KR20140098085A

KR20140098085A - 경화 처리 셀

Info

Publication number: KR20140098085A
Application number: KR1020147013585A
Authority: KR
Inventors: 제라드 티소
Original assignee: 이시엠 테크놀로지즈
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-08-07
Also published as: KR102060674B1; WO2013057431A1; MX356336B; EP2768990B1; CN104011229A; FR2981665B1; FR2981665A1; CN104011229B; JP2014534343A; US20140284851A1; BR112014009546B1; EP2768990A1; BR112014009546A2; US9365909B2; MX2014004502A; JP6147261B2

Abstract

본 발명은 가스의 기압 하에 로드(14)를 담금질하기 위한 셀(5)에 관한 것이다. 셀은 가스 흡입 개구 및 가스 배출 개구를 포함하는 원심 또는 나선형-원심 임펠러(22A, 22B)를 포함한다. 임펠러는 로드와 열교환기(32, 34) 사이로 가스의 흐름을 유발시키는 모터(24A, 24B)에 의해 회전된다. 담금질 셀은 가동형의 제1 및 제2 절반-스크롤(40A, 40B, 42A, 42B)을 포함한다. 제1 위치에 있어서, 제1 절반-스크롤은 배출 개구(78A)의 제1 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며, 또한 제2 절반-스크롤은 흡입 개구(76A)의 제1 부분을 폐쇄한다. 제2 위치에 있어서, 제2 절반-스크롤은 배출 개구의 제1 부분과는 상이한 제2 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며, 또한 제1 절반-스크롤은 흡입 개구의 제2 부분을 닫는다.

Description

경화 처리 셀{HARDENING CELL}

본 발명은 부재, 예를 들어 강철 부재를 담금질(quenching)하기 위한 셀(cell)에 관한 것이다.

담금질은 로드(load)라고도 불리는 부재의 급작스러운 냉각에 대응하는 것으로, 여기서 부재는 통상적으로 높은 온도에서만 안정된 특정의 상(phase)을 얻기 위해 부재의 조직을 개질하는 온도를 지나 가열된다. 어떤 재료에 대해, 특히 어떤 금속에 대해, 담금질은 유리한 물리적 특성을 갖는 특정 상을 주위 온도에서 유지시킬 수 있게 한다. 다른 재료, 특히 어떤 강철에 대해, 담금질은 특정 상을 유리한 물리적 특성을 갖는 준안정 상(metastable phase)으로 변태(transform)시킬 수 있게 한다. 이 경우에 있어서, 특정의 고온 상(hot phase)은 강철 부재를 750℃ 내지 1,000℃로 가열함으로써 얻어진 오스테나이트이며, 또한 준안정 상(metastable phase)은 마르텐사이트이다. 담금질 작업은 마르텐사이트보다 낮은 경도 특성을 갖는 펄라이트(perlite) 또는 베이나이트(bainite)의 형성 없이, 전체 오스테나이트가 마르텐사이트로 바뀌도록 비교적 신속하고 일정해야 한다.

액체 담금질의 경우에 있어서, 이미 가열된 부재는 예를 들어 냉각 중 교반(攪拌)(stir)되는 담금질 액체, 예를 들어 오일로 채워진 담금질 탱크에 배치된다.

또한, 담금질은 냉각시킬 부재의 둘레로 담금질 가스를 흘림으로써 수행될 수 있다. 가스 담금질은 일반적으로 기밀되게 폐쇄된 포위부(enclosure)를 포함하는 담금질 셀에 담금질할 부재를 배치함으로써 또한 담금질 가스를 포위부에서 순환시킴으로써 수행된다. 가스 담금질 방법은 액체 담금질 방법에 대해 많은 장점을 갖고 있으며, 또한 특히 처리된 부재가 건조하고 그리고 깨끗하게 나온다는 사실을 갖는다.

이미 열처리[담금질, 어닐링, 탬퍼링(tempering) 전의 가열] 또는 열화학적 처리[침탄(cementation), 침탄질화(carbonitriding) ...]를 받은 강철 부재의 가스 담금질은 일반적으로 압력 하에서, 일반적으로 4 내지 50 bar의 가스로 수행된다. 담금질 가스는 예를 들어 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 또는 이들 가스의 혼합물이다.

담금질 셀은 일반적으로 담금질 셀에서 담금질 가스를 순환시킬 수 있는 교반 요소(예를 들어, 프로펠러)를 회전시키는 적어도 하나의 모터(일반적으로 편심 또는 유압 모터)를 포함한다. 담금질 셀 내로 도입된 부재의 신속한 냉각을 얻기 위해, 담금질 가스는 보통 전체 담금질 작업을 위해 높은 속도로 냉각시킬 부재의 레벨로 순환된다.

어떤 타입의 부재를 위해, 예를 들어 부재가 고체일 때, 담금질 가스가 전체 담금질 작업 중 담금질 셀에서 동일한 방향으로 흐른다면, 부재의 균일한 냉각을 얻는 것이 어려울 수 있으며, 그리고 따라서 항상 동일한 방향으로 처리된 부재에 도달한다. 이 경우에 있어서, 냉각의 균일도를 개선시키기 위해 담금질 가스 흐름 방향을 냉각시킬 부재의 레벨로 급속히 역전시킬 수 있는 것이 바람직하다.

