 알루미늄 산화물은 내식성이 특히 우수하지만 열충격 저항성이 다소 낮은 재료이다. 이러한 재료는 플라즈마(plasma) 또는 테이프 주조 공정에서 주조, 압축 또는 제조될 수 있다.
바람직하게는, 프레임 플레이트들(14, 14') 및/또는 베이스 플레이트(13)는 각각의 경우에 1.5 mm 내지 5 mm 범위의 비교적 얇은 벽 두께를 가지며, 예를 들어 필름으로 설계된다.
지지 구조(2)는 라이닝(29)에 의한 우수한 부식 방지 및 우수한 열충격 저항성으로 언급된 재료 중 적어도 하나로 만들어지기 때문에 매우 많은 사이클을 사용할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조(2)의 서비스 수명은 1000 사이클 이상일 수 있다. 라이닝(29)은 지지 구조(2)로부터 비파괴적으로 제거될 수 있고, 결과적으로 부식되고 쉽게 재활용될 수 있는 경우 간단한 방식으로 별도로 교체될 수 있다. 라이닝(29)의 재료는 내부식성을 위해 특별히 선택될 수 있고 라이닝(29)의 열충격 저항성은 구조적 설계에 의해 보장되기 때문에 라이닝(29)은 또한 교체할 필요 없이 매우 많은 수의 소성 사이클에 사용될 수 있다.
마찬가지로, 베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14')은 서로 다른 재료로 만들어질 수 있으며, 베이스 플레이트(13)은 프레임 플레이트의 재료들(14, 14')보다 동일한 제품의 화학 반응에 대해 더 내부식성이 있는 재료로 만들어진다. 바람직하게는,베이스 플레이트(13)는 적어도 80%, 특히 적어도 90% 이상의 알루미늄/마그네슘 스피넬, 이트륨 산화물(Y2O3), 세륨 산화물(CEO2), 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물(AL2O3), 마그네슘 산화물(MGO), 지르코늄 산화물(ZRO2) 또는 그 혼합물을 함유한다. 베이스 플레이트(13)는 또한 이들 재료로 만들어질 수 있다. 베이스 플레이트(13)는 또한 이들 재료 중 하나 또는 그 혼합물을 포함하는 코팅을 가질 수 있다.
바람직하게는, 프레임 플레이트들(14, 14')은 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 마그네슘 산화물, R-SiC, N-SiC, S-SiC 및 Si-SiC, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 만들어진다. 예를 들어, 프레임 플레이트들(14, 14')은 또한 코디어라이트 또는 코디어라이트/스피넬/멀라이트 혼합물로 만들어질 수 있다.
베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14')도 동일한 재료로 제조될 수 있다는 것은 말할 필요도 없으며, 이는 바람직하게는 적어도 80%, 특히 바람직하게는 적어도 90%, 알루미늄/마그네슘 스피넬, 이트륨 산화물(Y2O3), 세륨 산화물(CeO2), 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물(Al2O3), 마그네슘 산화물(MgO), 지르코늄 산화물(ZrO2), 또는 이들의 혼합물이다. 베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14')은 또한 이들 재료 또는 이들의 혼합물 중 하나를 함유하는 코팅을 가질 수 있다.
베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14'), 뿐만 아니라 모서리 부품들(15)은 별도로 교체할 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(13)는 프레임 플레이트들(14, 14')보다 더 부식되는 경우 별도로 교체할 수 있다. 결과적으로 비용과 재료를 절약할 수 있다. 유사하게, 베이스 플레이트(13) 또는 프레임 플레이트들(14, 14')의 간단한 세척은 예를 들어 샌드 블라스팅(sandblasting)에 의해 가능하다. 예를 들어 스트립에서 베이스 플레이트(13)를 다수의 부품으로 형성하는 것도 고려할 수 있다. 이 경우 별도의 스트립 교체도 가능하다.
이제 도 10 내지 19를 참조한다. 여기서, 본 발명에 따른 운송 트레이(1)의 추가 예시적인 실시예들은 다른 도면들을 사용하여 예시된다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 도 1 내지 9의 위에서 설명한 예시적인 실시예와의 차이만이 설명되며, 그렇지 않으면 위의 진술에 대한 참조가 이루어진다.
