KR20050056933A

KR20050056933A - 다중 구역 오토클레이브

Info

Publication number: KR20050056933A
Application number: KR1020047007058A
Authority: KR
Inventors: 톨이안세실
Original assignee: 에어로폼 그룹 피엘씨
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2005-06-16
Also published as: ES2229864A1; CN1284618C; GB0126837D0; ES2238612T3; WO2003039731A1; ES2229864B1; DE60203724D1; DE60203724T2; JP2005507774A; EP1462156A1; EP1427518B1; JP4326335B2; US6872918B2; US20030085219A1; GB2381764A; ATE293010T1; EP1427518A1; CN1578699A

Abstract

본 발명은 로드 열처리용 오토클레이브로, 상기 오토클레이브에 대한 상기 로드의 위치, 로드의 단면 및/또는 열적 특징들이 로드, 예컨대, 항공기의 대형 패널을 따라 변할 수 있게 되어 있는 오토클레이브에 관한 것이다. 상기 오토클레이브는 로드를 수용하는 챔버와, 챔버의 일단부를 제공하는 상기 챔버의 벽과, 챔버의 타단부를 형성하고 로드의 삽입 및 제거를 위한 접근로를 제공하는 도어를 포함한다. 상기 챔버 내의 가스를 가열하는 수단(110, 112)이 설치되고, 오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되는 동시에 가열 가스의 순환을 위한 구역을 각각 생성하는 복수 개의 가스 순환 수단(114-130)들이 포함되어 있다. 상기 구역 내에서 가열 가스와 로드 사이의 열교환 비율을 독립적으로 제어하기 위한 수단(74-92, 114-130, 144-148; 150-154)이 설치되고, 상기 가스 순환 수단은 가열 가스가 비축방향으로 로드 상으로 충돌하게 되는 순환 패턴을 생성하도록 배열된다.

Description

다중 구역 오토클레이브{MULTIPLE ZONE AUTOCLAVES}

본 발명은 오토클레이브와, 이것을 공작물의 열처리에 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.

유럽 특허 제0 176 508B호에는 예컨대, 섬유/수지 혼합물로부터 제품의 제조와, 유리, 자동차 및 항공 산업에서 공작물의 열처리에 유용하며, 요즈음 통상적으로 450℃에 이르는 작동 온도와 68bar에 이르는 작동 압력을 갖는 가스 연소식 오토클레이브(gas-fired autoclave) 구조에 대해 개시되어 있다. 복합체(composite) 경화에 혹은 유리 제품의 열처리에 사용되는 오토클레이브는 통상적으로 길이 3-4m, 직경 1-3m 및 10-20㎥ 의 체적을 가져야 한다. 자동차 산업에서, 예컨대 경주용 자동차의 샤시를 열처리하는 데에 사용할 경우, 오토클레이브는 통상 약 2.75m의 직경, 약 4.5m의 길이, 25㎥ 의 내부 체적을 지닌다. 우주 항공 부품들의 열처리에 사용할 경우, 오토클레이브는 통상 약 4.25m의 직경, 약 12m의 길이, 170㎥ 의 내부 체적을 가져야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 종래의 오토클레이브는 약 3.7m(12피트)의 길이와 약 1.5m(5피터)의 직경을 갖는 압력 용기를 기초로 하고 있으며, 이 용기는 본체(10)와 로딩 도어(12)를 구비한다. 진공 라인(14)들은 유연성이 있는 격판(diaphragm)에 의해 덮여 있는 주형 공구(도시 생략)의 주형 측에 연결되도록 설치되어 있으며, 주형될 공작물은 상기 공구와 격판 사이에 배치된다. 상기 공구는 밸브(18)를 통해 진공에, 그리고 밸브(20)를 통해 대기에 연결될 수 있다. 상기 밸브(22)는 압력 라인(16)을 통해 공기가 압력 용기의 내부로 유입되도록 작동할 수 있다. 가열은 압력 용기의 길이를 따라 상하로 설치되어 있는 노출식 복사 튜브(radiant tube)(24)에 의해 이루어진다. 각각의 튜브의 입구에는 가스 연소식 히터(34)가 설치되어 있고, 각각의 튜브의 배출 단부에는 임펠러(36)가 설치되어 있으며, 이 임펠러에 의해 부압이 배출 단부 쪽으로 생성되며, 이 튜브에 걸쳐 연도 가스(flue gas)의 흐름이 유지된다. 탱크 단부벽 상에 장착된 모터(38)는 방사상의 흐름 임펠러(40)를 구동하여 압력 용기 내에 가스의 재순환 흐름을 생성한다. 탱크 벽(10)을 통해 가스 온도와 반응하는 열전대(42)들은 여러 가지의 히터에 작동 가능하게 연결되어 이 히터를 켜고 끄는 동시에 오토클레이브 내에서 가스상의 분위기를 의도한 수치의 ±1°로 유지시키는 제어 유닛(44)에 연결되어 있다. 동일한 튜브들을 가열을 위해 및 작동 사이클의 냉각 부분 동안에 실온으로 복귀시키기 위해 사용할 수 있게 해주는 가변 속도 임펠러의 사용 방법이 유럽 특허 제0 333 389A호에 개시되어 있다. 다른 구조의 오토클레이브들은 전기적으로 가열, 스팀 가열, 오일 가열, 고온 공기 가열 혹은 가스 복사 가열될 수 있지만, 현재까지 이들은 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이 단일의 일반적으로 재순환하는 가스 흐름의 축방향 패턴을 만들기 위해 단부벽에 있는 임펠러에 의해 좌우되어 왔다.

록히드-마틴(Lockheed-Martin) 명의의 미국 특허 제6,240,333호에는 오토클레이브 내에서 복합체 부품의 제작 방법에 관하여 개시되어 있다. 상기 록히드-마틴 특허에서는, 열이 가해질 때 경화되는 에폭시 혹은 BMI 수지가 함침되어 있는, 프라이(ply)라고 불리는 가요성의 그래파이트 섬유로 형성된 복합체 재료로 주로 제작되는 항공기의 예로 F22 랩터(Raptor)가 있다고 설명하고 있다. 경화되지 않은 프라이는 공구 상에 배치되는 데, 각각의 공구는 랩터의 복합체 부분에 대응한다. 따라서, 그래파이트 수지 혼합물이 공구 위에서 경화될 때, 상기 복합체 부분은 적절한 형상으로 성형된다. 상기 록히드-마틴 특허는 복합체 부품들의 성형에 이용할 수 있는 몇 가지의 제조 기법들에 대해서도 또한 설명되어 있다. 또한, 일례로서 랩터를 사용할 때, 일단 프라이들을 공구 위에 배치하면, 수지의 경화 중에 공구에 프라이를 확실하게 유지하기 위해 진공 백을 사용하게 된다. 상기 진공 백은 상기 재료를 공구에 대해 압박하여 거품의 형성 및 다른 재료의 기형화를 방지한다. 그 다음, 상기 공구들은 스케줄에 따라 가열을 위해 오토클레이브 내로 배치되며, 불량 부품의 제작을 회피하기 위해 이것을 충실히 이행하는 것이 필수적이다.

또한, 전술한 록히드-마틴 특허에 따르면 오토클레이브 조작자는, 가열 속도(heating rate)의 요건을 충족시키고, 통상 15미터(50피트) 길이의 오토클레이브이지만 가열 챔버의 일단부에 배치된 대형 팬을 이용하여 공기의 송출에 의해 여전히 가열되는 것을 보장하기 위해 상기 공구를 오토클레이브의 가열 챔버 내에 주의 깊게 분포시켜야 하다고 기재되어 있다. 이러한 가열 방법을 생산 공정에 적용할 때 여러 가지의 문제점이 생기는데, 그 중에 오토클레이브의 조작자가 부품의 과열을 방지하기 위해 보다 낮은 레벨로 가열 속도를 조절할 경우, 오토클레이브는 다른 부품들을 경화시키기 위해 더 많은 시간을 필요로 하게 되어 전체의 조업 시간을 위해 요구되는 시간이 길어진다는 문제점과, 만약 상기 부품들이 부적절하게 분포될 경우, 오토클레이브 조작자는 몇몇 공구에 대한 가열 속도의 요건을 위반해야 하며 이에 따라 유용한 부품들을 다른 공구로부터 획득하기 위해 이들 공구의 부품들을 낭비하게 되는 문제점이 있다. 록히드-마틴에 의해 제시된 해결책은 오토클레이브로 주입될 로드 내에 공작물의 적절한 위치 설정을 위한 로드 분포 소프트웨어를 제공하는 것이다. 이 소프트웨어는 (a) 선택된 특정의 공구, (b) 상기 공구의 열적 성능 및 (c) 오토클레이브의 열적 특징에 따라 오토클레이브 가열 컨테이너에서 선택된 공구의 가장 양호한 레이아웃을 결정하기 위한 레이아웃 엔진을 포함하며, 그 결과로 생기는 패턴은 상기 레이아웃 엔진에 의해 그래픽 사용자 인터페이스 상에 생성된다. 이 레이아웃 패턴은:

ㆍ데이터베이스에 저장된 공구의 열적 반응과,

ㆍ늦게 반응하는 공구들을 높은 가열 영역에 배치하고, 빠르게 반응하는 공구들을 낮은 가열 영역에 배치하는, 오토클레이브 가열에서 방사방향 및 축방향 변화와,

ㆍ로드 둘레로 균일한 공기 흐름과,

ㆍ표시된 패턴에서 로딩의 실행 여부

에 따라 결정된다.

그러나, 록히드-마틴 특허는 레이아웃 엔진이 어떻게 기록되어야 하는지 특히 공기 흐름의 균일성에 대해 그 엔진이 무슨 계산을 행해야 하는지에 대한 구체적인 방안을 제시하지 못하였다.

