KR102499274B1 - 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

원사의 열처리를 위한 열매체가 초기에 챔버 내부로 공급될 때 미리 가열된 열매체를 챔버 내부로 신속하게 공급할 수 있는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치로서, 내부에 밀폐공간이 형성된 챔버 본체, 열처리를 위한 원사가 권취된 보빈을 거치하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 보빈 걸개, 상기 원사를 열풍 열처리하기 위한 열매체를 상기 챔버 본체 내부로 공급하기 위해 마련된 열매체 공급관, 상기 열매체 공급관으로부터 공급된 열매체를 가열하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 내부 히터를 포함하며, 열매체의 공급 초기에 가열된 열매체를 챔버 내부로 신속하게 공급하여 원사의 열처리 온도에 도달하는 시간을 단축함으로써 열처리의 불균일성을 방지하고, 원사의 열처리 속도를 증대할 수 있는 효과가 있다.

Description

고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치{Yarn hot air heat treatment apparatuse for high speed heat treatment}
본 발명은 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원사의 열처리를 위한 열매체가 초기에 챔버 내부로 공급될 때 프리 히터를 통해 미리 가열된 열매체를 챔버 내부로 신속하게 공급하여 챔버 내 온도구배를 최소화하고 원사의 열처리 속도를 증대할 수 있는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 폴리에스테르 섬유와 같은 열방성 액정 폴리머(TLCP, Thermotropic Liquid Crystal Polymer) 섬유는 강도가 높고, 내습성, 내화학성 및 내절창성(cut-resistance) 등의 특성을 갖는다. 이로 인해, 상기 TLCP 섬유는 해양자재, 산업용 안전장갑, 로프, 방검복 등의 소재로 사용된다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에서 액정 폴리에스테르 섬유는 강직한 분자쇄로 이루어지는 폴리머로서, 용융 방사에는 그 분자쇄를 섬유 축방향에 고도로 배향시키고, 고상 중합을 더 행함으로써 용융 방사로 얻어지는 섬유 중에서는 가장 높은 강도와 탄성률이 얻어지는 것에 대해 개시되어 있다. 또한, 상기 액정 폴리에스테르는 고상 중합에 의해 분자량이 증가하고, 융점이 상승하기 때문에 내열성, 치수 안정성이 향상하는 것이 알려진다.
이와 같이 액정 폴리에스테르 섬유에는 고상 중합을 행함으로써 고강도, 고탄성률, 뛰어난 내열성 및 열치수 안정성이 발현된다. 여기서, 고상 중합 반응은 일반적으로 융점 근방의 고온 하에서 행해지고 있고, 이 때문에 실끼리의 융착이 일어나기 쉽다. 따라서, 융착에서 기인한 실의 물성 저하 및 피브릴화를 억제하는 목적에서 고상 중합 유제를 부여하는 것이 액정 폴리에스테르 섬유의 제조에서 중요한 기술 포인트이다.
이러한 액정 폴리에스테르 섬유는 용융 방사 이후에 고온에서의 열처리 공정을 거치면서 결정화도가 증가되어 원사의 강도, 내습성, 내화학성 및 내절창성 등의 특성이 향상된다.
하기 특허문헌 1에서도 섬유의 내마모성을 높이기 위해 고상 중합 후에 고온 열처리를 실시하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에는 원사의 열처리 공정시 블록 또는 플레이트 히터를 이용한 복사 가열을 제시하고 있는데, 이러한 복사 가열의 경우 가열 챔버 내부에서의 온도 균일화에 오랜 시간이 걸릴뿐만 아니라 원사의 위치에 따라 열처리 효율이 달라지기 때문에 복수 개의 보빈에 감긴 원사를 동시에 열처리할 수 없는 문제가 있다.
또, 하기 특허문헌 2에는 봉합사에 가열된 건조기체를 가하여 열처리함으로써 봉합사의 직선강도유지율을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 즉, 하기 특허문헌 2는 봉합사용 원사를 드럼에 고르게 감은 후, 열처리기 내에 장착시켜 회전시키면서 뜨거운 건조공기 또는 불활성기체를 불어넣어 열처리하는 흡수성 수술용 봉합사의 건조 및 열처리 방법에 관한 것으로서, 내부를 외부공기로부터 차단하는 외부상자, 봉합사를 감는 드럼, 상기 드럼을 장착할 수 있는 지지대가 개시되어 있다.
