KR102354379B1 - 폐배터리 처리 장치 - Google Patents

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KR102354379B1 KR1020210086952A KR20210086952A KR102354379B1 KR 102354379 B1 KR102354379 B1 KR 102354379B1 KR 1020210086952 A KR1020210086952 A KR 1020210086952A KR 20210086952 A KR20210086952 A KR 20210086952A KR 102354379 B1 KR102354379 B1 KR 102354379B1
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Abstract

본 발명은 분쇄물이 수용되는 수용부, 상기 수용부와 연통되고, 내부에 공간을 갖는 선별 챔버, 상기 선별 챔버의 내부에 메쉬 구조로 형성되고, 상기 수용부로부터 배출되는 분쇄물이 길이 방향을 따라 유동하는 중공을 갖되, 길이 방향을 따른 일단이 상기 수용부와 연통되는 필터 부재, 상기 필터 부재의 길이 방향을 따른 타단에 연통되고, 분쇄물에 포함된 집전체가 포집되는 집전체 포집부, 상기 선별 챔버의 외부로 분진이 배출될 수 있도록 형성되는 복수의 배출구, 상기 배출구와 연통되는 분진 유동 라인 및 상기 분진 유동 라인을 따라 연통되고, 상기 공급부의 하측에 배치되는 분진 포집부를 포함하는, 폐배터리 처리 장치를 제공한다.

Description

폐배터리 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING WASTE BATTERY}
본 발명은 폐배터리 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 폐배터리를 재활용하는 과정에서 재사용률을 증대시키는 동시에 발생되는 분진을 최소화할 수 있는 폐배터리 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이온 재충전가능한 배터리는 자동차, 가전 및 산업용 에너지 저장 응용 분야에 사용되는 것으로, 사용 요구량이 점차 증가하고 있다.
이에 반하여, 사용 수명이 만료된 폐배터리의 대략 5% 미만이 전 세계적으로 재활용되고 있다.
특히, 전기 자동차와 같은 전기 이동성 응용분야에서 리튬 이온 배터리를 적용함으로써, 예상되는 11백만톤 이상의 사용 수명이 만료된 리튬 이온 배터리팩이 폐기될 것으로 예상된다.
사용 수명이 만료된 리튬 이온 배터리팩은 유가 금속(valuable metal)의 코발트, 리튬, 구리, 흑연, 니켈, 알루미늄, 망간 등을 가지고 있기 때문에 사용 수명이 만료된 폐배터리는 리튬 및 기타 다수의 유가 금속의 고급 도시 광산 공급원으로 이용될 수 있다.
이에, 현재의 폐배터리 재활용 방법은 주로 금속 합금(전형적으로 코발트, 구리 및 니켈)을 회수하는 제련 또는 건식 제련으로 이루어진다.
하지만, 건식 제련을 이용하는 재활용 시설에는 분쇄된 폐배터리의 미세 먼지 또는 분진이 공중에 포함되어 작업자의 폐포에 축적될 수 있는 유해성분을 포함할 뿐만 아니라, 환경오염을 유발시키는 성분이 있다는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1574641호(2015.12.04. 공고) 한국등록특허 제10-1831260호(2018.02.22. 공고)
본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 집전체를 수거하는 과정에서 미회수 블랙파우더를 포집하여 회수율을 향상시킴과 동시에 미세분말의 확산을 차단할 수 있는 폐배터리 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치는 분쇄물이 수용되는 수용부, 상기 수용부와 연통되고, 내부에 공간을 갖는 선별 챔버, 상기 선별 챔버의 내부에 메쉬 구조로 형성되고, 상기 수용부로부터 배출되는 분쇄물이 길이 방향을 따라 유동하는 중공을 갖되, 길이 방향을 따른 일단이 상기 수용부와 연통되는 필터 부재, 상기 필터 부재의 길이 방향을 따른 타단에 연통되고, 분쇄물에 포함된 집전체가 포집되는 집전체 포집부, 상기 선별 챔버의 외부로 분진이 배출될 수 있도록 형성되는 복수의 배출구, 상기 배출구와 연통되는 분진 유동 라인 및 상기 분진 유동 라인을 따라 연통되고, 상기 공급부의 하측에 배치되는 분진 포집부를 포함할 수 있다.
상기 필터 부재는 상기 선별 챔버에서 경사지게 형성될 수 있다.
상기 필터 부재는 회전 가능하게 배치될 수 있다.
상기 필터 부재의 길이 방향을 따른 양단에 주름관이 형성될 수 있다.
상기 필터 부재의 길이 방향을 따라 오버랩되도록 배치되는 흡입 부재를 포함할 수 있다.
