KR20200144977A - 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각처리 시에 아르곤가스 또는 질소가스와 같은 불활성 냉각가스가 와류분출식 냉각노즐을 통해 이중으로 압축됨과 동시에 와류 형태로 강제회전되면서 분출됨에 따라 불활성 냉각가스의 압력손실이 최소화됨과 동시에 피처리물의 냉각효율이 대폭 증대될 수 있도록 한 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로는, 일측이 도어에 의해 개폐되고 내부에는 피처리물이 안착되는 안착대가 구비되는 하우징과, 상기 하우징 내에서 단열벽체에 의해 상기 피처리물의 열처리공간을 형성하고 내부에는 상기 피처리물의 열처리를 위한 가열수단이 구비되며 상기 도어의 개폐에 따라 일측이 개폐되는 열처리챔버와, 상기 하우징 내에서 상기 열처리챔버와 구획되고 일측에는 가스주입구가 구비되는 냉각가스공급챔버와, 상기 열처리챔버 내에서 상기 단열벽체의 둘레에 배열되고 일단부는 상기 냉각가스공급챔버와 연통되는 냉각유로와, 상기 단열벽체를 둘러싸는 냉각유로를 따라 다수개가 이격 배열되되 일단부는 상기 냉각유로와 연통되고 타단부는 상기 단열벽체 내로 연장되어 상기 냉각유로에 유입된 냉각가스를 상기 단열벽체 내로 분사하는 와류분출식 냉각노즐과, 상기 냉각가스공급챔버에 구비되고 모터에 의해 회전구동되면서 상기 냉각가스공급챔버 내의 냉각가스를 상기 냉각유로로 가압이송시키는 블로어를 포함하되, 상기 와류분출식 냉각노즐은 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 상기 냉각가스를 1차 압축시키는 압축부와, 상기 압축부에 연통되고 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 상기 냉각가스를 2차 압축시키며 내주면을 따라 와류 형성을 위한 나선홈이 형성되는 와류형성압축부와, 상기 와류형성압축부에 연통되고 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 확장되는 확장분사부를 포함한다.

Description

와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로{Heat treatment furnace with voltex jet type cooling nozzle}

본 발명은 피처리물의 열처리를 위한 열처리로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각처리 시에 아르곤가스 또는 질소가스와 같은 불활성 냉각가스가 와류분출식 냉각노즐을 통해 이중으로 압축됨과 동시에 와류 형태로 강제회전되면서 분출됨에 따라 불활성 냉각가스의 압력손실이 최소화됨과 동시에 피처리물의 냉각효율이 대폭 증대될 수 있도록 한 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로에 관한 것이다.

일반적으로 금속소재의 열처리법은 표면경화 열처리법과 일반 열처리법이 있다. 표면경화 열처리법은 금속소재의 표면만 경화시키는 것으로 우수한 내마모성, 내피로성, 내식성 등을 취할 수 있다. 그리고 일반 열처리법은 어닐링, 노멀 라이징, 담금질 및 뜨임 등과 같이 소재 전체를 열처리하는 것이다.

보통 이러한 열처리 방법은 먼저 열처리로를 개방하고 금속 재질의 피처리물을 넣은 뒤 폐쇄하며 소정 온도 및 시간에서 열처리 후 다시 열처리로를 개방하여 피처리물을 꺼낸 뒤 가열된 피처리물을 상온 상태로 냉각시키는 단계로 이루어진다.

그런데 이러한 방법에 사용되는 열처리로의 일 예로, 대한민국 특허공개 제10-2009-0084726호(2009.08.05. 공개)에는 피처리물을 수용하여 열처리하기 위한 처리 용기를 둘러싸는 통 형상의 단열재와, 상기 단열재의 내주면에 나선 형상으로 설치된 저항 발열체와, 상기 단열재의 내주면에 설치되고, 상기 저항 발열체를 직경 방향으로 열팽창 수축 가능하게 지지하는 지지체와, 상기 저항 발열체에 설치되고, 상기 지지체의 일측면에 접촉함으로써 상기 저항 발열체의 하방으로의 이동을 저지하는 이동 저지 부재를 구비하는 열처리로가 개시된다.

