KR20140103162A - 노 내부 어닐링 가스 사이의 열교환을 위한 폐쇄된 운반 유체 시스템 - Google Patents

노 내부 어닐링 가스 사이의 열교환을 위한 폐쇄된 운반 유체 시스템 Download PDF

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KR20140103162A
KR20140103162A KR1020147019579A KR20147019579A KR20140103162A KR 20140103162 A KR20140103162 A KR 20140103162A KR 1020147019579 A KR1020147019579 A KR 1020147019579A KR 20147019579 A KR20147019579 A KR 20147019579A KR 20140103162 A KR20140103162 A KR 20140103162A
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annealing
furnace chamber
gas
annealing gas
heat
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로베르트 에브너
헤리베르트 로흐너
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에브너 인두스트리오펜바우 게엠베하
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Abstract

본 발명은 어닐링 재료(102)의 열 처리하기 위한 노(100)에 관한 것으로,
폐쇄 가능한 제1 노 챔버(104)로서, 상기 어닐링 재료(102)를 수용하고 상기 어닐링 재료(102)를 제1 노 챔버(104) 내의 가열 또는 냉각될 수 있는 제1 어닐링 가스(112)와의 상호 열 작용을 통해 열 처리하도록 형성되는 제1 노 챔버(104);
상기 제1 노 챔버(104) 내에 제1 어닐링 가스(112)와 운반 유체(116) 사이의 열교환을 위해 배열되는 제1 열교환기(108)로서, 하우징 영역(120)의 내부, 특히 제1 노 챔버(104)의 순환 장치-전류(full flow) 내에 배열되며, 상기 하우징 영역(120)은 제1 노 챔버(104) 내부의 제1 어닐링 가스(112)를 둘러싸고 제1 어닐링 가스(112)와 직접 접촉하는, 제1 열교환기(108);
폐쇄 가능한 제2 노 챔버(106)로서, 어닐링 재료(102)를 수용하고 상기 어닐링 재료(102)를 제2 노 챔버(106) 내의 가열 또는 냉각될 수 있는 제2 어닐링 가스(114)와의 상호 열 작용을 통해 열 처리하도록 형성되는 제2 노 챔버(106);
상기 제2 노 챔버(106) 내에 제2 어닐링 가스(114)와 운반 유체(116) 사이의 열교환을 위해 배열되는 제2 열교환기(110)로서, 하우징 영역(122)의 내부, 특히 제2 노 챔버(106)의 순환 장치-전류(full flow) 내에 배열되며, 상기 하우징 영역(122)은 제2 노 챔버(106) 내부의 제2 어닐링 가스(114)를 둘러싸고 제2 어닐링 가스(114)와 직접 접촉하는, 제2 열교환기(110);
상기 운반 유체(116)를 통해 제1 어닐링 가스(112)와 제2 어닐링 가스(114) 사이에서 열 에너지가 접촉 없이 전달될 수 있도록, 제1 열교환기(108)와 제2 열교환기(110)와 작동 연결되는 폐쇄된 운반 유체 통로(118);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

노 내부 어닐링 가스 사이의 열교환을 위한 폐쇄된 운반 유체 시스템{CLOSED TRANSPORT FLUID SYSTEM FOR FURNACE-INTERNAL HEAT EXCHANGE BETWEEN ANNEALING GASES}
본 발명은 어닐링 재료를 열 처리 하기 위한 노(furnace) 및 상기 노에서 어닐링 재료를 열처리하는 방법에 관한 것이다.
AT 508776은 운반 유체 분위기의 보호 후드에서 어닐링 재료를 마운팅하는 어닐링 베이스(annealing base)를 구비한 후드 어닐링 장치에서 어닐링 재료를 예열하는 방법을 공지하고 있다. 보호 후드에서 열 처리될 수 있는 어닐링 재료는 가스 형태의 열 캐리어(heat carrier)를 통해 예열 되며, 이 열 캐리어는 바깥쪽 보호 후드를 순환하면서 세척하고, 보호 후드에서 이미 열 처리된 어닐링 재료의 열을 흡수하여, 다른 보호 후드에서 예열될 어닐링 재료로 전달한다. 어닐링 재료를 열 처리하기 위해 버너(bunner)를 통해 외부로부터 가열될 수 있는 보호 후드를 구비한 적어도 다른 어닐링 베이스가 사용된다. 이러한 보호 후드의 히터로부터 배출된 뜨거운 배기 가스는 어닐링 재료를 예열시키기 위해 가열된 열 캐리어에 혼합된다.
AT 507423은 보호 후드에 어닐링 재료를 수용하는 두 개의 어닐링 베이스를 구비한 후드 어닐링 장치에서 어닐링 재료를 예열하는 방법을 공지하고 있다. 보호 후드에서 열처리 될 어니링 재료는 가스 형태의 열 캐리어를 통해 예열되며, 열 캐리어는 두 개의 보호 후드 사이에서 순환하면서 가이드 되고, 보호 후드에서 열 처리된 어닐링 재료의 열을 흡수하여, 다른 보호 후드에 있는 예열될 어닐링 재료에 전달한다. 순환하면서 가이드되는 열 캐리어 흐름(heat carrier current)은 바깥쪽 두 개의 보호 후드를 세척하는 반면, 운반 유체는 보호 후드 내에서 순환된다.
AT 411904는 특히 강철 밴드 다발과 와이어 다발을 위한 어닐링 재료를 수용하는 어닐링 베이스 및 가스 밀봉된 보호 후드를 구비한 후드 타입 어닐링 노를 공지하고 있다. 또한, 어닐링 베이스에 설치된 레이디얼 팬(radial fan)이 제공되며, 레이디얼 팬은 휠(wheel)과 상기 휠을 둘러싸고 보호 후드에서 운반 유체를 순환시키는 가이드 장치를 포함한다. 운반 유체를 냉각하기 위한 열교환기가 입구 측에서 유동 채널(flow channel)을 통해 레이디얼 팬의 압축 면과 연결되어 있고, 출구 측에서 가이드 장치와 보호 후드 사이의 링 틈새로 이어진다. 상기 레이디얼 팬의 압축 면 유동 경로(flow path) 쪽으로 축 방향 이동될 수 있는 방향 전환 장치는 열교환기(수랭식 링 형태의 튜브 다발)로 가이드되는 유동 채널(flow channel)을 선택적으로 레이디얼 팬과 연결하기 위해 사용된다. 보호 후드는 링 플랜지를 통해 가스 밀봉되어 설치, 즉 베이스 플랜지에 압축되어 있다. 상기 열교환기(냉각기)는 상기 링 플랜지의 하단에 놓여 있다. 유동 채널은 가이드 장치의 원주로부터 시작하여 링 틈새 방향에 이르는 동심의 링 채널로 구성된다. 상기 방향 전환 장치는 바깥쪽으로 둘러싸인 링 형태의 방향 전환 슬라이드의 가이드 장치로 형성된다.
그러나, 종래의 노는 작동시 상대적으로 높은 에너지를 소비한다.
본 발명의 목적은 작동시 에너지 효율적이 높은 노를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 독립 청구항에 따른 특징을 갖는 노를 통해 해결된다. 다른 실시 형태들은 종속항에 기술되어 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 어닐링 재료의 열 처리를 위한 노가 제공된다. 상기 노는 폐쇄 가능한 제1 노 챔버를 구비하며, 상기 노 챔버는 어닐링 재료를 수용하고 어닐링 재료를 제1 노 챔버 내의 가열 또는 냉각될 수 있는 제1 어닐링 가스와의 상호 열 작용을 통해 열 처리하도록 형성된다. 상기 제1 노 챔버에는 제1 열교환기가 배열되며, 상기 열교환기는 제1 어닐링 가스와 운반 유체 간의 열교환을 위해 형성되어 있다. 제1 열교환기는 제1 노 챔버의 하우징 영역(예를 들어, 보호 후드 내에, 특히 가장 안쪽 보호 후드 내에) 내에 배열되어 있다. 이러한 하우징 영역은 제1 노 챔버의 안쪽에 있는 제1 어닐링 가스를 포함한다(특히, 어닐링 재료를 수용하고 있는 이러한 하우징 영역은 제1 어닐링 가스와 직접 접촉하고 있고, 주변에 대해 상기 어닐링 가스를 밀봉 폐쇄한다). 또한, 폐쇄 가능한 제2 노 챔버가 제공되며, 상기 노 챔버는 어닐링 재료를 수용하고 어닐링 재료와 제2 노 챔버 내의 가열될 수 있는 제2 어닐링 가스의 상호 열 작용을 통해 어닐링 재료를 열 처리하도록 형성된다. 상기 제2 노 챔버에는 제2 열교환기가 배열되어 있으며, 상기 열교환기는 제2 어닐링 가스와 운반 유체 사이의 열교환을 위해 형성되어 있다. 제2 열교환기는 제2 노 챔버의 하우징 영역(예를 들어, 보호 후드, 특히 가장 안쪽 보호 후드에) 내에 배열되어 있다. 이러한 하우징 영역은 제2 노 챔버(어닐링 재료와 함께) 안쪽에 있는 제2 어닐링 가스를 포함한다(특히, 어닐링 재료를 수용하고 있는 이러한 하우징 영역은 제2 어닐링 가스와 직접 접촉하고 있고, 주변에 대해 상기 어닐링 가스를 밀봉 폐쇄한다). 폐쇄된 운반 유체 통로는 운반 유체를 통해 제1 어닐링 가스와 제2 어닐링 가스 사이의 열 에너지가 전달될 수 있도록 제1 열교환기 및 제2 열교환기와 작동 연결되어 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 노에 있는 어닐링 재료를 열 처리하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법의 경우, 어닐링 재료는 폐쇄 가능한 제1 노 챔버에 수용하고, 어닐링 재료와 제1 노 챔버에 있는 가열될 수 있는 제1 어닐링 가스의 상호 열 작용을 통해 열 처리된다. 또한 제1 어닐링 가스와 운반 유체 사이의 열교환은 제1 노 챔버에 배열된 제1 열교환기를 통해 실시된다. 제1 열교환기는 제1 노 챔버의 하우징 영역 내에 배열되어 있다. 이러한 하우징 영역은 제1 노 챔버 안쪽에 있는 제1 어닐링 가스를 포함한다. 상기 어닐링 재료는 폐쇄 가능한 제1 노 챔버에 수용되고, 어닐링 재료와 제2 노 챔버에 있는 가열될 수 있는 제2 어닐링 가스의 상호 열 작용을 통해 열 처리된다. 또한, 제2 어닐링 가스와 운반 유체 사이의 열교환은 제2 노 챔버에 배열된 제2 열교환기를 통해 실시되며, 상기 제2 열교환기는 제2 노 챔버의 하우징 내부에 배열되어 있다. 이러한 하우징 영역은 제2 노 챔버 내부에 있는 제2 어닐링 가스를 포함한다. 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기와 작동 연결되어 있는 폐쇄된 운반 유체 통로는 운반 유체를 통해 제1 어닐링 가스와 제2 어닐링 가스 사이의 열 에너지가 전달되도록 제어된다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 서로 다른 베이스 또는 노의 노 챔버에 있는 어닐링 가스와 분리된 상태로 제공된 유체 통로는 폐쇄된 운반 유체 통로로도 불리며, 두 개의 노 챔버에 있는 분리된 두 개의 어닐링 가스 사이의 열 에너지를 교환하기 위해 상기 노 챔버에 있는 각각의 열교환기(상기 열교환기는 보호 후드와 분리되어 제공되며, 특히 보호 후드의 안쪽에 제공됨)와 서로 작동 연결된다. 중요한 것은 운반 유체와 노 챔버에 있는 어닐링 가스 사이의 직접적인 기계적 접촉이 없다는 것이다. 단지, 이러한 가스 또는 유체 사이의 열 교환만이 각각의 열교환기를 통해 가능하다. 이러한 방식으로 다수의 노 챔버 또는 베이스를 구비한 노의 경우, 예를 들어 가열 단계에 있는 또 다른 노 챔버를 예열하기 위해 냉각 단계에 있는 노 챔버의 열 에너지가 사용될 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따라 분리 및 폐쇄된 운반 유체 통로가 제공되며, 상기 운반 유체 통로는 노 챔버 내부에 배열된 열교환기(특히, 각각 전류(full flow)로 완전히 각각의 어닐링 가스가 유동됨)와 유체 연결된다. 이것은 사용된 에너지의 효율적 이용을 가능하게 한다. 상기 베이스의 어닐링 가스(예를 들어 100% 수소)는 열교환되는 파트너 베이스의 어닐링 가스(예를 들어 마찬가지로 100% 수소)와 직접 접촉하지 않는다. 이로 인해, 수팅(sooting)(증발한 압연 유 또는 윤활유를 통해)으로 인한 예기치 않았던 품질 손상 또는 열교환기의 가열시 미량의 산소(O2) 및 수소(H2)의 예기치 않은 공급이 확실하게 억제된다. 또한, 본 발명에 따른 노는 안정성이 매우 높운데, 열교환기의 제공에도 불구 하고 서로 다른 노 챔버의 어닐링 가스 사이의 상호 작용 또는 한편으로 어닐링 가스와 다른 한편 운반 유체(예를 들어 100% 산소 또는 100% 헬륨) 사이의 상호 작용이 중단되기 때문이다.
