KR101163416B1 - 롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 롤러하스 킬른(roller hearth kiln)과 같은 롤러콘베이어식 소성로에 정전이나 모터이상, 엔코더 이상발생 등의 기계 이상으로 소성로내 처리물질의 이송에 비상 중지상황이 발생할 경우에는 비상중지상황 검지부를 통해서 이를 검지하고 충전젼원으로 구동하는 비상구동부를 구동시켜서 롤러콘베이어식 소성로에 길이방향으로 연장 설치된 메인구동축봉에 비상구동 동력원을 전달하는 비상 운용을 수행하여서 1000℃내외의 고열 잔열이 남아 있는 소성로 내부에 구비된 장비 예컨대 롤러콘베이어가 롤러들이 휘어지거나 내려앉고 주변장비가 손상되는 사태가 발생하지 않도록 해주되 소성로내의 롤러콘베이어에 얹힌 용기가 외부로 나오지 않도록 전후로 왕복운동을 시켜주게 하며, 통전이 되는 등으로 정상 작동상황이 되면 즉각적인 소성 작업이 재개될 수 있도록 해주는 것이다.

Description

롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치{EMERGENCY OPERATING APPARATUS IN FIRING FURNENCE FOR PRODUCING SECONDARY BATTERY}

본 발명은 소성로에 관한 것으로, 특히 롤러콘베이어식 소성로에 정전이나 기계 이상으로 처리물질의 이송에 비상 중지상황이 발생할 경우에 소성로내에 구비된 장비의 훼손이 없도록 비상 운용하는 비상운용장치에 관한 것이다.

요즈음 개발이 활발한 2차 전지에서 가장 중요한 핵심소재에 해당하는 양극활물질이나 음극재, 그리고 소성 세라믹 캐패시터 등을 얻기 위한 한 절차로서 소성로를 이용하는 소성과정을 거친다.

2차 전지에서 양극활물질은 리튬이온전지와 폴리머 전지와 같은 2차 전지의 핵심 재료로서 전원 공구, 전기 자전거 및 하이브리드 전기자동차와 같은 대형 전원 응용분야에 필요한 전원 능력(power capability) 즉 단시간 내에 에너지를 공급하거나 회수할 수 있는 능력을 제공하기 위해 사용되는 것이다.

그리고 2차전지에서의 음극재는 리튬이온과 전자를 충전 시 저장했다가 방전 시 내어주는 역할을 하며, 주로 흑연을 사용하고 있다. 2차전지 음극재는 좀더 가볍고 무게 대비 에너지 밀도가 다른 소재보다 크며 또 자기방전에 의한 전력손실이 적도록 연구 개발되고 있는 실정이다.

소성로에서 처리물질의 소성은 제품 종류나 성질에 따라 대기분위기, 산소가스 분위기, 산소분압을 조정한 분위기, 이상화탄소가스 분위기 등 다양한 분위기 하에서 행해지고, 1000℃내외의 높은 온도를 유지한 상태에서 수십분 내지 수십시간 동안에 걸쳐서 이루어진다. 소성할 처리물질은 2차 전지의 경우에는 배터리원료가 되며 소성 세라믹 커패시터의 경우에는 세라믹 촉매가 될 수 있다.

소성을 행하는 소성로의 종류도 다양한데, 전기자동차와 같은 대형 전원 응용분야에 필요한 전원 능력의 확보가 필요한 요즈음에는 고정밀의 온도제어를 통한 고품질 소성, 단시간의 소성, 에너지 절감, 특수한 분위기를 필요로 하는 소성조건에 맞는 우수한 응답성, 운송의 정속성 등이 부합되게 함과 동시에 생산성도 뛰어난 소성로가 요구되고 있다.

