KR101064238B1 - 가열영역 가변형 유도가열장치 - Google Patents

Abstract

가열영역 가변형 유도가열장치를 제공한다.

본 발명은 피가열체를 열처리하도록 유도가열하는 장치에 있어서, 상기 피가열체로부터 일정간격을 두고 배치되고, 상기 피가열체의 표면과 대응하는 일측면에 일정깊이 함몰형성되는 복수개의 함몰부를 구비하는 가열본체 ; 상기 함몰부의 바닥면에 형성된 전원연결단자홈에 대응삽입되어 전기적으로 연결되는 연결단자를 갖추어 상기 함몰부에 삽입고정되는 코일홀더와, 상기 코일홀더의 코어에 일정길이 권선되고 상기 연결단자에 전기적으로 연결되는 유도코일을 구비하는 가열모듈을 포함한다.

본 발명에 의하면, 대면적을 갖는 피가열체의 면적전체를 일정하고 균일하게 가열하여 열처리 효율을 높일 수 있고, 피가열체의 크기 변화에 맞추어 유도가열영역을 간편하고 신속하게 조절할 수 있어 피가열체의 크기변화에 탄력적으로 대응할 수 있고, 불필요한 가열을 배제하여 에너지소비를 절감할 수 있다.

유도가열, 가변형, 가열본체, 피가열체, 코일홀더, 유도코일, 가열모듈

Description

가열영역 가변형 유도가열장치{Heating Area Variable Induction Heating Apparatus}

본 발명은 가열영역을 가변할 수 있는 유도가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 피가열체의 면적전체를 일정하고 균일하게 가열하면서 피가열체의 크기 변화에 맞추어 유도가열영역을 간편하게 조절할 수 있어 피가열체의 크기변화에 탄력적으로 대응할 수 있고, 불필요한 가열을 배제하여 에너지소비를 절감할 수 있는 가열영역 가변형 유도가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속가열에 이용되는 고주파유도가열(이하, 유도가열이라함)은 전자유도(電磁誘導) 작용에 의한 것으로 교류(고주파) 전류가 흐르는 코일속에 위치하는 금속 등의 도전체가 와전류 손실과 히스테리시스(Hysteresis) 손실(磁性體의 경우)의 저항(抵抗)에 의하여 열(熱)을 발생하는 것이다.

이와 같이 발생하는 열에너지를 이용하여 피가열체(금속 또는 도전체)를 가열하는 것으로 유도가열이라 하며 특히 고주파 전류를 이용한 것을 고주파유도가열(高周波誘導加熱)이라 한다.

강판, 슬라브 및 강재와 같은 피가열체를 가열하여 처리하는 열처리는 금속 재료를 융점 이하의 온도로 가열하고 냉각속도를 선택적으로 가감하여 필요로 하는 조직 및 성질을 갖게 하는 것이다.

이에 따라, 제철소에 생산되는 슬래브, 강판 및 강재는 자동차, 선박 및 항공기에 사용되는 용도에 따라 수요가가 원하는 물성을 갖도록 도 5에 도시한 바와 같이, 일방향으로 진행하거나 정지된 피가열체(2)의 근방에 일정간격을 두고 배치되는 유도가열장치(10)에서 발생하는 열을 이용하여 열처리하게 된다.

이때, 종래의 유도가열장치(10)는 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 유도코일(6)이 감겨져 고정되는 코일홀더(5)가 가열본체의 하부면에 고정설치되고, 이러한 코일홀더(5)는 열처리하고자 하는 피가열체(2)의 폭크기와 대응하는 외경을 갖기 때문에 피가열체를 열처리하는 과정에서 유도코일(5)이 감겨지지 않은 영역과 대응하는 피가열체(2)에는 전자장이 미치지 않아 유도가열되지 않게 되고 이로 인하여 피가열체가 불균일하게 가열되는 열처리 불량을 초래하였다.