도 1은 공지의 오토클레이브의 종방향 수직 단면을 간략하게 도시한 도면이며,

도 2는 공기가 일단부로부터 순환하고 있고, 적어도 종방향을 따라 굴곡된 가늘고 긴 공작물이 있는 오토클레이브의 수직 단면을 간략하게 도시한 도면이고,

도 3은 오토클레이브를 따라 소정의 간격으로 배치된 일련의 임펠러에 의해 적어도 일부가 방사상으로 향하는 공기 순환이 생성되는 것만 제외하고 도 2에 도시된 오토클레이브 및 공작물을 간략하게 도시한 도면이며,

도 4a 내지 도 4h는 공기 순환의 패턴을 나타내기 위해 오토클레이브의 횡단면을 간략하게 도시한 도면이고,

도 5a 내지 도 5c는 오토클레이브와 그 관련된 제어 시스템의 상부, 중간부 및 하부를 도시한 도면이며,

도 6은 본 발명에 따른 다른 오토클레이브를 도시한 횡단면도이고,

도 7a 및 도 7b와 도 8a 내지 도 8c는 하나의 구역에서 또 다른 구역으로 축방향으로 공기의 이동을 유발하기 위해 압력파의 발생을 위한 구조를 나타내는 도 3과 도 4a 내지 도 4h의 오토클레이브의 도면이며,

도 9 및 도 10은 각각 본 발명에 따른 또 다른 오토클레이브를 도시한 측면도 및 횡단면도이고,

도 11 및 도 12는 각각 본 발명에 따른 또 다른 오토클레이브를 부분적으로 절단하여 도식적으로 나타낸 측면도 및 횡단면도이며,

도 13은 오토클레이브의 일부를 형성하는 버너와 열교환기 유닛들 중 하나의 회로도이고,

도 14는 일 형태의 냉각기를 나타내는 오토클레이브의 가열 구역과 냉각 구역들 중 하나를 도시한 도면이다.

본 발명은, 그 길이에 따라 질량, 형상 및 단면에서 차이가 있는 로드를 처리하고 또 전체의 로드가 의도한 열처리를 받을 수 있는 기회를 향상시킬 수 있도록 하기 위해, 오토클레이브에 일어날 수 있는 모든 특징들을 수용하여 로드의 특징들을 변형시키는 것보다 로드의 특징들을 고려하기 위해 오토클레이브의 특징들을 변형시키는 것이 본질적으로 더욱 바람직하다는 전제를 기초로 한다.

복잡한 로드를 오토클레이브 내에서 열처리할 때 발생하는 하나의 문제점은 오토클레이브를 따른 상이한 위치에 로드의 상대 위치 혹은 단면에 차이점이 존재할 수 있다는 것으로, 축방향의 가스 순환을 갖은 오토클레이브에 있어서의 그러한 차이점은 순환 가스의 속도 나아가 로드로의 열전달 속도를 변화시킨다는 것이다.

상기 문제점은 본 발명에 따라 전술한 바와 같이 오토클레이브 내에서 로드를 열처리하는 방법에 의해 해결되는데, 상기 방법은 오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되어 각각 가열 가스가 로드 공간의 거의 비(非)축방향으로 순환되도록 및/또는 비축방향으로 로드 상으로 충돌하도록 하는 복수 개의 가스 순환 수단에 의해 가열된 가스를 로드 공간 내에서 순환시키는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명은 로드 열처리용 오토클레이브를 포함할 수 있으며, 상기 오토클레이브는,

가압 가능한 가열 챔버를 형성하는 셸과;

로드 공간을 형성하는 셸 내의 수단과;

상기 가열 챔버를 폐쇄하고 로드 공간으로의 로드 유입과 로드 공간 밖으로의 로드의 방출을 허용하기 위한 하나 이상의 도어와;

상기 로드 공간 내에서 가스를 가열하는 수단과;

상기 로드 공간의 각각의 구역에서 가스의 비축방향 순환(non-axial circulation)을 위해 가열 챔버를 따라 각각 간격을 두고 떨어져 배치된 복수개의 임펠러와 이에 대응한 구동 수단을 포함한다.

본 발명은 로드 열처리용 오토클레이브로, 상기 오토클레이브에 대한 상기 로드의 위치 및/또는 상기 로드의 단면은 상기 로드를 따라 변할 수 있게 되어 있는 오토클레이브를 더 포함하며, 상기 오토클레이브는,

상기 로드를 수용하는 챔버로, 제1 및 제2 단부와, 상기 제1 및 제2 단부를 관통하는 축선을 구비하며, 상기 챔버의 벽이 제1 단부를 제공하도록 되어 있는 챔버와;

상기 챔버의 제2 단부를 제공하고 상기 로드의 삽입 및 제거를 위한 접근로를 제공하는 도어와;

상기 챔버 내의 가스를 가열하는 수단과;

가열 가스가 대개 로드 공간의 비축방향으로 순환하고 및/또는 비축방향으로 로드 상으로 충돌하게 되는 순환 패턴을 생성하도록 배열된 가열 가스 순환 수단을 포함한다.

복잡한 로드를 오토클레이브 내에서 열처리할 때 발생하는 또 하나의 문제점은 오토클레이브를 따른 상이한 위치에서 로드의 열적 특징에 차이점이 존재할 수 있다는 것으로, 이 문제점은 축방향의 가스 순환을 지닌 오토클레이브에서 위치에 따른 알고 있거나 예상되는 열전달 속도의 차이를 고려하기 위해 단지 로드의 분포를 조절하는 것만으로는 극복하기는 어려울 수 있다.

상기 문제점은 본 발명에 따라 로드의 열적 특징들이 로드를 따른 위치에 따라 변할 수 있게 되어 있는 로드의 열처리 방법에 의해 해결되는 데, 상기 방법은 오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되어 각각 가열 가스의 순환을 위한 구역을 생성하는 복수 개의 가스 순환 수단을 구비하는 오토클레이브에서 로드를 가열하는 단계를 포함하며, 상기 구역 내의 가스 순환은 독립적으로 제어 가능하다. 이러한 방법에 따라, 기하학적 모양과 질량이 다를 수 있는 로드는 전체적으로 균일한 속도로 상기 질량의 온도를 상승시키기 위해 그 길이를 따라 상이한 온도에서 혹은 가스 순환의 상이한 속도에서 가열될 수 있다.

본 발명은 로드의 열처리용 오토클레이브 혹은 오븐으로, 상기 로드의 열적 특징들이 로드의 길이를 따라 변할 수 있게 되어 있는 오토클레이브를 또한 제공하며, 상기 오토클레이브는,

상기 로드를 수용하는 챔버로, 제1 및 제2 단부를 구비하며, 상기 챔버의 벽이 제1 단부를 제공하도록 되어 있는 챔버와;

상기 챔버 내의 가스를 가열하는 수단과;

오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되는 동시에 가열 가스의 순환을 위한 구역을 각각 생성하는 복수 개의 가스 순환 수단을 포함하며, 상기 구역에서의 가스 순환은 독립적으로 제어 가능하다.

전술한 문제점들은 상호 독자적이지 않고 보통 서로 연관지어 발생하게 된다.

따라서, 본 발명의 또 다른 관점은 로드 열처리용 오토클레이브로, 상기 오토클레이브에 대한 상기 로드의 위치, 상기 로드의 단면 및/또는 상기 로드의 열적 특징들은 상기 로드를 따라 변할 수 있게 되어 있는 오토클레이브를 제공하며, 상기 오토클레이브는,

상기 챔버 내의 가스를 가열하는 수단과;

오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되는 동시에 가열 가스의 순환을 위한 구역을 각각 생성하는 복수 개의 가스 순환 수단을 포함하며, 상기 구역에서의 가스 순환은 독립적으로 제어 가능하고, 상기 가스 순환 수단은 가열 가스가 비축방향으로 로드 상으로 충돌하게 되는 순환 패턴을 생성하도록 배열되어 있다.

전술한 오토클레이브는 종방향을 따라 연속하는 처리 구역들로 구분되어 있으며, 각각의 구역에서 가열 가스와 로드 사이의 열전달 속도를 제어하는 수단은 임펠러를 포함한다. 상기 임펠러는, 첫째로, 순환하는 가스의 속도 나아가 로드로의 열전달 계수를 조절하는 기능과, 둘째로, 요구되는 속도 혹은 질량 유량(mass flow)으로, 특히 오토클레이브에 존재하는 통상 5 내지 25 바아의 작동 압력에서 가스 순환을 발생하기 위해 실제로 요구되는 높은 동력 입력으로 인한 가열 가스의 열 공급원으로서, 바람직하게는 각각의 처리 구역의 임펠러에 의해 상기 가열 가스에 발생된 마찰열을 독립적으로 조절하기 위해 제공되는 수단으로서의 기능을 포함하는 이중 기능을 제공할 수 있다는 것으로 밝혀졌다. 실제로, 가스 온도와 로드 온도를 측정하는 동시에, 이 측정된 온도와 요구되는 온도 간의 차이를 이용하여 임펠러 속도와 나아가 임펠러가 발생하는 마찰열의 양을 조절하기 위한 상위 신호를 생성하는 하나 이상의 열전대를 오토클레이브 내에 제공함으로써, 미세한 온도 제어를 제공하고, 오토클레이브 처리 사이클의 로드 가열 단계 중에 ±1℃의 로드 온도가 얻어지도록 해줄 수 있다는 것으로 밝혀졌다. 각각의 구역에서 가열 가스와 로드 사이의 열전달의 속도를 제어하는 수단은 또한 상기 구역 내를 순환하는 가스를 냉각하기 위한 냉각 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 오토클레이브의 길이를 따라 상기 구역들에서 선택적으로는 단일의 구역 내의 상이한 영역에서의 가스 유량을 조절하는 능력은 로드를 따라 상이한 영역 둘레의 가스 흐름 경로의 차이와, 그리고 로드를 따라 상이한 영역들에서 공구와 공작물의 열 용량에서의 차이를 참작하기 위하여 처리 사이클의 냉각 부분 동안 그 가치가 특별하다. 구역 방향(zone-wise)으로 혹은 구역들의 그룹에서 초기의 가열, 각각의 구역에서의 질량 유량, 각각의 영역에서 마찰열 발생 및 각각의 구역에서의 냉각을 위한 독립적인 조절을 제공함으로써 높은 수준의 안전성을 얻을 수 있다.

