KR20150111588A - 주름관 열처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

주름관 열처리 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 주름관의 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 개폐밸브와, 한 쌍의 개폐밸브 중 어느 하나에 연결된 가스공급수단과, 한 쌍의 개폐밸브 중 다른 하나에 연결된 검출기와, 주름관의 양단에 전기적으로 연결되거나 분리되는 한 쌍의 단자를 갖는 고주파 발생수단을 포함하는 주름관 열처리 장치 및 그 방법이 제공됨으로써, 주름관을 열처리하는 과정에서 주름관의 표면에 산화막이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

Description

주름관 열처리 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ANNEALING CORRUGATED STAINLESS STEEL PIPE AND METHOD FOR ANNEALING THE SAME}

본 발명은 주름관 열처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 스테인리스 주름관의 내주면이 산화되는 것을 방지하기 위한 주름관 열처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

금속재 주름관, 특히 스테인리스 스틸로 제조된 주름관은 부식에 대한 우려가 적고, 표면적이 넓은 특징에 의해 온돌, 보일러나 열교환기 등에서 주변의 유체와 열교환을 하는 부품 등으로 널리 활용되고 있다.

또한, 주름관은 신축성을 가지므로 대한민국특허청 등록특허공보 제10-1207952호(이하, '특허문헌 1'이라 함)에 개시된 바와 같이 집열기 등을 연결하는 데에도 사용되고 있다.

이와 같이 주름관이 열교환용 부품으로 사용되기 위해서는 적은 체적 내에 다량의 주름관이 배치될 수 있어야 하므로 주름관을 굽히는 가공을 행한 후 주름관을 필요한 부분에 삽입하는 과정을 거치는 것이 일반적이며, 집열기 등을 연결하는 연결관으로써 사용될 경우에도 주름관이 적절한 형상으로 굽혀져서 사용되는 것이 일반적이다.

그런데, 주름관이 스테인리스 스틸로 제조된 경우에는 주름관의 높은 강성도(stiffness)에 의해 굽힘 가공이 어려운 경우가 많다.

이를 해결하기 위하여 굽힘 가공이 필요한 주름관은 열을 가한 후 서서히 냉각시키는 풀림(annealing)을 행하여 주름관의 강성도가 감소되도록 함으로써 주름관이 용이하게 굽힘 가공되도록 한다.

주름관에 열을 가하는 방법으로는 열원에서 발생된 열이 직접 주름관에 가해지도록 할 수 있는데, 이 과정에서 주름관의 표면에 산화막이 형성되어 주름관이 상품성이 저하될 가능성이 높다.

또한, 주름관의 표면에 산화막이 형성되는 것을 방지하기 위하여 주름관에 고주파 전력을 통과시켜 자체 저항으로 온도를 상승시키는 방법을 이용하는 경우에도 주름관의 내주면에 산화막이 형성되는 문제가 발생되고 있다.

그러므로 주름관에 풀림 등의 열처리를 행하는 과정에서 그 표면에 산화막이 형성되는 것을 방지하기 위한 방안이 절실한 실정이다.

대한민국특허청 등록특허공보 제10-1207952호(발명의 명칭: 대형 집열기 연결장치, 등록일: 2012년 11월 28일)

