KR102399283B1 - 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치 및 노즐 시스템 - Google Patents

필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치 및 노즐 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필름의 연신 과정에서 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절하여 필름의 두께 차이를 최소화함으로써 분리막 필름의 두께 균일화를 통해 보다 품질이 우수한 분리막을 제조할 수 있는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치 및 노즐 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치는 필름에 열풍을 공급하는 설비의 상부 프레임에 고정되어 케이블의 전기 신호에 의해 가열되는 전기가열부, 상기 전기가열부의 전방에 설치되어 상기 전기가열부의 열에 의해 전방향으로 전진하는 가변 터치판 및 상기 가변 터치판의 전방에 간격을 두고 설치되어 열풍 토출구를 이루는 노즐 립을 포함하고, 상기 가변 터치판과 상기 노즐 립 사이의 간격을 조절하여 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절할 수 있다.

Description

필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치 및 노즐 시스템{NOZZLE APPARATUS AND NOZZLE SYSTEM FOR HEAT AIR SUPPLYING OF FILM STRECHING EQUIPMENT}
본 발명은 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지 분리막을 제조하는 공정에 있어서, 압출된 PP 필름을 연신하여 기공을 형성하는 건식 분리막 공법, 또는 압출된 PE 필름 용제로 기공을 형성하는 습식 분리막 공법이 적용된다.
건식 분리막 공법의 경우, 기공의 형성이 기계적인 힘에 의해 이루어지므로 균일한 기공을 형성하는 것이 어렵다. 습식 분리막 공법의 경우, 정량출력 및 장시간 배터리 성능을 유지해야 하는 전기기기에 유리하며 우수한 기계적 강도, 균질한 구멍의 형성, 공정 안정성의 장점이 있으나, 높은 공정비용, 낮은 열적안정성의 단점이 있다.
이 중에서, 습식 분리막 생산 공정은 기공형성을 위한 오일(wax)를 혼합한 원료 압출, 캐스팅(Casting) 후 종방향 연신(MDO) 공정, 1차 횡방향 연신(TDO, 1st) 공정, 오일(wax) 추출 공정, 2차 횡방향 연신(TDO, 2st) 공정을 포함한다.
이때, 기공의 형상이 균일한 원형 형태와 균일한 크기를 갖는 경우, 이온의 통과가 원활하게 되어 고신뢰성을 갖는 전지를 생산할 수 있게 된다. 그러나, 일반적으로 분리막 생산 공정인 캐스팅 후 종방향 연신, 횡방향 연신, 추출 후 열고정 공정을 거치게 되나, 오일 추출 공정에서 분리막 필름이 수축되며, 이 과정에서 필름의 기공 형상은 타원형으로 형성된다. 이에 따라, 이온 통과가 어려워지며 이온전기의 효율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 분리막의 신뢰성 확보를 위해서는 연신 공정에서 균등한 연신, 연신비율을 최적화하는 공정 설계, 열수축 최소화 및 열고정을 통한 기공의 형성, 및 기계적 강도 확보가 요구된다.
또한, 분리막 생산 공정 중 횡방향(폭 방향) 연신 공정을 진행하는 과정에서 열풍이 공급되는 바, 상기 열풍의 공급량을 조절하기 위한 수단이 마련되어 있지 않아 필름의 연신부에서 필름의 평균 두께와 상이한 필름의 두께 편차가 발생하고, 이에 따라 분리막 두께의 차이에 따른 분리막 제품의 수율 저하가 우려되는 실정이다.
그러므로, 상기 분리막 필름의 두께 편차는 분리막 제조 시 와인더 권취 과정에서 발생되는 분리막 필름의 트리밍(Trimming) 작업이 증가하기 때문에 분리막 제품의 생산성 및 작업성을 저하시키는 문제가 있다.