또한, 하기 특허문헌 2에는 상기 외부상자의 상단에 설치되어 상기 드럼에 감겨있는 봉합사에 90도 내지 130도의 건조한 공기 또는 불활성 기체를 가할 수 있는 건조기체 유입구수단과 상기 외부상자의 하단에 설치되어 상기 건조기체 유입구 수단이 설치된 반대쪽에 위치한 배기구에 대해 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 2에는 가열된 건조기체를 인가할 수 있는 건조기체 유입구수단이 외부상자의 상단에 설치되고 배기구가 외부상자의 하단에 설치됨으로써, 따뜻한 공기는 위로 올라가고 차가운 공기는 그 빈 공간을 채워 밑으로 내려가는 대류현상의 원리를 고려하면, 열처리의 효율이 떨어질뿐만 아니라 복수개의 원사를 동시에 열처리할 수 없는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 특허문헌 2에서는 봉합사가 고르게 열처리될 수 있도록 지지대를 회전시키는 모터장치를 구비하고 있으나, 이로 인해 장치의 구성이 복잡하게 되는 문제가 있고, 복수개의 원사(특히, 건조기체 유입구수단과 배기구 사이에 지지대의 복층 구조시)를 동시에 열처리할 수 없는 문제가 여전히 존재하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1647414호(2016년 08월 10일 공고) 대한민국 등록특허 제10-0141998호(1997년 03월 27일 공개)
본 발명의 목적은 열매체가 초기에 챔버 내부로 공급될 경우 미처 가열되지 않은 열매체의 공급으로 인하여 발생되는 챔버 내부 공간의 위치에 따른 온도 구배 및 이로 인하여 발생되는 열처리의 불균일성을 방지하고, 원사의 열처리 속도를 증대할 수 있는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원사의 열처리 중 발생된 이물질로 인해 장비와 원사가 오염되는 것을 방지하는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보빈의 직경 방향으로 권취된 원사의 위치 및 권취 두께에 따라 열매체에 노출되는 정도가 다르기 때문에 보빈에 권취된 원사의 열처리 균일성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 내부에 밀폐공간이 형성된 챔버 본체, 열처리를 위한 원사가 권취된 보빈을 거치하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 보빈 걸개, 상기 원사를 열풍 열처리하기 위한 열매체를 상기 챔버 본체 내부로 공급하기 위해 마련된 열매체 공급관을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 상기 열매체 공급관으로부터 공급된 열매체를 가열하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 내부 히터 및 상기 열매체의 공급 초기에 발생되는 상기 챔버 본체 내부의 온도구배를 저감하기 위하여 상기 열매체를 챔버 본체 내부로 공급되기 이전에 미리 가열하도록 상기 챔버 본체의 외부 일측에 마련된 프리 히터를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 상기 챔버 본체의 외부 일측에 밀폐된 공급 공간을 구비하도록 마련되고, 상기 보빈 걸개의 내부와 관통되는 다수의 관통구가 형성된 열매체 공급부를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치에서 상기 보빈 걸개는 일측 단부가 상기 열매체 공급부에 연통되고, 타측 단부는 챔버 본체의 내부 방향으로 개방된 중공 파이프 형상으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또 상기 보빈 걸개의 외주면에는 거치되는 보빈과의 이격 공간을 일정하게 유지하기 위한 걸개 스페이서가 복수 개 형성된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치에서, 열처리를 위한 원사가 권취되는 상기 보빈의 외주면에는 원사의 열처리 수행시 보빈과 보빈 걸개 사이의 이격 공간을 통해 보빈의 내측면에서 원사 방향으로 열매체를 통한 열풍이 송출될 수 있도록 열매체가 공급되는 다수의 보빈 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치에서, 상기 챔버 본체의 일측에는 챔버 본체 내부의 공기 또는 열매체를 외부로 배출하는 배기구가 더 마련되고, 상기 배기구에는 챔버 본체 내부의 열매체를 외부로 강제 배출하는 배기팬이 마련된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 온도센서를 이용하여 상기 챔버 본체의 내부로 공급되는 열매체의 급기온도와 상기 배기구를 통해 배출되는 열매체의 배기온도를 측정하고, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이에 따라 상기 배기팬의 동작속도를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
