KR102165520B1

KR102165520B1 - 배기 구조를 구비한 전기로

Info

Publication number: KR102165520B1
Application number: KR1020200062440A
Authority: KR
Inventors: 박상현; 김철기
Original assignee: (주)한양사이언스랩
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2020-10-14

Abstract

전원이 공급됨에 따라서 발열하는 가열 수단(153)이 내부를 향해서 노출되게 구비되는 차폐벽(141)으로 둘러싸인 챔버(140)와, 챔버를 둘러싸는 하우징(110)과, 상기 하우징에 부착되어 상기 챔버(140)의 일측면을 개방 및 폐쇄하는 도어(120)를 포함하는 전기로로서, 상기 하우징(110) 외부와 상기 챔버 내부를 연통시키는 유입 배관(10)과, 일측 단부 a가 상기 하우징(110)의 상부면(112)을 향해서 연장되고 타측 단부가 하우징(110) 내부에 위치되는 제1주배관부(21) 및 이 제1주배관부(21)의 타측 단부로부터 챔버 내부를 향해서 연장하여 챔부 내부와 연통하는 제2주배관부(22)를 포함함으로써, 상기 하우징(110) 외부와 상기 챔버(140) 내부를 연통시키는 주배관(20)과, 일측 단부 b가 상기 하우징(110)의 상부면(112)을 향해 연장되어 연통되고 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)를 동축으로 둘러싸는 제1부배관부(31) 및 이 제1부배관부(31)의 타측 단부로부터 하우징(110) 내에서 하우징(110)의 하부면을 향해서 연장하는 제2부배관부(32)를 포함하는 부배관(30)과, 상기 하우징(110)에 형성된 개구(113)와 부배관(30)의 제2부배관부(32)를 연통시키는 외기 순환 배관(40)을 포함하며; 상기 제2부배관부(32) 상에는, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)와 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31) 사이의 공간에 외기를 강제 유입시키고 이 외기의 유입 외기 속도를 조절하기 위한 상기 외기 조절 수단(50)이 구비된다.

Description

배기 구조를 구비한 전기로{Electric furnace equipped with gas exhausting structures}

본 발명은, 가열되는 피처리물을 위치시키는 챔버가 개폐 가능하게 밀폐되는 전기로에 관한 것으로, 특히, 챔버 내의 발생 가스(불순물 가스)를 조정 가능하게 배기시키는 배기 구조를 구비한 전기로에 관한 것이다. 또한, 본 발명에 따른 전기로는, 통상 상품명 "머플로(Muffle furnace)"로도 당업자에게 공지되고 있다.

일반적으로, 전기로는, 내연성 테스트, 소재 성분 분석, 물질의 용해 온도 측정, 금세공 등의 목적을 위해서, 물체를 밀폐해서 가열하는 전기로서, 가열되는 피처리물이 위치되는 챔버가 하우징 내에 위치되고, 개폐 가능한 도어를 이용해서 개방 및 폐쇄되는 전기로를 가리킨다.

도 1은 이러한 통상적인 전기로(100)를 도시하는 개략적인 도면으로써, 챔버를 내부에 구비하는 하우징(110), 챔버를 개방 및 폐쇄하는 도어(120) 및, 전기로의 동작을 제어하는 제어판(130)이 구비되는 통상, 육면체 형상의 통상적인 전기로가 도시된다. 참조부호 111은, 챔버 내부의 발생 가스를 배기하는, 하우징 상부면에 구비되는 배기구를 나타내고, 이 배기구는, 필요에 따라서, 도시 생략된 덮개에 의해서 개방 및 폐쇄된다.

또한, 도 2에는, 상기 전기로 하우징(110), 도어(120), 하우징 내부에 위치되고 도어에 의해 밀폐되는 챔버(140)가 도시된다. 또한, 상기 하우징 상부면에 형성된 배기구(111)와 챔버(140) 내부를 연통시키는 배기로 또는 배출 배관(151)과, 챔버 내부와 하우징 측면 사이를 연통시켜서 챔버 내부를 하우징 외부와 연통시키는 흡입 배관(152)이 구비된다. 참조부호 153은 전원 공급에 따라서 챔버 내부를 가열하는 코일(가열 수단)이고, 141은, 통상 세라믹 등의 단열재로 전체적으로 만들어지거나 또는 부분적으로 단열재 층을 포함하는 챔버의 외벽(또는, 차폐벽)을 나타내며, 참조부호 155는, 챔버 내의 상태(통상, 온도)를 검출하는 센서를 나타낸다.

이러한 전기로(100)의 동작을 살펴보면, 챔버 내에 피처리물를 수납한 후, 도어로 닫아 챔버(140)를 밀폐한 상태에서, 제어판(130)에 의한 조작을 통해서 상기 코일(153)이 발열되게 하게, 그 발열에 따라서 피처리물을 가열해서 연소 또는 용융시킨다. 이때, 전기로는, 피처리물에 따라서 통상 1000℃ 이상에서 가열된다

한편, 용융 후, 챔버의 냉각을 위한 소정 시간 경과 후, 상기 도어를 열고, 용융 물을 확인하게 되는데, 상기 챔버가 충분히 냉각되지 않은 상태에서 도어를 개방하게 되면, 열 충격에 의해서 챔버 또는 도어 구조 등이 손상되는 문제점이 발생한다.