상기와 같은 분리막 필름의 두께 편차는 분리막 제조 시 응력에 의해 비선형적인 연신 결과가 나타나기 때문에 이를 보정하는 작업이 필요하고, 분리막 제품의 품질도 저하되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0085825호(발명의 명칭: 필름 연신 시스템용 송기 모듈 및 이러한 유형의 필름 연신 시스템, 2020. 07. 15. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1746708호(발명의 명칭: 토출구 가변형 노즐을 갖는 열풍건조기, 2015. 11. 06. 공개)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 필름의 연신 과정에서 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절하여 필름의 두께 차이를 최소화함으로써 분리막 필름의 두께 균일화를 통해 보다 품질이 우수한 분리막을 제조할 수 있는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치 및 노즐 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치는 필름에 열풍을 공급하는 설비의 상부 프레임에 고정되어 케이블의 전기 신호에 의해 가열되는 전기가열부, 상기 전기가열부의 전방에 설치되어 상기 전기가열부의 열에 의해 전방향으로 전진하는 가변 터치판 및 상기 가변 터치판의 전방에 간격을 두고 설치되어 열풍 토출구를 이루는 노즐 립을 포함하고, 상기 가변 터치판과 상기 노즐 립 사이의 간격을 조절하여 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절할 수 있다.
상기 전기가열부는 상기 케이블과 연결되어 열이 가해지는 전기가열 금속판 및 상기 전기가열 금속판의 외측을 감싸 고정하여 상기 전기가열 금속판을 절연하는 절연패드를 포함할 수 있다.
상기 가변 터치판의 전방에 설치되어 상기 가변 터치판과 함께 이동하면서 상기 노즐 립의 간격을 조절하는 노즐팁을 더 포함할 수 있다.
상기 전기가열 금속판은 냉각용 유로가 내부에 배치되어 상기 냉각용 유로에 공급되는 냉각유체를 통해 상기 전기가열 금속판을 냉각시켜 상기 가변 터치판을 후방으로 복원시킬 수 있다.
상기 필름의 폭방향을 따라 배치되는 노즐 립은 상기 노즐팁과의 간격을 통해 상기 열풍 토출구의 간격을 조절하여 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절함으로써 필름의 두께를 보정할 수 있다.
상기 노즐 립을 따라 배치되는 상기 노즐팁은 일정 구간만큼 각각 제어되어 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 각 구간별로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐 시스템은 연신되는 필름의 폭방향을 따라 복수개의 노즐 립이 간격을 두고 배치되고, 상기 노즐 립과 열풍 토출구를 이루는 노즐팁의 이동에 따라 상기 열풍 토출구의 폭을 제어하여 상기 필름에 공급되는 열풍의 양을 조절하는 가변 노즐부 및 상기 가변 노즐부의 각 노즐팁을 제어하여 두께 편차에 따른 상기 필름에 열풍의 공급량을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 두께 측정기의 필름 두께 데이터를 실시간으로 전송받아 연신되는 상기 필름에 열풍 공급량을 제어함으로써 필름 두께 편차를 보정할 수 있다.
상기 제어부는 구간별 필름 두께 차이에 대한 상기 가변 노즐부의 노즐 립 간극을 정밀하게 제어하여 구간별 가변신호를 전송함으로써 각 구간에서의 필름 두께 편차를 보정할 수 있다.
본 발명에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치 및 노즐 시스템에 따르면, 필름의 연신 과정에서 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절하여 필름 두께를 균일하게 유지함으로써 분리막 제품의 수율을 향상시켜 보다 우수한 품질의 분리막을 제조할 수 있다.
또한, 필름의 연신 과정에서 필름의 두께 보정을 통해 필름에 형성되는 기공을 균일화하고 필름의 강도를 균형화함으로써 공정 안정성 및 생산 효율성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열풍공급용 노즐장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐장치의 열풍 토출구를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열풍공급용 노즐장치의 분할 구간을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐 시스템을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치 및 노즐 시스템의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열풍공급용 노즐장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치(1)는 전기가열부(10), 가변 터치판(20) 및 노즐 립(30)을 포함하고, 상기 노즐장치(1)를 통해 필름(F)에 가해지는 열풍의 양을 조절함으로써 필름(F)의 두께를 보정할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 노즐장치(1)의 전기가열부(10)는 필름(F)에 열풍을 공급하는 설비의 상부 프레임(2)에 고정되어 케이블(11)의 전기 신호에 의해 가열되는 것으로, 상기 전기가열부(10)는 온도 상승을 통한 열팽창이 이루어진다.