상기 운반 유체 통로는 유동적이지만, 상기 두 개의 노 챔버에 있는 어닐링 가스와 열적으로 분리되지 않음으로써, 사용된 운반 유체를 특히 효율적인 열 전달의 필요에 맞게 사용하는 것, 특히 높은 열 전달 능력이 있는 운반 유체를 사용하는 것도 가능하다. 나아가, 상기 어닐링 가스와 운반 유체의 그러한 유체 분리의 경우 운반 유체 통로를 고압 통로로서 제공하는 것도 가능하므로 고압 하에 놓여 있는 상기 운반 유체에서 열 전달이 상당히 증가하고, 동시에 특히 높은 열량(heat quantity)이 운반될 수 있으며, 이때 상기 개별 노 챔버에 있는 상대적으로 낮은 압축 가스 비율의 전술한 것으로 인한 예기치 않은 손상이 억제된다.
개별 노 챔버의 어닐링 가스에 저장되어 있는 열 에너지의 열교환을 통해 노 챔버 가운데 각각의 노 챔버를 선택적으로 가열하거나 또는 냉각하기 위해 가열 또는 냉각 장치를 제공하기 위한 운반 통로가 사용될 수 있다. 운반 유체 통로에서 중요한 것은 상기 운반 유체 통로가 직접적으로 전류(full flow)에서 작용한다는 것이다. 이로써, 본 발명의 실시 형태에 따른 운반 유체 통로는 서로 다른 노 챔버 사이의 열교환을 위해서도, 가열 또는 냉각을 위해서도 사용될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 단열된 보호 후드(또 다른 가열 후드 또는 냉각 후드를 제공할 필요 없이)가 각각의 베이스에 커버 될 경우, 시스템은 매우 콤팩트하게 형성될 수 있다. 이러한 장점은 노 챔버의 내부에서 각각의 어닐링 가스(즉 보호 후드 하에 있는)를 위한 유일한 열 공급 장치로서 열교환기 배치를 통해 가능하다. 또한, 개별 후드 조작을 위해 필요한 크레인 사이클(crane cycle)과 관련하여, 가열 후드 또는 냉각 후드 제거시 비용이 현저하게 감소 된다. 크레인은 일반적으로 냉각 후드 또는 가열 후드를 위해 사용되는 것이 아니라, 어닐링 재료 충전 및 노 챔버의 보호 후드 운반을 위해 필요하다.
또한, 노의 추가 실시 형태가 기재되어 있다. 이것은 방법의 경우에도 해당된다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 노는 작동가능한 일 세트의 노, 특히 후드 노 또는 챔버 노로 형성될 수 있다. 일 세트의 노란, 한 세트의 어닐링 재료, 예를 들어 열 처리되는 밴드가 삽입되는 노로 이해될 수 있다. 이어서, 대응하는 노 챔버가 폐쇄되고, 세트 방식으로 삽입된 어닐링 재료가 열 처리된다. 달리 표현하면, 작동가능한 일 세트의 노는 불연속적으로 작동될 수 있는 노이다.
일 실시 형태에 따르면, 제1 노 챔버는 분리 가능한 제1 보호 후드(제1 노 챔버의 전술한 하우징 영역)로 폐쇄될 수 있고, 제2 노 챔버는 분리 가능한 제2 보호 후드(제2 노 챔버의 전술한 하우징 영역)로 폐쇄될 수 있다. 노 챔버를 위해 각각 단열된 보호 후드는 상기 보호 후드가 노 챔버의 내부를 밀폐 또는 밀봉 폐쇄하도록 형성될 수 있으므로, 각각의 노 챔버에 유입될 수 있는 어닐링 가스는 각각의 노 챔버로부터 배출되는 것으로부터 확실하게 보호되어 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 제1 보호 후드는 가장 바깥쪽에 위치한, 특히 상기 제1 노 챔버의 유일한 후드일 수 있다. 상기 제2 보호 후드는 가장 바깥쪽에 위치한, 특히 제2 노 챔버의 유일한 후드일 수 있다. 이러한 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 노에는 각각의 노 챔버마다 단 하나의 후드가 제공될 수 있다. 보호 후드 및 추가로 외부 가열 후드 또는 냉각 후드가 설치된 종래의 후드 노에 비해 각각의 베이스마다 단 하나의 보호 후드를 갖는 본 발명에 따른 노의 구성이 일반적으로 더 간단하다. 이러한 구성의 단순화는 노 챔버에 있는 각각의 열교환기의 배치 및 운반 유체 통로와 유체 연결에 기인하며, 그 이유는 이러한 열교환기는 어닐링 가스와 운반 유체 간의 전체 열 병합 및 모든 가열 기능과 냉각 기능을 하기 때문이다. 본 발명의 실시 형태는 가장 적은 공간만이 필요하도록 실시될 수 있으며, 그 이유는 가열 후드, 냉각 후드, 교환 후드가 불필요하기 때문이며, 각각의 베이스는 단열된 하나의 보호 후드로 충분할 수 있기 때문이다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 제1 보호 후드 및 제2 보호 후드는 각각 금속으로 구성된 내열성 내부 하우징과 단열된 재료로 구성된 절연 커버를 구비할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따른 에너지 공급은 더 이상 보호 후드를 통해 실시되지 않기 때문에(예를 들어 바깥쪽 가열 후드의 버너), 상기 보호 후드의 벽 온도는 작고, 약간의 내열성 재료가 요구되며, 벽 온도 손실이 줄어든다. 이러한 실시 형태에 따르면, 후드 노를 위한 보호 후드는 종래의 보호 후드와 달리 형성될 수 있다. 각각의 보호 후드에 있는 어닐링 가스와 두 개의 후드 사이의 또 다른 가스 사이의 열 보정을 위해 종래의 보호 후드는 완전히 우수한 열 전도성 재료로 형성되어야 하는 반면, 본 발명에 따른 실시 형태에서 고려되고 있는 것은 보호 후드를 통한 상호 열 작용은 더 이상 불필요하고, 더 이상 요구되지 않는다는 사실이다. 이러한 이유에서 외부로 열 손실을 억제하기 위해 상기 보호 후드는 적어도 부분적으로 단열 재료로 형성될 수 있다.
이와 반대로, 챔버 노로서 노의 실시 형태에서 보호 후드 및/또는 또 다른 보호 후드는 각각 반드시 내열성이 아닌, 특히 금속으로 구성된 외부 하우징을 구비할 수 있고, 단열 재료로 구성된 내부 절연 커버를 구비할 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 운반 유체 통로는 뜨거운 열을 생성하기 위한 가열 장치를 구비할 수 있다. 상기 가열 장치는 운반 유체 또는 제1 열교환기 또는 제2 열교환기를 직접 가열하기 위해 설치될 수 있다. 생성된 뜨거운 열을 상기 제1 어닐링 가스에 열 전달함으로써 제1 노 챔버가 가열될 수 있다. 선택적으로 또는 보충적으로 생성된 뜨거운 열을 제1 어닐링 가스에 열 전달함으로써 제2 노 챔버가 가열될 수 있다. 상기 가열 장치는 노 챔버 바깥, 즉 가열된 영역 바깥에 배열될 수 있다. 상기 운반 유체 통로는 분리된 가열 장치와 연결될 경우, 운반 유체 자체는 서로 다른 노 챔버에 있는 어닐링 가스 사이의 열교환을 위해 사용될 뿐만 아니라, 열 에너지가 가열 장치로부터 각각의 노 챔버의 내부로 전달될 수도 있다.
또 다른 실시 형태의 경우, 전류 공급 매체로서 튜브 다발 자체가 전기 공급 장치(예를 들어 변압기를 구비함)로 사용되거나 또는 함께 사용될 수 있으며, 상기 전달 매체는(바람직하게는 낮은 전압과 높은 전류 세기에서)각각의 열교환기에서 저항 손실(ohmic loss)을 통해 열 에너지로 변환될 수 있다. 대응하는 병합 소자로서 예를 들어 운반 유체 통로의 낮은 저항 튜브 내벽이 사용될 수 있으며, 상기 튜브 내벽에 각각의 열교환기(특히 튜브 다발)가 연결되어 있다. 병합 소자가 상기 노 챔버의 바닥 또는 노 베이스를 지나 관통하는 것은 상기 보호 후드를 쉽고 중단 없이 형성하는 것을 가능하게 하는데, 상기 열교환 장치를 위한 공급 라인이 상기 보호 후드를 지나 관통하는 것은 불필요하기 때문이다.
이와 반대로, 바람직할 수 있는 것은 가스 가열 장치가 사용될 경우 운반 유체 자체를 가열하고, 각각의 열교환기를 통해 각각의 노 챔버 내부에 있는 어닐링 가스와 상호 열 작용을 위해 운반 유체 통로를 따라 순환 장치를 통해 운반하는 것이다.
이러한 어닐링 챔버 외부 가열 장치는 예를 들어 가스 가열 장치, 오일 가열 장치, 펠릿 가열 장치 또는 전기 가열 장치일 수 있다. 예를 들어, 가스 가열은 어닐링 챔버 외부 열교환기를 통해 실시될 수 있으며, 상기 열교환기의 튜브 다발은 예를 들어 천연 가스 버너를 사용하여 열 압력 가스를 가열하며, 상기 열 압력 가스는 압력 순환 장치를 통해 각각의 어닐링 가스 챔버 열 열교환기 방향으로 전달될 수 있다. 전기 에너지를 통한 가열은 전기 에너지를 열 압력 가스로 전달하고 상기에 포함된 열 에너지를 각각의 어닐링 가스 챔버 열교환기로 운반하기 위해, 변압기 또는 직접 어닐링 챔버 외부 열교환기의 튜브 다발을 통해 실시될 수도 있다.
