KR20220077162A - 열처리로의 히터부 단선 유무 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열처리로의 히터부 단선 유무 감지 장치에 관한 것이다.
본 발명은 소정의 온도로 발열하고 2차 전지용 열처리로의 내부에 갖추어지는 히터부; 상기 히터부의 전류를 감지하도록 마련되는 전류 감지부; 상기 전류 감지부에 의해 측정된 AC 전류값을 아날로그 DC 전류값으로 변환해주는 트랜스듀서; 상기 트랜스듀서로부터 아날로그 전류값을 제공받는 입력 모듈부; 상기 입력 모듈부로부터 상기 아날로그 전류값 신호를 통신으로 제공받아 상기 히터의 단선 유무를 판단하는 제어부를 포함하는 열처리로의 히터 단선 유무 감지 장치가 제공될 수 있다.

Description

열처리로의 히터부 단선 유무 감지 장치{Disconnection Detection Device of Heat Treatment Furnace}
본 발명은 2차 전지용 양극재/음극재 등을 처리하는 열처리로의 히터부 단선 유무 감지 장치에 관한 것이다.
2차 전지용 양극재/음극재 등을 열처리하기 위한 열처리로의 내부에는 소정의 온도를 구현하기 위한 히터부가 설치되어 있다.
이러한 히터부는 예를 들어 1000℃ 이상으로 유지해야 하기 때문에, 일반 히터를 사용하지 않고, SiC 히터를 사용할 수 있다.
이러한 SiC 히터는 복수로 직렬 및 병렬 연결하여 마련하게 되는데, 사용 도중에 단선이 발생하는 경우, 제때에 단선 유무를 파악하기 어렵다.
일반 히터는 저항이 일정하기 때문에, 전류를 측정하여 변화가 발생하면 단선 유무를 쉽게 파악할 수 있다.
그러나, SiC 히터는 일반 히터와 달리 저항이 일정하지 않고 표면 온도 및 사용 시간 등에 의해 달라지고, 그에 따라 전압 및 전류도 가변될 수 있다.
따라서, SiC 히터가 실제로 단선되어 전류가 변화되는 경우, SiC 히터의 사용 기간 경과에 따라 노후화되어 전류가 변화된 것인지, 아니면 단선되어 전류가 변화된 것인지 여부를 판단할 수 없다.
예컨대, 2개의 SiC 히터를 직렬 연결하고, 이러한 직렬 연결 구조를 3병렬로 연결하여 총 6개의 SiC 히터를 마련한 경우, 이중에서 2개의 SiC 히터에 단선이 발생하더라도 단선 유무를 제때에 파악할 수 없기 때문에, 나머지 4개의 SiC 히터로 가동하게 되고, 시간이 경과됨에 따라 4개의 SiC 히터에 과부하가 걸려서 단선 등의 고장이 발생할 수 있고, 이때 히터부의 단선 등의 고장을 알게 될 수 있다.
또한, 4개의 SiC 히터를 2개씩 직렬 연결하고, 이러한 직렬 구조를 2병렬로 연결한 경우, 2개의 SiC 히터가 단선되면, 단선 유무를 감지하지 못하므로, 나머지 2개의 SiC 히터에 의해 열처리로 내부를 가열시키기 때문에, 소정의 열처리 온도로 되지 못하여 2차 전지용 양극재/음극재 등의 열처리 공정에 큰 문제가 발생할 수 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열처리로의 내부에 설치되는 SiC 히터로 이루어진 히터부의 단선 유무를 실시간으로 감지하여 바로 조치를 취할 수 있도록 한 열처리로의 히터부 단선 유무 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결 수단은 소정의 온도로 발열하고 2차 전지용 열처리로의 내부에 갖추어지는 히터부; 상기 히터부의 전류를 감지하도록 마련되는 전류 감지부; 상기 전류 감지부에 의해 측정된 AC 전류값을 아날로그 DC 전류값으로 변환해주는 트랜스듀서; 상기 트랜스듀서로부터 아날로그 전류값을 제공받는 입력 모듈부; 상기 입력 모듈부로부터 상기 아날로그 전류값 신호를 통신으로 제공받아 상기 히터의 단선 유무를 판단하는 제어부를 포함하는 열처리로의 히터 단선 유무 감지 장치가 제공될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 가변 저항을 가지는 SiC 히터로 이루어진 히터부에 전류 감지부를 마련하고, 전류를 감지하여 실시간으로 제어부에서 단선 유무를 판단할 수 있으므로, 히터부의 단선 유무를 신속하게 확인하고 대처할 수 있다.