담금질 가스 흐름 방향을 역전시킬 가능성은, 담금질 가스 흐름 방향을 부여하는 그 회전 방향을 갖는 교반 요소를 사용하는 것이다. 그 후, 담금질 가스 흐름 방향은 교반 요소의 회전 방향을 역전시킴으로써 역전된다. 이를 달성하기 위해, 역전될 수 있는 회전 방향을 갖는 전기 또는 유압 모터가 교반 요소를 회전시키도록 사용될 수 있다. 다른 가능성은 모터와 교반 요소 사이에 변속기(transmission) 시스템을 제공하는 것이며, 이것은 교반 요소의 회전 방향을 역전시킬 수 있게 한다. 그러나, 전기 또는 유압 모터의 회전 방향을 역전시키거나 또는 짧은 시간 내에 변속기를 작동시키는 것이 어려울 수 있다. 냉각시킬 부재의 레벨에서의 담금질 가스 흐름 방향의 역전은 10초 이상 지속될 수 있다.

미국 특허 출원 공개 US 2003/0175130호는 교반 요소가 항상 동일 방향으로 회전하는 원심 임펠러(impeller)를 포함하는 담금질 셀을 서술하고 있다. 셀은 가동형 플랩(flap)을 사용함으로써 냉각시킬 부재의 레벨에서의 담금질 가스 흐름 방향을 역전시키기 위한 시스템을 추가로 포함한다.

이런 가스 담금질 셀의 단점은, 냉각시킬 부재의 레벨에서의 담금질 가스 흐름 방향을 역전시키기 위해서 담금질 가스가 임펠러의 전체 주변에서 바로 포위부 내로 반경 방향으로 축출된다는 점이다. 담금질 가스 흐름 방향이 어떠하든지 간에, 임펠러에 의해 축출된 담금질 가스의 일부는 플랩에 의해 차단되며, 또한 일반적인 담금질 가스 흐름으로 회복되기 전에 그 운동 에너지의 상당 부분을 소실한다. 따라서, 예를 들어 주어진 시간 주기 동안 임펠러를 구동시키기 위해 도입된 전력과 상기 동일한 시간 주기 동안 담금질 가스에 의해 로드로부터 취한 화력(thermal power)의 비율에 대응하는 담금질 셀의 전력 효율이 낮아질 수 있다.

본 발명의 목적은 냉각시킬 부재의 레벨로 담금질 가스 흐름 방향을 급속히 역전시킬 동안 개선된 전력 효율을 갖는 담금질 셀을 얻는 것이다.

본 발명의 실시예의 다른 목적은 감소된 용적을 갖는 담금질 셀을 얻는 것이다.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 로드를 위한 가스 담금질 셀을 제공한다. 셀은 가스 흡입 개구 및 가스 배출 개구를 포함하는 원심 또는 혼류(mixed-flow) 임펠러를 포함한다. 임펠러는 로드와 열교환기 사이에 가스 흐름을 유발시키기 위해 모터에 의해 회전된다. 담금질 셀은 가동형(mobile)의 제1 및 제2 절반-와류부(half-volute)를 포함한다. 제1 위치에 있어서, 제1 절반-와류부는 배출 개구의 제1 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며, 또한 제2 절반-와류부는 흡입 개구의 제1 부분을 닫는다. 제2 위치에 있어서, 제1 또는 제2 절반-와류부 중 하나는 배출 개구의 제1 부분과는 상이한 제2 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며, 또한 제1 또는 제2 절반-와류부 중 다른 하나는 흡입 개구의 제2 부분을 닫는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 담금질 셀은 임펠러에 대해 제1 및 제2 절반-와류부를 횡방향으로 이동시키는 작동기를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 담금질 셀은 임펠러의 축선에 대해 제1 및 제2 절반-와류부를 회전시키는 작동기를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 담금질 셀은 임펠러, 로드, 및 열교환기를 포함하는 포위부; 임펠러와 로드 사이에 위치된 패널; 및 포위부를 패널에 연결하며 또한 임펠러를 둘러싸는 제1 판을 포함하며, 상기 제1 및 제2 절반-와류부는 판의 측부 중 한쪽 측부 상에 배치된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 담금질 셀은 패널과 접촉하는 원통형 부분을 포함하며, 또한 제1 위치에서 제2 절반-와류부는 임펠러와 원통형 벽 사이로 연장하며, 또한 제2 위치에서 제1 절반-와류부는 임펠러와 원통형 벽 사이로 연장한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 작동기는 워엄(worm)과, 제1 절반-와류부에 체결되며 상기 워엄과 협력하는 너트를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 담금질 셀은 추가적인 원심 또는 혼류 임펠러를 포함하며, 상기 임펠러 및 추가적인 임펠러는 로드의 두 측부 중 한쪽 측부 상에 배치되며, 셀은 추가적인 가동형의 제3 및 제4 절반-와류부를 추가로 포함한다. 제1 위치에 있어서, 제3 절반-와류부는 추가적인 임펠러의 배출 개구의 제1 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며, 또한 제4 절반-와류부는 추가적인 임펠러의 흡입 개구의 제1 부분을 닫는다. 제2 위치에 있어서, 제3 또는 제4 절반-와류부 중 하나는 추가적인 임펠러의 배출 개구의 제1 부분과는 상이한 추가적인 임펠러의 배출 개구의 제2 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며, 또한 제3 또는 제4 절반-와류부 중 다른 하나는 추가적인 임펠러의 흡입 개구의 제2 부분을 닫는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 임펠러는 혼류 임펠러이다.

