KR20170136815A - Single structure type superconducting dc induction heating apparatus - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a superconducting direct current (DC) induction heating device of a single support structure type. According to an embodiment of the present invention, the superconducting DC induction heating device comprises: a superconducting magnet symmetrically positioned at a predetermined distance around a heating object member, and generating a magnetic field in accordance with the applied DC current; a movable member penetrating the inside of the superconducting magnet, and moved to a direction facing the heating object member to induce the generated magnetic field to the heating object member; a rotating unit connected to the heating object member through a rotary shaft to rotate the heating object member; and a single support unit for supporting the superconducting magnet and the movable member to minimize leakage of the generated magnetic field through a support structure having a single structure shape and connected to the movable member. A leakage of a magnetic field is minimized.

Description

단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치{SINGLE STRUCTURE TYPE SUPERCONDUCTING DC INDUCTION HEATING APPARATUS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a superconducting direct current (DC)

본 발명은 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동형 부재와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조를 통해 자기장의 누설이 최소가 되도록 초전도 직류 유도가열로를 지지하는, 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a single support structure superconducting DC induction heating apparatus, and more particularly, to a single support structure superconducting DC induction heating apparatus which supports a superconducting DC induction heating furnace so as to minimize leakage of a magnetic field through a support structure having a single structure, To a support structure type superconducting direct current induction heating apparatus.

초전도체는 극저온에서 전기적 저항이 '0'(zero)이 되는 소자이다. 이는 기존의 구리(cu) 도체와 비교했을 때 고자장, 저손실, 그리고 소형화라는 이점을 제공하기 때문에, 이미 다양한 응용 분야에 활용되고 있다.A superconductor is an element whose electrical resistance becomes '0' at a cryogenic temperature. It has already been used in a variety of applications because it offers advantages of high magnetic field, low loss, and miniaturization compared to conventional copper (cu) conductors.

초전도 자석은 이러한 초전도체를 이용하여 만든 자석이다. 초전도 자석은 MRI, NMR, 입자가속기, 자기분리장치 등에 사용되어 효율과 성능을 향상시킨다. 또한, 전력 케이블과 초전도 변압기, 초전도 모터 등과 같이 산업 전반에 걸쳐 그 응용기술이 지속적으로 연구되고 있다. 응용분야 중의 하나로서 철강 산업분야에 적용되기도 한다. 철강 산업분야에서는 대용량 유도가열장치에 대한 연구 개발이 활발하다.Superconducting magnets are magnets made from these superconductors. Superconducting magnets are used in MRI, NMR, particle accelerators, and magnetic separators to improve efficiency and performance. In addition, application techniques are continuously being studied throughout the industry such as power cables, superconducting transformers, and superconducting motors. It is applied to the steel industry as one of the application fields. In the steel industry, research and development of large-capacity induction heating devices is active.

유도가열장치를 위한 가열방식은 AC 유도가열과 DC 유도가열로 구분할 수 있다. The heating method for the induction heating device can be classified into AC induction heating and DC induction heating.

AC 유도가열은 시변 자기장을 생성하기 위해 구리 자석에 AC 전류를 인가하는 방식이다. 하지만, AC 유도가열은 구리 자석을 사용하기 때문에 그 구리 자석의 저항에 의한 발열로 시스템 전체 에너지 효율이 50 ~ 60% 정도밖에 되지 않는다. 따라서 구리 자석 대신 초전도 자석을 사용하기도 한다. 이는 에너지 변환 효율을 향상시키기 위함이다. AC induction heating is a method of applying an AC current to a copper magnet to generate a time-varying magnetic field. However, since AC induction heating uses copper magnets, the total energy efficiency of the system is only about 50 to 60% due to the heat generated by the resistance of the copper magnets. Therefore, superconducting magnets are used instead of copper magnets. This is to improve energy conversion efficiency.

그렇지만, 통산 초전도 자석의 재료가 되는 초전도 선재는 교류전류의 통전 하에서 자화손실이 발생하는 단점이 있다. 이는 극저온 운전환경에서 초전도 상태를 유지하기 위한 냉각이 반드시 필요함을 의미한다. 그렇기 때문에 냉각장치의 설비 비용과 함께 운전비용이 증대되는 문제점이 있다.However, there is a disadvantage in that magnetization loss occurs in the superconducting wire as the material of the superconducting magnet, when the alternating current is applied. This means that cooling is necessary to maintain the superconducting state in a cryogenic operating environment. Therefore, there is a problem that the operation cost is increased together with the facility cost of the cooling apparatus.

반면, DC 유도가열은 초전도 자석에 DC 전류를 인가하여 균일한 자기장을 발생시키고 상기 자기장 내에서 제품을 모터로 강제회전시켜 가열하는 방식이다. 이러한 DC 유도가열은 DC 전류를 사용하여 초전도 자석의 열 손실을 발생시키지 않으면서도 유도가열장치의 전체 시스템 효율을 90% 이상 향상시킬 수 있다는 이점을 가진다. 또한, 초전도 자석에서 발생하는 자기장의 제곱에 비례하여 에너지가 전달되기 때문에 가열 대상 제품에 대한 가열 시간을 단축할 수 있어 생산성이 더욱 향상되는 이점이 있다.On the other hand, DC induction heating is a method of applying a DC current to a superconducting magnet to generate a uniform magnetic field and forcing the product to rotate in the magnetic field by a motor. This DC induction heating has the advantage that the overall system efficiency of the induction heating apparatus can be improved by 90% or more without causing the heat loss of the superconducting magnet by using the DC current. Since the energy is transmitted in proportion to the square of the magnetic field generated in the superconducting magnet, the heating time for the heating target product can be shortened and the productivity can be further improved.

이에 유도가열장치는 DC 유도 가열방식이 많이 적용되고 있으며, 아울러 DC 유도 가열방식을 위한 초전도 자석으로서 레이스트랙 타입의 초전도 자석이 많이 사용되고 있다.The DC induction heating method has been widely applied to induction heating apparatuses. Race track type superconducting magnets have been widely used as superconducting magnets for DC induction heating.

도 1은 레이스 트랙 타입의 초전도 코일을 설명하기 위한 설명도이다.Fig. 1 is an explanatory view for explaining a racetrack-type superconducting coil. Fig.

도 1을 보면, 중앙에 가열 대상 제품(1)이 위치하고, 그 가열 대상 제품(1)의 측면에 레이스 트랙 타입 형상의 초전도 자석(10)이 위치하고 있다. 초전도 자석(10)은 가열 대상 제품(1)의 측면에 서로 대칭되도록 한 쌍으로 제공된다. 1, the object 1 to be heated is placed at the center, and a superconducting magnet 10 of a racetrack type is placed on the side of the object 1 to be heated. The superconducting magnets 10 are provided in a pair so as to be symmetrical to each other on the side of the object 1 to be heated.

이와 같은 가열 대상 제품(1) 및 초전도 자석(10)은 극저온 용기에 수납된 상태에서 가열 대상 제품(1)을 회전시키고 초전도 자석(10)에 DC 전류를 공급함으로써 자기장을 획득하게 된다. The object 1 to be heated and the superconducting magnet 10 are accommodated in a cryogenic container and the magnetic field is obtained by rotating the object 1 to be heated and supplying a DC current to the superconducting magnet 10.

