KR102150217B1

KR102150217B1 - 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치

Info

Publication number: KR102150217B1
Application number: KR1020190174528A
Authority: KR
Inventors: 백성훈
Original assignee: 백성훈
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-08-31

Abstract

전자석 필터와; 상기 전자석 필터의 중앙에 형성된 캐니스터의 상측에 결합되어 서로 배타적으로 개폐되어 외부의 세척액을 상기 캐니스터에 공급하여 상기 필터를 세척하거나 상기 필터에 의해 이물질이 제거된 원료를 탈철원료탱크로 배출하는 제1 및 제2밸브와, 상기 캐니스터의 하측에 결합되어 서로 배타적으로 개폐되어 원료공급탱크로부터의 원료를 상기 캐니스터내에 결합된 필터로 공급하거나 상기 필터로부터 분리되는 이물질을 외부로 배출하는 제3 및 제4밸브와, 상기 제1 내지 제4밸브의 흐름 경로상에 결합되어 해당 밸브로 흐르는 원료 또는 세척액을 계량하여 그 계량신호를 출력하는 제1 내지 제4계량기로 구성된 흐름경로 설정부와; 전압제어신호에 응답하여 교류 전압을 직류로 변환하여 상기 코일의 양단으로 제공하는 전압 변환 장치, 상기 교류 전압의 입력단과 상기 전압 변환 장치의 전원단자 사이에 연결된 션트 저항에 걸리는 전압을 이용하여 전자석 필터의 소모 전류를 측정하는 전원 모니터와, 상기 교류 전압이 상기 전압 변환 장치로 공급될 때 상기 전압제어신호를 상기 전압 변환 장치로 공급하고 상기 전원 모니터와 상기 제1 내지 제4계량기 및 온도 센서에서 감지된 온도 값과 메모리에 설정된 기준 계량값, 과전류 값, 기준 자속 밀도값, 기준 온도 값를 비교하여 전자석 필터의 이상 동작하는 감지하는 제어기를 포함하여 구성된다.

Description

전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치{Apparatus for detecting of abnormal operation in electromagnet filter system}

본 발명은 전자석 필터 시스템(electromagnetic filter system : 전자석 탈철 시스템)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전자석 필터에 흐르는 전류량에 의해 전자석 필터의 자속 밀도, 과전류상태를 감지하고 원료 투입 및 배출 경로에 설치된 유량계, 하우징에 설치된 온도 센서의 출력으로 전자석 필터 시스템의 운전 중 이상 상태를 감지하여 시스템 이상 시 시스템 운전을 정지하고 운용자에게 알리는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치에 관한 것이다.

전자석 필터 시스템은 광물에 포함된 철 성분을 흡철하여 광물로부터 분리하는 시스템을 의미한다. 전자석 필터 시스템은 전자석 탈철기(脫鐵機) 또는 자석 필터(magnetic filter)로도 불린다.

우리가 널리 사용하는 배터리, 전기전자 제품 등 제조하는 전기·전자산업, 점토 광물을 사용하는 요업산업 및 반도체 산업 분야에서는 다양한 광물질을 사용하고 있다. 이러한 산업분야에서는 광물질에 철분이 혼입되어 있을 경우 품질 저하의 원인이 되므로, 철분은 될 수 있는 한 최대한 배제시킨 재료만을 사용하여야 안전하고 효율 좋은 제품을 생산할 수 있다.

가장 대표적인 산업의 예로서는 전지 산업을 들 수 있다. 2차 전지에는 양극과 음극의 전극이 형성되는데, 이러한 전극을 제조하기 위해서는 전극 활물질 층을 전극에 도포하여야 한다. 전극용의 전극 활물질의 예로서는 LiCoO₂, LiNiO₂, LiMnO₂, LiMn₂O₄, LiFeVO₄, LixNiyCozMnwO₂ 등의 리튬 또는 망간 함유 복합 금속 산화물 등 일 수 있다.

위와 같은 전극 활물질을 얻기 위하여는 리튬을 함유하고 있는 엽장석(葉長石, petalite), 코발트를 함유하고 있는 철질 운석, 철과 망간을 함유하고 있는 망가니즈(Manganese) 등과 같은 광물질에서 분리하여야 한다. 그런데, 분리된 광물질로부터 리튬과 코발트 및 망간 등의 전극 재료에 철 성분이 함유된 경우 효율 좋은 전극판 도포용 슬러리(slurry)를 제대로 만들 수 없다.

2차 전지 전극용 슬러리를 만들기 위한 광물질에 함유된 철분을 제거하는 장치의 예로서는 전자석 필터(탈철기)를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 탈철기의 예로서는 본원 출원인이 특허받은 특허 제2016875호(2019.08.26. 등록) "2차 전지 원료 정제용 자동 탈철 시스템"이 있다.

위 특허문헌에 기재된 전자석 필터 시스템은 이물질을 제거하기 위한 원재료의 종류에 따라 철 등과 같은 이물질을 다른 방식으로 스크린 하기 위하여 코일보빈(coil bobbin)의 중심부 또는 코일의 보어(bore of coil)에 넣어지는 봉형상의 자성체 필터(당 업계에서는 스크린[screen filter] 또는 매트릭스 필터[matrix filter]로도 칭함)를 교체할 수 있도록 되어 있다. 이러한 자성체 필터의 종류는 그 내부가 매트릭스 또는 메시 망 등 다양한 구조를 갖는다.