또한, 챔버 내의 피처리물의 연소 또는 용융에 따라서, 피처리물에 기인하는 가스가 발생하고, 이러한 발생 가스는 챔버 내부에 융착되어 챔부 내부를 오염시키는 문제점이 발생한다. 특히, 상기 코일(153: 가열 수단)이 챔버 내부에 노출되는(즉, 코일이 차폐벽에 상에 지지되는) 통상적인 타입의 전기로에 있어서는, 상기 코일이 손상된다. 한편, 이러한 코일은 고가의 부품으로, 챔버의 외벽(또는 차폐벽) 내부의 다수면, 통상 상부면 및 측면 2개소의 3면에 장착 홈을 설치하고 이 장착 홈에 부착되는데, 통상 단일 모듈로 제작됨에 따라서, 일부분만 손상되더라도 코일 모듈 전체를 교체해야 함에 따라서, 유지 보수 비용이 증대하는 문제점이 있다.

이에 따라서, 통상의 전기로(100)에는, 상기 발생 가스 배출 및 챔버 온도 강하 목적으로 배기 구조를 구비하게 된다. 이러한 배기 구조는 도 1 및 2에 도시된, 흡입구, 배기구, 흡입 배관 및 배기 배관으로 구성되며, 외기를 챔버 내부에 유입시킨 후 배출시키는데, 외기는, 도 2에 도시된 화살표 방향을 따라서 진행하면서, 챔버 내부의 발생 열 및 발생 가스를 외부로 배기하게 된다.

더욱이, 상기 발생 열 및 발생 가스의 신속한 강하(또는 냉각) 및 배출을 위해서, 휀(fan), 펌프, 배관 등을 이용한 강제 배기 시스템 및 냉각 수 순환 시스템을 추가적으로 구비하고, 이들 추가적인 시스템들을, 필요에 따라서, 상기 제어판(130)으로 제어하는 방안도 사용되고 있지만, 이 경우, 필연적으로 추가적인 시스템 구축에 따른 비용 상승 및 전기로(100) 체적 증가 등을 발생시키는 문제점이 있다.

더욱이, 상기된 종래의 배기 구조를 구비한 전기로에 있어서는, 챔버 내 공간에 걸친 열 균일성(uniformity)에 대한 고려가 없음에 따라, 챔버 내의 위치, 예를 들어 중앙부, 배구구쪽, 흡입구쪽 간의 온도 차가 발생되어, 테스트 신뢰성 또는 용융 생성물의 품질의 편차가 발생하는 문제점이 있다.

이에 본 발명을 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 챔버 내부의 열 및 발생 가스를 외부로 배기하는 개선된 배기 구조를 구비한 전기로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 저렴함 비용으로, 챔버 내 열 균일성(uniformity)을 고려해서, 상기 발생 열 및 발생 가스의 배기 속도를 조절할 수 있는 배기 구조를 구비한 전기로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일실시예에 있어서는, 가열 수단이 구비된 챔버와, 상기 챔버(140)를 둘러싸는 하우징과, 상기 하우징(110) 외부와 상기 챔버 내부를 연통시키는 유입 배관(10)과, 상기 챔버 내부와 하우징 외부를 연통시키는 주배관(30)과, 상기 하우징에 연통되고 상기 주배관을 동축으로 둘러싸는 제1부배관부 및 이 제1부배관부(31)가 연장되는 제2부배관부(32)를 포함하는 부배관(30)과, 상기 하우징에 형성된 개구(113)와 부배관(30)을 연통시키는 외기 순환 배관(40)을 더 포함하는, 전기로가 제공된다.

이러한 실시예에 따르면, 상기 챔버 내부의 발생 가스가 상기 주배관을 통해서 외부로 배기되는 한편, 주배관, 특히 제1주배관부 내를 이동하는 배기 가스는 제1주배관부(21)을 둘러싸는 제1부배관부(31) 내의 외기에 의해서 냉각되므로, 챔버의 냉각 성능이 향상된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 부배관(30)은 하우징까지 연장되고, 상기 주배관(20)의 하우징쪽 단부 a는 하우징 내에 위치되며, 상기 부배관(30)의 제2부배관부(32) 상에는, 상기 주배관(20)과 상기 제1부배관부(31) 사이의 공간에 외기를 강제 유입시키고 이 외기의 유입 외기 속도를 조절하기 위한 외기 조절 수단(50)이 구비되는, 전기로가 제공된다.

이러한 실시예에 따르면, 상기 외기 조절 수단에 의해서 상기 부배관에 외기를 강제 유입시킬 수 있고, 유입 속도를 조절할 수 있게 됨에 따라서, 부배관을 진행하는 외기의 속도를 조정함으로써, 상기 주배관을 통해 배기되는 발생 열 및 발생 가스의 배기 속도를 증가시킬 수 있게 된다. - 베르누이(Bernoulli) 효과 -

상기 실시예에 따른 전기로에 의하면,

챔버 내부의 열 및 발생 가스를 외부로 배기하는 개선된 배기 구조를 구비한 전기로를 제공하고, 또한, 저렴함 비용으로, 챔버 내 열 균일성(uniformity)을 고려해서, 상기 발생 열 및 발생 가스의 배기 속도를 조절할 수 있는 배기 구조를 구비한 전기로를 제공하는 효과를 나타낸다.