또한, 노는 친환경적으로 작동될 수 있는데, 예를 들어 전기 가열 장치의 경우 이산화탄소 및 질소 산화물을 발생시키기 않기 때문이다. 공지된 매우 효과적인 열교환기와 함께, 가스 가열 장치의 경우 메탄 소비가 적으므로 단지 적은 양의 CO2 및 NOx만 발생한다. 오일 가열 장치는 열 에너지를 생성하기 위해 오일을 연소시킬 수 있다. 펠릿 가열 장치는 열 에너지를 생성하기 위해 우드 펠릿(wood pellet)을 연소시킬 수 있다. 당연히, 또 다른 종류의 열 에너지 생성 장치가 본 발명에 따라 사용될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 제1 노 챔버는 분리 가능한 제1 가열 후드로 폐쇄될 수 있으며, 상기 가열 후드는 제1 보호 후드를 감싸고 있다. 상기 제2 노 챔버는 분리 가능한 제2 가열 후드로 폐쇄될 수 있으며, 상기 가열 후드는 제2 보호 후드를 감싸고 있다. 일 실시 형태에 따르면, 상기 제1 노 챔버는 제1 가열 후드와 제1 보호 후드 사이의 중간 공간을 가열하기 위한 제1 가열 장치를 구비할 수 있다. 대응하여, 상기 제2 노 챔버는 제2 가열 후드와 제2 보호 후드 사이의 중간 공간을 가열하기 위한 제2 가열 장치를 구비할 수 있다. 이러한 실시 형태에 따라, 보호 후드에 추가로 각각의 베이스 또는 노 챔버 마다 또 다른 가열 후드가 제공되어 있다. 이것은 가열 후드와 보호 후드 사이의 중간 공간을 가열하기 위해 사용되며, 열 보정은 보호 후드를 지나 어닐링 가스를 가열하게 된다. 이러한 실시 형태의 경우, 운반 유체 통로는 단지 어닐링 가스 사이의 열 에너지 교환을 위해 제공될 수 있다. 또한, 이로 인한 어닐링 가스의 냉각을 개시하기 위해 냉각 후드가 각각의 노 챔버에 커버 되는 것도 가능하다.
일 실시 형태에 따르면, 제1 가열 장치 및 제2 가열 장치는 각각 가스 가열 장치일 수 있다. 그러한 가스 가열 장치는 가스 버너일 수 있으며, 상기 가스 버너는 가열 후드 및 보호 후드를 가열한다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 제1 열교환기 및/또는 제2 열교환기는 다발 쪽으로 벤딩된 튜브로 구성된 튜브 다발 열교환기로서 형성될 수 있다. 튜브 다발 열교환기란, 예를 들어 원형 형태로 감겨 있는 튜브의 다발을 통해 형성된 열교환기로 이해할 수 있다. 튜브 내부는 운반 유체 통로의 일부분일 수 있고, 운반 유체가 유동 될 수 있다. 튜브 외부는 각각의 어닐링 가스와 직접 접촉될 수 있다. 특히, 상기 튜브 다발 열교환기는 서로 평행하게 뻗어 있는 상태로 배열된 튜브로 형성될 수 있다. 튜브 내벽은 가스 밀봉 및 내열성으로 형성될 수 있다. 배열은 상기 운반 유체가 튜브의 안쪽을 통해 가압 되거나 또는 운반되고, 튜브 내벽을 통해 각각의 어닐링 가스와 분리되도록 형성될 수 있다. 상기 튜브의 다발로 인해, 매우 효과적인 열교환 표면이 제공될 수 있으므로 운반 가스 및 각각의 어닐링 가스는 많은 양의 열 에너지를 교환할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 완전 자동 모드에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 튜브 다발은 개별 노 챔버에서 열교환기로서 사용될 수 있으며, 상기 열교환기는 전류(full flow)될 수 있다. 이것은 어닐링 재료의 냉각 충전과 어닐링 재료의 가열 충전 사이의 열교환을 위해 사용된다. 또한, 상기 튜브 다발 열교환기를 통해 어닐링 온도로 상승 될 수 있다. 또한, 최종 온도로의 냉각(예를 들어, 어닐링 재료의 분리 온도)은 동일한 튜브 다발 열교환기를 통해 실시될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 제1 노 챔버는 제1 어닐링 가스 순환 장치를 구비할 수 있고, 제2 노 챔버는 제2 어닐링 가스 순환 장치를 구비할 수 있으며, 각각의 어닐링 가스 순환 장치는 각각의 어닐링 가스라 각각의 열교환기 및 각각의 어닐링 재료 쪽을 향하도록 설치되어 있다. 각각의 어닐링 가스 순환 장치는 각각의 베이스 또는 노 챔버의 하단 영역에 배열될 수 있고, 각각의 노 챔버에 있는 어닐링 재료와 우수한 상호 열 작용을 위해 상기 어닐링 가스는 순환할 수 있다. 이러한 목적을 위해 각각의 어닐링 가스 순환 장치는 어닐링 가스를 가이드 장치를 통해 정해진 방향으로 조절할 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 운반 유체는 매우 우수한 열 전도성 운반 가스, 특히 수소 또는 헬륨일 수 있다. 일반적으로, 상기 운반 유체는 유체 또는 가스 일 수 있다. 수소 또는 헬륨을 사용하는 경우는 수소와 헬륨의 우수한 열 전도성 때문에 사용될 수 있는 것이다. 또한, 이러한 가스는 높은 압력 하에서도 우수하게 사용될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 운반 유체 통로의 운반 유체 압력은 약 2 bar 내지 약 20 bar 또는 이보다 높은 특히 약 5 bar 내지 약 10 bar일 수 있다. 이로써, 대기 압력에 대한 운반 유체의 초과 압력(excessive pressure)이 생성될 수 있으며, 상기 운반 유체의 압력은 노의 어닐링 가스보다 단지 약간의 초과 압력 상태일 수 있다. 상기 열교환기에서 고압을 사용함으로써 열교환은 특히 효과적으로 실시될 수 있으며, 이때 제1 및 제2 노 챔버에서 높은 압력은 필요하지 않을 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 운반 유체 통로에 있는 운반 유체는 약 400℃ 내지 약 1100℃ 범위, 특히 약 600℃ 내지 900℃ 범위의 온도로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 운반 유체 통로의 운반 유체는 700℃ 내지 800℃ 범위의 온도로 제공될 수 있다. 이로 인해, 상기 운반 유체를 통해 노 챔버의 온도가 생성될 수 있으며, 상기 온도는 어닐링 재료, 예를 들어 밴드 또는 와이어 또는 금속 프로파일, 알루미늄, 구리 및/또는 전술한 것의 합금을 처리하기 위해 필요할 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 또한 상기 노는 어닐링 재료와 제3 노 챔버에 있는 가열될 수 있는 제3 어닐링 가스의 상호 열 작용을 통해 상기 어닐링 재료의 수용 및 열 처리를 위해 형성되어 있는 적어도 폐쇄 가능한 제3 노 챔버 및 제3 어닐링 가스와 운반 유체 사이의 열교환을 위해 형성되어 있는 제3 노 챔버에 배열된 제3 열교환기를 구비할 수 있다. 또한, 상기 제3 열교환기는 제3 노 챔버의 하우징 영역 내부에 배열될 수 있으며, 상기 하우징 영역은 제3 노 챔버 내부에 있는 제3 어닐링 가스를 포함한다. 폐쇄된 운반 유체 통로는 운반 유체를 통해 제1 어닐링 가스와 제2 어닐링 가스 및 제3 어닐링 가스 사이의 열 에너지가 전달될 수 있도록 제3 열교환기와 작동 연결되어 있다. 이러한 실시 형태에 따라, 적어도 세 개의 노 챔버가 서로 병합될 수 있다. 이어서, 상기 노 챔버의 각각의 노 챔버를 위한 에너지 교환 난방 사이클, 가열 사이클 및 냉각 사이클이 구별될 수 있다. 예를 들어, 하나의 노를 예냉시키고, 또 다른 노를 예열시키기 위해 상기 세 개의 노 챔버 가운데 두 개의 노 챔버는 운반 유체를 통해 순환적으로 열 병합될 수 있다. 이어서, 제3 노는 가열 과정 또는 냉각 과정이 실시될 수 있다. 노 챔버 사이의 열교환은 두 개의 노 챔버를 사용할 경우 1 단계, 세 개의 노 챔버를 사용할 경우 3 단계 또는 세 노 챔버 이상이 사용될 경우 다단계로 실시될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 노는 제어 장치를 구비할 수 있으며, 상기 제어 장치는 예열 모드, 가열 모드, 예냉 모드 또는 최종 냉각 모드에서 운반 유체와 제1 어닐링 가스 및 선택적으로 제1 노 챔버 및 제2 노 챔버의 제2 어닐링 가스 사이의 열교환을 통해 상기 운반 유체 통로를 제어할 수 있게 설치되어 있다. 그러한 제어 장치는 예를 들어 마이크로 프로세서일 수 있으며, 상기 마이크로 프로세서는 서로 다른 노 챔버의 작동 방식을 조절한다. 또한, 상기 제어 장치는 작동 과정을 자동으로 실시하기 위해 예를 들어 가열 장치, 냉각 장치 또는 유체 계통의 밸브를 제어할 수 있다. 예열 모드란, 노 챔버의 작동 모드로 이해될 수 있으며, 상기 작동 모드에서 어닐링 가스는 또 다른 어닐링 가스의 열 에너지가 상기 어닐링 가스에 공급됨으로써 증가한 중간 온도로 제공된다. 상기 어닐링 가스는 한 번 또는 순서에 따른 여러 단계로 예열 될 수 있다. 이어지는 가열 모드의 경우, 상기 어닐링 가스를 높은 최종 온도로 제공하기 위해 전술한 방식에서 이미 한 번 또는 여러 단계로 예열 된 어닐링 가스에 노 챔버의 바깥쪽 가열 장치(가스, 전기 등등) 또는 열교환 다발이 스위치 연결될 수 있다. 가열 모드의 종료 이후 및 냉각 모드의 개시 전에 상기 어닐링 가스는 예냉(전술한 예열의 역 방식과 흡사하게) 될 수 있으며, 이 경우 상기 어닐링 가스는 상기 어닐링 가스가 열 에너지를 또 다른 어닐링 가스에 공급함으로써 하강 된 중간 온도로 제공된다. 상기 어닐링 가스를 낮은 온도로 냉각하기 위해 이어지는 최종 냉각 모드에서는 상기 어닐링 가스에 노 챔버의 바깥쪽 냉각 장치(예를 들어 수냉식)가 스위치 연결될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 운반 유체 통로는 운반 유체 통로를 통해 운반 유체를 운반하기 위한 운반 유체 순환 장치를 구비할 수 있다. 상기 운반 유체 순환 장치는 운반 유체를 제공된 통로를 따라 운반할 수 있으며, 상기 통로는 대응하는 밸브 위치를 통해 미리 정해질 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 운반 유체 통로는 상기 운반 유체 통로의 운반 유체를 냉각하기 위해 스위치 연결될 수 있는 냉각기를 구비할 수 있다. 스위치 연결될 수 있는 그러한 냉각기는(예를 들어, 튜브 다발의 수냉식 원리에 기반하여) 각각의 열교환기를 통해 개별 노 챔버에 삽입될 수 있는 냉각 에너지로 운반 유체를 냉각할 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 운반 유체 통로는 다수의 밸브를 구비할 수 있다. 상기 밸브는 예를 들어 공압식 밸브 또는 전기 신호에 의해 작동되는 전자 밸브(solenoid valve)일 수 있다. 상기 밸브가 적합한 방식으로 유체 통로에 배열될 경우 서로 다른 작동 모드가 조절될 수 있다. 상기 밸브는 상기 노가 아래의 작동 모드 중 하나의 작동 모드에서 선택적으로 작동될 수 있도록 (예를 들어 제어 장치의 컨트롤 하에서) 스위칭될 수 있다:
a) 제1 작동 모드로서, 운반 유체 순환 장치가 운반 유체를 제 2 어닐링 가스에 열 병합하여, 운반 유체가 제1 노 챔버를 예열시키고, 제2 노 챔버를 냉각시키기 위해 제 2 어닐링 가스로부터 열을 흡수하여 제1 어닐링 가스에 공급하는, 제1 작동 모드;
b) 이어지는 제2 작동 모드로서, 가열 장치가 제1 노 챔버를 계속해서 가열하고, 제1 노 챔버로부터 분리된 유동 통로에서는 운반 유체 순환 장치가 운반 유체를 스위칭될 수 있는 냉각기에 공급하여 냉각시키고, 냉각된 운반 유체는 제 2 노 챔버를 계속해서 냉각하기 위해 제 2 어닐링 가스와 열 병합하는, 제2 작동 모드;
c) 이어지는 제3 작동 모드로서, 운반 유체 순환 장치가 운반 유체를 제1 어닐링 가스와 열 병합시켜, 운반 유체가 제 2 노 챔버를 예열하고 제1 노 챔버를 예냉시키기 위해 제1 어닐링 가스로부터 열을 흡수하여 제 2 어닐링 가스에 공급하는, 제3 작동 모드;
d) 이어지는 제4 작동 모드로서, 가열 장치가 제2 노 챔버를 계속해서 가열하고, 제2 노 챔버로부터 분리된 유동 통로에서 운반 유체 순환 장치가 운반 유체를 스위칭될 수 있는 냉각기에 공급하여 냉각시키고 냉각된 운반 유체는 제1 노 챔버를 계속해서 냉각하기 위해 제1 어닐링 가스와 열 병합되는, 제4 작동 모드.