전자석 필터 시스템의 자속 밀도는 1테슬라(Tesla : 1 Wb/m²)일 것을 요구하고 있다. 테슬라는 MKS단위계이고, 현장에서는 CGS단위계를 사용하므로 자속 밀도는 10,000가우스(gauss)(G)로 설정하고 있는 실정이다.

종래의 기술에 의한 전자석 필터는 코일의 보어(bore of coil)에 봉형상의 스크린(매트릭스 필터)이 넣어진 구성으로, 지속적인 운전에 의해 코일의 온도가 올라감에 따라 코일의 전기 저항이 감소하고 이로 인하여 전류가 상승하여 자속 밀도가 변화된다. 예를 들면, 초기 운전 시 전자석 필터의 전속밀도를 10,000G로 설정하여 운전하였다 하더라도, 지속적인 운전으로 인하여 코일 저항값의 감소하게 되면 코일로 전류가 많이 흐르게 됨으로써 자속 밀도가 증가되는 문제가 있었다.

이와 같은 경우, 시스템 운용자는 전자석에 입력되는 전압과 전류를 조정하여 전자석의 자속 밀도를 조정하지 않으면 안 된다. 그러나 종래의 기술에 의한 전자석 필터에는 전자석의 자속 밀도를 표시하는 장치가 구비되어 있지 않아 많은 운전 경험이 없는 사람은 전자석의 자속 밀도를 쉽게 조절할 수 없었다.

더욱이, 종래의 전자석 필터는 전자석 코일이 단락(short) 등에 의해 전자석이 동작하지 않은 경우에도 단순히 부하인 전자석으로 흐르는 전류량을 연산하여 자속 밀도의 값을 터치스크린 상에 표시함으로써 화재 등에 노출될 위험성이 있었다.

또한, 위 종래기술에 의한 전자석 필터 시스템은 전자석 필터로 공급되는 원료 투입량과 철 등의 이물질이 필터링 된 후의 원료 배출량 등을 알 수 없었을 뿐만 아니라 원료 투입 또는 배출을 위한 밸브가 오동작 또는 작동하지 않아 전자석 필터의 필터로 원료가 가득 차여져 시스템의 동작이 원활하지 않은 문제가 있었다.

상기 전자석 필터의 코일 하우징 내부는 코일의 온도 상승을 억제하기 위한 냉각 오일이 순환되도록 구성되어 있다. 냉각 오일은 냉각기(칠러 : chiller)에 의해 냉각되고, 냉각된 오일은 오일 쿨러와 순환펌프를 통해 상기 하우징의 내부와 냉각기로 순환되도록 구성되어 있다.

따라서 어떠한 원인에 의하여 상기 순환펌프, 오일 쿨러 또는 냉각기에 고장이 생기는 경우 전자석 필터의 코일 온도가 상승하여 실제 설계된 자속 밀도보다 매우 큰 자속 밀도가 터치스크린 상에 표시됨으로써 전자석 운용자는 경험에 따라 전자석에 공급되는 전압의 전류를 조절하여야 함으로써 전자석 필터 시스템의 운용에 어려움이 있었다.

10-2016875 B1(2019.08.26.)

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전자석 필터 시스템의 전자석 필터의 코일에 흐르는 전류 값, 상기 전자 필터 하우징에 넣어진 오일의 온도, 원료 공급관 및 배출관과 세척액 공급관과 배출관에 설치된 밸브류의 동작 상태를 모니터링 하고, 상기 모니터링 된 동작 상태 신호를 분석하여 전자석 필터 시스템이 오동작 시 그 상태를 운용자에게 알람 하는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 특정 산업의 물품 제조 시 사용되는 원재료에 포함된 철 등과 같은 자성체의 이물질을 전자석에 의해 부착 제거하는 전자석 필터 시스템에서 전원 투입 시 전자석 필터의 코일에 흐르는 전류로서 과전류 여부를 검출하여 미리 설정된 전류 값 이상을 가질 때 코일의 단락을 경보하는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전자석 필터 시스템에서 전자석 필터로 흐르는 전류를 감지하여 상기 전자석의 자속 밀도를 측정하고, 상기 측정된 자속 밀도가 설정치를 벗어나는 경우 경고하는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전자석 필터의 유입관과 배출관에 각각 설치된 유입유량계와 배출유량계의 계측 값의 비교 값과 미리 설정된 계측기준 값을 벗어났을 때 밸브 이상 감지 신호를 출력하는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 관통된 보어(bore)(bR)가 중앙에 형성되고 상기 보어를 기준하여 그 둘레에 코일이 감아지고 내부에 냉각액체가 수용된 하우징과, 상기 냉각 유체의 온도를 감지하는 온도 센서와, 상기 보어의 내부에 결합된 캐니스터(canister)의 내부에 삽입되고 상기 코일에 전류가 흐르는 상태에서 상기 캐니스터로 공급되는 원재료에 함유된 자성체의 이물질을 흡착하여 필터링하는 매트릭스 형태의 필터로 구성된 전자석 필터와; 상기 캐니스터의 상측에 결합되어 서로 배타적으로 개폐되어 외부의 세척액을 상기 캐니스터에 공급하여 상기 필터를 세척하거나 상기 필터에 의해 이물질이 제거된 원료를 탈철원료탱크로 배출하는 제1 및 제2밸브와, 상기 캐니스터의 하측에 결합되어 서로 배타적으로 개폐되어 원료공급탱크로부터의 원료를 상기 캐니스터내에 결합된 필터로 공급하거나 상기 필터로부터 분리되는 이물질을 외부로 배출하는 제3 및 제4밸브와, 상기 제1 내지 제4밸브의 흐름 경로상에 결합되어 해당 밸브로 흐르는 원료 또는 세척액을 계량하여 그 계량신호를 출력하는 제1 내지 제4계량기로 구성된 흐름경로 설정부와; 전압제어신호에 응답하여 교류 전압을 직류로 변환하여 상기 코일의 양단으로 제공하는 전압 변환 장치(SMPS : switching mode power supply), 상기 교류 전압의 입력단과 상기 전압 변환 장치의 전원단자 사이에 연결된 션트 저항(Shunt Resistor)에 걸리는 전압을 이용하여 전자석 필터의 소모 전류, 즉, 상기 코일에 흐르는 전류를 측정하는 전원 모니터와, 전류 기준값, 상기 필터의 길이 정보, 코일의 권선(감긴횟수)정보, 전자석 기준 자속 밀도 값, 냉각액체의 기준 온도 정보, 탈철모드의 유량정보 및 세척모드에 따른 유량정보가 저장된 메모리를 포함하며 상기 교류 전압이 상기 전압 변환 장치로 공급될 때 상기 전압제어신호를 상기 전압 변환 장치로 공급하고 상기 전원 모니터와 상기 제1 내지 제4계량기 및 온도 센서에서 감지된 온도 값에 따라 아래와 같이 동작하는 제어기로 구성함을 특징으로 한다.

