KR20160101136A - 환형 부품을 위한 가열 장치 및 그 환형 공동 - Google Patents

환형 부품을 위한 가열 장치 및 그 환형 공동 Download PDF

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베이징 골드윈드 싸이언스 앤 크리에이션 윈드파워 이큅먼트 코.,엘티디.
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Abstract

환형 부품(4)을 위한 가열 장치가 개시된다. 장치는 고온 공기 유동에 의해 환형 부품(4)을 가열하고, 공기 유동 가열기(1) 및 팬(2)을 포함하고, 또한 환형 부품(4)을 수용하는 환형 공동(3)을 포함하며, 환형 공동(3)의 외벽이 공기 유동 입구(301) 및 공기 유동 출구(302)를 가지고, 공기 유동 가열기(1)는 공기 유동을 가열하며, 팬(2)은 공기 유동을 공기 유동 입구(301) 안으로 진입시키고 환형 공동(3) 내의 공기 유동 통로를 통과시키며 공기 유동 출구(302)로부터 나오게 한다.

Description

환형 부품을 위한 가열 장치 및 그 환형 공동{HEATING DEVICE FOR ANNULAR COMPONENT AND ANNULAR CAVITY THEREOF}
본 출원은 가열 장치 및 그 환형 공동에 관한 것이며, 특히 환형 부품을 가열하기 위한 열 교환 매체로서 가스를 채용하는 가열 장치 및 가열 장치의 환형 공동에 관한 것이다.
대형 환형 부품을 가열하기 위해서(예를 들어, 베어링의 수축 끼워맞춤 공정에 있어서, 대형 베어링은 가열될 필요가 있다), 오일 욕 가열, 와전류를 통한 전자기 유도 가열, 및 공기 가열이 일반적으로 사용되는 방법이다. 상기 가열 방법들 중, 공기 가열이 주로 사용된다. 일례로서 베어링의 수축 끼워맞춤 공정에서 사용되는 공기 가열 노를 채용할 때, 공기 가열 노는 열전달 매체로서 고온 공기를 사용하여 수축 끼워맞춤 베어링 부품의 표면을 가열하며, 가열 방법은 주로 대류 열전달이며, 이 대류 열전달은 복사 열전달에 의해 보완된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도 1은 종래 기술의 공기 가열 노의 구조를 도시하는 개략도이며, 도 1은 본 산업에서 사용되는 베어링 부품의 수축 끼워맞춤을 위해 사용되는 전형적인 가열 노의 구조를 도시한다. 공기 가열 노는 상위 부분 및 하위 부분, 즉 노 덮개(81a) 및 노 기부(82)를 포함한다. 종래의 기술에서, 가열 노 몸체는 부분 강 및 강판을 용접함으로써 형성되고, 단열 특성을 갖는 엔지니어링 재료(알루미늄 실리케이트 섬유의 암면 등)가 단열을 위한 노 라이너로서 사용되도록 타일링 및 중첩을 통해 노 연도와 보호 쉘 사이에 충전된다. 노 모터(83)가 노 덮개(81)의 상단의 중심 위치에 제공되고, 모터는 플랜지를 통해 고정되며, 노 모터는 공기의 순환 및 유동을 위한 동력을 제공하기 위해 원심 팬(86)을 구동한다. 유동 안내 플레이트가 원심 팬(86) 아래에 제공되고, 유동 안내 플레이트 및 노 덮개(81)의 내벽은 상위 공기 유동 통로의 반경방향 유동 채널 부분을 형성한다. 상위 유동 안내 플레이트의 수직 부분과 동축인 환형 하위 유동 안내 플레이트(85)가 노 기부(82)에 제공되고, 노 덮개(81) 및 노 기부(82)가 결합된 후에, 상위 유동 안내 플레이트(84) 및 하위 유동 안내 플레이트(85)는 가열 노 내측에서 서로에 대해 접하여 환형 공기 유동 통로를 형성한다. 채널 빔이 노의 온도의 균일성을 향상시키기 위해서 노 기부(82)의 기부 프레임으로서 채택된다. 노 덮개(81)로부터 오는 공기 유동이, 환형 간극을 통과하도록 하여 가열된 베어링 부품이 노 기부(82)의 균일한 높이를 갖는 간극을 통해 위치되는 영역으로 진입하도록 하기 위해(도 1에서 화살표로 도시된 바와 같음), 균일한 높이를 갖는 간극이 하위 유동 안내 플레이트(85)와 노 기부(82)의 내벽 사이에 배치된다. 상위 유동 안내 플레이트(84) 및 하위 유동 안내 플레이트(85)에 의해 둘러싸이는 환형 영역에서, 공기 유동은 열을 베어링 부품의 표면으로 방출한 후에 원심 팬(86)의 흡입 포트에 모인다. 일반적으로, 소정 수의 전기 가열 요소가 공기 유동을 가열하기 위한 가열기(87)로서 노 덮개(81)의 반경방향 유동 채널에 제공되고, 전기 가열 요소는 반경방향 유동 채널의 주연부를 따라 균일하게 분배된다. 가열된 대형 베어링 부품은 노 기부(82) 상에 배치되고 하위 유동 안내 플레이트(85)와 동축이 되도록 다수의 지점에 의해 지지되고, 하위 유동 안내 플레이트(85)로부터 균등하게 이격된다.
종래 기술의 공기 가열 노의 기본 구조가 위에서 설명되었으며, 본 출원을 실행하는 과정에서, 발명자는 종래 기술의 공기 가열 노는 이하의 단점을 갖는다는 것을 발견하였다.
1. 공기 유동 통로가 낭비된다.