우선 도 10 및 11에 관해서는, 도 10은 위에서 본 사시도로서 운송 트레이(1)의 또 다른 실시예를 도시하고 도 11은 운송 트레이(1)의 밑면을 도시한다.
따라서, 지지 구조(2)의 프레임(4)의 프레임 섹션들(7, 7')(프레임 플레이트(14, 14')는 제외)에는 각각의 경우에 예를 들어 거의 직사각형인 절개부(22)가 제공된다. 절개부들(22)은 각각 관련 프레임 섹션(7, 7')의 면적의 큰 부분(바람직하게는 적어도 50%)에 걸쳐 연장된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 지지 구조(2)의 베이스(3)(베이스 플레이트(13)은 아님)는 많은 수의 구멍들(23)이 추가로 제공된다. 운송 트레이(1)의 중량은 절개부들(22) 및 구멍들(23)에 의해 감소될 수 있다. 또한 지지 구조(2)의 재료 및 비용을 절약할 수 있다.
소성될 재료로 열전달이 개선되는 것이 추가적인 이점이다. 특히, 이는 예를 들어 알루미늄 산화물이 풍부한 재료의 상대적으로 열전도율이 낮은 단점을 유리하게 감소시킬 수 있다. 이를 위해, 프레임 플레이트들(14, 14')은 유리하게는 상대적으로 작은 벽 두께를 갖는다. 유리하게는, 절개부들(22)는 관련되는 프레임 섹션들(7, 7')의 영역에 비해 크게 확장된다. 따라서 열이 소성될 재료에 큰 지연없이 전달될 수 있다.
여기서, 예를 들어, 프레임 섹션(7, 7')의 절개부들(22)은 각각 관련 프레임 섹션(7, 7)의 재료, 즉 각각 내부적으로 구현된 절개부들(22)에 의해 완전히 둘러싸여 있다. 이것은 프레임 웹(frame web)(30)이 운송 트레이(1)의 트레이 형상 공동(25)의 개구부에 존재하는 이점이 있으며, 이는 프레임 플레이트들(14, 14')에 대한 인접 에지로서 역할을 하고 예를 들어 운송 트레이(1)의 충전, 비우기 및 청소 중, 그리고 일반적으로 소성 공정 이외의 처리 중에 손상으로부터 보호한다. 이것은 특히 유리하게, 특히 낮은 벽 두께를 갖는 프레임 플레이트들(14, 14')을 사용하는 것을 가능하게 하고, 이는 또한 예를 들어 1.5 mm의 작은 벽 두께를 갖는 필름으로 구현될 수 있다. 마찬가지로, 기계적 부하가 낮기 때문에 강도가 낮고 다공성이 높은 프레임 플레이트들(14, 14') 및 베이스 플레이트(13)를 여기에 사용할 수 있다. 이는 소성할 재료에 증가된 산소 및 에너지를 전달하는 것을 가능하게 한다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 운송 트레이(1)의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 도 12는 운송 트레이(1)를 위에서 본 사시도이다. 도 13은 베이스(3)를 수직으로 관통하는 운송 트레이(1)의 (수직) 단면을 도시한다. 운송 트레이(1)의 이 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 쐐기 형상 모서리 스트립들(24)은 프레임 플레이트들(14, 14')이 베이스 플레이트(13)로 전이되는 곳에 제공된다. 모서리 스트립들(24)은 베이스 플레이트(13)와 프레임 플레이트들(14, 14') 사이의 각 인접 에지의 영역을 밀봉할 수 있어 재료가 지지 구조(2)에 들어가고 도달하는 것을 확실하고 안전하게 방지할 수 있다. 모서리 스트립들(24)은 운송 트레이(1)의 라이닝(29) 및 이에 따라 운송 트레이(1)의 트레이 형상 공동(25)의 부분을 형성한다. 쐐기 형상의 모서리 스트립들(24)은 전이에 기하학적으로 잘 맞는다. 유리하게는, 모서리 스트립들(24)은 베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14')과 동일한 재료로 만들어진다. 모서리 스트립들(24)은 바람직하게는 적어도 80%, 특히 바람직하게는 적어도 90%, 알루미늄/마그네슘 스피넬, 이트륨 산화물(Y2O3), 세륨 산화물(CeO2), 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물(Al2O3), 마그네슘 산화물(MgO), 지르코늄 산화물(ZrO2), 또는 이들의 혼합물을 함유한다. 모서리 스트립들(24)은 또한 이러한 재료들로 만들어질 수 있다.