또 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 상기 챔버 본체 내부의 공간을 상기 내부 히터에 의해 열매체를 가열하는 열매체 가열공간과 가열된 열매체에 의해 보빈 걸개에 거치된 원사를 열처리하는 열처리 공간으로 구분하기 위해 마련된 격판을 더 포함하고, 상기 격판에는 열매체 가열공간에서 가열된 열매체가 열처리 공간에 위치하는 각 보빈 걸개에 거치된 원사에 균일하게 공급될 수 있도록 일정한 간격과 크기를 갖는 다수의 격판 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 열매체가 초기에 챔버 내부로 공급될 때 가열된 열매체의 공급 속도를 증대하여 챔버 내부 공간의 위치에 따른 온도 구배 및 이로 인하여 발생되는 열처리의 불균일성을 방지함으로써 챔버 내부 공간의 위치와 상관없이 원사의 강도가 균일하게 열처리될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 열매체의 공급 초기에 가열된 열매체를 챔버 내로 신속하게 공급하여 원사의 열처리 온도에 도달하는 시간을 단축함으로써 원사의 열처리 속도를 증대할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 배기구를 통한 열매체의 배출을 통해 원사의 열처리 중 발생된 이물질을 제거함으로써 이물질로 인해 장비와 원사가 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치는 보빈에 권취된 원사의 위치 및 권취 두께에 따라 달라지는 원사에 대한 열매체의 노출 정도를 균일화함으로써 원사의 권취 두께를 유지하면서 원사의 열처리 수율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치의 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보빈을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 1의 A-A 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치에서 챔버 본체 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 내의 열매체 유동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 보빈과 보빈 걸개 간의 열매체 유동상태를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 용어 "제어부"는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치(10)의 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보빈(300)을 나타내는 구성도이다. 또한, 도 3은 도 1의 A-A 단면도를 나타내고, 도 4는 도 1의 B-B 단면도를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버 본체(100) 내에 공급되는 상온의 열매체를 가열하여 보빈(300)에 권취된 원사(310)에 공급함으로써 상기 열매체의 강제 대류에 의하여 보빈(300)에 권취된 원사(310)를 열처리한다. 이때, 상기 열매체로는 원사(310)를 열풍 열처리하기 위해 수분함량이 적은 불활성 기체 또는 질소가 바람직하다.
또한, 도 2에서 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 보빈(300)의 외주면에는 다수의 보빈 통공(301)이 형성되어 있다. 이때, 보빈(300)은 가열된 열매체의 열기로부터 변형을 방지하기 위해 금속재로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 원사(310)의 열처리 수행시 가열된 열매체가 보빈(300)의 외주면에 형성된 보빈 통공(301)을 통해 보빈(300) 내측면으로부터 원사(310)에 공급되도록 할 수 있다.
즉, 원사(310)의 열처리 수행시 가열된 열매체는 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 간의 이격 공간을 통해 보빈(300)의 내측면에서 원사(310) 방향으로 열풍을 송출함으로써 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 외측뿐만아니라 내측의 열처리를 동시에 수행할 수 있다.
이러한 열처리 과정을 통해 원사(310)는 강도와 탄성률이 증가하고, 내열성, 내약품성이 향상된다. 이때, 원사(310)의 열처리 온도 범위는 170~320℃에서 4~30시간 동안 수행하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 원사(310)의 재질, 보빈(300)에 감겨진 원사(310)의 양 등에 따라 변경 가능하다.
본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치(10)는 도 1, 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 챔버 본체(100) 내에 마련되는 보빈 걸개(110), 열매체 공급관(120) 및 내부 히터(130), 챔버 본체(100)의 상단에 마련되는 배기구(150), 챔버 본체(100)의 일측에 마련되는 프리히터(200) 및 열매체 공급부(220)를 포함한다.
상기 챔버 본체(100)는 외부의 공기가 유입되지 않도록 밀폐되고, 챔버 본체(100) 내부의 가열된 열매체로부터 외부로 열이 유실되지 않도록 방열 구조로 구성되는 것이 바람직하다.
또, 챔버 본체(100)의 전면에는 도 1에 도시된 바와 같이, 원사(310)가 권취된 보빈(300)을 보빈 걸개(110)에 거치하거나 수거하기 위해 개폐할 수 있는 도어(103)가 마련된다. 또한, 도어(103)의 일측에는 도어(103)의 개폐가 용이하도록 파지할 수 있는 손잡이(104)가 구비된다.