베어링의 반경방향 치수의 증가에 의해, 베어링 부품의 환형 영역 내의 중심 영역의 공간 역시 증가할 수 있고, 베어링의 반경방향 치수가 약 수 미터 크기까지 증가하는 경우에는, 이러한 베어링 부품이 가열될 때, 중심 영역의 공간의 공기는 베어링의 표면과 고온 공기 사이의 대류 열 교환에 관여하지 않고, 따라서 공기 유동 통로가 크게 낭비된다. 또한, 베어링의 치수의 증가에 따라, 공기 유동이 완전히 유동할 수 있도록 하기 위해서, 팬의 구동 모터의 동력은 그에 따라 증가될 필요가 있으며, 동력 소비 또한 증가한다.
2. 가열 장치를 제조하기 위한 재료가 낭비된다.
원통 형상의 가열 노의 축방향으로부터 볼 때, 노 덮개(81) 및 노 기부(82)의 중심 영역에 사용되는 재료, 특히 이들 영역에 사용되는 단열 재료는 필요하지 않다. 또한, 전체적인 구조의 증가로 인해, 강도를 확보하기 위해서, 노 몸체의 주 빔 구조의 치수는 증가될 수 있고, 소비된 재료는 더 증가될 수 있으며, 따라서 제조 비용을 급격하게 증가시킨다.
3. 가열 노가 와전류를 통해 가열된 후에 뒤틀림 문제가 존재한다.
큰 치수를 갖는 베어링은 큰 직경 및 큰 질량(수 톤 초과)을 갖고, 비균일 가열에 의해 유발되는 뒤틀림 문제가 베어링이 완전류를 통해 가열된 후에 베어링에 발생할 수 있으며, 따라서 우수한 조립 품질이 보장될 수 없다. 또한, 큰 치수를 갖는 부품의 잔류 자성으로 인해, 부품은 통상적으로 이후 장기간에 걸쳐 사용될 수 없다.
4. 가열 노의 치수의 증가로 인해 운송이 제한된다.
노 몸체의 구조적인 치수가 제한되고, 전통적인 고온 공기 유동 가열 노의 노 몸체의 공간의 구조적인 치수가 가열된 환형 작업물(대형 베어링)의 반경방향 치수의 증가에 따라 증가하며, 그 결과 제조 비용이 증가하고, 과도하게 큰 폭을 갖는 가열 노의 운송이 억제된다.
5. 고온 오일 침욕 방법에는 건강 및 안전 상의 숨겨진 위험이 존재한다.
고온 오일 침욕의 전통적인 베어링 가열 방법은 건강 및 안전 문제(화재 위험이 존재함)를 갖고, 게다가 환경 및 오일 처리의 문제 또한 고려되어야 하며, 따라서 비용이 높고, 베어링은 오염되기 쉬우며, 새로운 베어링은 보호 오일을 파괴할 수 있다.
본 출원의 제1 목적은 가스 유동 통로의 낭비를 감소시키기 위한 환형 부품을 위한 가열 장치 및 가열 장치의 환형 공동을 제공하는 것이다.
본 출원의 제2 목적은 가열 장치를 제조하기 위한 재료의 낭비를 감소시키기 위한 환형 부품을 위한 가열 장치 및 가열 장치의 환형 공동을 제공하는 것이다.
본 출원의 제3 목적은 환형 부품이 와전류에 의해 가열된 후에 발생하는 뒤틀림 문제를 감소시키기 위한 환형 부품을 위한 가열 장치 및 가열 장치의 환형 공동을 제공하는 것이다.
본 출원의 제4 목적은 가열 노의 증가된 크기에 의해 유발되는 제한된 운송 문제를 극복하기 위한 환형 부품을 위한 가열 장치 및 가열 장치의 환형 공동을 제공하는 것이다.
본 출원의 제5 목적은 고온 오일 침욕 가열 방법의 건강 및 안전에 있어서의 숨겨진 위험을 회피하기 위한 환형 부품을 위한 가열 장치 및 가열 장치의 환형 공동을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 실현하기 위해서, 고온 가스 유동을 통해 환형 부품을 가열하고 가스 유동 가열기 및 외풍 팬을 포함하는 환형 부품을 위한 가열 장치가 본 출원에 따라 제공된다. 가열 장치는 환형 부품을 수용하기 위한 환형 공동을 더 포함하고, 환형 공동의 외벽은 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구를 구비하고, 가스 유동 가열기는 가스 유동을 가열하며, 외풍 팬은 가스 유동이 가스 유동 입구 안으로 진입하고, 환형 공동 내의 가스 유동 통로를 통과하며, 가스 유동 출구로부터 배출될 수 있게 한다.
환형 공동의 구조를 채용함으로써, 환형 부품을 위한 가열 장치는 환형 부품에 의해 둘러싸이는 중심 영역의 가스 유동 순환 통로를 절약하고, 가스 유동 통로가 환형 부품 부근에 집중될 수 있게 함으로서, 열 교환이 더 효율적이 될 수 있도록 하며 열 에너지의 낭비가 감소될 수 있도록 한다. 또한, 가열 장치의 제조에 소비되는 재료가 감소되고, 제조 비용이 감소된다.
가열 장치의 환형 공동이 본 출원에 따라 더 제공되며, 환형 공동은 가열된 환형 부품을 수용하고, 환형 공동의 외벽은 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구를 구비한다.
종래 기술의 가열 노의 노 공동과 비교하여, 본 출원에 다른 가열 장치의 환형 공동은 환형 부품에 의해 둘러싸이는 중심 영역의 가스 유동 순환 통로를 절약하며 가스 유동 통로가 환형 부품 부근에 집중될 수 있도록 함으로써, 열 교환이 더 효율적이 될 수 있도록 하며 열 에너지의 낭비가 감소될 수 있도록 한다. 또한, 종래 기술의 가열 노의 노 공동과 비교하여, 본 출원의 노 공동에 의해 점유되는 공간은 크게 감소되고, 노 몸체를 제조하기 위해 소비되는 재료가 감소되고, 제조 비용이 감소되며, 이러한 노 공동을 갖는 노는 광역적 운송이 제한되지 않고, 이는 특히 이동형 플랜트의 요건에 어울리며 대형 발전기 조립체의 휴대용 공구의 요건을 충족한다.