도 14 및 15는 본 발명에 따른 운송 트레이(1)의 또 다른 예시적인 실시예들을 도시한다. 도 14는 운송 트레이(1)를 위에서 본 사시도이다. 도 15는 마찬가지로 위에서 본 사시도인 도 14의 예시적인 실시예의 변형예를 도시한다.
도 14의 실시예에서, 도 10의 실시예와 유사하게, 지지 구조(2)의 프레임(4)의 프레임 섹션(7, 7')(프레임 플레이트(14, 14')은 제외)에는 각각의 경우에 절개부(22)가 제공되며, 프레임(4)의 모서리 기둥(26)만이 남도록 영역 위로 연장되고, 프레임 플레이트들(14, 14')을 부착하기 위한 모서리 부품들(15)이 나사 결합된다. 이 실시예에서, 지지 구조(2)는 모서리 기둥들(26) 및 베이스(3)로 구성된다: 도 10에 도시된 바와 같이 프레임 웹(30)이 없다. 따라서 프레임(4)은 개방 프레임이고 모서리 기둥들(26)으로만 구성된다. 프레임 섹션(7, 7')은 대부분(80% 이상) 절개된다. 모서리 기둥들(26)은 각각 모서리 섹션(8) 및 인접한 프레임 섹션(7, 7')의 작은 영역으로 구성된다. 이 방법은 무게, 재료 및 비용을 상당히 절약할 수 있다. 또한, 소성할 재료로의 열 전달이 더욱 향상될 수 있다.
도 15의 예시적인 실시예에서, 나사(16)들은 모서리 부품들(15)을 모서리 기둥들(26)에 고정하기 위해 사용되는 스프링 탄성 클립들(spring-elastic clips)(27)로 대체된다. 클립들(27)은 위에서부터 모서리 부품들(15) 및 모서리 기둥들(26) 위에 눌려진다. 클립들(27)은 열충격 저항성이 높은 세라믹 재료로 이루어진다. 유리하게는, 클립들(27)은 특별히 안정화된 지르코늄 산화물로 만들어진다.
여기서, 클립들(27)은 예를 들어 U자 형상을 가지며 모서리 부품들(15)과 프레임(4)을 고정적으로 연결하고 또는 분리하기 위해 간단한 방식으로 밀거나 제거할 수 있다. 클립들(27)은 일반적으로 잠금 상태(여기서 상세하게 도시되지 않음)로 영구적으로 유지되도록 장치(코)와 함께 제공된다. 네 개의 모서리 섹션들(8)에서 클램핑하는 것은 프레임(4)과 프레임 플레이트들(14, 14')의 영구적으로 견고하게 연결하는 것을 보장한다.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 운송 트레이(1)의 또 다른 예시적인 실시예를 도시하며, 여기서 도 16은 베이스(3)의 평면에 수직인 단면도이고 도 17은 영역 C의 확대 단면도를 도시한다. 이 실시예는 도 14 및 도 15의 실시예를 더 발전시킨다.
따라서, 베이스 플레이트(13)는 프레임 플레이트들(14, 14')을 넘어 프레임 플레이트들(14, 14')의 영역에 연장되며, 프레임 플레이트들(14, 14')은 각각 전체 폭으로 베이스 플레이트(13) 상에 안착된다. 따라서 베이스 플레이트(13)는 프레임 플레이트들(14, 14')에 의해 둘러싸인 영역보다 더 크고 그에 대해 돌출부(28)를 갖는다. 이 실시예는 또한 베이스 플레이트(13)의 열 팽창이 그 평면에서 방해받지 않지만, 그럼에도 불구하고 베이스 플레이트(13)가 베이스(3)에 대해 잘 클램핑된다는 이점을 제공한다. 모서리 기둥들(26)에 프레임 플레이트들(14, 14')의 부착은 도 14 및 15에서와 같이 수행될 수 있으므로 도 16에서는 생략하였다.