순환하는 가스 가열에 관하여는, 전기가 하나의 가능한 열 공급원이며, 이 경우 각각의 구역에서 순환하는 가스를 가열하기 위한 독립적인 히터를 제공하는 것이 편리하다. 예컨대, 복사 튜브를 이용한 가스, 증기 혹은 오일 가열의 경우, 가열 수단은 적어도 구역들의 그룹에 공통인 제1 히터를 포함할 수 있고, 통상적으로 구역들의 제1 및 제2 그룹을 위한 적어도 제1 및 제2 히터를 포함할 수 있다. 제어 수단은 시간에 따라 변하는 패턴으로 적어도 하나의 구역에서 상이한 조건들을 만들어 구역들 사이에서 축방향으로 가스를 전달하도록 채택될 수 있다.

가스 순환 패턴은 비축방향 패턴(non-axial pattern)이며, 통상적으로 1보다 큰 종횡비(aspect ratio)를 갖는 로드 공간의 축선 혹은 종방향 치수를 가로지르는 패턴이다. 가스가 원주방향의 바이로블(bilobal) 순환 패턴이 이루어지도록 하는 수단이 각각의 구역에서 제공되는 것이 바람직하며, 상기 원주방향의 바이로블 순환의 평면은 일반적으로 상기 종방향 혹은 종축에 직각이다. 이러한 순환 패턴을 얻기 위해, 오토클레이브는 챔버 공간의 측벽과 함께 상기 챔버의 주변을 따르는 가스 흐름을 위해 대향하면서 간격을 둔 내벽 부분과, 가스가 흐름 공간으로 유입하도록 상기 내벽 부분들 사이에 형성된 제1의 구멍과, 가스가 상기 흐름 공간에서 나와 상기 챔버를 통해 제1의 구멍으로 흐르도록 상기 제1 구멍 반대에서 상기 내벽 부분들 사이에 형성된 제2의 구멍을 더 포함할 수 있다. 로드 위로 진행하는 가열된 가스의 질량 유량을 증가시키고 나아가 열절단 계수를 증가시키기 위해, 로드 위로 흐르는 가스의 체적을 줄여 가스의 속도를 증가시키는 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 로드에 인접하는 가스의 속도를 변화시키기 위해 적어도 하나의 가스 편향 수단을 상기 오토클레이브 내에 설치하는 것이 바람직하며, 상기 챔버의 외부로부터 상기 가스 편향 수단의 위치를 조절하기 위해 상기 가스 편향 수단에 액츄에이터 수단을 결합시키는 것이 바람직하다.

전술한 오토클레이브는 가장 긴 치수가 오토클레이브의 축선과 거의 평행하게 되어 있는 가늘고 긴 제품을 열처리하기 위해 사용될 수 있고, 상기 열처리는 예정된 패턴에 따라 상기 제품을 가열하여 그 길이를 따라 온도를 균일하게 상승시키도록 수행된다. 상기 제품은 그것의 종방향을 따라 비선형인 예컨대, 종방향과 횡방향 양방향으로 곡률을 지닌 항공기 날개용 패널일 수 있다.

통상적으로 상기 로드는 공구와 접촉 상태로 있는 공작물로 각각 구성되어 있는 제품들을 포함하며, 상기 공작물은 복합체와 성형 공구 사이의 계면을 비우는 것과 오토클레이브 내에 고온의 기체 분위기의 압력을 가하는 것의 조합에 의해 복합체가 성형되는 것과 마찬가지로 열처리되고, 공구와의 접촉에 의해 성형된다. 상기 오토클레이브의 주요한 용도 중 하나는 오토클레이브의 내부 공간의 주요부를 따라 연장하는 단일의 공작물과 단일의 성형 공구의 열처리에 있다. 또한, 오토클레이브는 오토클레이브의 내부 공간의 주요 부분을 따라 나란한 관계로 연장하는 복수 개의 공작물과 성형 공구의 열처리를 위해 사용되어도 좋다. 또한, 상기 오토클레이브는 오토클레이브의 내부 공간을 따라 직렬로 단부들끼리 배치된 복수 개의 공작물과 성형 공구의 열처리를 위해 사용될 수 있다. 성형 부품을 만들기 위한 오토클레이브의 사용은 경화성 플라스틱 혹은 복합체 재료를 이용하여 부품을 제작하는 것에만 한정되지 않고, 부품의 형상을 바꾸거나 그 특성을 향상시키도록 열처리를 가하기 위해 요구되는 금속으로 구성된 부품들을 포함한다.

에이지 크리프 성형(age creep forming)은 금속 플레이트를 희망하는 외형으로 성형, 예컨대, 알루미늄 혹은 합금으로 구성된 날개 패널에 항공기 날개 형상을 부여하기 위해 사용할 수 있는 프로세스이다. 에이지 크리프 성형에 포함되는 실질적인 단계들은 경화 가능한 조성물을 성형하는 것과 매우 유사하다. 기계 가공에 후속하여, 금속 패널을 주형에 놓고 내고온성이 있는 플라스틱 재료의 시트로 덮는다. 그 조립체를 오토클레이브 내에 배치하고, 상기 시트 아래의 공기를 배기시키고 오토클레이브의 내부를 가압하여 패널을 주형에 단단히 압박하며, 그리고 오토클레이브를 예컨대, 약 220℃로 가열시킨다. 예컨대, 24시간 후에, 패널을 실온으로 냉각시켜 오토클레이브로부터 제거한다. 미국 특허 제4188811A호(Chem-tronics 명의)에는 단일 면으로 된 다이를 사용하고, 크리프 성형에 의해 상기 다이 표면의 형상에 공작물을 합치시키기 위해 열과 압력을 사용하는 금속 공작물 성형 프로세스가 개시되어 있다. 특히, 상기 특허에 개시되어 있는 금속 공작물의 형상을 변형시키기 위한 프로세스는: 공작물에서 요구되는 형상을 그 일면에 지닌 다이의 표면 상에 공작물을 배치하는 단계와, 내열성의 압력 전달 재료의 별도의 부품들로 구성되고 상기 다이에 대향하는 공작물측으로 배치된 유연체(compliant body)를 통해 공작물에 압력을 가하는 동시에 그 공작물을 가열하는 단계를 포함하며, 공작물이 가열되는 온도와 그 공작물에 가해지는 압력은 공작물 금속이 그것의 항복 강도 이하의 응력에서 소정적으로 유동하게 하여 상기 다이의 표면과 접촉하게 함으로써, 공작물에 희망하는 형상을 부여하도록 상호 관련되어 있다. 크리프 성형과 관련한 보다 최근의 참조 문헌은 미국 특허 제5345799A호(Aliteco AG 명의)와 제6264771호(Bornschlegel)에 개시되어 있다.

전술한 바와 같이, 오토클레이브의 구역 내에서의 하나의 양호한 가스 순환 패턴은 오토클레이브의 축선을 가로지는 방향으로 향한 각각의 구역 내에서 바이로블 순환 평면을 지닌 바이로블 패턴이며, 여기서 상기 바이로블 순환의 중앙 영역에 있는 가스는 공구 상으로 충돌 및/또는 공구를 통과한다. 상기 공구는 가스의 순환 경로 주변 부분을 따라 진행하고 있었던 가스가 그것이 로드 공간을 가로질러 진행하게 될 순환 경로의 중앙 부분으로 유입되는 위치를 면하는 가스 수용 개구를 구비하는 것이 바람직하다. 제2의 양호한 가스 순환은, 제1 및 제2의 가열된 공기의 내향 흐름이 생성되어 양방향으로부터 공작물 상에 충돌할 수 있도록, 제1 및 제2 임펠러가 오토클레이브를 단면에서 보았을 때 0°및 180°위치에 배치되어 있고, 내측 로드 공간 형성 벽에서의 불연속부에 의해 90°및 270°위치에서 형성된 방출 출구를 구비하도록 되어 있는 테트라-로블(tetra-lobal) 가스 순환이다.

본 발명이 어떻게 달성될 것인가는 이하에서 첨부 도면을 참조하여 단지 예를 들어 설명될 것이다.

본 발명은 특히 제한적인 의미가 아니라 높은 종횡비(aspect ratio), 높은 체적, 혹은 높은 체적과 높은 종횡비 양자를 갖는 오토클레이브에 적용될 수 있다. 비교적 작은 크기이지만 높은 종횡비를 갖는 오토클레이브는 예컨대, 요트 마스트의 열처리 혹은 성형에 사용될 수 있으며, 이 때 20 미터의 길이, 1 미터의 직경, 12㎥ 의 내부 체적을 갖게 된다. 높은 체적과 높은 종횡비 양자를 가질 경우, 오토클레이브의 길이는 15미터이며, 통상의 설비에서 약 35 미터의 길이를 가질 수 있고, 비축방향 흐름 패턴(non-axial flow pattern)이 선택되었기 때문에 길이에 대한 구체적인 상한은 없다. 오토클레이브의 체적은 250㎥ 이상, 종종 500㎥ 이상, 그리고 통상적인 설비에서 750㎥ 이상일 수 있다. 오토클레이브 내의 로드 공간의 종횡비(길이 대 직경 혹은 최대의 횡방향 치수)는 3 이상, 일반적으로 5 이상, 통상적인 설비에서는 약 7일 수 있다.