또한, 상기 가변 터치판(20)은 전기가열부(10)의 전방에 설치되어 전기가열부(10)의 열에 의해 전방향으로 전진하는 것으로, 상기 가변 터치판(20)이 전진하여 열풍 토출구(31)를 좁혀주거나 가변 터치판(20)이 후진하여 열풍 토출구(31)를 넓혀줄 수 있다.
또한, 상기 노즐 립(30)은 가변 터치판(20)의 전방에 간격을 두고 설치되어 열풍 토출구(31)를 이루는 것으로, 상기 가변 터치판(20)과 상기 노즐 립(30) 사이의 간격을 조절하여 상기 필름(F)에 가해지는 열풍의 양을 조절할 수 있다.
즉, 상기 가변 터치판(20)과 노즐 립(30) 사이의 공간인 열풍 토출구(31)의 폭을 좁히거나 넓혀줌으로써 상기 필름(F)에 공급되는 열풍을 양을 조절할 수 있고, 이를 통해 필름(F)의 두께를 보정하여 필름(F)에 형성되는 기공의 균일화를 도모할 수 있으며, 상기 필름(F)의 강도를 균형화하여 공정 안정성 및 효율성을 증가시키고, 상기 필름(F)의 수율 증가를 통한 배터리의 충전 및 방전 효율을 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 전기가열부(10)는 상기 케이블(11)과 연결되어 열이 가해지는 전기가열 금속판(12)과 상기 전기가열 금속판(12)의 외측을 감싸 고정하여 전기가열 금속판(12)을 절연하는 절연패드(13)를 포함할 수 있다.
상기 전기가열 금속판은 동판 또는 알루미늄판을 포함할 수 있고, 상기 절연패드는 테플론으로 이루어질 수 있으며, 상기 절연패드는 단열패드를 포함할 수 있다.
상기 전기가열부(10)는 열전도성이 높은 전기가열 금속판(12)과 이 전기가열 금속판(12)을 단열 및 절연하기 위한 절연패드(13)로 이루어지고, 상기 케이블(11)의 신호에 따라 상기 전기가열 금속판(12)의 온도가 높아지면서 팽창에 의해 상기 가변 터치판(20)을 전방향으로 밀어주게 된다.
또한, 상기 가변 터치판(20)의 전방에 설치되어 가변 터치판(20)과 함께 이동하면서 상기 노즐 립(30)의 간격을 조절하는 노즐팁(21)을 포함할 수 있고, 상기 노즐팁(21)은 고탄소 스프링강으로 이루어진다.
그러므로, 상기 노즐장치(1)는 전진 또는 후진하는 노즐팁(21)과 상기 노즐 립(30) 사이의 공간에 열풍 토출구(31)가 형성되고, 상기 노즐팁(21)의 이동에 따라 열풍 토출구(31)의 폭을 조절하여 필름(F)에 공급되는 열풍의 양을 조절할 수 있다.
또한, 상기 노즐장치(1)의 전기가열 금속판(12)은 냉각용 유로(도시되지 않음)가 내부에 배치되어 냉각용 유로에 공급되는 냉각유체를 통해 전기가열 금속판(12)을 냉각시켜 상기 가변 터치판(20)을 후방으로 복원시킬 수 있다. 상기 냉각유체는 냉각수 또는 냉각공기를 포함할 수 있다.
상기 전기가열 금속판(12)에 냉각유체가 공급되어 전기가열 금속판(12)의 온도를 신속하게 내려줌으로써 보다 신속하게 전기가열 금속판(12)이 복원될 수 있다.
또한, 상기 노즐장치(1)의 전기가열부(10)는 후방에 전기가열부(10)를 고정하는 지지대(40)가 상기 상부 프레임(2)에 연결 설치될 수 있기 때문에 노즐장치(1)가 열풍을 공급하는 설비에 보다 견고한 상태로 고정될 수 있다.
