KR101201397B1 - 유도로 복합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스냉각식 코일 장치 및 이를 이용한 유도로 복합장치에 관한 것이다. 가스냉각식 코일 장치는 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 대상물을 가열하는 가스냉각식 코일 장치로서, 상기 대상물의 주변을 복수 회만큼 감아 둘러싸고 내부에 중공이 형성되는 코일을 포함하고, 상기 코일은 온도 제어를 위해 상기 중공에 가스를 순환시킨다. 본 발명에 의하면, 코일의 온도상승을 충분히 제어하면서도 폭발 위험성과 코일 교체 시의 냉각수 누출 등으로 인한 불편함을 해소하여 안전하고 편리한 작업환경이 조성될 수 있고, 통전전류의 밀도를 보다 높여 가열 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

유도로 복합장치{Induction furnace system}

본 발명은 가스냉각식 코일 장치 및 이를 이용한 유도로 복합장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속을 용해시킬 때에는 용해로를 사용하는데, 이러한 용해로는 가열방식에 따라 코크스, 석탄가스, 천연가스, 중유, 석탄 등을 연료로 하는 방식, 전열식으로 행하는 방식, 아크열을 이용하는 방식, 그리고 고주파 유도전류를 흘려서 저항발열을 이용하여 가열하는 고주파 유도 가열방식이 있다.

이러한 가열방식들 중에서, 고주파 유도 전류를 흘려서 전자유도작용에 의한 저항발열을 이용하여 가열하는 고주파 유도 가열방식은 가열효율이 우수하면서도 쾌적한 작업환경을 제공하고 환경오염을 유발하지 않아 일반적으로 많이 사용되고 있다.

이러한 고주파 유도 가열방식을 통해 진공 또는 기타 챔버(chamber) 내에서 출력연결 전극단자와 연결된 인덕션(induction) 코일의 가열에 의해 도가니 내부에 있는 금속의 용해가 이루어질 수 있다. 이때 코일 자체에서 발생되는 열을 저감시키고자 코일의 내부에 냉각수가 흐르도록 하는 수냉식 인덕션 코일이 사용되고 있다.

다만 금속이 용해되는 도가니의 결함 등으로 인해 도가니 내부의 금속 용탕이 누출되어 그 일부가 수냉식 인덕션 코일에 침투되는 경우, 금속 용탕과 냉각수가 결합됨으로써 금속의 종류에 따라서는 폭발될 수 있는 위험성이 있었다. 특히, 우라늄과 같은 특수한 금속의 용해 시에는 엄청난 폭발의 위험을 감수해야 했다. 또한 인덕션 코일의 교체 시 코일 내부의 냉각수가 누출되어 불편한 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 코일의 온도상승을 충분히 제어하면서 안전하고 편리한 작업환경을 조성할 수 있는 가스냉각식 코일 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 이러한 가스냉각식 코일 장치와 냉각수의 순환을 통해 온도 상승으로 인한 자체적인 손상을 방지하고 코일에 저온의 가스를 안정적으로 순환시킬 수 있는 전극 장치를 이용함으로써, 코일의 온도상승을 충분히 제어하면서 안전하고 편리한 작업환경을 조성할 수 있는 유도로 복합장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치는 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 대상물을 가열하는 가스냉각식 코일 장치로서, 상기 대상물의 주변을 복수 회만큼 감아 둘러싸고 내부에 중공이 형성되는 코일을 포함하고, 상기 코일은 온도 제어를 위해 상기 중공에 가스를 순환시킨다.

본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치는 통전전류의 밀도가 높아지도록 상기 코일의 길이 방향을 따라 상기 코일에 이웃하여 배치되는 전도부재를 더 포함할 수 있다.

상기 전도부재는 고전도성 금속대일 수 있다.

상기 전도부재는 두 개이고, 상기 두 개의 전도부재는 상기 코일의 길이 방향을 따라 상기 코일의 양 측면에 맞닿도록 각각 배치될 수 있다.

상기 코일은 단면이 사각형 튜브 형상이고, 상기 두 개의 전도부재는 단면이 사각형 형상일 수 있다.

상기 코일은 상기 중공으로 상기 가스가 유입될 수 있는 가스 유입부, 그리고 상기 가스 유입부로 유입된 상기 가스가 상기 중공을 순환한 뒤 배출될 수 있는 가스 배출부를 포함할 수 있다.

상기 가스 유입부는 상기 코일의 일측에 구비되고, 상기 가스 배출부는 상기 코일의 타측에 구비될 수 있다.

상기 가스는 불활성 가스일 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치는 상기 코일의 온도 상승을 감지하여 상기 코일의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승할 경우 상기 중공에 상기 가스를 순환시키는 코일 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치는 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 대상물을 가열하는 유도로 복합장치로서, 본 발명의 한 실시예에 다른 가스냉각식 코일 장치, 그리고 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 대상물을 가열하는 코일에 유도전력을 제공하기 위해 상기 코일과 각각 연결되는 제1 전극단자부와 제2 전극단자부를 포함하는 전극 장치로서, 상기 제1 전극단자부는 외부로부터 냉각수를 공급받아 순환시킨 후 배출하고, 외부로부터 공급받은 가스를 상기 순환되는 냉각수를 통해 간접적으로 냉각시킨 후 상기 코일에 공급하며, 상기 제2 전극단자부는 상기 제1 전극단자부로부터 배출된 냉각수를 공급받아 순환시킨 후 외부로 배출하고, 상기 코일로부터 공급받은 상기 가스를 상기 순환되는 냉각수를 통해 간접적으로 냉각시킨 후 외부로 배출하는 전극 장치를 포함한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전극 장치는 상기 제2 전극단자부에서 외부로 배출된 상기 가스를 다시 상기 제1 전극단자부에 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1 전극단자부는 타단에서 일단 방향으로 제1 냉각수 공급 경로, 그리고 상기 제1 냉각수 공급 경로와 이어지도록 일단에서 타단 방향으로 제1 냉각수 배출 경로를 형성하며, 상기 제2 전극단자부는 타단에서 일단 방향으로 제2 냉각수 공급 경로, 그리고 상기 제2 냉각수 공급 경로와 이어지도록 일단에서 타단 방향으로 제2 냉각수 배출 경로를 형성할 수 있다.

상기 제1 전극단자부와 상기 제2 전극단자부는 각각 타단에서 일단 방향으로 함몰되는 홈, 그리고 양단이 통공되어 상기 홈의 내부에 배치되는 관을 포함하고, 상기 관은 일단이 상기 홈의 단부로부터 길이 방향으로 이격되어 배치되며, 상기 제1 냉각수 공급 경로와 상기 제2 냉각수 배출 경로는 상기 관의 내측 공간을 따라 형성되고, 상기 제1 냉각수 배출 경로와 상기 제2 냉각수 공급 경로는 상기 홈과 상기 관 사이의 공간을 따라 형성될 수 있다.

상기 관은 타단의 외측과 상기 홈의 입구의 내측 사이가 밀폐되도록 타단에 외측 둘레를 따라 형성되는 돌기부를 포함하고, 상기 홈은 상기 홈의 입구의 안쪽에 외부와 통하는 냉각수 홀을 포함할 수 있다.

상기 제1 전극단자부는 상기 제1 냉각수 배출 경로 또는 상기 제1 냉각수 공급 경로와 이웃하여 타단에서 일단 방향으로 가스 공급 경로를 형성하고, 상기 제2 전극단자부는 상기 제2 냉각수 공급 경로 또는 상기 제2 냉각수 배출 경로와 이웃하여 일단에서 타단 방향으로 가스 배출 경로를 형성할 수 있다.