본 발명의 다른 실시예는 이미 서술한 바와 같은 담금질 셀에서 로드의 가스 담금질의 방법을 제공한다. 이러한 본 발명의 방법은 제1 및 제2 절반-와류부를 제1 위치로 변위시키는 단계와, 제1 및 제2 절반-와류부를 제2 위치로 변위시키는 단계를 포함하며, 상기 가스는 로드 레벨에서 제1 위치로 흐르며, 상기 가스는 로드 레벨에서 상기 제1 흐름 방향과는 반대인 제2 흐름 방향으로 흐른다.

위에 서술한 그리고 다른 목적, 특징, 및 장점은 첨부한 도면과 관련하여 특정한 실시예의 하기의 비-제한적인 서술에서 상세히 논의될 것이다.

도 1 및 도 2는 2개의 작동 단계를 갖는 담금질 셀의 실시예의 개략적인 횡방향 도면들이다.
도 3은 혼류 임펠러의 실시예의 사시도이다.
도 4는 도 1의 담금질 셀의 특정 요소의 개략적인 횡단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 담금질 셀의 특정 요소의 더욱 상세한 사시도이다.

동일한 요소들은 상이한 도면에서 동일한 도면부호로 표기되었다. 또한, 단지 담금질 셀 및 담금질 방법의 실시예의 이해에 필요한 단계 및 요소만 도시 및 서술되었다. 또한, "하부의", "상부의", "위의", 및 "아래의"와 같은 형용사 및 "바닥" 및 "상부"와 같은 명사는 이하에 서술되는 담금질 셀 실시예에서 수직 방향인 기준 방향에 대해 사용된다. 그러나, 기준 방향은 수직 방향에 대해 경사질 수 있으며 또한 예를 들어 수평일 수도 있다.

도 1 및 도 2는 담금질 방법의 2개의 작동 단계에 따라 담금질 셀의 실시예의 개략적인 횡방향 도면들이다.

셀(5)은 예를 들어 수평 축선(D)의 원통부(cylinder)의 일반적인 형상을 갖는 포위부(10)를 포함한다. 예를 들어, 포위부(10)의 내경은 1 미터의 크기일 수 있다. 변형례로서, 포위부(10)는 일반적으로 평행육면체(parallelepipedal) 형상을 가질 수 있다. 포위부(10)는 지지체(12) 상에 놓인다. 셀(5)은 한쪽 단부가 폐쇄되며, 다른 단부는 냉각될 로드(14)를 그 내부로 도입하거나 또는 그로부터 추출(extract)하기 위해 셀(5)로의 접근을 제공하는, 도 1 및 도 2에는 도시되지 않은 도어(door) 시스템을 포함한다. 이것은 수평 방향을 따라 미끄러지는 도어 또는 길로틴(guillotine) 도어일 수 있다. 도어는 실질적으로 담금질 셀(5)에 치밀하게 폐쇄될 수 있게 한다. 변형례로서, 셀(5)은 그 단부의 각각에 도어를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2에 직사각형으로 개략적으로 도시된 로드(14)는 예를 들어 적절한 지지체 상에 배치되는 단일 부재 또는 다수의 부재, 수많은 부재를 포함한다. 이들은 예를 들어 기어가 형성된 휘일과 같은 강철 부재일 수 있다. 로드(14)는 실질적으로 레일(16) 상에서 셀(5)의 중심에 유지된다.

담금질 가스는 밸브(18, 20)를 통해 포위부(10) 내로 도입되거나 또는 포위부(10)로부터 추출될 수 있다. 담금질 가스는 예를 들어 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 또는 이들 가스의 혼합물이다. 담금질 가스는 축(△_A, △_B)을 갖는 임펠러(22A, 22B)에 의해 포위부(10)에서 순환된다. 임펠러(22A, 22B)는 예를 들어 로드(14)의 두 측부 중 한쪽 측부 상에 배치된다. 각각의 임펠러(22A, 22B)는 원심 또는 혼류 임펠러일 수 있다. 원심 임펠러는 실질적으로 축방향으로 가스를 흡입하며 또한 실질적으로 가스를 반경 반향으로 배출하는 임펠러이다. 축방향 흐름 임펠러는 실질적으로 축방향으로 가스를 흡입하며 또한 실질적으로 가스를 축방향으로 배출하는 임펠러이다. 혼류 임펠러는 축방향 흐름 임펠러의 작동과 원심 임펠러의 작동 사이의 중간 작동을 갖는 임펠러이며, 즉 혼류 임펠러는 실질적으로 축방향으로 가스를 흡입하고 또한 0 보다 크고 또한 90°보다 작은 피치(pitch)로 임펠러 축선에 대해 경사진 방향을 따라 가스를 그 주변으로 배출한다.