본 발명은 히터부의 출력이 일정량 이상 나오고, 일정량의 전류값이 전류 감지부에 의해 측정되지 않으면 제어부에서는 단선된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명은 SiC 히터를 2직렬로 연결한 단위 히터부를 구성하고, 단위 히터부를 복수로 병렬 연결하며, 단위 히터부마다 전류 감지부를 마련하여 히터부의 출력이 일정량 이상 나오는 상태에서 일정량의 전류값 이하로 감지되면, 제어부에서 단선이 발생한 단위 히터부를 파악할 수 있다.
따라서, 본 발명은 2차 전지용 양극재/음극재 등을 처리하는 열처리로의 내부에 설치하여 사용시, 히터의 단선 유무를 실시간으로 파악할 수 있으므로, 바로 교체 등의 대응 조치를 취할 수 있고, 히터의 단선 유무를 파악하지 못한 상태로 열처리로 공정 수행시 발생할 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 히터 단선 유무 감지 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 히터 단선 유무 감지 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시 도면에 의거 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 히터 단선 유무 감지 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 히터 단선 유무 감지 장치(10)는 전력 조절계(100), 히터부(200), 전류 감지부(300), 트랜스듀서(400), 입력 모듈부(500) 및 제어부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
히터부(200)는 2차 전지용 양극재/음극재 등을 열처리하는 열처리로의 내부에 설치되고, 나머지 전력 조절계(100), 전류 감지부(300), 트랜스듀서(400), 입력 모듈부(500) 및 제어부(600)는 열처리로의 외부에 전기적으로 접속되어 단자함 등에 마련될 수 있다.
전력 조절계(100)(Silicon Controlled Rectifier; SCR)는 정전력 모드를 적용하고, 전력 시스템에서 전류 및 전압의 제어에 사용되는 것이며, 전력 조절계(100)의 정전력 모드 적용시 저항값 증가에 따라 전압은 상승하고, 전류는 저하될 수 있다.
히터부(200)는 SiC 히터로 구성할 수 있다. SiC 히터는 비금속 발열체로서, 팽창 계수가 낮고, 변형이 거의 일어나지 않는다. 화학적 안정성을 가지고 있고, 수명이 길며, 설치와 보수가 용이하고, 통상 사용 온도가 600 ~ 1600℃이다.
SiC 히터의 총 용량 대비 실제 설계시 용량은 표면부하 밀도 기준으로 설계하여 제한적으로 사용하며, 비정상적인 상황인 단선 등이 발생하는 상황에서는 설계치보다 큰 용량으로 사용될 수 있다.
SiC 히터는 표면 온도 및 사용 기간에 따라 히터 저항이 달라지는 특성을 가질 수 있다. 즉, 저항의 변화에 의한 히터 출력량에 따라 전압 및 전류가 일정하지 않게 될 수 있다.
따라서, SiC 히터는 저항 변화 등에 의해 전압 및 전류의 변화가 일어나므로, SiC 히터가 단선에 의해 전류값이 변화되는 것인지, 저항 변화에 따라 전류값이 변화되는 것인지를 정확하게 구분해서 파악하기 어렵다.
그러므로, 일반적인 히터와 같이 저항이 가변되지 않고 일정한 상태에서 최대 전류값을 확인하여 단선을 검출하는 방식으로는 정확한 단선 유무를 검출하는 것이 어려울 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 있어서 히터부(200)는 2직렬, 3병렬 접속 구조로 이루어질 수 있다. 그러나, 이러한 히터부(200)의 연결 구조에 한정되지 않고 히터부(200)의 발열 용량이 변경되도록 히터부를 구성하는 SiC 히터의 갯수 및 연결 구조를 변경할 수 있다.
따라서, 히터부(200)는 복수의 히터가 직렬로 연결된 하나의 단위 히터부를 구성하고, 단위 히터부는 예를 들어 제1 히터부(210), 제2 히터부(220), 제3 히터부(230)의 3병렬로 연결된 구조로 구성될 수 있다.
전류 감지부(300)는 도선에 흐르는 전류를 측정하는 장비인 CT(Current transformer; CT)로 이루어질 수 있다. 즉, 전류 감지부(300)는 실시간으로 전류를 센싱하는 역할을 수행할 수 있다.
전류 감지부(300)인 CT는 히터부(200)에 전원이 공급되어 동작하는 경우, CT를 통과시킨 라인에 전류가 흐르게 할 수 있고, 이 전류로 인해 CT에는 유기 전류가 생기고, 이를 제어부(600)에서 인지할 수 있는 상태로 출력되게 할 수 있다.
전류 감지부(300)는 예를 들어 히터부(200)의 SiC 히터를 2직렬 당 1개씩 설치할 수 있다. 즉, 제1 히터부(210), 제2 히터부(220), 제3 히터부(230)마다 각각 연결되는 제1 전류 감지부(310), 제2 전류 감지부(320), 제3 전류 감지부(330)로 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시 예에 있어서, 전류 감지부(300)는 히터부(200)가 2직렬 3병렬로 구성되므로, 3개의 전류 감지부(300)로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 히터부(200)는 3직렬, 4병렬 등 다양하게 구성할 수 있다.