도 1은 통상적인 전기로를 도시하는 개략적인 도면,
도 2는 도 1에 도시된 전기로의 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기로의 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기로의 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는, 본 발명에 따른 전기로를 제어하는 일례의 방법을 도시하는 흐름도이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전기로의 단면 구조를 개략적으로 도시한 일실시예에 따른 도면으로, 코일(153:가열 수단)이 구비된 챔버(140)와, 상기 챔버를 둘러싸는 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 외부와 상기 챔버 내부를 연통시키는 유입 배관(10)과, 상기 챔버 내부와 하우징 외부를 연통시키는 주배관(20)과, 상기 하우징(110)의 상부면(112)을 향해 연장되어 연통되고 상기 주배관(20)을 동축으로 둘러싸는 제1부배관부(31) 및 이 제1부배관부가 연장되는 제2부배관부(32)를 포함하는 부배관(30)과, 상기 하우징(110)에 형성된 개구(113)와 부배관(30)을 연통시키는 외기 순환 배관(40)을 포함하는 전기로가 도시된다. 한편, 필요에 따라서, 상기 유입 배관(10) 및 유입구 및 주배관(20)의 배출구에는 개방 및 폐쇄를 위한 덮개가 구비된다.

또한, 참조부호 155는 챔버 내의 온도를 나타내는 센서이고, 156은 배출구를 통해 배기되는 발생 가스의 온도 및 배기 속도를 검출하는 센서이다. 이들 센서는 필요에 따라서 다수개 설치될 수 있으며, 상기 챔버 내에 설치되는 센서(155)는 챔버 내 온도 균일성을 측정을 위해서, 챔버 내 다수의 위치 사이의 온도차를 검출하기 위해서, 바람직하게는, 내측면 전체에 걸쳐서 필요 부위에 다수 개 설치된다.

여기서, 상기 주배관(20)은 일정한 내경을 갖는 배관으로 형성될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 주배관(20)은 일측 단부 a가 상기 하우징(110)의 상부면(112)을 향해서 연장되고 타측 단부가 하우징(110) 내부에 위치되는 제1주배관부(21) 및 이 제1주배관부(21)의 타측 단부로부터 챔버 내부를 향해서 연장하여 챔부 내부와 연통하는 제2주배관부(22)를 포함하며, 바람직하게는, 제1주배관부(21)의 내경 d21이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성된다(d21<d22).

제1주배관부와 제2주배관부의 내경이 d21<d22의 관계로 형성되면, 챔버 내부로부터의 발생 가스가 제1주배관부(21)에서 느린 속도로 이동하고 제2주배관부(22)에서 제1주배관부에서보다 빠른 속도로 이동할 수 있게 되므로, 2단계 속도 변화에 따라서 챔부 내부의 급속한 열 변화를 방지하는 댐핑 ( Dampig ) 효과가 나타나게 되고, 이에 따라서 챔버 내 공간에 걸친 열 균일성(uniformity)을 유지할 수 있게 되는 효과를 나타낸다. 주배관(20)에서의 이러한 2단계 속도 변화는, 이하에 설명되는 외기 조절 수단(40)이 구비될 경우, 더 현저하게 된다.

또한, 상기 부배관(30)은 통상적으로 일정한 내경을 갖는 배관으로 형성되며, 필요에 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1부배관부(31)의 내경 d31이 제2부배관부(32)의 내경 d32보다 작게 형성될 수 있다(d31<d32).

또한, 도 3에 있어서, 상기 유입 배관(10)은, 주배관(20)의 상기 제1주배관부(21)와 동일한 내경 d1을 갖는 것으로 도시되지만, 바람직하게는, 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성될 수 있다(d11<d22).

또한, 도 3에 있어서, 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31) 하우징쪽 단부 a 및 주배관(20)의 제1주배관(21)의 하우징쪽 단부 b는 단부 a가 단부 b보다 낮게 형성되어 있지만, 필요에 따라서 높게 형성될 수도 있고, 또한, 필요에 따라서, 단부 a 및 단부 b는 동일한 높이로 형성될 수 있다. 또한, 단부 a 및 단부 b를 하우징(110) 밖으로 돌출시킬 수 있다.

또한, 상기 제1주배관부(21)를 동축으로 둘러싸는 제1부배관부(31)에 따라서, 열 확산이 제1주배관부(21) 주위에도 대칭적으로 이루어지게 된다.

한편, 코일(153)은 차폐벽 상에 지지되어, 챔버 내로 노출된다. 외부로 노출된다. 본 실시예에 따른 전기로에 있어서는, 코일(가열 수단)은 차폐벽에 형성된 장착 홈 내에 설치됨에 따라, 차례벽 상에서 챔버 내부를 향해서 노출되어 있다.

또한, 상기 순환 배관(40)은 전기로의 하우징(110)과 상기 챔버(140)의 차폐벽(141) 사이의 공간을 의미하며, 필요에 따라서, 상기 개구(113)와 제2부배관부(132)를 연통시키는 배관으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 개구(113)는 하우징 상에 다수 개 형성될 수 있다.