상기 제1 전극단자부와 상기 제2 전극단자부는 각각 타단에서 일단 방향으로 함몰되는 가스 홈을 포함하고, 상기 가스 홈은 단부에 외부와 통하는 가스 홀을 포함하며, 상기 가스 공급 경로와 상기 가스 배출 경로는 상기 가스 홈의 내측 공간을 따라 형성될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전극 장치는 상기 제1 전극단자부의 가스 홈의 입구로부터 상기 코일로 상기 가스가 공급되도록 상기 제1 전극단자부의 일단에 배치되는 제1 연결단자, 그리고 상기 코일로부터 상기 제2 전극단자부의 가스 홈의 입구로 상기 가스를 공급받도록 상기 제2 전극단자부의 일단에 배치되는 제2 연결단자를 더 포함할 수 있다.

상기 가스는 불활성 가스일 수 있다.

상기 코일의 온도 상승을 감지하여 상기 코일의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승할 경우 상기 코일에 상기 가스를 순환시키는 코일 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치는 상기 가스냉각식 코일 장치가 내부에 배치되고, 상기 전극 장치가 외부와 내부를 관통하도록 배치되는 챔버를 더 포함할 수 있다.

상기 전극 장치는 길이 방향의 중심축을 따라 회전 가능하고, 상기 가스냉각식 코일 장치는 상기 중심축을 따라 상기 전극 장치와 함께 회전 가능할 수 있다.

본 발명에 의하면, 코일에 가스 냉각 방식을 적용함으로써, 코일의 온도상승을 충분히 제어하면서도 폭발 위험성과 코일 교체 시의 냉각수 누출 등으로 인한 불편함을 해소하여 안전하고 편리한 작업환경이 조성될 수 있다.

또한, 전기 전도성이 우수한 전도부재가 코일과 이웃하도록 함으로써, 통전전류의 밀도를 보다 높여 가열 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 냉각수가 코일까지 순환하지 않고 전극 장치만을 순환하는 수냉 방식을 적용하고 이러한 냉각수를 통해 간접적으로 냉각된 가스가 코일에 공급되어 순환되도록 경로를 형성함으로써, 전극 장치 자체의 열 손상을 방지할 수 있고, 코일에 저온의 가스를 안정적으로 공급하여 순환시킬 수 있으며, 별도의 가스 순환 장치가 필요 없어 작업환경이 단순화될 수 있다.

또한, 이러한 가스냉각식 코일 장치와 전극 장치를 이용함으로써, 코일의 온도상승을 충분히 제어할 수 있으며, 안전하고 편리한 작업환경이 조성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치의 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치를 정면에서 바라본 개략적인 입체도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치를 배면에서 바라본 개략적인 입체도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치에 포함되는 전극 장치의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치에 포함되는 전극 장치를 측면에서 바라본 개략적인 입체도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치에 포함되는 전극 장치의 일부 구성을 측면에서 바라본 개략적인 입체도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치에서 전극 장치 및 가스냉각식 코일 장치의 회전이 이루어지는 구동예를 나타낸 개략도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치의 평면도이며, 도 3은 도 2의 III-III선을 따라 절개한 단면도이다.

또한 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치를 정면에서 바라본 개략적인 입체도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치를 배면에서 바라본 개략적인 입체도이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)는 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 대상물을 가열하는 장치에 관한 것이다. 특히, 전자기 유도 가열에 의한 금속 용해 시에 적용성이 높은 가스냉각식 코일 장치에 관한 것이다. 이를테면 기존의 수냉 방식 대신 가스 냉각 방식을 채용함으로써, 물과 결합되는 경우 엄청난 폭발의 위험성이 있는 우라늄과 같은 금속에 대해서도 적정한 코일의 온도 제어 하에서 안정적인 용해가 이루어질 수 있도록 하였다. 또한 기존의 수냉식 코일 형상에 통전 전류밀도를 높이기 위하여 고전도의 부재를 코일에 부착하여 통전전류를 감당하게 하였다.

여기서, 대상물이라 함은 가열이나 용해하기 위한 대상, 또는 이미 가열이나 용해된 대상이 되는 물질을 의미할 수 있다. 이를테면 대상물은 용해하기 전 또는 용해하는 중인 금속 물질일 수도 있고, 용해가 이루어진 금속 용탕일 수도 있다.

우선, 본 발명의 주요 구성인 코일(110)에 대하여 살핀다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)는 대상물의 주변을 복수 회만큼 감아 둘러싸고 내부에 중공(111)이 형성되는 코일(110)을 포함한다. 이러한 코일(110)은 온도 제어를 위해 중공(111)에 가스를 순환시킨다. 또한 도 3에 나타난 바와 같이, 코일(110)은 단면이 사각형 튜브 형상일 수 있다.

코일(110)에는 일반적으로 대전류가 통전되고, 특히 진공 작업에서의 코일(110)은 전기적 특성상 저전압(450V 이내) 대전류를 감당하여야 하므로, 코일(110) 자체의 저항 손실 및 기타 용탕에 의한 복사, 열전도 등에 의해 온도가 상승될 수 있다. 따라서 가스를 공급하여 순환시켜 코일(110) 자체의 온도를 조절할 수 있도록 내부에 가스가 순환될 수 있는 중공(111)이 형성된다.

다만 가스가 항상 코일(110) 내부의 중공을 순환하는 것은 아니다. 코일(110)의 온도가 코일(110)의 재질이나 통전전류 밀도 등을 고려하여 설정된 규정 온도 이상으로 상승하게 되는 경우에만 필요에 따라 가스가 코일(110) 내부의 중공을 순환하도록 할 수 있다.

도 1, 도 2, 그리고 도 4를 참고하면, 이러한 코일(110)의 온도를 감지하기 위하여 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)는 코일(110)의 온도 상승을 감지하여 코일(110)의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승할 경우 중공(111)에 가스를 순환시키는 코일 온도 센서(130)를 더 포함할 수 있다.

예시적으로 도 1에 나타난 바와 같이, 대전류 통전 시 코일(110) 자체의 저항 손실에 의한 발열과 대상물(금속 용탕)에 의한 열전도 및 복사열로 인해 상승되는 코일(110)의 온도를 3개소 설치된 코일 온도 센서(130)에서 감지할 수 있다.

또한 도 1을 참고하면, 코일(110)은 중공(111)으로 가스가 유입될 수 있는 가스 유입부(113), 그리고 가스 유입부(113)로 유입된 가스가 중공(111)을 순환한 뒤 배출될 수 있는 배출부(115)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 이러한 가스 유입부(113)에는 후술할 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 장치로부터 공급되는 가스가 유입될 수 있다.

그리고 도 1에 나타난 바와 같이, 가스 유입부(113)는 코일(110)의 일측에 구비되고, 가스 배출부(115)는 코일(110)의 타측에 구비될 수 있다. 가스가 코일(110)의 일측에서 유입된 후 타측에서 배출되는 것이 코일(110) 내부를 가장 골고루 순환하는 경로 중 하나일 수 있다. 다만 반드시 이러한 경로만으로 한정하는 것은 아니다.

이와 같이 코일(110)에 가스 냉각 방식을 적용함으로써, 코일(110)의 온도상승을 충분히 제어하면서도 폭발 위험성과 코일(110) 교체 시의 냉각수 누출 등으로 인한 불편함을 해소하여 안전하고 편리한 작업환경이 조성될 수 있다.

