KR20030019945A

KR20030019945A - 가열 코일의 냉각 장치가 필요 없는 다이캐스팅 머신용고주파 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR20030019945A
Application number: KR1020030011166A
Authority: KR
Inventors: 지완근
Original assignee: 지완근
Priority date: 2003-02-22
Filing date: 2003-02-22
Publication date: 2003-03-07
Also published as: KR100530829B1

Abstract

본 발명은 고주파 유도 가열 장치에 관한 것으로, 발진기와 가열 코일을 포함하여 구성되고, 마그네슘, 아연, 구즈넥(gooseneck) 등 저융점 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 용해로(爐), 노즐(nozzle) 또는 금형을 가열하는데 사용하는 초고주파 유도 가열 장치에 있어서, 상기 가열 코일을 니켈선, 니켈합금선 또는 철크롬선 가운데서 선택된 고융점 금속선으로 한데 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면 가열 코일의 냉각장치가 불필요하여, 냉각으로 인한 열손실을 예방할 수 있음과 더불어 코일에서 발생하는 열로서 보온해주므로 에너지 절감 효과를 가지고, 고주파 유도 가열 장치의 제작비와 부피를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 특히 마그네슘 성형 과정에서 물 접촉에 의한 폭발 사고를 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

가열 코일의 냉각 장치가 필요 없는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치{HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING DEVISE FOR DIECASTING MACHINE , WHICH IS DISPENSABLE OF COOLING SYSTEM FOR HEATING COIL}

본 발명은 고주파 유도 가열 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 마그네슘, 아연, 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 용해로, 노즐(nozzle) 또는 금형을 가열하는데 사용하는 고주파 유도 가열 장치에 관한 것이다.

인버터 등에 의하여 고주파 교류 전류를 발생시킨 후 피가열체 주위에 설치한 가열 코일에 그 고주파 교류 전류를 흘려 주어, 피가열체에 와전류 손실과 히스테레시스 손실(자성체의 경우)을 유도(induction)함으로써, 피가열체에 열을 발생시키는 것을 고주파 유도 가열이라고 하고, 고주파 유도 가열을 위한 고주파 유도 가열 장치는 인버터 및 콘트롤러로 구성되는 발진기, 동파이프로 제조 되고 피가열체에 따라 다양한 형상을 갖는 가열 코일 및 상기 가열 코일이 고온에서 산화되는 것을 방지하기 위한 냉각 장치로 구성된다.

이러한 고주파 유도 가열 장치는 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는 바, 그 대표적인 예로 금속의 열처리, 브레이징, 빌렛히터, 금속 평면 가열, 주조용 용해로 기타 다양한 가열 장치에 응용되고 있다.

고주파 유도 가열 장치는 짧은 온도 상승 시간, 용이한 가열 온도 제어 등의편의성으로 인하여, 마그네슘, 아연등 저융점 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 용해로 가열 장치, 노즐(nozzle) 또는 구즈넥(gooseneck) 금형의 예열 장치로도 널리 사용되는데, 고주파 유도 가열 장치가 이들 저용점 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 가열 장치로 사용 되는데에는 다음과 같은 몇가지 문제점이 있어 개선이 요망되는 실정이다.

일반적으로 고주파 유도 가열 장치는 피가열체가 금속인 경우 적어도 400℃ 이상으로 가열해 주는데, 그 것은 금속의 용융점이 대부분 400℃ 이상이기 때문이다. 반면, 종래 고주파 유도 가열 장치에 사용되는 가열 코일로는 예외 없이 동선(銅線)이나 동파이프(銅 pipe)를 사용하여 왔다. 동선이나 동파이프가 가열 코일로 사용 되어 온 이유는 이들의 고유저항값이 매우 낮아 전력 손실이 적기 때문이었다.

그러나, 동은 300℃ 전후에서 산화되는 근본적인 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고자, 요구되는 피가열체의 가열 온도가 400℃ 이상인 경우에는 동파이프를 가열 코일로 사용하고, 동파이프의 내부에 냉각수나 냉각 에어(air)를 통과시켜, 가열 코일이 산화점 이상으로 과열되지 않도록 냉각시켜 왔다. 이러한 목적으로 고주파 유도 가열 장치에 냉각장치가 필요한 것이다.