이러한 네 개의 작동 모드는 이어서 반복될 수 있기 때문에 순환 과정이 실시될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 노는 운반 유체 통로의 압력 안정화를 위한 수단, 특히 압력 탱크를 구비할 수 있으며, 상기 압력 탱크는 운반 유체 통로의 적어도 일부를 압축 밀봉하여 둘러싼다. 예를 들어, 10 bar의 고 압력 하에서 작동될 수 있는 전체 운반 유체 통로, 밸브 및 운반 유체 순환 장치가 실시되거나 또는 압력 탱크 또는 또 다른 압력 보호 장치에 제공될 수 있다. 또한, 특히 압력 부하가 걸리는 구성 요소, 특히 운반 유체 순환 장치를 압력 탱크로 둘러싸는 것도 가능하다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 노의 각각의 작동 모드에서 제1 어닐링 가스 순환 장치에 의해 이송되는 제1 어닐링 가스는 제1 열교환기를 통하여 유동되고 및/또는 상기 노 또는 각각의 노 챔버의 작동 상태에서 제2 어닐링 가스 순환 장치에 의해 이송되는 제2 어닐링 가스는 제2 열교환기를 통하여 유동되도록, 제1 열교환기는 제1 어닐링 가스를 이동시키는 제1 어닐링 가스 순환 장치 에 대하여 및/또는 제2 열교환기는 제2 어닐링 가스를 이동시키는 제2 어닐링 가스 순환 장치에 대하여 배열될 수 있다.
그러한 실시 형태의 중요한 장점은 모든 작동 상태에서(특히, 가열 장치를 통한 가열, 냉각 장치를 통한 가열 및 어닐링 가스와 열교환 장치 사이의 열교환을 위해) 순환 장치에 의해 이송되는 어닐링 가스가 직접 각각의 열교환기를 통하여 유동된다는 것이다. 상기 순환 장치에 의해 이송된 어닐링 가스의 직간접적인 유동은 특히 전류(full flow)에서, 즉 상기 순환 장치 주변 둘레(예를 들어 고안된 서클)를 따라 실시될 수 있다. 이로 인해, 어닐링 가스와 열교환 장치 사이의 매우 효과적인 열 병합이 달성될 수 있다. 각각의 열교환기는 특히 고정된 상태로 장착될 수 있거나 또는 움직이지 않게 상기 노에 제공될 수 있으며, 이로 인해 상기 순환 장치로부터 이송된 어닐링 가스가 베인 패널(vane panel) 또는 이와 유사한 것을 통해 대략 원형 형태로 배열된 튜브 다발 열교환기 또는 다른 열교환 장치 방향으로 전달된다. 상기 노 또는 각각의 노 챔버의 각각의 작동 상태에서 각각의 어닐링 가스 순환 장치에 의해 이송된 각각의 어닐링 가스가 각각의 열교환기를 통하여 확실하게 유동하도록 하기 위해, 각각의 열교환기는 고정 및 슬라이딩 불가능하게 상기 노의 대응하는 위치에 배열되어야 하거나 또는 상기 위치에서 영구적으로 고정되어야 한다. 상기 노 또는 각각의 노 챔버의 가능한 작동 상태로서 가열 장치를 통해 가열하기 위한 가열 작동 상태, 냉각 장치를 통해 냉각하기 위한 냉각 작동 상태 및 운반 유체 통로 사용으로 서로 다른 노 챔버 사이의 열교환(예열 또는 예냉을 위해)을 위한 열교환 작동 상태가 제공될 수 있다.
일 실시 형태에 따르면, 상기 노의 경우 제1 어닐링 가스 및 제2 어닐링 가스는 운반 유체와 접촉하지 않는다. 이로써, 상기 어닐링 가스가 운반 유체 가스와 접촉하지 않는 구성이 확실하게 달성되므로, 수팅이 발생하지 않는다.
이하에서는 본 발명을 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 더 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다수의 베이스를 구비한 어닐링 재료의 열 처리를 위한 후드 노를 도시하고 있으며, 여기서 어닐링 가스는 열교환기를 통해 가열되거나 냉각될 수 있다. 상기 열교환기의 가열은 처음에는 다른 열교환기(냉각 베이스)의 운반 가스를 통해 실시되고, 이어서 전기 공급 장치를 통해 실시된다. 상기 열교환기의 냉각은 처음에는 다른 열교환기(가열 베이스)의 운반 가스를 통해 실시되고, 이어서 스위칭 연결될 수 있는 냉각 장치를 통해 실시된다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 따른 후드 노의 작동을 위한 순환 과정 동안 서로 다른 작동 상태를 개략적으로 도시하고 있다.
도 6은 도 1에 따른 후드 노의 본 발명에 따른 어닐링 베이스의 상세도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다수의 베이스를 구비한 어닐링 재료의 열 처리를 위한 후드 노를 도시하고 있으며, 여기서 어닐링 재료는 열교환기를 통해 가열되거나 또는 냉각될 수 있다. 상기 열교환기의 가열은 처음에는 다른 열교환기(냉각 베이스)의 운반 가스를 통해 실시되고, 이어서 외부 가스 가열 장치를 통해 실시된다. 상기 열교환기의 냉각은 처음에는 다른 열교환기(가열 베이스)의 운반 가스를 통해 실시되고, 이어서 스위칭 연결될 수 있는 냉각 장치를 통해 실시된다.
도 8 내지 도 11은 도 7에 따른 후드 노의 작동을 위한 순환 과정 동안 서로 다른 작동 상태를 개략적으로 도시하고 있다.
도 12는 도 1 또는 도 7에 도시된 후드 노의 온도-시간 커브를 도시한 것으로, 서로 다른 작동 상태를 위한 개별 베이스의 개별 온도 진행을 도시하고 있다.
도 13은 2단 예열, 가열 단계, 2단 예냉 및 최종 냉각 단계를 갖는 세 개의 베이스가 운반 가스 통로를 통해 열 병합되는 본 발명에 따른 후드 노의 2단 작동의 온도-시간 커브를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 열 교환을 갖는 멀티 베이스 노를 개략적으로 도시하고 있다.
도 15는 본 발명에 따른 노에 사용될 수 있는 단열된 보호 후드를 도시하고 있다.
도 16은 도 6에 도시된 유형의 보호 후드의 평면도로서, 이 보호 후드의 경우 각각 가열, 냉각 또는 열 교환을 위해 순환 장치와 튜브 다발 열교환기 사이의 우수한 열 병합을 보장하기 위해 튜브 다발 열교환기의 작동 상태는 노 분위기를 갖는 순환 장치와 무관하게 일반적으로 전류(full flow)로 유동 된다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 노를 도시하고 있으며, 여기서 냉각될 어닐링 재료로부터 가열될 어닐링 재료로 열 교환만 이용되고 있으며, 따라서 각각의 베이스마다 보호 후드에 대해 추가로 각각 가열 후드가 제공되어 있다. 최종 냉각은 도 1에 도시된 것처럼 가스 냉각기/워터 쿨러(water cooler)를 통해 실시된다.
도면에서 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 도면부호를 사용하였다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에서 도면부호 100은 후드 노를 지칭한다.
후드 노(100)는 어닐링 재료(102)를 열 처리하도록 구성된다. 이러한 어닐링 재료는 일부는 후드 노(100)의 제1 베이스(So1)에 놓이고, 일부는 제2 베이스(So2)에 놓인다. 상기 어닐링 재료(102)의 경우, 도 1에서는 단지 개략적으로 도시되어 있는데, 예를 들어 열 처리되어야 하는 금속 밴드, 와이어 다발 또는 이와 유사한 것(예를 들어, 플로어의 벌크 재료)이다.
상기 후드 노(100)는 제1 베이스(So1)에 배열되는 폐쇄 가능한 제1 노 챔버(104)를 구비한다. 제1 노 챔버(104)는 어닐링 재료(102)를 수용하여 열 처리하기 위해 사용되며, 어닐링 재료는 제1 베이스(So1)에 단계별로 공급된다. 제1 노 챔버(104)는 열처리를 위해 제1 보호 후드(120)로 가스 밀봉되어 폐쇄된다. 제1 보호 후드(120)는 벨 형태로 형성되며, 크레인을 통해 작동된다(도시되지 않음). 제1 어닐링 가스(112), 예를 들어 수소는 보호 가스로서 제1 보호 후드(120)를 통해 가스 밀봉된 제1 노 챔버(104)에 주입되어 가열될 수 있는데, 이에 대해서는 아래에서 더 상세하게 설명한다. 제1 노 챔버(104)에서는 제1 어닐링 가스 순환 장치(130)(또는 베이스 순환 장치)가 제1 노 챔버(104)에서 어닐링 가스(112)를 순환시키기 위해 회전 작동될 수 있다. 이로 인해 가열된 제1 어닐링 가스(112)는 열 처리될 어닐링 재료(102)와 열 작용 접촉될 수 있다.
제1 노 챔버(104)에는 제1 튜브 다발 열교환기(108)가 배열된다. 상기 튜브 다발 열교환기는 다수의 튜브의 와인딩으로 형성되며, 아래에서 상세하게 설명될 운반 가스(116)가 튜브 출입구로 공급되어 튜브 내부를 지나 유동하며 튜브 배출구를 지나 배출된다. 튜브 다발의 외부 표면은 제1 어닐링 가스(112)와 직접 접촉한다. 제1 튜브 다발 열교환기(108)는 제1 어닐링 가스(112)와 운반 가스(116) 사이에 열 상호 작용을 하도록 하는데, 상기 운반 가스는 일 실시예에 따르면 예를 들어 수소 또는 헬륨과 같이 10 bar의 고압 상태에서 우수한 열 전도성을 갖는 가스이다. 제1 튜브 다발 열교환기(108)는 다수의 감긴 튜브로 명확히 확인할 수 있으며, 운반 가스는 튜브의 내부를 지나 가이드 될 수 있고, 예를 들어 튜브의 우수한 열 전도성 금속 벽을 통해 상기 튜브의 외벽을 중심으로 순환하는 제1 어닐링 가스(112)와 상호 열 작용한다. 달리 표현하면, 상기 제1 어닐링 가스(112)와 운반 가스(116)는 유동적인 측면에서 분리되어 있거나 또는 혼합될 수 없게 서로 분리되어 있지만, 제1 튜브 다발 열교환기(108)를 통해 전체 흐름이 열 상호 작용할 수 있다.