하지만, 주지된 바와 같이 초전도 자석(10)의 재료로 사용되는 초전도 선재는 그 가격이 매우 비싸다. 따라서 이를 이용하여 유도가열장치를 제조할 경우 초전도 선재의 구입 비용만큼 유도가열장치의 제조 비용이 증가할 수밖에 없다. 그렇기 때문에, 동일한 조건에서 초전도 선재를 더 적게 사용하더라도 원하는 용량의 유도가열장치를 제조하는 방안이 모색되고 있다. 이에 상기의 레이스 트랙 타입의 초전도 자석(10)의 형상이 작은 크기에서도 많은 자기장을 발생시키도록 형상을 특정하는 방안이 모색된 바 있다. However, as is well known, the superconducting wire used as the material of the superconducting magnet 10 is very expensive. Therefore, when the induction heating apparatus is manufactured by using the same, the manufacturing cost of the induction heating apparatus is increased as much as the cost of purchasing the superconducting wire. Therefore, even if the superconducting wire is used under the same conditions, a method of manufacturing an induction heating apparatus of a desired capacity is being sought. Accordingly, a method has been sought to specify the shape of the superconducting magnet 10 to generate a large magnetic field even when the shape of the superconducting magnet 10 of the race track type is small.

그러나 레이스 트랙 타입의 초전도 자석(10)보다 동일한 사이즈로 제조되더라도 더 많은 자기장을 발생시킬 수 있다면 초전도 선재의 구입 비용과 함께 유도 가열 장치의 제조 비용도 절감할 수 있을 것이다. 즉, 가격이 비싼 초전도 선재를 더 적게 사용하면서도 원하는 용량을 제공할 수 있는 유도가열장치가 절실히 필요한 상황이다.However, even if the superconducting magnet 10 is manufactured to have the same size as the racetrack type superconducting magnet 10, it is possible to reduce the manufacturing cost of the induction heating apparatus as well as the cost of the superconducting wire if the more magnetic field can be generated. That is, an induction heating apparatus that can provide a desired capacity while using less expensive superconducting wire is desperately needed.

대한민국 등록특허공보 제10-1468312호(2014.11.26. 등록)Korean Registered Patent No. 10-1468312 (Registered on November 26, 2014)

본 발명의 실시 예들은 단일 지지구조형 적용하여 가격이 비싼 초전도 선재를 더 적게 사용하여 원하는 용량의 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a single support structure type superconducting DC induction heating apparatus of a desired capacity by using a single support structure type and using less expensive superconducting wire.

구체적으로 살펴보면, 본 발명의 실시 예들은 가열 대상 부재를 중심으로 기설정된 거리만큼 서로 대칭되게 위치한 초전도 자석과 초전도 자석의 내부를 관통하면서 이동하는 이동형 부재를 이동형 부재와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조를 통해 지지함으로써, 자기장의 누설이 최소가 되도록 초전도 직류 유도가열로를 지지할 수 있는, 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치를 제공하고자 한다.Specifically, embodiments of the present invention include a superconducting magnet disposed symmetrically with respect to a heating target member at a predetermined distance, and a movable member moving through the interior of the superconducting magnet, Structure supporting the superconducting DC induction heating furnace so as to minimize leakage of the magnetic field by supporting the superconducting DC induction heating furnace through the structure.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 가열 대상 부재를 중심으로 기설정된 거리만큼 서로 대칭되게 위치하고, 인가되는 직류 전류에 따라 자기장을 발생시키는 초전도 자석; 상기 초전도 자석의 내부를 관통하면서 상기 가열 대상 부재와 서로 마주보는 방향으로 이동하여 상기 발생된 자기장을 상기 가열 대상 부재에 유도시키는 이동형 부재; 상기 가열 대상 부재와 회전축을 통해 연결되어 상기 가열 대상 부재를 회전시키는 회전부; 및 상기 이동형 부재와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조를 통해 상기 발생된 자기장의 누설이 최소가 되도록 상기 초전도 자석 및 상기 이동형 부재를 지지하는 단일 지지부를 포함하는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치가 제공될 수 있다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a superconducting magnet which is positioned symmetrically with respect to a heating target member by a predetermined distance and generates a magnetic field in accordance with an applied direct current; A movable member that penetrates the inside of the superconducting magnet and moves in a direction opposite to the heating target member to guide the generated magnetic field to the heating target member; A rotation unit connected to the heating target member via a rotation shaft to rotate the heating target member; And a single support structure for supporting the superconducting magnet and the movable member such that leakage of the generated magnetic field is minimized through a support structure having a single structure connected to the movable member, Can be provided.

상기 이동형 부재는 상기 가열 대상 부재와 서로 마주보는 방향으로 이동하여 상기 가열 대상 부재의 중심 자기장이 최대가 되는 상기 가열 대상 부재와의 간격으로 조절될 수 있다.The movable member may be moved in a direction opposite to the heating target member and adjusted to a distance between the heating target member and the heating target member having a maximum center magnetic field of the heating target member.

상기 이동형 부재는 기설정된 운전 전류의 범위 중에서 어느 하나의 운전 전류값인 경우, 상기 가열 대상 부재의 중심 자기장이 최대가 되는 상기 가열 대상 부재와의 간격으로 조절될 수 있다.The movable member may be adjusted to an interval between the heating target member and the heating target member at which the center magnetic field of the heating target member becomes the maximum when the movable member has any one of the predetermined operating current values.

상기 초전도 자석은 원형 형상 또는 레이스 트랙 형상일 수 있다.The superconducting magnet may have a circular shape or a race track shape.

상기 단일 지지부는 초전도 자석의 한쪽 극에서 발생된 모든 자기장이 상기 단일 지지부를 통해 초전도 자석의 다른쪽 극으로 들어가도록 단일 자기장 통로를 형성할 수 있다.The single support may form a single magnetic field passage such that all magnetic fields generated at one pole of the superconducting magnet enter the other pole of the superconducting magnet through the single support.

상기 단일 지지부는 단일 지지판이 높이 차를 갖도록 형성된 단일 지지판 구조로 이루어지고, 상기 단일 지지판 중에서 최상위층의 지지판이 제1 및 제2 이동형 부재로 이루어진 이동형 부재와 각각 연결될 수 있다.The single support portion may have a single support plate structure in which a single support plate has a height difference, and the uppermost support plate of the single support plate may be respectively connected to the movable member composed of the first and second moveable members.

상기 단일 지지판은 높이 차가 형성된 단일 지지판 구조에서 최상위층에서 하위층으로 내려갈수록 지지판의 크기가 순차적으로 증가할 수 있다.In the single support plate structure in which the height difference is formed, the size of the support plate may gradually increase from the uppermost layer to the lower layer.

상기 장치는, 상기 가열 대상 부재가 회전축을 통해 회전되도록 상기 회전축을 파지하는 파지하는 파지부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a gripping portion for gripping the rotation shaft so that the heating target member is rotated through the rotation shaft.

상기 이동형 부재는 상기 초전도 자석에 의해 자화되어 자성을 지니는 재질로 이루어지고, 상기 단일 지지부는 상기 이동형 부재와 동일한 재질이거나, 상기 이동형 부재가 갖는 기설정된 자성 범위를 만족하는 재질로 이루어질 수 있다.The movable member may be made of a material magnetized by the superconducting magnet and having magnetism, and the single support may be made of the same material as the movable member, or may be made of a material satisfying a preset magnetic range of the movable member.