도 18 및 19는 본 발명에 따른 운송 트레이(1)의 또 다른 예시적인 실시예를 도시하며, 이는 도 14의 실시예를 계속해서 발전시킨 것이다. 도 18은 위에서 본 사시도로서 운송 트레이(1)의 지지 구조(2)만을 도시한다. 도 19는 전체 운송 트레이(1)의 밑면을 도시한다.
따라서, 지지 구조(2)는 베이스(3) 및 모서리 기둥들(26)로 구성된다. 프레임(4)의 매우 큰 절개부(22)를 보완하기 위해, 지지 구조(2)의 베이스(3)에는 예를 들어 다수의 다이아몬드형 구멍들(23)이 제공된다. 구멍들(23)은 여기에서 예를 들어 격자 형태로 규칙적으로 배열된다. 지지 구조(2)의 중량, 재료 및 비용은 이로써 더욱 감소될 수 있다. 전면 베이스 표면(5)에는 베이스 플레이트(13)를 지지하는 역할을 하는 평행하게 배열된 복수의 지지 웹들(28)이 제공된다.
상술한 바, 본 발명은 화학 물질을 운송하고 가열하기 위한 개선된 운송 트레이를 이용할 수 있게 한다. 운송 트레이는 유리하게는 높은 내식성과 동시에 우수한 열충격 저항성을 갖는다. 지지 구조의 재료 선택과 운송 트레이의 트레이 형상 공동 라이닝의 기하학적 디자인을 통해 우수한 열충격 저항성을 얻을 수 있다. 라이닝 재료 선택을 통해 높은 내식성을 얻을 수 있다. 지지 구조 및 라이닝의 재료는 필수 기능에 특별히 맞출 수 있다. 라이닝을 위한 재료는 소성될 재료의 순도 또는 품질이 불리한 영향을 받지 않도록 유리하게 선택될 수 있다. 따라서 운송 트레이는 다수의 소성 사이클에 사용될 수 있으며, 이는 기존 운송 트레이의 소성 사이클보다 훨씬 많다. 운송 트레이의 전반적인 비용 절감으로 인해 화학 제품의 대규모 생산 비용이 절감될 수 있다. 이것은 특히 리튬 이온 배터리용 활성 캐소드 재료의 생산에 해당된다. 마찬가지로 부식으로 손상된 운송 트레이에서 발생하는 유해 폐기물을 크게 줄일 수 있다.
1 운송 트레이
2 지지 구조
3 베이스
4 프레임
5 전면 베이스 표면
6 후면 베이스 표면
7, 7' 프레임 섹션
8 모서리 섹션
9 내부 프레임 표면
10 외부 프레임 표면
11 내부 영역
12 개구부
13 베이스 플레이트
14, 14' 프레임 플레이트
15 모서리 부품, 클램핑 스트립
16 나사산 나사
17, 17' 에지 영역
18, 18' 홈
19, 19' 돌출부
20, 20' 간격
21 갭
22 절개부
23 구멍
24 모서리 스트립
25 공동
26 모서리 기둥
27 클립
28 지지 웹
29 라이닝
30 프레임 웹
2 지지 구조
3 베이스
4 프레임
5 전면 베이스 표면
6 후면 베이스 표면
7, 7' 프레임 섹션
8 모서리 섹션
9 내부 프레임 표면
10 외부 프레임 표면
11 내부 영역
12 개구부
13 베이스 플레이트
14, 14' 프레임 플레이트
15 모서리 부품, 클램핑 스트립
16 나사산 나사
17, 17' 에지 영역
18, 18' 홈
19, 19' 돌출부
20, 20' 간격
21 갭
22 절개부
23 구멍
24 모서리 스트립
25 공동
26 모서리 기둥
27 클립
28 지지 웹
29 라이닝
30 프레임 웹
Claims (15)
- 베이스(3) 및 이에 고정 연결된 프레임(4)이 있는 일체형 지지 구조(2)를 포함하는 화학 물질들의 운송 및 가열을 위한 운송 트레이(1)로서, 여기서 상기 지지 구조(2)는 화학 물질들을 수용하기 위한 트레이 형상 공동(25)의 라이닝(29)을 지지하고, 여기서 상기 라이닝(29)은 베이스(3) 위에 놓인 베이스 플레이트(13) 및 프레임(4)에 클램핑된 다중 프레임 플레이트들(14, 14')을 포함하고, 여기서 상기 라이닝(29)은 플레이트의 평면에서 베이스 플레이트(13) 및 프레임 플레이트들(14, 14')의 열팽창이 방해받지 않도록 지지 구조(2)에 의해 지지되는, 운송 트레이(1).