다음으로, 전도부재(120)의 구성에 대해 살핀다.

도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)는 통전전류의 밀도가 높아지도록 코일(110)의 길이 방향을 따라 코일(110)에 이웃하여 배치되는 전도부재(120)를 더 포함할 수 있다.

예시적으로 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 전도부재(120)는 두 개이고, 두 개의 전도부재(120)는 코일(110)의 길이 방향을 따라 코일(110)의 양 측면에 맞닿도록 각각 배치될 수 있다. 또한, 두 개의 전도부재(120)는 단면이 꽉 찬 사각형 형상일 수 있다. 도면을 참고하면, 꽉 찬 사각형 형상의 단면은 폭보다 높이가 매우 큰 직사각형 형상일 수 있다. 예시적으로, 단면에 있어서 폭보다 높이가 큰 경우 단면의 수평방향을 축으로 하는 휨 작용력에 대한 강성이 확보될 수 있으며, 이러한 단면의 전도부재(120)가 사각형 튜브 단면의 코일(110)의 양 측면에 맞닿도록 조합됨으로써 전체적인 구조에 있어서의 종합적인 강성이 확보될 수 있다.

예시적으로, 이러한 전도부재(120)는 고전도성 금속대일 수 있다. 즉 코일(110)의 양 측면에 별도의 전기적 전도성이 우수한 금속대와 같은 전도부재(120)를 부착하여, 코일(110)만이 감당하였던 통전전류를 함께 감당하도록 함으로써, 전체적인 통전전류의 밀도를 높일 수 있다. 이러한 전도부재(120)는 코일(110)과의 접착성이 우수하고 충분한 전류 밀도를 가지는 재질로 하는 것이 바람직하며, 아울러 코일링(coiling, 코일을 나선 형상으로 감는 작업) 작업 시의 가공성을 고려하는 것이 좋다. 참고로, 이러한 고전도성 금속대와 같은 전도부재(120)는 기존의 수냉식 코일과도 충분히 호환이 가능하다.

이와 같이 전기 전도성이 우수한 전도부재(120)가 코일(110)과 이웃하도록 함으로써, 통전전류의 밀도를 보다 높여 가열 효율을 증가시킬 수 있다.

한편, 표 1은 출력에 따른 코일의 온도변화와 가스공급에 따른 온도변화를 시험을 통해 측정한 데이터이다. Cu 15.1kg을 기준으로 시험이 이루어졌으며, 코일의 한계온도는 500℃로 보았다. 이러한 시험 데이터를 통해 본 가스냉각식 코일 장치(100)의 효과를 검증하였다.

표 1을 참고하면, 출력이 50kW까지 상승하였음에도 55분경에 가스공급이 이루어진 후 60분경 코일온도는 상부가 265℃에서 231℃로 저감되었고, 중간부는 256℃에서 292℃로 증가되긴 하였으나 이전에 비해 온도의 상승속도가 감소되었다. 또한 60분경 코일(110)로 공급된 가스온도는 12℃인데 반해 코일(110)로부터 배출되는 가스온도가 34℃로 크게 상승된 것을 참고하면, 가스에 의한 온도저감이 이루어지고 있음을 알 수 있다. 그리고 가스공급이 어느 정도 지속적으로 이루어진 80분경의 상부의 코일온도는 최대였던 272℃에서 211℃까지 하강하였고, 중간부와 하부의 코일온도는 온도의 상승속도가 더욱 감소되어 각각 75분경에 비해 14℃, 23℃만이 상승되었다.

다음으로, 코일(110)과 전도부재(120) 이외의 각 구성들에 대해 살핀다.

도 1, 도 4, 그리고 도 5에 나타난 바와 같이, 전극 연결단자 체결부(140)를 통해 전극 장치, 이를테면 후술할 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)의 연결단자와 연결될 수 있어 유도전력(induction power)을 공급받을 수 있다. 이러한 연결은 볼트에 의한 체결 등으로 이루어질 수 있다.

또한 도 1 내지 도 5를 참고하면, 코일 지지대(170)를 통해 코일(110) 및 전도부재(120)가 지지될 수 있다. 이러한 코일 지지대(170)에는 절연 및 내열 특성이 강한 재질, 그리고 코일을 견고하게 지탱해주기 위해 강도 또한 충분히 검증된 재질이 사용되는 것이 바람직하다.

그리고 도 1, 도 2, 도 4, 그리고 도 5를 참고하면, 코일의 형상을 유지시키며 기타 열적충격에 의한 코일의 변형을 방지하기 위해 코일 지지 볼트(160)가 코일 지지대(170)와 코일(110)을 연결하여 설치될 수 있다. 코일(110)에 대한 코일 지지 볼트(160)의 체결은 용접 작업만으로 이루어질 경우 코일(110)의 온도 상승에 의해 용접부에 다소의 변형이 발생하여 지지가 불안정해질 수 있으므로, 나사 결합 및 용접 작업을 병행하는 것이 바람직하다.

또한 도 1 및 도 2를 참고하면, 대상물이 용해된 금속 용탕을 주조몰드 등에 출탕하기 위해 코일 회전용 축(150)을 통해 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(110)를 회전시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)에 사용되는 가스는 불활성 가스일 수 있다. 불활성 가스는 화학반응성이 매우 낮다. 화학반응은 대부분 에너지를 더 낮춰 안정화되는 방향으로 이루어지는데, 불활성 가스는 이미 전자 배치상 최대로 안정한 상태이기 때문이다. 또한 고온, 고압에서도 안정성이 높다. 따라서 본 발명이 적용되는 고온의 환경과 금속 용탕에의 가스 누출 가능성을 고려하여 본다면 불활성 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 가스냉각식 코일 장치의 목적 중 하나가 코일(110)의 온도를 제어하는 것임을 감안하였을 때, 코일(110)에 공급되는 가스는 가스를 활용할 수 있는 범위 내에서 되도록 저온의 가스인 것이 바람직하다.

한편, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치에 포함되는 전극 장치의 측단면도이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치에 포함되는 전극 장치를 측면에서 바라본 개략적인 입체도이며, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치에 포함되는 전극 장치의 일부 구성을 측면에서 바라본 개략적인 입체도이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)는 기본적으로 코일에 유도전력을 공급하기 위한 장치로서, 코일의 온도상승에 의한 진공 결함을 방지하고, 필요에 따라 코일에 가스를 공급하여 코일온도 상승을 제어할 수 있다. 또한 기존의 수냉식 인덕션 코일에도 별도의 추가 장치 없이 손쉽게 적용할 수 있는 호환성을 갖추고 있다.

도 6 내지 도 8에 나타난 바와 같이, 이러한 전극 장치(200)는 전자기 유도를 통한 가열에 사용되는 코일에 연결되는 전극 장치에 관한 것으로, 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 대상물을 가열하는 코일(110)에 유도전력을 제공하기 위해 일단이 코일과 각각 연결되는 제1 전극단자부(210)와 제2 전극단자부(220)를 포함한다. 여기서, 코일은 기존의 코일 형상과 동일할 수도 있으나, 앞서 살핀 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)의 코일(110)일 수 있다. 이하에서는 코일에 도면 부호 110을 사용하여 설명하기로 한다.

우선 제1 전극단자부(210)의 구성에 관하여 살핀다.