상기 필터 부재의 하측에 배치되고, 상기 필터 부재를 향하여 공기의 유동을 형성하기 위한 공기유동 발생 장치를 포함할 수 있다.
상기 선별 챔버의 내부에 상기 필터 부재의 내부를 통과하는 분쇄물로부터 발생되는 분진이 낙하되어 포집되도록 상기 필터 부재의 하측에 형성되는 집진 부를 포함할 수 있다.
상기 집진부로부터 배출되는 집진 배출구가 형성되고, 상기 집진 배출구는 상기 분진 유동 라인에 합지될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치에 의하면 폐배터리를 재활용하는 과정에 있어 블랙파우더 회수율을 증가시키는 동시에 분진을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 분리 및 분쇄 후 집전체(구리, 알루미늄)에 남아있는 미세 블랙파우더를 회수하여 블랙파우더 회수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 집전체에 남아있던 미세 블랙파우더를 최종적으로 제거하여 추가 작업 없이 구리나 알루미늄을 재활용할 수 있다.
또한, 집전체 회수 과정에서 발생하는 미세 블랙파우더를 추가적으로 포집하여 공정 시 발생하는 분진을 효과적으로 억제할 수 있으므로 작업자의 건강 및 내부 환경을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 선별 챔버 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치는 수용부(100), 선별 챔버(200), 필터 부재(210), 집전체 포집부(300), 배출구(201), 분진 유동 라인(202) 및 분진 포집부(400)를 포함할 수 있다.
수용부(100)는 필터 수단을 구비하는 다양한 폐배터리 블랙파우더 회수 장비의 일부분을 의미할 수 있다. 즉, 폐배터리 회수를 위하여 폐배터리를 분쇄하고, 분쇄된 분쇄물에 포함된 집전체 및 분진 등을 선별하기 위한 필터 수단 도중에 일부분이 도시된 바와 같은 수용부(100)일 수 있다. 다시 말해, 공지의 필터 수단을 갖는 폐배터리 블랙파우더 회수 장비의 일부분인 수용부(100)에 연결관(110)이 연통되도록 결합되고, 폐배터리의 분쇄물이 연결관(110)을 통하여 후술하는 필터 부재(210)를 통하여 공급되도록 한다.
상기한 바와 같이 상기 수용부(100)의 내부에는 수용부(100)의 내부를 구획하고, 분진 포집부(400)로 미세한 크기의 분진이 낙하될 수 있도록 필터 수단인 수용부 필터(101)를 포함할 수 있다.
선별 챔버(200)는 밀폐된 공간을 갖고 수용부(100)와 연통될 수있다. 상기 내부 공간은 선별 챔버(200)는 후술하는 필터 부재(210), 공기 유동 발생 장치(230), 흡입 부재(220) 또는 집진부(240)가 설치될 수 있는 크기의 공간을 의미할 수 있다.
필터 부재(210)는 메쉬 구조로 선별 챔버(200) 내부에 위치하고, 수용부(100)로부터 배출되는 분쇄물이 길이 방향을 따라 유동하는 중공을 갖되, 길이 방향을 따른 일단이 수용부(100)와 연통되도록 한다. 필터 부재(210)의 길이 방향을 따른 타단은 후술하는 집전체 포집부(300)와 연통될 수 있다.
필터 부재(210)는 중공의 원기둥 형상으로 형성될 수 있는데, 특히 원둘레를 이루는 측벽은 소정의 mesh값을 갖는 메쉬구조일 수 있다. 여기서, 필터 부재(210)의 mesh값은 집전체의 크기는 통과되지 않고 분진의 크기가 통과될 수 있는 mesh값을 가질 수 있으므로, 특정 mesh값에 한정되지 않는다.
다시 말해, 필터 부재(210)의 메쉬값은 집전체(C)보다는 작고 분진(D)보다는 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 필터 부재(210)와 수용부(100)의 연결관(110) 사이에는 주름관(111)이 개재될 수 있다. 여기서, 필터 부재(210)의 중공과 수용부(100) 간의 연통을 위한 PVC 곡관이나 직관 등의 어떠한 관재도 적용 가능하므로 주름관 이외의 다양한 구조물이 적용될 수 있음은 물론이다.
주름관(111)은 필터 부재(210)와 수용부(100) 간의 연통 부분에서 외부와 차단되도록 됨으로써 분진의 의도치 않은 확산을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 주름관(111)은 후술하는 바와 같이 필터 부재(210)의 회전에 따른 진동을 소정량 흡수 가능하도록 한다. 즉, 수용부(100)의 연결관(110)과 필터 부재(210)의 일단에 반경 방향을 따라 반복적으로 축소 및 확장되는 직경을 갖는 주름관(111)이 개재될 수 있다. 아울러, 도시하지 않았지만 필터 부재(210)의 회전 지지를 위한 베어링 수단이 포함될 수 있음은 물론이다.