(1) 상기 전원 모니터에서 측정된 전류가 상기 전류 기준값을 초과 시 상기 전압제어신호의 출력을 차단하고, 전자석 단락(short) 정보를 터치스크린으로 표시하며, 스피커를 통해 워닝(waring) 함.

(2) 상기 전원 모니터에서 측정된 전류 값이 전류 기준값 이하일 때 상기 측정된 전류 값을 이용하여 자속 밀도 B를 수학식 "B = (μ·N·I)/d [wb/㎡]"으로 연산하여 상기 전자석 필터의 자속 밀도를 구하여 터치스크린 상으로 표시함(여기서, 상기 수학식에서, μ는 매트릭스 필터의 투자율, N은 코일의 권선수, I는 코일에 흐르는 전류, d는 매트릭스의 길이).

(3) 상기 전자석 필터가 탈철 모드인 경우, 상기 제2계량기 및 제3계량기의 계량 값들이 상기 탈철 모드의 유량 정보를 벗어날 때 탈철 밸브의 에러 상태를 터치스크린으로 표시하고, 스피커를 통해 워닝 함.

(4) 상기 전자석 필터가 세척 모드인 경우, 상기 제1계량기 및 제4계량기의 계량 값들이 상기 세척 모드의 유량 정보를 벗어날 때 세척 밸브의 에러 상태를 터치스크린으로 표시하고, 워닝을 스피커를 통해 알람 함.

(5) 상기 온도 센서에서 감지된 냉각 유체의 온도가 미리 설정된 기준 온도 정보에서 오차 범위를 벗어날 때 냉각 계통 에러 상태를 터치스크린으로 표시하고, 스피커를 통해 워닝 함.

상기 하우징의 중심에 상하 관통된 보어(bR)에 삽입된 캐니스터는 비자성체의 스테인리스 스틸임을 특징으로 한다.

상기 제어기는 상기 연산된 자속 밀도 값과 상기 설정된 전자석 기준 자속 밀도 값을 비교 값이 미리 설정된 허용 오차를 초과할 때 상기 전압 변환 장치의 출력을 조정하기 위한 전압제어신호를 변환시킴을 특징으로 한다.

상기 전원 모니터는 상기 교류 전압의 입력단과 상기 전압 변환 장치의 전원단자 사이에 연결된 션트 저항과, 상기 션트 저항에 병렬로 접속되어 상기 션트 저항의 양단자간의 전압강하를 측정하는 전압계(voltmeter)와, 상기 전압계에서 측정된 전압 값을 디지털 신호로 변환하여 상기 제어기로 제공하는 아날로그 디지털 변환기로 구성함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치는 전자석 필터의 코일로 공급되는 전원을 모니터하여 과전류 시 시스템의 동작을 차단하여 보호하고, 상기 전원 모니터에서 측정된 전류에 의해 전자석 필터의 자속 밀도를 터치스크린 상에 표시함으로써 전자석 필터 시스템, 즉 전자석 탈철기의 운용을 안전하고 정확하게 할 수 있다.