제1 튜브 다발 열교환기(108)는, 어닐링 가스를 이동시키는 제1 어닐링 가스 순환 장치(130)에 대하여, 노(100)의 각 작동 상태에서 제1 어닐링 가스 순환 장치(130)에 의해 이송되는 어닐링 가스가 제1 튜브 다발 열교환기(108)를 통하여 유동하도로고 배열된다. 기본적인 메커니즘은 도 16에서 더 상세하게 설명된다.
운반 가스(116)를 이동시키기 위해 고압, 예를 들어 10 bar의 고압이 사용될 때, 운반 가스 통로(118)의 튜브는 더 작은 치수로 제공될 수 있으며, 이에 의해 콤팩트한 구성이 가능하다. 운반 가스(116)의 압력은 각각의 노 챔버(104, 106)에 있는 어닐링 가스(112 및 114)의 압력보다 높게 선택될 수 있다(예를 들어, 대기 압력을 20 mbar 내지 50 mbar로 약간 초과하는 압력).
제2 베이스(So2)는 제1 베이스(So1)의 구성과 동일하다. 제2 베이스는 제2 노 챔버(106) 내에서 제2 어닐링 가스(106), 예컨대 마찬가지로 수소를 순환시키기 위한 제2 어닐링 가스 순환 장치(132)를 구비한다. 제2 노 챔버(106)는 제2 보호 후드(122)에 의해 주변에 대해 밀봉 폐쇄될 수 있다. 제2 튜브 열교환기(110)는 제2 어닐링 가스(114)와 운반 가스(116) 사이의 접촉 없는 열 상호 작용을 가능하게 한다.
도 1에 따른 실시예에는 두 개의 베이스(So1, So2)가 도시되어 있으나, 다른 실시예에는 두 개 또는 그 이상의 베이스가 서로 연결되어 작동될 수 있다.
상기 제1 노 챔버(104)는 아래로 제1 노 베이스(170)를 통해(즉, 단열된 베이스 하단부) 경계를 이루고, 제2 노 챔버(106)는 아래로 제2 노 베이스(172)를 통해 경계를 이룬다. 운반 가스 배관 시스템에서 순환하는 운반 가스(116)와 제1 어닐링 가스(112) 사이의 유동적인 상호 작용을 가능하게 하기 위해 상기 운반 가스(116)의 공급은 제1 노 베이스(170)를 지나 제1 튜브 다발 열교환기(108)의 튜브 내부 방향으로 진행될 수 있다. 유사한 방법으로 상기 운반 가스(116)의 공급은 제2 노 베이스(172)를 지나 제2 튜브 다발 열교환기(110)의 튜브 내부 방향으로 진행될 수 있다. 상기 운반 가스(116)가 각각의 노 베이스(170, 172)를 지나 바닥면으로 각각의 노 챔버(104, 106)로 유입되거나 배출됨으로써 각각의 베이스(So1, So2)로 에너지 공급 및 에너지 배출은 노 베이스(170, 172)를 지나 실시된다.
상기 운반 가스(116)는 폐쇄된 운반 순환 시스템이라고도 언급되는 폐쇄된 운반 가스 통로(118)를 지나 순환된다. 폐쇄되었다는 것의 의미는 운반 가스(116)가 내열 및 내압 특성을 갖는 운반 가스 통로(118)에서 가스 밀봉되어 있고, 상기 시스템으로부터 누출 또는 또 다른 가스와 혼합 및 주변 압력 보정으로부터 보호되어 있다는 것이다. 따라서, 운반 가스(116)는 예를 들어 드레인(drain) 또는 이와 유사한 것에 의해 교체되기 전에 운반 가스 통로(118)를 따라 여러 번 순환한다. 접촉 상호 작용 또는 상기 어닐링 가스(112 또는 114)와 혼합은 완전한 열 병합 때문에 상기 튜브 다발 열교환기(108, 110)를 통해 중단된다.
상기 제1 튜브 다발 열교환기(108)는 기능적으로 열전달 장치 또는 열흡수 장치로서 사용되며, - 공급 라인 및 배출 라인을 제외하고 - 제1 보호 후드(120)를 통해 폐쇄된 제1 노 챔버(104)의 내부에 완전하게 배치되어 있다. 마찬가지로, 제2 튜브 다발 열교환기(110)은 기능적으로 열전달 장치 또는 열흡수 장치로서 사용되며, - 공급 라인 및 배출 라인을 제외하고 - 제2 보호 후드(122)를 통해 폐쇄된 제2 노 챔버(106)의 내부에 완전하게 배치되어 있다. 따라서, 후드 노(100)에서는, 열전달 장치 또는 열흡수 장치로서 각각의 노 챔버(104, 106)의 내부에 배열된 튜브 다발 열교환기(108, 110)(보호 후드(120, 122)와 분리되었거나 또는 독립적으로 제공되고, 보호 후드에 의해 커버된 상태로 제공됨)를 통해 각각의 어닐링 가스(112, 114)에 열 전달이 실행된다. 보호 후드(120, 122) 내부에만 있는 어닐링 가스(112, 114)에 이러한 열을 공급함으로써 본 발명에서는 보호 후드(120, 122) 외부의 또 다른 후드의 제공은 불필요하다. 달리 표현하면, 본 발명에 따르면 어닐링 가스(112, 114)와 각각의 베이스(So1, So2)의 각각의 고유한 보호 후드(120, 122) 내의 열원(heat source) 사이의 전체 열 상호 작용이 실현된 것이다. 이것은 후드 노(100)의 콤팩트한 구성을 가능하게 하고, 크레인 사이클(crane cycle)의 비용을 절감시킨다.
또한 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 운반 가스(116)를 통해 열 에너지가 제1 어닐링 가스(112)와 제2 어닐링 가스(114) 사이에서 전달될 수 있도록, 폐쇄된 운반 가스 통로(118)는 제1 튜브 다발 열교환기(108) 및 제2 튜브 다발 열교환기(110)과 작동 연결되어 있다. 예를 들어 제1 베이스(So1)가 냉각 단계에 있을 경우, 아직 뜨거운 제1 어닐링 가스(112)의 열 에너지는 제1 튜브 다발 열교환기(108)에서 열 교환을 통해 운반 가스(116)로 전달될 수 있다. 이로 인해, 가열된 운반 가스(116)는 제2 튜브 다발 열교환기(108)를 통해 제2 어닐링 가스(114)와 열 작동 연결되며, 이에 따라 제2 베이스(So2)의 가열 또는 예열을 위해 사용될 수 있다. 유사한 방식으로, 열 에너지는 선택적으로 제2 어닐링 가스(114)로부터 제1 어닐링 가스(112)로 전달될 수 있다.
상기 운반 가스 통로(118) 및 운반 가스 통로에서 유동하는 운반 가스(116)가 상기 어닐링 가스(112 및 114)와 확실하게 기계적으로 분리됨으로써, 운반 가스 통로(118)의 운반 가스(116)를 예를 들어 10 bar의 고압 상태로 유지하는 것이 가능하다. 이러한 고압으로 인해, 높은 열 에너지가 제1 어닐링 가스(112)와 제2 어닐링(114) 사이에서 매우 효과적으로 교환될 수 있다. 또한, 어닐링 가스 통로 및 운반 가스 통로가 이와 같이 분리되기 때문에, 운반 가스(116)를 어닐링 가스(112)와 다르게 선택하는 것도 가능하며, 따라서 두 가스 종류는 서로 무관하게 각각의 기능에 최적화시킬 수 있다. 또한, 상기 노 챔버에 있는 어닐링 가스(112, 114)가 운반 가스(116)와 교환되지 않기 때문에, 제1 노 챔버(104)와 제2 노 챔버(106) 내부의 그을음 또는 그 밖의 오염이 억제된다.
또한, 상기 운반 가스 통로(118)의 부품으로서 전기 공급 장치(124)가 제공된다. 전기 공급 장치(124)는 두 개의 베이스를 위한 변압기(174)를 구비하며, 이 변압기는 높은 전압을 제공하기 위해 전기 공급 장치(176)와 작동 연결되어 있다. 스위치(178)의 스위칭 상태에 따라(2차 코일 방향) 전류가 클램프(180 또는 182) 및 운반 가스 통로(118)의 연결 파이프(126)를 통해 직접적으로 튜브 다발(108 또는 110)로 전달된다. 또한, 전류 세기의 단지 약 1/10에서 1차 코일 방향을 스위칭 변환하기 위해 각각의 베이스에 변압기가 제공될 수도 있다. 상기 전기 공급 장치(124)는 완전히 불활성화될 수도 있다. 전류는 일반적으로 저-저항성 튜브 벽(126)으로부터 고-저항성 튜브 다발 열교환기(108)까지 유도되며, 이러한 전류는 저항 손실을 통해 생성되는 열로 변환된다. 따라서, 튜브 벽(126)은 전류 가이드로서 사용되는 반면, 실제 가열은 튜브 다발의 위쪽에서 실행된다. 따라서, 열 에너지는 제1 튜브 다발 열교환기(108)로 전달되고, 상기 튜브 다발 열교환기에서 제1 어닐링 가스(112)로 전달되거나 또는 제2 튜브 다발 열교환기(110)로부터 제2 어닐링 가스(114)로 전달된다. 전기 공급 장치(124)는 튜브 다발 열교환기(108, 110)가 가열될 수 있도록 작용한다. 제1 베이스(So1) 영역에 있는 제1 절연 장치(184) 및 제2 베이스(So2) 영역에 있는 제2 절연 장치(186)는 이러한 절연 요소(184, 186)의 상부 또는 하부에서 튜브 벽의 전기적 분리를 위해 제공된다.
또한, 운반 가스 통로(118)를 통해 운반 가스(116)를 공급하도록 구성된 운반 가스 순환 장치(140)가 제공된다. 운반 가스 순환 장치(140)로서 열 압력 팬이 사용될 수 있다. 또한, 운반 가스 통로(118)는 가스-물 열교환기(달리 전기 냉각 장치가 사용될 수도 있음)를 사용하여 운반 가스(116)를 냉각시키기 위한 스위칭 연결될 수 있는 냉각기(142)를 포함한다. 운반 가스 통로(118)의 서로 다른 지점에 일 방향 밸브(144)가 배열되며, 상기 일 방향 밸브는 예를 들어 정해진 가스 라인 통로를 개방하거나 또는 폐쇄하기 위해 전기 또는 공압식으로 스위칭 될 수 있다. 또한, 운반 가스 통로(118)의 다른 지점에 다 방향 밸브(146)가 제공되며, 상기 다 방향 밸브는 여러 지점 사이에서 가능한 다수의 가스 라인 통로에 대응하여 전기 또는 공압식 스위칭 될 수 있다. 상기 밸브(144, 146)의 스위치 및 운반 가스 순환 장치(140), 공급 장치(124) 또는 냉각 장치(142)의 스위치 개폐는 마찬가지로 전기 신호로 실시될 수 있다. 상기 시스템은 작동하는 사람이 수동으로 실시하거나 또는 예를 들어 마이크로 프로세서(도 1에 도시되지 않음)와 같은 제어 장치를 통해 실시될 수 있으며, 이는 후드 노(100) 작동시 자동 순환을 가능하게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압력 탱크(148)가 선택적으로 운반 가스 순환 장치(140)를 둘러쌀 수 있다. 압력 탱크(140)는 바람직하게는 운반 가스 통로(118)가 예를 들어 10 bar의 압력으로 작동될 경우 압력 보호구로 사용된다. 상기 운반 가스 통로(118)의 또 다른 구성 요소는 내압성으로 형성되거나 또는 마찬가지로 압력 탱크 내에 배열될 수 있다.
또한, 도 1에서는, 개략적으로 화살표로 도시된 바와 같이, 노(100)의 각 구성 요소를 제어하고 스위칭하기 위해 설치되는 제어 장치(166)를 도시하고 있다.