대형의 항공기 날개용 패널 등의 부품이 팬(52)을 통해 축방향으로 공기 순환이 일어나고 있는 일반적인 오토클레이브(50)에서 열처리될 때 발생하는 문제점들, 특히 날개가 항공기의 동체에 연결되는 부위에서 발생하는 문제점들이 도 2에 도시되어 있다. 날개 패널(54)은 예컨대, 횡방향과 종방향 양방향으로 굴곡되어 있고 전장을 따라 점차 단면이 변하면서, 통상 날개의 기부를 향해서는 40mm, 날개의 끝을 향해서는 4mm의 단면을 갖는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다. 통상 약 10mm 두께의 강판의 툴링(tooling)은 크리프 성형될 패널(54)을 지지하며, 패널 혹은 공작물은 공구를 따라 그리고 공구를 가로질러 분포된 스크류 잭(screw jack)에 의해 형성된 기준면 상에서 끌어 당겨진다. 상기 패널은 고무 시트로 피복되어 있고, 진공에 의해 그리고 통상 20 바아 이내의 압력과 200℃ 이내의 온도로 되는 오토클레이브 내의 가스의 압력에 의해 상기 기준면 상에서 끌어 당겨진다.

크리프 성형에 있어서, 패널(54)에 의해 겪게될 열 지배에 대한 통상의 요건은 패널이 그것의 타깃 온도의 ±2℃로 가열되어야 하고, 패널의 가장 두꺼운 부분의 타깃 온도는 가장 얇은 부분의 것에 비해 1시간 이내에 달성되어야 하는 것이다. 열은 고무 커버 시트 상에서 가열 가스의 충돌에 의해 주로 패널에 도달하므로 공기의 대류, 고무 커버 시트를 통한 전도 및 알루미늄 패널의 열 용량을 모델링하는 것이 필요하다.

도 2에는 도면의 간략화를 위해 툴링이 도시 생략되어 있다. 명백한 바와 같이, 가스는 화살표(60)로 표시된 바와 같이 오토클레이브의 측벽(56)과 내벽(58) 사이에서 팬(52)으로부터 축방향으로 멀어지도록 유동하며, 축방향의 복귀 유동(62)을 제공하기 위해 내측으로 복귀한다. 상기 측벽(56)과 내벽(58) 사이에는 복사 튜브 가열 요소(도시 생략)가 설치되어 있다. 오토클레이브는 3개의 세그먼트, 즉 팬에서 가장 멀리 떨어져 있는 세그먼트(62), 중앙 세그먼트(64) 및 팬에서 가장 가까운 세그먼트(66)로 구성된다. 상기 팬에서 가장 멀리 떨어져 있는 세그먼트(62)에 있어서, 패널(54)은 내벽(58)에 대해 비교적 넓은 공간을 이루고 가스 흐름은 상대적으로 느리다. 상기 중앙 세그먼트(64)에서는, 패널(54)과 내벽(58) 사이의 간극은 좁아지고 가스 흐름이 가속되어, 열전달 계수에 있어서의 상응하는 증가를 가져온다. 상기 팬(52)에서 가장 가까운 세그먼트(66)에 있어서, 패널(54)이 역으로 만곡되어 있기 때문에 가열 가스는 더 이상 고무 커버층 상에 직접 충돌하지 않고, 그 대신 가열 가스의 일부는 우회하여 화살표(68)로 표시된 바와 같이 팬으로 직접 복귀하게 되는 반면 나머지는 화살표(70)로 표시된 바와 같이 난류가 된다. 가스 흐름 체제를 달리함으로써 그 결과 로드 (공작물 및/또는 공구) 열전달 계수의 차이로 인해 유발된 문제점을 해결하기 위해, 팬(52)은 유동 경로의 길이와, 그 경로의 아웃플로우(outflow) 부분에서 히터에 의해 마련된 장애물과, 그 경로의 복귀 부분에서의 로드로부터 초래되는 높은 정적 헤드(static head)에 반하는 매우 높은 가스 흐름을 생성해야 한다. 툴링을 통한 가스 흐름은 처리에 현저하게 도움을 주지 못하는데, 그 이유는 지배적인 가스 흐름이 도시된 바와 같이 패널(54)의 표면 위로 있기 때문이다. 불가피하게, 상기 로드의 일단부는 다른 단부보다 더 차다. MW 단위의 팬 동력이이 요구되어, 많은 투자비를 필요로 하며, 제로 부등률(zero diversity factor)이 존재한다.

본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 가스를 오토클레이브의 내벽과 외벽 사이에서 둘레방향으로 순환시키는 가열 가스의 비축방향 흐름 패턴을 제공함으로써 전술한 문제점을 해결하였는데, 여기서 상기 가스는 복사 튜브를 통과해 흐름으로써 가열될 수 있고, 화살표(72)로 표시된 바와 같이 로드 상에 충돌하도록 로드 공간을 가로질러 진행할 수 있다. 오토클레이브의 축선에 거의 직각으로 향하는 평면 내에서의 가스 순환 패턴은 로드 공간을 다수의 프로세싱 구역으로 나누는 기회를 부여하게 되는데, 이 구역에서는 가스 흐름(속도 및 온도)은 부등률(diversity factor)로 균일한 온도를 유지하도록 독립적으로 제어될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 세그먼트에 대한 둘레 방향으로의 흐름은 오토클레이브의 최상부 구역에서 그것을 따라 축방향으로 떨어져 장착된 냉각 유닛을 통해 그 다음 그 유닛으로부터 하방향으로 향하게 되며, 상기 냉각 유닛은 처리 사이클의 가열 부분 중에 순환 가스의 온도를 조절하여 오토클레이브의 가볍게 로드가 걸린 구역 혹은 로드가 걸리지 않은 구역의 과열을 방지하는 데에 첫째로 유용하게 사용되고, 그리고 처리 사이클의 냉각 부분 동안에 주변 온도로 온도를 복귀시키는 것을 보조하는 데에 두 번째로 유용하게 사용된다. 세그먼트(62)에는 냉각 유닛(74, 76, 78)들이 설치되어 있고, 세그먼트(64)에는 냉각 유닛(80, 82, 84)들이 설치되어 있으며 그리고 세그먼트(66)에는 냉각 유닛(88, 90, 92)들이 설치되어 있다. 둘레 방향의 흐름은 상기 냉각 유닛들로 유입된 다음 도시된 바와 같이 로드를 향해 하방향으로 향하게 된다. 이동 가스의 복귀 부분에 있어서, 오토클레이브의 바닥 아래에 있는 정합 유닛의 임펠러는 오토클레이브의 측벽(56)과 내벽(58) 사이에서 원주방향으로 흐르도록 가스를 로드 공간으로부터 복귀시킨다.

상기 로드를 공유하는 것에 추가하여 오토클레이브를 따라 소정의 간격을 두고 배치된 다수의 임펠러들을 사용함으로써, 각각의 임펠러에서의 정적 헤드 감소를 유발시키며, 이로 인해 오토클레이브의 공기 운동 요건에 절충할 필요 없이 보다 소형의 모터를 사용할 수 있게 된다. 모터가 소형일수록 제조 및 설치가 더 쉬워지며, 각각의 모터에 의해 제어된 횡방향 흐름 경로(들)가 일반적인 오토클레이브의 축방향 흐름 경로에 비해 비교적 짧기 때문에, 그리고 임펠러 속도의 조절은 질량 유량의 제어뿐만 아니라 열 입력의 상당한 부분을 제공할 수 있는 특히 비교적 높은 오토클레이브 내부 압력에서 각각의 임펠러에서 주어진 마찰열의 양을 제어하기 위해 사용될 수 있기 때문에 향상된 제어를 제공한다. 상기 모터는 추가의 동력이 상기 구역에서 가스의 마찰 가열을 위해 사용될 수 있도록 가스 순환에 필요로 하는 것보다 더 큰 정격 출력을 가지는 것이 바람직하다. 만약 작업이 오토클레이브를 따라 소정의 간격을 두고 배치된 복수 개의 모터와 임펠러에 의해 공유되고 종래 기술에 의한 오토클레이브와 마찬가지로 단부벽에 있는 단일의 모터에 의해 간단하지 않을 경우, 처리 사이클의 휴지 부분에서 중요할 수 있는 마찰 가열을 사용하는 것이 조장된다.

도 3의 오토클레이브의 단면도가 도 4a 내지 도 4h에 도시되어 있으며, 이 도면에 도시된 바와 같이 오토클레이브는 측벽(56)과 대향하여 마주보는 원호형 측벽(58, 58a)을 구비하며, 이 원호형 측벽(58, 58a)은 상기 측벽(56)과 함께 가스 연소식 복사 히터 튜브(96)를 포함하는 원주형 가스 순환 공간(95)을 형성한다. 도 4a를 참조하면, 각각의 세그먼트는 각 면에 6개의 가스 버너들에 의해 연소되는 6개의 복사 튜브들을 구비하며, 이에 따라 하나의 세그먼트 당 12개의 복사 튜브와 가스 버너가 마련되어 있다. 가스 연소식 복사 튜브들은 단지 일례에 불과한 것이며 다른 형태의 가열 방식이 채용되어도 좋다는 것을 알 수 있다. 로드 공간(98)은 내벽(58, 58a), 천장(100) 및 바닥(102), 냉각 유닛들 사이에 형성되며, 상기 실시예의 경우 유닛(76)은 천장에 장착되고 임펠러(104)는 바닥에 장착된다. 로드(106)는 로드 공간 내에 존재하며 성형될 패널과 성형 공구의 형태를 취하며, 상기 성형 공구는 변형 가능한 물질의 블랭킷 혹은 패널을 덮고 있는 공구의 견고한 제2의 부분을 구비하며 성형 작업을 보조하기 위해 패널 아래에 진공을 만들기 위한 수단(도시 생략)을 구비한다.