본 발명의 실시 예들은 단일 지지구조형 적용하여 가격이 비싼 초전도 선재를 더 적게 사용하여 원하는 용량의 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치를 제공할 수 있다.Embodiments of the present invention can provide a single support structure type superconducting DC induction heating apparatus of a desired capacity by using a single support structure type and using less expensive superconducting wire.

구체적으로 살펴보면, 본 발명의 실시 예들은 가열 대상 부재를 중심으로 기설정된 거리만큼 서로 대칭되게 위치한 초전도 자석과 초전도 자석의 내부를 관통하면서 이동하는 이동형 부재를 이동형 부재와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조를 통해 지지함으로써, 자기장의 누설이 최소가 되도록 초전도 직류 유도가열로를 지지할 수 있다.Specifically, embodiments of the present invention include a superconducting magnet disposed symmetrically with respect to a heating target member at a predetermined distance, and a movable member moving through the interior of the superconducting magnet, Structure, it is possible to support the superconducting DC induction heating furnace so that the leakage of the magnetic field is minimized.

이에 따라, 본 발명의 실시 예들은 초전도 직류 유도가열 장치에 단일구조형 지지구조를 적용하여 단일구조형 지지구조를 적용하지 않은 초전도 직류 유도가열 장치가 목표하는 자기장보다 약 20% 이상의 자기장을 향상시킬 수 있다.Accordingly, embodiments of the present invention can improve a magnetic field of about 20% or more higher than a target magnetic field by applying a single structure supporting structure to a superconducting DC induction heating apparatus and not using a single structure supporting structure .

또한, 본 발명의 실시 예들은 단일구조형 지지구조를 초전도 직류 유도가열로는 모든 형상의 자석에 대하여 적용가능하고 외부로 누설되는 자기장을 차단할 수 있다.In addition, embodiments of the present invention can apply a single structure supporting structure to a magnet of all shapes in superconducting direct current induction heating, and can block a magnetic field leaked to the outside.

따라서 본 발명의 실시 예들은 실제 목표자장을 발생시키기 위한 초전도 선재 사용량을 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 20% 이상의 원가를 절감할 수 있다.Therefore, the embodiments of the present invention can reduce the amount of superconducting wire used to generate the actual target magnetic field, thereby reducing the cost by 20% or more.

도 1은 레이스 트랙 타입의 초전도 코일을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치의 구성도이다.
도 4는 단일 구조형상을 적용하지 않고 설계된 초전도 직류 유도가열 장치에서의 자기장 분포특성에 대한 결과도이다.
도 5는 단일 구조형상을 적용하지 않고 설계된 초전도 직류 유도가열 장치에서의 운전전류에 따른 금속빌렛 중심의 자기장 특성 커브에 대한 결과도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치에서의 자기장 분포특성에 대한 결과도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치에서의 운전전류에 따른 금속빌렛 중심의 자기장 특성 커브에 대한 결과도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치에서의 자기장 분포 및 자로형성 특성에 대한 결과도이다.Fig. 1 is an explanatory view for explaining a racetrack-type superconducting coil. Fig.
FIGS. 2 and 3 are block diagrams of a single support structure superconducting DC induction heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a plot of the magnetic field distribution characteristics in a superconducting DC induction heating apparatus designed without applying a single structure shape.
FIG. 5 is a graph showing a magnetic field characteristic curve of a metal billet according to an operating current in a superconducting DC induction heating apparatus designed without applying a single structure shape. FIG.
FIG. 6 is a result of magnetic field distribution characteristics in a superconducting DC induction heating apparatus having a single structure supporting structure according to an embodiment of the present invention. FIG.
7 is a graph showing a magnetic field characteristic curve of a metal billet center according to an operation current in a superconducting DC induction heating apparatus having a single structure supporting structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram of magnetic field distribution and magnetic path formation characteristics in a superconducting DC induction heating apparatus having a single structure supporting structure according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention will be described in detail with reference to the portions necessary for understanding the operation and operation according to the present invention. In describing the embodiments of the present invention, description of technical contents which are well known in the art to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In describing the constituent elements of the present invention, the same reference numerals may be given to constituent elements having the same name, and the same reference numerals may be given to different drawings. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to the embodiment, or does not mean that it has the same function in different embodiments, and the function of each component is different from that of the corresponding embodiment Based on the description of each component in FIG.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치의 구성도이다.FIGS. 2 and 3 are block diagrams of a single support structure superconducting DC induction heating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치(100)는 초전도 자석(110), 이동형 부재(120), 회전부(130), 파지부(140) 및 단일 지지부(150)를 포함한다.2 and 3, a single support structure superconducting DC induction heating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a superconducting magnet 110, a movable member 120, a rotation unit 130, 140 and a single support 150.

본 발명의 실시 예는 단일 구조형 지지구조를 초전도 직류 유도가열 장치(100)에 적용하여 이동형 부재(120)와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조를 통해 지지함으로써, 자기장의 누설이 최소가 되도록 초전도 직류 유도가열로를 지지할 수 있도록 하는데 기술적 특징이 있다.Embodiments of the present invention include a single structure support structure that is applied to a superconducting DC induction heating apparatus 100 and supported through a support structure having a single structure shape that is respectively connected to the movable member 120 so that the leakage of the magnetic field is minimized, DC induction heating furnace.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 직류 유도가열 장치(100)는 직류(DC) 유도가열 장치를 말하고 있다. 초전도 직류 유도가열 장치(100)는 균일한 자장 내에서 가열 대상 부재를 회전시켜 원하는 온도까지 가열하는 장치를 말한다. 상기 균일한 자장은 초전도 자석에 DC 전류가 공급되면 얻을 수 있고, 초전도 자석에서 발생하는 자기장이 클수록 더 큰 에너지 전달이 가능해진다. 물론 자기장은 초전도 자석에 흐르는 전류, 턴 수, 코일의 개수에 비례하여 증가하고 가열 대상 부재와의 거리에 반비례하여 감소한다. 따라서 초전도 자석과 가열 대상 부재와의 거리가 가까울수록 더 큰 자기장을 얻을 수 있고 전달 가능한 에너지가 크게 되는 것이다.The superconducting DC induction heating apparatus 100 according to the embodiment of the present invention refers to a direct current (DC) induction heating apparatus. The superconducting DC induction heating apparatus 100 refers to a device that heats a heating target member to a desired temperature in a uniform magnetic field. The uniform magnetic field can be obtained when a DC current is supplied to the superconducting magnet, and the larger the magnetic field generated in the superconducting magnet, the greater the energy transfer becomes. Of course, the magnetic field increases in proportion to the current flowing through the superconducting magnet, the number of turns, and the number of coils, and decreases in inverse proportion to the distance to the heating target member. Therefore, the closer the distance between the superconducting magnet and the heating target member is, the larger the magnetic field can be obtained and the energy transferable becomes larger.

이에 따라, 본 발명의 실시 예는 가열 대상 부재가 항상 가장 높은 자장 값을 유지하면서도 자기장의 누설이 최소가 되도록 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치(100)를 제공하고자 한다.Accordingly, the embodiment of the present invention intends to provide a superconducting DC induction heating apparatus 100 having a single structure supporting structure such that the heating object member always maintains the highest magnetic field value and minimizes leakage of the magnetic field.