본 발명의 실시예는 주름관을 열처리하는 과정에서 주름관의 표면에 산화막이 형성되는 것을 방지하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 주름관의 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 개폐밸브와, 한 쌍의 상기 개폐밸브 중 어느 하나에 연결된 가스공급수단과, 한 쌍의 상기 개폐밸브 중 다른 하나에 연결된 검출기와, 상기 주름관의 양단에 전기적으로 연결되거나 분리되는 한 쌍의 단자를 갖는 고주파 발생수단을 포함하는 주름관 열처리 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 주름관의 양단에 각각 개폐밸브를 결합하는 밸브결합단계와, 한 쌍의 상기 개폐밸브를 개방하는 밸브개방단계와, 한 쌍의 상기 개폐밸브 중 어느 하나에 연결된 가스공급수단에 의해 상기 주름관 내부로 비활성가스를 주입하는 가스주입단계와, 한 쌍의 상기 개폐밸브 중 다른 하나에 연결된 검출기에 의해 상기 비활성가스가 미리 정해진 농도 이상 검출되면 한 쌍의 상기 개폐밸브를 폐쇄하는 밸브폐쇄단계와, 상기 주름관의 양단에 한 쌍의 단자를 각각 전기적으로 연결하고 상기 한 쌍의 단자에 연결된 고주파 발생수단에 의해 상기 주름관으로 고주파 전력이 인가되도록 하여 상기 주름관이 가열되도록 하고, 상기 주름관의 온도가 미리 정해진 온도에 도달되면 상기 고주파 발생수단의 작동이 중지되도록 하여 상기 주름관이 냉각되도록 하는 열처리단계를 포함하는 주름관 열처리 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 주름관 내에 비활성가스를 주입한 후 열처리를 행하여 주름관을 열처리하는 과정에서 주름관의 내주면에 산화막이 형성되지 않도록 함으로써, 주름관의 상품성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관 열처리 장치의 계통도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관 열처리 방법의 흐름도

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관의 열처리 장치의 계통도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관 열처리 장치(100)에는 한 쌍의 개폐밸브(110, 120), 고주파 발생수단(130), 가스공급수단(140) 및 검출기(150)가 포함된다. 편의상 한 쌍의 개폐밸브(110, 120)를 제1 개폐밸브(110) 및 제2 개폐밸브(120)라 칭한다.

그리고, 주름관 열처리 장치(100)에는 한 쌍의 단자(131, 133), 전선(132, 134), 가스공급관(141), 배출관(151), 제1 개폐밸브(110)에 설치된 제1 안전밸브(111) 및 제2 개폐밸브(120)에 설치된 제2 안전밸브(121)가 더 포함될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 열처리를 행할 주름관(10)은 자중에 의해 하방향으로 변형되는 것을 방지하기 위해 복수의 지지대에 의해 지지되거나, 지지대와 연결된 벨트 등에 의해 지지될 수도 있다.

참고로, 본 명세서에서의 주름관(10)은 표면에 복수의 주름이 형성된 금속재 관을 지칭하며, 특히 스테인리스 스틸로 제조된 관을 지칭할 수 있다.

또한, 본 명세서에서의 열처리는 미리 정해진 온도까지 주름관(10)을 가열한 후 냉각시켜서 취성(brittleness)을 제거하고 내부의 응력을 제거하는 뜨임(tempering), 내부의 응력을 제거하고 결정조직이나 기계적 성질 등을 표준화시키는 불림(normalizing), 내부 균열을 제거하고 결정 입자를 미세화하여 전연성이 향상되도록 하는 풀림(annealing)을 모두 포함한다.

제1 개폐밸브(110)는 주름관(10)의 일단부에 결합되고, 제2 개폐밸브(120)는 주름관(10)의 타단부에 각각 결합된다.

제2 개폐밸브(120)에는 가스공급관(141)이 연결되고, 가스공급관(141)에는 가스공급수단(140)이 연결된다. 가스공급수단(140)은 비활성가스, 즉 네온, 아르곤, 헬륨, 질소, 이산화탄소 등 다른 원소와 반응을 일으키지 않거나 반응성이 매우 낮은 가스가 가스공급관(141) 및 제2 밸브(120)를 통하여 주름관(10) 내로 공급되도록 한다.

제1 개폐밸브(110)에는 배출관(151)이 연결되며, 배출관(151)에는 도시된 바와 같이 검출기(150)가 설치된다. 여기서, 검출기(150)는 배출관(151)을 통하여 유동되는 기체 중 상술한 바와 같은 비활성가스의 농도를 검출하는 장치이다.