도 1은 종래 기술의 공기 가열 노의 구조를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 출원의 제1 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치의 구조를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 출원의 제2 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치의 구조를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 출원의 제2 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치의 안내용 나선형 리브 구조부의 구조를 도시하는 상부 개략도이다.
도 5는 본 출원의 제2 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치의 안내용 나선형 리브 구조부의 구조를 도시하는 사시 개략도이다.
도 6은 본 출원의 제3 실시예에 따른 안내용 나선형 리브 구조부를 갖는 환형 공동의 부분 단면 개략도이다.
도 7은 본 출원의 제3 실시예에 따른 표면 열전달 계수와 고온 가스 유동의 온도 사이의 변화 관계를 도시하는 개략도이다.
종래의 디스크-타입 노의 구조를 환형 공동의 구조로 변화시키기 위해 본 출원에 따라 종래 기술의 환형 부품의 가열 장치의 전체적인 구조를 개선하며, 환형 공동 구조에 기초하여 추가적인 설계 및 개선이 이루어진다. 본 출원에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치를 이하 실시예를 통해 상세하게 설명한다.
제1 실시예
도 2에 도시된 바와 같이, 도 2는 본 출원의 제1 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 본 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치는 고온 가스 유동을 통해 환형 부품을 가열하고, 가스 유동 가열기(1) 및 외풍 팬(2)을 포함하며, 환형 부품(4)을 수용하기 위한 환형 공동(3)을 더 포함한다. 환형 공동의 외벽은 가스 유동 입구(301) 및 가스 유동 출구(302)를 구비하고, 가스 유동 가열기(1)는 가스 유동을 가열한다. 외풍 팬(2)은 가스 유동이 가스 유동 입구(301) 안으로 진입하고, 환형 공동(3)의 가스 유동 통로를 통과하며, 가스 유동 출구(302)로부터 배출될 수 있게 한다. 환형 공동(3)의 내부 구조를 도시하기 위해서, 환형 부품(4)이 환형 공동(3) 내측에 배치된 후의 상태를 도시하기 위해, 상위 환형 공동(31)의 절반은 도 2에서 제거되어 있다.
본 실시예에 따른 가열 장치의 구조는 환형 공동으로서 구현되고, 종래 기술의 가열 노와 비교하여, 이러한 구조는 환형 부품(4)에 의해 둘러싸이는 중심 영역의 가스 유동의 순환 통로를 절약하고 가스 유동 통로가 환형 부품(4) 부근에 집중될 수 있도록 함으로써, 열 교환기 더 효율적이 되도록 하며 열 에너지의 낭비를 감소시킨다. 또한, 환형 공동이 채용되기 때문에, 가스 유동의 순환 통로는 감소되고, 가스 유동을 구동하여 유동시키기 위해 요구되는 외풍 팬의 동력 역시 감소된다. 또한, 환형 공동이 채용되기 때문에, 종래 기술의 가열 노의 노 덮개(81) 및 노 기부(82)(도 1에 도시된 바와 같음)의 환형 부품(4)의 중심 영역에 대응하는 부분이 절약되고, 따라서 가열 장치를 제조하는데 소비되는 재료를 감소시키며, 제조 비용을 감소시킨다. 또한, 환형 부품의 반경방향 치수 등에 의해 제조가 제한되지 않고, 따라서 제조 비용이 크게 감소될 수 있으며, 제조 비용 및 재료 소비가 절반으로 감소될 수 있다.
본 출원의 이 실시예에 따른 환형 공동은, 가열된 환형 부품(4)이 환형 공동(3)의 내부 공동 내에 배치될 수 있는 한, 임의의 개방식 구조 또는 임의의 탈착식 구조를 채용할 수 있다. 또한, 환형 공동은 본 출원에서 제한되지 않는 단일 환형 부품에 따라 개별적으로 주문제작될 수도 있다.
바람직하게는, 환형 공동(3)은 상위 환형 공동(31) 및 하위 환형 공동(32)을 결합시킴으로써 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 환형 공동(3)은 원형 링 형상으로 되어 있고, 환형 공동(3)의 단면은 원 형상으로 되어 있고, 환경 공동은 환형 공동의 반경 방향의 평면을 따라 수직 방향으로 U 형상 단면을 각각 갖는 상위 환형 공동(31) 및 하위 환형 공동(32)으로 분할된다.
실제적인 용도에서, 상위 환형 공동(31)은 제거되고, 환형 부품(4)은 하위 환형 공동(32)의 내부 공동 내에 배치되고, 그 후 상위 환형 공동(31) 및 하위 환형 공동(32)은 폐쇄된 환형 공동(3)을 형성하도록 결합된다. 바람직하게는, 상위 환형 공동(31)은 다수의 상위 환형 공동 유닛을 결합시킴으로써 형성되고, 하위 환형 공동(32)은 다수의 하위 환형 공동 유닛을 결합시킴으로써 형성된다. 사용 시에, 다수의 상위 환형 공동 유닛 및 다수의 하위 환형 공동 유닛은 일체형 환형 공동을 형성하도록 결합된다. 예를 들어, 상위 환형 공동(31)은 환형 공동(3)의 환형 원주 방향을 따라 두 개의 동일한 반원 형상 상위 환형 공동 유닛으로 분할될 수 있고, 도 2에 도시된 상태는 상위 환형 공동 유닛 중 하나가 제거되어 있는 상태로서 고려될 수 있다. 마찬가지로, 하위 환형 공동 유닛(32)은 두 개의 동일한 하위 환형 공동 유닛으로 분할될 수도 있다.
이러한 개방식 또는 탈착식 구조에 있어서, 환형 부품(4)을 환형 공동(3) 안으로 끼워맞추는 것이 용이하고, 또한 운송이 용이해지고, 도로 운송의 제한 폭을 초과하는 종래 기술의 가열 노의 반경방향 치수의 문제가 해결되며, 따라서 이동식 운송의 요건을 충족한다.
