KR20120111534A

KR20120111534A - 열처리 탱크 구조체

Info

Publication number: KR20120111534A
Application number: KR1020110030060A
Authority: KR
Inventors: 이동조; 설신수; 박상민
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-10-10

Abstract

본 발명은 냉각 유체에 의한 가공물의 냉각시, 냉각 유체의 고른 유동분포를 통해 가공물의 냉각효과를 높이도록 한 열처리 탱크 구조체가 개시된다.
본 발명은 냉각 유체가 채워져서 가열된 가공물을 냉각시키는 냉각 유체실에 구비되면서 냉각 유체를 순환시킬 수 있도록 진입부와 공급부로 구성되는 복수의 순환 통로부재를 가지는 열처리 탱크 구조체로서, 상기 공급부는 배플판에 의해 형성되는 통과로의 간격을 서로 달리하여 구성하는 것이다.

Description

열처리 탱크 구조체{Heat Treatment Tank Structure}

본 발명은 열처리 탱크 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각 유체에 의한 가공물의 냉각시, 냉각 유체의 고른 유동분포를 통해 가공물의 냉각 효과를 높이도록 한 것이다.

각종 가공물을 열처리 장치중에 있어서, 가공물(예를 들어 "엔진용 크랭크 샤프트" 등)의 열처리 작업중의 하나인 담금질(quenching) 과정을 거쳐서 강도를 향상시키도록 하는 열처리 장치가 있는데, 이러한 열처리 장치는 소정의 온도로 가공물을 가열하는 열처리 로와, 이 열처리 로에서 가열시킨 가공물을 냉각시키도록 하는 열처리 탱크로 이루어진다.

여기서, 종래의 열처리 탱크에 대하여 도면을 통해 상세하게 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열된 가공물(W)을 냉각시키는 냉각장치인 열처리 탱크(1)는 소정의 크기 및 면적을 가지면서 내부에 공간부(10a)가 형성되는 냉각 유체실(10)과, 이 냉각 유체실(10)의 내부에 냉각 유체(오일 또는 물)가 유입되어 순환되게 하는 순환 통로부재(20)로 간격을 두고 복수,설치된다.

상기 냉각 유체실(10)에는 냉각 유체인 오일 또는 물이 유입되어 소정의 수위로 채워져 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 한쪽 끝단부에서 인렛부(11)를 통해 냉각 유체가 공급되고, 다른쪽 끝단부에 아웃렛부(12)가 설치되어서 냉각 유체를 배출하도록 한다.

상기 인렛부(11)와 아웃렛부(12)는 배관형태로 이루어져 있다.

더욱이, 각 순환 통로부재(20)의 상부에는 냉각 유체(F)가 유입되어 순환되도록 지지부재(30)에 의해 지지되는 액츄에이터(40)가 구비된다.

상기 순환 통로부재(20)는 외부에서 냉각 유체가 유입되도록 수직하게 형성되는 진입부(21)와, 이 진입부(21)의 하단으로부터 횡방향으로 연장,형성되어 냉각 유체실(10)의 바닥에 배치되는 공급부(22)로 구성된다.

상기 지지부재(30)는 복수 구비되는 순환 통로부재(20)를 각각 구획지게 하면서 상기 액츄에이터(40)를 지지하며, 예를 들어 앵글 타입 등으로 구성할 수 있다.

상기 액츄에이터(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 모터(41)와, 이 모터(41)의 동력을 전달기어를 통해 전달받아 상기 진입부(21)의 내부에서 회전하는 전달축(42)과, 이 전달축(42)의 단부에 결합되어 회전되면서 유입되는 냉각 유체를 이송시키는 블레이드(43)로 구성된다.

상기 순환 통로부재(20)의 상부에 연장되어 형성된 지지부재(30)는 호이스트(도시되지 않음)를 설치하여 액츄에이터(40)를 구성하는 전달축(42)과 블레이드(43) 조립체를 순환 통로부재(20)의 진입부(21)안으로 투입되어 결합될 수 있도록 한다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 공급부(22)는 간격을 두고 복수의 배플판(22a)(22b)이 구비되어서 통과로(25)(26)(27)가 형성된다.