이하, 도 2의 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, the specific configuration and operation of each component of the single support structural superconducting DC induction heating apparatus 100 of FIG. 2 will be described.

초전도 자석(110)은 가열 대상 부재를 중심으로 기설정된 거리만큼 서로 대칭되게 위치한다. 초전도 자석(110)은 인가되는 직류 전류에 따라 자기장을 발생시킨다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는 초전도 자석(110)의 형상이 레이스 트랙 형상에 한정되지 않고, 원형 형상 등 다른 형상의 초전도 자석이 적용될 수 있다. 즉, 초전도 자석(110)은 원형 형상 또는 레이스 트랙 형상일 수 있으며, 특정 형상으로 한정되지 않는다. The superconducting magnets 110 are positioned symmetrically with each other by a predetermined distance about the heating target member. The superconducting magnet 110 generates a magnetic field in accordance with the applied direct current. Here, in the embodiment of the present invention, the shape of the superconducting magnet 110 is not limited to the shape of the race track, but a superconducting magnet having a different shape such as a circular shape can be applied. That is, the superconducting magnet 110 may have a circular shape or a race track shape, and is not limited to a specific shape.

이동형 부재(120)는 초전도 자석(110)의 내부를 관통하면서 가열 대상 부재와 서로 마주보는 방향으로 이동한다. 이에 따라, 이동형 부재(120)는 발생된 자기장을 가열 대상 부재에 유도시킨다. 일례로, 이동형 부재(120)는 금속 빌렛으로 이루어질 수 있다.The movable member 120 moves in a direction opposite to the heating object member while passing through the inside of the superconducting magnet 110. [ Thus, the movable member 120 induces the generated magnetic field to the heating target member. In one example, the movable member 120 may comprise a metal billet.

여기서, 이동형 부재(120)는 가열 대상 부재와 서로 마주보는 방향으로 이동하여 가열 대상 부재의 중심 자기장이 최대가 되는 가열 대상 부재와의 간격으로 조절될 수 있다.Here, the movable member 120 can be adjusted to a distance between the heating target member and the heating target member which moves in a direction opposite to the heating target member and has a maximum central magnetic field of the heating target member.

회전부(130)는 가열 대상 부재와 회전축을 통해 연결되어 가열 대상 부재를 회전시킨다.The rotation unit 130 is connected to the object to be heated via the rotation shaft to rotate the object to be heated.

파지부(140)는 가열 대상 부재가 회전축을 통해 회전되도록 회전축을 파지한다.The gripping portion 140 grips the rotation shaft so that the heating target member is rotated through the rotation shaft.

단일 지지부(150)는 이동형 부재(120)와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조를 통해 초전도 자석(110)에서 발생된 자기장의 누설이 최소가 되도록 이동형 부재(120)를 지지한다.The single support 150 supports the movable member 120 such that the leakage of the magnetic field generated in the superconducting magnet 110 is minimized through the support structure having a single structure connected to the movable member 120, respectively.

여기서, 단일 지지부(150)는 초전도 자석(110)의 한쪽 극에서 발생된 모든 자기장이 이동형 부재(120) 및 단일 지지부(150)를 통해 초전도 자석(110)의 다른쪽 극으로 들어가도록 단일 자기장 통로를 형성한다. Here, the single support part 150 is formed so that all the magnetic fields generated at one pole of the superconducting magnet 110 enter the other pole of the superconducting magnet 110 through the movable member 120 and the single support part 150, .

단일 지지부(150)는 초전도 자석(110)의 한쪽 극에서 발생된 모든 자기장 즉, 자속을 외부로 누설 없이 통과시킬 수 있는 기설정된 두께와 크기를 가지고 있다. The single supporter 150 has a predetermined thickness and magnitude to allow all magnetic fields, i.e., magnetic flux, generated at one pole of the superconducting magnet 110 to pass through without leakage.

이와 관련하여, 일반적인 직류 유도 가열로는 자화되지 않는 재질로 이루어져 있는 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 단일 지지부(150)는 자화되는 즉, 자성을 지니는 재질로 이루어진다.In this regard, a general DC induction heating furnace is made of a non-magnetizable material, whereas the single supporter 150 according to an embodiment of the present invention is made of magnetized material.

단일 지지부(150)는 초전도 자석(110)에 의해 자화되어 자성을 지니는 이동형 부재(120)와 동일 재질이거나, 기설정된 자성 범위를 만족하는 유사 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 단일 지지부(150)는 다수의 부재가 결합된 형태가 아닌 하나의 부재로 이루어진 단일 구조를 가질 수 있다. 그러면, 단일 지지부(150)는 자속을 외부로 누설 없이 통과시킬 수 있다. 즉, 이동형 부재(120)는 초전도 자석(110)에 의해 자화되어 자성을 지니는 재질로 이루어지고, 단일 지지부(150)는 이동형 부재(120)와 동일한 재질이거나, 이동형 부재(120)가 갖는 기설정된 자성 범위를 만족하는 재질로 이루어질 수 있다.The single support portion 150 may be made of the same material as the movable member 120 magnetized by the superconducting magnet 110 and having a magnetic property or may be made of a similar material satisfying a predetermined magnetic range. Further, the single support portion 150 may have a single structure composed of one member rather than a plurality of members. Then, the single support 150 can pass the magnetic flux to the outside without leakage. That is, the movable member 120 is made of a material magnetized by the superconducting magnet 110 to have magnetism, and the single support portion 150 may be made of the same material as the movable member 120, And may be made of a material that satisfies the magnetic range.

한편, 단일 지지부(150)는 이동형 부재(120)와 연결되고, 이동형 부재(120)와의 공극을 최소화하는 구조를 가진다. 반면, 두께가 작거나 공극이 조금만 존재하더라도 자속이 누설되어 사용자나 다른 물질의 자기장에 영향을 줄 수 있다. 여기서, 단일 지지부(150)는 초전도 자석(110), 이동형 부재(120), 회전부(130) 등을 지지하되, 이동형 부재(120)와의 연결 부위에 틈이 없이 공극을 최소화하는 단일 구조를 가진다.On the other hand, the single support 150 is connected to the movable member 120 and has a structure that minimizes the gap with the movable member 120. On the other hand, if the thickness is small or if only a small amount of pores are present, magnetic flux may leak and affect the magnetic field of the user or other material. The single support 150 supports the superconducting magnet 110, the movable member 120, the rotation unit 130 and the like, and has a single structure that minimizes voids at a connection portion with the movable member 120 without gaps.

이러한 단일 지지부(150)의 지지 구조의 크기와 공극의 특성을 확인할 수 있도록 해석이 수행되고, 그 타당성을 검증한 결과(자기장 분포특성, 자기장 특성 커브, 자기장 분포 및 자로형성 특성)를 통해 단일 지지부(150)의 형상과 두께 및 크기가 설계되어 있다. 이러한 검증 결과는 도 6 내지 도 8에 나타나 있다.The analysis is performed to confirm the size of the support structure of the single support part 150 and the characteristics of the air gap, and the result of verifying the validity thereof (magnetic field distribution characteristic, magnetic field characteristic curve, magnetic field distribution, The shape, the thickness, and the size of the body 150 are designed. These verification results are shown in Figs.