트랜스듀서(400)는 예를 들어 전류 감지부(300)에서 감지한 전류값이 AC(교류) 1 ~ 5A로 출력되면, 제어부(600)에서 받을 수 있도록 DC(직류) 4 ~ 20mA로 전환할 수 있다. 즉 AC/DC 컨버터라고 할 수 있다.
트랜스듀서(400)는 별도 마련되는 취부용 패널(미도시)에 적재될 수 있다.
전류 감지부(300)를 거친 전류를 트랜스듀서(400)에 의해 DC 4 ~ 20mA로 전환하면, 입력 모듈부(500)에서는 아날로그 신호로 받아들이고, 각각의 전류값은 화면부(310)를 통해 표시해줄 수 있다.
입력 모듈부(500)는 제어부(600)와 통신을 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 제공할 수 있다. 즉, 입력 모듈부(500)는 A/D 컨버터라고 할 수 있다.
여기서, 본 발명은 히터부(200)의 출력(MV)이 일정량 이상 나갈 때, 일정량의 전류값이 측정되지 않으면 히터부(200)의 단선이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
다시 말해서, 히터부(200)를 이루는 SiC 히터는 표면 온도 및 사용 기간에 따라 히터의 저항이 초기 설정된 저항값보다 증가하고, 그에 따라 회로 전류값은 감소할 수 있다. 감소한 회로 전류값과 계산한 기준값(정상 상태일때의 전류값)과의 단순 비교만으로 히터의 단선 유무를 판단할 수 없다.
예를 들어 2직렬 3병렬로 구성된 히터부(200)인 경우, 어느 위치에서 히터부의 단선이 발생하더라도 목표 온도에 필요한 용량 및 히터 저항은 동일한 상태를 유지할 수 있다.
단선에 의해 2직렬 2병렬의 4개의 연결된 히터부로 동작되더라도 히터부(200)가 설치된 열처리로(소성로) 내부의 해당 영역에서의 목표 온도는 유지될 수 있다. 그에 따라 전류의 측정값만으로 히터의 단선 유무 판단이 불가능해질 수 있다.
열처리로는 2차 전지용 양극재/음극재 등을 소정의 온도로 가열하여 열처리하는 로, 예를 들어 롤러허스형 소성로 등일 수 있다.
따라서, 본 발명은 히터부(200)의 출력(MV)이 일정량 이상 나갈 때, 일정량의 전류값이 측정되지 않으면 히터부(200)의 단선이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
단위 히터부마다 전류 감지부(300)를 마련하는 경우, 단선이 되었다는 것은 전류가 흐르지 않는 상태일 수 있으므로, 전류 감지부(300)에서 전류가 0(zero)로 나오면 해당 단위 히터부는 단선된 것으로 판단할 수 있으나, 해당 단위 히터부에 전원 공급이 안되는 경우에도 전류가 흐르지 않아 0로 나올 수 있다.
따라서, 히터부(200)에서의 출력이 일정량 이상 나오게 되면, 전원이 OFF된 상태가 아닌 작동중인 상태이고, 이 상태에서는 출력되는 전류값이 일정량 이상 측정되면 정상 상태일 수 있다.
물론, SiC 히터의 특성상 사용 기간 경과로 인한 노후화로 저항이 증가하면, 전류가 감소되는 변화가 발생하지만. 히터부(200)에서 출력되는 전류값이 일정량 이하로 나오지는 않는다.
그렇기 때문에, 히터부(200)의 출력이 일정량 이상 나오는 상태에서, 전류값이 일정량 이하로 측정된다면 단선된 것으로 판단할 수 있다.
제어부(600)는 PLC 제어 회로로 구성될 수 있고, 히터부(200)의 출력이 일정량 이상 나오면, 입력 모듈부(500)로부터 통신으로 제공받은 신호를 통해 히터부(200)가 단선된 것으로 판단하고, 단선된 상태임을 알리는 알람을 작동시키고, 히터부(200)의 전원을 차단(OFF)할 수 있다.
예를 들어 히터부(200)의 출력이 10% 이상일 때, 전류값이 10A 이하인 경우, 히터부(200)의 단선 상태를 알려주는 알람 발생 및 히터부(200)의 전원을 차단할 수 있다.
본 발명은 단위 히터부마다 전류 감지부(300)를 마련한 구조이므로, 복수의 단위 히터부중에서 단선이 발생하면, 해당 단위 히터부를 쉽게 찾을 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 히터 단선 유무 감지 장치의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 제1 실시 예에서 트랜스듀서(400)를 제거하고 아날로그 신호를 받는 입력 모듈부(500) 대신에 하나의 CT 입력 모듈부(700)를 마련한 구조일 수 있다.