또한, 동작 모드에 따라 전자석 필터가 넣어진 캐니스터에 유입되는 원재료(또는 세척액)와 상기 필터에 의해 이물질이 제거된 탈철된 원재료 양(이물질이 포함된 세척액의 양)의 비교하여 오차 범위를 초과할 때 밸브의 이상 여부를 알람하고, 온도 센서에 의해 하우징내의 코일온도를 냉각하는 냉각 계통의 이상 여부를 운용자에게 알람 함으로써 전자석 탈철기의 운용을 안전하게 할 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자석 탈철기의 전자석 필터 시스템의 이상 동작 감지 장치의 실시 예시도.
도 2는 도 1에 도시된 제어부의 제어 수순도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 최상의 실시 예를 도면에 기재하여 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전자석 탈철기(1)는 전자석 필터(10)와, 상기 전자석 필터(10)를 구동하고 제어하기 위한 제어회로(20)를 포함한다.

상기 전자석 필터(10)를 구성하는 필터 요소들은 비-자성 스테인리스 스틸로 구성된 하우징(11)의 내부에 들어 있다. 상기 하우징(11)은 중앙부에 보어(bR)가 형성되어 있고, 상기 보어(bR)의 둘레에는 코일(12)이 감겨 코일 멤버를 구성한다. 상기 코일(12)의 권선수는 전자석 필터(10)의 자속 밀도에 밀접한 영향을 미치므로, 요구되는 자속 밀도의 설계에 따라 적절하게 감겨져야 한다.

코일(12)이 감긴 하우징(11)의 내부에는 코일(12)에 전류가 흐를 때 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각 액체가 채워져 있다. 예를 들면, 냉각오일 등을 고려할 수 있다. 상기 냉각 오일은 냉각기(Chiller)(도시하지 않음)에 의해 냉각되며, 냉각된 냉각오일은 오일 쿨러(65)와 순환 펌프(도시하지 않음)를 통해 상기 하우징(11)의 내부로 순환되도록 되어 있다.

상기 하우징(11)의 중심에 상하 관통된 보어(bR)에는 비자성체의 스텐리스 스틸로 만들어진 캐니스터(canister)(13)가 삽입되고, 상기 캐니스터(13)의 내부에는 자성체로 된 매트릭스 또는 다양한 형상과 모양으로 만들어지는 소정 길이(d)의 매트릭스 필터(또는 스크린)(14)가 삽입되어져 전자석을 구성한다.

또한, 세척액 탱크(도시하지 않음)에 연결된 세척액 공급관(62)과 상기 캐니스터(13)의 상측에는 세척액 공급밸브(58)가 연결되고, 탈철 원재료탱크(도시하지 않음)에 연결된 원료배출관(60)과 상기 캐니스터(13)의 상측면에는 원재료 배출밸브(59)가 연결되어 있다. 상기 캐니스터(13)의 하측면에는 원료저장탱크(도시하지 않음)로부터 원료를 펌핑하여 공급하는 공급펌프(51)에 연결된 원료유입관(53)이 원료공급밸브(54)에 연결되어 있고, 상기 캐니스터(13)의 하측에는 세척액 배출밸브(57)가 연결되어 있다.

상기 전자석 필터(10)가 탈철 모드로 동작되는 경우, 상기 원료공급밸브(54)와 원료배출밸브(59)는 개방되고 상기 세척액공급밸브(58)와 세척액배출밸브(57)는 폐쇄(닫힌 상태)이다. 이와는 반대로 상기 전자석 필터(10)가 세척 모드로 동작되는 경우, 상기 원료공급밸브(54)외 원료배출밸브(59)는 폐쇄되고 상기 세척액공급밸브(58)와 세척액배출밸브(57)는 개방상태이다. 이러한 밸브들은 제어부(40)의 제어에 의해 동작되는 솔레노이드 밸브일 수 있다.

상기 원료공급밸브(54)와 원료배출밸브(59) 그리고 세척액공급밸브(58)와 세척액배출밸브(57)는 원료를 전자석 필터(10)의 매트릭스 필터(14)로 공급하여 이물질을 제거하거나, 세척액을 상기 매트릭스 필터(14)로 공급하여 필터에 의해 흡철된 이물질을 외부로 배출하기 위한 경로를 제공하는 흐름경로 설정부이다.

그리고 상기 전자석 필터(10)의 하우징(11) 내부에는 코일(12)의 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 오일 등과 같은 냉각액체가 채워져 있고, 하우징(11)의 내부에는 상기 냉각 오일의 온도를 감지하여 해당 신호(Ts)를 출력하는 온도 센서(70)가 설치되어 있다.

도 1의 전자석 필터(10)에서 미설명된 부호 65는 오일쿨러, 66은 오일 회수관, 67은 오일 공급관이다.

상기와 같이 구성된 전자석 필터(10)의 상세한 동작은 위 선행기술문헌에 상세하게 기재되어 있음으로 본 발명에서는 그 상세 동작은 생략된다.

본 발명의 실시 예에 따른 전자석 필터(10)는 상기 세척액공급밸브(58)와 원료배출밸브(59) 및 캐니스터(13)의 상측 사이에는 제1계량기(63)와 제2계량기(64)가 각각 설치되어 있고, 원료공급밸브(54)와 세척액배출밸브(57) 및 캐니스터(13)의 하측 사이에는 제3 및 제4계량기(55)(57a)가 각각 설치되어 있다. 이때, 상기 제1 내지 제4계량기(63, 64, 55, 57a)는 건식 유량계(dry flowmeter) 또는 습식 유량계(wet flowmeter)일 수 있다. 이들 제1~4계량기(63, 64, 55, 57a)들은 각각 세척액공급밸브(58), 원료배출밸브(59), 원료공급밸브(54) 및 세척액배출밸브(57)를 통과하는 유체 또는 건식 파우더 등의 흐름양을 계량한 정보(F1~F4)를 발생한다.