또한, 열처리하고자 하는 피가열체(2)의 폭크기가 가변되는 경우, 이에 맞추어 상기 코일홀더(5)를 가열본체(3)에 교체하여 장착해야만 하는데, 중량물인 코일홀더를 작업자가 교체하는 것이 매우 번거롭고, 교체작업시간으로 인하여 열처리공정의 전체작업시간이 길어져 작업생산성을 저하시키는 주원인으로 작용하였다.

그리고, 피가열체의 폭크기 축소된 상태에서 기존의 코일홀더를 교체하지 않고 피가열체를 가열하는 경우, 불필요한 전력소모로 인하여 에너지 소비가 과다해져 제품의 제조원가를 상승시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 대면적을 갖는 피가열체의 면적전체를 일정하고 균일하게 가열하여 열처리 효율을 높일 수 있고, 피가열체의 크기 변화에 맞추어 유도가열영역을 간편하고 신속하게 조절할 수 있어 피가열체의 크기변화에 탄력적으로 대응할 수 있고, 불필요한 가열을 배제하여 에너지소비를 절감할 수 있는 가열영역 가변형 유도가열장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로써, 본 발명은 피가열체를 유도가열하는 장치에 있어서, 상기 피가열체로부터 일정간격을 두고 배치되고, 상기 피가열체의 표면과 대응하는 일측면에 일정깊이 함몰형성되는 복수개의 함몰부를 구비하는 가열본체 ; 상기 함몰부의 바닥면에 형성된 전원연결단자홈에 대응삽입되어 전기적으로 연결되는 연결단자를 갖추어 상기 함몰부에 삽입고정되는 코일홀더와, 상기 코일홀더의 코어에 일정길이 권선되고 상기 연결단자에 전기적으로 연결되는 유도코일을 구비하는 가열모듈을 포함함을 특징으로 하는 가열영역 가변형 유도가열장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 가열본체는 상기 함몰부와 대응하는 영역마다 상기 코일홀더의 외경보다는 작고 상기 유도코일의 외경보다는 큰 내경을 갖는 관통공을 관통형성한 고정판을 포함한다.

더욱 바람직하게, 상기 고정판은 상기 가열본체의 일측면에 접착제를 매개로 일체로 고정되거나 체결부재를 매개로 교체가능하게 조립된다.

바람직하게, 상기 함몰부는 상기 코일홀더의 높이와 동일한 크기의 일정깊이로 구비되거나 상기 코일홀더의 높이보다 낮은 크기로 구비된다.

바람직하게, 상기 가열모듈은 상기 가열본체의 일측면에 매트릭스형태로 행과 열이 일정하게 구비되는 복수개의 함몰부에 각각 장착된다.

바람직하게, 상기 가열모듈은 상기 가열본체의 일측면에 전방열과 후방열이 서로 엇갈리도록 구비되는 복수개의 함몰부에 각각 장착된다.

바람직하게, 상기 전원연결단자홈과 전기적으로 연결되는 각 전원케이블은 상기 가열본체에 구비되는 복수개의 가열모듈을 개별제어할 수 있도록 외부전원과 연결되는 제어부에 전기적으로 연결된다.

본 발명에 의하면, 열처리하고자 하는 피가열체에 근접배치되는 가열본체의 일측면에 복수개의 가열모듈을 교체가능하게 구비함으로써 대면적을 갖는 피가열체의 면적전체를 하나의 가열모듈을 이용하여 열처리하는 것에 비하여 일정하고 균일하게 가열할 수 있기 때문에 열처리 효율을 높일 수 있고, 열처리 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 가열본체의 일측면에 교체가능하도록 조립되는 가열모듈을 분리하거나 재장착함으로써 피가열체의 크기 변화에 맞추어 유도가열영역을 간편하고 신속하게 조절할 수 있기 때문에 피가열체의 크기변화에 탄력적으로 대응할 수 있고 다양한 크기를 갖는 가열본체를 별도로 관리유지할 필요가 없어 설비투자비를 줄일 수 있다.

