１ 가열온도 제어 기능(가열 소재의 온도 재연성)

기존 가스 가열 방식의 경우, 주변 환경여건 및 토치 상황에 따라 실제 소재가 가열되는

온도가 차이가 발생하여, 고품질을 유지하기 위해서는 최소편차 온도제어가 반드시 필요했다. 유도가열 전원장치의 가열 방식은 외부의 열원으로 소재를 가열하는 방식이 아닌, 자기장에 의해 유도된 전류가 소재에 직접 흐르게 되어 소재 자체에서 발열하는 방식이다. 이로써, 전원장치에서 세팅한 출력값이 항상 일정하게 소재로 공급되어 소재 이송속도가 동일하다면 항상 같은 소재 온도를 유지한다. 따라서 PID 등 제어기법을 적용하지 않더라도 유도가열 전원장치에서 일정한 출력만 낼 수 있다면 소재의 온도는 거의 일정한 온도를 유지한다.

이런 특성에 의해 주로 자동차 부품 열처리 분야와 같이 경화층을 mm단위로 가열하는 분

야에서는 필수적으로 유도가열방식이 적용된다. 또한 소재별로 이송속도 및 출력값을 저장

하여 제품별로 최적의 운전조건을 셋업한 후 이를 적용함으로써 품질 관리가 용이하다.

디엠시스 유도가열 전원장치 중 “정밀형”의 경우 0.01kw까지 미세조절이 가능하다.

２ 공냉식 냉각시스템

유도가열 전원장치 내부의 냉각은 발열이 많이 되는 switching 소자인 IGBT (Insulated Gate Bipolar mode Transistor)의 방열판과 공진콘덴서, 리엑터, 매칭 트랜스 등이다. IGBT를 비롯한 주요 부품들은 온도가 올라갈 경우, 오동작 및 부품 손상이 발생한다. 이를 방지하기 위하여 일반 설비의 경우, 외부의 증류수를 이용하여 온도유지를 위한 냉각을 하게 된다. 이번에 디엠시스에서 적용한 공냉식 전원장치의 경우, 기존의 수냉식에 비해 아래와 같은 장점을 지닌다.

① 1차 냉각의 불필요 및 최소화

② 전원장치를 위한 펌프스테이션이 불필요

③ 전원장치용 동(SUS) 파이프 배관 불필요

④ 전원장치 내부 냉각수에 의해 발생하는 니뿔류의 전식에 방지하여 누수에 의한 2차

사고 방지

⑤ 외부 공기를 이용한 냉각으로 결로 현상 제거

공냉식 시스템의 단점으로는 주변 공기환경이 나쁠경우, 에어필터를 자주 교환해 주어야 하

는 것과 Fan 냉각 방식에 따른 fan소음이 연구소와 같이 조용한 환경에서는 거슬릴 수 있으나, Fan의 속도제어를 통해 소음을 최소화 할 수 있다.

３ 유도가열 전원장치의 특징

가) 공냉식 유도가열 전원장치

공냉식의 많은 장점에도 쉽게 적용하지 못하는 이유는 IGBT방열판에서 발생하는 열을

냉각판을 이용해서 효과적으로 냉각하기 위해서는 방열판 냉각핀 설계와 전원장치 내부

의 유체역학적 풍동설계를 효과적으로 해야만 한다.

현재 국내에서 10kw이하의 소형 설비를 제외하고는 공냉식 유도가열전원장치를 개발

적용하고 있는 업체는 “디엠시스”가 유일하며, 전원장치 용량 2500kw까지 공냉식 제품

의 개발을 완료 및 국내외 적용하고 있다.

유도가열전원장치를 가동할 경우, 가장 잦은 트러블요인이 냉각수에 의한 문제 발생이

다. 주로 냉각배관의 니뿔의 전식에 의한 누수 사고나 인덕터 등의 배관 막힘 현상에

의해 1~2년 마다 주기적으로 배관 및 호스 교체를 하거나, 장기간 방치하는 경우 설비

가동시 전원장치 내부에 수천암페어의 전류가 흐르는 설비 누수가 발생하면 치명적인

피해를 끼치게 된다. 공냉식 전원장치는 전원장치 내부에 냉각수가 전혀 없는 설계로

위의 누수사고를 원인 자체를 미연에 방지함으로써, 설비 안정성 측면에서도 유리하다.

나) 친환경 설비

유도가열전원장치는 가열시 소재 내부에 흐르는 전류에 의해 가열되므로, 전력만으로

가동되어 가스 및 환경 유해물질이 발생하지 않는다. 또한 주변 환경적인 측면에서도

소재 냉각시 사용되는 퀜칭수를 제외하면 주변에 비산되는 물질도 없어 깨끝한 환경을

구현한다.

다) 고효율에 의한 에너지절감 효과

고주파 유도가열 설비의 에너지 절감효과는 gas가열이나 열선 가열과 같은 간접 가열

에 비해 소재에 직접가열함으로써 40% 이상 효율이 좋다. 에너지관리공단(kemco)에서

도 에너지 절감효과가 좋은 유도가열전원장치를 교체 및 신규설치할 경우 “에너지이용

합리화자금”을 지원하며 교체를 권장하고 있다.

라) 주파수에 따른 가열 깊이를 조절 가능

유도가열의 경우, 소재에 직접 전류가 흐르면서 가열되게 되는데 이때 주파수에 따라

전류가 흐르는 깊이를 조절할 수 있다. 이에 따라 수지 건조등과 같이 표면만 건조하

는 경우나 환봉의 얇은 표면만 열처리하는 경우등에는 주파수를 높게하여 겉 표면만 가

열함으로써, 에너지 낭비를 줄일 수 있고, 소재 두께가 두껍고 전체적으로 가열해야하는

경우에는 주파수를 낮춰 가열하면 심부까지 직접 가열이 가능하다. 외부에서 토치 등

으로 가열하는 경우에는 심부까지 가열하기 위해서 표면이 과열되지 않는 범위에서 서

서히 전도에 의해 열전달을 시키므로 가열 시간이 오래걸릴뿐만 아니라, 표면에서 외부

로 방사되는 열도 많아 에너지 절약측면에서도 효과적이다

마) 가열의 빠른 응답성과 짧은 준비시간

유도가열전원장치는 사전 예열 작업이 필요없이 냉각수만 순환되면 바로 작업이 가능

하다. 그리고 정지상태에서 1000kw까지 올리는 시간도 10초 이내로 가능할 정도로 빠

른 출력 변환이 가능하다.

바) 정밀한 출력제어

가열출력을 실시간으로 원하는 출력값으로 변경이 가능하다. 전원장치에 부착되어 있

는 볼륨을 통해 출력조절이 가능하고, 외부 PLC나 상위제어기에서 통신이나 아날로그

지령으로 실시간 출력 제어가 가능하다.

사) 가열의 안정성

유도가열의 특성상 가열코일과 소재 사이에 비자성체는 가열에 영향을 끼치지 않으므

로, 가열 환경에 따라 절연체를 이용하여 가열코일과 소재의 short방지 및 보호장치 등

을 설치할 수 있다.