또한, 가스 유동 입구(301) 및 가스 유동 출구(302)는 환형 공동(3)의 임의의 부분에 배치될 수 있고, 가스 유동 가열기(1) 및 외풍 팬(2)의 위치는 유연하게 설정될 수 있고, 가스 유동 가열기(1) 및 외풍 팬(2)은 환형 공동의 외측에 배치될 수 있고 요건에 따라 환형 공동 내측에 배치될 수도 있으며, 다수의 가스 유동 가열기(1) 및 외풍 팬(2)이 필요에 따라 제공될 수도 있다.
바람직하게는, 가스 유동 가열기(1)는 가스 유동이 환형 공동의 가스 유동 통로 안으로 진입하기 전에 가스 유동을 가열하며, 이는 가스 유동 가열기(1)가 환형 공동의 외측 부분에 배치되거나 환형 공동의 가스 유동 입구(301)에 대응하는 내측 부분에 배치되는 것을 의미한다. 그리고, 폐쇄된 가스 유동 순환 통로가 형성되는 경우에는, 가스 유동 가열기(1)는 환형 공동의 가스 유동 출구(302)에 대응하는 내측 부분에 배치될 수도 있다. 이러한 구조에 의해, 가스 유동을 가열하는 방식은 간단하고, 가스 유동 가열기는 환형 공동 내측의 가스 유동 통로의 공간을 점유하지 않을 수 있다.
더 바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 유동 입구(301) 및 가스 유동 출구(302)는 환형 공동의 내측 링의 외벽에 배치될 수 있고, 가스 유동 가열기(1) 및 외풍 팬(2)은 황형 공동의 내측에 배치되며, 폐쇄된 가스 유동 순환 통로가 가스 유동 입구(301)와, 환형 공동 내의의 내측 공동과, 가스 유동 출구(302)와, 외풍 팬(2)과, 가스 유동 가열기(1) 사이에 형성된다. 이러한 구조에 있어서, 가스 유동의 순환 경로는 최소이고, 열 에너지가 효율적으로 이용될 수 있으며, 열 교환이 충분히 달성될 수 있다.
또한, 동일한 길이의 두 개의 가스 유동 통로가 환형 공동(3)의 가스 유동 입구(301)와 가스 유동 출구(302) 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 유동 입구(301) 및 가스 유동 출구(302)는 환형 공동(3)의 내측 링의 외벽에 배치되고 환형 공동(3)의 동일한 직경에 위치된다. 이러한 방식에서, 동일한 길이의 두 개의 가스 유동 통로는 환형 부품(4)의 축 방향 주위에서 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지 형성된다. 이러한 구조에 있어서, 두 개의 가스 유동 통로에서의 가스 유동의 온도 변화 및 유량은 대략 동일하며, 이는 가스 유동에 대한 균일한 제어를 용이하게 하고 두 개의 가스 유동 통로 내의 환형 부품의 가열 조건이 균일해지게 할 수 있다.
본 실시예에서, 공기가 열 교환 매체로서 채용될 수 있고, 공기 유동 필터가 가스 유동 출구(302)에 더 제공될 수 있으며, 여과된 공기가 열전달 매체로서 채용되어, 베어링의 표면을 오염으로부터 보호할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 환형 공동은 타원 환형 형상, 직사각형 환형 형상, 또는 삼각형 환형 형상 같은 임의의 환형 형상일 수 있으며, 따라서 비원형 링 형상의 다양한 특별한 환형 부품(4)이 가열될 수 있다. 열 교환 매체로서의 가스는 공기로 제한되지 않으며, 예를 들어 천연 가스가 고온 열전달 매체로서 사용될 수도 있다. 이외에, 다른 가스-고체 분리 장치가 가스 유동을 여과하기 위해 채용될 수도 있다.
또한, 본 실시예에 따른 가열 장치는 단열 기술을 채용할 수 있는데, 예를 들어 단열 특성을 갖는 재료가 환형 공동 등을 제조하기 위해 채용될 수 있으며, 따라서 환형 부품(4)의 가열 효율을 개선시키며 추가로 에너지를 절약시킨다.
제2 실시예
전체적인 구조가 개선되는 것 이외에, 본 출원의 이 실시예에 따라 환형 공동의 내부에 대해 추가적인 개선이 이루어진다.
도 3은 본 출원의 제2 실시예에 따른 환형 부품의 가열 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 기초하여, 안내 부재가 환형 공동(3) 내에 제공되고, 안내 부재는 가스 유동이 환형 부품의 표면을 따라 이동할 수 있게 한다. 환형 공동(3) 내에 안내 부재를 제공함으로써, 가스 유동의 유동 방식이 제어되어, 환형 부품이 균일하게 가열되게 하며, 가열 효율을 개선한다.
바람직하게는, 안내 부재가 안내용 나선형 리브 구조부(5)로서 구현되고, 안내용 나선형 리브 구조부(5)는 환형 공동 안으로 진입하는 고온 공기 유동의 궤적이 환형 부품(4)(도 3에 도시된 대형 베어링 부품과 같음) 주위의 나선형 파이프 형상 이동으로 변화될 수 있도록 하여, 환형 부품(4)은 더 효율적으로 그리고 균일하게 가열될 수 있다.
또한, 도 4는 본 출원의 제2 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치의 안내용 나선형 리브 구조부의 구조를 도시하는 상위 개략도이며, 도 5는 본 출원의 제2 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치의 안내용 나선형 리브 구조부의 구조를 도시하는 사시 개략도이다. 도 4 및 도 5는 상이한 모습의 각도에서의 본 실시예에 따른 안내용 나선형 리브 구조부의 구조를 도시한다.