도 1과 같은 구성에서, 환 형상으로 권선된 코일(11)의 양단에 전류가 흐르게 되면, 이미 주지된 바와 같이 상기 코일(11)의 중심부에 위치된 매트릭스 필터(14)에는 자력이 발생한다. 상기 매트릭스 필터(14)에서 생성된 자속 밀도(B)는 아래 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

B = (μ·N·I)/d [wb/㎡]

상기 수학식 1에서, μ는 매트릭스 필터의 투자율, N은 코일의 권선수, I는 코일에 흐르는 전류, d는 매트릭스 필터의 길이다.

상기와 같이 구성된 전자석 필터(10)는 교류전압(AC)과 상기 전자석 필터(10)의 코일(11)의 양단에 연결된 제어회로(20)의 제어에 의해 구동된다.

상기 제어회로(20)는 교류 전압(10)의 일측과 전압 변환 장치(21)의 일측 단자에 전원 스위치(Power switch)(Ps) 및 션트 저항(31)이 직렬 접속되어 있고, 교류 전압(10)의 타측과 전압 변환 장치(21)의 타측 단자는 직접 연결되어 있다. 이때 상기 전원 스위치(Ps)와 션트 저항(31)의 접속 노드와 교류 전압(AC)의 타측 단자는 제어부(40)에 연결되어 있다.

상기 션트 저항(31)의 양 단자에는 전원 모니터(35)가 접속되어 있다. 상기 전원 모니터(35)는 상기 션트 저항(31)에 병렬 접속된 볼트미터(32) 및 상기 볼트미터(32)의 출력을 디지털 신호(IS)로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(Analog to digital converter)(ADC)(33)로 구성되어 있다.

상기 전원 모니터(35)는 제어회로(20)의 부하인 코일(12)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 것으로, 상기 션트 저항(31)은 위 연결 부위 이외에도 코일(11)의 일측과 전압 변환 장치(21)의 출력 노드 사이에 접속되어도 무방하다.

상기 제어부(40)는 상기 교류 전압(AC)을 정류하여 동작전압을 출력하는 전원부(41), 전류 기준값, 상기 필터의 길이 정보, 코일의 권선(감긴)정보, 전자석 기준 자속 밀도 값(Bref), 냉각액체의 기준 온도 정보, 탈철모드의 유량정보 및 세척모드에 따른 유량정보가 저장된 메모리(42), 상기 전원부(41)의 동작 전압에 의해 동작되어 상기 전압 변환 장치(21)로 전압제어신호(VCTL)를 제공하고 상기 전원 모니터(35)에서 출력되는 디지털 신호와 상기 메모리(42)에 저장된 정보를 이용하여 현재 전자석 탈철기(1)가 과전류 상태인지의 여부를 판단하고, 전자석 필터(10)의 코일(14)의 단락 등에 의해 과전류 상태인 경우 시스템 동작을 차단하는 제어기(43)를 포함하고 있다.
만약 상기 전원 모니터(35)에서 출력되는 디지털신호(IS)가 미리 설정된 전류 기준 값보다 작아 과전류 상태가 아니라면, 상기 제어기(43)는 상기 전자석 필터(10)의 자속 밀도(B)를 연산하여 터치스크린(45)을 해당 전류값을 표시한다.

또한, 상기 제어기(43)는 동작 모드에 따라 제2 및 제3계량기(64, 55)에서 감지된 계량값(F2, F3)을 비교하여 탈철 밸브의 이상 여부를 판단하거나, 제1 및 제4계량기(63, 57a)에서 감지된 계량값(F2, F4)을 비교 후 세척 밸브의 이상 여부를 판단하여 해당 이상 감지신호를 워닝한다. 도 1에서 참조부호 Fi 중 i는 '1, 2, 3, 4와 같은 양의 정수이다.

끝으로 상기 제어기(43)는 하우징(11)의 내부에 위치된 온도 센서(70)로부터 출력되는 온도 감지 값(Ts)와 상기 메모리(42)에 저장된 기준 온도 값을 비교하여 과열 상태인지를 판단하고, 설정된 과열 온도 값을 초과하는 경우 칠러 등과 같은 냉각 계통의 이상 상태를 알람 한다.

이때, 알람하는 방법은 터치스크린(45)상에 해당 내용을 표시하고 스피커 등과 같은 알람장치(도시하지 않음)를 이용할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 제어부의 제어 수순도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전자석 탈철기(1)의 이상 동작 감지 장치의 동작을 설명하면 아래와 같다.

사용자가 전원 스위치(Ps)를 '온' 시키면, 교류 전압(AC)은 제어회로(40)로 입력됨과 동시에 션트 저항(31)을 통해 전압 변환 장치(21)로 입력된다. 상기 제어회로(40)내의 전원부(41)는 교류전압(AC)을 정류하고 레벨을 변환하여 제어부(40)의 동작 전원을 공급한다.

본 발명의 실시 예에서는 제어부(40)의 동작 전원을 전원부(41)를 통해 공급하는 것을 예시하고 있으나, 배터리를 이용하든가, 전압 변환 장치(21)에서 레벨 변환되어 출력되는 DC 0~5볼트 전압에 의해 동작될 수 있다.