전술한 열처리로를 이용한 종래의 열처리 방법은 피처리물을 넣고 꺼낼 때 열처리로 내부에 공기가 유입되고 공기에 포함된 산소에 의해서 피처리물이 산화되는 문제가 있었다. 이 경우 피처리물 표면이 갖는 고유 색상이 유지될 수 없게 되어 상품성이 떨어진다. 또한 종래의 열처리로는 열처리 중 외기에 의한 열손실로 내부 온도 유지가 어려우며, 따라서 온도유지를 위해서 필요 이상의 전력이 사용되어야 하는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로 내부를 진공상태로 만든 상태에서 피처리물이 투입된 가열 챔버에 임의의 온도를 가열한 후 냉각시켜 열처리하기 때문에 열처리 과정에서 오염의 발생이 적을 뿐만 아니라 가스 활동에 의한 금속반응(산화, 환원, 탈탄 등)이 거의 일어나지 않고 산화가 쉬운 원소가 첨가된 합금에 대해서도 산화가 방지된 상태로 열처리할 수 있도록 한 진공 열처리로가 많이 사용된다.

이러한 진공 열처리로의 일 예로, 대한민국 특허공개 제10-2015-0065419호(2015.06.15. 공개)에는 가열 챔버의 가열 하우징 내벽면에 동일 규격으로 된 복수의 단열판을 배열하여 체결수단으로 고정하고, 각 단열판의 단부가 접하는 경계지점에 단열판의 규격에 의해 각 단열판 간에 형성되는 내각과 일치되는 외각을 가지는 밀폐편을 결합하여 체결볼트로 고정하며, 가열 챔버의 후방 밀폐판에 통공을 설치하여 구성하고, 상기 가열 챔버의 후방에 가열 챔버와 직렬을 이루는 열교환기를 설치하고, 열교환기는 진공 하우징의 외부에 설치되는 냉각용 매질 순환장치와 연결하여 열교환기의 순환 파이프로 냉각용 매질을 순환시켜 주도록 구성하며, 상기 가열 챔버의 후방 밀폐판에 형성되는 통공에 열교환기의 선단에 마련된 개구부를 결합하여 가열 챔버와 열교환기가 연통되도록 한 진공 열처리로가 개시된다. 그러나 이와 같은 진공 열처리는 설치 및 유지비용이 비싼 한계가 있었다.

또 다른 방안의 일 예로, 열처리 및 냉각처리 시에 열처리로 내부가 반진공 상태가 되도록 불활성 가스가 주입됨에 따라 산소에 의한 산화가 방지될 수 있도록 한 불활성가스 주입식 열처리로가 개시된다.

이러한 불활성가스 주입식 열처리로의 일예로, 대한민국 특허등록 제10-1792970호(2017.11.20. 공고)에는 일측면이 도어에 의해 개폐되는 하우징과, 상기 하우징 내부에서 단열벽체에 의해 소정의 공간으로 형성되고, 상기 도어의 개폐에 따라 일측면이 개폐되는 열처리조와, 상기 하우징 내부에서 격벽에 의해 상기 열처리조와 구획되어 소정의 공간으로 형성되고, 일측에 가스주입구를 갖는 냉각가스공급조와, 상기 열처리챔버 내에서 형성되고, 일단부가 상기 냉각가스공급조와 연통되는 가스공급통로부와, 일단부는 상기 가스공급통로부와 연통되고, 타단부는 상기 단열벽체를 관통하여 상기 열처리조와 연통되게 설치되며, 상기 가스공급통로부에 유입되는 냉각가스를 상기 열처리조의 내부로 분사하는 분사노즐과, 상기 냉각가스공급조에 구비되고, 모터의 구동에 의해 회전하여 상기 열처리조 내부의 냉각가스를 상기 냉각가스공급조로 강제 이동하는 임펠라를 포함하는 가스 냉각식 열처리로가 개시된다.

그러나 전술한 종래의 가스 냉각식 열처리로의 경우에는 불활성 냉각가스를 투입하여 블로어팬을 통해 가압하여 노즐을 통해 분사시키는 단순냉각 구조로만 형성됨에 따라 피처리물이 냉각속도가 저하됨은 물론 균일한 냉각이 이루어지지 못함에 따라 피처리물의 물성이 저하되는 문제점이 있었다.