또한, 상기 주배관 및 부배관은 열차폐 소재를 이용해서 제작하는 것이 바람직하며, 외표면 또는 내표면에 차폐층 또는 차폐부를 포함하는 형태로 제작될 수도 있다. 더욱이, 상기 주배관(20) 및 부배관(30)은 표면적이 확장된 요철관 형태로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 주배관(20)의 제1배관부(21) 및/또는 부배관(30)의 제1배관부(21)이 요철관으로 형성될 수 있다. 이러한 요철관 구조에 의하면, 설치 부위에서의 열 확산 효과가 향상된다.

따라서, 상기 도 3의 실시예에 따른 전기로 동작시, 외기는 유입 배관(10)을 통해서 챔버(140) 내부로 유입되고, 챔버 내부로부터의 발생 가스와 함께 주배관(20)을 통해서 하우징(110) 외부로 배기되고, 이와 함께, 개구(113)를 통해서 유입되는 외기는 부배관(30)을 통해서 이동하면서, 부배관(30)의 제1부배관부(31)에서 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)를 따라서 진행하게 되며, 이때, 제1주배관부(31) 내부의 배출 가스를 냉각하게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기로의 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, 상기 부배관부(30) 상에, 특히 제1부배관부(31) 상에 구비되어 상기 주배관(20)과 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31) 사이의 공간에 외기를 강제 유입시키고 이 외기의 유입 외기 속도를 조절하기 위한 휀 및 모터 등으로 이루어지는 구성되는 외기 조절 수단(50)이 도시된다.

또한, 도 4에 있어서, 상기 부배관(30)은 하우징 상부면(112)까지 연장되어, 단부 b가 화우징 상부면(112)과 접하게 된다. 또한, 상기 주배관(20)의 하우징쪽 단부 a는 하우징 내에 위치된다. 즉, 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 단부 b는 하우징(110)의 상부면(112)과 접하고, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 단부 a는 상부면(1120)과 이격해서 하우징(110) 내에 위치된다. 이에 따라서, 하우징(110) 바닥면(114)으로부터 제1부배관부(31)의 단부 b까지의 거리(Db)가 바닥면(114)로부터 제2주배관부(21)의 단부 a까지의 거리(Da)가 크다(Db>Da). 또한, 부배관(30)은 일정한 내경을 갖는 배관으로 형성되는 것으로 도시지만, 도 3에서와 같이, 제1부배관부(31)의 내경 d31이 제2부배관부(32)의 내경 d32보다 작게 형성될 수 있다(d1<d22).

따라서, 도 4의 실시예에 따른 전기로 동작시, 외기는 유입 배관(10)을 통해서 챔버(140) 내부로 유입되고, 챔버 내부에서 발생되는 가스와 함께 주배관(20)을 통해서 하우징(110) 외부로 배기되며, 이와 함께, 개구(113)를 통해서 유입되는 외기는 부배관(30)을 통해서 이동하면서, 부배관(30)의 제1부배관부(31)에서 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)를 따라서 이동하면서, 제1주배관부(31) 및 제1주배관부 내부의 배출 가스를 냉각하게 된다. 이러한 과정에 있어서, 상기 외기 조절 수단(50)이 일방향으로 동작하면, 즉 외기 조절 수단의 휀이(도면 내부를 향하는 방향) 회전하게 되면, 이때, 상기 개구(113)를 통해서 유입되는 외기는, 상기 주배관(20)을 통해서 이동하는 가스보다 빠른 속도로 부배관(30) 내로 유입되고, 상기 단부 a 및 b 사이의 지점에서, 부배관의 제1부배관부(31)를 이동하는 고온 가스의 배기 속도를, 베르누이(Bernoulli) 효과에 따라서, 증가시키게 된다.

한편, 도 3 내지 5를 참조로, 본 발명의 일실시예에 따른 전기로를 제어하는 동작을 설명한다.

제어의 설명에 사용되는 일실시예에 따른 전기로는, 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 내경 d21이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성되고(d21<d22), 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 내경 d31이 제2부배관부(32)의 내경 d32보다 작게 형성되며(d31<d32), 유입 배관(10)의 내경 d11이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성되며(d11<d22), 부배관(30)의 내경은 주배관(20)의 내경보다 작게 구성된다(d21<d22<d31<d32). 또한, 하우징(110) 바닥면(114)으로부터 제1부배관부(31)의 단부 b까지의 거리(Db)가 바닥면(114)로부터 제2주배관부(21)의 단부 a까지의 거리(Da)가 크다(Db>Da). 즉, 각 배관의 내경들 간의 관계가 d11<d21<d22<d31< d32 이고, Db>Da인 전기로가 사용된다.

또한, 전기로의 제어는, 상기 제어판 또는 제어부(130; 인터페이스, 장치 동작 제어를 위한 명령이 저장되는 메모리 및 메모리 내의 명령을 실행해서 액추에이터를 동작시키는 프로세서로 이루어지는 제어부)와, 센서(155, 156) 및 외기 조절 수단(50)의 연동을 통해서 이루어진다.

먼저, 전기로의 가열 동작 정지 후, 일례의 냉각 절차의 동작을 설명한다.