예를 들어, 축(△_A, △_B)은 수평이고 한정적이며(confounded), 또한 포위부(10)의 중간 수평면에 위치된다. 도시되지 않은 진공 펌프는 포위부(10)에 연결될 수 있으며 또한 포위부(10)에 부분 진공을 형성할 수 있게 한다.

각각의 임펠러(22A, 22B)는 모터(24A, 24B)에 의해 회전된다. 모터(24A, 24B)는 전기 모터 또는 유압 모터일 수 있다. 이것들은 오직 한쪽 회전 방향으로만 작동할 수 있는 모터들(24A, 24B)이다. 모터(24A)의 구동축(26A)의 축선은 임펠러(22A)의 축(△_A)으로 한정된다. 구동축(26A)은 한쪽 단부에서 임펠러(22A)에 부착된다. 모터(24B)의 구동축(26B)의 축선은 임펠러(22B)의 축(△_B)으로 한정된다. 구동축(26B)은 한쪽 단부에서 임펠러(22B)에 부착된다. 모터(24A, 24B)는 포위부(10)의 외측에 또한 치밀한 케이싱에서 포위부(10)의 두 측부 중 한쪽 측부 상에 배치되며, 오직 구동축(26A, 26B)만 포위부(10)에 부분적으로 배치된다.

셀(5)은 로드(14)의 두 측부 중 한쪽 측부 상에, 실질적으로 축선(D)을 따른 포위부(10)의 전체 길이를 따라 연장하는 수직 패널(28A, 28B)을 포함한다. 각각의 패널(28A, 28B)은 포위부(10)에 체결된 레그(leg)(30A, 30B) 상에 놓인다. 레일(16)은 패널(28A, 28B)에 체결될 수 있다. 담금질 가스는 패널(28A, 28B)을 통해서는 흐를 수 없지만, 그러나 패널(28A, 28B) 아래로 레그(30A, 30B)들 사이와, 패널(28A, 28B) 위로, 포위부(10)와 접촉하지 않는 패널(28A, 28B)의 상부로 흐를 수 있다.

제1 열교환기(32)는 로드(14) 위에서 패널들(28A, 28B) 사이에 보유된다. 제2 열교환기(34)는 로드(14) 위에서 패널들(28A, 28B) 사이에 보유된다. 열교환기(32, 34)는 도 1 및 2에 직사각형으로 도시되어 있다. 작동 시, 담금질 가스는 열교환기(32, 34)를 통해 흐름으로써 냉각된다. 예를 들어, 각각의 열교환기(32, 34)는 그것을 통해 흐르는 냉각 액체를 갖는 평행한 튜브를 포함한다.

담금질 셀(5)은 각각의 임펠러(22A, 22B)를 위해 평탄한 수평 분리판(36A, 36B)을 포함한다. 분리판(36A, 36B)의 중간 평면은 축(△_A, △_B)을 포함한다. 각각의 판(36A, 36B)은 실질적으로 축선(D)을 따른 포위부(10)의 전체 길이를 따라 포위부(10)를 관련된 수직 패널(28A, 28B)에 연결한다. 각각의 판(36A, 36B)은 개구를 포함하며, 도 4 및 도 6에는 특히 임펠러(22A, 22B) 및 구동축(26A, 26B)을 위한 통로를 제공하는 개구(39A)만 도시되어 있다. 각각의 판(36A, 36B)은 포위부(10)와 패널(28A, 28B) 사이에 위치된 셀(5)의 내부 용적을, 판(36A, 36B) 위에 위치된 상부 영역(37A, 38B)과 판(36A, 36B) 위에 위치된 하부 영역(38A, 38B)으로 분리시킨다.

담금질 셀(5)은 각각의 임펠러(22A, 22B)를 위해 분리판(36A, 36B) 위에 위치된 상부 절반-와류부(40A, 40B) 및 분리판(36A, 36B) 아래에 위치된 하부 절반-와류부(42A, 42B)를 포함한다.

각각의 상부 절반-와류부(40A, 40B)는 횡방향 벽(43A, 43B), 평탄한 내측 벽(44A, 44B), 및 평탄한 외측 벽(45A, 45B)을 포함한다. 평탄한 벽들(44A, 44B, 45A, 45B)은 축(△_A, △_B)과 직교하며, 또한 임펠러(22A, 22B)의 최대 외경보다 미세하게 큰 직경을 갖는 원형 부분에 대응하는 내측 엣지를 포함한다. 각각의 하부 절반-와류부(42A, 42B)는 횡방향 벽(46A, 46B), 평탄한 내측 벽(47A, 47B), 및 평탄한 외측 벽(48A, 48B)을 포함한다. 평탄한 벽들(47A, 47B, 48A, 48B)은 축(△_A, △_B)과 직교하며, 또한 임펠러(22A, 22B)의 최대 외경보다 미세하게 큰 직경을 갖는 원형 부분에 대응하는 내측 엣지를 포함한다. 평탄한 내측 벽(44A, 44B, 47A, 47B)은 패널(28A, 28B)에 가장 가까운 평탄한 벽이며, 또한 평탄한 외측 벽(45A, 45B, 48A, 48B)은 패널(28A, 28B)로부터 가장 먼 벽이다.