또한, 보빈 걸개(110)는 열처리를 위한 원사(310)가 권취된 보빈(300)을 거치하기 위해 챔버 본체(100)의 내부에 마련된다. 즉, 보빈 걸개(110)는 도 4에 도시된 바와 같이 도어(103)의 대향 측벽에서 도어(103)를 향한 방향으로 돌출되고 바닥면에 수평한 상태로 마련된다.
또, 도 3에서는 보빈 걸개(110)가 3단 3열로 마련된 구조를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 챔버 본체(100)의 크기에 따라 4단 4열 이상으로 마련될 수도 있다. 한편, 보빈 걸개(110)는 가열된 열매체의 열기로부터 변형을 방지하기 위해 금속재로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 보빈 걸개(110)는 도 4에서 도시된 바와 같이 프리히터(200)를 통해 가열된 열매체가 열처리 공간(101)으로 공급될 수 있도록 양단부가 개방되고 내부가 중공된 파이프 형상으로 구성된다. 이러한 파이프 형상의 보빈 걸개(110)를 통해 프리히터(200)에서 가열된 열매체가 챔버 본체(100)의 열처리 공간(101)에 바로 공급될 수 있다.
또한, 보빈 걸개(110)의 외주면에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 거치되는 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 사이의 이격 공간을 일정하게 유지하는 걸개 스페이서(111)가 복수 개 형성된다. 즉, 걸개 스페이서(111)는 원사(310)의 열처리 수행시 보빈(300)의 내측면에서 원사(310) 방향으로 열매체를 통한 열풍 송출이 균일하게 이루어지도록 보빈(300)과 보빈 걸개(110)의 이격 공간을 균일하게 유지한다.
상기 걸개 스페이서(111)는 보빈 걸개(110)의 외주면 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성되는 복수의 블레이드(blade)로 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 3에는 120도 간격의 3개 블레이드로 형성되는 걸개 스페이서(111)가 마련되어 있다. 또한, 도 4에는 보빈 걸개(110)와 걸개 스페이서(111)가 일체로 형성된 것이 나타나 있다.
그러나 걸개 스페이서(111)의 구성 및 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 걸개 스페이서(111)는 동일한 간격으로 형성되는 4개 이상의 블레이드로 구성되거나, 보빈 걸개(110)의 외주면을 따라 형성되는 다수의 빗살 형태로 구성될 수 있다.
또한, 걸개 스페이서(111)가 보빈 걸개(110)의 외주면에서 보빈 걸개(110)와 착탈식으로 구성될 수 있다. 이때, 걸개 스페이서(111)는 각기 다른 높이의 다양한 높이로 마련되고, 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 높이에 따라 대응되는 걸개 스페이서(111)를 보빈 걸개(110)의 외주면에 설치하여 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 사이의 이격 공간을 조절할 수 있다.
열매체 공급관(120)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 원사(310)에 대해 열풍 열처리를 실행하기 위한 열매체를 열매체 가열공간(102)에 공급하기 위해 마련된다. 또한, 내부 히터(130)는 열매체 공급관(120)으로부터 공급되는 열매체(불황성 기체 또는 질소)를 가열할 수 있다.
이때, 열매체 공급관(120) 및 내부 히터(130)는 격판(140)에 의해 열처리 공간(101)으로부터 격리되는 열매체 가열공간(102)에 마련된다. 즉, 내부 히터(130)는 챔버 본체(100)의 바닥 부분에 지그재그 형상으로 마련될 수 있으며, 열매체 공급관(120)의 공급구는 내부 히터(130)의 상부를 향해 마련될 수 있다.
또, 챔버 본체(100)의 내부 공간은 격판(140)에 의해 열처리 공간(101)과 열매체 가열공간(102)으로 분리된다. 이와 같은 격판(140)은 도 4에 도시된 바와 같이, 도어(103)의 개폐에 따른 파손을 방지하기 위해 도어(103)와 일정 간격을 유지하도록 마련될 수 있다.
열매체 가열공간(102)에서는 내부 히터(130)에 의해 열매체의 가열이 이루어진다. 또한, 열처리 공간(101)에는 보빈 걸개(110)가 마련되고, 열매체 가열공간(102)에서 가열된 열매체를 통해 원사(310)의 열처리가 이루어진다. 이때, 격판(140)에는 열매체 가열공간(102)에서 가열된 열매체가 열처리 공간(101)에 위치하는 각 보빈 걸개(110)에 균일하게 공급될 수 있도록 일정한 간격과 크기를 갖는 다수의 격판 통공(141)이 마련된다.