도 6을 참고하면, 제1 전극단자부(210)는 외부로부터 냉각수를 공급받아 순환시킨 후 배출하고, 외부로부터 가스를 공급받아 순환되는 냉각수를 통해 간접적으로 냉각시킨 후 코일(110)에 공급한다.

냉각수는 외부로부터 유입되어 제1 전극단자부(210) 내부만을 순환한 후 코일(110)로는 공급되지 않고 다시 배출된다. 도 6을 참고하면, 제1 전극단자부(210)는 타단(213)에서 일단(211) 방향으로 제1 냉각수 공급 경로(210a), 그리고 제1 냉각수 공급 경로(210a)와 이어지도록 일단(211)에서 타단(213) 방향으로 제1 냉각수 배출 경로(210b)를 형성할 수 있다.

또한 가스는 외부로부터 유입되어 제1 전극단자부(210)의 내부만을 순환하는 냉각수의 경로와 가깝게 이웃하여 이동되면서 간접적으로 냉각된 후에 코일(110)에 공급될 수 있다. 도 6을 참고하면, 제1 전극단자부(210)는 제1 냉각수 배출 경로(210b) 또는 제1 냉각수 공급 경로(210a)와 이웃하여 타단(213)에서 일단(211) 방향으로 가스 공급 경로(210c)를 형성할 수 있다. 코일(110)에 가스를 공급하는 목적이 가스를 통해 코일(110)의 온도 상승을 제어하고자 하는 것이므로 냉각수를 통한 가스의 간접 냉각이 최대한 효율적으로 이루어질 수 있도록 냉각수의 이동 경로와 가스의 이동 경로가 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 제1 전극단자부(210)의 구성에 관하여 살핀다.

제2 전극단자부(220)는 제1 전극단자부(210)로부터 배출된 냉각수를 공급받아 순환시킨 후 외부로 배출하고, 코일(110)로부터 가스를 공급받아 순환되는 냉각수를 통해 간접적으로 냉각시킨 후 외부로 배출한다.

제1 전극단자부(210) 내부만을 순환한 후 코일(110)로는 공급되지 않고 다시 배출된 냉각수는 제2 전극단자부(220)로 다시 공급되어 제2 전극단자부(220)의 내부만을 순환한 후 이번에도 코일(110)로는 공급되지 않고 다시 배출된다. 도 6을 참고하면, 제2 전극단자부(220)는 타단(213)에서 일단(211) 방향으로 제2 냉각수 공급 경로(220a), 그리고 제2 냉각수 공급 경로(220a)와 이어지도록 일단(221)에서 타단(223) 방향으로 제2 냉각수 배출 경로(220b)를 형성할 수 있다.

또한 제1 전극단자부(210)에서 코일(110)로 공급된 가스는 코일(110) 내부를 정해진 경로에 따라 순환한 후 제2 전극단자부(210)에 다시 유입된다. 코일(110)로부터 유입된 가스는 제1 전극단자부(210)의 내부만을 순환하는 냉각수의 경로와 가깝게 이웃하여 이동되면서 간접적으로 냉각된 후에 배출된다. 도 6을 참고하면, 제2 전극단자부(220)는 제2 냉각수 공급 경로(220a) 또는 제2 냉각수 배출 경로(220b)와 이웃하여 일단(221)에서 타단(223) 방향으로 가스 배출 경로(220c)를 형성할 수 있다.

또한 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)는 상기 제2 전극단자부에서 외부로 배출된 상기 가스를 다시 상기 제1 전극단자부에 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉 제2 전극단자부(220)로부터 배출된 가스는 다시 제1 전극단자부(210)에 유입되어 반복적인 순환이 이루어질 수 있다. 가스는 냉각수에 의해 다시 냉각될 수 있으므로 반복적인 사용이 가능할 수 있다. 따라서 제1 전극단자부(210)의 가스 홀(219c)과 제2 전극단자부(220)의 가스 홈(229c)은 가스의 반복적인 순환을 위해 서로 연결될 수 있다.

다음으로, 제1 전극단자부(210)와 제2 전극단자부(220)에 공통적으로 포함되는 구체적인 구성에 대해 살펴, 상술한 냉각수와 가스의 경로를 구성상에 적용하여 설명하여 본다.

우선, 냉각수의 이동 경로와 관련된 구성을 살핀다.

도 6을 참고하면, 제1 전극단자부(210)와 제2 전극단자부(220)는 각각 타단(213, 223)에서 일단(211, 221) 방향으로 함몰되는 홈(215, 225), 그리고 양단(211, 213, 221, 223)이 통공되어 홈(215, 225)의 내부에 배치되는 관(217, 227)을 포함할 수 있다. 또한 관(217, 227)은 일단(217a, 227a)이 홈(215, 225)의 단부(215a, 225a)로부터 길이 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

여기서, 관(217, 227)의 일단(217a, 227a)이 홈(215, 225)의 단부(215a, 225a)로부터 길이 방향으로 이격되어 배치된다는 것은, 예시적으로 제1 전극단자부(220)의 측면에서 보면, 도 6에 나타난 바와 같이, 관(217)의 일단(217a)에 공급되어 제1 냉각수 공급 경로(210a)를 따라 타단(217b)까지 이동된 냉각수가 제1 냉각수 배출 경로(210b)로 이어져 이동될 수 있도록, 관(217)의 일단(217a)이 홈(215)의 단부(215a)로부터 이격되어 그 사이에 공간이 형성되어 있어야 한다는 것을 의미한다.

또한 제2 전극단자부(220)의 측면에서는 관(217, 227)의 일단(217a, 227a)이 홈(215, 225)의 단부(215a, 225a)로부터 길이 방향으로 이격되어 배치된다는 것은 냉각수 홀(225c)로 공급되어 홈(225)과 관(227)과 사이의 제2 냉각수 공급 경로(220a)를 따라 관(227)의 타단(227b)까지 이동된 냉각수가 제2 냉각수 배출 경로(220b)인 관(227)의 내부로 이어져 이동될 수 있도록, 관(227)의 일단(227a)이 홈(225)의 단부(225a)로부터 이격되어 그 사이에 공간이 형성되어 있어야 한다는 것을 의미한다.

즉 이러한 홈(215, 225)과 그 내부의 일정한 위치에 배치되는 관(217, 227)의 구성을 통해, 제1 냉각수 공급 경로(210a)와 제2 냉각수 배출 경로(220b)는 관(217, 227)의 내측 공간을 따라 형성되고, 제1 냉각수 배출 경로(210b)와 제2 냉각수 공급 경로(220a)는 홈(215, 225)과 관(217, 227) 사이의 공간을 따라 형성될 수 있다

그리고 도 6을 참고하면, 관(217, 227)은 타단(217b, 227b)의 외측과 홈(215, 225)의 입구(215b, 225b)의 내측 사이가 밀폐되도록 타단에 외측 둘레를 따라 형성되는 돌기부(217c, 227c)를 포함하고, 홈(215, 225)은 홈(215, 225)의 입구(215b, 225b)의 안쪽에 외부와 통하는 냉각수 홀(215c, 225c)을 포함할 수 있다.

예시적으로, 제1 전극단자부(210)의 관(217)에 형성되는 돌기부(217c)는 냉각수가 관(217)의 일단(217a)을 통해 공급될 때, 홈(215)과 관(217) 사이에는 냉각수가 공급되지 않도록 막아놓기 위해 형성되는 것이다. 또한 제2 전극단자부(220)의 관(227)에 형성되는 돌기부(227c)는 냉각수가 냉각수 홀(225c)을 통해 홈(225)과 관(227) 사이에 냉각수가 공급될 때, 관(227)의 일단(227a)을 통해 관(227)의 내부로 냉각수가 공급되지 않도록 막아놓기 위해 형성되는 것이다.