여기서, 제1 개폐밸브(110) 및 제2 개폐밸브(120)는 각각 수동 또는 자동으로 개폐될 수 있다.

고주파 발생수단(130)은 고주파 전력을 발생시키는 수단으로, 여기에 연결된 전선(132, 134) 및 각 전선(132, 134)의 단부에 연결된 단자(131, 133)를 통하여 특정 대상물에 고주파 전력이 흐르도록 하는 장치이다.

한 쌍의 단자(131, 133)를 편의상 제1 단자(131) 및 제2 단자(133)라 칭하면, 제1 단자(131)는 주름관(10)의 일단부에 전기적으로 연결되거나 용이하게 분리될 수 있고, 제2 단자(133)는 주름관(20)의 타단부에 전기적으로 연결되거나 용이하게 분리될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관 열처리 장치(100)의 작동은 아래에서 도 2를 참조하여 설명한다.

참고로, 도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관 열처리 장치(100)에는 주름관(10)의 온도를 측정하는 온도측정수단이 더 포함된다. 이에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관 열처리 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 도 1을 함께 참조하여 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주름관 열처리 방법에는 밸브결합단계(S10), 밸브개방단계(S20), 가스주입단계(S30), 밸브폐쇄단계(S40) 및 열처리단계(S50)가 포함된다.

밸브결합단계(S10)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 주름관(10)의 양단부에 제1 개폐밸브(110) 및 제2 개폐밸브(120)를 각각 결합하는 단계이다.

이때, 제1 개폐밸브(110)에는 배출관(151)에 의해 검출기(150)가 미리 결합되어 있을 수 있으며, 제2 개폐밸브(120)에는 가스공급관(141)에 의해 가스공급수단(140)이 미리 결합되어 있을 수 있다.

또는, 제1 개폐밸브(110) 및 제2 개폐밸브(120)를 주름관(10)에 결합한 후 제1 개폐밸브(110)에 배출관(151) 및 검출기(150)를 연결하고, 제2 개폐밸브(120)에 가스공급관(141) 및 가스공급수단(140)을 연결할 수도 있다.

밸브개방단계(S20)는 제1 개폐밸브(110) 및 제2 개폐밸브(120)를 개방하는 단계이다. 따라서, 주름관(10) 내로 유체가 유동될 수 있다.

가스주입단계(S30)는 가스공급수단(140)에 의해 주름관(10) 내로 비활성가스가 공급되도록 하는 단계이다.

가스공급수단(140)으로부터 가스공급관(141)을 거쳐 비활성가스가 주름관(10)의 타단부로부터 주름관(10) 내로 유입되도록 하면, 주름관(10) 내에 있던 공기 등의 유체는 비활성가스에 의해 주름관(10)의 일단부에 연결된 제1 안전밸브(111) 및 배출관(151)을 통하여 주름관(10) 외부로 배출된다.

이 과정에서 검출기(150)를 이용하여 배출관(151)을 통하여 유동되는 기체 중 비활성가스의 농도가 검출되도록 하면, 주름관(10) 내에 비활성가스가 충분히 충전되었는지의 여부를 파악할 수 있다. 즉, 검출기(150)에 의해 검출되는 비활성가스의 농도가 미리 정해진 농도 이상으로 검출되면 주름관(10) 내에 비활성가스가 충분히 충전된 것으로 볼 수 있다.

주름관(10) 내에 비활성가스가 충분히 충전되었다고 판단되면 밸브폐쇄단계(S40)가 행해진다.

밸브폐쇄단계(S40)에서는 가스공급수단(140)에 의한 비활성가스의 공급을 중단시키는 동시에 제1 개폐밸브(110) 및 제2 개폐밸브(120)가 각각 폐쇄되도록 함으로써 주름관(10) 내에 비활성가스가 충전된 상태가 유지되도록 한다.

이후, 주름관(10)을 열처리하기 위한 열처리단계(S50)가 아래와 같이 행해진다.

