KR20120074988A - 냉각 휠 유닛, 냉각 휠 유닛의 제조 방법 및 비정질 파이버 제조 장치 - Google Patents

냉각 휠 유닛, 냉각 휠 유닛의 제조 방법 및 비정질 파이버 제조 장치 Download PDF

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Abstract

용융물을 냉각시키는 냉각 휠 유닛은 자체 회전하는 냉각 휠 및 상기 냉각 휠의 회전하는 외면에 저온 분사법을 이용해 코팅되어 있으며, 상기 용융물이 접촉하는 코팅층을 포함한다.

Description

냉각 휠 유닛, 냉각 휠 유닛의 제조 방법 및 비정질 파이버 제조 장치{COOLING WHELL UNIT, METHOD FOR MANUFACTURING COOLING WHELL UNIT, AND APPARATUS FOR MANUFACTURING AMORPHOUS FIBER}
본 발명은 냉각 휠 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융물을 냉각시키는 냉각 휠 유닛, 냉각 휠 유닛의 제조 방법 및 비정질 파이버 제조 장치에 관한 것이다.
냉각 휠 유닛은 자체 회전하는 냉각 휠을 포함하여, 이 냉각 휠에 용융물을 접촉시켜 용융물을 냉각시키는 유닛이다.
그런데, 이러한 냉각 휠 유닛의 회전하는 외면은 고온의 용융물과의 접촉 및 용융물로부터 냉각된 물질에 의해 쉽게 오염되거나, 마모되는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유지 보수시간 및 유지 보수 비용이 절감된 냉각 휠 유닛, 냉각 휠 유닛의 제조 방법 및 비정질 파이버 제조 장치를 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은 용융물을 냉각시키는 냉각 휠 유닛에 있어서, 자체 회전하는 냉각 휠, 및 상기 냉각 휠의 회전하는 외면에 저온 분사법을 이용해 코팅되어 있으며, 상기 용융물이 접촉하는 코팅층을 포함하는 냉각 휠 유닛을 제공한다.
상기 냉각 휠은 지지부, 상기 지지부에 회전 가능하게 지지된 샤프트, 상기 샤프트에 지지된 휠, 및 상기 휠의 외면과 이웃하여 상기 휠의 내부에 형성된 냉각 유로를 포함할 수 있다.
상기 냉각 휠의 상기 외면은 금속을 포함하며, 상기 코팅층은 상기 금속의 합금을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 측면은 용융물을 냉각시키는 냉각 휠 유닛의 제조 방법에 있어서, 냉각 휠을 자체 회전시키는 단계, 및 저온 분사법을 이용해 상기 냉각 휠의 회전하는 외면에 상기 용융물이 접촉하는 코팅층을 코팅하는 단계를 포함하는 냉각 휠 유닛의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제3 측면은 용융물이 위치하는 용융 공간을 형성하는 도가니, 상기 용융 공간과 연통하며, 상기 용융물이 통과하는 유로를 형성하는 로관, 상기 유로와 연통하며, 상기 용융물을 외부로 분출하는 노즐, 및 상기 냉각 휠 유닛을 포함하는 비정질 파이버 제조 장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 유지 보수시간 및 유지 보수 비용이 절감된 냉각 휠 유닛, 냉각 휠 유닛의 제조 방법 및 비정질 파이버 제조 장치를 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 파이버 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각 휠 유닛을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 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, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 파이버 제조 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 파이버 제조 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 파이버 제조 장치는 원료를 용융물(M)로 형성하여 비정질 파이버로 제조하며, 도가니(100), 로관(200), 스토퍼(300), 노즐(400) 및 냉각 휠 유닛(500)을 포함한다.
도가니(100)는 용융 공간(MS)을 형성하며, 취급하고자 하는 연료를 용융물(M)로 형성하여 용융 공간(MS)에 위치시킨다.
로관(200)은 도가니(100)와 연결되며, 용융 공간(MS)과 연통하는 유로(FC)를 형성한다. 용융 공간(MS)에 위치한 용융물(M)은 로관(200)의 유로(FC)를 통해 노즐(400) 방향으로 이동할 수 있다. 로관(200)은 그래파이트(graphite) 등의 내열성 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
스토퍼(300)는 도가니(100)의 용융 공간(MS) 내에 위치하며, 상하 이동함으로써, 로관(200)의 유로(FC)와 도가니(100)의 용융 공간(MS) 사이의 연통을 제어한다. 상세하게, 도가니(100)의 용융 공간(MS)에 위치하는 용융물(M)을 로관(200)의 유로(FC)로 통과시킬 경우 스토퍼(300)를 상측으로 이동시켜 용융 공간(MS)과 유로(FC) 사이가 연통되도록 하며, 스토퍼(300)를 하측으로 이동시켜 용융 공간(MS)과 유로(FC) 사이를 차단한 경우에는 용융물(M)이 용융 공간(MS)으로부터 유로(FC)로 이동되는 것이 차단된다.
노즐(400)은 로관(200)의 유로(FC)와 연통하며, 유로(FC)를 통과한 용융물(M)을 외부로 분출시켜, 용융물(M)을 냉각 휠 유닛(500)에 접촉시킨다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각 휠 유닛을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 휠 유닛(500)은 노즐(400)로부터 분출된 용융물(M)을 냉각시키며, 냉각 휠(510) 및 코팅층(520)을 포함한다.
냉각 휠(510)은 자체적으로 회전하며, 지지부(511), 샤프트(512), 휠(513) 및 냉각 유로(514)를 포함한다.
지지부(511)는 샤프트(512)를 회전 가능하게 지지한다. 상세하게, 샤프트(512)가 지지된 부분에는 하나 이상의 베어링이 위치할 수 있으며, 이 베어링은 지지부(511)에 지지된 샤프트(512)가 회전하도록 가이드한다.
샤프트(512)는 지지부(511)에 회전 가능하게 지지되며, 휠(513)을 지지하고 있다. 샤프트(512)는 지지부(511)에 위치하는 베어링에 의해 자체 회전한다.
휠(513)은 샤프트(512)에 지지되어 있으며, 원 형태를 가지고 있다. 휠(513)의 외면(513a)은 구리(Cu) 등의 금속을 포함한다. 휠(513)의 외면(513a)과 이웃한 휠(513)의 내부에는 냉각 유로(514)가 위치한다. 휠(513)의 외면(513a)은 코팅층(520)과의 결합을 위해 요철 형태로 형성될 수 있다.