연속하는 도면들에 화살표로 나타낸 바와 같이, 로드(106)의 아래쪽으로부터 나온 가열 가스는 임펠러 혹은 팬(104)을 통과(도 4b 참조)하며, 이 임펠러 혹은 팬으로부터 나온 가스는 가스 순환 공간(95)을 향해 방출되고, 이 공간을 통해 가스는 냉각 유닛(76)에 도달할 때까지 둘레 방향으로 흐른다(도 4d 및 도 4e 참조). 상기 임펠러 혹은 팬은 보통 원심 팬으로서, 이 팬은 케이싱과, (상기 실시예에서의) 바닥에 형성된 개구에 연결되는 입구와, 오토클레이브의 횡단 방향으로 반대 방향으로 향하는 제1 및 제2 출구를 구비한다. 이러한 방법으로, 로드 공간으로부터 나온 가스는 대응하는 냉각 유닛[예컨대, (76)]을 향해 오토클레이브의 양측면에서 주변의 공간을 통해 구역 방향(zone-wise)으로 흐른다. 냉각 유닛을 빠져 나온 가스는, 로드의 아래쪽(도 4b 참조)으로 복귀하기 전에 로드(106)의 일부를 형성하는 성형 공구 위로 혹은 안으로 하방향으로 흐른 다음, 그 성형 공구를 통해 흐른다(도 4f, 4g, 4h 참조). 따라서, 각각의 구역에서 둘레 방향의 바이로블 순환 패턴이 이루어지게 되며, 로드는, 2개의 로브(lobe)에서 흘러나온 가스가 합류하게 되고 가스가 로드 공간을 횡단하여 진행하는 로드 공간 내에 또는 중앙 영역에 위치하고, 상기 실시예의 경우 아래로 향해 공구 위로 충돌하여 국부적인 난류성 열 전달 흐름 패턴을 만들 수 있다.

암면(rockwool) 혹은 다른 불활성 내열 절연재로 구성되는 내부 래깅(59; lagging)은 가열 중에 오토클레이브 셸로의 열전달 나아가 상기 셸 상의 열 응력을 감소시키고, 또한 처리 사이클의 냉각 단계 중에 상기 셸로부터 로드 공간으로 되돌아가는 열 전달을 감소시키기 위해 오토클레이브의 외측 셸에 라이닝(lining)으로서 설치되어 있다. 이러한 방식으로, 각각의 사이클에 대한 에너지의 필요 조건은 상기 로드 혹은 처리 질량(process mass)을 가열 및 냉각시키는 데 필요로 하는 것에 근접하게 되고, 용기 혹은 셸 및 그것의 도어(들)의 질량을 포함하는 오토클레이브의 총질량을 가열 및 냉각시키기 위해 에너지가 덜 필요로 하게 된다. 각각의 처리 사이클 중에 오토클레이브 셸의 가열 혹은 냉각에 필요로 하는 에너지는 폐기된 에너지이고, 최소화시키는 것이 바람직하다. 원호형 측벽(58, 58a), 천장(100) 및 바닥(102)은 연속한 표면을 형성하기 때문에 임펠러(104)로부터 나온 모든 공기 흐름은 가스 순환 공간(95)을 통해 냉각 유닛(76)으로 흐르게 되고, 가스가 넘치게 되는 것을 미연에 방지할 수 있는 공기 간극이 존재하지 않게 된다. 공기 간극의 존재 여부는 중요하지 않으며, 예컨대, 포트가 측벽(58, 58a)에 형성되어 가열된 공기를 공작물과 성형 공구의 특정 영역 상으로 향하게 하지만, 이것은 이러한 포트가 특수한 공구 및 공작물에 특유의 것으로 되어 오토클레이브가 각각의 작업을 위해 구체적으로 설정되어야 하기 때문에 바람직하지 못하다.

도 3의 오토클레이브의 레이아웃은 도 5에 도식적으로 도시되어 있으며, 도 5에는 오토클레이브와 관련된 제어 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 세그먼트(62, 64, 66)들은 복사 튜브(110)에 의해 가열되고 유럽 특허 제0 176 508B호 및 제0 333 389B호에서 설명된 것과 같은 가스 버너(112)에 의해 연소된다. 복사 튜브는 도 5c에서 G1-G12로 표시된 부분을 형성하는 도식적인 섹션으로 표시되어 있고, 축방향으로 향하며, 그리고 각각의 튜브는 독립적으로 제어 가능한 냉각기(74, 76, 78, 80, 82, 84, 88, 90, 92)와 독립적으로 제어 가능한 임펠러(114, 116, 118; 120, 122, 124; 및 126, 128, 130)에 의해 각각 형성된 3개의 가열 구역을 통과한다. 각각의 세그먼트에서의 가스 버너는 열전대(G1- G12)와 결합되어 있으며, 이 열전대는 주변 공기의 온도를 측정하여 신호를 세그먼트 히터 논리 유닛(ICU 7, ICU 9, ICU 11)들 중 대응하는 하나로 전달하며, 그 다음 이 유닛들은 명령 신호를 해당하는 세그먼트에 결합된 프로그래시브 가스 버너 컨트롤러(132, 134, 136)에 전달한다(cold ＜ SP). 상기 3개의 히터 논리 유닛은 3개의 세그먼트에 대한 팬 및 냉각기 논리 유닛(ICU 6, ICU 8, ICU 10)으로부터 가열 허가 명령(heat enable command)(138, 140, 142)을 받아들인다.

제1의 구역에 있어서, 열전대(A1 및 A2)들은 임펠러(114)에서 유출하는 흐름의 온도를 측정하고, 열전대(A3 및 A4)들은 냉각기 유닛(74)으로 유입하는 흐름의 온도를 측정하며, 이들의 차이는 로드에서 취한 열의 척도를 제공하거나 또는 사이클의 냉각 부분 동안에 로드로부터 방출된 에너지의 척도를 제공하게 되고, 상기 열전대는 바이로블 흐름 패턴으로 인해 쌍으로 발생한다. 제2의 구역에 있어서, 열전대(A5 및 A6)들은 임펠러(116)에서 유출하는 공기의 온도를 측정하고, 열전대(A7 및 A8)들은 냉각기 유닛(76)으로 유입하는 공기의 온도를 모니터 한다. 제3의 구역에서는, 열전대(A9 및 A10)들은 임펠러(118)에서 유출하는 공기의 온도를 모니터하고, 열전대(A11 및 A12)들은 냉각기 유닛(78)으로 유입하는 공기의 온도를 모니터 한다. 12개의 열전대로부터 나온 신호는 상기 유닛(ICU 6, ICU 7, ICU 8)들로 공급되며, 상기 유닛들은 가스 버너 명령 신호를 제공하는 것에 추가하여 명령 신호(Z1, Z2, Z3)를 비례 냉각 밸브(144, 146, 148)(Hot ＞ SP)에 제공하고, 또 이와 유사한 신호를 각 구역의 임펠러용 마찰열 인버터(150, 152, 154)(Hot ±SP)에 제공한다. 따라서, 임의의 구역 내의 가스의 온도가 설정점보다 충분히 낮으면, 복사 튜브(1109)의 가스 버너는 스위치 온 될 수 있다. 임의의 구역 내의 가스의 온도가 설정점 이상일 경우, 냉각이 개시될 수 있고, 각 구역에 대해 인버터 파워를 조절함으로써 가스 온도의 미세한 편차를 보상할 수 있다.

오토클레이브의 동작은 가열 시스템 온도 및 가스 온도의 측정값뿐만 아니라 로드(공구 혹은 공작물) 온도의 측정값에 따라 좌우된다. 이를 위해, 로드 센서 열전대(1-33)들과 참조 열전대(1-4)들이 세그먼트(62)에 할당되어 있으며, 로드 센서 열전대(34-67)들과 참조 열전대(5-8)들은 세그먼트(64)에 할당되어 있고, 그리고 로드 센서 열전대(68-100)들과 참조 열전대(9-12)들은 세그먼트(66)에 할당되어 있다. 논리 유닛(ICU 1 내지 ICU 4)들은 열전대 그룹들이 모니터 한 온도 중에서 가장 고온과 가장 저온에 대한 신호를 온도 제어 논리 유닛(ISU 5)에 공급한다. 이러한 방법에 따라 프로세스 질량(공구+공작물)의 온도는 구역 방향(zone-wise)으로 감지될 수 있으며, 제어 유닛은 의도한 온도로부터의 전체 프로세스 질량의 편차와 개개의 구역 내에서 의도한 온도로부터의 편차 양자에 반응할 수 있다.

도 5c에서 도면 부호 156으로 도시된 바와 같이, 장치(156)에 저장될 오토클레이브에 의해 수행되는 처리 사이클은 주로 오토클레이브의 여압을 제공하는 상대적으로 간단한 압력 사이클(158), 소정의 압력에서의 휴지 사이클 및 처리 사이클의 냉각 단계의 완료시 압력의 방출 사이클을 포함한다. 상기 압축 사이클과 동시에 일어나는 공작물 프로세싱 사이클(160)은, 예정된 온도 상승율과, 의도한 처리 온도에서의 휴지 시간과, 그리고 대기로의 예정된 온도 복귀율을 갖는다. 가스 온도(162)의 처리 사이클은 보통 더 복잡하며, 여기서 가스 온도는 상기 사이클의 가열 부분 동안 공작물 온도에 이르게 되고, 이러한 온도 사이의 비율은 열전달 계수를 결정하는 인자가 된다. 상기 장치(156)로부터, 정보는 3개의 세그먼트에서의 압력 컨트롤러(164)로 공급되며, 온도 설정점들은 공기/로드 온도 레이트(rate) 컨트롤러(166, 168, 170)로 공급된다.