CT 입력 모듈부(700)는 전류 감지부(300)인 CT(Current Trasformer)로부터 나오는 신호를 바로 받을 수 있고, 따라서, 히터부(200)의 제1 히터부(210), 제2 히터부(220) 및 제3 히터부(230)중 어느 하나의 히터부의 단선이 발생하면, 제1 히터부(210), 제2 히터부(220) 및 제3 히터부(230)에 각각 연결된 제1 전류 감지부(310), 제2 전류 감지부(320) 및 제3 전류 감지부(330)중 어느 하나의 전류 감지부에서 감지하는 전류값이 일정값과 다르게 되므로, 이러한 상태를 CT 입력 모듈부(700)에서 확인하여 화면부(350)를 통해 표시해주므로, 각 히터부의 단선 유무를 확인할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예는 제1 실시 예에 비해 트랜스듀서(400) 및 트랜스듀서(400)를 설치하기 위한 패널 등이 필요 없으므로, 제작 비용을 절감할 수 있다.
제2 실시 예에 있어서, 제어부(600)는 히터부(200)의 출력이 일정량 이상 나오면, 이를 감지하여 히터부(200)가 단선된 것으로 판단하고, 단선된 상태임을 알리는 알람을 작동시키고, 히터부(200)의 전원을 차단할 수 있다.
예를 들어 히터부(200)의 단선 검출시, 히터부(200)의 출력이 10% 이상일 때, 전류값이 10A 이하인 경우, 히터부(200)의 단선 상태를 알려주는 알람 발생 및 히터부(200)의 전원을 차단할 수 있다.
10... 히터 단선 유무 감지 장치
100... 전력 조절계 200... 히터부
210... 제1 히터부 220... 제2 히터부
230... 제3 히터부 300... 전류 감지부
310... 제1 전류 감지부 320... 제2 전류 감지부
330... 제3 전류 감지부 350... 화면부
400... 트랜스듀서 500... 입력 모듈부
600... 제어부 700... CT 입력 모듈부

Claims (4)

  1. 소정의 온도로 발열하고 2차 전지용 열처리로의 내부에 갖추어지는 히터부;
    상기 히터부의 전류를 감지하도록 마련되는 전류 감지부;
    상기 전류 감지부에 의해 측정된 AC 전류값을 아날로그 DC 전류값으로 변환해주는 트랜스듀서;
    상기 트랜스듀서로부터 아날로그 전류값을 제공받는 입력 모듈부;
    상기 입력 모듈부로부터 상기 아날로그 전류값 신호를 통신으로 제공받아 상기 히터의 단선 유무를 판단하는 제어부;
    를 포함하는 열처리로의 히터 단선 유무 감지 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 히터부는 SiC 히터로 구성되고,
    상기 히터부는 복수의 히터로 직렬 연결되는 단위 히터부를 구성하며,
    상기 단위 히터부는 복수의 병렬로 구성되고,
    상기 전류 감지부는 상기 단위 히터부마다 전류를 감지하여 단선 발생 위치를 파악할 수 있도록 각각 마련되며,
    상기 히터부의 단위 히터부중 어느 하나에 단선이 발생하면, 합성 저항값이 초기 설정된 저항값보다 상승하며,
    상기 히터부의 출력이 일정량 이상 나올때, 상기 전류 감지부에 의해 일정량의 전류값이 측정되지 않으면, 상기 제어부에서는 단선이 발생한 것으로 판단하고, 상기 단위 히터부중에서 단선이 발생한 단위 히터부를 파악할 수 있는 열처리로의 히터부 단선 유무 감지 장치.
  3. 제2 항에 있어서
    상기 제어부는 복수의 단위 히터부중 단선이 발생하면, 단선 상태를 알리는 알람을 작동시키고 히터부의 전원을 차단하는 열처리로의 히터 단선 유무 감지 장치.
  4. 소정의 온도로 발열하고 2차 전지용 열처리로의 내부에 갖추어지는 히터부;
    상기 히터부의 전류를 감지하도록 마련되는 전류 감지부;
    상기 전류 감지부에서 측정한 전류를 입력받는 CT 입력 모듈부;
    상기 CT 입력 모듈부로부터 디지털 전류 신호를 제공받아 상기 히터의 단선 유무를 판단하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 히터부는 표면 온도 또는 사용 기간에 따라 저항이 가변되는 SiC 히터로 이루어지며,
    상기 히터부는 적어도 2개의 SiC 히터로 이루어진 2 직렬로 연결되는 단위 히터부로 구성되고,
    상기 단위 히터부는 복수의 병렬로 연결되며,
    상기 단위 히터부마다 상기 전류 감지부가 마련되어서 단위 히터부의 전류를 감지하여 상기 CT 입력 모듈부로 제공하는 열처리로의 히터부 단선 유무 감지 장치.
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