그리고, 불필요한 유도가열영역 외측에 배치된 가열모듈에 교류전류를 인가할 필요가 없어져 에너지소비를 절감하여 열처리제품의 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 가열영역 가변형 유도가열장치를 도시한 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 가열영역 가변형 유도가열장치를 도시한 것으로서, a)는 상부에서 바라본 분해 사시도이고, b)는 하부에서 바라본 분해 사시도이다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 유도가열장치(100)는 도 1과 도 2(a)(b)에 도시한 바와 같이, 피가열체의 근방에 배치되는 가열본체(110)와, 상기 가열본체(110)에 교체가능하도록 카트리지방식으로 조립되는 가열모듈(120)을 포함한다.

상기 가열본체(110)는 열처리하고자 하는 피가열체(2)로부터 일정간격을 두고 직상부에 배치되고, 상기 피가열체(2)의 표면과 대응하는 일측면에는 상기 가열모듈(120)이 조립되도록 일정깊이 함몰형성되는 복수개의 함몰부(112)를 구비한다.

그리고, 상기 함몰부(112)의 바닥면에는 전원인가시 교류전원이 입력되도록 전원케이블(116)과 전기적으로 연결되는 전원연결단자홈(114)을 구비하고, 상기 전 원연결단자홈(114)에는 후술하는 코일홀더(122)의 연결단자(124)가 삽입고정된다.

상기 전원연결단자홈(114)과 전기적으로 연결되는 각 전원케이블(116)은 상기 가열본체(110)에 구비되는 복수개의 가열모듈(120)을 개별제어할 수 있도록 외부전원과 연결되는 제어부(130)에 전기적으로 연결될 수도 있다.

여기서, 상기 제어부(130)는 피가열체(2)의 소재종류, 폭, 길이, 두께, 중량 과 같은 제품정보를 수신하여 저장하는 저장부와, 기저장된 피가열체의 제품정보와 열처리하고자 하는 다른 피가열체의 제품정보를 비교하여 가열영역을 결정하는 비교판단부를 구비할 수 있다.

상기 가열모듈(120)은 상기 가열본체(110)의 일측면에 교체가능하도록 조립되는 가열수단으로서 이러한 가열모듈(120)은 코일홀더(122)와 유도코일(126)을 포함하는바, 상기 코일홀더(122)는 상기 함몰부(112)의 바닥면에 형성된 전원연결단자홈(114)에 대응삽입되어 전기적으로 연결되는 연결단자(124)를 갖추어 상기 가열본체(110)의 일측면에 복수개 형성된 함몰부(112)마다 일대일 대응삽입되어 조립된다.

상기 유도코일(125)은 상기 코일홀더의 중앙영역에 형성된 코어(123)를 중심으로 하여 일정길이 권선되는 코일부재이며, 이러한 유도코일(126)의 양단은 상기 코일홀더에 한쌍으로 구비되는 연결단자(124)에 각각 전기적으로 연결된다.

한편, 상기 가열본체(110)에는 상기 함몰부(112)에 대응삽입된 가열모듈(120)이 자중에 의해서 하부로 이탈되지 않도록 고정판(129)을 포함하는바, 이러한 고정판(129)은 상기 함몰부(112)와 대응하는 영역마다 상기 코일홀더(122)의 외경보다는 작고 상기 유도코일(126)의 외경보다는 큰 내경을 갖는 관통공(129a)을 관통형성한다.

이러한 경우, 상기 관통공(129a)을 갖는 고정판(129)이 가열본체(110)의 일측면에 조립되면, 상기 함몰부(112)에 삽입된 코일홀더(122)는 상기 관통공(129a)에 걸려 자중에 의해서 하부로 이탈되는 것으로 근본적으로 방지할 수 있게 된다.

상기 고정판(129)은 자속에 영향을 받지 않고, 내열성을 갖는 엔지니어링 플라스틱과 같은 비금속소재로 이루지는 것이 바람직하며, 이러한 고정판(129)은 상기 가열본체(110)의 일측면에 접착제와 같은 접착수단을 매개로 일체로 고정될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 볼트와 같은 체결부재(미도시)를 매개로 가열본체(110)의 일측면에 교체가능하도록 조립될 수 있다.