조작자는 코일(153)의 동작을 정지시킨다. 이때, 전기로는 고온 상태에 있게 된다. 이때, 상기 챔버 내의 센서(155)는 챔버 내부의 온도를 검출할 수 있다(S11 - 챔버 내부 상태 검출 단계).

이러한 센서의 검출 동작에 따라서, 상기 제어부(130)는 상기 챔버 내부의 상태를, 소정의 임계치에 따라서, 예를 들어 i) 저온 상태 및 ii) 고온 상태로 구분하여 판단하고, ii) 고온 상태일 때, 외기 조절 수단(50)을 동작시킨다. 한편, i) 저온 상태는, 예를 들어, 500℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 상태이고, ii) 고온 상태는, 예를 들어, 1000℃ 이상의 온도 상태를 규정한다. 그런데, 이러한 범위 및 임계치는 필요에 따라서 변경할 수 있다.

여기서, 외기는 유입 배관(10)을 통해서 챔버(140) 내부로 유입되고, 챔버 내부로부터의 발생 가스와 함께 주배관(20)을 통해서 하우징(110) 외부로 배기된다. 이와 함께, 외기는 개구(113), 외기 순환 배관(40), 부배관(30)을 통해서 하우징(110) 외부로 배기된다. 이러한 주배기관(20) 및 부배기관(30)을 통한 배기는 상기 d11<d21<d22< d31<d32이고, Db>Da인 조건에 따라서, 외기 조절 수단(50)의 동작하지 않더라도 소정 부분 이루어지고, 제어부(130)가 상기 외기 조절 수단(50)을 동작시키면, 더 촉진된다.

따라서, 상기 외기 조절 수단(50)을 동작시키면,

상기 주배관(20)의 내경 관계는 제1주배관(21)의 내경 d21이 제2주배관(22)의 내경 d22보다 작기(d21<d22) 때문에, 챔버 내부의 발생한 가스는 주배관(20)의 제1주배관부(21)에서 느린 속도로 이동하고 제2주배관부(22)에서 제1주배관부에서보다 빠른 속도로 이동하게 된다. 따라서, 챔버 내부의 고온 과량 가스에 대해서는 이러한 2단계 속도 변화에 따라서 챔부 내부의 급속한 열 변화를 방지하는 댐핑(Dampig) 효과가 나타나고, 이에 따라서 챔버 내 공간에 걸친 열 균일성(uniformity)을 유지되면서 발생 가스가 배기된다.

또한, 상기 개구(113)를 통해서 부배관(30)에 유입되는 외기는, 상기 주배관(20)을 통해서 이동하는 가스보다 빠른 속도로 부배관(30) 내로 유입되고, d11<d21<d22<d31<d32이고, Db>Da이기 때문에, 제1주배관부 내부의 배출 가스를 냉각 및 원활히 배출하는 효과를 나타낸다(S12 - 1차 강제 배기 단계).

한편, 배관의 내경들의 관계가 d11<d21<d22<d31<d32이고, Db>Da일 때, 급속한 열 변화를 방지하는 댐핑(Dampig) 효과 및 챔버 내 공간에 걸친 열 균일성(uniformity)의 유지 효과가 최대가 된다.

또한, 이러한 1차 강제 배기 단계(S12)에서는 전기로 및 챔버의 대한 열 충격을 감안해서, 상기 외기 조절 수단(50)의 일방향 회전 속도를 소정의 임계치 이하로 동작시킨다.

그 다음, 소정 시간 경과 후, 챔버(140) 내부의 온도가 하강해서, i) 저온 상태가 되는 것이 검출되면, 제어부(130)는, 상기 외기 조절 수단(50)의 일방향 동작 속도를 상기 단계 S12에서보다 증가시킨다(S13 - 2차 강제 배기 단계). 이에 따라서, 주배관(및 부배관)의 배출구를 통한 발생 가스의 배기 속도는 더 증가한다. 배출구를 통한 발생 가스의 배기 속도의 증가는 1차 강제 배기 단계에서보다 챔버 내 발생 가스의 배기량 증가로 간주될 수 있다. 또한, 또한, 1차 강제 배기 단계에서보다 발생 가스의 더 신속한 냉각 및 더 원활한 배기로서 간주될 수 있다(즉, 챔버의 더 신속한 냉각 및 발생 가스의 더 원활한 배출로서 간주될 수 있다).

한편, 본원 발명에 있어서는, 전기로의 가열 동작 정지 후, 냉각 절차에 있 어서 , 발생 가스의 느린 배출을 통한 느린 냉각 후, 빠른 발생 가스 배기를 통한 빠른 냉각이 챔버 내 열 균일성의 관점에서 바람직한 것으로, 이해한다.

더욱이, 상기 2차 강제 배기 단계(S13)의 진행에 따라서, 상기 센서(155)들에 의해서 상기 챔버(140) 내의 온도가 소정의 허용 가능한 범위를 벗어나서 너무 급격히 변동하는 것이 검출되면, 즉 챔버 내의 열 균일성(uniformity)이 저하되는 것이 검출되면, 상기 제어부는, 상기 외기 조절 수단(50)의 속도를 감소시키고, 상기 1차 강제 배기 단계(S12)로 다시 진입하게 한다. 또한, 상기 센서(155)들에 의해서 상기 챔버(140) 내의 온도가 소정의 허용 가능한 범위 내에 있는 것으로 검출되면, 상기 제어부는 상기 외기 조절 수단(50)의 속도를 증가시켜서 다시 2차 강제 배기 단계(S12)로 진입하게 한다.