또한, 도 2 내지 도 5는 후드 노(100)의 서로 다른 작동 상태를 나타내는 것으로, 각 작동 상태는 유동 밸브(144, 146) 및 전기 스위치(178)의 대응하는 제어(제어 장치(166))를 통해 조절된다.
도 2에 도시된 첫 번째 작동 상태(I)에서, 운반 가스 순환 장치(140)는 제2 어닐링 가스(114)와 열 병합되므로, 운반 가스(116)는 제2 어닐링 가스(114)에서 열을 흡수하고 제1 어닐링 가스(112)로 공급한다. 즉, 첫 번째 작동 상태(I)에서, 운반 가스(116)가 열 에너지를 제1 어닐링 가스(112)로부터 제2 어닐링 가스(114)으로 전달함으로써, 제1 노 챔버(104)는 예열되고, 제2 노 챔버(106)는 예냉된다. 이로 인해, 제1 베이스(So1)의 어닐링 재료는 가열되고, 제2 베이스(So2)의 어닐링 재료는 냉각된다.
도 3은 제1 작동 상태(I) 다음에 이어지는 후드 노(100)의 두 번째 작동 상태(II)를 도시하고 있다. 두 번째 작동 상태(II)에서는 대응하는 전기 통로가 폐쇄됨으로써 전기 공급 장치(124)를 구비한 튜브 다발(108)은 제1 노 챔버(104)를 전기 가열한다. 전기 통로로부터 분리된 유동 통로의 경우, 운반 가스 순환 장치(140)가 제2 어닐링 가스(114)를 냉각시키기 위해 스위칭 된 냉각기(142)에 운반 가스(116)를 공급한다. 냉각된 운반 가스(116)는 제2 노 챔버(106)를 냉각시키기 위해 제2 어닐링 가스(114)와 열 병합된다. 도 3에 따르면, 제1 베이스(so1)의 어닐링 재료는 가열되는 반면, 제2 베이스(So2)의 어닐링 재료는 냉각된다.
두 번째 작동 상태(II) 후에, 열 처리되고 냉각된 어닐링 재료(102)는 제2 베이스(So2)로부터 제거된다. 이를 위해, 크레인이 제2 보호 후드(122)를 제거하고, 이어서 제2 베이스(So2)에 배열된 어닐링 재료(102)를 제거하며, 새로운 어닐링 재료(102)가 제2 베이스(So2)에 삽입된다.
이어서, 도 4에 도시된 세 번째 작동 상태(III)가 실시된다. 세 번째 작동 상태(III)에서, 운반 가스 순환 장치(140)는 운반 가스(116)를 제1 어닐링 가스(112)와 열 병합시키므로 운반 가스(116)는 제1 어닐링 가스(112)로부터 열을 흡수하고 제2 어닐링 가스(114)에 공급한다. 이로 인해, 제2 노 챔버(104)는 예열되고, 제1 노 챔버(106)는 예냉된다.
세 번째 작동 상태(III) 후에 도 5에 도시된 네 번째 작동 상태(IV)가 이어서 실시된다. 네 번째 작동 상태(IV)의 경우, 전기 공급 장치(124)를 구비한 튜브 다발(110)이 전기 공급 장치(124)로 제2 노 챔버(106) 만을 전기적으로 계속해서 가열한다. 노 챔버로부터 분리된 유동 통로에서 운반 유체 순환 장치(140)는 운반 가스(116)를 냉각을 위해 스위칭 된 냉각기(142)에 공급한다. 냉각된 운반 가스(116)는 제1 노 챔버(104)를 계속해서 냉각시키기 위해 제1 어닐링 가스(112)와 열 병합된다. 이로써, 제1 베이스(So1)의 어닐링 재료는 계속해서 냉각되고, 제2 베이스(So2)의 어닐링 재료은 전기적으로 계속해서 가열된다.
네 번째 작동 상태(IV) 후에, 열 처리되고 냉각된 어닐링 재료(102)가 제1 베이스(So1)로부터 제거된다. 이를 위해 크레인이 제1 보호 후드(120)를 제거하고, 이어서 제1 베이스(So1)에 배열된 어닐링 재료(102)가 분리되며, 새로운 어닐링 재료(102)가 제1 베이스(So1)에 삽입된다.
상기 작동 상태 I 내지 IV의 순환은 새로 시작될 수 있으며, 이것은 후드 노(100)가 우선적으로 도 2에 따라 다시 작동된다는 것을 의미한다.
도 6은 후드 노의 제1 베이스(So1)의 부품을 확대 도시한 것으로, 튜브 다발 열교환기(108) 시스템의 공급 및 배출과 관련된 전체 흐름이 상세하게 도시되어 있다. 상기 보호 후드(120)의 단열부는 도면부호 600으로 표시되어 있다.
제1 어닐링 가스 순환 장치(130)는, 휠(602)이 모터(604)에 의해 작동되는 레이디얼 팬(radial fan)이다. 상기 휠(602)은 가이드 날개(guide wing)를 구비한 가이드 장치(608)에 의해 둘러싸여 있다. 어닐링 베이스에 놓이는 개략적으로 도시된 어닐링 재료(102)는 보호 후드(120)에 의해 덮여 있고, 상기 보호 후드는 링 플랜지(612)를 통해 지지되어 있으며, 상기 링 플랜지는 보호 후드(120)를 가스 밀봉하기 위한 가장자리 실(614) 위에 제공된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 후드 어닐링 노(100)를 도시하고 있다.
도 7에 따른 후드 노(100)의 경우, 전기 공급 장치(124)를 구비한 전기 가열되는 노 내부 열 교환 다발(108, 110) 대신 노 외부에 배열된 가스 가열 장치(700)가 제공되어 있다. 선택적으로, 상기 노 외부 가열 장치로서 전기 가열 장치가 사용될 수도 있다. 가스 가열 장치(700)에는 별도의 가열 순환 장치(704)가 제공되며, 별도의 가열 순환 장치는 가스 가열 장치(700)로부터 가열된 운반 가스(116)를 배관 시스템을 통해 운반한다. 도 7에 따르면, 상기 가스 가열 장치(700)에 의해 가열된 운반 가스(116)는 튜브 다발 열교환기(108, 110)를 통해 이송된다.
또한, 제어 장치(702)가 제공되며, 상기 제어 장치는 복수의 밸브(144, 146)를 스위칭하고, 냉각기(142), 가스 가열 장치(700) 또는 순환 장치(140, 704)를 스위칭 개폐시키기 위한 복수의 제어 라인(720)으로 형성되어 있다. 상기 순환 장치(140)는 냉압 순환 장치로서 형성되어 있는 반면, 순환 장치(704)는 열압 순환 장치이다. 상기 가스 가열 장치(700)는 히터로서 기능하며, 열 에너지를 운반 가스(116) 방향으로 전달하기 위한 가스 가열된 열교환기로 형성되어 있다.
도 7에서 상기 노 베이스(170, 172) 하단 영역은 운반 가스 시스템(118)의 고압으로부터 보호하기 위해 고압 탱크 내부에 완전히 또는 부분적으로 제공될 수 있다.
도 8 내지 도 11은 도 7에 따른 후드 노(100)의 네 개의 작동 상태를 도시하고 있으며, 이 작동 상태들은 도 2 내지 도 5에 따른 작동 상태 I 내지 IV에 기능적으로 대응한다.
도 8에 따른 작동 상태(I)에 따르면, 냉각기(14)가 시스템의 나머지 부분과 분리되어 있다. 가스 가열 장치(700)는 스위치 차단되어 있다. 열이 제2 베이스(So2)의 제2 어닐링 가스(114)로부터 제1 베이스(So1)의 제1 어닐링 가스(112) 방향으로 전달된다.
도 9의 작동 상태(II)에 따르면, 제1 베이스(So1)는 스위칭된 가스 가열 장치(700)에 의해 계속해서 가열되는 반면, 별도의 다른 가스 통로에서는 냉각기(142)가 활성화되어 제2 베이스(So2)에 있는 제2 어닐링 가스(114)가 냉각된다.
두 번째 작동 상태(II)가 끝나면, 어닐링 재료(102)는 제2 베이스(So2)로부터 제거되고, 새로운 열 처리될 어닐링 재료(102)로 대체된다.
도 10은 세 번째 작동 상태(III)를 도시하고 있으며, 세 번째 작동 상태의 경우 열 에너지가 제1 베이스(So1)에 있는 제1 어닐링 가스(112)로부터 제2 베이스(So2)에 있는 제2 어닐링 가스(114) 방향으로 전달된다. 냉각기(142) 및 가스 가열 장치(700)는 이 상태에서 꺼져 있다.
이어서, 작동 상태(III)는 도 11에 도시되어 있는 작동 상태(IV)로 대체된다. 이 작동 상태에 따르면, 냉각기(142)가 활성화되어 제1 베이스(So1)를 냉각시킨다. 별도의 유체 통로에서 가스 가열 장치(700)를 통해 제2 베이스(So2)가 가열된다.
네 번째 작동 상태(IV)에 따른 프로세스 실시 후에, 어닐링 재료(102)는 제1 베이스(So1)로부터 제거되고 새로운 어닐링 재료(102)가 대체될 수 있다.
도 12에는 첫 번째 다이어그램(1200)과 두 번째 다이어그램(1250)이 도시되어 있다. 첫 번째 다이어그램(1200)에는 작동 상태(I 내지 IV)가 실시되는 동안 시간이 표시된 가로 좌표(1202)가 도시되어 있다. 세로 좌표(1204)를 따라, 작동 상태(I 내지 IV)가 실시되는 동안 각각의 어닐링 가스 또는 어닐링 재료의 온도가 표시되어 있다. 가로 좌표(1202) 및 세로 좌표(1204)는 두 번째 다이어그램(1250)에서도 대응하여 선택된다.
첫 번째 다이어그램(1200)은 각각의 작동 상태(I 내지 IV)가 실시되는 동안 제1 어닐링 가스(112) 또는 제1 베이스(So1)의 어닐링 재료의 온도 변화에 관한 것인 반면, 두 번째 다이어그램(1250)은 도 1 또는 도 7에 도시된 작동 상태(I 내지 IV)가 진행되는 동안 제2 어닐링 가스(114) 또는 제2 베이스(So2)의 어닐링 재료의 온도 변화에 관한 것이다. 첫 번째 작동 상태(I)의 경우, 열 에너지는 제2 베이스(So2)에 있는 제2 어닐링 가스(114)로부터 제1 베이스(So1)에 있는 제1 어닐링 가스(112) 방향으로 전달된다(열 에너지 전달(E)을 갖는 제1 열 교환(WT1)). 두 번째 작동 상태(II)의 경우, 어닐링 재료를 갖는 제1 베이스(So1)는 계속해서 가열되고(H), 이와 반대로 어닐링 재료를 갖는 제2 베이스(So2)는 계속해서 냉각된다(K). 이어지는 세 번째 작동 상태(III)의 경우, 열 에너지는 제1 베이스(So1)에 있는 제1 어닐링 가스(112) 또는 어닐링 재료로부터 제2 베이스(So2)에 있는 제2 어닐링 가스(114) 또는 어닐링 재료 방향으로 전달된다(에너지 전달(E)을 갖는 제2 열 교환(WT2)). 네 번째 작동 상태(IV)의 경우, 어닐링 재료를 갖는 제1 베이스(So1)는 계속해서 냉각되는 반면, 어닐링 재료를 갖는 제2 베이스(So2)는 계속해서 가열된다.