또한, 상기 가열본체(110)의 일측면에 구비되는 함몰부(112)는 상기 가열모듈(120)이 가열본체(110)의 일측면으로부터 직하부로 돌출되지 않고 함몰부에 매입되어 피가열체(2)와의 간섭을 방지하도록 상기 함몰부의 일정깊이는 코일홀더의 높이와 동일하게 구비하는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 가열모듈(120)이 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 가열본체(110)의 일측면으로부터 직하부로 일정길이 돌출되어 피가열체(2)에 근접하면서 상기 가열모듈(120)의 교체작업이 용이하도록 상기 코일홀더(122)의 높이보다 상대적으로 낮은 크기로 구비될 수도 있다.

그리고, 상기 가열모듈(120)은 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 상기 가열본체의 일측면에 매트릭스형태로 행과 열이 일정하게 구비되는 복수개의 함몰부에 각각 장착됨으로써 위치정지된 피가열체에 대하여 매트릭스 형태로 배치된 가열모듈을 이용하여 균일하게 될 수도 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 가열본체의 일측면에 전방열과 후방열이 서로 엇갈리도록 구비되는 복수개의 함몰부에 각각 장착됨으로써 피가열체가 일방향으로 이동하거나 가열본체가 일방향으로 이동하는 열처리 공정에서 전방열의 가열모듈과 이에 인접하는 가열모듈사이의 공간에 후방열의 가열모듈을 배치하여 피가열체를 균일하게 가열할 수 있는 것이다.

상기한 구성을 갖는 가열영역 가변형 유도가열장치(100)는 전원케이블을 통하여 가열모듈의 유도코일에 교류전류가 인가되면, 교번자속이 발생하여 피가열체(2)에 유도전류인 와전류가 흐르도록 하고, 이러한 유도전류는 와전류손에 의해 주울열을 발생시키며 이렇게 발생된 열로서 피가열체(2)를 단시간에 급속가열하여 열처리하는 것이다.

이때, 상기 가열모듈(120)은 가열본체의 일측면에 일정간격을 두고 복수개 배치됨으로써 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 하나의 가열모듈을 이용하여 피가열체에 하나의 유도가열영역을 형성하여 불균일하게 가열 열처리하는 것과 비교하여 피가열체의 대면적을 비가역영역없이 피가열체에 복수의 유도가열영역을 형성하여 균일하게 가열 열처리할 수 있는 것이다.

또한, 열처리하고자 하는 피가열체(2)의 폭이 작어지거나 길이가 짧아져 가열모듈을 이용한 유도가열범위를 축소하는 방법으로는, 상기 가열본체의 함몰부에 삽입고정된 복수개의 가열모듈(120) 중 상기 피가열체(2)의 유도가열범위 외측에 배치되는 가열모듈을 잡고서 직하부로 당기면 전원연결단자홈(114)에 삽입고정된 연결단자(124)가 분리되면서 불필요한 가열모듈(120)을 가열본체로부터 간편하고 신속하게 분리하여 제거할 수 있기 때문에 크기변화된 피가열체에 맞추어 가열모듈의 유도가열영역을 간편하고 신속하게 축소조절할 수 있는 것이다.

이때, 상기 가열본체(110)의 일측면에 교체가능하도록 장착된 고정판(129)은 가열모듈(120)의 분리작업 전에 분해되고, 가열모듈의 분리작업이 완료되면 재조립된다.

그리고, 열처리하고자 하는 피가열체(2')의 폭이 작아지거나 길이가 짧아져 가열모듈을 이용한 유도가열범위를 축소하는 다른 방법으로는, 상기 제어부에서 열처리하고자 하는 피가열체의 제품정보를 근거로 하여 상기 가열본체의 함몰부에 삽입고정된 복수개의 가열모듈(120) 중 상기 피가열체(2')의 유도가열범위 외측에 배치되는 가열모듈에 교류전류가 입력되지 않도록 제어함으로써 크기변화된 피가열체에 맞추어 가열모듈의 유도가열영역을 간편하고 신속하게 축소조절할 수 있는 것이다.