도 1에 도시된 종래 기술에 따른 마그네슘 다이캐스팅 머신의 노즐용 고주파가열 장치를 참조하여, 마그네슘, 아연, 구리 또는 알루미늄 등 저융점 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 용해로 가열 장치, 노즐(nozzle) 또는 금형의 예열 장치로 사용되는 종래의 고주파 유도 가열 장치의 문제점을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

마그네슘의 용융점은 600~650℃, 아연의 용융점은 400~450℃ 이다. 이들 저융점 경금속을 다이캐스팅에 의하여 성형하기 위하여는 마그네슘 650℃ 내외, 아연은 450℃ 내외로 가열 시켜 주어야 한다.

도 1을 참조하면, 노즐(10)을 통과하는 마그네슘이 노즐(10)을 통과하는 동안 경화되는 것을 방지하기 위하여 노즐(10)을 600℃ 내외로 가열 시켜 주어야 한다. 이를 위하여 노즐(10) 주위에는 동파이프 소재의 가열 코일(14a)이 권취되고, 상기 가열 코일(14a)에는 발진기(40)에 의하여 발생된 고주파 전류가 인과됨과 동시에, 가열 코일(14a)의 과열을 방지하기 위하여 냉각장치(30)로 부터 냉각수가 공급된다.

그러나, 상기 냉각장치(30)로 부터 공급되는 냉각수는 가열 코일(14a)을 냉각시킬 뿐만 아니라, 노즐(10)의 주변 온도를 상당 수준 떨어 뜨려, 떨어진 온도를 보상할 수 있는 만큼의 전류를 더 공급해 줘야 하므로, 많은 전기 에너지 손실의 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 상기 냉각장치(30)는 콤퓨레셔(compressor), 순환 펌프, 물탱크 등의 많은 부품으로 이루어져, 그 제작 비용이 과다할 뿐만 아니라, 그 부피가 실제에 있어서 노즐의 부피보다 몇 십배 더 커 많은 공간을 차지하는 실정이다.

특히, 마그네슘 성형용 다이캐스팅 머신의 경우, 냉각수를 이용한 가열 코일(14a) 냉각은 마그네슘의 폭파 가능성이라는 또 다른 문제점을 안고 있다. 마그네슘은 물과 접촉할 경우 급속히 산화되어 폭발하기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 냉각수 대신에 냉각 에어(air)를 가열 코일에 공급하는 경우도 있으나, 냉각 효율이 냉각수를 이용한 경우에 비하여 현저하게 떨어져 거의 채택되지 못하고 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 마그네슘, 아연 등 저융점 금속의 성형시 냉각 장치가 없어도 가열 코일의 산화가 발생하지 않을 수 있는 다이캐스팅 머신용 고주파 가열 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 마그네슘 다이캐스팅 머신의 노즐용 고주파 유도 가열 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 마그네슘 다이캐스팅 머신의 노즐용 고주파 유도 가열 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시례에 따른 마그네슘 다이캐스팅 머신의 노즐용 고주파 유도 가열 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 노즐 12 : 단열 부재

14a, 14b, 14c : 가열 코일 16 : 연결부

18 : 콘넥터 30 : 냉각 장치

40 : 발진기

상술한 목적을 가진 본 발명에 따른 가열 코일의 냉각 장치가 필요 없는 다이캐스팅 머신용 고주파 가열 장치는

발진기와 가열 코일을 포함하여 구성되고, 마그네슘, 아연, 구리 또는 알루미늄 등 저융점 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 용해로(爐), 노즐(nozzle), 구즈넥(gooseneck) 또는 금형을 가열하는데 사용하는 고주파 유도 가열 장치에 있어서,

상기 가열 코일을 니켈선, 니켈합금선 또는 철크롬선 가운데서 선택된 고융점 금속선으로 한데 그 특징이 있다.

상기 니켈합금선은 니켈크롬선, 동니켈선 또는 철니켈선 가운데서 선택되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례를 상세히 설명한다.

도 2는 가열 코일(14b)로 니켈선, 니켈합금선 또는 철크롬선 가운데서 선택된 고융점 금속선을 사용한 경우의 마그네슘 다이캐스팅 머신의 노즐용 고주파 유도 가열 장치를 나타낸다. 이때는 도 1의 경우와 달리 별도의 가열 코일 냉각장치가 없다. 즉, 고주파 유도 가열 장치가 발진기(40)와 가열 코일(14b) 만으로 구성되는 것이다.