임의의 공작물 혹은 제어 열전대가 너무 낮은 온도를 나타낼 경우, 논리 유닛(ICU 5)(도 5c 참조)은 휴지(dwell)/냉각(cold)/유지(hold) 논리 유닛(165)에 정보를 공급하며, 이 논리 유닛(165)은 온도 설정점들이 또한 공급되고, 또 예컨대, 공기 온도 설정점을 변화시키기 위해 장치(156)에 신호를 되돌려보낼 수 있다. 논리 유닛(ICU 5)은 또한 전성(spread) 제어와 관련되어 있다. 열전대 그룹 중 하나의 열전대는 요구된 온도에 혹은 그 온도에 근접하는 반면 다른 열전대들은 너무 낮은 온도에 있게 될 경우, 상기 논리 유닛은 냉각 영역의 온도를 따라잡을 때까지 추가의 열 공급이 감소(Hold)되도록 해준다. 임의의 세그먼트 내의 열전대가 고온일 경우, 문제의 열전대가 위치하고 있는 세그먼트의 가열을 줄이기 위해 레이트(rate) 컨트롤러(166, 168, 170)로 신호가 전송된다. 상기 신호는 세그먼트 히터 논리 유닛(ICU 7, ICU 9, ICU 11)과, 인접하는 세그먼트에서의 팬 및 냉각기 논리 유닛 양자를 통과하게 된다. 따라서, 열전대(1-33)들 중 하나 또는 참조 열전대(1-4)들 중 하나가 HOT 신호를 전달하면, 소정의 신호가 가스 버너의 열 및/또는 임펠러의 마찰열 축소를 위해 세그먼트(62)에서의 레이트 컨트롤러(166)로 통과하는 동시에, 인접하는 세그먼트(64)에서의 모든 영역 혹은 임의의 영역에서 전개된 마찰열을 조절하기 위해 상기 세그먼트에서의 팬 및 냉각기 논리 유닛(ICU 8)의 펄스 속도 입력으로 보내진다. 이와 유사하게, 열전대(34-67)들 중 하나 또는 참조 열전대(5-8)들 중 하나가 HOT 신호를 전달하면, 소정의 신호가 가스 버너의 열 및/또는 임펠러의 마찰열 축소를 위해 세그먼트(64)에서의 레이트 컨트롤러(168)로 통과하는 동시에, 인접하는 세그먼트(62, 66)에서의 모든 영역 혹은 임의의 영역에서 전개된 마찰열을 조절하기 위해 상기 세그먼트에서의 팬 및 냉각기 논리 유닛(ICU 6, ICU 10)의 펄스 속도 입력으로 보내진다. 다시 한 번, 열전대(68-100)들 중 하나 또는 참조 열전대(9-12)들 중 하나가 HOT 신호를 전달하면, 소정의 신호가 가스 버너의 열 및/또는 임펠러의 마찰열 축소를 위해 세그먼트(66)에서의 레이트 컨트롤러(170)로 통과하는 동시에, 인접하는 세그먼트(64)에서의 모든 영역 혹은 임의의 영역에서 전개된 마찰열을 조절하기 위해 상기 세그먼트에서의 팬 및 냉각기 논리 유닛(ICU 8)의 펄스 속도 입력으로 보내진다. 따라서, 상기 제어 회로는 낮은 혹은 높은 가스, 공구 혹은 공작물 온도의 편차를 상세히 기술하기 위해 세그먼트 방향으로 상대적으로 조잡한 반응이 실행될 수 있도록 해주며, 그리고 구역 방향(zone-wise)으로의 냉각, 임펠러 속도 변화에 의한 질량 유량의 구역 방향으로의 조절 및 마찰열 발생에서의 구역 방향으로의 변화를 이용하여 의도된 열처리 사이클로부터 더 작은 온도 변동에 더욱 정교하게 동조된 구역 방향으로의 반응이 실행될 수 있도록 해준다.

전술한 바와 같이, 로드 센서 열전대(TC-1 내지 TC-100)들은 예컨대, 공구의 아래쪽, 및/또는 공구와 공작물 사이의 계면, 및/또는 공작물의 자유면에 위치 설정될 수 있다. 측정된 국부적인 공구 온도를 기초하여 임펠러를 통해 공급된 마찰열을 제어할 수 있는 것은 본 발명의 현저한 장점이다. 또한, 요구되는 처리 온도로 가열 중에는 가스 버너로부터 나온 열이 중요하지만, 예컨대, 7-15bar의 압력에서 운전될 때, 로드 공간 내에서 요구되는 안정된 온도를 유지하기 위해 모든 열이 필요하지 않을 경우 임펠러로부터의 마찰열이 가장 많이 제공될 수 있다는 것이 발견되었다. 전술한 오토클레이브의 실질적인 실시예는 본 출원인에 의해 구성되었으며, 설치 즉시 직경 5.5 미터, 길이 40 미터에서 ±1.2℃의 전체적인 공간적 균일성을 달성하였고, 수 십 톤의 결합된 질량을 갖고 정위치에 있는 공구와 공작물은 ±0.6℃의 전체적인 공간적 균일성을 달성하였다. 본 출원인은 오토클레이브가 최종적으로 구성되어 조율될 때 더욱 큰 공간적 균일성을 얻을 것으로 기대하였다.

도 6은 본 발명의 오토클레이브의 변형례를 도시한 횡단면도로서, 각각의 구역은 오버헤드형 히터에 의해 전기적으로 가열되고, 바닥 라디에이터에 의해 필요에 따라 냉각되며, 로드 챔버를 가로지르는 가스의 흐름은 성형 공구의 아래쪽부터 그 공구 위로 충돌한다. 오토클레이브의 가능한 용도의 일례로는 수지 강화된 탄소 섬유 혹은 여객기용의 다른 복합체 재료로 이루어진 대형 패널의 성형 및 경화에 있다. 상기 오토클레이브는 측벽(180)을 구비하며, 또한 천장(186)과 바닥(188)과 함께 가열 가스가 원주방향으로 흐르도록 통로(184, 184a)를 형성한 내벽(182, 182a)을 구비한다. 임펠러(190)는 전기 히터(192, 192a)와 통로(184, 184a)를 통한 로드 공간(191)으로부터의 가스의 흐름을 라디에이터(194)로 방향을 돌리며, 상기 라디에이터는 냉각 요소를 포함하고, 상기 가스는 이 라디에이터에서 로드 공간(191)으로 복귀한다. 로드 공간으로 유입하는 가스는 트롤리(trolley)(196)와 공구(198)를 통과하기 때문에 이 가스는 공구의 셩형 표면 아래쪽에 충돌한다. 성형될 패널은 공구의 상부면 상에 위치하고 무시할 만한 두께를 가지며, 이 패널은 간략화를 위해 도시 생략되어 있다. 패널의 상부면은 또한 예컨대, 패널이 하나 이상의 직립하는 일체로 성형된 리브를 구비하고 있기 때문에 성형이 필요할 수 있고, 이를 위해 탄소 섬유의 레이업(lay-up)이 공구의 제2의 부품으로 피복될 수 있으며, 이것 또한 간략화를 위해 도시 생략되어 있다. 가스는 화살표로 도시된 바와 같이 오토클레이브의 둘레를 향해 공구의 아래쪽을 따라 흐르며, 가동 배플(200, 200a)에 의해 탄소 섬유 레이업 상에 얹혀 있는 상부 성형 부분을 가열하기 위해 공구를 향해 복귀하며, 상기 가동 배플의 위치는 액츄에이터(202, 202a)에 의해 오토클레이브의 외측으로부터 조절 가능하게 되어 있다. 배플(200, 200a) 사이의 간극은 가스가 도시된 바와 같이 임펠러(190)로 복귀하도록 해준다. 배플(200, 200a)은 공구(198) 위에 있는 가스의 체적을 감소시키며, 그 결과 가스의 속도 나아가 그 공구에 대한 열전달 계수는 증가한다.

오토클레이브의 축방향으로 따른 로드 온도의 변화를 최소화시키기 위해, 한 구역에서 다른 구역으로 축방향으로 가스를 운반하는 수단을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 운반을 완수하기 위해, 주기적으로 변하는 패턴의 순환 조건들을 오토클레이브의 축방향으로 이동하는 적어도 하나의 구역에 적용할 수 있다. 예컨대, 인접한 구역들은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 개별적으로 그리고 주기적으로 온도가 변할 수 있다. 그 대안으로, 고온의 구역은 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이 2개의 저온 구역에 후속할 수 있다. 구역에서 구역으로의 온도의 주기적인 변화는 논리 유닛(ICU 6 내지 ICU 10)과 인버터(150 내지 154)를 통한 임펠러(114 내지 130)의 마찰열의 조절에 의해 편리하게 이루어질 수 있다.

다양한 변형례들이 본 발명에서 벗어나지 않고 도시된 실시예로부터 변형될 수 있다.

예컨대, 상기 도면들에는, 첫째로 히터가 천장에 위치하고 냉각 라이에이터들은 바닥에 설치되어 있으며 그리고 위로부터의 고온의 공기 충돌을 제공하기 위해 로드 공간을 통해 가스가 하방향으로 흐르는 경우와, 둘째로 냉각 라디에이터들이 천장에 위치하고 고온의 공기는 마루 아래에서부터 로드 공간을 상승하도록 덕트가 설치되어 있고, 이 로드 공간을 통해 고온의 가스가 툴링의 밑면으로 상향으로 흘러 아래로부터의 고온의 공기 충돌을 제공하게 되는 경우가 도시되어 있다. 비록 이러한 공기 흐름의 방향들은 종종 편리할 수 있지만, 공기 흐름의 방향이 정해져 있지 않고 예컨대, 좌우로 배치되고 히터와 냉각 라디에이터가 동일하게 배치되어도 좋다. 더욱이, 흐름은 하나의 구역 당 하나 이상의 임펠러를 사용하여 이루어질 수 있으며, 팬은 공작물 및 공구의 아래위에 배치되거나 위와 아래에서부터 혹은 양측면으로부터 고온의 공기의 충돌을 제공하기 위해 공작물과 공구의 일측면에 배치될 수 있다.