이와 같이 제1 냉각수 공급 경로(210a)는 관(217)의 내측 공간을 따라 형성되는 반면에, 제2 냉각수 공급 경로(220a)는 홈(225)과 관(227) 사이의 공간을 따라 형성된다. 즉 냉각수가 제1 전극단자부(210)의 관(217)의 일단(217a)으로 공급되어 제1 전극단자부(210)의 내부를 상술한 경로를 따라 순환된 후 냉각수 홀(215c)로 배출되면, 배출된 냉각수는 제2 전극단자부(220)의 관(227)의 일단(227a)로 재공급되는 것이 아니라, 제2 전극단자부(220)의 냉각수 홀(225c)로 재공급되어 제2 전극단자부(220)의 내부를 상술한 경로를 따라 순환된 후, 제2 전극단자부(220)의 관(227)의 일단(227a)로 배출되도록 되어 있다.

이는 제1 전극단자부(210)의 관(217)의 일단(217a)으로 공급되었다가 제2 전극단자부(220)의 관(227)의 일단(227a)으로 배출되도록 함으로써, 냉각수를 공급하는 장치에 대한 연결 관계를 간결하게 할 수 있고, 공급 구멍의 크기와 배출 구멍의 크기를 동일하게 하여 수압 등을 조절하는 데에도 용이할 수 있기 때문이다. 다만 반드시 이러한 경로에 한정되어 냉각수가 순환되어야 하는 것은 아니며, 가장 효율적으로 전극 장치(200)와 가스를 냉각시킬 수 있는 경로가 있다면 유동적으로 변경될 수 있다.

또한, 이러한 관(217, 227)으로는 노즐 형태가 사용될 수 있으며, 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)와 재질과 동일한 재질이 사용될 수 있다. 냉각수의 원활한 공급을 위해서는 관(217, 227)의 직진도가 최대한 양호하도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 가스의 이동 경로와 관련된 구성을 살핀다.

도 6을 참고하면, 제1 전극단자부(210)와 제2 전극단자부(220)는 각각 타단(213, 223)에서 일단(211, 221) 방향으로 함몰되는 가스 홈(219, 229)을 포함하고, 가스 홈(219, 229)은 단부(219a, 229a))에 외부와 통하는 가스 홀(219c, 229c)을 포함하며, 가스 공급 경로(210c)와 가스 배출 경로(220c)는 가스 홈(219, 229)의 내측 공간을 따라 형성될 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 가스 홀(219c)을 통해 가스가 유입된 후 가스 홈(219)의 단부(219a)에서 입구(219b) 방향으로 이동되는 것이 제1 전극단자부(210)의 가스 공급 경로(210c)가 될 수 있다. 또한 가스 홈(229)의 입구(219b)를 통해 코일(110)로부터 가스가 유입된 후 가스 홈(219)의 입구(219b)에서 단부(219a) 방향으로 이동되는 것이 제2 전극단자부(220)의 가스 배출 경로(220c)가 될 수 있다.

이에 따라 도 6을 참고하여 가스의 이동 경로를 간략히 정리하여 보면, 제1 전극단자부(210)의 가스 홀(219c)로 유입되어 가스 공급 경로(210c)를 통해 이동된 가스는 코일(110)에 공급되고, 코일(110)을 순환하고 나온 가스는 가스 배출 경로(220c)를 통해 이동된 후 제2 전극단자부(220)의 가스 홀(229c)을 통해 배출된다. 또한 이렇게 제2 전극단자부(220)의 가스 홀(229c)을 통해 배출된 가스가 다시 제1 전극단자부(210)의 가스 홀(219c)로 유입되도록 함으로써, 동일한 가스를 계속적으로 사용하여 가스의 공급 및 배출 과정을 반복할 수 있다. 다만 반드시 이러한 경로에 한정되어 가스 공급 및 배출되어야 하는 것은 아니다.

또한, 코일(110)로 공급되는 가스의 온도가 최대한 저온이려면, 상술한 바와 같이 새로 공급된 냉각수를 통해 냉각된 가스가 코일에 공급되고, 코일을 순환하고 나온 가스는 한번 순환하고 난 냉각수를 통해 냉각하는 냉각수 및 가스의 순환 관계가 가장 바람직할 수 있다.

다만 이러한 냉각수 및 가스의 순환 관계가 반드시 상술한 바와 같아야 하는 것은 아니다. 이를테면 냉각수의 순환 관계는 그대로 두고 가스의 순환 관계는 역으로 할 수도 있다. 즉 제2 전극단자부(220)가 외부로부터 가스를 공급받아 순환되는 냉각수를 통해 간접적으로 냉각시킨 후 코일(110)에 공급하고, 제1 전극단자부(210)가 코일(110)로부터 가스를 공급받아 순환되는 냉각수를 통해 간접적으로 냉각시킨 후 외부로 배출할 수 있다. 본 발명이 형성하는 기술적 사상의 범위 내에서, 이러한 실시예도 본 발명의 일 실시예로 포함될 수 있다.

이제는, 제1 전극단자부(210)와 제2 전극단자부(220)의 구성의 조합으로 인한 기능, 효과를 살핀다.

대전류 및 코일의 열전도에 의해 온도가 상승되어 전극단자 진공용 오링(261), 전극단자 하우징(270), 리크방지용 오링(263) 등에 열 손상이 발생되거나 진공을 위한 기밀이 훼손될 수 있으므로, 제1 및 제2 전극단자부(210, 220) 자체에만 각각 냉각수가 순환되는 구조이다. 즉 본 발명에 의하면 코일에 냉각수는 공급되지 않는다. 이는 앞서 살핀 바와 같이 우라늄과 같은 특별한 금속의 용탕 시 냉각수와 결합될 경우 폭발이 일어날 위험이 있기 때문에, 전극 장치(200) 내부에서만 냉각수가 순환되도록 구성한 것이다.

또한 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)는 냉각수를 순환시키는 구조를 통해 공급되는 가스를 냉각시키기도 한다. 즉 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)는 냉각 가스를 코일에 공급하고 코일을 순환하고 돌아온 가스를 다시 냉각시켜 재순환시키는 가스 공급용 포트의 역할을 겸하고 있다.

그리고 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)는 기본적으로 유도전력을 코일에 공급하는 역할도 한다.

이러한 기능을 수행하기 위해, 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)에는 고전도성의 구리 재질을 사용하고, 제1 및 제2 전극단자부(210, 220) 내부의 홈(215, 225), 관(217, 227), 가스 홈(219, 229) 등과 같은 유로는 정밀가공으로 처리하는 것이 바람직하다.

이와 같이 냉각수가 코일(110)까지 순환하지 않고 전극 장치(200)만을 순환하는 수냉 방식을 적용하고 이러한 냉각수를 통해 간접적으로 냉각된 가스가 코일(110)에 공급되어 순환되도록 경로를 형성함으로써, 전극 장치(200) 자체의 열 손상을 방지할 수 있고, 코일(110)에 저온의 가스를 안정적으로 공급하여 순환시킬 수 있으며, 별도의 가스 순환 장치가 필요 없어 작업환경이 단순화될 수 있다.

다음으로, 앞서 살핀 구성 이외에 전극 장치(200)에 포함되는 구성에 대해 살핀다.