이러한 특성을 충족하는 소성로의 대표적인 일 예로서는 롤러하스 킬른(roller hearth kiln)이 있다. 롤러하스 킬른은 처리물이 세라믹 또는 금속재 봉으로 된 롤러콘베이어를 통과하는 동안 주위에 배치되어 있는 버너나 히터에 의해서 가열 처리, 분위기 처리가 되도록 설계되어 있고, 처리물이 통과되는데에는 다른 로처럼 대차나 대판 등이 필요 없으며 내화재로 만들어진 얇은 세터류 또는 용기로 롤러 위를 통과할 수 있게 되어 있어 열의 전도가 매우 빠르다.

상기 롤러하스킬른은 롤러콘베이어식의 대표적인 소성로이며, 롤러콘베이어식 소성로의 다른 예로는 롤러콘베이어타입 터널킬론 등도 있다.

상기와 같은 롤러콘베이어식 등의 소성로에 정전이 발생되면 소성로 내부의 열이 1000℃나 되는 고열이 남아있기 때문에 구동 중지상태에 있는 롤러들이나 장비가 자중 등에 의해서 휘어지고 내려 앉게되는 문제가 발생된다. 그러므로 이에 대한 개선책이 마련되어야 한다.

따라서 본 발명의 목적은 롤러콘베이어식 소성로에 정전이나 기계 이상으로 처리물질의 이송에 비상 중지상황이 발생할 경우에 소성로내에 구비된 장비의 훼손이 없도록 비상 운용하는 비상운용장치를 제공함에 있다.

상기한 목적에 따라 본 발명은, 롤러콘베이어식 소성로에서의 롤러콘베이어의 비상 중지 상황에 대처하는 비상운용장치에 있어서, 소성로 정전, 메인구동모터 이상, 메인구동모터에 취부된 엔코더 이상, 체인이나 벨트 이상중 적어도 하나를 검지하는 비상중지상황 검지부와, 제어부의 제어 하에 미리 충전된 충전전원으로 비상구동 동력원을 생성하는 비상구동부와, 상기 비상구동부의 비상구동 동력원을 소성로의 메인구동축봉에 전달하기 위한 동력접속부와, 상기 비상중지상황 검지부에서의 비상중지상황 검지에 따라 상기 비상구동부와 동력접속부를 제어하여서 상기 비상구동부에서 생성된 비상구동 동력원을 동력접속부를 통해 메인구동축봉으로 전달하되 소성로내의 롤러콘베이어 상에 얹힌 용기가 소성로 내부에 존재할 수 있도록 전후진 왕복운동을 할 수 있게 제어하는 제어부로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치에서는, 상기 메인구동축봉이 소성로의 길이방향으로 연장 형성되며 일단이 메인구동모터에 동력연결되게 구성함을 특징으로 한다.

상기의 비상중지상황 검지부는, 상용전원 공급부로부터 소성로의 정전 여부를 검출하는 정전검출부와, 상기 메인구동모터에 취부된 엔코더의 이상 여부를 감지하는 엔코더 이상 감지부와, 상기 메인구동모터의 모터축과 메인구동축봉 간에 연결된 체인이나 벨트의 이상 여부를 감지하는 체인 이상감지부와, 상기 메인구동모터의 이상 여부를 감지하는 모터이상 감지부를 포함함을 특징으로 한다.

상기의 비상 구동부는, 외부전원을 충전하는 배터리와, 상기 비상구동 동력원을 생성하는 감속모터와, 상기 제어부의 제어 하에 상기 배터리의 외부전원으로 감속모터를 구동하는 직류 모터구동부로 구성함을 특징으로 하는 것이다.

또한 본 발명에서, 상기 동력 접속부는, 비상구동부의 비상구동 동력원을 메인구동축봉으로 연결하는 클러치와, 제어부의 제어하에 상기 클러치를 작동하는 액츄에이터로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 롤러하스 킬른(roller hearth kiln)과 같은 롤러콘베이어식 소성로에 정전이나 모터이상, 엔코더 이상발생 등의 기계 이상으로 소성로내 처리물질의 이송에 비상 중지상황이 발생할 경우에 비상 운용을 수행하여서 1000℃내외의 고열 잔열이 남아 있는 소성로 내부에 구비된 장비 예컨대 롤러콘베이어가 롤러들이 휘어지거나 내려앉고 주변장비가 손상되는 사태가 발생하지 않도록 해주며, 정상 작동상황에서는 즉각적인 소성 작업이 재개될 수 있도록 해주는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 롤러콘베이어식 소성로의 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치의 블록 구성도,
도 3은 도 2의 비상운용장치내 제어부에서의 비상운용 제어흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 롤러콘베이어식 소성로의 개략 구성도이다.