도 9에는 3개의 용기가 직렬로 연결되어 있지 않고 단일의 대형 용기를 구비하고 3 미만의 종횡비를 갖는 오토클레이브가 도시되어 있다. 상기 용기의 일단부(222)는 폐쇄되어 있고, 타단부는 갠트리 기중기(226: gantry crane)에 의해 조작될 수 있는 도어(224)에 의해 폐쇄될 수 있다. 오토클레이브는 전술한 실시예와 마찬가지로 가열 구역들로 종방향으로 나누어져 있으며, 이러한 구역의 단면이 도 10에 도시되어 있다. 한 쌍의 임펠러(228, 230)들은 암면 등의 절연재(234)에 의해 내부적으로 절연되어 있는 셸(232) 내에서 180°로 떨어져 배치되어 있다. 측벽(229, 231)들은 해당하는 임펠러에 각각 관련되어 있는 2개의 뱅크(bank) 내에 존재하는 히터(236, 238)로부터 로드 공간을 분리시킨다. 또한 각각의 처리 사이클의 냉각 단계 동안에 오토클레이브 내의 가스의 강제적인 냉각을 위한 냉각기(도시 생략)가 각각의 임펠러와 관련되어 있다. 상기 측벽(229, 231)들은 화살표(244, 246)에 의해 도시된 바와 같이, 로드 공간으로 공기 제트를 위한 개구(240, 242)가 그 사이에 형성되도록 오토클레이브의 적도 부근의 영역에서 간격을 두고 떨어져 있다. 전술한 공기 제트는 로드 공간 내에 존재할 때 공작물과 공구 상에서 반대 방향으로부터 충돌할 수 있고, 횡단면에서 보았을 때 가스 흐름이 4개의 로블(lobal)이 되도록 이루어질 수 있다. 이러한 다중 구역 구조는 모터의 감지 가능한 특성을 계속 보유하는 동시에 높은 수준의 질량 공기 흐름을 유지하는 것이 요구되는 데 바람직할 수 있다. 임펠러(228, 230)의 속도는 원할 경우 오토클레이브를 따라 각각의 개별 구역을 위한 가열 및 냉각을 독립적인 제어뿐만 아니라 각각의 전술한 구역 내의 개개의 영역을 위해 가열 및 냉각을 독립적인 제어를 제공하기 위해 개개의 제어 수단에 의해 개별적으로 제어될 수 있다.

도 11 및 도 12에는 본 발명에 따른 또 다른 오토클레이브가 도시되어 있으며, 상기 오토클레이브에서, 일반적으로 원통형의 셸(300)이 도어(302, 304)에 의해 양단부에서 폐쇄되어 있고, 5개의 독립적으로 제어 가능한 가열 구역(306a 내지 306e)들이 종방향으로 나누어져 있는 내부 로드 공간을 구비한다. 상기 가열 구역 각각은 모터(310a 내지 310e)에 의해 구동되는 조합형의 임펠러(308a 내지 308e)들과, 기체상의 연속 생성물에 의해 상기 로드 공간 내의 가스를 가열하기 위한 제1의 열교환기(312a 내지 312e)들과, 냉각 파이프를 통해 순환하는 물과의 접촉에 의해 로드 공간 내의 가스를 냉각시키기 위한 제2의 열교환기(314c)를 구비한다(제2의 열교환기들은 도 11에 도시되어 있지 않고 도 14에 도시되어 있음). 각각의 구역에 있는 가스는 상기 제1의 열교환기와 관련된 연소 가스와의 열교환에 의해 그리고 임펠러에 의해 제공되는 마찰열에 의해 가열되며, 그리고 상기 가스는 상기 구역에 있는 가스의 온도 제어를 보조하기 위해 처리 사이클의 가열 부분 동안과 대기 온도로의 복귀를 가속하기 위해 처리 사이클의 냉각 부분 동안 양자에서 냉각될 수 있다. 상기 제어 시스템은 주로 도 5a 내지 도 c를 참조하여 설명될 수 있으며, 특히 이 시스템은 오토클레이브 내의 로드에 부착된 열전대들에 의해 감지된 온도에 따라 각각의 임펠러(308a 내지 308e)에 의해 각각의 구역에서 발생된 마찰열의 피드백 제어를 위해 제공될 수 있다. 오토클레이브 셸의 각 단부에 도어(302, 304)를 제공함으로써 오토클레이브가 제품의 흐름 라인 내에 위치할 수 있게 해주기 때문에 처리되지 않은 제품들은 오토클레이브의 일단부에서 유입되고 타단부로부터 배출될 수 있으며, 본 발명에 따른 비축방향 흐름(non-axial flow)은 오토클레이브의 도어가 중량과 체적을 추가하게 될 임펠러와 임펠러용 구동 모터의 설치를 생략할 수 있게 해준다. 도 12에 명확하게 도시된 바와 같이, 용기(300)는 열적으로 절연된 재료(316)의 하나 이상의 층들로 라이닝되어 있고, 로드 공간은 바닥(318), 측벽(320a, 320b) 및 천장(322)에 의해 형성되어 있고, 바닥(318)의 개구는 임펠러(308c)로 이어지며, 천장(322)의 개구는 열교환기(310c)로부터 로드 공간으로 이어진다. 임펠러의 작동에 의해 측벽(320a, 320b)들 사이의 로드 공간으로부터 그 다음 화살표(324)로 표시한 바와 같이 제1의 열교환기(310c)로부터 로드 공간으로 복귀하는 가스의 환상형의 순환이 이루어진다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 라인(330) 내의 가스와 라인(332) 내의 공기는 연소 공간(336) 내의 버너(334)로 공급된다. 연소 생성물은 라인(338)을 통해 열교환 파이프 어레이(342)의 매니폴드(340)로 공급된다. 연소 공간 내의 가스와의 열교환 후 상기 어레이(342)에서 나온 가스는 매니폴드(344)와 라인(346)을 거쳐 선택적인 팬(348)으로 추출된 다음 방출된다. 통상적으로 버너(344)로 유입된 가스 혼합물은 열교환 튜브를 통과하는 연소 생성물의 온도와 열교환기 튜브의 경도 및 취성을 조절하기 위해 약 300%의 과도한 폭기(over-aerated) 흐름으로 된다. 임의의 특정한 설비에 요구된 열교환 특징에 따라, 어레이(342)의 튜브들은 평탄하거나 또는 제2의 열교환기의 튜브들과 마찬가지로 핀을 지닐 수 있다. 각각의 구역에서의 냉각기는 임펠러(308)의 상류 혹은 하류측 상에 바닥(318) 아래에 위치한 하나 또는 그 이상의 물 충전 냉각 튜브 어레이일 수 있으며, 그것은 벽(320a, 320b)과 절연체(316) 사이에 배치된 꾸불꾸불한 튜브(314c)(평탄하거나 냉각 핀을 구비)일 수 있거나 또는 열교환기(312a 내지 312e)의 상류 혹은 하류의 천장(322) 위의 공간 내에 배치될 수 있다.

Claims

로드 열처리용 오토클레이브로서,

가압 가능한 가열 챔버를 형성하는 셸과;

로드 공간을 형성하는 셸 내의 수단과;

상기 가열 챔버를 폐쇄하고 로드 공간으로의 로드의 유입과 로드 공간 밖으로의 로드의 방출을 허용하기 위한 하나 이상의 도어와;

상기 로드 공간 내에서 가스를 가열하는 수단과;

상기 로드 공간의 각각의 구역에서 가스의 비축방향 순환(non-axial circulation)을 위해 가열 챔버를 따라 각각 간격을 두고 떨어져 배치된 복수개의 임펠러와 이에 대응한 구동 수단