도 6 내지 도 8을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)는 제1 연결단자(230)와 제2 연결단자(240)를 더 포함할 수 있다.

제1 연결단자(230)는 제1 전극단자부(210)의 가스 홈(219)의 입구(219b)로부터 코일(110)로 가스가 공급되도록 제1 전극단자부(210)의 일단(213)에 배치될 수 있다. 제1 전극단자부(210)의 가스 공급 경로(210c)를 통해 가스 홈(219)의 입구(219b)로 이동되어 온 가스는 제1 연결단자(230)를 거쳐 코일(110)로 공급될 수 있다. 전극 장치(200)의 회전을 고려하여 제1 연결단자(230)와 코일(110)을 플렉서블한 케이블로 연결하여 코일(110)에 가스를 공급할 수 있다.

또한 제2 연결단자(240)는 코일(110)로부터 제2 전극단자부(220)의 가스 홈(229)의 입구(229b)로 가스를 공급받도록 제2 전극단자부(220)의 일단(223)에 배치될 수 있다. 코일(110) 내부의 순환을 마친 가스는 제2 연결단자(240)를 거쳐 제2 전극단자부(220)의 가스 홈(229)의 입구(229b)로 이동되어 가스 배출 경로(220c)를 통해 가스 홀(229c)로 배출될 수 있다. 제2 연결단자(240)와 코일(110)도 플렉서블한 케이블로 연결되어 코일(110)로부터 가스를 공급받을 수 있다.

예시적으로 도 6을 참고하면, 이러한 제1 및 제2 연결단자(230, 240)는 가스가 이동될 수 있는 통로를 가공한 후 코일(110)에 유도전력을 제공하기 위한 전극연결단자와 용접 결합시킨 다음, 유도전력의 출력이 이루어지는 단자부를 가공 처리하여 형성될 수 있다.

도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)는 코일(110)의 온도 상승을 감지하여 코일(110)의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승할 경우 코일(110)에 가스를 순환시키는 코일 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 이러한 코일 온도 센서의 역할은 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)에 포함되는 코일 온도 센서(130)와 동일하다고 볼 수 있다.

그리고 도 6을 참고하면, 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)의 타단(213, 223)에는 출력되는 유도전력(induction power)을 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)로 공급하기 위해 유도전력 출력선 연결단자(250)가 배치될 수 있다. 예시적으로 도 6에서는, 유동 전력 출력선 연결단자(250)가 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)의 타단(213, 223)의 외측 일부를 둘러싸듯이 배치되어 있다. 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200) 전체가 코일과 함께 회전될 수 있으므로, 유도전력 출력선 연결단자(250)는 플렉서블(flexible)한 케이블에 연결되는 것이 바람직하다. 또한 냉각수를 고려하여 유도전력 출력선 연결단자(250)는 전도성이 높은 금속을 사용하는 것이 좋으며, 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)의 타단(213, 223)과의 결합에는 냉각수의 누수 방지를 위해 고무오링과 조합되는 나사식 체결 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 예시적으로 도 6 및 도 7을 참고하면, 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)가 내부에 코일이 설치되는 챔버의 벽을 관통하여 코일에 연결될 때, 제1 및 제2 전극단자부(210, 220) 주변의 기밀성을 유지하여 챔버의 내부의 진공 상태가 유지될 수 있도록 하는 전극단자 하우징(270)이 본 장치(200)에 더 포함될 수 있다. 이러한 전극단자 하우징(270)에는 절연, 내열 및 고진공의 기밀을 유지하기 위한 재질이 사용되어야 하며 가공성이 우수한 것이 유리하다. 또한 리크방지용 오링(263) 등의 설치를 위한 오링홈부의 가공이 정밀해야 본 장치(200)의 회전(전) 시에 진공도의 손상 없이 부드러운 동작이 이루어질 수 있다. 그리고 이러한 전극단자 하우징(270)을 통해 제1 및 제2 전극단자부(210, 220)가 일정한 간격을 유지하며 서로 나란하게 배치될 수 있다.

그리고 도 6을 참고하면, 제1 전극단자부(210)와 전극단자 하우징(270) 사이, 또는 제2 전극단자부(220)와 전극단자 하우징(270) 사이에 설치되는 전극단자 진공용 오링(261)에는 내열 고진공의 기밀을 유지하기 위해 바이톤 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 바이톤 재질은 결합에너지가 큰 불활성 결합구조인 C-F 결합 때문에 내열성, 내화학성, 내가스투과성, 내후성 등이 뛰어나며, 압축영구감소율이 낮고 내노화성도 우수한 편이다.

또한 도 6 및 도 7을 참고하면, 전극단자 하우징(270)의 둘레를 둘러싸 고정하는 전극단자 하우징 홀더(271)가 본 장치(200)에 더 포함될 수 있다. 이러한 전극단자 하우징 홀더(271)는 전극단자 하우징과의 정밀한 공차가 요구되며 특히 내경은 표면연마가공으로 마무리하는 것이 바람직하다. 재질은 SUS(Steel Us Stainless)일 수 있다.

그리고 도 6을 참고하면, 전극단자 하우징 홀더(271)와 맞닿도록 배치되어 전극단자 하우징(270)의 둘레를 둘러싸는 유도전력 공급용 관통형(induction power feed through)(280)은 챔버에 연결되어 있을 수 있으나 본 장치(200)에 더 포함될 수도 있으며, 전극단자 하우징(270)과 마찬가지로 SUS재질로 이루어질 수 있다. 이러한 유도전력 공급용 관통형(280)은 이를테면 진공 챔버에 용접 부착되는 고정 장치로, 유도전력 공급용 관통형(280)의 내면과 전극단자 하우징(270)의 외면을 경계로 본 장치(200)의 회전(전)이 이루어질 수 있다.

이러한 회전 시 리크(누출, leakage)를 방지하여 이를테면 챔버 내부의 진공을 유지하기 위하여, 도 6에 나타난 바와 같이 전극단자 하우징(270)의 외면과 유동 전력 공급용 관통형(280)의 내면 사이에는 리크방지용 오링(263)이 설치될 수 있다. 이러한 리크방지용 오링(263)은 전극단자 하우징(270)의 외면을 둘레를 따라 형성된 복수의 홈을 따라 복수 개만큼 배치될 수 있으며, 내열 고진공의 기밀을 유지하기 위해 전극단자 진공용 오링(261)과 같이 바이톤 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 도 6을 참고하면, 본 장치(200)에는 전극단자 고정용 너트(267), 전극단자 고정용 와샤(265), 전극단자 하우징 고정용 너트(273) 등이 더 포함될 수 있다. 여기서, 전극단자 고정용 너트(267)는 제1 전극단자부(210) 또는 제2 전극단자부(220)를 전극단자 하우징(270)에 고정하기 위한 너트이다. 또한 전극단자 고정용 와샤(265)는 전극단자 고정용 너트(267)에 의해 제1 전극단자부(210) 또는 제2 전극단자부(220)가 고정될 때 전극단자 하우징(4)에 흠집이 발생하는 것을 방지하기 위해 포함될 수 있다. 그리고 전극단자 하우징 고정용 너트(273)는 본 장치(200)가 회전될 때 전극단자 하우징(270)이 전후로(도 6에서 보았을 때 좌우로) 미끄러지는 것을 방지하기 위한 체결 너트이다.