상기 니켈선, 니켈합금선 또는 철크롬선 가운데서 선택된 고융점 금속선은 다음과 같은 특징을 갖는다.

우선 용융점에서 있어서, 본 발명에 따른 고융점 금속선은 적어도 마그네슘, 알루미늄, 아연, 구리 등 성형 재질의 용융점보다 더 큰 용융점을 갖는다. 그래야 성형 재질의 용융점 부근에서도 가열 코일(14b)의 산화가 이루어지지 않기 때문이다. 니켈선의 용융점은 1000℃ 내외이고, 니켈합금선의 용융점은 혼합 금속에 따라 900-1250℃ 내외이고, 철크롬선의 용융점은 1200℃ 내외이다.

다음 저항값에 있어서, 본 발명에 따른 고융점 금속선의 저항값은 선경(Ф) 5mm를 기준으로 다음과 같다.

종 류	니켈선	니켈크롬선	동니켈선	철니켈선	철크롬선
저 항 값	0.00458	0.0550	0.0250	0.0621	0.0731

단위는 Ω/m 이고, 각각 평균값을 나타낸다. 참고로 구리의 동일 선경에 대한 저항값은 0.0011 Ω/m이다.

따라서, 본원 발명에서 고융점 금속선이라고 하면, 900℃이상의 용융점을 갖고, 5mm의 선경에 대한 저항값이 0.1Ω/m 미만인 금속선으로 정의될 수 있다.

이정도의 저항을 갖는 금속선은 고주파 전류를 전송하는데 아무런 지장을 주지 않을 뿐만 아니라, 저항값 상승 만큼 커진 주울열은 노즐(10) 가열에 그대로 사용된다.

도 2를 다시 참조하면, 본원 발명에 의하면, 가열 코일(14b)의 산화점이 피가열체인 노즐(10)의 가열 온도 보다 훨씬 높으므로 다이캐스팅 도중에 따로 가열 코일(14b)을 냉각시켜 줄 필요가 없게 된다. 따라서, 본원 발명에 따를 경우 가열 코일(14b)에는 발진기(40)만이 연결되는 것이다. 이렇게 함으로써, 주울열 발산에 따른 전력 손실보다 훨씬 더 큰 손실을 초래 하는 냉각으로 인한 열손실을 예방할 수 있고, 고주파 유도 가열 장치의 제작비와 부피를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 특히 마그네슘 성형 과정에서 물 접촉에 의한 폭발 사고를 사전에 예방할 수 있는 것이다.

도 3에는 가열 코일(14c)로 고융점 금속선을 지름이 큰 한 줄로 하지 않고, 가는 선을 다수 모아서 꼰 선을 사용한 경우의 실시례가 도시되어 있다. 이처럼 가는 선을 모서서 꼰 선을 사용할 경우, 표피 효과에 의하여 고주파 전류의 유효 면적을 넓힐 수 있으므로, 전체적인 고융점 금속선의 저항치를 떨어 뜨릴 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 의하면 가열 코일의 냉각장치가 불필요하여, 냉각으로 인한 열손실을 예방할 수 있고, 코일에서 발생하는 열로서 보온해주므로 에너지 절감효과를 가지고, 고주파 유도 가열 장치의 제작비와 부피를 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 특히 마그네슘 성형 과정에서 물 접촉에 의한 폭발 사고를 사전에 예방할 수있는 효과가 있다.

Claims

발진기와 가열 코일을 포함하여 구성되고, 마그네슘, 아연, 구리 또는 알루미늄 등 저융점 금속 성형용 다이캐스팅 머신의 용해로, 노즐(nozzle), 구즈넥(gooseneck) 또는 금형을 가열하는데 사용하는 고주파 유도 가열 장치에 있어서,

상기 가열 코일은 니켈선, 니켈합금선 또는 철크롬선 가운데서 선택된 고융점 금속선인 것을 특징으로 하는 가열 코일의 냉각 장치가 필요 없는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 니켈합금선은 니켈크롬선, 동니켈선 또는 철니켈선 가운데서 선택된 것을 특징으로 하는 가열 코일의 냉각 장치가 필요 없는 다이캐스팅 머신용 고주파 유도 가열 장치.