이때, 상기 제어기(43)는 현재의 동작모드가 탈철 모드인지를 검색한다(S0 과정). 탈철 모드와 세척 모드는 터치스크린(45)을 통해 사용자가 설정한다. 상기 검색과정에서 현재의 동작모드가 탈철 모드인 경우 제어기(43)는 초기 설정된 전압 제어 신호(VCTL)를 전압 변환 장치(21)로 제공한다(S1 과정). 상기 전압 변환 장치(21)는 션트 저항(31)을 통해 입력되는 교류 전압(AC)을 DC 0~380볼트의 전압으로 변환하여 전자석 필터(10)의 코일(12)의 양단으로 전류를 공급한다.

상기 코일(12)에 전류가 흐르면 플레밍 오른손 법칙에 의한 자기장이 매트릭스 필터(14)에 형성된다. 상기 자기장에 의한 저속밀도(B)는 상기 코일(12)에 흐르는 전류에 비례한다.*

파워-온이 이루어지면, 제어기(43)는 S2과정에서 ADC(33)로부터 출력되는 디지털 신호(IS)와 상기 션트 저항(31)의 저항값에 의해 코일(12)에 흐르는 전류 값을 연산한다. 즉, 션트 저항(31)의 양단 전압 강하(V)와 션트 저항(31)의 저항 값(R)을 옴 법칙에 의한 계산식에 의해 코일에 흐르는 전류(I=V/R)를 감지하고, 상기 감지된 전류값과 상기 메모리(42)에 설정된 전류 기준값을 비교하여 과전류 상태인지를 검색한다. 즉, 감지된 전류값이 전류 기준값을 초과한 과전류 상태인지를 검색한다(S2 과정).

상기 S2과정의 검색결과, 감지된 전류값이 전류 기준값을 초과한 것으로 판단되면, 상기 제어기(43)는 전압제어신호(VCTL)를 차단하여 전압 변환 장치(21)의 출력을 차단하고 터치스크린(45)에 과전류 상태를 표시하며, 스피커 등을 통해 과전류 상태임을 경고 한다(S2a, S16 과정).

만약, 전술한 S2과정의 검색결과 과전류 상태가 아니라면, 제어기(43)는 메모리(42)에 저장된 매트릭스 필터(14)의 길이 정보, 코일(12)의 권선(감긴 횟수)정보 및 전자석 기준 자속 밀도 값을 읽고, 상기 감지된 코일(12)의 전류(I)(전원 모니터의 출력)와 상기 메모리(42)에서 읽어들인 정보를 이용하여 전술한 수학식 1에 의해 전자석 필터(10)의 자속 밀도(B)를 연산한다(S3 과정).

수학식 1에 의해 연산된 전자석 필터(10)의 자속 밀도(B)의 값은 MKS 단위계 값 [wb/㎡]이다. 제어기(43)는 필요에 따라 상기 연산된 MKS 단위계의 자속 밀도(B)를 CGS 단위계의 값으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 수학식 1에 의해 계산된 자속 밀도(B)의 값이 1[wb/㎡]인 경우, 10,000가우스의 정보로 변환한다. 이후, 상기 제어기(43)는 CGS단위계의 자속 밀도(B)의 값을 터치스크린(45)에 표시한다.

따라서 전자석 탈철기(1)의 운용자는 초기 시스템을 가동 시 전자석 필터(10)의 자속 밀도를 가우스의 값으로 쉽게 확인할 수 있다. 상기 터치스크린(45)에 표시된 가우스의 값이 원하는 값이 아닌 경우, 터치스크린(45)에 나타낸 전압/전류 조절 버튼을 이용하여 전자석 필터(10)의 자속 밀도(B)를 손쉽게 조절할 수 있다.

전자석 필터(10)의 지속적인 운전에 의해 하우징(11)내의 코일(12)의 온도가 증가되면 전류가 매우 잘 흐르는 상태로 됨으로써, 지속적으로 운전함에 따라 자속 밀도(B)의 값도 증가된다. 수학식 1에 의해 계산된 자속 밀도(B)의 값이 메모리(42)에 설정된 기준 자속 밀도 값을 오차 범위를 초과하는 경우, 제어기(43)는 전압 제어 신호(VCTL)를 조절하여 전압 변환 장치(21)의 출력을 떨어뜨려 전자석 필터(10)의 자속 밀도를 조절한다.

이와 반대로, 수학식 1에 의해 계산된 자속 밀도(B)의 값이 메모리(42)에 설정된 기준 자속 밀도 값을 오차 범위를 벗어나는 값 이하로 떨어지면, 제어기(43)는 전압 제어 신호(VCTL)를 조절하여 전압 변환 장치(21)의 출력을 상승시켜 전자석 필터(10)의 자속 밀도를 증가시킬 수 있다.

상기와 같이 자속 밀도를 계산한 제어기(43)는 밸브구동신호(V_DC : valve driving signals)를 출력하여 상기 원료공급밸브(54)와 원료배출밸브(59)를 개방한 후 상기 세척액공급밸브(58)와 세척액배출밸브(57)를 폐쇄한다(S4 과정). 이후 상기 제어기(43)는 펌프구동신호(P_DS : pump driving signals)를 출력하여 공급펌프(51)를 구동한다(S5 과정).