안내용 나선형 리브 구조부(5)는 환형 공동(3)의 내벽에 일체로 형성될 수 있고 또한 별도로 제조될 수 있으며, 별도로 제조된 안내용 나선형 리브 구조부(5)는 환형 공동(3)이 제조된 후에 환형 공동(3)의 내벽에 고정된다.
본 실시예에서, 환형 공동(3)의 내부에서, 동일한 길이를 갖는 두 개의 가스 유동 통로가 가스 유동 입구(301)와 가스 유동 출구(302) 사이에 형성되고, 두 개의 가스 유동 통로의 안내용 나선형 리브 구조부는 축을 중심으로 대칭일 수 있으며, 대칭 축은 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구가 존재하는 직선형 라인이다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 두 개의 가스 유동 통로에서, 두 개의 가스 유동 통로의 안내용 나선형 리브 구조부(5)는 반대 방향의 나선을 갖고, 두 개의 가스 유동 통로의 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 나선 라인은 환형 공동의 내측 축을 따라 대칭이다.
이러한 대칭 구조는 이하의 장점을 갖는다: 일례로서 원형 링 형성 공동을 취할 때, 전체 원형 링 형상 환형 공동이 경계 라인으로서 가스 유동 입구(301) 및 가스 유동 출구(302)가 위치되는 직경을 취하여 두 개의 반원 링 형상 공동으로 분할되는 경우, 각각의 반원 링 공동은 하나의 가스 유동 통로에 대응하며, 두 개의 가스 유동 통로의 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 나선 라인이 대칭 구조를 갖는 경우, 두 개의 반원 링 공동의 제조는 하나의 몰드를 사용하여 달성될 수 있어, 두 개의 몰드를 설계할 필요가 없다.
제3 실시예
제2 실시예에 기초하여, 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 구조는 더욱 개선되며, 이는 이하에서 상세하게 설명한다.
가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지 이동하는 고온 가스 유동의 처리 동안, 고온 가스 유동의 온도는 저하될 수 있고, 가열된 환형 부품(4)과 고온 가스 유동 사이의 열 교환 용량은 점진적으로 감소될 수 있으며, 비균일 가열 조건이 발생할 수 있다.
뉴턴의 냉각 법칙에 따르면 이하와 같다.
φ=A×h×(T-Tw) 식 (1)
본 실시예에서, φ는 고온 가스 유동과 환형 부품(4)의 표면 사이의 열교환율이고, A는 고온 가스 유동이 환형 부품(4)의 표면과 접촉하는 유효 열 방출 면적이고, T는 고온 가스 유동의 온도이고, Tw는 환형 부품(4)의 표면의 온도이며, h는 열전달 계수이다(일반적으로 표면 열전달률이라 칭한다). 식 (1)에 따르면, A는 상대적으로 고정된 값이고, 따라서 고온 가스 유동과 환형 부품(4)의 표면 사이의 열교환율(φ)은 고온 가스 유동의 온도(T)와 환형 부품(4)의 표면의 온도(Tw) 사이의 온도 차(T-Tw)와, 표면 열전달률(h)의 곱에 의존한다. 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지의 가스 유동 통로에서, 고온 가스 유동의 온도(T)는 점진적으로 저하되는데, 즉 온도 차(T-Tw)가 저하되고, 따라서 열교환율(φ)이 점진적으로 저하되고, 추가로 환형 부품(4)의 가열이 가스 유동 통로를 따라 약해진다. 이를 고려하면, 고온 가스 유동의 온도 차(T-Tw)가 표면 열전달률(h)의 증가에 의해 보상되는 기술적인 해결책이 열교환율(φ)을 대략 변하지 않는 상태로 유지시키기 위해 본 출원에 따라 제공된다.
구체적으로, 표면 열전달률(h)은 세 개의 파라미터, 즉 안내용 나선형 리브(5)의 피치(d), 나선 각(α), 및 나사산 각의 절반(β) 중 임의의 하나 또는 임의의 두 개 또는 세 개를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도 6은 본 출원의 제3 실시예에 따른 안내용 나선형 리브 구조부를 갖는 환형 공동의 부분 단면 개략도이다. 본 실시예에서의 피치(d), 나선 각(α), 및 나사산 각의 절반(β)의 세 개의 파라미터의 기하학적인 의미가 도면에 도시되어 있다.
이들 파라미터를 변화시킴으로써, 표면 열전달 계수(h)가 변화될 수 있고, 따라서 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지의 온도의 저하로부터 초래되는 열교환율(φ)의 저하를 보상하고, 추가로 전체 환형 부품(4)이 균일하게 가열될 수 있게 하며, 처음부터 끝까지 또는 가스 유동 입구로부터 가스 유동 출구까지 그리고 전체 가스 유동 통로를 통해 대략 균일한 열교환율을 얻는다.
본 실시예에서, 가스 유동 가열기(1)는 가스 유동이 환형 공동의 가스 유동 통로로 진입하기 전에 가스 유동을 가열한다. 이러한 상황에서, 고온 가스 유동의 온도(T)는 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 실시예에서는, 안내용 나선형 리브 구조부(5)가 이하의 세 개의 양태로부터 개선되며, 안내용 나선형 리브 구조부의 개선은 세 개의 양태 중 임의의 하나 또는 세 개의 양태 중 임의의 두 개로부터, 또는 세 개의 양태 모두로부터 동시에 실행될 수 있다.