도 1에서와 같이, 롤러하스킬론과 같은 롤러콘베이어식 소성로(2)는 내화재 터널 구조로서 크게 예열부(4), 소성부(6), 냉각부(8)의 세개 영역으로 이루어져 있으며, 소성로(2)의 전체 길이에 걸쳐 폭방향으로는 수백개 내지 수천개의 롤러(10)들이 촘촘히 회전가능케 축설치되어 있다. 또 소성로(2) 내부에는 수백 내지 수천 ℃(예컨대 1000℃내외)의 높은 온도를 유지해야 하는바 이를 위해 다수의 버너(12)들이 배열 설치된다.

소성로(2)는 내화물 및 경량 단열재 또는 세라믹 화이버로 제작된 모듈(module)형식으로 구성되며 이 모듈은 수개 내지 수십개씩 연결되어서 하나의 소성로(2)를 갖춘다.

소성로(2)내의 수많은 롤러(10)들은 본 발명에 따라 소성로(2)의 길이방향으로 설치된 메인구동축봉(14)에 연결되어서 회전하게 된다.

보다 구체적으로 설명하면, 소성로(2)에 길이방향으로 길게 축설된 메인구동축봉(14)은 상용전원을 공급받는 메인구동모터(16)에 의해서 회전한다. 길이방향으로 설치된 메인구동축봉(14)이 폭방향으로 설치된 롤러(10)들로 회전동력을 전달하기 위해 회전방향을 바꿔주는 기어박스가 모듈단위로 구비되며, 각 모듈의 롤러구동축에는 해당 모듈의 기어박스를 통해서 메인구동축봉(14)의 회전동력이 전달되는 것이다. 각 모듈의 롤러구동축은 한 롤러의 회전축으로서 구동체인스프로켓이 설치되며, 모듈을 구성하는 다른 롤러들 회전축의 피동체인스프로켓과는 체인을 통해서 연결되어서 모듈내 모든 롤러(10)들이 연동회전된다.

이러한 롤러(10)들은 소성로(2) 전구간에 걸쳐 수백개 내지 수천개가 구비되어 있지만 길이방향으로 메인구동축봉(14)을 통하여 각 모듈단위로 회전력을 전달받기 때문에 롤러(10)들의 회전속도가 소성로(2)의 전구간에 걸쳐서 균일하게 이루어지는 롤러콘베이어를 구성할 수 있다.

도 1과 함께 설명된 롤러하스킬른과 같은 롤러콘베이어식 소성로(2)에 정전이나 메인구동모터(16)의 이상, 메인구동모터(16)에 취부된 엔코더(도 2의 20)의 이상 발생 등으로 인해서 소성로(2)내 처리물질의 이송에 비상 중지상황이 발생할 경우에는 1000℃내외의 고열 잔열이 소성로(2) 내부에 남아 있으므로 롤러콘베이어를 구성하는 롤러(10)들이 휘어지거나 내려 앉을 수 있고 주변장비가 손상되는 사태가 발생하게 되는데, 이에 대한 보완책으로 수작업으로 메인구동축봉(14)을 회전시키거나 별도의 비상발전기를 구축하여서 메인구동축봉(14)을 회전시키는 것을 고려할 수 있다.

그런데 수작업으로 메인구동축봉(14)을 돌리는 것은 매우 힘든 일이고 비상 중지상황을 주시하기 위한 대기 인력이 상주해야하므로 인건비가 더 들고, 수작업으로 메인구동축봉(14)을 급하게 돌린다 하더라도 제대로 열을 받지 못한 소성 용기내 처리물질이 외부로 나오게 되는 등으로 불량 제품이 발생하는 단점이 있음을 확인하였다.

