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KR-20260061900-A - Valve device with sheet damage detection for cathode material manufacturing

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Abstract

본 발명은 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치를 제공한다. 상기 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치는, 분말형상의 양극재 재료가 유동되는 개구를 형성하는 밸브 몸체부와, 상기 밸브 몸체부의 개구에 배치되는 디스크 부와, 상기 디스크 부의 외주에 설치되며, 팽창 및 수축이 가능한 탄성 재질로 형성되는 밸브 시트부와, 상기 밸브 시트부의 내부로 압축 공기를 제공하여 상기 밸브 시트부를 팽창시켜 상기 개구의 내주면에 밀착시키도록 하는 압축 공기 제공부와, 상기 밸브 시트부로 제공된 압축 공기의 압력값을 측정하는 압력 측정부와, 상기 압축 공기 제공부의 구동을 제어하되, 기준 압력값과, 상기 기준 압력값 보다 미리 설정된 차이 압력값을 이루는 이상 압력값이 기설정되는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 측정되는 압축 공기의 압력값이 상기 이상 압력값에 이르면, 알람 발생기로 이상 상태를 알릴 수 있다.

Inventors

  • 김광재

Assignees

  • (주)포스코퓨처엠

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (6)

  1. 분말형상의 양극재 재료가 유동되는 개구를 형성하는 밸브 몸체부; 상기 밸브 몸체부의 개구에 배치되는 디스크 부; 상기 디스크 부의 외주에 설치되며, 팽창 및 수축이 가능한 탄성 재질로 형성되는 밸브 시트부; 상기 밸브 시트부의 내부로 압축 공기를 제공하여 상기 밸브 시트부를 팽창시켜 상기 개구의 내주면에 밀착시키도록 하는 압축 공기 제공부; 상기 밸브 시트부로 제공된 압축 공기의 압력값을 측정하는 압력 측정부; 및, 상기 압축 공기 제공부의 구동을 제어하되, 기준 압력값과, 상기 기준 압력값 보다 미리 설정된 차이 압력값을 이루는 이상 압력값이 기설정되는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 측정되는 압축 공기의 압력값이 상기 이상 압력값에 이르면, 알람 발생기로 이상 상태를 알리는 것을 특징으로 하는, 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 이상 압력값은, 상기 밸브 시트부의 재질에 따라 가변적으로 상기 제어부에 설정되고, 상기 제어부와 전기적으로 연결되는 입력기를 통해 상기 제어부에 입력되는 것을 특징으로 하는, 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부에는, 상기 밸브 몸체부의 재질에 따라 상기 개구 내주면이 손상되는 손상 압력값이 선택적으로 설정되고, 상기 이상 압력값은, 상기 손상 압력값 보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는, 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 측정되는 압축 공기의 압력값이 상기 이상 압력값에 이르면, 상기 압축 공기 제공부를 사용하여 상기 밸브 시트부의 내부에 제공된 압축 공기를 강제로 배기시키는 것을 특징으로 하는, 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부에는, 상기 강제로 배기되는 압축 공기의 배기 압력값이 상기 이상 압력값보다 높도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 밸브 몸체부의 상기 개구의 내주면에는, 상기 손상 압력값을 초과하는 강도를 이루는 보강층이 더 코팅 처리되는 것을 특징으로 하는, 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치.