1. 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 피치(d)는 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지 저하되고, 바람직하게는 피치(d)는 점진적으로 감소된다. 안내용 나선형 리브(5)의 피치의 감소는 고온 가스 유동의 유량이 증가될 수 있게 하며 동시에 고온 가스 유동이 환형 부품(4)의 표면에 가까워지도록 가압하며, 따라서 고온 가스 유동과 환형 부품(4) 사이의 표면 열전달 계수(h)를 증가시키는 기능을 한다. 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 피치(d)를 감소시킴으로써, 고온 가스 유동은 가속되고, 환형 부품(4)의 표면에 방출되는 열은 증가하며, 따라서 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지의 가스 유동 통로 내의 가스 유동의 온도의 저하에 의해 유발되는 환형 부품(4)의 표면에 방출되는 열의 감소가 보상되고, 환형 부품(4)이 균일하게 가열되며, 환형 부품(4)의 전체적인 온도가 균일해진다. 즉, 나선형 피치를 변화시키는 처리에 있어서, 환형 부품(4) 주위의 고온 가스 유동의 유량은 증가되고, 레이놀즈수가 대응하여 증가되고, 레이놀즈수의 증가에 따라 누셀트수가 증가하며, 표면 열전달 계수가 누셀트수의 증가에 비례하여 증가됨으로써, 최종적으로 환형 부품(4)의 표면에 방출되는 열, 즉 열교환율(φ)을 증가시킨다.
2. 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 나선 각(α)은 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지 증가되며, 바람직하게는 나선 각(α)은 점진적으로 증가된다. 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 나선 각(α)의 증가는 고온 가스 유동을 중심 축에 가까워지고 환형 부품(4)의 표면에 접근하도록 가압할 수 있으며 또한 고온 가스 유동의 유량이 증가되도록 할 수 있어, 고온 가스 유동과 환형 부품(4) 사이의 표면 열전달 계수(h)를 증가시키는 기능을 한다. 즉, 누셀트수는 나선 각(α)의 코사인 함수값의 0.75승에 직접 비례하고, 나선 각(α)의 증가는 누셀트수의 증가를 초래할 수 있으며, 표면 열전달 계수(h)는 누셀트수의 증가에 비례하여 증가하여, 최종적으로 환형 부품(4)의 표면에 방출되는 열, 즉 열교환율(φ)을 증가시킨다.
3. 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 나사산 각의 절반(β)은 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지 감소되고, 바람직하게는 나사산 각의 절반(β)은 점진적으로 감소한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 나사산 각의 절반은 안내용 나선형 리브 구조부(5)와 환형 공동의 축에 수직인 평면 사이에 형성되는 끼인각(β)이다. 나사산 각의 절반은 필드 시너지 각(field synergy angle)이 감소되도록 감소한다. 나사산 각의 절반(β)의 감소는 고온 가스 유동을 중심 축에 접근하고 환형 부품(4)의 표면에 접근하도록 가압할 수도 있어, 표면 열전달 계수(h)를 증가시키고, 추가로 환형 부품(4)의 표면에 대한 열 방출률, 즉 열교환율(φ)을 증가시키는 기능을 한다.
열교환율(φ)을 더 조정하기 위해 피치(d), 나선 각(α), 및 나사산 각의 절반(β)의 세 개의 파라미터를 통해 표면 열전달 계수(h)를 조정하는 원리는 위에서 각각 기술되었다. 표면 열전달 계수(h)를 변화시킴으로써 열교환율(φ)을 보상하는 기술적인 해결책은 이하에서 도 7을 참고하여 추가로 기술된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도 7은 본 출원의 제3 실시예에 따른 표면 열전달 계수와 고온 가스 유동의 온도 사이의 변화 관계의 개략도이다. 도 7에서, 화살표를 갖는 절반 원 형상 곡선은 가스 유동 입구로부터 가스 유동 출구까지의 고온 가스 유동의 이동 궤적을 나타낸다. 가스 유동의 온도가 T0이고 고온 가스 유동이 환형 공동 내에서 유동한다고 상정할 때, 고온 가스 유동의 온도는 점진적으로 저하되고, 고온 가스 유동이 가스 유동 출구에 도달할 때 Ti까지 저하되며, 이러한 방식에서는 가스 유동 입구와 가스 유동 출구 사이에 T0-Ti의 온도 차가 존재하고, 전체 가스 유동 통로에서의 온도의 변화 경향은 도 7의 점선 아래의 선분에 의해 도시되어 있으며, 온도 차는 열교환율(φ)이 감소되게 할 수 있다. 안내용 나선형 리브 구조부(5)가 설계되는 경우, 피치(d), 나선 각(α) 및 나사산 각의 절반(β)은 온도의 변화에 대응하도록 설계된다. 즉, 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 피치를 감소시킴으로써 그리고/또는 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 나선 각을 증가시킴으로써 그리고/또는 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 나사산 각의 절반을 감소시킴으로써, 표면 열전달 계수(h)는 간접적으로 조정되고, 이는 표면 열전달 계수(h)가 전체 가스 유동 통로에서 점진적으로 증가되고 도 7의 점선 위의 선분에 의해 도시된 변화 경향을 갖도록 한다. 즉, 표면 열전달 계수는 가스 유동 입구에서 h이고, 가스 유동 출구에서 hi까지 증가되어, 가스 유동 입구와 가스 유동 출구 사이에 ho-hi의 차가 존재하게 된다. 그러므로, 가스 유동 통로의 전체 열 교환 처리에 있어서, 가스 유동과 가열된 환형 부품의 표면 사이의 온도 차의 감소는 표면 열전달 계수의 점진직인 증가에 의해 보상되는데, 즉 식 (1)의 (T-Tw)가 감소되는 경우에도, 표면 열전달 계수(h)가 대응하여 증가함으로써, 열 교환 처리의 처음과, 끝과, 도중에서 대략 균일한 열교환율(φ)을 얻는다.
따라서, 본 실시예에서, 환형 부품(4)은 전체 가스 유동 통로에서 균일하게 가열되고, 종래 기술에서의 온도 차로 인한 열 응력에 의해 발생되는 환형 부품(4)의 비대칭적인 변형 및 뒤틀림 현상이 회피된다.