즉, 1차 강제 배기 단계(S12)와 2차 강제 배기 단계(S13)는, 전기로의 동작 중, 센서(155, 156)의 검출 및 이에 따른 제어에 의해서 반복될 수 있다(S14 - 반복 단계).

또한, 필요에 따라서, 상기 외기 조절 수단(50)을 상기 일방향과 반대 방향인 타방향으로 동작시키면, 즉 외기 조절 수단의 휀이 (도면 외부를 향하는 방향)으로 회전시키면, 하우징(110)의 상부면(112)으로부터 하부면(114)을 향해서 부배관(30)을 통해서 외기가 이행하게 되고, 이에 따라, 주배관(20) 내의 발생 가스의 배기가 완전히 또는 부분적으로 저지된다(S15 - 발생 가스의 배기 정지 단계).

상기 단계 S15는 챔버 내의 i) 저온 상태 및 iii) 급격한 온도 변화 상태 시 행해진다. 여기서, iii) 급격한 온도 변화 상태는 챔버 내 시간 당 온도 변화가 설정된 소정의 임계치 이상일 때, 예를 들어, 임계치가 5℃/1sec 이상일 때를 의미하며, 상기 센서(155)들로부터 수집된 데이터를 처리해서 결정된다.

한편, 상기 각 단계는 조작자가 조작판 제어를 통해서 수동으로 수행될 수도 있다.

또한, 상기 각 단계들은 하나의 실시예를 표현한 것으로서, 조작자는 상기 제어부 설정을 통해서, 상기 단계들 이외의, 다양한 동작 단계로, 상기 전기로를 조작할 수 있는 것으로 이해된다.

특히, 전기로의 가열 동작 중의, 일례의 냉각 절차에 있어서는, 챔버 내부 상태 검출 단계(S11), 2차 강제 배기 단계(S13), 1차 강제 배기 단계(S12), 반복 단계(S14)로 진행하는 것이 바람직하다.

한편, 본원 발명에 있어서는, 전기로의 가열 동작 중, 냉각 절차에 있어서 는, 빠른 발생 가스 배기를 통한 빠른 냉각 후, 느린 발생 가스 배기를 통한 느린 냉각이 챔버 내 열 균일성의 관점에서 바람직한 것으로, 이해한다.

또한, 상기 배기 구조의 d11<d21<d22<d31<d32이고, Db>Da인 조건은, 본 발명자의 다수 실험 및 제작을 통해서 얻어진 결과로서, 도 1에 따른 종래의 전기로와 상기 도 3 및 도 4에 따른 상기 배기 구조를 구비한 본 발명의 전기로 간의 비교 실험 결과, 챔버 내 공간에 걸친 열 균일성(uniformity), 챔버 내의 급격한 온도 변화, 발생 가스의 배기율(단위 시간당 가스 배기량) 등의 면에서, 이하의 표 1과 같이 월등한 효과를 나타내는 것을 볼 수 있다.

이하의 표 1은, 챔버(140) 내의 공간 상에 대수 개소(공간 내 좌상부 꼭지점 2개소, 우상부 꼭지점 2개소; 좌하부 꼭지점 2개소, 우하부 꼭지점 2개수)에 온도 센서를 정사각형 격자 형태로 설치하고; 상기 주배관(20) 및 부배관(30)의 배출구 단부에 속도 센서를 설치하여 챔버 내 온도 변화 및 발생 가스의 배기 속도를 측정한 종래 전기로 및 본 발명에 따른 전기로부터의 데이터를 처리해서 얻은 비교 퍼센티지를 나타낸 표로서, 본 발명에 따른 전기로가 종래 전기로에 비해서 개선된 효과를 나타냄을 보여준다.

	종래 전기로	본 발명에 따른 전기로
챔버 내 균일성		10% 향상
챔버 내 온도 변화		10%~20 향상(외기 조절 수단(50)의 조정 방법에 따라서 변동)
발생 가스의 배기율		1%~30 향상(외기 조절 수단(50)의 조정 방법에 따라서 변동)

이하, 본 발명에 따른 다양한 실시형태를 나타낸다.

실시예 1.

전원이 공급됨에 따라서 발열하는 가열 수단(153)이 내부를 향해서 노출되게 구비되는 차폐벽(141)으로 둘러싸인 챔버(140)와, 챔버를 둘러싸는 하우징(110)과, 상기 하우징에 부착되어 상기 챔버(140)의 일측면을 개방 및 폐쇄하는 도어(120)를 포함하는 전기로로서,

상기 하우징(110) 외부와 상기 챔버 내부를 연통시키는 유입 배관(10)과,

일측 단부 a가 상기 하우징(110)의 상부면(112)을 향해서 연장되고 타측 단부가 하우징(110) 내부에 위치되는 제1주배관부(21) 및 이 제1주배관부(21)의 타측 단부로부터 챔버 내부를 향해서 연장하여 챔부 내부와 연통하는 제2주배관부(22)를 포함함으로써, 상기 하우징(110) 외부와 상기 챔버(140) 내부를 연통시키는 주배관(20)과,

일측 단부 b가 상기 하우징(110)의 상부면(112)을 향해 연장되어 연통되고 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)를 동축으로 둘러싸는 제1부배관부(31) 및 이 제1부배관부(31)의 타측 단부로부터 하우징(110) 내에서 하우징(110)의 하부면을 향해서 연장하는 제2부배관부(32)를 포함하는 부배관(30)과,

상기 하우징(110)에 형성된 개구(113)와 부배관(30)의 제2부배관부(32)를 연통시키는 외기 순환 배관(40)을 포함하는, 전기로.