마찬가지로, 필터 부재(210)의 길이 방향을 따른 타단에는 집전체 포집부(300)의 연결관(310)과의 연통 부위에는 주름관(311) 또는 그외의 다양한 관재가 개재될 수 있다.
필터 부재(210)는 중심축을 기준으로 일방향으로 회전 가능하도록 배치될 수 있다. 이를 위해, 별도의 회전력을 제공하기 위한 구동원이 포함될 수 있다.
필터 부재(210)를 회전시키면 필터 부재(210)의 내주면에 위치하는 분쇄물이 소정 마찰력에 의해 회전되는 과정에서 소정 높이로 떠올랐다가 낙차로 인하여 낙하되면서 발생되는 낙하 에너지로 필터 부재(210)의 메쉬 구멍을 통과하며 미세 분진이 제거될 수 있도록 한다.
필터 부재(210)에 의해 걸러져 비산되는 분진은 선별 챔버(200)의 내부 상측에 설치되는 흡입 부재(220)로 유도될 수 있다.
흡입 부재(220)는 필터 부재(210)의 상측에 이격되어 배치되되, 필터 부재(210)의 길이 방향을 따라 오버랩되도록 배치될 수 있다.
흡입 부재(220)로 유입되는 분진은 선별 챔버(200)의 외부 상측에 설치되는 배출구(201)를 통하여 배출되도록 한다. 여기서, 흡입 부재(220)는 진공흡입력을 형성하기 위하여 별도의 모터 등의 수단이 사용될 수 있다.
이에 더하여, 필터 부재(210)의 하측에 배치되고, 필터 부재(210)를 향하여 공기의 유동을 형성하기 위한 공기 유동 발생 장치(230)가 구비될 수 있다.
공기 유동 발생 장치(230)는 필터 부재(210) 측으로 공기의 유동을 발생시켜 비산되는 대부분의 분진(D)이 집중적으로 흡입 부재(220)로 흡입될 수 있도록 가속화하게 된다. 이를 위해, 공기 유동 발생 장치(230)는 회전을 통하여 일측으로 공기의 유동을 발생시키기 위한 팬(fan) 또는 압축 공기를 사용하는 에어컴프레서 등의 수단이 사용될 수 있다.
집전체 포집부(300)는 분쇄물이 필터 부재(210)의 중공을 따라 이동 중에 분진이 비산되어 흡입 부재(220)로 선별된 상태에서 잔여하는 집전체(C)만 포집하도록 한다.
통상, 배터리에 사용되는 집전체는 순도가 높은 구리, 알루미늄을 사용한다. 따라서, 블랙파우더가 순수하게 제거된 상태로 포집이 가능한 경우에는 추가적인 세척 작업 없이도 재활용이 가능해진다.
분쇄물이 필터 부재(210)의 중공을 따라 이동되는 과정에서 발생되는 분진이 선별 챔버(200)의 외부로 배출될 수 있도록 복수의 배출구(201)가 형성될 수 있다.
배출구(201)는 배출되는 분진(D)이 유동되어 분진 포집부(400)로 포집될 수 있도록 분진 유동 라인(202)과 연통될 수 있다.
분진 유동 라인(202)은 사이클론 집진기를 사용하여 공기의 유동을 이용한 이동 장치 또는 선별 챔버(200) 상단에서 포집된 분진이 자중에 의해 낙하되는 것을 공급받는 컨베이어 수단 등일 수도 있다.
아울러, 선별 챔버(200)의 하측에는 집진부(240)가 배치될 수 있다.
집진부(240)는 필터 부재(210)를 통하여 유동하는 분쇄물에서 상측으로 비산되는 분진보다 상대적으로 높은 하중을 갖는 분진이 낙하되어 포집될 수 있도록 내부 공간을 가질 수 있다.
집진부(240)를 통하여 포집되는 분진은 별도의 집진 배출구(241)를 통하여 상기한 바와 같은 분진 유동 라인(202)에 합지될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치의 작동 과정을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치의 작동 상태를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 3은 도 2의 선별 챔버 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 수용부(100)를 통하여 유동되는 분쇄물은 연결관(110)을 경유하여 선별 챔버(200)의 필터 부재(210)로 투입될 수 있다.