또한, 본 출원에 따른 피치(d), 나선 각(α) 및 나사산 각의 절반(β)의 변화 규칙은 위 형태로 제한되지 않고 실제적인 가열 환경에 따라 유연하게 설정될 수 있는데, 즉 피치(d), 나선 각(α) 및 나사산 각의 절반(β) 중 임의의 하나 이상은 표면 열전달 계수 및 가스 유동 통로 내의 가스 유동의 온도의 변화 경향이 서로 반대가 되는 것을 허용하도록 변화된다. 이러한 방식에서, 열교환율(φ)은 표면 열전달 계수(h)를 간접적으로 조정함으로써 제어된다.
그러므로, 세 개의 파라미터 중 하나 이상을 조정함으로써, 가스 유동 통로의 온도의 변화에 의해 유발되는 비균일 가열이 조정된다. 예를 들어, 가스 유동 가열기(1)가 환형 공동 내측에 제공되는 경우에는, 온도의 변화는 가스 유동 입구(301)로부터 가스 유동 출구(302)까지 단순하게 저하되지만, 가스 유동 통로의 온도가 처음에는 증가하고 그 후에 저하되는 상황이 있을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 피치(d), 나선 각(α), 및 나사산 각의 절반(β) 중 임의의 하나 이상이 가스 유동 통로 내의 가스 유동의 온도의 변화를 보상하도록 대응하여 변화될 수 있다.
안내용 나선형 리브 구조부(5)의 피치(d), 나선 각(α), 및 나사산 각의 절반(β)의 특정 설계 방법과 관련하여, 시뮬레이션 시험을 통해 수치적 열전달 모드를 수립함으로써 시뮬레이션 및 계산이 실행될 수 있으며, 이는 이하에서 더 상세하게 기술되지 않는다.
본 실시예에서, 안내용 나선형 리브 구조부가 환형 공동에 제공되고, 세 개의 파라미터, 즉 안내용 나선형 리브 구조부(5)의 피치(d), 나선 각(α), 및 나사산 각의 절반(β) 중 하나 이상이 표면 열전달 계수(h)를 조정하고 추가로 환형 부품의 가열 조건을 조정하기 위해서 조정되는 기술적 아이디어가 제안되며, 이러한 아이디어는 종래의 대형 가열 장치의 기술 분야에서 제기된 적이 없다. 본 출원의 실시예에서, 열전달 이론은 충분히 이용되며 특정 유동 안내 구조부 설계가 통합된다. 전체 가스 유동 통로에서, 환형 부품의 열 교환 효율 및 가열 균일성이 현저하게 개선될 수 있도록 가스 유동의 유동 조건은 합리적으로 조정되고 열 교환 조건은 정확하게 조정 및 제어되며, 이 지점에서 본 출원은 선구적인 중요성을 갖는다.
제4 실시예
위 실시예들에서, 본 출원에 따른 가열 장치가 상세하게 기술되었고, 또한 가열 장치의 환형 공동이 별개의 부품으로서 적용되었으며, 환형 공동은 또한 기술적인 해결책이며, 이 해결책의 보호가 본 출원에 의해 요청된다.
본 출원에 따른 가열 장치의 환형 공동은 도 3, 도 4 및 도 5에 도시되어 있으며, 환형 공동은 가열되는 환형 부품을 수용하도록 구성되고, 환형 공동의 외벽은 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구를 갖는다.
본 실시예에 따른 가열 장치의 환형 공동은 이하의 기술적인 효과를 갖는다.
1) 종래 기술의 가열 노의 노 공동과 비교하여, 환형 부품에 의해 둘러싸이는 중심 영역의 가스 유동의 유동 순환 통로가 본 출원에 따라 환형 공동 내에서 절약되고, 가스 유동 통로는 환형 부품 부근에 집중될 수 있어, 열 교환이 더 효율적이 되도록 할 수 있고 열 에너지의 낭비를 감소시킨다.
2) 종래 기술의 가열 노와 비교하여, 노 공동의 몸체를 제조하는데 소비되는 재료가 감소되어, 제조 비용이 감소된다.
추가로, 안내 부재가 환형 공동 내에 제공될 수 있고, 안내 부재는 가스 유동이 환형 부품의 표면을 따라 균일하게 이동할 수 있게 한다. 환형 공동 내에 안내 부재를 제공함으로써, 가스 유동의 유동 방식이 제어되어, 환형 부품이 균일하게 가열될 수 있게 하며, 가열 효율을 개선시킨다.
바람직하게는, 안내 부재는 안내용 나선형 리브 구조부로서 구현된다. 안내용 나선형 리브 구조부를 제공함으로써, 환형 공동 안으로 진입하는 고온 공기 유동의 궤적은 환형 부품 주위의 나선형 파이프 형상 이동으로 변화되어, 환형 부품이 더 효율적으로 그리고 균일하게 가열될 수 있다.
환형 공동 및 그 안내용 나선형 리브 구조부는 위 실시예에서 충분히 예시되었기 때문에, 위 실시예에서의 환형 공동과 관련한 내용 모두는 본 실시예의 환형 공동에 관한 내용으로서 간주될 수 있으며, 본 실시예의 환형 공동에 대해서는 이하에서 상세하게 기술하지 않는다.
본 출원에 따른 환형 부품의 가열 장치는 위 실시예에서 상세하게 기술된다. 본 출원의 실시예에 따른 환형 부품을 위한 가열 장치 및 가열 장치의 환형 공동은, 이들로 제한되는 것은 아니지만 원형 링 형상 부품, 타원형 환형 부품, 직사각형 환형 부품, 및 삼각형 환형 부품 등을 포함하는 다양한 종류의 환형 부품을 가열하기 위해 사용될 수 있고, 대응하여 환형 공동은 위의 다양한 환형 형상으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 본 출원의 실시예에 따른 가열 장치는 대형 베어링 타입 부품을 가열하는데 적합하다. 또한, 환형 공동의 단면 역시 원 형상으로 제한되지 않으며 환형 부품의 형상에 대응하는 임의의 형상으로 구성될 수 있다.