실시예2.

실시예1에 있어서,

상기 제2부배관부(32) 상에는, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)와 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31) 사이의 공간에 외기를 강제 유입시키고 이 외기의 유입 외기 속도를 조절하기 위한 상기 외기 조절 수단(50)이 구비되는, 전기로.

실시예3

실시예2에 있어서,

상기 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 단부 b는 하우징(110)의 상부면(112)과 접하고, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 단부 a는 상부면(1120)과 이격해서 하우징(110) 내에 위치됨으로써, 상기 하우징(110) 바닥면(114)으로부터 제1부배관부(31)의 단부 b까지의 거리(Db)가 바닥면(114)로부터 제2주배관부(21)의 단부 a까지의 거리(Da)보다 큰(Db>Da), 전기로.

실시예4

실시예3에 있어서,

상기 외기 조절 수단(50)의 구동에 따라서, 상기 챔버 내부의 발생 가스가 상기 제1주배관부(21)의 단부 a 및 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 단부 b를 통해서 배기되는, 전기로.

실시예5

실시예4에 있어서,

상기 챔버 내의 위치들에 따른 온도 차 및 평균 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 센서(155)와, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 단부 a 또는 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 단부 b 또는 이들 단부 모두에 설치되어 발생 가스의 배기 속도를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(156)를 더 포함하는, 전기로.

실시예6

실시예2에 있어서,

상기 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 단부 b는 하우징(110)의 상부면(112)과 접하고, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 단부 a는 상부면(1120)과 이격해서 하우징(110) 내에 위치됨으로써, 상기 하우징(110) 바닥면(114)으로부터 제1부배관부(31)의 단부 b까지의 거리(Db)가 바닥면(114)로부터 제2주배관부(21)의 단부 a까지의 거리(Da)와 동일한(Db=Da), 전기로.

실시예7

실시예6에 있어서,

상기 챔버 내의 위치들에 따른 온도 차 및 평균 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 센서(155)와, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)에 설치되어 발생 가스의 배기 속도를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(156)를 더 포함하는, 전기로.

실시예8

실시예5에 있어서,

상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 내경 d21이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성되고(d21<d22), 상기 유입 배관(10)의 내경 d11이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성되며(d11<d22), 주배관(20)의 내경은 부배관(30)의 내경보다 작게 형성(d21<d22<d30)됨에 따라서, 상기 배관의 내경들 간의 관계가 d11<d21<d22<d30로 형성되는, 전기로.

실시예9

실시예5에 있어서,

상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 내경 d21이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성되고(d21<d22), 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 내경 d31이 제2부배관부(32)의 내경 d32보다 작게 형성되며(d31<d32), 주배관(20)의 내경은 부배관(30)의 내경보다 작게 형성되며, 상기 유입 배관(10)의 내경 d11이 제2주배관부(22)의 내경보다 작게 형성되며(d11<d22)됨에 따라서, 상기 배관의 내경들 간의 관계가 d11<d21<d22<d31<d32로 형성되는, 전기로.

실시예10

실시예8 또는 실시예9에 따른 전기로를 제어하는 방법으로서,

상기 챔버(140) 내부의 온도 상태를 검출하는 단계(S11)와,

상기 챔버 내부 온도가 소정의 임계치 이상일 때, 상기 외기 조절 수단(50)을 동작시켜서, 챔버 내부로부터의 발생 가스가 주배관(20)의 제1주배관부(21)에서 느린 속도로 이동하고 제2주배관부(22)에서 제1주배관부에서보다 빠른 속도로 이동하게 하여, 댐핑 발생 및 열 균일성 유지하면서, 발생 가스를 배기하는 1차 강제 배기 단계(S12)와.

상기 외기 조절 수단(50)을 동작 속도를 더 증가시켜서, 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31)에서 진행하는 외기의 속도를 더 증가시킴으로써, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)를 따라서 진행하는 발생 가스의 배기 속도를 1차 강제 배기 단계보다 증가시키는 2차 강제 배기 단계(S13)를 포함하는, 제어 방법.

실시예11

실시예10에 있어서,

1차 강제 배기 단계(S12)와 2차 강제 배기 단계(S13)를 반복하는 반복 단계(S14)를 포함하는, 제어 방법.

실시예12

실시예11에 있어서,

상기 외기 조절 수단(50)을 상기 일방향과 반대 방향인 타방향으로 동작시켜서, 상기 주배관(20) 내의 발생 가스의 배기를 완전히 또는 부분적으로 저지시키는 발생 가스의 배기 정지 단계(S15)를 더 포함하는, 제어 방법.