이와 관련하여, 최근 문제가 되고 있는 자기장에 대한 인체의 영향 등을 정확히 규정할 수 없다. 하지만, 자석을 사용하는 모든 장비에는 자기장이 발생한다. 이를 차폐하기 위한 철 차폐층이 존재해야 하는데, 본 발명의 실시 예에 따른 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치(100)는 추가적인 철 차폐층을 구비하지 않고도, 단일 구조형 지지구조로 이루어져 자기장 차폐의 기능도 동시에 수행할 수 있다. 이는 자기장 해석 모델을 통해 확인될 수 있다.In this regard, the influence of the human body on the magnetic field, which is a recent problem, can not be precisely defined. However, magnetic fields are generated in all equipment using magnets. The single support structure type superconducting DC induction heating apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may have a single structure supporting structure without the additional iron shielding layer, Can also be performed simultaneously. This can be confirmed by the magnetic field analysis model.

이에 대한 자기장 차폐 안전에 대한 기능에 추가하여, 본 발명의 실시 예에 따른 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치(100)는 목적하고자 하는 이동형 부재(120)의 자기장을 향상시킬 수 있다.In addition to its function for magnetic shielding safety, the single support structure superconducting DC induction heating apparatus 100 according to the embodiment of the present invention can improve the magnetic field of the movable member 120 to be aimed.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 초전도 자석(110)은 제1 및 제2 초전도 자석(111 및 112)으로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the superconducting magnet 110 includes first and second superconducting magnets 111 and 112.

초전도 직류 유도가열 장치(100)의 초전도 자석(110)은 한 쌍의 초전도 자석을 포함한다. 일례로, 초전도 자석(110)은 레이스 트랙 타입 형상이다. 물론, 초전도 자석(110)의 타입은 앞서 설명한 바와 같이 레이스 트랙 형상 이외에도 원형 등으로 형성된 초전도 자석이 적용될 수 있다. 이하에서는 한 쌍의 초전도 자석(110)을 제1 초전도 자석(111)과 제2 초전도 자석(112)으로 설명한다.The superconducting magnet (110) of the superconducting DC induction heating apparatus (100) includes a pair of superconducting magnets. For example, the superconducting magnet 110 is in the form of a race track type. Of course, as for the type of the superconducting magnet 110, a superconducting magnet formed in a circular shape or the like may be applied in addition to the shape of the race track as described above. Hereinafter, the pair of superconducting magnets 110 will be described as the first superconducting magnet 111 and the second superconducting magnet 112.

제1 초전도 자석(111)과 제2 초전도 자석(112)은 일정 간격 떨어진 채로 위치한다. 제1 및 제2 초전도 자석(111 및 112)은 가열 대상 부재를 중심으로 기설정된 거리만큼 서로 대칭되게 위치한다. The first superconducting magnet 111 and the second superconducting magnet 112 are spaced apart from each other. The first and second superconducting magnets 111 and 112 are positioned symmetrically with respect to each other by a predetermined distance about the heating target member.

제1 초전도 자석(111)과 제2 초전도 자석(112) 사이에는 가열 대상 부재가 위치한다. 가열 대상 부재는 비 자성체로서 알루미늄, 구리 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 실시 예에 따르면 가열 대상 부재는 원통형으로 형성되며, 금속 빌렛이라 칭하여 설명할 수도 있다. A heating target member is positioned between the first superconducting magnet 111 and the second superconducting magnet 112. The heating target member may be made of a non-magnetic material such as aluminum or copper. According to the embodiment, the member to be heated is formed into a cylindrical shape and can be described as a metal billet.

한편, 이동형 부재(120)는 제1 및 제2 이동형 부재(121 및 122)로 이루어진다. 제1 및 제2 이동형 부재(121 및 122)는 제1 및 제2 초전도 자석(111 및 112)의 내부를 각각 관통하면서 가열 대상 부재와 서로 마주보는 방향으로 이동한다. 여기서, 제1 및 제2 이동형 부재(121 및 122)는 가열 대상 부재와 서로 마주보는 방향으로 이동한다.On the other hand, the movable member 120 is composed of the first and second movable members 121 and 122. The first and second movable members 121 and 122 move in the directions opposite to each other with the heating object member passing through the inside of the first and second superconducting magnets 111 and 112, respectively. Here, the first and second movable members 121 and 122 move in directions opposite to each other with respect to the heating target member.

즉, 가열 대상 부재를 중심으로 서로 대칭되게 이동형 부재(120)가 제공된다. 이동형 부재(120) 역시 한 쌍으로 마련되며, 제1 초전도 자석(111) 측에 제1 이동형 부재(121), 제2 초전도 자석(112) 측에 제2 이동형 부재(122)가 위치하는 것으로 설명한다. 제1 이동형 부재(121) 및 제2 이동형 부재(122)는 서로 동일한 형상 및 사이즈로 형성되며, 실시 예에서는 육면체로 구성됨을 예시하고 있다. 그리고 제1 이동형 부재(121)와 제2 이동형 부재(122)는 가열 대상 부재를 중앙에 두고 서로 대칭되게 위치한다. 또한, 제1 이동형 부재(121)와 제2 이동형 부재(122)의 일부는 제1 초전도 자석(111) 및 제2 초전도 자석(112)의 절개부를 관통하여 위치된다.That is, the movable member 120 is provided symmetrically with respect to the heating target member. The movable member 120 is also provided as a pair and the first movable member 121 is disposed on the first superconducting magnet 111 and the second movable member 122 is disposed on the second superconducting magnet 112 side do. The first movable member 121 and the second movable member 122 are formed in the same shape and size as each other, and in this embodiment, they are formed as a hexahedron. The first movable member 121 and the second movable member 122 are located symmetrically with respect to the heating target member at the center. In addition, a portion of the first movable member 121 and the second movable member 122 are positioned through the incisions of the first superconducting magnet 111 and the second superconducting magnet 112.

또한, 제1 이동형 부재(121)와 제2 이동형 부재(122)는 가열 대상 부재와 접촉된 상태로 도시되고 있지만, 제1 이동형 부재(121)와 제2 이동형 부재(122)는 일 방향으로 이동 가능하게 설치되기 때문에 가열 대상 부재와는 이격 거리가 조정된다. 바람직하게는 이격 거리는 가열 대상 부재의 외형 사이즈에 따라 그 가열 대상 부재가 항상 가장 높은 자장 값을 유지할 수 있는 거리가 된다.Although the first movable member 121 and the second movable member 122 are shown in contact with the heating target member, the first movable member 121 and the second movable member 122 are moved in one direction The spacing distance from the heating target member is adjusted. Preferably, the spacing distance is a distance at which the heating object member can always maintain the highest magnetic field value according to the external size of the heating object member.

한편, 단일 지지부(150)는 제1 및 제2 이동형 부재(121 및 122)와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조로 이루어진다.On the other hand, the single support part 150 has a support structure having a single structure shape connected to the first and second movable members 121 and 122, respectively.