별도의 비상발전기를 구축하는 것도 고려하였지만 비상전력 설비구축 비용이 상당할 뿐더러 비상발전기가 메인구동축봉(14)을 구동시키는데까지 실제로 많은 시간이 소요되어서 소성로(2)내의 롤러(10)들이 주변 구동장비들의 손상이 야기될 수 있으며, 마찬가지로 제대로 열을 받지 못한 소성 용기내 처리물질이 외부로 나오게 되면 불량 제품이 발생된다.

본 발명에서는 롤러콘베이어식 소성로(2)에 정전이나 모터이상, 엔코더 이상발생 등의 기계 이상으로 소성로(2)내 처리물질의 이송에 비상 중지상황이 발생할 경우에 비상 운용을 수행하는 비상운용장치(100)를 구비한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 롤러콘베이어식 소성로(2)에서의 비상운용장치(100)의 블록 구성도이고, 도 3은 도 2의 비상운용장치(100)내 제어부(34)에서의 비상운용 제어흐름도이다.

도 1과 함께 설명한 것으로 소성로(2)의 길이방향으로 길게 연장 형성된 메인구동축봉(14)은 스프라켓체인(26)이나 풀리벨트를 통해서 메인구동모터(16)와 연결된다. 즉 도 1의 일 예로서 메인구동축봉(14)의 스프라켓(24)과 메인구동모터(16)의 모터축에 장치된 스프라켓(22)간에는 스프라켓체인(26)으로 연결되는 것이다.

메인구동축봉(14)을 구동하는 동력원인 메인구동모터(16)는 상용전원공급부(18)를 통해서 상용전원을 공급받는다.

본 발명의 실시 예에 따른 비상운용장치(100)는, 소성로(2)에서의 롤러콘베이어의 비상중지 상황을 신속하게 검지하는 비상중지상황 검지부를 구비한다.

비상중지상황 검지부는 소성로(2)에서의 정전, 메인구동모터(16)의 이상, 메인구동모터(16)에 취부된 엔코더(20)의 이상, 메인구동모터(16)의 모터축과 메인구동축(14) 간을 연결하는 체인(26)이나 벨트의 이상 중에서 적어도 하나를 검지하는 수단이다.

보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 비상중지상황 검지부는, 상용전원 공급부(18)로부터 소성로(2)의 정전 여부를 검출하는 정전검출부(28)와, 메인구동모터(16)에 취부된 엔코더(20)의 이상 여부를 감지하는 엔코더 이상 감지부(30)와, 메인구동모터(16)의 모터축과 메인구동축봉(14)간에 연결된 스프라켓 체인(26)이나 벨트의 이상 여부를 감지하는 체인 이상감지부(32)와, 메인구동모터(16)의 이상 예컨대 모터베어링의 파손 등을 감지하는 모터이상 감지부(33)를 포함하여 구성한다.

또한 본 발명의 비상운용장치(100)는 상기와 같은 비상중지상황 검지부에서 비상중지상황을 신속하게 검지를 하면 구동중지된 메인구동축봉(14)을 비상 구동시키기 위한 비상 구동부와, 비상 구동부를 포함한 비상운용장치(100)의 전반적인 제어를 담당하는 제어부(34), 및 상기 비상구동부의 비상구동 동력원을 소성로(2)의 메인구동축봉(14)에 전달하기 위한 동력접속부를 구비한다.

본 발명의 비상 구동부는, 외부전원을 충전하는 배터리(38)와, 배터리(38)로 충전하기 위한 충전기(36)와, 소성로(2)의 롤러콘베이어가 중지될 시 비상구동 동력원을 생성하는 감속모터(42)와, 제어부(34)의 제어 하에 비상구동부 배터리(38)의 외부전원으로 감속모터(42)를 구동하는 직류 모터구동부(40)로 구성한다.