여기서, 상기 노즐장치(1)의 작동구조를 설명하면, 상기 케이블(11)의 전기 신호에 의해 상기 전기가열 금속판(12)의 온도가 상승하면서 열팽창이 이루어지고, 상기 가변 터치판(20)이 전진하면서 상기 노즐팁(21)을 전방향으로 이동시키면, 상기 노즐 립(30)과 노즐팁(21)과의 거리가 좁아지면서 열풍 토출구(31)가 좁아지기 때문에 열풍 토출구(31)를 통해 적은 양의 열풍이 공급된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐장치의 열풍 토출구를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열풍공급용 노즐장치의 분할 구간을 도시한 도면이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 상기 필름(F)의 폭방향으로 따라 배치되는 노즐 립(30)은 상기 노즐팁(21)과의 간격을 통해 열풍 토출구(31)의 간격을 조절하여 필름(F)에 가해지는 열풍의 양을 조절함으로써 필름(F)의 두께를 보정할 수 있다.
즉, 두께 측정기의 신호에 따라 필름(F)의 두께가 얇은 부분의 열풍 토출구(31) 간극을 좁혀주어 연신 시 필름(F)의 두꺼운 부분에 더 많은 열풍이 공급되어 상대적으로 연신이 더되도록 유도함으로써 필름(F)의 두께 편차를 보정할 수 있다.
또한, 상기 노즐 립(30)을 따라 배치되는 상기 노즐팁(21)은 일정 구간만큼 각각 제어되어 상기 필름(F)에 가해지는 열풍의 양을 각 구간별로 제어할 수 있는 바, 상기 노즐 립(30)을 따라 일정 간격을 두고 열풍 토출구 분할부(32)가 설치되고, 각각의 열풍 토출구(31)의 폭을 조절하여 필름(F)에 공급되는 열풍의 양을 각기 다르게 공급할 수 있다.
상기 열풍 토출구 분할부(32)를 중심으로 일측 열풍 토출구(a)는 상기 노즐팁(21)의 전진 거리를 적게하여 일측 열풍 토출구(a)에 공급되는 열풍은 보다 많게 하고, 타측 열풍 토출구(b)는 상기 노즐팁(21)의 전진 거리를 많게하여 타측 열풍 토출구(b)에 공급되는 열풍은 적어지도록 제어할 수 있다.
상기 노즐팁(21)의 전진하는 거리를 제어하여 열풍 토출구(31)의 폭을 크거나 적게 제어함으로써 열풍 토출구(31)를 통해 필름(F)에 공급되는 열풍의 양을 많게 하거나 적게 할 수 있다.
이를 통해, 필름(F)의 두께 편차를 보정함으로써 고품질의 필름(F)을 생산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐 시스템을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐 시스템(100)은 연신되는 필름(F)의 폭방향을 따라 복수개의 노즐 립(30)이 간격을 두고 배치되고, 상기 노즐 립(30)과 열풍 토출구(31)를 이루는 노즐팁(21)의 이동에 따라 상기 열풍 토출구(31)의 폭을 제어하여 상기 필름(F)에 공급되는 열풍의 양을 조절하는 가변 노즐부(110) 및 상기 가변 노즐부(110)의 각 노즐팁(21)을 제어하여 두께 편차에 따른 상기 필름(F)에 열풍의 공급량을 제어하는 제어부(120)를 포함할 수 있다.
상기 가변 노즐부(110)는 열풍공급용 노즐장치(1)를 이용하여 실시간으로 열풍 토출구(31)의 간격을 조절함으로써 필름(F)의 두께 편차에 대해 열풍의 양을 조절하여 필름(F)의 두께를 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 제어부(120)는 두께 측정기(130)의 필름 두께 데이터를 실시간으로 전송받아 연신되는 상기 필름(F)에 열풍 공급량을 제어함으로써 필름 두께 편차를 보정할 수 있다.
상기 제어부(120)는 데이터 학습을 통해 필름(F)의 구간별 두께 편차에 대한 열풍 토출구(31)의 간극 조절량을 정밀하게 제어할 수 있다.
그러므로, 상기 제어부(120)는 구간별 필름 두께 차이에 대한 상기 가변 노즐부(110)의 노즐 립(30) 간극을 정밀하게 제어하여 구간별 가변신호를 전송함으로써 각 구간에서의 필름 두께 편차를 보정할 수 있다.