Claims

전원이 공급됨에 따라서 발열하는 가열 수단(153)이 내부를 향해서 노출되게 구비되는 차폐벽(141)으로 둘러싸인 챔버(140)와, 챔버를 둘러싸는 하우징(110)과, 상기 하우징에 부착되어 상기 챔버(140)의 일측면을 개방 및 폐쇄하는 도어(120)를 포함하는 전기로로서,
상기 하우징(110) 외부와 상기 챔버 내부를 연통시키는 유입 배관(10)과,
일측 단부 a가 상기 하우징(110)의 상부면(112)을 향해서 연장되고 타측 단부가 하우징(110) 내부에 위치되는 제1주배관부(21) 및 이 제1주배관부(21)의 타측 단부로부터 챔버 내부를 향해서 연장하여 챔부 내부와 연통하는 제2주배관부(22)를 포함함으로써, 상기 하우징(110) 외부와 상기 챔버(140) 내부를 연통시키는 주배관(20)과,
일측 단부 b가 상기 하우징(110)의 상부면(112)을 향해 연장되어 연통되고 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)를 동축으로 둘러싸는 제1부배관부(31) 및 이 제1부배관부(31)의 타측 단부로부터 하우징(110) 내에서 하우징(110)의 하부면을 향해서 연장하는 제2부배관부(32)를 포함하는 부배관(30)과,
상기 하우징(110)에 형성된 개구(113)와 부배관(30)의 제2부배관부(32)를 연통시키는 외기 순환 배관(40)을 포함하며;
상기 제2부배관부(32) 상에는, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)와 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31) 사이의 공간에 외기를 강제 유입시키고 이 외기의 유입 외기 속도를 조절하기 위한 외기 조절 수단(50)을 포함하고;
상기 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 단부 b는 하우징(110)의 상부면(112)과 접하고, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 단부 a는 상부면(1120)과 이격해서 하우징(110) 내에 위치됨으로써, 상기 하우징(110) 바닥면(114)으로부터 제1부배관부(31)의 단부 b까지의 거리(Db)가 바닥면(114)로부터 제2주배관부(21)의 단부 a까지의 거리(Da)보다 크게(Db>Da) 형성되고,
이에 따라서, 상기 외기 조절 수단(50)의 구동에 따라서, 상기 챔버 내부의 발생 가스가 상기 제1주배관부(21)의 단부 a 및 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 단부 b를 통해서 배기되는, 전기로.
제1항에 있어서,
상기 챔버 내의 위치들에 따른 온도 차 및 평균 온도를 검출하기 위한 하나 이상의 센서(155)와, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 단부 a 또는 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 단부 b 또는 이들 단부 모두에 설치되어 발생 가스의 배기 속도를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(156)를 더 포함하는, 전기로.
제2항에 있어서,
상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 내경 d21이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성되고(d21<d22), 상기 유입 배관(10)의 내경 d11이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성되며(d11<d22), 주배관(20)의 내경은 부배관(30)의 내경보다 작게 형성(d21<d22<d30)됨에 따라서, 상기 배관의 내경들 간의 관계가 d11<d21<d22<d30로 형성되는, 전기로.
제2항에 있어서,
상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)의 내경 d21이 제2주배관부(22)의 내경 d22보다 작게 형성되고(d21<d22), 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31)의 내경 d31이 제2부배관부(32)의 내경 d32보다 작게 형성되며(d31<d32), 주배관(20)의 내경은 부배관(30)의 내경보다 작게 형성되며, 상기 유입 배관(10)의 내경 d11이 제2주배관부(22)의 내경보다 작게 형성되며(d11<d22)됨에 따라서, 상기 배관의 내경들 간의 관계가 d11<d21<d22<d31<d32로 형성되는, 전기로.
제3항 또는 제4항에 따른 전기로를 제어하는 방법으로서,
상기 챔버(140) 내부의 온도 상태를 검출하는 단계(S11)와,
상기 챔버 내부 온도가 소정의 임계치 이상일 때, 상기 외기 조절 수단(50)을 일방향으로 동작시켜서, 챔버 내부로부터의 발생 가스가 주배관(20)의 제1주배관부(21)에서 느린 속도로 이동하고 제2주배관부(22)에서 제1주배관부에서보다 빠른 속도로 이동하게 하여, 댐핑 발생 및 열 균일성 유지하면서, 발생 가스를 배기하는 1차 강제 배기 단계(S12)와,
상기 외기 조절 수단(50)의 일방향 동작 속도를 더 증가시켜서, 상기 부배관(30)의 제1부배관부(31)에서 진행하는 외기의 속도를 더 증가시킴으로써, 상기 주배관(20)의 제1주배관부(21)를 따라서 진행하는 발생 가스의 배기 속도를 1차 강제 배기 단계보다 증가시키는 2차 강제 배기 단계(S13)를 포함하는, 제어 방법.
제5항에 있어서,
1차 강제 배기 단계(S12)와 2차 강제 배기 단계(S13)를 반복하는 반복 단계(S14)를 포함하는, 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 외기 조절 수단(50)을 상기 일방향과 반대 방향인 타방향으로 동작시켜서, 상기 주배관(20) 내의 발생 가스의 배기를 완전히 또는 부분적으로 저지시키는 발생 가스의 배기 정지 단계(S15)를 더 포함하는, 제어 방법.