제1 단자(131)를 주름관(10)의 일단부에 전기적으로 연결되도록 하고, 제2 단자(133)를 주름관(10)의 타단부에 전기적으로 연결되도록 한 다음, 고주파 발생수단을 작동시켜 고주파 전력이 주름관(10)의 일단부로부터 타단부까지 인가되도록 한다.

주름관(10)을 통하여 고주파 전력이 흐르게 되면 주름관(10) 자체의 전기저항에 의해 주름관(10)의 온도가 상승된다.

도시되지 않은 온도측정수단에 의해 측정된 주름관(10)의 온도가 미리 정해진 온도에 도달되면 고주파 발생수단(130)의 작동을 중지시키고, 주름관(10)이 상온까지 냉각되도록 한다. 이때, 열처리의 목적이 뜨임, 불림 또는 풀림 중 어느 것인가에 따라 냉각되는 속도가 조절되도록 할 수 있다.

이 과정에서, 주름관(10) 내에는 비활성가스가 충전되어 있으므로, 주름관(10)의 내주면에는 산화막이 형성되지 않는다. 따라서, 열처리단계(S50)를 통하여 주름관(10)이 목적하는 기계적 성질을 가지면서도 주름관(10) 내주면의 광택 등이 유지되도록 함으로써 그 상품성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 열처리단계(S50)에서 주름관(10)의 온도가 상승됨에 따라 내부에 충전된 비활성기체의 부피가 증가되어 주름관(10)이 파열되거나 변형될 가능성이 있다.

그러므로, 주름관(10) 내의 압력이 미리 정해진 압력 이상으로 상승될 경우 제1 안전밸브(111) 및 제2 안전밸브(121)가 개방되도록 함으로써 주름관(10)이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 주름관 열처리 장치 및 그 방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10: 주름관 100: 주름관 열처리 장치
110: 제1 개폐밸브 111: 제1 안전밸브
120: 제2 개폐밸브 121: 제2 안전밸브
130: 고주파 발생수단 131: 제1 단자
132: 전선 133: 제2 단자
134: 전선 140: 가스공급수단
141: 가스공급관 150: 검출기
151: 배출관

Claims (2)

1. 주름관을 열처리하기 위한 장치로서,
   상기 주름관의 양단에 각각 결합되는 한 쌍의 개폐밸브;
   한 쌍의 상기 개폐밸브 중 어느 하나에 연결된 가스공급수단;
   한 쌍의 상기 개폐밸브 중 다른 하나에 연결된 검출기; 및
   상기 주름관의 양단에 전기적으로 연결되거나 분리되는 한 쌍의 단자를 갖는 고주파 발생수단;을 포함하는
   주름관 열처리 장치.
   
2. 주름관을 열처리하는 방법으로서,
   상기 주름관의 양단에 각각 개폐밸브를 결합하는 밸브결합단계;
   한 쌍의 상기 개폐밸브를 개방하는 밸브개방단계;
   한 쌍의 상기 개폐밸브 중 어느 하나에 연결된 가스공급수단에 의해 상기 주름관 내부로 비활성가스를 주입하는 가스주입단계;
   한 쌍의 상기 개폐밸브 중 다른 하나에 연결된 검출기에 의해 상기 비활성가스가 미리 정해진 농도 이상 검출되면 한 쌍의 상기 개폐밸브를 폐쇄하는 밸브폐쇄단계; 및
   상기 주름관의 양단에 한 쌍의 단자를 각각 전기적으로 연결하고 상기 한 쌍의 단자에 연결된 고주파 발생수단에 의해 상기 주름관으로 고주파 전력이 인가되도록 하여 상기 주름관이 가열되도록 하고, 상기 주름관의 온도가 미리 정해진 온도에 도달되면 상기 고주파 발생수단의 작동이 중지되도록 하여 상기 주름관이 냉각되도록 하는 열처리단계;를 포함하는
   주름관 열처리 방법.

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