담금질 셀(5)은 각 임펠러(22A, 22B)를 위해 축(△_A, △_B)의 원통형 벽(50A, 50B)을 각각 포함한다. 원통형 벽(50A, 50B)의 내경은 실질적으로 임펠러(22A, 22B)의 최대 외경과 동일하다. 원통형 벽(50A, 50B)은 패널(28A, 28B)과 접촉하고 있다.

각각의 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)는 축(△_A)을 따라 안내 위치로 지칭되며 절반-와류부가 포위부(10)에 가장 가까운 제1 위치와 차폐(screening) 위치로 지칭되며 절반-와류부가 패널(28A, 28B)에 가까운 제2 위치 사이로 이송될 수 있다. 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)를 변위시키기 위한 시스템은 도 1 및 도 2에 도시되지 않았다.

도 3은 임펠러(22A)의 사시도이다. 이것은 폐쇄된 혼류 임펠러이다. 임펠러(22B)는 임펠러(22A)와 동일할 수 있다. 임펠러(22A)는 베이스 플랜지(52A)와 커버 링(54A) 사이에 유지된 블레이드(blade)(51A)를 포함한다. 각각의 블레이드(51A)는 전방 엣지(56A), 후방 엣지(58A), 및 횡방향 엣지(60A, 62A)를 갖는다. 베이스 플랜지(52A)는 중심의 지지 부분(64A) 및 상기 지지 부분(64A)의 둘레로 연장하는 평탄한 부분(66A)을 포함한다. 평탄한 부분(66A)은 축(△_A)을 따라 보여지는 바와 같이 축(△_A)의 링의 형상을 가지며, 또한 원형 외측 링(68A)을 포함한다. 지지 부분(64A)은 도 3에 도시되지 않은 구동축(26A)의 통로를 위해 개구(70A)에 의해 교차된다. 각각의 블레이드(51A)의 횡방향 엣지(62A)는 평탄한 부분(66A)에 부착되며, 또한 평탄한 부분(66A)의 외측 엣지(68A)로부터 지지 부분(64A)으로 연장한다.

커버 링(54A)은 축(△_A) 둘레로 회전 대칭을 이루는 부재이며, 또한 내부 벽(71A), 횡방향 벽(72A), 및 전방 벽(73A)을 포함한다. 횡방향 벽(72A)은 베이스 플랜지(52A)의 원형 외측 엣지(68A)와 동일한 직경을 갖는, 축(△_A)의 원통형 벽이다. 전방 벽(73A)은 축(△_A)을 따라 보여지는 바와 같이 횡방향 벽(72A)과 접촉하는 그 외측 엣지를 가지며 또한 횡방향 벽(72A)의 직경보다 작은 직경을 갖는 원형의 내측 엣지(74A)를 포함하는 축(△_A)의 링의 형상을 갖는 평탄한 벽이다. 내부 벽(71A)은 원형의 내측 엣지(74A)를 횡방향 벽(72A)에 연결한다. 횡방향 벽(72A)은 블레이드(51A)와 접촉하는 원형 엣지(75A)를 포함한다. 내부 벽(71A)은 원형의 내측 엣지(74A)를 원형 엣지(75A)에 연결한다.

각각의 블레이드(51A)의 횡방향 엣지(60A)는 내부 벽(71A)에 부착되며, 또한 원형 엣지(75A)로부터 원형의 내측 엣지(74A)로 연장한다. 원형의 내측 엣지(74A)는 임펠러(22A)의 흡입 개구(46A)를 한정(delimit)한다. 블레이드(51A)의 후방 엣지(58A) 및 원형 엣지(68A, 75A)는 임펠러(22A)의 배출 개구(78A)를 한정한다.

작동 시, 임펠러(22A)는 화살표(79)를 따라 축(△_A) 둘레로 회전된다. 담금질 가스는 임펠러(22A)의 흡입 개구(76A)를 통해 흡입되며, 또한 임펠러(22A)의 전체 주변을 따라 반경 반향으로 배출 개구(78a)를 통해 또한 후방을 향해 축출된다.

각각의 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)를 위해, 안내 위치에서, 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)의 평탄한 외측 벽(45A, 45B, 48A, 48B)은 실질적으로 관련된 임펠러(22A, 22B)의 베이스 플랜지(52A, 52B)를 연장시킨다. 또한, 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)의 평탄한 내측 벽(44A, 44B, 47A, 47B)은 원통형 벽(50A, 50B)과 일직선으로 연장한다. 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)의 횡방향 벽(43A, 43B, 46A, 46B)은 임펠러(22A, 22B)의 주변의 한쪽 절반부 상에서 관련된 임펠러(22A, 22B)의 배출 개구(78A, 78B)를 덮는다.