상기 배플판(22a)(22b)은 직선형으로 형성되다가 공급부(22)의 출구쪽에는 굴곡져서 수직하게 형성된 구조를 가진다.

상기 진입부(21)를 통해 유입된 냉각 유체는 배플판(22a)(22b)에 의해 형성되는 통과로(25)(26)(27)를 따라 이동하여 상부로 배출되면서 유동이 발생한다.

여기서, 상기 공급부(22)의 통과로(25)(26)(27)의 통과 간격(L1)(L2)(L3)은각각 동일한 비율, 다시 말해서, 1:1:1로 형성되어 있다.

이러한 종래의 열처리 탱크(1)에서 가공물(W)을 냉각시키기 위해서, 열처리 로(도시되지 않음)에서 가열된 가공물(W)을 냉각시키기 위해서 크레인 등(도시되지 않음)의 견인장치를 이용하여 냉각 유체실(10)의 내부에 삽입한다.

이런 다음에, 인렛부(11)를 통해 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각 유체(F)를 냉각 유체실(10)안에 소정 높이까지 채운다.

이 상태에서, 냉각 유체의 유동을 발생시켜서 가공물(W)을 효과적으로 냉각시키는데, 냉각 유체실(10)안에 간격을 두고 복수,설치된 순환 통로부재(20)의 진입부(21)안에 구비된 블레이드(43)를 회전시켜서 냉각 유체(F)가 공급부(22)를 통해 유동되게 하여 냉각 유체실(10)의 공간부(10a)를 지나서 다시 진입부(21)안으로 유입되도록 함으로써, 냉각 유체(F)가 냉각 유체실(10)안에서 순환되도록 한다.

냉각 유체(F)가 순환됨에 따라 가공물(W)의 냉각작용이 효과적으로 이루어질 수 있다.

그런데, 종래의 열처리 탱크(1)에 있어서, 공급부(22)에 구비된 배플판(22a)(22b)에 의해 형성되는 통과로(25)(26)(27)의 간격(L1)(L2)(L2)이 모두 동일 간격(1:1:1)으로 형성되어 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 유동해석을 해 본 결과, 최하부에 형성된 통과로(27)를 통해 이동하는 냉각 유체(F)의 이동속도가 가장 빠르게 이동하여 그 만큼 냉각 유체의 이동량이 많은 상태로 순환이동함을 알 수 있다.

다시 말해서, 유체가 순환하면서 관성력의 차이에 의해 바깥쪽으로 순환유동하는 유체의 관성력이 안쪽보다 커지기 때문에, 바깥쪽에 위치한 통과로(27)에서 냉각 유체(F)의 순환량이 많아지는 것이다.

도 5에 있어서, 적색부분이 가장 유동속도가 빠른 것을 나타내고, 주황색,노란색,녹색,파란색 등의 순서로 속도가 느려짐을 나타낸다.

따라서, 냉각 유체실(10)의 공간부(10a)전체에 걸쳐서 냉각 유체(F)의 유동속도의 편차가 발생하므로, 가공물(W)의 전체면에 대하여 냉각 유체(F)의 유속이 빠른 부분과 느린 부분이 생기므로 균일한 냉각이 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.

더욱이, 경우에 따라. 가공물(W)의 상부 위치에서 냉각 유체(F)가 재순환하여 더욱 온도편차를 가중시키는 현상도 발생하는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에서 해결하려는 과제는 열처리 탱크안에서의 가공물의 냉각시, 온도편차가 발생하지 않도록 고른 유동속도로 냉각 유체의 순환이 가능하도록 한 것이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단은, 냉각 유체가 채워져서 가열된 가공물을 냉각시키는 냉각 유체실에 구비되면서 냉각 유체를 순환시킬 수 있도록 진입부와 공급부로 구성되는 복수의 순환 통로부재를 가지는 열처리 탱크 구조체로서,

상기 공급부는 배플판에 의해 형성되는 통과로의 간격을 서로 달리하여 구성한 것이다.

또한, 상기 통과로는 3개로 형성되고, 상부에서 하부로 갈수록 통과로의 간격이 작아지도록 형성되는 구조이다.

또한, 상기 통과로의 간격은 각각 5 : 3 : 2의 비율로 형성된다.