상기와 같이 밸브가 원료 탈철 경로로 설정된 후 펌프가 구동되면, 원료저장탱크에 저장된 원료는 원료유입관(53), 원료공급밸브(54), 제3계량기(55), 전자석 필터(10)의 필터(14)로 공급되어 원료에 함유된 철 등과 같은 이물질이 전자력을 띠고 있는 필터(14)에 흡착 제거된 후 제4계량기(64) 및 원료 배출관(60)을 통해 탈철 원료저장탱크로 공급된다. 이때, 상기 제3계량기(55)와 제2계량기(64)는 전자석 필터(10)로 유입되는 원료량과 전자석 필터(10)에서 이물질이 제거된 후 배출되는 탈철 원료량을 계량함을 알 수 있다.

제어기(43)는 상기 제3계량기(55)와 제2계량기(64)에서 계량된 정보(F3, F2)를 읽어 들이고(S6 과정) 이 두 계량정보가 근사치 값(F2≒F3) 인지를 검색한다(S7 과정). 여기서 근사치 값이라 함은 총 원료량과 그에 포함된 이물질의 양을 뺀 값으로 설정된 것이다. 왜냐하면, 원료에 포함된 철 등의 이물질의 양은 매우 적기 때문에 투입된 입력량과 필터링 된 이후의 배출량이 거의 유사하기 때문이다. 이는 통계에 의해 설정될 수 있다.

상기 S7과정의 검색과정에서 이 두 계량정보가 근사치 값(F2≒F3)을 크게 벗어나는 것이라고 판단되면, 제어기(43)는 탈철 밸브 에러를 터치스크린(45)에 표시하고 스피커 등을 통해 시스템 에러를 경고한다(S9, S16 과정).

만약, S7과정의 검색과정에서 이 두 계량정보가 근사치 값(F2≒F3) 라면, 제어기(43)는 온도 센서(70)의 값(Ts)과 메모리(42)에 저장된 기준 온도값을 비교하여 설정 범위 내의 온도인지를 검색한다. 이때 상기 온도 센서(70)의 값(Ts)과 메모리(42)에 저장된 기준 온도값이 많이 초과하는 경우 제어기(43)는 칠러, 오일쿨러(12) 등의 냉각 계통의 에러 상태를 터치스크린(45)에 표시하고 스피커 등을 통해 시스템 에러를 경고한다(S10, S16 과정).

한편, 전술한 S0과정에서, 전자석 탈철기(1)의 동작모드가 세철모드라고 판단되면, 제어기(43)는 상기 원료공급밸브(54)와 원료배출밸브(59)를 폐쇄한 후 상기 세척액공급밸브(58)와 세척액배출밸브(57)를 개방한다(S11 과정). 이후 상기 제어기(43)는 펌프구동신호(P_DS)를 출력하여 세척액공급펌프(도시하지 않음)를 구동한다(S12 과정).

상기 제어기(43)는 상기 제1계량기(63)와 제4계량기(57a)에서 계량된 정보(F1, F4)를 읽어 들이고(S13 과정) 이 두 계량정보가 근사치 값(F1≒F4) 인지를 검색한다(S14 과정). 여기서 근사치 값이라 함은 총 투입되는 세척액과 상기 투입 세척액에 의해 필터(14)에 달라붙은 이물질이 떨어져 세척액과 배출되는 총합의 근사치로 설정된 것이다. 왜냐하면, 원료에 포함된 철 등의 이물질의 양은 매우 적기 때문에 필터(14)에 달라붙은 이물질이 세척액과 함께 배출되어도 입력되는 세척액과 배출된 세척액의 양이 거의 유사할 것이라는 것이다.

상기 S14과정의 검색과정에서 이 두 계량정보가 근사치 값(F1≒F4)을 크게 벗어나는 것이라고 판단되면, 제어기(43)는 세척 밸브 에러를 터치스크린(45)에 표시하고 스피커 등을 통해 시스템 에러를 경고한다(S15, S16 과정).

상술한 바와 같이 본 발명은 전자석 탈철기의 전자 밀도, 입력량과 배출량의 차이, 과전류 등에 의해 코일의 단락, 밸브의 이상 개폐, 냉각기 등의 이상 동작을 감지하여 신속하게 사용자에게 알람 함으로써 화재 등과 같은 사고를 방지할 수 있고, 시스템 오동작을 사전에 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 전자석 탈철기, 10 : 전자석 필터, 11 : 하우징, 12 : 코일, 13 : 캐니스터, 14 : 매트릭스 필터, 20 : 제어회로, 21 : 전압 변환 장치, 31 : 션트 저항, 32 : 볼트 미터, 33 : ADC, 35 : 전원 모니터, 40 : 제어부, 41 : 전원부, 42 : 메모리, 43 : 제어기, 45 : 터치스크린, 50 : 원료공급부, 51 : 공급펌프, 53 : 원료유입관, 54 : 원료공급밸, 55 : 제3계량기, 57 : 세척액 밸출밸브, 57a : 제4계량기, 58 : 세척액 공급밸브, 59 : 원재료 배출밸브, 60 : 원료배출관, 62 : 세척액 공급관, 63 : 제1계량기, 64 : 제2계량기, 65 : 오일쿨러, 66 : 오일 회수관, 67 : 오일 공급관, 70 : 온도 센서, F1~F4 : 계량값