Description

시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치{Valve device with sheet damage detection for cathode material manufacturing} 본 발명은 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분말을 이루는 양극재 재료의 유동을 개폐하기 의하여 에어의 제공 여부에 따라 팽창과 수축을 반복하는 밸브 시트부의 손상을 방지하기 위하여, 밸브 시트부의 손상이 발생되는 것을 즉시 인지함과 아울러, 밸브 구동을 즉시 중지하여 공정사고를 방지할 수 있는 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치에 관한 것이다. 최근 전기 자동차, 에너지 저장 시스템 (ESS) 등의 시장이 급성장함에 따라 리튬 이온 배터리의 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 리튬 이온 배터리의 성능과 용량은 양극재에 의해 크게 좌우되며, 이는 고성능 양극재 개발 경쟁으로 이어지고 있다. 양극재는 배터리의 용량, 출력, 수명, 안전성 등을 결정하는 핵심 소재로, 니켈, 코발트, 망간 등의 금속을 정밀하게 혼합하여 제조된다. 양극재 제조 공정은 원료 혼합, 소성, 분쇄, 분급 등 여러 단계를 거치며, 각 단계별로 정확한 유량 제어 및 차단이 매우 중요하다. 특히, 전구체 제조, 소성, 세정 및 건조, 분쇄 및 분급 등의 공정에서 고체-액체 혼합, 이송, 분리 과정이 수반되며, 이때 밸브는 각 물질의 정밀한 흐름 제어를 이룬다. 양극재 제조 공정에서 사용되는 밸브는 다음과 같은 특징이 요구된다. 즉, 누설을 최소화하여 양극재의 순도를 유지하고, 제품 손실을 방지해야 하고, 강산, 강알칼리 등 부식성이 강한 화학 물질에 대한 내성을 가져야 하고, 고체 입자를 포함하는 유체에 대한 내마모성을 가져야 하며, 미세한 유량 조절이 가능해야 하며, 빠른 응답 속도를 가져야 하고, 가혹한 환경에서도 안정적으로 작동하며, 긴 수명을 가져야 한다. 종래의 APS 밸브는 3중 지수 방식 시트를 사용하여 뛰어난 밀폐 성능을 제공하며, 내구성이 뛰어나고 유지보수가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 시트에 공기를 공급하여 밀폐력을 더욱 향상시키는 메커니즘을 통해 높은 정밀도의 유량 제어를 가능하게 한다. 이러한 장점으로 인해 APS 밸브는 양극재 제조 공정에서 널리 사용되고 있다. 그러나 APS 밸브는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. 시트 손상 확인이 어렵다. 즉, 밸브 내부에 위치한 시트의 손상 여부를 즉시 확인하기 어려워, 손상된 상태로 장시간 사용될 경우 에어 누출 및 밸브 몸체부 마모로 이어질 수 있다. 즉, APS 밸브는 시트가 밸브 내부에 위치하여 육안으로 손상 여부를 확인하기 어렵다. 또한, 시트 손상 초기에는 에어 누출량이 적어 쉽게 감지되지 않을 수 있다. 또한 에어 누출에 의한 밸브 몸체부가 마모되는 문제가 있다. 즉, 손상된 시트에서 누출되는 에어는 고속으로 분출되어 밸브 몸체부를 침식시키고, 이는 자성 이물질 발생의 원인이 된다. 즉, 손상된 시트에서 누출되는 에어는 고속으로 분출되어 밸브 몸체부를 침식시킨다. 특히, 밸브 몸체부가 주철 재질인 경우 마모에 취약하다. 또한, 밸브 몸체부의 마모로 인해 발생한 미세한 철 가루는 자성을 띠어 제품에 혼입될 수 있다. 이는 양극재의 품질 불량을 유발하고, 배터리 성능 저하로 이어질 수 있다. 또한, 양극재 제조 과정에서 발생하는 분말 형태의 재료가 밸브 시트부 둘레에 끼어 밀폐 불량 및 시트 손상을 유발할 수 있다. 또한, 자성 이물질 혼입은 양극재의 품질 불량률을 높이고, 이는 제품 생산 비용 증가 및 기업 이미지 손상으로 이어질 수 있다. 좀 더 구체적으로, 밸브 시트부가 일부 손상되면 시트의 밀폐력이 저하되어 공기 누출이 발생한다. 이는 시트로 제공되는 압력 변화를 일으키고, 밸브의 개폐 동작에 이상을 초래할 수 있다. 시트 손상으로 인해 공기 누출이 발생하면 시트에 공급되는 압력이 감소한다. 누출되는 공기량은 밸브 개도 및 손상 정도에 따라 달라지므로 시트 압력이 불안정해진다. 또한 시트 압력 감소는 밸브 개방 시 필요한 힘을 충분히 제공하지 못하게 되어 밸브가 완전히 개방되지 않거나 개방 속도가 느려질 수 있다. 시트 손상으로 인해 밸브가 완전히 닫히지 않아 누출이 발생할 수 있다. 압력 변화와 시트 손상으로 인해 밸브의 반복적인 개폐 동작이 어려워지고, 마모가 가속화될 수 있다. 특히 이는 양극재 제조 공정에 악영향을 미친다. 밸브 개폐 불량은 원료 공급량 제어에 오류를 발생시켜 양극재의 조성 불균형을 초래할 수 있다. 또한, 밸브 몸체부 마모로 인해 발생한 자성 이물질이 양극재에 혼입되어 제품 오염을 유발할 수 있다. 또한, 밸브 작동 불량은 생산 속도를 늦추고, 불량률을 증가시켜 생산 효율을 저하시킬 수 있다. 또한, 밸브의 불안정한 작동은 예측 불가능한 상황을 초래하여 안전 문제를 야기할 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치를 보여주는 블록도이다. 