충전기(36)를 이용한 배터리(38)로의 충전은 외부 전원을 이용한 상시 충전이 이루어지며, 충전기(36)와 배터리(38)의 구성 일 예로서 '무정전전원공급장치'라고도 불리우는 UPS(uninterruptible power supply)이나 비상전원 등을 이용할 수 있다.

비상 구동부의 감속모터(42)는 비상구동 동력원을 기어(44)(46)나 스프라켓체인 등과 같은 동력전달수단을 통해서 메인구동축봉(14)에 선택적으로 전달하며, 이를 위해서는 클러치(48) 및 액츄에이터(50)로 구성된 동력접속부가 구비된다. 클러치(48)는 축과 축을 접속하거나 차단하는 수단으로서 전자클러치, 마찰클러치, 물림클러치 등 다양하며, 액츄에이터(50)는 클러치(48)가 작동되도록 하기 위한 수단으로서 공압이나 유압작동의 구동실린더, 모터, 솔레노이드 등으로 다양하게 구현할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 비상운용장치(100)의 제어부(34)는 비상중지상황 검지부에서의 비상중지상황 검지에 따라 비상구동부의 직류모터구동부(40)와 동력접속부의 액츄에이터(50)를 제어하여서 비상구동부의 감속모터(42)에서 생성된 비상구동 동력원을 동력접속부의 클러치(48)를 통해서 메인구동축봉(14)으로 전달한다. 특히 본 발명의 제어부(34)는 소성로(2)내의 롤러콘베이어 상에 얹힌 용기가 소성로(2) 내부에 존재할 수 있도록 전후진 왕복운동을 할 수 있도록 제어한다.

롤러콘베이어가 계속 움직이게 되면 즉 롤러콘베이어를 구성하는 롤러(10)들이 회전을 계속하게되면 롤러축이 휘거나 내려앉는 등의 현상이 발생하지 않으며, 소성하는 주변장비를 손상시키는 사태도 생기지 않는다.

롤러(10)들로 된 롤러콘베이어 상에 얹혀 이송되는 용기 안에 있는 소성용 물질이 있는데, 소성로(2)에 정전이 되면 버너(12)가 작동하지 않으면서 불완전 소성이 이루어지므로 소성로(2)의 배출구를 통해 외부로 나오게 되면 불량제품이 된다.

그러므로 본 발명에서는 제어부(34)의 제어 하에 비상구동부를 이용해서 롤러콘베이어를 이송시키되 소성용 물질을 담고 있는 용기가 소성로(2) 외부로 나오지 않도록 한 상태로 전후진 운동을 시키는 것이다. 소성로(2)의 외부로 나오지 않도록 하는 제어는 소성로(2)의 특성이나 용기의 배치상태 등등이 고려되어 결정되고 제어부(34)의 내부메모리에 프로그래밍됨으로써 이루어 질 수 있다.

본 발명의 제어부(34)의 제어동작을 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

비상운용장치(100)의 제어부(34)는 정전검출부(28), 엔코더이상감지부(30), 모터이상감지부(33), 체인이상감지부(32)와 같은 비상중지상황 검지부로부터 비상중지상황이 검지되는지를 도 3의 300단계에서 판단한다.

만일 비상중지상황이 검지가 되면 제어부(34)는 도 3의 302단계에서 직류모터구동부(40)를 통해 감속모터(42)를 구동시킴과 동시에 액츄에이터(50)를 구동시키서 클러치(48)로 비상구동부와 메인구동축봉(14)를 연결하여서 비상구동부의 감속모터(42)로부터 생성된 비상구동 동력원이 동력접속부의 클러치(48)를 통해서 메인구동축봉(14)에 전달되게 한다.

또 제어부(34)는 도 3의 304단계에서 비상구동부의 직류모터구동부(40)를 구동제어하되 소성로(2)내의 롤러콘베이어에 얹힌 용기가 소성로 내부에 존재할 수 있도록 전후진 왕복 구동제어를 행한다.