즉, 도 12는 도 1 또는 도 7에 도시된 두 개의 베이스 작동에서 온도 변화를 도시하고 있다. 이러한 일 단계 열 교환(즉, 가열 장치를 통해 계속해서 가열되기 전에 각각 다른 베이스의 어닐링 가스 열 공급을 통해 어닐링 재료를 갖는 베이스의 일 단계 예열)은 에너지 소모를 약 60% 감소시킬 수 있다. 이러한 실시예는 단순하고, 어닐링 재료를 갖는 각각의 냉각될 베이스의 폐열을 재이용함으로써 에너지 소모가 40% 감소된다.
도 13은 2 단계 열 교환 시스템의 첫 번째 다이어그램(1300), 두 번째 다이어그램(1320), 세 번째 다이어그램(1340) 및 네 번째 다이어그램(1360)를 도시하고 있으며, 2 단계 열 교환 시스템의 경우, 도 1 및 도 7과 같이 후드 노에 두 개의 베이스가 제공되는 것이 아니라, 세 개의 베이스가 제공된다. 2 단계 열 교환의 경우, 가열 장치를 통해 계속해서 가열되기 전에 어닐링 재료를 갖는 각각 다른 두 개의 베이스의 어닐링 가스 열 공급을 통해 어닐링 재료를 갖는 베이스의 2 단계 예열이 실시된다(일단계씩 차례로, 즉 2단계로).
이러한 열 교환 시스템의 경우, 6 개의 다른 작동 상태로 구분될 수 있다:
첫 번째 작동 상태(I)의 경우, 제3 베이스(So3)가 예냉되고, 베이스(So1)를 예열하기 위해 운반 가스를 통해 열 에너지를 제3 어닐링 가스로부터 제1 어닐링 가스 방향으로 전달한다. 동시에, 이러한 작동 상태에서 제1 및 제3 베이스로부터 분리된 제2 베이스(So2)는 가열 장치를 통해 최종 온도로 가열된다.
이어지는 두 번째 작동 상태(II)의 경우, 제3 베이스(So3)가 냉각기를 통해 계속해서 냉각되는 반면, 제2 베이스(So2)는 열 에너지를 제2 어닐링 가스로부터 제1 베이스(So1)의 제1 어닐링 가스 방향으로 전달한다. 이로 인해, 제1 베이스(So1)가 계속해서 예열된다.
세 번째 작동상태(III)의 경우, 열 에너지가 운반 가스를 통해 제2 베이스(So2)로부터 제3 베이스(So3) 방향으로 절달됨으로써 제3 베이스(So3)가 다시 가열된다. 이로 인해, 제3 베이스(So3)가 예열된다. 제2 베이스(So2)는 제2 베이스의 어닐링 가스의 열 에너지를 제3 베이스(So3)의 제3 어닐링 가스 방향으로 전달하기 때문에 제2 베이스의 에너지는 세 번째 작동 상태(III)에서 감소한다. 제1 베이스(So1)는 다른 베이스들(So2 및 So3)과 차단되고, 가열 장치를 통해 최종 온도로 가열된다.
이어지는 네 번째 작동 상태(IV)의 경우, 열 에너지가 제1 어닐링 가스로부터 제3 베이스(So3)의 제3 어닐링 가스로 전달됨으로써 제1 베이스(So1)가 예냉된다. 이로 인해, 제3 베이스(So3)가 계속해서 예열된다. 제2 베이스(So2)는 네 번째 작동 상태에서 다른 두 개의 베이스들(So1, So3)과 분리되고, 네 번째 작동 모드(IV)가 끝날 때 최종 온도에 도달하도록 냉각기로 계속해서 냉각된다.
이어지는 다섯 번째 작동 상태(V)의 경우, 제3 베이스(So3)가 활성화되고, 최종 온도에 도달하기 위해 다른 베이스들(So1, So2)과 분리되고 가열 장치와 연결된다. 계속해서 냉각될 제1 베이스(So1)는 열 에너지를 제1 베이스의 어닐링 가스로부터 제2 베이스(So2)의 제2 어닐링 가스 방향으로 전달한다.
이어지는 여섯 번째 작동 모드(VI)의 경우, 열 에너지는 예냉될 제3 베이스(So3)로부터 제2 베이스(So2) 방향으로 전달된다. 이로 인해, 제2 베이스(So2)는 예열되고, 제3 베이스(So3)는 예냉된다. 제1 베이스(So1)는 이 작동 상태에서 다른 베이스들(So2, So3)과 차단되고, 냉각기를 통해 최종 온도 아래로 냉각된다. 작동 상태(VI)가 종료되고 난 후, 다시 제1 작동 상태(I)로 재순환이 시작된다.
도 13은 세 개의 베이스 작동에서 2 단계 열 교환에 관한 것이다. 에너지 소모는 40% 감소될 수 있다. 대응하여 본 발명에 따른 노의 구성은 단순해지며, 에너지 획득은 약 60% 정도로 높게 달성될 수 있다.
도 14는 또 다른 실시 예에 따른 일반적인 n-베이스를 갖는 노(1600)를 개략적으로 도시하고 있다. 제1 베이스(So1, 1602), 제2 베이스(So2, 1604) 및 제n 베이스(Son, 1606)가 개략적으로 도시되어 있다. 도 16에 따른 구조는 베이스의 임의의 수량에 적용될 수 있다. 다수의 일 방향 밸브(144)가 또한 도 14에 도시되어 있다. 또한, 스위치 연결될 수 있는 냉각 장치(142) 및 외부 가열 장치(700)(이 경우, 가스 가열 장치이며, 선택적으로 전기 저항 히터일 수 있음)가 도시되어 있다. 튜브 다발 열교환기가 직접적으로, 즉 내부에서 전기 저항 히터로서 사용될 경우, 각각의 베이스에 전기 공급 장치(1241, 1242, ... 124n)가 제공된다. 열 교환 튜브 다발(108, 110)의 직접적인 전기 가열의 경우, 별도의 전기 공급 장치(1241, 1242, ... 124n)가 각각의 다발에 제공될 수 있다. 2 단계 열 교환의 경우, 각각의 순환 장치가 WT1 또는 WT2를 위해 제공될 수 있다.
도 15는, 도 1에서 도면부호 120, 122로 도시된 것과 같은, 벨 형태의 보호 후드(1700)를 도시하고 있다. 상기 보호 후드(1700)는 내열성 재료로 구성되는 내부 하우징(1702)을 구비하고, 바깥쪽에는 보호 후드(1700)를 통한 열 손실로부터 각각의 베이스를 보호하기 위한 단열재(1704)를 구비한다. 도시된 구성은 바람직하게는 후드 노에 사용될 수 있다. 그러나, 챔버 노의 경우, 도면 부호(1702 및 1704)로 표기된 단열재로 구성된 내벽과 금속 외벽과 결합시키는 것이 바람직할 것이다.
도 16은 도 6에 도시된 유형의 후드 노의 평면도를 도시한 것으로, 여기서는 튜브 다발 열교환기(108)는 가열된 어닐링 가스를 포함하는 어닐링 가스 순환 장치(130)를 통해(바람직하게는 거의 전체 원주) 유동 된다. 이로써, 상기 후드 노의 모든 작동 상태를 위해, 즉 베이스의 가열, 냉각 또는 베이스 사이의 열 교환을 위해, 어닐링 가스 순환 장치(130)와 튜브 다발 열교환기(108) 사이의 우수한 열 병합이 보장될 수 있다.
더 상세하게는, 어닐링 가스 순환 장치(130)의 휠(1644)은 회전 작동되며, 이것은 도면 부호 1642로 표시되어 있다. 이로 인해, 어닐링 가스가 어닐링 가스 순환 장치(130)에 의해 순환된다. 따라서, 어닐링 가스는 바깥 방향으로 이동되며, 가이드 장치의 휴지 상태의 날개 판(1640)의 영향으로 전달된다. 이로 인해, 상기 어닐링 가스는 튜브 다발 열교환기(108)와 열 상호 작용하며, 계속해서 어닐링 재료와 열 작용하게 된다. 따라서, 튜브 다발 열교환기(108)는 전류(full flow) 상태에 놓인다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노(1800)를 도시하고 있다. 상기 노(1800)는 도 1과 유사하게 형성되나, 제1 베이스에 제1 보호 후드(120)에 추가로 상기 제1 보호 후드를 감싸는 분리 가능한 제1 가열 후드(1802)가 제공된다. 이에 대응하여, 제2 베이스의 제2 보호 후드(122)는 제2 가열 후드(1804)에 의해 덮여 있다. 보호 후드 내에서 보호 가스를 가열하기 위해 제1 가열 후드(120)와 제1 보호 후드(1802) 사이의 중간 공간(1810)에는 제1 가열 버너(1806)가 제공된다. 이에 대응하여, 제2 노 챔버(106)를 가열하기 위해 제2 가열 후드(122)와 제2 보호 후드(1804) 사이의 중간 공간에는 제2 가열 버너(1808)가 제공된다. 상기 가열 버너(1806, 1808) 대신 전기 저항 히터가 제공될 수도 있다. 도 1의 전기 공급 장치(124)는 도 17에서는 제거되었다. 스위칭 될 수 있는 가스-물-열교환기(142)는 여전히 남아 있다.
도 17의 실시예에 따르면, 제1 어닐링 가스(112) 또는 제2 어닐링 가스(114)의 메인 가열은 중간 공간(1810)에 있는 가열된 가스와 제1 어닐링 가스(112) 또는 중간 공간(1812)에 있는 가열된 가스와 제2 어닐링 가스(114)(또는 전기 저항 히터) 사이의 상호 열 작용을 통해 실시된다. 본 실시예에서 운반 유체 통로(118)는 예냉 또는 예열 및 이와 함께 에너지를 절약하기 위한 제1 어닐링 가스(112)와 제2 어닐링 가스(114) 사이의 열 보상을 위해 사용된다. 또한, 최종 냉각은 운반 가스 통로(118)에 배열되는 냉각 장치(142)를 통해 실시된다.
또한, 도 17에 따른 실시예에서 냉각 후드가 구비될 수도 있다.
보충적으로 밝혀 둘 것은 "구비하는"의 표현은 다른 구성 요소 또는 단계를 배제하지 않고, "하나"는 다수를 배제하는 것이 아니라는 사실이다. 또한, 전술한 실시예 가운데 하나의 실시예로 기재된 특징 또는 단계는 전술한 다른 실시예의 또 다른 특징 또는 단계와 결합하여 적용될 수 있다. 청구항에서 도면 부호는 제한적인 것으로 간주 될 수 없다.