Claims

전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치에 있어서,
관통된 보어가 중앙에 형성되고, 상기 보어를 기준하여 그 둘레에 코일이 감아지고 내부에 냉각액체가 수용된 하우징과, 상기 냉각액체의 온도를 감지하는 온도 센서와, 상기 보어의 내부에 결합된 캐니스터의 내부에 삽입되고 상기 코일에 전류가 흐르는 상태에서 상기 캐니스터로 공급되는 원재료에 함유된 자성체의 이물질을 흡착하여 필터링하는 매트릭스 형태의 필터로 구성된 전자석 필터와;
전압제어신호에 응답하여 교류 전압을 직류로 변환하여 상기 코일의 양단으로 제공하는 전압 변환 장치, 상기 교류 전압의 입력단과 상기 전압 변환 장치의 전원단자 사이에 연결된 션트 저항에 걸리는 전압을 이용하여 상기 코일에 흐르는 전류를 측정하는 전원 모니터와, 전류 기준값, 상기 필터의 길이 정보, 코일의 권선 정보, 전자석 기준 자속 밀도 값, 냉각액체의 기준 온도 정보, 탈철모드의 유량정보 및 세척모드에 따른 유량정보가 저장된 메모리를 포함하며 상기 교류 전압이 상기 전압 변환 장치로 공급될 때 상기 전압제어신호를 상기 전압 변환 장치로 공급하고 상기 전원 모니터에서 측정된 전류값과 상기 온도 센서에서 감지된 온도 값에 따라 아래와 같이 동작하는 제어기를 포함함을 특징으로 하는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치.
(1) 상기 전원 모니터에서 측정된 전류가 상기 전류 기준값을 초과 시 상기 전압제어신호의 출력을 차단하고, 전자석 단락(short) 정보를 터치스크린으로 표시하고, 스피커를 통해 경고 함.
(2) 상기 전원 모니터에서 측정된 전류값이 전류 기준값 이하일 때 상기 측정된 전류값을 이용하여 자속 밀도 B를 수학식 "B = (μ·N·I)/d [wb/㎡]"으로 연산하여 상기 전자석 필터의 자속 밀도를 구하여 터치스크린 상으로 표시함(여기서, 상기 수학식에서, μ는 매트릭스 필터의 투자율, N은 코일의 권선수, I는 코일에 흐르는 전류, d는 매트릭스 필터의 길이이다).
(3) 상기 온도 센서에서 감지된 냉각 유체의 온도가 미리 설정된 기준 온도 정보에서 오차 범위를 벗어날 때 냉각 계통 에러 상태를 터치스크린으로 표시하고, 스피커를 통해 워닝 함.
제1항에 있어서, 상기 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치는,
상기 캐니스터의 상측에 결합되어 서로 배타적으로 개폐되어 외부의 세척액을 상기 캐니스터에 공급하여 상기 필터를 세척하거나 상기 필터에 의해 이물질이 제거된 원료를 탈철원료탱크로 배출하는 제1 및 제2밸브와, 상기 캐니스터의 하측에 결합되어 서로 배타적으로 개폐되어 원료공급탱크로부터의 원료를 상기 캐니스터내에 결합된 필터로 공급하거나 상기 필터로부터 분리되는 이물질을 외부로 배출하는 제3 및 제4밸브와, 상기 제1 내지 제4밸브의 흐름 경로상에 결합되어 해당 밸브로 흐르는 원료 또는 세척액을 계량하여 그 계량신호를 출력하는 제1 내지 제4계량기로 구성된 흐름경로 설정부를 포함하며,
상기 제어기는 상기 제1 내지 제4계량기의 계량값에 따라 아래 (a) 및 (b)와 같이 동작함을 특징으로 하는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치.
(a) 상기 전자석 필터가 탈철 모드인 경우, 상기 제2계량기 및 제3계량기의 계량값들이 상기 탈철 모드의 유량 정보를 벗어날 때 탈철 밸브의 에러 상태를 터치스크린으로 표시하고, 스피커를 통해 워닝 함.
(b) 상기 전자석 필터가 세척 모드인 경우, 상기 제1계량기 및 제4계량기의 계량값들이 상기 세척 모드의 유량 정보를 벗어날 때 세척 밸브의 에러 상태를 터치스크린으로 표시하고, 워닝을 스피커를 통해 알람 함.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 연산된 자속 밀도 값과 상기 설정된 전자석 기준 자속 밀도 값을 비교 값이 미리 설정된 허용 오차를 초과할 때 상기 전압 변환 장치의 출력을 조정하기 위한 전압제어신호를 변환시킴을 특징으로 하는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원 모니터는 상기 교류 전압의 입력단과 상기 전압 변환 장치의 전원단자 사이에 연결된 션트 저항과, 상기 션트 저항에 병렬로 접속되어 상기 션트 저항의 양 단자간의 전압강하를 측정하는 전압계와, 상기 전압계에서 측정된 전압 값을 디지털 신호로 변환하여 상기 제어기로 제공하는 아날로그 디지털 변환기로 구성함을 특징으로 하는 전자석 탈철기의 이상 동작 감지 장치.