을 포함하는 것인 오토클레이브.
제1항에 있어서, 상기 셸은 양단부에 도어를 구비하는 것인 오토클레이브.
제1항에 있어서, 상기 셸은 일단부에 도어를 타단부에 벽을 구비하는 것인 오토클레이브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셸은 열적 절연 재료의 라이닝을 구비하는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 셸 내부에서 적어도 부분적으로 셸과 합치하고, 로드 공간과 이 로드 공간을 에워싸는 가스 순환을 위한 공간을 형성하기 위해 상기 셸로부터 간격을 두고 배치된 벽들을 더 포함하며, 각각의 구역은 로드 공간으로부터 주변의 공간으로 가스가 흐르도록 상기 벽들을 통과하는 적어도 제1의 개구와, 주변의 공간으로부터 로드 공간으로 가스가 복귀하도록 상기 벽들을 통과하는 적어도 제2의 개구를 구비하는 것인 오토클레이브.
제5항에 있어서, 각각의 구역은 거의 환상형의 가스 순환이 상기 구역에서 이루어지도록 로드 공간으로부터 주변의 공간으로 가스가 흐르도록 상기 벽들을 통과하는 적어도 제1의 개구와, 주변의 공간으로부터 로드 공간으로 가스가 복귀하도록 상기 벽들을 통과하는 적어도 제2의 개구를 구비하는 것인 오토클레이브.
제5항에 있어서, 각각의 구역은 로드 공간으로부터 주변의 공간으로 가스가 흐르도록 상기 벽들을 통과하는 제1 및 제3의 개구들과, 주변의 공간으로부터 로드 공간으로 가스가 복귀하도록 상기 벽들을 통과하는 적어도 제2 및 제4의 개구들을 구비하며, 상기 제1 및 제3의 개구들과 상기 제2 및 제4의 개구들은 대향하고 있고, 상기 제1 및 제3의 개구들을 통과하는 라인은 거의 테트라로블(tetralobal) 가스 순환이 상기 구역에서 이루어지도록 상기 제2 및 제4의 개구들을 통과하는 라인에 대개 직각으로 향하고 있는 것인 오토클레이브.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 구역은 로드 공간으로부터 가스를 수용하기 위한 제1의 개구에 연결된 입구를 지닌 제1의 임펠러와, 제3의 개구가 존재할 경우 로드 공간으로부터 가스를 수용하기 위한 제3의 개구에 연결된 입구를 지닌 제2의 임펠러를 구비하며, 상기 임펠러 혹은 임펠러 각각은 가스 순환 공간으로 개방되어 상기 셸의 양측면을 따라 상기 제2의 개구를 향해 가스가 순환되도록 주로 셸의 횡방향으로 향하면서 반대 방향으로 향하는 제1 및 제2의 출구를 구비하는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러 혹은 임펠러 각각은 원심 팬을 포함하는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단은 각각의 구역에서 순환하는 가스를 독립적으로 가열하기 위해 상기 각각의 구역을 위한 히터를 포함하는 것인 오토클레이브.
제10항에 있어서, 상기 가열 수단은 가스 연소식인 것인 오토클레이브.
제10항에 있어서, 상기 가열 수단은 전기식인 것인 오토클레이브.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단은 복수 개의 영역에 공용인 히터를 포함하는 것인 오토클레이브.
제13항에 있어서, 상기 가열 수단은 적어도 하나의 복사 튜브형 히터를 포함하는 것인 오토클레이브.
제14항에 있어서, 상기 히터는 가스 연소식인 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구역 내에서 순환하는 가스를 냉각하기 위한 냉각 수단을 더 포함하는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 구역을 위한 상기 임펠러와 구동 수단은 개개의 구역 혹은 개개의 구역들 내의 가스에 마찰열을 조절 가능하게 부여하도록 배열되어 있는 것인 오토클레이브.
제17항에 있어서, 상기 로드 공간 내에서 열전대를 위한 입력을 지니고 상기 열전대로부터의 입력에 따라 상기 구역 혹은 구역들에 부여된 마찰열을 조절하기 위해 배열된 온도 제어 수단을 더 포함하는 것인 오토클레이브.
제17항에 있어서, 상기 온도 제어 수단은 상기 로드와 관련되는 열전대를 위한 입력을 가지며, 상기 로드 열전대로부터의 입력에 따라 상기 구역 혹은 구역들에 개별적으로 부여되는 마찰열을 조절하도록 배열되어 있는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 구역에서 시간에 따라 변하는 패턴의 차등적인 조건들이 생기도록 하여 구역들 사이에 축방향으로 가스를 전달하기 위해 채택된 제어 수단을 더 포함하는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드에 인접한 가스의 속도를 변화시키기 위해 로드 공간 내에 적어도 하나 이상의 가스 편향 수단을 더 포함하는 것인 오토클레이브.
제21항에 있어서, 상기 셸의 외부로부터 가스 편향 수단의 위치를 조절하기 위해 상기 가스 편향 수단에 연결된 액츄에이터 수단을 더 포함하는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 3 이상의 종횡비를 갖는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드 공간은 250세제곱미터 이상의 체적을 갖는 것인 오토클레이브.
선행항들 중 어느 한 항에 따른 오토클레이브를 로드의 열처리에 사용하는 것인 오토클레이브의 사용 방법.
제25항에 있어서, 상기 로드는 가장 긴 치수가 오토클레이브의 축선에 거의 평행하도록 되어 있는 가늘고 긴 물체를 포함하며, 상기 열처리는 예정된 패턴에 따라 상기 제품을 열처리하기 위해 수행되는 것인 방법.
제26항에 있어서, 상기 제품은 그 길이를 따라 균일하게 온도가 상승하도록 가열되는 것인 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 제품은 종방향으로 비선형인 것인 방법.
제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제품은 공구와 접촉하는 공작물을 포함하며, 상기 공작물은 열처리되고 상기 공구와의 접촉에 의해 성형되는 것인 방법.
제29항에 있어서, 상기 구역 내에서의 가스 순환은 바이로블(bilobal) 패턴이며, 각각의 구역에서의 바이로블 순환의 평면은 오토클레이브의 축선을 횡단하도록 향하며, 상기 바이로블 순환의 중앙 영역에서 가스는 적어도 부분적으로 상기 공구를 통해 흐르는 것인 방법.
제30항에 있어서, 상기 공구는 가스 수용 개구를 구비하며, 상기 개구는 가스의 순환 경로의 둘레 방향의 부분을 따라 이동하였던 가스가 오토클레이브를 가로질러 가스가 이동하게 되는 가스의 순환 경로의 중앙 부분으로 유입하게 되는 위치로 향하는 것인 방법.
제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물은 시트 혹은 패널인 것인 방법.
제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물은 경화성 복합체 재료를 포함하는 것인 방법.
제25항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물은 금속을 포함하며, 상기 열처리는 크리프 성형을 포함하는 것인 방법.
로드 공간, 가열 가스가 통과하여 순환할 수 있게 되는 측벽 및 상기 가스를 순환시키는 수단을 구비하는 로드를 열처리하기 위한 오토클레이브로서,

상기 가스 순환 수단은 상기 로드를 가열하기 위한 로드 공간을 가로지르는 가스의 흐름과 상기 측벽을 통한 복귀 흐름을 생성하도록 배열되어 있는 것인 오토클레이브.
로드 열처리용 오토클레이브로서, 상기 오토클레이브에 대한 상기 로드의 위치와 상기 로드의 단면 중 하나 이상은 상기 로드를 따라 변할 수 있으며, 상기 오토클레이브는,

상기 로드를 수용하는 챔버로, 제1 및 제2 단부와, 상기 제1 및 제2 단부를 관통하는 축선을 구비하며, 상기 챔버의 벽이 제1 단부를 제공하도록 되어 있는 챔버와;

상기 챔버의 제2 단부를 제공하고 상기 로드의 삽입 및 제거를 위한 접근로를 제공하는 도어와;

상기 챔버 내의 가스를 가열하는 수단과;

가열 가스가 비축방향으로 로드 상으로 충돌하게 되는 순환 패턴을 생성하도록 배열된 가열 가스 순환 수단

을 포함하는 것인 오토클레이브.
로드의 열적 특징들이 로드의 길이를 따라 변할 수 있게 되어 있는 로드의 열처리용 오토클레이브로서,

상기 로드를 수용하는 챔버로, 제1 및 제2 단부를 구비하며, 상기 챔버의 벽이 제1 단부를 제공하도록 되어 있는 챔버와;

상기 챔버의 제2 단부를 제공하고 상기 로드의 삽입 및 제거를 위한 접근로를 제공하는 도어와;

상기 챔버 내의 가스를 가열하는 수단과;

오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되는 동시에 가열 가스의 순환을 위한 구역을 각각 생성하는 복수 개의 가스 순환 수단

을 포함하며, 상기 구역에서 가열 가스와 로드 사이의 열전달 속도는 독립적으로 제어될 수 있는 것인 오토클레이브.
로드 열처리용 오토클레이브로서, 상기 오토클레이브에 대한 상기 로드의 위치, 상기 로드의 단면 및 상기 로드의 열적 특징들 중 하나 이상은 상기 로드를 따라 변할 수 있으며, 상기 오토클레이브는,

상기 로드를 수용하는 챔버로, 제1 및 제2 단부와, 상기 제1 및 제2 단부를 관통하는 축선을 구비하며, 상기 챔버의 벽이 제1 단부를 제공하도록 되어 있는 챔버와;

상기 챔버의 제2 단부를 제공하고 상기 로드의 삽입 및 제거를 위한 접근로를 제공하는 도어와;

상기 챔버 내의 가스를 가열하는 수단과;

오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되는 동시에 가열 가스의 순환을 위한 구역을 각각 생성하는 복수 개의 가스 순환 수단

을 포함하며, 상기 구역에서 가열 가스와 로드 사이의 열전달 속도는 독립적으로 제어 가능하고, 상기 가스 순환 수단은 가열 가스가 비축방향으로 로드 상으로 충돌하게 되는 순환 패턴을 생성하도록 배열되어 있는 것인 오토클레이브.
열처리될 하나 이상의 공작물을 수용하기 위한 챔버로, 제1 및 제2 단부와, 상기 제1 및 제2 단부를 관통하는 축선을 구비하며, 상기 챔버의 벽이 제1 단부를 제공하도록 되어 있는 챔버와;

상기 챔버의 제2 단부를 제공하고 상기 공작물의 삽입 및 제거를 위한 접근로를 제공하는 도어와;

상기 챔버 내의 가스를 가열하는 수단과;

상기 가열된 가스를 순환시키는 수단과;

상기 제1 및 제2 단부 사이에 배치된 각각의 구역에서 상기 하나 이상의 공작물로의 열전달 속도를 독립적으로 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 단부 사이에 배치된 복수개의 열전달 조절 수단을 포함하는 것인 오토클레이브.
로드를 오토클레이브에서 열처리하는 방법으로, 상기 오토클레이브를 따른 상이한 위치에서 상기 오토클레이브에 대한 로드의 상대 위치 혹은 로드의 단면이 상이할 수 있는 방법으로서,

오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되어 각각 가열 가스가 비축방향으로 로드 상으로 충돌하도록 하는 복수 개의 가스 순환 수단에 의해 가열 가스를 오토클레이브 내에서 순환시키는 것을 포함하는 것인 방법.
로드의 열적 특징들이 로드를 따른 위치에 따라 변할 수 있게 되어 있는 로드의 열처리 방법으로서,

오토클레이브의 길이를 따라 간격을 두고 배치되어 각각 가열 가스의 순환을 위한 구역을 생성하는 복수 개의 가스 순환 수단을 구비하는 오토클레이브에서 로드를 가열하는 것을 포함하며, 상기 구역 내의 가스 순환은 독립적으로 제어 가능한 것인 방법.
로드 공간, 가열 가스가 통과하여 순환할 수 있게 되는 측벽 및 상기 가스를 순환시키는 수단을 구비하는 로드를 열처리하기 위한 오토클레이브로서,

상기 로드 공간의 하나 이상의 구역 내에서 가스의 원주방향 바이로블 순환을 달성하기 위한 수단이 제공되며, 상기 둘레 방향의 바이로블 순환 평면은 상기 로드 공간의 축선에 거의 직각인 것인 오토클레이브.
로드 공간, 가열 가스가 통과하여 순환할 수 있게 되는 측벽 및 상기 가스를 순환시키는 수단을 구비하는 로드를 열처리하기 위한 오토클레이브로서,

테트라-로블(tetra-lobal) 가스 순환을 달성하기 위한 수단이 제공되는 것인 오토클레이브.
제43항에 있어서, 오토클레이브의 종축을 따라 하나 이상의 구역 내에 제1 및 제2 임펠러가 오토클레이브를 단면에서 보았을 때 0°및 180°위치에 배치되어 있고, 90°및 270°위치에서 내측 로드 공간 형성 벽에서의 불연속부에 의해 방출 출구가 형성되어 있어, 양방향으로부터 공작물 상에 충돌할 수 있는 제1 및 제2의 가열된 공기의 내향 흐름이 생성되는 것인 오토클레이브.