냉각 유로(514)는 휠(513)의 외면(513a)과 이웃하여 휠(513)의 내부에 형성되어 있으며, 휠(513)의 내부로부터 샤프트(512)의 내부로 연장되어 있다. 냉각 유로(514)는 냉각수가 공급되는 공급 유로(FC), 공급된 냉각수가 샤프트(512)의 내부를 통과하여 휠(513)의 외면(513a)과 이웃한 휠(513)의 내부를 경유하는 순환 유로(FC) 및 순환 유로(FC)를 통과하면서 휠(513)의 외면(513a)과 열교환을 수행하여 온도가 상승한 냉각수가 배출되는 배출 유로(FC)를 포함한다.
이와 같은 냉각 휠(510)의 외면(513a)에는 코팅층(520)이 코팅되어 있다.
코팅층(520)은 냉각 휠(510)의 회전하는 외면(513a)에 저온 분사법을 이용해 코팅되어 있다. 코팅층(520)은 냉각 휠(510)의 외면(513a)과 화학적 친화성이 높도록 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 포함된 금속의 합금을 포함한다. 일례로, 냉각 휠(510)의 외면(513a)이 구리를 포함할 경우, 코팅층(520)은 구리 크롬(CuCr) 합금을 포함할 수 있다. 코팅층(520)에는 노즐(400)로부터 분출된 용융물(M)이 직접 접촉하며, 용융물(M)이 코팅층(520)에 접촉하면서 순간적으로 냉각되어 용융물(M)로부터 비정질 파이버가 형성된다. 상세하게, 냉각 휠(510)의 내부에 형성된 냉각 유로(514)를 따라 냉각수가 공급되고, 냉각 휠(510)이 고속으로 자체 회전하는 상태에서, 용융물(M)이 노즐(400)로부터 분출되어 코팅층(520)에 접촉하면, 용융물(M)은 코팅층(520) 상에서 넓게 퍼지면서 순간적으로 냉각된다. 이때, 용융물(M)이 순간적으로 냉각되면서 용융물(M)을 형성하는 재료의 결정 상태가 비정질 상태로 형성됨으로써, 코팅층(520) 상에서 용융물(M)이 비정질 파이버로 형성된다. 코팅층(520) 상에 형성된 비정질 파이버는 냉각 휠(510)이 회전하면서 냉각 휠(510)로부터 떨어진다.
상술한 저온 분사법을 이용해 냉각 휠(510)의 외면에 코팅층(520)을 형성하는 방법은 후술한다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각 휠 유닛의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 냉각 휠(510)을 자체 회전시킨다.
구체적으로, 대기 상태에서 냉각 휠(510)을 위치시킨 후, 냉각 휠(510)을 자체 회전시킨다.
다음, 저온 분사법을 이용해 냉각 휠(510)의 회전하는 외면(513a)에 코팅층(520)을 코팅한다.
피사체인 냉각 휠(510)의 회전하는 외면(513a)/금속 합금 분말 사이의 결합에 필요한 에너지로 변환되게 됨으로써, 냉각 휠(510)의 회전하는 외면(513a)에 금속 합금 분말이 코팅되어 코팅층(520)이 코팅된다. 이와 같이 드 라발 노즐을 통하여 초음속으로 분사된 가스에 의해 이송되는 금속 합금 분말은 가스의 속도에 근접한 속도로 냉각 휠(510)의 외면(513a)으로 분사됨으로써, 금속 합금 분말이 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 충돌하여 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 치밀한 금속 합금 막이 증착되기 때문에, 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 치밀한 금속 합금 막으로 형성되는 코팅층(520)이 형성된다. 이와 같이 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 증착되는 금속 합금 막인 코팅층(520)의 면적은 드 라발 노즐을 좌우로 이동시키면서 원하는 크기로 제어 할 수 있으며 그 두께는 드 라발 노즐의 이동속도 및 금속 합금 분말의 송급량에 비례하여 제어 할 수 있다.
초음속 상태의 금속 합금 분말이 드 라발 노즐을 통하여 냉각 휠(510)의 외면(513a)을 향해 고속으로 분사되면, 금속 합금 분말이 보유한 운동에너지가 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 전달된다. 이때, 금속 합금 분말은 그 충격으로 인하여 입자가 미세하게 분쇄되면서 동시에 변형이 일어나게 되어 고밀도의 코팅층(520)을 형성하게 된다. 이와 같은 방법으로 형성된 코팅층(520)은 추가적인 열처리를 하지 않아도 금속 합금 분말이 갖는 결정성을 유지하고 있으며, 냉각 휠(510)의 외면(513a)과 우수한 결합력을 갖는 고밀도 막을 형성하게 된다. 특히, 냉각 휠(510)의 외면(513a)이 구리 등과 같은 금속을 포함하고, 금속 합금 분말이 구리 크롬 등과 같이 냉각 휠(510)의 외면과 화학적 친화력을 가지는 금속 합금을 포함함으로써, 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 안정적으로 코팅층(520)이 형성된다.
이와 같이, 저온 분사법을 이용해 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 코팅층(520)을 형성한다.
이상과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각 휠 유닛(500)을 포함하는 비정질 파이버 제조 장치는 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각 휠 유닛의 제조 방법을 이용하여 자체 회전하는 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 저온 분사법으로 형성된 코팅층(520)이 코팅되어 있음으로써, 코팅층(520)이 용융물(M)로부터 냉각된 물질에 의해 오염되거나 마모되더라도, 기존의 코팅층(520)을 제거하고 다시 저온 분사법을 이용해 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 새로운 코팅층(520)을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각 휠 유닛의 제조 방법은 냉각 휠(510) 상태에서 냉각 휠(510)을 자체 회전시켜 저온 분사법으로 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 코팅층(520)을 형성함으로써, 코팅층(520)의 두께를 조절하기 용이하다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각 휠 유닛의 제조 방법은 냉각 휠(510)을 분해하거나, 다시 조립할 필요 없이 지지부(511), 샤프트(512), 휠(513) 및 냉각 유로(514)를 포함하는 냉각 휠(510)의 외면(513a)에 저온 분사법으로 코팅층(520)을 형성할 수 있기 때문에, 냉각 휠 유닛(500)의 유지 보수시간 및 유지 보수 비용이 절감된다. 이는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비정질 파이버 제조 장치의 유지 보수 시간 및 유지 보수 비용이 절감되는 요인으로서 작용한다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
냉각 휠(510), 코팅층(520)