또한, 프리히터(200)는 도 4에서 도시된 바와 같이 열처리를 위한 열매체의 공급 초기에 발생되는 챔버내 온도구배를 최소화하기 위해 열매체 공급관(120)을 통해 챔버 본체(100)에 열매체를 공급하기 전에 미리 열매체를 가열한다.
열매체 공급부(220)는 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버 본체(100)의 외부 일측에 밀폐된 공급 공간(230)을 구비하도록 마련되고, 열매체 공급부(220)의 내벽에는 보빈 걸개(110)의 내부와 관통되는 다수의 관통구(223)가 형성된다.
또, 열매체 공급부(220)에서 상기 내벽의 대향 측벽에는 외부의 열매체 공급 기구에 연결된 공급관(210)이 삽입되는 제1 삽입구(221)가 마련되고, 이 공급관(210)의 주변에는 프리히터(200)가 장착된다. 또, 열매체 공급부(220)의 하부에는 열매체 공급관(120)이 삽입되는 제2 삽입구(222)가 마련된다. 이때, 열매체 공급부(220)는 도 4와 같이 챔버 본체(100)의 후면에 마련되는 것이 바람직하다.
이와 같이 프리히터(200)를 이용하여 미리 가열된 열매체는 제1 삽입구(221)를 통해 열매체 공급부(220)로 공급되고, 열매체 공급부(220)에 공급된 열매체의 일부는 열매체 공급관(120)을 통해 열매체 가열공간(102)으로 공급된 후, 열매체 가열공간(102)에서 내부 히터(130)를 이용하여 다시 가열된다.
또, 도 4에서 도시된 바와 같이 열매체 공급부(220)에 공급된 열매체의 일부는 다수의 관통구(223)를 통해 각각의 보빈 걸개(110)의 내부로 공급되며, 파이프 형상의 보빈 걸개(110) 내부를 거쳐 보빈 걸개(110)의 개방된 단부(112)를 통해 열처리 공간(101)으로 공급된다. 즉, 프리 히터(200)를 통해 미리 가열된 열매체를 챔버 내부의 열처리 공간(101)으로 신속하게 공급하여 챔버 내 온도구배를 최소화하고 원사의 열처리 속도를 증대할 수 있다.
따라서, 프리히터(200)는 열처리를 위한 열매체의 공급 초기에 열매체 가열공간(102)에서 미처 가열되지 않은 열매체가 열처리 공간(101)으로 바로 공급됨으로써 발생되는 챔버내 온도구배를 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명은 열매체의 공급시 챔버 내부 공간의 위치에 따른 온도 구배로 인하여 원사(310)의 열처리가 균일하게 이루어지지 못하는 원사(310) 열처리의 불균일성을 방지할 수 있다.
또, 본 발명은 원사(310)의 열처리를 위한 열매체가 초기에 챔버 내부로 공급될 때 상기 열매체가 원사(310)의 열처리 온도에 도달하는 시간을 단축하여 원사(310)의 열처리 속도를 증대할 수 있다.
즉, 본 발명은 원사(310)의 열처리를 위한 열매체가 공급되는 초기에 프리히터(200)를 통해 가열된 열매체가 열매체 공급부(220)에 마련된 다수의 관통구(223)와 보빈 걸개(110)의 개방된 단부(112)를 통해 열처리 공간(101)으로 신속하게 공급함으로써 열처리 공간(101) 내의 열매체가 미리 설정된 열처리 온도 범위(예를 들어, 170~320℃)에 도달하는 시간을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 프리 히터(200)도 제어부(400)에 의해 미리 설정된 온도로 제어될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치(10)는 도 3에 도시된 열매체 가열공간(102)에서 가열된 열매체의 균일한 유동을 통해 챔버내 온도구배를 최소화하고, 원사(310) 열처리의 균일성을 확보할 수 있다.