단일 지지부(150)는 제1 초전도 자석(111)의 한쪽 극(예컨대, N극)에서 발생된 모든 자기장이 단일 지지부(150)를 통해 제2 초전도 자석(112)의 다른쪽 극(예컨대, S극)으로 들어가도록 단일 자기장 통로를 형성한다. 반대로, 단일 지지부(150)는 제2 초전도 자석(112)의 한쪽 극에서 발생된 모든 자기장이 단일 지지부(150)를 통해 제1 초전도 자석(111)의 다른쪽 극으로 들어가도록 단일 자기장 통로를 형성할 수 있다. 여기서, 단일 지지부(150)는 제1 및 제2 초전도 자석(111 및 112)의 위치로 한정되지 않으며, 초전도 자석의 극성에 따라 달라지게 된다.All of the magnetic fields generated at one pole (e.g., N pole) of the first superconducting magnet 111 are transmitted to the other pole (e.g., S Pole). ≪ / RTI > Conversely, the single support 150 forms a single magnetic field passage such that all magnetic fields generated at one pole of the second superconducting magnet 112 enter the other pole of the first superconducting magnet 111 through the single support 150 can do. Here, the single supporter 150 is not limited to the positions of the first and second superconducting magnets 111 and 112, but varies depending on the polarity of the superconducting magnet.

본 발명의 실시 예에 따른 단일 지지부(150)는 기설정된 면적 이상의 단일 지지판이 복수의 층으로 높이 차가 형성된 단일 지지판 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 단일 지지부(150)는 내부가 비어 있는 단일 지지판 구조로 이루어질 수 있다.The single support part 150 according to the embodiment of the present invention may have a single support plate structure in which a single support plate having a predetermined area or more is formed in a plurality of layers with a height difference. Here, the single support 150 according to the embodiment of the present invention may have a single support plate structure having an empty interior.

도 3에 도시된 일례를 살펴보면, 단일 지지부는 2개의 지지판으로 이루어져 있으나, 특정 형상의 지지구조 또는 특정 개수의 지지구조들로 한정되지 않는다.3, the single support portion is composed of two support plates, but is not limited to a specific support structure or a specific number of support structures.

여기서, 복수의 층으로 높이 차가 형성된 단일 지지판 중에서 최상위층의 지지판 부분이 제1 및 제2 이동형 부재(121 및 122)로 이루어진 이동형 부재(120)와 각각 연결될 수 있다. 단일 구조의 지지판은 높이 차가 형성된 단일 지지판 구조에서 최상위층에서 하위층으로 내려갈수록 단일 지지판의 크기가 순차적으로 증가할 수 있다. 또한, 단일 지지판은 제1 및 제2 이동형 부재(121 및 122)가 연결된 지지판의 영역보다 제1 및 제2 이동형 부재(121 및 122)와 연결되지 않은 지지판의 영역이 기설정된 면적 이상을 가질 수 있다.Here, the uppermost support plate portion of the single support plate having a height difference in a plurality of layers may be connected to the movable member 120 composed of the first and second movable members 121 and 122, respectively. In a single support plate structure having a single structure, the size of a single support plate may increase sequentially from the uppermost layer to the lower layer. In addition, the single support plate may have a region of the support plate not connected to the first and second movable members 121 and 122 having a predetermined area or more than a region of the support plate to which the first and second movable members 121 and 122 are connected have.

한편, 본 발명의 실시 예는 초전도 직류 유도가열 장치에 적용되는 모든 초전도 자석에 관한 것이다.Meanwhile, embodiments of the present invention relate to all superconducting magnets applied to a superconducting DC induction heating apparatus.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 효과를 증명하기 위해, 단일 구조형상의 지지구조를 설계하고, 단일 구조형상의 지지구조를 적용하지 않은 초전도 직류 유도가열 장치와 단일 구조형상의 지지구조를 적용한 초전도 직류 유도가열 장치(100)에 대해서 각각의 FEM(Finite Element Method) 해석으로 도 4 내지 도 8과 같이 증명하였다.In order to prove the effect of the embodiment of the present invention, a superconducting DC induction heating apparatus in which a supporting structure of a single structure is designed, a supporting structure of a single structure is not applied, and a superconducting As shown in FIG. 4 to FIG. 8, the DC induction heating apparatus 100 is analyzed by FEM (Finite Element Method) analysis.

도 4는 단일 구조형상을 적용하지 않고 설계된 초전도 직류 유도가열 장치에서의 자기장 분포특성에 대한 결과도이다.Figure 4 is a plot of the magnetic field distribution characteristics in a superconducting DC induction heating apparatus designed without applying a single structure shape.

초전도 직류유도 가열 장치의 가열 특성은 가열 대상 부재인 중심의 자기장 세기의 제곱에 비례한다.The heating characteristics of the superconducting DC induction heating device are proportional to the square of the magnetic field intensity at the center of the heating object member.

일례로, 가열 대상 부재가 알루미늄 빌렛(Aluminum billet)이고 이동형 부재(120)가 철심(Iron core)인 경우, 가열 대상 부재 중심의 목표자장이 1T를 달성하기 위해, 단일 구조형상을 적용하지 않고 설계한 초전도 직류 유도가열 장치의 자기장 분포가 도 4에 나타나 있다.For example, in the case where the heating target member is an aluminum billet and the movable member 120 is an iron core, the target magnetic field centered on the heating target member is designed without applying a single structure shape to achieve 1T A magnetic field distribution of a superconducting DC induction heating apparatus is shown in Fig.

여기서, 운전 전류(Iop)가 440A인 경우, 자속 밀도 방향은 흰색 화살표로 표시되고, 전류 방향은 흑색 화살표로 표시되어 있다.Here, when the operation current Iop is 440A, the magnetic flux density direction is indicated by a white arrow, and the current direction is indicated by a black arrow.

자기장 분포 특성을 살펴보면, 철 요크(iron yoke)에서의 자속 밀도(Magnetic flux density)는 2.5T로 나타나 있다. 또한, 알루미늄 빌렛의 중심에서의 자속 밀도는 1.1 (T)로 나타났다.The magnetic flux density at the iron yoke is 2.5T. The magnetic flux density at the center of the aluminum billet was found to be 1.1 (T).

도 5는 단일 구조형상을 적용하지 않고 설계된 초전도 직류 유도가열 장치에서의 운전전류에 따른 금속빌렛 중심의 자기장 특성 커브에 대한 결과도이다.FIG. 5 is a graph showing a magnetic field characteristic curve of a metal billet according to an operating current in a superconducting DC induction heating apparatus designed without applying a single structure shape. FIG.

단일 구조형상을 적용하지 않고 설계된 초전도 직류 유도가열 장치에서 운전 전류(Iop)가 각각 100A 내지 600A인 경우, x, y, z 좌표의 컴포넌트(Coordinate x, y, z components)에 따른 자속 밀도(Magnetic flux density)가 도 5에 도시되어 있다.In a superconducting DC induction heating system designed without applying a single structure, when the operating current (Iop) is 100A to 600A, the magnetic flux density according to the components (Coordinate x, y, z components) flux density) is shown in FIG.

일례로, 도 5에 도시된 바와 같이, 운전 전류(Iop)가 440A인 경우, 금속 빌렛 중심의 최대 중심자장은 1.1 (T)로 나타났다.For example, as shown in FIG. 5, when the operation current Iop is 440A, the maximum central magnetic field center of the metal billet is 1.1 (T).