참고로, 전극 장치(200)에 이용되는 가스는 본 가스냉각식 코일 장치(200)에 이용되는 가스와 마찬가지로 불활성 가스일 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이 불활성 가스가 안정적이기 때문이다.

한편, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치의 개략도이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치에서 전극 장치 및 가스냉각식 코일 장치의 회전이 이루어지는 구동예를 나타낸 개략도이다. 또한, 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 중복되는 구성의 상세한 설명은 생략하고, 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)는 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 대상물을 가열하는 복합장치에 관한 것으로, 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100), 그리고 이러한 가스냉각식 코일 장치(100)와 연결되는 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)를 포함한다.

이와 같이 본 유도로 복합장치(1000)에 본 가스냉각식 코일 장치(100)와 전극 장치(200)를 이용함으로써, 코일(110)의 온도상승을 충분히 제어할 수 있으며, 안전하고 편리한 시스템 환경이 조성될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)는 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)가 내부에 배치되고, 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)가 외부와 내부를 관통하도록 배치되는 챔버(300)를 더 포함할 수 있다.

이러한 챔버(300)는 금속 등의 용해에 있어 용탕에 불순물이 포함되는 것을 방지하고 보다 안정적인 용탕이 이루어질 수 있도록 하기 위해 내부가 진공일 수 있다. 예시적으로 도 9 및 도 10을 참고하면, 챔버(300)는 내부에 진공을 조성하기 위한 기밀형 챔버로서 SUS재질로 이루어질 수 있다. 이 경우 요구하는 진공도를 충족하기 위한 고도의 기밀 유지와 압력에 의한 변형으로부터 안전할 수 있는 강도를 고려함이 바람직하다. 또한 챔버(300)는 이중자켓형 진공챔버 구조일 수 있다. 즉 용탕에서 복사되는 열로부터 각종 진공실링부, 기기 등을 보호하기 위해 챔버(300)를 이중자켓 구조로 하고 그 외부에 냉각수를 흐르게 할 수 있다.

그리고 도 9 및 도 10을 참고하면, 본 유도로 복합장치(1000)는 용해로체(400)를 더 포함할 수 있다. 즉 본 가스냉각식 코일 장치(100)는 대상물을 수용하고 있는 용해로체(400)를 둘러싸 용해로체(400) 내부의 대상물을 가열하거나 용해시킬 수 있다.

챔버(300) 내에서 용해된 금속은 일정한 형상의 주형 몰드(900)에 장입을 하게 되는데, 이를 위해 용해로체(400)를 기울여 주형몰드에 용탕을 장입할 수 있다.이러한 용해로체(400)의 회전을 위해 본 가스냉각식 코일 장치(100)에 포함되는 코일 회전용 축(150)을 중심으로 본 가스냉각식 코일 장치(100)와 전극 장치(200)가 용해로체(400)와 함께 회전될 수 있다. 즉 도 10을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)는 길이 방향의 중심축을 따라 회전 가능하고, 본 발명의 한 실시예에 따른 가스냉각식 코일 장치(100)는 이러한 중심축을 따라 본 발명의 한 실시예에 따른 유도로 복합장치(1000)에 포함되는 전극 장치(200)와 함께 회전 가능할 수 있다.

도 9를 참고하면, 용해로체(400)는 용해용 도가니(410), 고온 단열화이버(420), 세라믹 외도가니(430) 등을 통해 여러 겹으로 구성될 수 있다. 가장 내측에 배치되는 용해용 도가니(410)는 용해하고자 하는 대상물(금속)의 특성에 맞는 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 특별히 열 충격에 강한 구조와 재질, 형상이 요구된다. 또한 용해용 도가니(410)의 외측에 배치되는 고온 단열화이버(420)는 대상물의 용탕 온도에 의한 열전도가 본 가스냉각식 코일 장치(100)에 최소한의 영향만을 미치도록 하기 위해 구비될 수 있다. 그리고 고온 단열 화이버(420)의 외측으로 배치되는 세라믹 외도가니(430) 또한 대상물의 용탕 온도에 의한 열전도가 본 가스냉각식 코일 장치(100)에 최소한의 영향만을 미치도록 하기 위해 구비될 수 있으며, 특히 용해로체(400)와 같은 도가니의 결함에 의한 대상물의 용탕 누출과 그로 인한 본 가스냉각식 코일 장치(100)의 손상을 방지하고자 하는 목적이 있다.

또한 도 9를 참고하면, 본 유도로 복합장치(1000)는 온도 검출용 포트(600)를 더 포함할 수 있으며, 도면에 나타난 바와 같이 챔버(300)의 정면(또는 측면)에 구비될 수 있다. 이러한 온도 검출용 포트(600)는 코일(110), 용탕, 가스 등의 온도를 검출하여 외부로 전송하기 위한 포트이며 필요에 따라 복수 개가 사용될 수 있다.

그리고 도 9 및 도 10을 참고하면, 본 유도로 복합장치(1000)는 용해로체(400)(도가니) 또는 기타 결함에 의해 용탕이 누출되는 경우 용탕에 의한 챔버(300)의 손상을 방지하기 위해 용해로체(400) 하측에 누출되는 용탕을 받을 수 있도록 설치되는 누탕용 안전래들(500)을 더 포함할 수 있다.

그리고 도 9 및 도 10을 참고하면, 본 유도로 복합장치(1000)는 장치고정용 이동식 받침대(800)를 더 포함할 수 있으며, 도면에 나타난 바와 같이 챔버(300)의 하측에 배치될 수 있다. 즉 이러한 장치고정용 이동식 받침대(800)는 챔버(300)를 고정하기 위한 받침대이며 운반 및 이동의 편리를 위한 구조물이다.

그리고 도 10을 참고하면, 본 유도로 복합장치(1000)는 챔버(300) 내부의 용해로체(400)의 인근에 주형 몰드(900)를 더 포함할 수 있다. 주형 몰드(900)는 챔버(300) 내에서 용해한 금속을 일정한 형상으로 만들기 위한 주조금형틀로서, 금속이나 세라믹 재질로 제작될 수 있으며 응고된 금속을 손쉽게 제거하기 위해 일반적으로 분할형으로 제작한다. 도 10에 개략적으로 나타난 바와 같이, 본 유도로 복합장치(1000)에서는 본 가스냉각식 코일 장치(100), 전극 장치(200)와 함께 용해로체(400)가 회전하여 기울어지면서 용해로체(400) 내부에 있는 용탕을 주형 몰드(900)에 옮길 수 있다.