본 출원을 실시예를 참고하여 나타내고 기술하였지만, 통상의 기술자는 청구항에 의해 규정되는 본 출원의 사상 및 범위 내에서 이들 실시예에 대해 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (21)

  1. 고온 가스 유동을 통해 환형 부품을 가열하도록 구성되는 환형 부품을 위한 가열 장치이며, 가스 유동 가열기, 외풍 팬, 및 환형 부품을 수용하도록 구성되는 환형 공동을 포함하고, 환형 공동의 외벽은 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구를 갖고, 가스 유동 가열기는 가스 유동을 가열하며, 외풍 팬은 가스 유동이 가스 유동 입구 안으로 진입되고, 환형 공동 내의 가스 유동 통로를 통과하며, 가스 유동 출구를 통해 배출될 수 있게 하는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 안내 부재가 환형 공동에 제공되며, 안내 부재는 가스 유동을 환형 부품의 표면을 따라 이동하게 안내하도록 구성되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  3. 제2항에 있어서, 안내 부재는 안내용 나선형 리브 구조부인, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서, 가스 유동 가열기는 가스 유동이 환형 공동 내의 가스 유동 통로 안으로 진입하기 전에 가스 유동을 가열하는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    안내용 나선형 리브 구조부의 피치가 가스 유동 입구로부터 가스 유동 출구까지 감소되고, 그리고/또는
    안내용 나선형 리브 구조부의 나선 각이 가스 유동 입구로부터 가스 유동 출구까지 증가되며, 그리고/또는
    안내용 나선형 리브 구조부의 나사산 각의 절반이 가스 유동 입구로부터 가스 유동 출구까지 감소되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  6. 제3항에 있어서, 안내용 나선형 리브 구조부의 피치, 나선 각, 및 나사산 각의 절반 중 임의의 하나 이상은 표면 열전달 계수의 변화 경향이 가스 유동 통로 내의 가스 유동의 온도의 변화 경향과 반대가 되도록 변화되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  7. 제3항에 있어서, 안내용 나선형 리브 구조부는 환형 공동의 내벽에 일체로 형성되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  8. 제3항에 있어서, 환형 공동 내에서, 동일한 길이를 갖는 두 개의 가스 유동 통로가 가스 유동 입구와 가스 유동 출구 사이에 형성되고, 두 개의 가스 유동 통로의 안내용 나선형 리브 구조부는 축을 중심으로 대칭이며, 대칭 축은 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구가 존재하는 직선형 라인인, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  9. 제1항에 있어서, 환형 공동은 상위 환형 공동 및 하위 환형 공동을 결합시킴으로써 형성되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상위 환형 공동은 복수의 상위 환형 공동 유닛을 결합시킴으로써 형성되고, 하위 환형 공동은 복수의 하위 환형 공동 유닛을 결합시킴으로써 형성되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  11. 제1항에 있어서, 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구는 환형 공동의 내측 링의 외벽에 배치되고, 가스 유동 가열기 및 외풍 팬은 환형 공동의 내측에 배치되며, 폐쇄된 가스 유동 순환 통로가 가스 유동 입구와, 환형 공동의 내측 공동과, 가스 유동 출구와, 외풍 팬과, 가스 유동 가열기 사이에 형성되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  12. 제11항에 있어서, 환형 공동 내에서, 동일한 길이를 갖는 두 개의 가스 유동 통로가 가스 유동 입구와 가스 유동 출구 사이에 형성되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  13. 제11항에 있어서, 가스 유동은 공기 유동이며, 공기 필터가 가스 유동 출구에 제공되는, 환형 부품을 위한 가열 장치.
  14. 가열 장치의 환형 공동이며, 환형 공동은 가열되는 환형 부품을 수용하도록 구성되고, 환형 공동의 외벽은 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구를 갖는, 가열 장치의 환형 공동.
  15. 제14항에 있어서, 안내 부재가 환형 공동 내측에 제공되고, 안내 부재는 가스 유동을 환형 부품의 표면을 따라 균일하게 이동하게 안내하도록 구성되는, 가열 장치의 환형 공동.
  16. 제15항에 있어서, 안내 부재는 안내용 나선형 리브 구조부인, 가열 장치의 환형 공동.
  17. 제16항에 있어서,
    안내용 나선형 리브 구조부의 피치가 가스 유동 입구로부터 가스 유동 출구까지 감소되고, 그리고/또는
    안내용 나선형 리브 구조부의 나선 각이 가스 유동 입구로부터 가스 유동 출구까지 증가되며, 그리고/또는
    안내용 나선형 리브 구조부의 나사산 각의 절반이 가스 유동 입구로부터 가스 유동 출구까지 감소되는, 환형 부품의 환형 공동.
  18. 제17항에 있어서, 안내용 나선형 리브 구조부의 피치, 나선 각, 및 나사산 각의 절반 중 임의의 하나 이상은 표면 열전달 계수의 변화 경향이 가스 유동 통로 내의 가스 유동의 온도의 변화 경향과 반대가 되게 하도록 변화되는, 환형 부품의 환형 공동.
  19. 제16항에 있어서, 환형 공동 내에서, 동일한 길이를 갖는 두 개의 가스 유동 통로가 가스 유동 입구와 가스 유동 출구 사이에 형성되고, 두 개의 가스 유동 통로의 안내용 나선형 리브 구조부는 축을 중심으로 대칭이며, 대칭 축은 가스 유동 입구 및 가스 유동 출구가 존재하는 직선형 라인인, 환형 부품의 환형 공동.
  20. 제14항에 있어서, 환형 공동은 상위 환형 공동 및 하위 환형 공동을 결합시킴으로써 형성되는, 환형 부품의 환형 공동.
  21. 제20항에 있어서, 상위 환형 공동은 복수의 상위 환형 공동 유닛을 결합시킴으로써 형성되고, 하위 환형 공동은 복수의 하위 환형 공동 유닛을 결합시킴으로써 형성되는, 환형 부품의 환형 공동.
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