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치에서의 자기장 분포특성에 대한 결과도이다.FIG. 6 is a result of magnetic field distribution characteristics in a superconducting DC induction heating apparatus having a single structure supporting structure according to an embodiment of the present invention. FIG.

운전 전류(Iop)가 440A인 경우, 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치(100)에서의 자기장 분포특성이 도 6에 도시되어 있다.The magnetic field distribution characteristic in the superconducting DC induction heating apparatus 100 having a single structure supporting structure when the operation current Iop is 440A is shown in Fig.

도 6에 도시된 바와 같이, 초전도 직류 유도가열 장치(100)의 영역별 자속 밀도가 색상으로 구분하여 표시되어 있다. 자속 밀도가 낮을수록 청색으로 표현되고, 자속 밀도가 높은수록 적색으로 표현된다.As shown in FIG. 6, the magnetic flux densities of the superconducting DC induction heating apparatus 100 are shown in hue. The lower the magnetic flux density is represented by blue, and the higher the magnetic flux density is represented by red.

자속 밀도 방향은 흰색 화살표로 표시되고, 전류 방향은 흑색 화살표로 표시되어 있다. 이러한 자속 밀도 방향은 제1 이동형 부재(121)에서 가열 대상 부재를 거쳐 제2 이동형 부재(122)로 이동하고 있다. 그리고 제2 이동형 부재(122)로부터 단일 지지부(150)를 통과하여 제1 이동형 부재(121)로 이동하고 있다.The magnetic flux density direction is indicated by a white arrow, and the current direction is indicated by a black arrow. The magnetic flux density direction is shifted from the first movable member 121 to the second movable member 122 via the heating object member. And from the second movable member 122 through the single support 150 to the first movable member 121. [

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 직류 유도가열 장치(100)에서는 제1 초전도 자석(111)의 한쪽 극에서 발생된 모든 자기장이 가열 대상 부재(101)를 통과하고, 제2 이동형 부재(122)와 단일 지지부(150)를 통해 제1 이동형 부재(121)와 제2 초전도 자석(112)의 다른쪽 극으로 들어가는 단일 자기장 통로가 형성되어 있다.That is, in the superconducting DC induction heating apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, all the magnetic fields generated at one pole of the first superconducting magnet 111 pass through the heating target member 101 and the second moving type member 122 And a single magnetic field passage that enters the other pole of the first movable member 121 and the second superconducting magnet 112 through the single support part 150. [

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치에서의 운전전류에 따른 금속빌렛 중심의 자기장 특성 커브에 대한 결과도이다.7 is a graph showing a magnetic field characteristic curve of a metal billet center according to an operating current in a superconducting DC induction heating apparatus having a single structure supporting structure according to an embodiment of the present invention.

단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치(100)에서 운전 전류(Iop)가 각각 100A 내지 600A인 경우, x, y, z 좌표의 컴포넌트(Coordinate x, y, z components)에 따른 자속 밀도(Magnetic flux densiy)가 도 7에 도시되어 있다.In the superconducting DC induction heating apparatus 100 having a single structure supporting structure, when the operation current Iop is 100A to 600A, the magnetic flux density according to the components (Coordinate x, y, z components) of x, y, Magnetic flux densiy) is shown in FIG.

일례로, 도 7에 도시된 바와 같이, 운전 전류(Iop)가 440A인 경우, 금속 빌렛 중심의 최대 중심자장은 1.32 (T)로 나타났다. 이와 같이, 기설정된 운전 전류의 범위(100A 내지 600A) 중에서 어느 하나의 운전 전류값(440A)인 경우, 제1 및 제2 이동형 부재(121 및 122)는 가열 대상 부재(101)의 중심 자기장이 최대가 되는 가열 대상 부재(101)와의 간격으로 조절된다.For example, as shown in FIG. 7, when the operation current Iop is 440 A, the maximum central magnetic field centered on the metal billet is 1.32 (T). As described above, in the case of any one of the operating current values 440A among the preset operating current ranges 100A to 600A, the first and second movable members 121 and 122 are arranged such that the center magnetic field of the heating target member 101 And the distance between the heating target member 101 and the heating target member 101 becomes maximum.

도 5와 도 7을 비교하면, 금속 빌렛 중심에서 최대 중심 자장은 1.32 (T) 로 도 5에서의 중심 자장인 1.1 (T)보다 0.21 (T) 증가한 자기장 값이 도출된 것을 확인할 수 있다.5 and FIG. 7, it can be seen that the maximum central magnetic field at the center of the metal billet was 1.32 (T) and the magnetic field value was increased by 0.21 (T) from 1.1 (T), which is the center magnetic field in FIG.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치에서의 자기장 분포 및 자로형성 특성에 대한 결과도이다.FIG. 8 is a diagram of magnetic field distribution and magnetic path formation characteristics in a superconducting DC induction heating apparatus having a single structure supporting structure according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치(100)에서는 외부로 누설되는 자기장의 값을 최소화하고 단일구조형상을 가지는 지지구조를 적용하여 자기장의 통로를 형성한다.As shown in FIG. 8, in a superconducting DC induction heating apparatus 100 having a single structure supporting structure according to an embodiment of the present invention, a value of a magnetic field leaked to the outside is minimized and a supporting structure having a single structure is applied Thereby forming a path of a magnetic field.

구체적으로 살펴보면, 초전도 직류 유도가열 장치(100)는 N극(예컨대, 제1 초전도 자석의 한쪽극)에서 나온 모든 자기장이 형성된 자속 통로를 통하여 S극(예컨대, 제2 초전도 자석의 나머지 한쪽 극)으로 들어가도록, 이동형 부재(120)와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조로 이루어진 단일 지지부(150)를 포함한다.Specifically, the superconducting DC induction heating apparatus 100 includes an S pole (for example, the other pole of the second superconducting magnet) through a magnetic flux path formed with all magnetic fields from N poles (for example, one pole of the first superconducting magnet) And a single support 150 formed of a support structure having a single structure shape connected to the movable member 120, respectively.

도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 동일한 크기와 초전도 선재의 사용량으로 초전도 자석이 설계되었고, 초전도 자석의 임계전류의 80%인 전류가 여자전류로 이용되었다.As shown in FIGS. 4 to 8, superconducting magnets were designed with the same size and the amount of superconducting wire used, and a current of 80% of the critical current of the superconducting magnet was used as the exciting current.

단일 구조형상이 적용되지 않은 초전도 직류 유도가열 장치에서는 가열하고자 하는 금속 빌렛의 중심자장이 1.1 (T)로 나왔다.In a superconducting DC induction heating system without a single structure, the central magnetic field of the metal billet to be heated is 1.1 (T).

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치(100)에서는 금속 빌렛의 중심자장이 1.32 (T)로 나왔다.On the other hand, in the superconducting DC induction heating apparatus 100 having a single structure supporting structure according to the embodiment of the present invention, the center magnetic field of the metal billet is 1.32 (T).

이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 단일 구조형 지지구조를 갖는 초전도 직류 유도가열 장치(100)는 동일한 선재의 길이와 외형사이즈로 가열하고자 하는 가열 대상 부재(예컨대, 알루미늄 빌렛)에 20% 이상의 자기장을 상승시킬 수 있다. 이는 가열전력을 40% 이상 향상시킬 수 있는 결과를 가져온다.Accordingly, in the superconducting DC induction heating apparatus 100 having a single structure supporting structure according to the embodiment of the present invention, the heating target member (for example, aluminum billet) to be heated with the same wire rod length and outer size, Can be increased. This results in an improvement of the heating power by more than 40%.