Claims (22)

  1. 어닐링 재료(102)의 열 처리하기 위한 노(100)로서,
    폐쇄 가능한 제1 노 챔버(104)로서, 상기 어닐링 재료(102)를 수용하고 상기 어닐링 재료(102)를 제1 노 챔버(104) 내의 가열 또는 냉각될 수 있는 제1 어닐링 가스(112)와의 상호 열 작용을 통해 열 처리하도록 형성되는 제1 노 챔버(104);
    상기 제1 노 챔버(104) 내에 제1 어닐링 가스(112)와 운반 유체(116) 사이의 열교환을 위해 배열되는 제1 열교환기(108)로서, 하우징 영역(120)의 내부, 특히 제1 노 챔버(104)의 순환 장치-전류(full flow) 내에 배열되며, 상기 하우징 영역(120)은 제1 노 챔버(104) 내부의 제1 어닐링 가스(112)를 둘러싸고 제1 어닐링 가스(112)와 직접 접촉하는, 제1 열교환기(108);
    폐쇄 가능한 제2 노 챔버(106)로서, 어닐링 재료(102)를 수용하고 상기 어닐링 재료(102)를 제2 노 챔버(106) 내의 가열 또는 냉각될 수 있는 제2 어닐링 가스(114)와의 상호 열 작용을 통해 열 처리하도록 형성되는 제2 노 챔버(106);
    상기 제2 노 챔버(106) 내에 제2 어닐링 가스(114)와 운반 유체(116) 사이의 열교환을 위해 배열되는 제2 열교환기(110)로서, 하우징 영역(122)의 내부, 특히 제2 노 챔버(106)의 순환 장치-전류(full flow) 내에 배열되며, 상기 하우징 영역(122)은 제2 노 챔버(106) 내부의 제2 어닐링 가스(114)를 둘러싸고 제2 어닐링 가스(114)와 직접 접촉하는, 제2 열교환기(110);
    상기 운반 유체(116)를 통해 제1 어닐링 가스(112)와 제2 어닐링 가스(114) 사이에서 열 에너지가 접촉 없이 전달될 수 있도록, 제1 열교환기(108)와 제2 열교환기(110)와 작동 연결되는 폐쇄된 운반 유체 통로(118);를 포함하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노(100)는 작동가능한 일 세트의 노, 특히 후드 노(100) 또는 챔버 노로 형성되는 것을 특징으로 하는 노(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 노 챔버(104)는 하우징 영역(120)으로서 분리 가능한 제1 보호 후드(120)로 폐쇄되고, 상기 제2 노 챔버(106)는 하우징 영역(122)으로서 분리 가능한 제2 보호 후드(122)로 폐쇄되며, 특히 상기 제1 보호 후드(120)는 가장 바깥쪽에 있으며, 특히 제1 노 챔버(104)의 유일한 후드이고, 상기 제2 보호 후드(122)는 특히 가장 바깥쪽에 있으며, 특히 제2 노 챔버(106)의 유일한 후드인 것을 특징으로 하는 노(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 노 챔버106)의 하우징 영역(122)은 제2 어닐링 가스(114)와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 보호 후드(120, 1700) 및 제2 보호 후드(122, 1700)는 각각 특히 금속으로 구성된 내열성 내부 하우징(1702) 및 단열 재료로 구성된 절연 커버(1704)를 구비하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 열교환기(108) 또는 제2 열교환기(110)로의 운반 유체(116)의 직접 가열을 위한 외부 가열 장치(700)가 배열되어 제1 노 챔버(112)의 제1 어닐링 가스(112)로 뜨거운 열을 전달하여 가열하고 및/또는 제2 노 챔버(114)의 제2 어닐링 가스(114)로 뜨거운 열을 전달하여 가열하며, 상기 외부 가열 장치(700)는 특히 가스, 오일 또는 펠릿으로 작동되거나 또는 전기 저항 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  7. 제6항에 있어서,
    가열 장치(124)의 전기 공급 장치는, 특히 전기 저항 히터로서 제1 열교환기(108) 또는 제2 열교환기(110)이며, 전기 에너지가 직접 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 노(100).
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 노 챔버(104)는, 분리될 수 있고 가열될 수 있는, 특히 가스 또는 전기로 가열될 수 있는 제1 가열 후드(1802)로서 제1 보호 후드(120)를 둘러싸는 제1 가열 후드(1802)로 폐쇄되며, 제2 노 챔버(106)는, 분리될 수 있고 가열될 수 있는, 특히 가스 또는 전기로 가열될 수 있는 제2 가열 후드(1804)로서 제2 보호 후드(122)를 둘러싸는 제2 가열 후드(1804)로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 노(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(108) 및/또는 제 열교환기(110)는 벤딩된 튜브 다발로 구성된 튜브 다발 열교환기로 형성되고, 상기 튜브의 내부는 운반 유체(116)가 유동하는 상기 운반 유체 통로(118)의 일부분이고, 상기 튜브의 외부는 각각의 어닐링 가스(112, 114)와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 노 챔버(104)는 제1 어닐링 가스 순환 장치(130)를 구비하고 제2 노 챔버(106)는 제2 어닐링 가스 순환 장치(132)를 구비하며, 각각의 어닐링 순환 장치(130, 132)는 각각의 어닐링 가스(112, 114)가 각각의 열교환기(108, 110) 및 각각의 어닐링 재료(102) 방향으로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 유체(116)는 운반 가스, 특히 수소 또는 헬륨 또는 또 다른 열 전도성이 우수한 가스인 것을 특징으로 하는 노(100).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 유체 통로(118)의 운반 유체(116)는 2 bar 내지 20 bar 또는 그 이상의 압력, 특히 5 bar 내지 10 bar의 압력 하에 놓이는 것을 특징으로 하는 노(100).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 유체 통로(118)에 있는 운반 유체(116)는 400℃ 내지 1100℃, 특히 600℃ 내지 900℃ 범위의 온도로 제공되는 것을 특징으로 하는 노(100).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    폐쇄 가능한 제3 노 챔버로서, 어닐링 재료(102)를 수용하고 상기 어닐링 재료(102)를 제3 노 챔버 내의 가열 또는 냉각될 수 있는 제3 어닐링 가스와의 상호 열 작용을 통해 열 처리하도록 형성되는 제3 노 챔버;
    상기 제3 노 챔버 내에 제3 어닐링 가스와 운반 유체(116) 사이의 열교환을 위해 배열되는 제3 열교환기로서, 하우징 영역의 내부, 특히 제3 노 챔버의 순환 장치-전류(full flow) 내에 배열되며, 상기 하우징 영역은 제3 노 챔버 내부의 제3 어닐링 가스를 둘러싸고 제3 어닐링 가스와 직접 접촉하는, 제3 열교환기;를 더 구비하며,
    상기 폐쇄된 운반 유체 통로(118)는, 운반 유체를 통해, 한편으로는 제3 어닐링 가스와, 다른 한편으로는 제1 어닐링 가스(112) 및/또는 제2 어닐링 가스(114) 사이에 열 에너지를 전달할 수 있도록 제3 열교환기와 작동 연결되는 것을 특징으로 하는 노(100).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    운반 유체(116) 및 제1 노 챔버(104)와 제 2 노 챔버(106) 중 선택적으로 하나의 노 챔버의 제1 어닐링 가스(112)와 제 2 어닐링 가스(114) 사이의 열 교환을 통해, 예열 모드, 가열 모드 또는 냉각 모드에서 작동될 수 있도록, 상기 운반 유체 통로(118)를 제어하는 제어 장치(702)가 제공되는 것을 특징으로 하는 노(100).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 유체 통로(118)는 운반 유체(116)를 이송하기 위한 운반 유체 순환 장치(140)를 구비하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 유체 통로(118)는 운반 유체(116)를 냉각시키기 위해 스위칭가능한 냉각기(142)를 구비하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  18. 제16항 및 제17항에 있어서,
    상기 운반 유체 통로(118)는 다수의 밸브(144, 146)를 구비하며, 상기 밸브는 상기 노(100)가 아래의 작동 모드 중 하나의 작동 모드에서 선택적으로 작동하도록 스위칭될 수 있는 것을 특징으로 하는 노(100):
    제1 작동 모드로서, 운반 유체(116)를 제 2 어닐링 가스(114)와 열 병합하여, 운반 유체(116)가 제1 노 챔버(104)를 가열하고 제2 노 챔버(106)를 냉각시키기 위해 제2 어닐링 가스(114)로부터 열을 흡수하여 제1 어닐링 가스(112)에 공급하는, 제1 작동 모드;
    이어지는 제2 작동 모드로서, 가열 장치(124, 700)가 특히 내부 또는 외부에서 제1 노 챔버(104)를 계속해서 가열하고, 상기 제1 노챔버로부터 분리된 유동 통로에서는 운반 유체 순환 장치(140)가 운반 유체(116)를 스위칭될 수 있는 냉각기(142)에 공급하여 냉각시키고, 냉각된 운반 유체(116)는 제2 어닐링 가스(114)와 열 병합되어 제2 노 챔버(106)를 계속해서 냉각시키는, 제2 작동 모드;
    이어지는 제3 작동 모드로서, 운반 유체 순환 장치(140)가 운반 유체(116)를 제1 어닐링 가스(112)와 열 병합시켜, 운반 유체(116)가 제1 어닐링 가스(112)로부터 열을 흡수하여 제2 어닐링 가스(114)에 열을 공급하여, 제2 노 챔버(106)를 가열하고 제1 노 챔버(104)를 냉각시키는, 제3 작동 모드;
    이어지는 제4 작동 모드로서, 가열 장치(124, 700)가 제2 노 챔버(106)를 계속해서 가열하고, 상기 제2 노 챔버로부터 분리된 유동 통로에서 운반 유체 작동 장치(140)가 운반 유체(116)를 스위칭될 수 있는 냉각기(142)에 공급하여 냉각시키고 냉각된 운반 유체(116)는 제1 어닐링 가스(112)와 열 병합되어 제1 노 챔버(104)를 계속해서 냉각시키는, 제4 작동 모드.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 유체 통로(118)의 압력을 안정화시키기 위한 수단, 특히 운반 유체 통로(118)의 적어도 일 부분을 압력 밀폐 방식으로 둘러싸는 압력 탱크(148)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노(100).
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노(100)의 각각의 작동 모드에서, 제1 어닐링 가스 순환 장치(130)에 의해 이송된 제1 어닐링 가스가 제1 열교환기(108)를 통하여 유동하고 및/또는 제2 어닐링 가스 순환 장치(132)에 의해 이송된 제2 어닐링 가스가 제2 열교환기(110)를 통하여 유동하도록, 상기 제1 열교환기(108)는 제1 어닐링 가스를 이동시키는 제1 어닐링 가스 순환 장치(130)에 대하여 및/또는 제2 열교환기(110)는 제2 어닐링 가스를 이동시키는 제2 어닐링 가스 순환 장치(132)에 대하여 배열되는 것을 특징으로 하는 노(100).
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 가스(112) 및 제2 어닐링 가스(114)는 운반 유체(116)와 접촉이 없도록 유지되는 것을 특징으로 하는 노(100).
  22. 노(100)에서 어닐링 재료(102)를 열 처리 하는 방법으로서,
    폐쇄 가능한 제1 노 챔버(104)에 어닐링 재료(102)를 수용하고, 상기 어닐링 재료(102)와 제1 노 챔버(104)에 있는 가열 또는 냉각될 수 있는 제1 어닐링 가스(112)의 상호 열 작용을 통해 상기 어닐링 재료(102)를 열 처리하는 단계;
    제1 노 챔버(104)에 배열된 제1 열교환기(108)을 통해 제1 어닐링 가스(112)와 운반 유체(116) 사이에 열교환하는 단계로서, 상기 제1 열교환기(108)는 하우징 영역(120) 내부, 특히 제1 노 챔버(104)의 순환 장치-전류(full flow)에 배열되고, 상기 하우징 영역(120)은 제1 노 챔버(104)의 내부에 있는 제1 어닐링 가스(112)를 둘러싸고 제1 어닐링 가스(112)와 직접 접촉하는, 단계;
    폐쇄 가능한 제2 노 챔버(106)에 어닐링 재료(102)를 수용하고, 상기 어닐링 재료(102)와 제2 노 챔버(106)에 있는 가열 또는 냉각될 수 있는 제2 어닐링 가스(114)의 상호 열 작용을 통해 상기 어닐링 재료(102)를 열 처리하는 단계;
    제2 노 챔버(106)에 배열된 제2 열교환기(110)를 통해 제2 어닐링 가스(114)와 운반 유체(116) 사이에 열 교환하는 단계로서, 상기 제2 열교환기(110)는 하우징 영역(120) 내부, 특히 제2 노 챔버(106)의 순환 장치-전류(full flow)에 배열되고, 상기 하우징 영역(120)은 제2 노 챔버(106)의 내부에 있는 제2 어닐링 가스(114)를 둘러싸는, 단계;
    운반 유체(110)를 통해 제1 어닐링 가스(112)와 제2 어닐링 가스(114) 사이에 열 에너지가 전달될 수 있도록, 제1 열교환기(108) 및 제2 열교환기(110)와 작동 연결된 폐쇄된 운반 유체 통로를 제어하는 단계;를 포함하는 방법.
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