필터 부재(210)는 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 배치됨으로써 필터 부재(210)의 중공에 위치하는 분쇄물에 상기한 바와 같은 낙하 에너지가 발생되어 분진(D)이 필터 부재(210)의 반경 방향 외측으로 메쉬를 통과하여 걸러지며 비산된다. 이때, 공기 유동 발생 장치(230)의 공기 유동으로 인해 상측으로 비산되도록 유도된다. 이와 동시에, 흡입 부재(220)의 진공흡입력으로 인하여 분진(D)이 보다 신속하고 효율적으로 배출구(201)를 통하여 배출될 수 있다.
이후, 분진 유동 라인(202)을 통하여 유동하는 분진은 분진 포집부(400)로 수용될 수 있다. 여기서, 분진 포집부(400)는 분진 형태로 모아두는 공간 또는 분진을 벽돌 형태로 성형하기 위한 슬러리 장비일 수 있다.
아울러, 필터 부재(210)의 중공을 통하여 유동하는 분진 중에서 상대적으로 무거운 분진(D)은 필터 부재(210)의 메쉬를 통하여 낙하되며, 이와 같이 낙하되는 분진(D)은 집진부(240)에서 포집될 수 있다.
집진부(240)에 포집된 분진은 집진부(240)의 배출관(241)을 통하여 배출되되, 상기한 분진 유동 라인(202)에 합류되어 분진 포집부(400)로 수용될 수 있다.
또한, 필터 부재(210)는 일 예로, 분쇄물이 도면 상 좌측에서 우측으로 진행되도록 경사지게 형성되는 바, 분쇄물이 좌측에서 우측으로 이동하는 과정에서 집전체가 자중에 의해 집전체 포집부(300)를 향하여 이동하게 된다.
즉, 집전체 포집부(300)에 회전하는 경사진 원통형 메쉬와 집전체 및 블랙파우더를 추가적으로 분리할 수 있는 흡입 부재(220) 및 공기 유동 발생 장치(230)를 추가하여 최종적으로 분리되는 집전체로부터 블랙파우더를 효과적으로 제거하여 분진 비산을 방지할 필요가 없어진다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치에 의하면 폐배터리를 재활용하는 과정에 있어 블랙파우더 회수율을 증가시키는 동시에 분진을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 분리 및 분쇄 후 집전체(구리, 알루미늄)에 남아있는 미세 블랙파우더를 회수하여 블랙파우더 회수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 집전체에 남아있던 미세 블랙파우더를 최종적으로 제거하여 추가 작업 없이 구리나 알루미늄을 재활용할 수 있다.
또한, 집전체 회수 과정에서 발생하는 미세 블랙파우더를 추가적으로 포집하여 공정 시 발생하는 분진을 효과적으로 억제할 수 있으므로 작업자의 건강 및 내부 환경을 개선할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 폐배터리 처리 장치를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
100: 수용부
200: 선별 챔버
201: 배출구
202: 분진 유동 라인
210: 필터 부재
220: 흡입 부재
230: 공기 유동 발생 장치
240: 집진부
300: 집전체 포집부
400: 분진 포집부

Claims (8)

  1. 분쇄물이 수용되는 수용부;
    상기 수용부와 연통되고, 내부에 공간을 갖는 선별 챔버;
    상기 선별 챔버의 내부에 메쉬 구조로 형성되고, 상기 수용부로부터 배출되는 분쇄물이 길이 방향을 따라 유동하는 중공을 갖되, 길이 방향을 따른 일단이 상기 수용부와 연통되는 필터 부재;
    상기 필터 부재의 길이 방향을 따른 타단에 연통되고, 분쇄물에 포함된 집전체가 포집되는 집전체 포집부;
    상기 선별 챔버의 외부로 분진이 배출될 수 있도록 형성되는 복수의 배출구;
    상기 배출구와 연통되는 분진 유동 라인;
    상기 분진 유동 라인을 따라 연통되고, 상기 수용부의 하측에 배치되는 분진 포집부;
    상기 필터 부재의 길이 방향을 따라 오버랩되도록 배치되는 흡입 부재; 및
    상기 필터 부재의 하측에 배치되고, 상기 필터 부재를 향하여 공기의 유동을 형성하기 위한 공기 유동 발생 장치를 포함하는, 폐배터리 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터 부재는 상기 선별 챔버에서 경사지게 형성되는, 폐배터리 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 필터 부재는 회전 가능하게 배치되는, 폐배터리 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터 부재의 길이 방향을 따른 양단에 주름관이 형성되는, 폐배터리 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선별 챔버의 내부에 상기 필터 부재의 내부를 통과하는 분쇄물로부터 발생되는 분진이 낙하되어 포집되도록 상기 필터 부재의 하측에 형성되는 집진 부를 포함하는, 폐배터리 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 집진부로부터 배출되는 집진 배출구가 형성되고, 상기 집진 배출구는 상기 분진 유동 라인에 합지되는, 폐배터리 처리 장치.
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