- 제1항에 있어서,
프레임 플레이트들(14, 14')은 클램핑 스트립들(15)에 의해 프레임(4)에 클램핑되고, 여기서 상기 클램핑 스트립들(15)은 인접한 프레임 플레이트(14, 14')의 에지 영역(17, 17')을 각각 수용하기 위한 적어도 하나의 홈(18, 18')을 가지며, 여기서 상기 에지 영역(17, 17')은 클램핑 스트립(15)의 홈(18, 18)에 유격을 두고수용되는, 운송 트레이(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
지지 구조(2)의 프레임(4)은 주변 프레임인, 운송 트레이(1).
- 제3항에 있어서,
지지 구조(2)의 주변 프레임(4)은 판형 프레임 섹션(7, 7')을 포함하고, 여기서 적어도 하나의 판형 프레임 섹션(7, 7')은 적어도 하나의 절개부(22)를 갖는, 운송 트레이(1).
- 제4항에 있어서,
적어도 하나의 절개부(22)는 내부 절개부인, 운송 트레이(1).
- 제4항에 있어서,
적어도 하나의 절개부(22)는 에지 절개부인, 운송 트레이(1).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
지지 구조(2)의 베이스(3)는 복수의 구멍들(23)을 갖는, 운송 트레이(1).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
지지 구조의 프레임(4)은 복수의 기둥들(26)로 구성되는, 운송 트레이(1).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
프레임 플레이트들(14, 14')은 각각 베이스 플레이트(13) 위에 안착되는, 운송 트레이(1).
- 제9항에 있어서,
프레임 플레이트들(14, 14')과 베이스 플레이트(13) 사이의 각 인접 에지들을 덮기 위한 쐐기형 모서리 스트립들(24)을 갖는, 운송 트레이(1).
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
베이스 플레이트(13)는 지지 구조(2)의 베이스(3) 위에 놓여지고 지지 구조(2)의 프레임(4) 및 라이닝(29)의 나머지 구성요소들(14, 14') 내에서 유격을 두고 배열되는, 운송 트레이(1).
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
베이스 플레이트(13)는 플레이트 평면에서 프레임 플레이트들(14, 14')을 넘어 연장되는, 운송 트레이(1).
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
라이닝(29)의 재료는 동일한 제품의 화학 반응에 기초하여 지지 구조(2)의 재료보다 내식성이 더 강한, 운송 트레이(1).
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
지지 구조(2)는 코오디어라이트, 멀라이트, 코오디어라이트/스피넬/멀라이트 혼합물, R-SiC, N-SiC, S-SiC, Si-SiC, 산화 결합된 Si-C, 또는 이들의 혼합물을 함유하고/하거나 라이닝(29)은 적어도 80%의 알루미늄/마그네슘 스피넬, 이트륨 산화물(Y2O3), 세륨 산화물(CeO2), 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물(Al2O3), 마그네슘 산화물(MgO), 지르코늄 산화물(ZrO2), 또는 이들의 혼합물을 함유하는, 운송 트레이(1).
- 리튬 이온 배터리용 캐소드 재료를 제조하기 위한 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 운송 트레이(1)의 용도.
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