각각의 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)를 위해, 차폐 위치에서, 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)의 평탄한 외측 벽(45A, 45B, 48A, 48B)은 원통형 횡방향 벽(72A, 72B)과 일직선으로 있으며, 또한 평탄한 내측 벽(44A, 44B, 47A, 47B)은 원통형 벽(50A, 50B)과 일직선으로 있다. 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)의 횡방향 벽(43A, 43B, 46A, 46B)은 원통형 벽(72A, 72B)과 원통형 벽(50A, 50B) 사이로 연장한다. 그 후, 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B), 원통형 벽(72A, 72B), 분리판(36A, 36B), 및 원통형 벽(50A, 50B)은 담금질 가스 흐름을 방지하거나 또는 강하게 감소시키는 스크린(screen)을 형성한다.

절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)는 상부 절반-와류부(40A, 40B)가 도 1에 도시된 바와 같이 안내 위치에 있을 때 하부 절반-와류부(42A, 42B)가 차폐 위치에 있도록, 또한 상부 절반-와류부(40A, 40B)가 도 2에 도시된 바와 같이 차폐 위치에 있을 때 하부 절반-와류부(42A, 42B)가 안내 위치에 있도록 변위된다.

도 1에 도시된 구성에 있어서, 임펠러(22A, 22B)가 회전될 때, 담금질 가스는 실질적으로 화살표(50)를 따라, 또한 특히 바닥으로부터 상부로 로드(14)의 레벨로 흐른다. 실제로, 각각의 하부 절반-와류부(42A, 42B)는 차폐 위치에서 하부 영역(38A, 38B)으로부터 관련된 임펠러(22A, 22B)에 의해 흡입된 담금질 가스를 방지하거나 또는 강하게 감소시킨다. 그에 따라, 임펠러(22A, 22B)에 의해 흡입된 대부분의 담금질 가스는 상부 영역(37A, 37B)으로부터 비롯된다. 또한, 각각의 상부 절반-와류부(40A, 40B)는 안내 위치에서 관련된 혼류 임펠러(22A, 22B)에 의해 축출된 흐름을 하부 영역(38A, 38B)을 향해 안내한다.

도 2에 도시된 구성에 있어서, 임펠러(22A, 22B)가 회전될 때, 담금질 가스는 실질적으로 화살표(81)를 따라, 또한 특히 상부로부터 바닥으로 로드(14)의 레벨로 흐른다. 실제로, 각각의 상부 절반-와류부(40A, 40B)는 차폐 위치에서 상부 영역(37A, 37B)으로부터 관련된 임펠러(22A, 22B)에 의해 흡입된 담금질 가스를 방지하거나 또는 강하게 감소시킨다. 그에 따라, 임펠러(22A, 22B)에 의해 흡입된 대부분의 담금질 가스는 하부 영역(38A, 38B)으로부터 비롯된다. 또한, 각각의 하부 절반-와류부(42A, 42B)는 안내 위치에서 관련된 혼류 임펠러(22A, 22B)에 의해 축출된 흐름을 상부 영역(37A, 37B)을 향해 안내한다.

예를 들어, 작동 시, 임펠러(22A, 22B)는 담금질 가스를 로드(14)의 레벨로 초당 수 세제곱미터의 유량으로 순환시킨다.

따라서, 로드(14)의 레벨에서 담금질 가스 흐름 방향은 도 1에 도시된 구성으로부터 도 2에 도시된 구성으로 통과시킴으로써 역전될 수 있으며, 또한 정반대로 임펠러(22A, 22B)는 항상 동일한 방향으로 회전한다. 담금질 방법은 로드(14)의 레벨에서 담금질 가스 흐름 방향의 하나 또는 다수의 역전(reversal)을 포함할 수 있다.

도 4는 절단면 Ⅳ-Ⅳ에 따른 도 1의 개략적인 부분 횡단면도이며, 또한 임펠러(22A), 절반-와류부(40A)(실선), 절반-와류부(42A)(점선), 및 분리판(36A)을 도시하고 있다. 절반-와류부(40B, 42B)는 절반-와류부(40A, 42A)의 구조와 유사한 구조를 가질 수 있다. 절반-와류부(40A)는 횡방향 벽(43A)을 연장시키며 또한 분리 벽(36A)의 상부 표면 상에 놓이는 베어링 부분(82A, 84A)을 포함한다. 절반-와류부(40A)는 안내 위치에서 임펠러(22A)의 상부 절반부상으로 축출된 가스를 하부 영역(38A)을 향해 지향시킨다. 안내 위치에서 점선으로 도시된 절반-와류부(42A)는 횡방향 벽(46A)을 연장시키며 또한 분리 벽(36A)의 하부 표면 상에 놓이는 베어링 부분(86A, 88A)을 포함한다. 절반-와류부(42A)는 안내 위치에서 임펠러(22A)의 하부 절반부상으로 축출된 가스를 상부 영역(37A)을 향해 지향시킨다.