이러한 비상운용을 하고 있다가 고장난 부위가 제기능을 할 수 있도록 수리가 된후 작업자가 통전을 시키거나 아니면 정전되었다가 통전이 이루어지면 즉 비상중지상황 검지부를 구성하는 검출부나 감지부 모두에서 정상신호가 인가되면 제어부(34)는 이를 도 3의 306단계에서 통전으로 인식하고 도 3의 308단계로 진행한다.

제어부(34)는 도 3의 308단계에서 비상운용되어서 비상구동되게 연결한 클러치(48)의 연결을 해제하면서 과정을 종료하고, 메인구동축봉(14)은 메인구동모터(16)에 연결되어서 동력원을 전달받아 정상적인 구동회전을 하게 된다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

본 발명은 이차전지의 양극활물질이나 음극재, 그리고 소성 세라믹 캐패시터 등의 원료물질을 소성하는 소성로에 이용할 수 있다.

(2)-- 소성로 (4)-- 예열부
(6)-- 소성부 (8)-- 냉각부
(10)-- 롤러 (12)-- 버너
(14)-- 메인구동축봉 (16)-- 메인구동모터
(18)-- 상용전원공급부 (20)-- 엔코더
(22)(24)-- 스프라켓 (26)-- 체인
(30)-- 엔코더이상감지부 (32)-- 체인이상감지부
(33)-- 모터이상감지부 (34)-- 제어부
(36)-- 충전기 (38)-- 배터리
(40)-- 직류모터구동부 (42)-- 감속모터
(44)(46)-- 기어 (48)-- 클러치
(50)-- 액츄에이터

Claims (5)

1. 롤러콘베이어식 소성로에서의 롤러콘베이어의 비상 중지 상황에 대처하는 비상운용장치에 있어서,
   소성로 정전, 메인구동모터 이상, 메인구동모터에 취부된 엔코더 이상, 체인이나 벨트 이상중 적어도 하나를 검지하는 비상중지상황 검지부와,
   제어부의 제어 하에 미리 충전된 충전전원으로 비상구동 동력원을 생성하는 비상구동부와,
   상기 비상구동부의 비상구동 동력원을 소성로의 메인구동축봉에 전달하기 위한 동력접속부와,
   상기 비상중지상황 검지부에서의 비상중지상황 검지에 따라 상기 비상구동부와 동력접속부를 제어하여서 상기 비상구동부에서 생성된 비상구동 동력원을 동력접속부를 통해 메인구동축봉으로 전달하되 소성로내의 롤러콘베이어 상에 얹힌 용기가 소성로 내부에 존재할 수 있도록 전후진 왕복운동을 할 수 있게 제어하는 제어부로 구성함을 특징으로 하는 롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인구동축봉이 소성로의 길이방향으로 연장 형성되며 일단이 메인구동모터에 동력연결되게 구성함을 특징으로 하는 롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비상중지상황 검지부는,
   상용전원 공급부로부터 소성로의 정전 여부를 검출하는 정전검출부와,
   상기 메인구동모터에 취부된 엔코더의 이상 여부를 감지하는 엔코더 이상 감지부와,
   상기 메인구동모터의 모터축과 메인구동축봉 간에 연결된 체인이나 벨트의 이상 여부를 감지하는 체인 이상감지부와,
   상기 메인구동모터의 이상 여부를 감지하는 모터이상 감지부를 포함함을 특징으로 하는 롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비상 구동부는,
   외부전원을 충전하는 배터리와,
   상기 비상구동 동력원을 생성하는 감속모터와,
   상기 제어부의 제어 하에 상기 배터리의 외부전원으로 감속모터를 구동하는 직류 모터구동부로 구성함을 특징으로 하는 롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 동력 접속부는,
   비상구동부의 비상구동 동력원을 메인구동축봉으로 연결하는 클러치와,
   제어부의 제어하에 상기 클러치를 작동하는 액츄에이터로 구성함을 특징으로 하는 롤러콘베이어식 소성로에서의 비상운용장치.

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