도 3은 본 발명에 따른 밸브 시트부가 팽창되기 이전의 상태를 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명에 따른 밸브 시트부가 팽창되고, 일부가 손상이 발생되는 경우를 보여주는 도면이다. 도 5는 본 발명에 따른 밸브 몸체부의 개구에 보강층이 더 형성되는 예를 보여주는 도면이다. 도 6은 밸브 시트부가 배기 펌프에 의해 공기가 강제배기되는 구성의 예를 보여주는 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 밸브 몸체부가 바이패스 관과 더 연결되는 예를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기서 설명하는 실시예는 본 발명의 특징을 잘 보여주는 예시일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해, 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 이하에서 "상부(또는 하부)" 또는 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면(또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미한다. 또한, 상기 기재와 기재 상에(또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다. 다음은 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치를 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치를 보여주는 블록도이다. 도 3은 본 발명에 따른 밸브 시트부가 팽창되기 이전의 상태를 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명에 따른 밸브 시트부가 팽창되고, 일부가 손상이 발생되는 경우를 보여주는 도면이다. 도 1내지 도 4를 참조 하면, 본 발명의 시트손상 감지기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치(100)는, 분말형상의 양극재 재료가 유동되는 개구(121)를 형성하는 밸브 몸체부(120)와, 상기 밸브 몸체부(120)의 개구(121)에 배치되는 디스크 부(130)와, 상기 디스크 부(130)의 외주에 설치되며, 팽창 및 수축이 가능한 탄성 재질로 형성되는 밸브 시트부(140)와, 상기 밸브 시트부(140)의 내부로 압축 공기를 제공하여 상기 밸브 시트부(140)를 팽창시켜 상기 개구(121)의 내주면에 밀착시키도록 하는 압축 공기 제공부(150)와, 상기 밸브 시트부(140)로 제공된 압축 공기의 압력값을 측정하는 압력 측정부(160)와, 상기 압축 공기 제공부(150)의 구동을 제어하되, 기준 압력값과, 상기 기준 압력값 보다 미리 설정된 차이 압력값을 이루는 이상 압력값이 기설정되는 제어부(170)를 포함한다. 상기 제어부(170)는, 상기 측정되는 압축 공기의 압력값이 상기 이상 압력값에 이르면, 알람 발생기(180)로 이상 상태를 알릴 수 있다. 도 1부터 도 4까지의 도면을 참조하여 설명된 시트 손상 감지 기능을 갖는 양극재 제조용 밸브장치(100)는, 양극재 제조 공정에서 발생할 수 있는 밸브 시트부(140)의 손상을 조기에 감지하고, 그에 따른 문제 발생을 예방할 수 있다. 본 발명의 작용을 설명한다. 압축 공기 제공부(150)에서 밸브 시트부(140) 내부로 압축 공기를 공급하면, 탄성 재질의 밸브 시트부(140)가 팽창하여 밸브 몸체부(120)의 개구(121) 내주면에 밀착된다. 이를 통해 분말 형태의 양극재 재료가 밸브를 통과할 때 누출을 방지하고, 정밀한 유량 제어를 가능하게 한다.(도 3 참조) 압력 측정부(160)는 밸브 시트부(140)로 제공된 압축 공기의 압력값을 실시간으로 측정한다. 제어부(170)는 측정된 압력값을 기준 압력값과 비교하여 시트 손상 여부를 판단한다. 만일 측정된 압력값이 이상 압력값 (기준 압력값보다 미리 설정된 차이 압력값)에 도달하면, 제어부(170)는 알람 발생기(180)를 통해 이상 상태를 알린다.(도 2 참조) 시트 손상이 감지되면, 제어부(170)는 압축 공기 제공부(150)를 제어하여 밸브 시트부(140) 내부에 공급된 압축 공기를 강제로 배기시킨다. 이는 시트 압력을 낮춰 밸브 몸체부(120)의 마모를 최소화하고, 추가적인 손상을 방지한다. (도 4 참조) 도 5는 본 발명에 따른 밸브 몸체부의 개구에 보강층이 더 형성되는 예를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조 하면, 밸브 몸체부(120) 개구(121) 내주면에 보강층(122)을 코팅 처리하여 시트 손상으로 인한 에어 누출 시에도 밸브 몸체부(120)의 마모를 방지할 수 있다. 이를 통해 압력 변화를 통해 시트 손상을 조기에 감지하여 밸브 몸체부(120)의 마모 및 자성 이물질 발생을 예방할 수 있다. 또한, 시트 손상 감지 시 압축 공기 강제 배기를 통해 밸브 몸체부(120)의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 보강층(122) 코팅을 통해 밸브 몸체부의 내구성을 향상시키고, 밸브 작동 안정성을 확보하여 양극재 품질을 향상시키고, 생산 효율을 높일