도 5 및 도 6은 도 1의 담금질 셀(5)의 어떤 요소들을 포함하는 사시도들이다. 이들 도면은 단지 수직 패널(28A), 임펠러(22A), 안내 위치의 절반-와류부(40A), 분리판(36A), 및 모터(24A)만을 도시하고 있다. 또한, 절반-와류부(40A)의 작동 시스템이 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 또한, 도 5는 레그(30A) 및 열교환기(32, 34)를 도시하고 있다.

단지 절반-와류부(40A)의 작동 시스템만 상세히 서술된다. 다른 절반-와류부의 작동 시스템은 절반-와류부(40A)의 작동 시스템과 유사한 구조를 가질 수 있다. 절반-와류부(40A)의 작동 시스템은 축(△_A)과 평행한 그 축을 갖는 2개의 안내 로드(94A, 96A)를 포함하는 작동기(92A)를 포함한다. 안내 로드(94A, 96A)는 절반-와류부(40A)의 두 측부 중 한쪽 측부 상에 배치되며, 또한 그 단부에서 지지판(98A)에 의해 분리판(36A)에 부착된다. 절반-와류부(40A)에 부착된 캐리지(carriage)(100A)는 로드(94A) 상에서 미끄러질 수 있다. 절반-와류부(40A)에 부착된 캐리지(102A)는 로드(96A) 상에서 미끄러질 수 있다. 작동기(90A)는 변속기 시스템(106A)에 의해 워엄(108A)을 회전시키는 전기 모터(104A)를 포함한다. 워엄(108A)의 축선은 축(△_A)과 평행하다. 캐리지(100A)는 워엄(108A) 상에 조립된 너트를 형성하는 부분(110A)을 포함한다.

작동 시, 무한(endless) 나사(108A)의 회전은 워엄(108A)의 축선을 따라, 즉 축(△_A)과 평행한 너트를 형성하는 부분(110A)의 이동으로 나타난다. 이것은 축(△_A)을 따라 절반-와류부(40A)의 이동으로 나타난다. 워엄(108A)의 회전 방향에 따라, 절반-와류부(40A)는 안내 위치로부터 차폐 위치로 또는 차폐 위치로부터 안내 위치로 변위된다.

모터(22A, 22B)는 담금질 작동 중 로드(14)의 레벨에서 담금질 가스 흐름 속도를 수정하기 위해 속도 변환 장치와 관련될 수 있다. 이 목적을 위해, 구동 모터(24A, 24B)가 전기 모터일 때, 주파수 배리에이터(variator)가 사용될 수 있다. 모터(24a, 24b)가 유압 모터인 경우에, 이런 모터를 공급하는 오일의 유량을 변화시키기 위한 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)는 축(△_A, △_B)과 평행하게 이동될 수 없지만 축(△_A, △_B) 둘레로 회전 가능하게 가동될 수 있다. 도 1에 도시된 구성에 기초하여, 각각의 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)는 관련된 축(△_A, △_B) 둘레로 1/2 회전에 의해 피봇될 수 있다. 도 1에 도시된 구성에 기초하여, 절반-와류부(40A)는 1/2 회전 후 임펠러(22A)의 주변의 하부 절반부를 덮으며, 또한 절반-와류부(42A)는 1/2 회전 후 상부 영역(37A)에서 원통형 벽들(72A, 50A) 사이로 연장한다. 도 1에 도시된 구성에 기초하여, 절반-와류부(40B)는 1/2 회전 후 임펠러(22B)의 주변의 하부 절반부를 덮으며, 또한 절반-와류부(42B)는 1/2 회전 후 상부 영역(37B)에서 원통형 벽들(72B, 50B) 사이로 연장한다.

담금질 셀(5)은 여러 가지 장점을 갖는다.

절반-와류부의 어떤 위치이든지 간에, 모든 담금질 가스는 로드 레벨에서 원하는 담금질 가스 흐름 방향에 대해 적절한 방향으로 임펠러에 의해 배출된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 구성에 있어서, 임펠러의 상부 절반부상으로 축출된 가스는 셀의 하부 영역을 향해 각각의 상부 절반-와류부에 의해 안내되며, 또한 임펠러의 하부 절반부상으로 축출된 가스는 셀의 하부 영역 내로 직접적으로 축출된다. 그에 따라, 제공된 흐름 역전 시스템은, 본 발명자들에 의해 수행된 테스트에 따라 자유(free) 임펠러(와류부를 갖지 않는)를 구비한 흐름 역전 시스템에 비해 담금질 셀의 효율을 약 20% 개선시킬 수 있게 한다. 이것은 본 발명의 이 실시예에 있어서 출력 흐름이 자유로운(임의의 와류부가 없는) 임펠러 절반부를 위해 적절한 방향으로 지향되거나 또는 와류부를 포함하는 임펠러 절반부를 위해 적절한 방향으로 채널링(channeling)된다는 사실에 기인하고 있다.

로드 레벨에서 담금질 가스 흐름 방향의 수정은 임펠러 회전 방향의 역전이 없는 절반-와류부를 변위시킴으로써 얻어진다. 그에 따라, 임펠러에 의해 구동된 담금질 가스의 흐름 방향의 역전이 급속히, 예를 들어 5초 이내에 수행될 수 있다.