따라서, 상기 열풍공급용 노즐장치(1) 및 노즐 시스템(100)을 통해 필름(F)의 연신 과정에서 필름(F)에 가해지는 열풍의 양을 조절하여 필름 두께를 균일하게 유지함으로써 분리막 제품의 수율을 향상시켜 보다 우수한 품질의 분리막을 제조할 수 있다.
또한, 상기 필름(F)의 연신 과정에서 필름(F)의 두께 보정을 통해 필름(F)에 형성되는 기공을 균일화하고 필름(F)의 강도를 균형화함으로써 공정 안정성 및 생산 효율성을 증가시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
1: 노즐장치 2: 상부 프레임
10: 전기가열부 11: 케이블
12: 전기가열 금속판 13: 절연패드
20: 가변 터치판 21: 노즐팁
30: 노즐 립 31: 열풍 토출구
32: 열풍 토출구 분할부 40: 지지대
100: 노즐 시스템 110: 가변 노즐부
120: 제어부 130: 두께 측정기
F: 필름

Claims (9)

  1. 필름에 열풍을 공급하는 설비의 상부 프레임에 고정되어 케이블의 전기 신호에 의해 가열되는 전기가열부;
    상기 전기가열부의 전방에 설치되어 상기 전기가열부의 열에 의해 전방향으로 전진하는 가변 터치판; 및
    상기 가변 터치판의 전방에 간격을 두고 설치되어 열풍 토출구를 이루는 노즐 립; 을 포함하고,
    상기 가변 터치판과 상기 노즐 립 사이의 간격을 조절하여 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절하며,
    상기 가변 터치판의 전방에 설치되어 상기 가변 터치판과 함께 이동하면서 상기 노즐 립의 간격을 조절하는 노즐팁을 포함하고,
    상기 필름의 폭방향을 따라 배치되는 노즐 립은 상기 노즐팁과의 간격을 통해 상기 열풍 토출구의 간격을 조절하여 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절함으로써 필름의 두께를 보정하는 것을 특징으로 하는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기가열부는 상기 케이블과 연결되어 열이 가해지는 전기가열 금속판 및 상기 전기가열 금속판의 외측을 감싸 고정하여 상기 전기가열 금속판을 절연하는 절연패드를 포함하는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기가열 금속판은 냉각용 유로가 내부에 배치되어 상기 냉각용 유로에 공급되는 냉각유체를 통해 상기 전기가열 금속판을 냉각시켜 상기 가변 터치판을 후방으로 복원시키는 것을 특징으로 하는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 립을 따라 배치되는 상기 노즐팁은 일정 구간만큼 각각 제어되어 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 각 구간별로 제어하는 것을 특징으로 하는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐장치.
  7. 연신되는 필름의 폭방향을 따라 복수개의 노즐 립이 간격을 두고 배치되고, 상기 노즐 립과 열풍 토출구를 이루는 노즐팁의 이동에 따라 상기 열풍 토출구의 폭을 제어하여 상기 필름에 공급되는 열풍의 양을 조절하는 가변 노즐부; 및
    상기 가변 노즐부의 각 노즐팁을 제어하여 두께 편차에 따른 상기 필름에 열풍의 공급량을 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 노즐 립은 상기 노즐팁과의 간격을 통해 상기 열풍 토출구의 간격을 조절하여 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 조절함으로써 필름의 두께를 보정하며,
    상기 노즐 립을 따라 배치되는 상기 노즐팁은 일정 구간만큼 각각 제어되어 상기 필름에 가해지는 열풍의 양을 각 구간별로 제어하는 것을 특징으로 하는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 두께 측정기의 필름 두께 데이터를 실시간으로 전송받아 연신되는 상기 필름에 열풍 공급량을 제어함으로써 필름 두께 편차를 보정하는 것을 특징으로 하는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 구간별 필름 두께 차이에 대한 상기 가변 노즐부의 노즐 립 간극을 정밀하게 제어하여 구간별 가변신호를 전송함으로써 각 구간에서의 필름 두께 편차를 보정하는 것을 특징으로 하는 필름 연신장비의 열풍공급용 노즐 시스템.
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