배기구(150)는 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버 본체(100) 내부의 가열된 공기 또는 열매체가 챔버 본체(100) 외부로 배출되도록 챔버 본체(100) 상단에 마련된다. 이러한 가열 공기 또는 열매체의 외부 배출을 통해 원사(310)의 열처리 과정에서 기화된 이물질이 배기구(150)를 통해 함께 배출된다. 또한, 상기 배기구(150)에는 환경 오염을 방지하기 위해 배출되는 이물질 및 열매체를 수집하기 위한 수집관이 마련될 수도 있다. 또 상기 수집관에는 외부로의 청정 배출을 위한 필터가 마련될 수도 있다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 배기구(150)에는 제어부(400)의 제어에 따라 구동되어 챔버 본체(100) 내부의 가열된 공기 또는 열매체를 외부로 강제 배출하는 배기팬(151)이 마련된다. 즉, 배기팬(151)의 구동에 의해 챔버 본체(100) 내부의 가열된 공기 또는 열매체가 외부로 강제 배출되고, 이로 인해 챔버 본체(100) 내 열매체의 강제 대류가 발생한다.
도 5는 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치(10)에서 챔버 본체(100) 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어 블록도이다. 도 5에서 도시된 바와 같이 제어부(400)는 제1 온도센서(410) 및 제2 온도센서(420)의 측정 정보를 입력받고, 입력받은 측정 정보를 토대로 배기팬(151)의 동작속도를 제어하여 챔버 본체(100)로부터 배출되는 공기 또는 열매체의 배출 속도를 조절할 수 있다.
즉, 제어부(400)는 감지센서인 제1 온도센서(410) 및 제2 온도센서(420)를 이용하여 열처리 공간(101)에 공급되는 열매체의 급기온도와 배기구(150)를 통해 배출되는 열매체의 배기온도를 측정하고, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이에 따라 배기팬(151)의 동작속도를 제어한다.
예를 들어, 상기 열매체의 급기온도를 측정하기 위해 챔버 본체(100) 내부의 격판(140) 일측에 제1 온도센서(410)가 설치될 수 있다. 바람직하게는, 급기온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(410)는 격판 통공(141)에 설치된다. 또한, 상기 열매체의 배기온도를 측정하기 위한 제2 온도센서(420)는 배기구(150)의 일측에 설치된다.
제어부(400)는 제1 온도센서(410) 및 제2 온도센서(420)를 이용하여 열매체의 급기온도와 배기온도를 측정하고, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이가 큰 경우에 배기팬(151)의 동작속도를 줄여 공기 또는 열매체의 배출 속도를 감소시킬 수 있다. 또한, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이가 작은 경우에는 배기팬(151)의 동작속도를 높이고, 챔버 본체(100) 내부의 공기 또는 열매체의 배출 속도를 증가하여 이물질의 제거 속도를 증대할 수 있다.
이 경우, 상기 급기온도와 배기온도가 모두 미리 설정된 열처리 온도 이하인 경우에는 배기팬(151)의 동작을 정지(Off)시키는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에서 도시된 바와 같이 제어부(400)는 열매체의 급기온도를 조절하기 위해 미리 설정된 온도로 내부 히터(130) 또는 프리 히터(200)를 제어하여 열매체를 가열할 수 있다.
즉, 상기 열매체 가열공간(102)에서의 온도가 미리 설정된 온도 이하인 경우, 제어부(400)는 내부 히터(130)의 가열 상태를 증가시켜 열매체의 온도를 증가시키도록 제어할 수도 있다.
이로 인해 본 발명은 원사(310)의 열처리 균일성이 향상되고, 열처리 수율을 증대할 수 있다. 또한, 본 발명은 배기구(150)를 이용한 이물질의 배출을 통해 장비 및 원사(310)가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치(10)의 내부에서의 열매체 유동상태에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 내의 열매체 유동상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 간의 열매체 유동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에서 도시된 바와 같이, 열매체 가열공간(102)에서 내부 히터(130)를 이용하여 가열된 열매체가 일정한 간격 및 크기의 격판 통공(141)을 통해 열처리 공간(101)에 균일하게 공급됨과 동시에 프리 히터(200)를 이용하여 가열된 열매체가 열매체 공급부(220)에 마련된 다수의 관통구(223)와 보빈 걸개(110)의 개방된 단부(112)를 통해 열처리 공간(101)으로 공급된다.
본 발명은 챔버 본체(100)에 열매체를 공급하기 전에 프리 히터(200)를 이용하여 미리 열매체를 가열한다. 또한, 열처리 공간(101)에 공급되는 열매체의 급기온도와 배기구(150)를 통해 배출되는 열매체의 배기온도 차에 따라 배기팬(151)의 동작속도를 제어함으로써 도 6과 같이 가열된 열매체의 강제 대류를 발생하여 챔버내 온도구배를 최소화하고, 원사(310)의 균일한 열처리가 가능하다.