이와 같이, 본 발명은 열처리 탱크안에서의 가열처리된 가공물의 냉각시, 온도편차가 발생하지 않도록 고른 유동속도로 냉각 유체의 순환이 가능하여 가공물의 균일한 냉각이 이루어질 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 열처리 탱크를 개략적으로 도시한 도면으로서 내부가 보이도록 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 측면도이다.
도 4는 종래의 열처리 탱크에 구비되는 순환 통로부재의 구조를 도시한 개략도이다.
도 5는 종래의 순환 통로부재를 통해 냉각 유체가 유동하는 모습을 해석 프로그램에 의해 해석한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 순환 통로부재의 구조를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 순환 통로부재를 통해 냉각 유체가 유동하는 모습을 해석 프로그램에 의해 해석한 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 상세한 설명은 생략하며, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 부호를 부여하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 순환 통로부재의 구조를 도시한 개략도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 순환 통로부재(20)를 구성하는 공급부(22)의 배플판(22a)(22b)에 의해 형성되는 통과로(25)(26)(27)의 간격(L1)(L2)(L3)을 달리한 구조이다.

더욱 구체적으로, 통과로(25)(26)(27)의 간격(L1)(L2)(L3)을 5 : 3 : 2의 비율로 형성한다.

본 발명의 실시 예에 따른 열처리 탱크 구조체에 있어서, 통과로(25)(26)(27)의 간격(L1)(L2)(L3)이 다르게 형성되는데, 특히 간격(L1)을 가장 크게 형성하여 냉각 유체(F)의 유동속도를 감소시키고, 간격(L3)을 가장 적게 하여 이를 통과하는 냉각 유체(F)의 유동속도를 증가시켜서, 냉각 유체(F)의 유량이 동일하게 공급부(22)를 통과하여 냉각 유체실(10)의 공간부(10a)로 유동될 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 순환 통로부재(20)의 구조에 의해 냉각 유체(F)의 흐름상태를 전산해석(CFD)하여 나타낸 것으로서, 공급부(22)의 각 통과로(25)(26)(27)를 통과하는 냉각 유체(F)의 유동속도가 동일함을 알 수 있다.

다시 말해서, 통과로(25)(26)(27) 부분에서 적색으로 표시된 부분이 냉각 유체(F)의 유동속도가 빠르게 진행됨과 동시에, 동일한 분포양임을 알 수 있고, 그에따라 유동속도가 동일함을 알 수 있는 것이다.

따라서, 냉각 유체(F)의 유량이 동일하게 통과로(25)(26)(27)를 빠져나가므로, 고른 유동량으로 순환하는 패턴을 가져서 가공물(W)에 고른 온도분포가 되도록 하는 것이다.

도 7에 있어서, 각 색상은 도 5에 도시된 도면과 마찬가지로, 적색이 가장 유동속도가 빠른 것을 나타낸 것이고, 주황색,노란색,녹색,파란색 등의 순서로 유동속도가 느려짐을 나타낸다.

결국, 가공물(W)은 유동하는 냉각 유체(F)에 의해 균일한 온도분포를 가지므로, 가공물(W) 전체에 걸쳐서 양호한 냉각이 이루어질 수 있는 것이다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.

F : 냉각 유체
L1,L2,L3 : 간격
W : 가공물
1 : 열처리 탱크
10 : 냉각 유체실
10a : 공간부
11 : 인렛부
12 : 아웃렛부
20 : 순환 통로부재
21 : 진입부
22 : 공급부
22a,22b : 배플판
25,26,27 : 통과로
30 : 지지부재
40 : 액츄에이터
41 : 모터
42 : 전달축
43 : 블레이드

Claims

냉각 유체가 채워져서 가열된 가공물을 냉각시키는 냉각 유체실에 구비되면서 냉각 유체를 순환시킬 수 있도록 진입부와 공급부로 구성되는 복수의 순환 통로부재를 가지는 열처리 탱크 구조체로서,
상기 공급부는 배플판에 의해 형성되는 통과로의 간격을 서로 달리하여 구성하는 것을 특징으로 하는 열처리 탱크 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 통과로는 3개로 형성되고, 상부에서 하부로 갈수록 통과로의 간격이 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 탱크 구조체.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 통과로의 간격은 5 : 3 : 2의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 열처리 탱크 구조체.