이때, 상기 가열본체(110)의 일측면에 교체가능하도록 장착된 고정판(129)은 가열본체로부터 분리할 필요가 없이 그대로 장착상태를 유지하게 된다.

반대로, 열처리하고자 하는 피가열체(2)의 폭이 커지거나 길이가 길어져 가열모듈을 이용한 유도가열범위를 확대하기 위해서는 상기와 반대로 확대된 유도가열범위에 맞추어 가열본체의 함몰부로부터 분리된 가열모듈을 재장착하여 교류전류의 입력이 가능하도록 전기적으로 연결하면서 위치고정하거나 확대된 유도가열범위 에 해당하는 가열모듈에 교류전류를 입력하도록 제어함으로써 크기변화된 피가열체에 맞추어 가열모듈의 유도가열영역을 간편하고 신속하게 확대조절할 수 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 가열영역 가변형 유도가열장치를 도시한 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 가열영역 가변형 유도가열장치를 도시한 것으로서,

a)는 상부에서 바라본 분해 사시도이고,

b)는 하부에서 바라본 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 가열영역 가변형 유도가열장치를 도시한 종단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 가열영역 가변형 유도가열장치를 도시한 사시도이다.

도 5는 일반적인 대면적 유도가열장치를 도시한 개략도이다.

도 6(a)은 하나의 가열모듈을 이용한 유도가열장치에 대한 가열영역분포를 도시한 것이고, 도 6(b)는 복수개의 가열모듈을 이용한 유도가열장치에 대한 가열영역분포를 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 가열본체 112 : 함몰부

114 : 전원연결단자홈 116 : 전원케이블

120 : 가열모듈 122 : 코일홀더

124 : 연결단자 126 : 유도코일

Claims (7)

1. 피가열체를 열처리하도록 유도가열하는 장치에 있어서,

   상기 피가열체로부터 일정간격을 두고 배치되고, 상기 피가열체의 표면과 대응하는 일측면에 일정깊이 함몰형성되는 복수개의 함몰부를 구비하는 가열본체 ;

   상기 함몰부의 바닥면에 형성된 전원연결단자홈에 대응삽입되어 전기적으로 연결되는 연결단자를 갖추어 상기 함몰부에 삽입고정되는 코일홀더와, 상기 코일홀더의 코어에 일정길이 권선되고 상기 연결단자에 전기적으로 연결되는 유도코일을 구비하는 가열모듈을 포함하고,

   상기 가열본체는 상기 함몰부와 대응하는 영역마다 상기 코일홀더의 외경보다는 작고 상기 유도코일의 외경보다는 큰 내경을 갖는 관통공을 관통형성한 고정판을 포함함을 특징으로 하는 가열영역 가변형 유도가열장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 고정판은 상기 가열본체의 일측면에 접착제를 매개로 일체로 고정되거나 체결부재를 매개로 교체가능하게 조립됨을 특징으로 하는 가열영역 가변형 유도가열장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 함몰부는 상기 코일홀더의 높이와 동일한 크기의 일정깊이로 구비되거나 상기 코일홀더의 높이보다 낮은 크기로 구비됨을 특징으로 하는 가열영역 가변형 유도가열장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 가열모듈은 상기 가열본체의 일측면에 매트릭스형태로 행과 열이 일정하게 구비되는 복수개의 함몰부에 각각 장착됨을 특징으로 하는 가열영역 가변형 유도가열장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 가열모듈은 상기 가열본체의 일측면에 전방열과 후방열이 서로 엇갈리도록 구비되는 복수개의 함몰부에 각각 장착됨을 특징으로 하는 가열영역 가변형 유도가열장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 전원연결단자홈과 전기적으로 연결되는 각 전원케이블은 상기 가열본체에 구비되는 복수개의 가열모듈을 개별제어할 수 있도록 외부전원과 연결되는 제어부에 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 가열영역 가변형 유도가열장치.

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