Claims (5)

  1. 용융물을 냉각시키는 냉각 휠 유닛에 있어서,
    자체 회전하는 냉각 휠; 및
    상기 냉각 휠의 회전하는 외면에 저온 분사법을 이용해 코팅되어 있으며, 상기 용융물이 접촉하는 코팅층
    을 포함하는 냉각 휠 유닛.
  2. 제1항에서,
    상기 냉각 휠은,
    지지부;
    상기 지지부에 회전 가능하게 지지된 샤프트;
    상기 샤프트에 지지된 휠; 및
    상기 휠의 외면과 이웃하여 상기 휠의 내부에 형성된 냉각 유로
    를 포함하는 냉각 휠 유닛.
  3. 제1항에서,
    상기 냉각 휠의 상기 외면은 금속을 포함하며,
    상기 코팅층은 상기 금속의 합금을 포함하는 냉각 휠 유닛.
  4. 용융물을 냉각시키는 냉각 휠 유닛의 제조 방법에 있어서,
    냉각 휠을 자체 회전시키는 단계; 및
    저온 분사법을 이용해 상기 냉각 휠의 회전하는 외면에 상기 용융물이 접촉하는 코팅층을 코팅하는 단계
    를 포함하는 냉각 휠 유닛의 제조 방법.
  5. 용융물이 위치하는 용융 공간을 형성하는 도가니;
    상기 용융 공간과 연통하며, 상기 용융물이 통과하는 유로를 형성하는 로관;
    상기 유로와 연통하며, 상기 용융물을 외부로 분출하는 노즐; 및
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 냉각 휠 유닛
    을 포함하는 비정질 파이버 제조 장치.
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