또한, 로드 레벨에서 담금질 가스 흐름 방향의 역전은 감소된 용적을 갖는 시스템에 의해 얻어진다.

물론, 본 발명은 본 기술분야의 숙련자에게 발생할 다양한 변경 및 수정을 가질 수 있다. 특히, 담금질 셀은 이미 서술한 셀과는 상이할 수 있다. 특히, 원심 또는 혼류 임펠러의 축은 담금질 가스가 수평 방향을 따라 로드 레벨로 흐르도록 수직으로 배치될 수 있다. 또한, 구동축은 임펠러 축에 대해 경사질 수 있으며, 그후 상기 구동축은 예를 들어 기어-형성된 휘일을 포함하는 변속기 시스템에 의해 임펠러에 연결된다. 또한, 담금질 셀은 담금질 가스를 로드 레벨로 순환시키기 위해 단일의 임펠러를 포함할 수 있다.

Claims

가스 흡입 개구(76A) 및 가스 배출 개구(78A)를 포함하는 원심 또는 혼류 임펠러(22A, 22B)를 포함하는, 로드(14)를 위한 가스 담금질 셀(5)로서,
상기 임펠러는 로드와 열교환기(32, 34) 사이에 가스 흐름을 유발시키도록 모터(24A, 24B)에 의해 회전되며,
상기 담금질 셀이 가동형의 제1 및 제2 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)를 포함하며,
제1 위치에서, 제1 절반-와류부는 배출 개구(78A)의 제1 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며 제2 절반-와류부는 흡입 개구(76A)의 제1 부분을 닫으며;
제2 위치에서, 제1 또는 제2 절반-와류부 중 하나는 배출 개구의 제1 부분과는 상이한 제2 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며, 또한 제1 또는 제2 절반-와류부 중 다른 하나는 흡입 개구의 제2 부분을 닫는 것을 특징으로 하는 가스 담금질 셀.
제1항에 있어서,
임펠러(22A, 22B)에 대해 제1 및 제2 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)를 횡방향으로 이동시키는 작동기(90A)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 담금질 셀.
제1항에 있어서,
임펠러(22A, 22B)의 축(△_A, △_B)에 대해 제1 및 제2 절반-와류부를 회전시키는 작동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 담금질 셀.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
임펠러(22A, 22B), 로드(14), 및 열교환기(32, 34)를 포함하는 포위부(10);
임펠러(22A, 22B)와 로드 사이에 위치된 패널(28A, 28B); 및
포위부를 패널에 연결하며 또한 임펠러(22A, 22B)를 둘러싸는 판(36A, 36B)을 추가로 포함하며,
상기 제1 및 제2 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)는 판의 두 측부 중 한쪽 측부 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 담금질 셀.
제4항에 있어서,
패널(28A, 28B)과 접촉하는 원통형 벽(50A, 50B)을 포함하며,
제1 위치에서, 제2 절반-와류부는 임펠러(22A, 22B)와 원통형 벽 사이로 연장하며,
제2 위치에서, 제1 절반-와류부는 임펠러(22A, 22B)와 원통형 벽 사이로 연장하는 것을 특징으로 하는 가스 담금질 셀.
제2항에 있어서,
작동기(90A)는 워엄(108A)과, 제1 절반-와류부(40A)에 체결되며 상기 워엄과 협력하는 너트(110A)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 담금질 셀.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
추가적인 원심 또는 혼류 임펠러(22A, 22B)를 포함하며, 상기 임펠러 및 추가적인 임펠러는 로드(14)의 두 측부 중 한쪽 측부 상에 배치되며, 담금질 셀(5)이 추가적인 가동형의 제3 및 제4 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)를 추가로 포함하며,
제1 위치에서, 상기 제3 절반-와류부는 추가적인 임펠러의 배출 개구(78A)의 제1 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며 제4 절반-와류부는 추가적인 임펠러의 흡입 개구(76A)의 제1 부분을 닫으며,
제2 위치에서, 상기 제3 또는 제4 절반-와류부 중 하나는 추가적인 임펠러의 배출 개구의 제1 부분과는 상이한 추가적인 임펠러의 배출 개구의 제2 부분에 의해 배출된 가스를 안내하며, 또한 상기 제3 또는 제4 절반-와류부 중 다른 하나는 추가적인 임펠러의 흡입 개구의 제2 부분을 닫는 것을 특징으로 하는 가스 담금질 셀.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
임펠러(22A, 22B)는 혼류 임펠러인 것을 특징으로 하는 가스 담금질 셀.
제1항 따른 담금질 셀(5)에서 로드를 가스 담금질 방법으로서,
제1 및 제2 절반-와류부(40A, 40B, 42A, 42B)를 제1 위치로 변위시키는 단계와,
제1 및 제2 절반-와류부를 제2 위치로 변위시키는 단계를 포함하며,
상기 가스는 로드 레벨에서 제1 흐름 방향으로 흐르며, 상기 가스는 로드 레벨에서 제1 흐름 방향과는 반대인 제2 흐름 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 가스 담금질 방법.