그리고 도 9 및 도 10을 참고하면, 본 유도로 복합장치(1000)는 챔버(300) 상에 투시창(700)을 더 포함할 수 있다. 투시창(700)은 챔버(300)의 내부의 상황을 관찰할 수 있는 창으로서 육안 관찰, 방사온도계 장착, 폐쇄형 카메라 장착, 전등 장착 등을 하기 위한 용도가 될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100. 가스냉각식 코일 장치
110. 코일 111. 중공
113. 가스 유입부 115. 가스 배출부
120. 전도부재 130. 코일 온도 센서
200. 전극 장치
210. 제1 전극단자부 210a. 제1 냉각수 공급 경로
210b. 제1 냉각수 배출 경로 210c. 가스 공급 경로
220. 제2 전극단자부 220a. 제2 냉각수 공급 경로
220b. 제2 냉각수 배출 경로 220c. 가스 배출 경로
211, 221. 일단 213, 223. 타단
215, 225. 홈 215a, 225a. 단부
215b, 225b. 입구 215c, 225c. 냉각수 홀
217, 227. 관 217a, 227a. 일단
217b, 227b. 타단 217c, 227c. 돌기부
219, 229. 가스 홈 219a, 229a. 단부
219b, 229b. 입구 219c, 229c. 가스 홀
230. 제1 연결단자 240. 제2 연결단자
250. 유도전력 출력선 연결단자 261. 전극단자 진공용 오링
263. 리크방지용 오링 265. 전극단자 고정용 와샤
267. 전극단자 고정용 너트 270. 전극단자 하우징
271. 전극단자 하우징 홀더 273. 전극단자 하우징 고정용 너트
280. 유도전력 공급용 관통형
300. 챔버 400. 용해로체
410. 용해용 도가니 420. 고온 단열화이버
430. 세라믹 외도가니 500. 누탕용 안전래들
600. 온도 검출용 포트 700. 투시창
800. 장치고정용 이동식 받침대 900. 주형 몰드
1000. 유도로 복합장치

Claims (21)

1. 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 대상물을 가열하는 유도로 복합장치로서,
   상기 대상물의 주변을 복수 회만큼 감아 둘러싸고 내부에 중공이 형성되는 코일을 포함하는 가스냉각식 코일 장치, 그리고,
   상기 전자기 유도에 의한 저항의 발열을 통해 상기 대상물을 가열하는 상기 코일에 유도전력을 제공하기 위해 상기 코일과 각각 연결되는 제1 전극단자부와 제2 전극단자부를 포함하는 전극 장치를 포함하고,
   상기 제1 전극단자부는 외부로부터 냉각수를 공급받아 순환시킨 후 배출하고, 외부로부터 공급받은 가스를 상기 순환되는 냉각수를 통해 간접적으로 냉각시킨 후 상기 코일에 공급하고,
   상기 제2 전극단자부는 상기 제1 전극단자부로부터 배출된 냉각수를 공급받아 순환시킨 후 외부로 배출하고, 상기 코일로부터 공급받은 상기 가스를 상기 순환되는 냉각수를 통해 간접적으로 냉각시킨 후 외부로 배출하며,
   상기 코일은 온도 제어를 위해 상기 중공에 가스를 순환시키는 유도로 복합장치.
2. 제1항에서,
   상기 가스냉각식 코일 장치는
   통전전류의 밀도가 높아지도록 상기 코일의 길이 방향을 따라 상기 코일에 이웃하여 배치되는 전도부재를 더 포함하는 유도로 복합장치.
3. 제2항에서,
   상기 전도부재는 고전도성 금속대인 유도로 복합장치.
4. 제2항에서,
   상기 전도부재는 두 개이고,
   상기 두 개의 전도부재는 상기 코일의 길이 방향을 따라 상기 코일의 양 측면에 맞닿도록 각각 배치되는 유도로 복합장치.
5. 제4항에서,
   상기 코일은 단면이 사각형 튜브 형상이고,
   상기 두 개의 전도부재는 단면이 사각형 형상인 유도로 복합장치.
6. 제1항에서,
   상기 코일은
   상기 중공으로 상기 가스가 유입될 수 있는 가스 유입부, 그리고
   상기 가스 유입부로 유입된 상기 가스가 상기 중공을 순환한 뒤 배출될 수 있는 가스 배출부
   를 포함하는 유도로 복합장치.
7. 제6항에서,
   상기 가스 유입부는 상기 코일의 일측에 구비되고,
   상기 가스 배출부는 상기 코일의 타측에 구비되는 유도로 복합장치.
8. 제1항에서,
   상기 가스는 불활성 가스인 유도로 복합장치.
9. 제1항에서,
   상기 가스냉각식 코일 장치는
   상기 코일의 온도 상승을 감지하여 상기 코일의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승할 경우 상기 중공에 상기 가스를 순환시키는 코일 온도 센서를 더 포함하는 유도로 복합장치.
10. 삭제
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
    상기 제2 전극단자부에서 외부로 배출된 상기 가스를 다시 상기 제1 전극단자부에 공급하는 것을 특징으로 하는 유도로 복합장치.
12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 전극단자부는 타단에서 일단 방향으로 제1 냉각수 공급 경로, 그리고 상기 제1 냉각수 공급 경로와 이어지도록 일단에서 타단 방향으로 제1 냉각수 배출 경로를 형성하며,
    상기 제2 전극단자부는 타단에서 일단 방향으로 제2 냉각수 공급 경로, 그리고 상기 제2 냉각수 공급 경로와 이어지도록 일단에서 타단 방향으로 제2 냉각수 배출 경로를 형성하는 유도로 복합장치.
13. 제12항에서,
    상기 제1 전극단자부와 상기 제2 전극단자부는 각각 타단에서 일단 방향으로 함몰되는 홈, 그리고 양단이 통공되어 상기 홈의 내부에 배치되는 관을 포함하고,
    상기 관은 일단이 상기 홈의 단부로부터 길이 방향으로 이격되어 배치되며,
    상기 제1 냉각수 공급 경로와 상기 제2 냉각수 배출 경로는 상기 관의 내측 공간을 따라 형성되고,
    상기 제1 냉각수 배출 경로와 상기 제2 냉각수 공급 경로는 상기 홈과 상기 관 사이의 공간을 따라 형성되는 유도로 복합장치.
14. 제13항에서,
    상기 관은 타단의 외측과 상기 홈의 입구의 내측 사이가 밀폐되도록 타단에 외측 둘레를 따라 형성되는 돌기부를 포함하고,
    상기 홈은 상기 홈의 입구의 안쪽에 외부와 통하는 냉각수 홀을 포함하는 유도로 복합장치.
15. 제12항에서,
    상기 제1 전극단자부는 상기 제1 냉각수 배출 경로 또는 상기 제1 냉각수 공급 경로와 이웃하여 타단에서 일단 방향으로 가스 공급 경로를 형성하고,
    상기 제2 전극단자부는 상기 제2 냉각수 공급 경로 또는 상기 제2 냉각수 배출 경로와 이웃하여 일단에서 타단 방향으로 가스 배출 경로를 형성하는 유도로 복합장치.
16. 제15항에서,
    상기 제1 전극단자부와 상기 제2 전극단자부는 각각 타단에서 일단 방향으로 함몰되는 가스 홈을 포함하고,
    상기 가스 홈은 단부에 외부와 통하는 가스 홀을 포함하며,
    상기 가스 공급 경로와 상기 가스 배출 경로는 상기 가스 홈의 내측 공간을 따라 형성되는 유도로 복합장치.
17. 제16항에서,
    상기 제1 전극단자부의 가스 홈의 입구로부터 상기 코일로 상기 가스가 공급되도록 상기 제1 전극단자부의 일단에 배치되는 제1 연결단자, 그리고
    상기 코일로부터 상기 제2 전극단자부의 가스 홈의 입구로 상기 가스를 공급받도록 상기 제2 전극단자부의 일단에 배치되는 제2 연결단자
    를 더 포함하는 유도로 복합장치.
18. 삭제
19. 삭제
20. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
    상기 가스냉각식 코일 장치가 내부에 배치되고, 상기 전극 장치가 외부와 내부를 관통하도록 배치되는 챔버를 더 포함하는 유도로 복합장치.
21. 제20항에서,
    상기 전극 장치는 길이 방향의 중심축을 따라 회전 가능하고,
    상기 가스냉각식 코일 장치는 상기 중심축을 따라 상기 전극 장치와 함께 회전 가능한 유도로 복합장치.

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