또, 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 가열된 열매체가 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 간의 이격 공간을 통해 보빈(300)의 내측면에서 원사(310) 방향으로 열풍을 송출함으로써 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 외측뿐만아니라 내측의 열처리를 동시에 수행하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 보빈(300)의 외주면에 형성된 다수의 보빈 통공(301)을 통해 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 내부로 열매체가 원활하게 유동할 수 있도록 함으로써 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 내부 열처리 효율을 증대할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10 : 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치
100 : 챔버 본체 101 : 열처리 공간
102 : 열매체 가열공간 103 : 도어
104 : 손잡이 110 : 보빈 걸개
111 : 걸개 스페이서 112 : 개방된 단부
120 : 열매체 공급관 130 : 내부 히터
140 : 격판 141 : 격판 통공
150 : 배기구 151 : 배기팬
152 : 배기공 200 : 프리 히터
210 : 공급관 220 : 열매체 공급부
221 : 제1 삽입구 222 : 제2 삽입구
223 : 관통구 230 : 공급 공간
300 : 보빈 301 : 보빈 통공
310 : 원사 400 : 제어부
410 : 제1 온도센서 420 : 제2 온도센서

Claims (7)

  1. 내부에 밀폐공간이 형성된 챔버 본체;
    열처리를 위한 원사가 권취된 보빈을 거치하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 보빈 걸개;
    상기 원사를 열풍 열처리하기 위한 열매체를 상기 챔버 본체 내부로 공급하기 위해 마련된 열매체 공급관;
    상기 열매체 공급관으로부터 공급된 열매체를 가열하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 내부 히터;
    상기 열매체의 공급 초기에 발생되는 상기 챔버 본체 내부의 온도구배를 저감하기 위하여 상기 열매체를 챔버 본체 내부로 공급되기 이전에 미리 가열하도록 상기 챔버 본체의 외부 일측에 마련된 프리 히터; 및
    상기 챔버 본체의 외부 일측에 밀폐된 공급 공간을 구비하도록 마련되고, 상기 프리 히터를 경유한 열매체를 상기 열매체 공급관과 보빈 걸개의 내부를 통하여 상기 챔버 본체 내부로 공급하는 열매체 공급부를 포함하되,
    상기 보빈 걸개는, 상기 열매체 공급부로부터 공급되는 열매체가 상기 챔버 본체 내부로 공급될 수 있도록 일측 단부는 상기 열매체 공급부에 연통되고 타측 단부는 챔버 본체의 내부 방향으로 개방된 중공 파이프 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 보빈 걸개의 외주면에는 거치되는 보빈과의 이격 공간을 일정하게 유지하기 위한 걸개 스페이서가 복수 개 형성된 것을 특징으로 하는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치.
  4. 제1항에서,
    열처리를 위한 원사가 권취되는 상기 보빈의 외주면에는 원사의 열처리 수행시 보빈과 보빈 걸개 사이의 이격 공간을 통해 보빈의 내측면에서 원사 방향으로 열매체를 통한 열풍이 송출될 수 있도록 열매체가 공급되는 다수의 보빈 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 챔버 본체의 일측에는 챔버 본체 내부의 공기 또는 열매체를 외부로 배출하는 배기구가 더 마련되고,
    상기 배기구에는 챔버 본체 내부의 열매체를 외부로 강제 배출하는 배기팬이 마련된 것을 특징으로 하는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치.
  6. 제5항에서,
    온도센서를 이용하여 상기 챔버 본체의 내부로 공급되는 열매체의 급기온도와 상기 배기구를 통해 배출되는 열매체의 배기온도를 측정하고, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이에 따라 상기 배기팬의 동작속도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 챔버 본체 내부의 공간을 상기 내부 히터에 의해 열매체를 가열하는 열매체 가열공간과 가열된 열매체에 의해 보빈 걸개에 거치된 원사를 열처리하는 열처리 공간으로 구분하기 위해 마련된 격판을 더 포함하고,
    상기 격판에는 열매체 가열공간에서 가열된 열매체가 열처리 공간에 위치하는 각 보빈 걸개에 거치된 원사에 균일하게 공급될 수 있도록 일정한 간격과 크기를 갖는 다수의 격판 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 고속 열처리용 원사 열풍 열처리 장치.
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