반대로 단일 구조형 지지구조를 적용하지 않고 설계된 값에서 초전도 선재가 적게 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 직류 유도가열 장치(100)에서는 목표자장을 1.1 (T)로 낮추면서 초전도 선재의 사용량을 최소화할 수 있다. 또한, 이러한 초전도 직류 유도가열 장치(100)는 운전전류의 마진율을 확보할 수 있어 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.Conversely, less superconducting wires can be used at designed values without applying a single structural support structure. That is, in the superconducting DC induction heating apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the amount of superconducting wire to be used can be minimized while the target magnetic field is reduced to 1.1 (T). In addition, the superconducting DC induction heating apparatus 100 can ensure the margin of the operation current, thereby ensuring the stability of the system.

또한, 최근 전자기파에 의한 인체의 영향을 무시할 수 없으므로, 작업자안전을 위하여 자기장 차폐를 반드시 적용하여야 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 직류 유도가열 장치(100)에서는 단일 지지부(150)를 통해 성능을 향상시키면서 자기장 차폐역활도 동시에 수행하여 작업자의 안전도 별도의 설비 추가 없이 달성할 수 있다. 이는 또한 장치 제작의 원가절감에도 기인할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the influence of the human body due to the electromagnetic wave can not be ignored recently, magnetic shielding must be applied for the safety of the operator. In the superconducting DC induction heating apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the performance of the superconducting DC induction heating apparatus 100 is improved through the single supporter 150 and the shielding of the magnetic field is simultaneously performed. This also has an advantage that it can be caused by cost reduction of the device manufacturing.

이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100: 초전도 직류 유도가열 장치
110: 초전도 자석
120: 이동형 부재
130: 회전부
140: 파지부
150: 단일 지지부
111 및 112: 제1 및 제2 초전도 자석
121 및 122: 제1 및 제2 이동형 부재100: superconducting direct current induction heating device
110: superconducting magnet
120: movable member
130:
140:
150: single support
111 and 112: first and second superconducting magnets
121 and 122: first and second movable members

Claims (9)

가열 대상 부재를 중심으로 기설정된 거리만큼 서로 대칭되게 위치하고, 인가되는 직류 전류에 따라 자기장을 발생시키는 초전도 자석;
상기 초전도 자석의 내부를 관통하면서 상기 가열 대상 부재와 서로 마주보는 방향으로 이동하여 상기 발생된 자기장을 상기 가열 대상 부재에 유도시키는 이동형 부재;
상기 가열 대상 부재와 회전축을 통해 연결되어 상기 가열 대상 부재를 회전시키는 회전부; 및
상기 이동형 부재와 각각 연결된 단일 구조 형상을 가지는 지지구조를 통해 상기 발생된 자기장의 누설이 최소가 되도록 상기 초전도 자석 및 상기 이동형 부재를 지지하는 단일 지지부
를 포함하는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.A superconducting magnet positioned symmetrically with respect to a heating target member by a predetermined distance and generating a magnetic field in accordance with an applied direct current;
A movable member that penetrates the inside of the superconducting magnet and moves in a direction opposite to the heating target member to guide the generated magnetic field to the heating target member;
A rotation unit connected to the heating target member via a rotation shaft to rotate the heating target member; And
A single support member for supporting the superconducting magnet and the movable member so that leakage of the generated magnetic field is minimized through a support structure having a single structure shape connected to the movable member,
Wherein the superconducting DC induction heating apparatus is a single support structure type superconducting DC induction heating apparatus. 제1항에 있어서,
상기 이동형 부재는
상기 가열 대상 부재와 서로 마주보는 방향으로 이동하여 상기 가열 대상 부재의 중심 자기장이 최대가 되는 상기 가열 대상 부재와의 간격으로 조절되는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.The method according to claim 1,
The movable member
Wherein the heating target member moves in a direction opposite to the heating target member and is adjusted at an interval between the heating target member and the heating target member having a maximum central magnetic field of the heating target member. 제2항에 있어서,
상기 이동형 부재는
기설정된 운전 전류의 범위 중에서 어느 하나의 운전 전류값인 경우, 상기 가열 대상 부재의 중심 자기장이 최대가 되는 상기 가열 대상 부재와의 간격으로 조절되는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.3. The method of claim 2,
The movable member
Wherein the heating target member is adjusted to be spaced apart from the heating target member in which the center magnetic field of the heating target member is the maximum when the heating current is any one of a predetermined operating current range. 제1항에 있어서,
상기 초전도 자석은
원형 형상 또는 레이스 트랙 형상인 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.The method according to claim 1,
The superconducting magnet
A single support structure superconducting DC induction heating apparatus having a circular shape or a racetrack shape. 제1항에 있어서,
상기 단일 지지부는
초전도 자석의 한쪽 극에서 발생된 모든 자기장이 상기 단일 지지부를 통해 초전도 자석의 다른쪽 극으로 들어가도록 단일 자기장 통로를 형성하는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.The method according to claim 1,
The single support
And a single magnetic field passage is formed so that all magnetic fields generated at one pole of the superconducting magnet enter the other pole of the superconducting magnet through the single support. 제1항에 있어서,
상기 단일 지지부는 단일 지지판이 높이 차를 갖도록 형성된 단일 지지판 구조로 이루어지고,
상기 단일 지지판 중에서 최상위층의 지지판이 제1 및 제2 이동형 부재로 이루어진 이동형 부재와 각각 연결되는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.The method according to claim 1,
Wherein the single support portion has a single support plate structure in which a single support plate has a height difference,
Wherein the uppermost support plate in the single support plate is connected to the movable member made up of the first and second movable members, respectively. 제6항에 있어서,
상기 단일 지지판은
높이 차가 형성된 단일 지지판 구조에서 최상위층에서 하위층으로 내려갈수록 지지판의 크기가 순차적으로 증가하는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.The method according to claim 6,
The single support plate
A single support structure type superconducting DC induction heating apparatus in which the size of the support plate sequentially increases from the uppermost layer to the lower layer in a single support plate structure having a height difference. 제1항에 있어서,
상기 가열 대상 부재가 회전축을 통해 회전되도록 상기 회전축을 파지하는 파지하는 파지부
를 더 포함하는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.The method according to claim 1,
And a gripping portion for gripping the rotation shaft so that the heating target member is rotated through the rotation shaft,
Wherein the superconducting DC induction heating apparatus further comprises: 제1항에 있어서,
상기 이동형 부재는 상기 초전도 자석에 의해 자화되어 자성을 지니는 재질로 이루어지고,
상기 단일 지지부는 상기 이동형 부재와 동일한 재질이거나, 상기 이동형 부재가 갖는 기설정된 자성 범위를 만족하는 재질로 이루어지는 단일 지지구조형 초전도 직류 유도가열 장치.The method according to claim 1,
Wherein the movable member is made of a material magnetized by the superconducting magnet to have magnetism,
Wherein the single support portion is made of the same material as the movable member or made of a material that satisfies a preset magnetic range of the movable member.
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