1. 대한민국 특허공개 제10-2009-0084726호(2009.08.05. 공개) 2. 대한민국 특허공개 제10-2015-0065419호(2015.06.15. 공개) 3. 대한민국 특허등록 제10-1792970호(2017.11.20. 공고)

따라서 본 발명은 냉각처리 시에 아르곤가스 또는 질소가스와 같은 불활성 냉각가스가 와류분출식 냉각노즐을 통해 이중으로 압축됨과 동시에 와류 형태로 강제회전되면서 분출됨에 따라 불활성 냉각가스의 압력손실이 최소화됨과 동시에 피처리물의 냉각효율이 대폭 증대될 수 있도록 한 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일측이 도어에 의해 개폐되고 내부에는 피처리물이 안착되는 안착대가 구비되는 하우징과, 상기 하우징 내에서 단열벽체에 의해 상기 피처리물의 열처리공간을 형성하고 내부에는 상기 피처리물의 열처리를 위한 가열수단이 구비되며 상기 도어의 개폐에 따라 일측이 개폐되는 열처리챔버와, 상기 하우징 내에서 상기 열처리챔버와 구획되고 일측에는 가스주입구가 구비되는 냉각가스공급챔버와, 상기 열처리챔버 내에서 상기 단열벽체의 둘레에 배열되고 일단부는 상기 냉각가스공급챔버와 연통되는 냉각유로와, 상기 단열벽체를 둘러싸는 냉각유로를 따라 다수개가 이격 배열되되 일단부는 상기 냉각유로와 연통되고 타단부는 상기 단열벽체 내로 연장되어 상기 냉각유로에 유입된 냉각가스를 상기 단열벽체 내로 분사하는 와류분출식 냉각노즐과, 상기 냉각가스공급챔버에 구비되고 모터에 의해 회전구동되면서 상기 냉각가스공급챔버 내의 냉각가스를 상기 냉각유로로 가압이송시키는 블로어를 포함하되, 상기 와류분출식 냉각노즐은 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 상기 냉각가스를 1차 압축시키는 압축부와, 상기 압축부에 연통되고 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 상기 냉각가스를 2차 압축시키며 내주면을 따라 와류 형성을 위한 나선홈이 형성되는 와류형성압축부와, 상기 와류형성압축부에 연통되고 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 확장되는 확장분사부를 포함하는 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로를 제공한다.

본 발명에서 상기 하우징 내에는 상기 열처리챔버와 상기 냉각가스공급챔버를 구획하는 구획격벽이 구비되고, 상기 구획격벽에는 상기 열처리챔버(20)와 상기 냉각가스공급챔버를 연통시키는 통공이 형성되는

본 발명에서 상기 하우징은 온도유지를 위한 보온매체가 충전된 이중벽 구조로 형성되는 것으로 한다.

본 발명에서 상기 냉각가스공급챔버 내에는 상기 냉각가스를 냉각시키는 냉각열교환기가 구비되고, 상기 블로어는 상기 열처리챔버 내의 냉각가스를 상기 냉각열교환기가 구비된 냉각가스공급챔버로 강제이동시키는 것으로 한다.

본 발명에서 상기 냉각유로 내에는 상기 와류분출식 냉각노즐의 직하류 마다 상기 냉각가스를 상기 와류분출식 냉각노즐로 유도하는 집풍판이 구비되는 것으로 한다.

본 발명에서 상기 냉각가스는 아르곤가스 또는 질소가스인 것으로 한다.

상기와 같은 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로는, 냉각처리 시에 아르곤가스 또는 질소가스와 같은 불활성 냉각가스가 와류분출식 냉각노즐을 통해 이중으로 압축됨과 동시에 와류 형태로 강제회전되면서 분출됨에 따라 불활성 냉각가스의 압력손실이 최소화됨과 동시에 피처리물의 냉각효율이 대폭 증대될 수 있도록 한 장점이 있다.

또한 상기와 같은 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로는, 열처리 및 냉각처리 시에 열처리챔버 내부가 반진공상태가 되도록 불활성가스가 주입됨에 따라 산소에 의한 피처리물의 산화가 방지될 수 있으며, 냉각가스가 냉각가스공급챔버 내의 냉각열교환기에 의해 냉각되어 공급됨에 따라 냉각가스의 냉각이 하우징 내에서 이루어짐과 동시에 피처리물에 대한 냉각효율이 더욱 배가되는 장점이 있다.

또한 상기와 같은 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로는, 냉각유로 내에 냉각가스가 상기 와류분출식 냉각노즐로 유입되도록 유도하는 집풍판이 와류분출식 냉각노즐의 직하류 마다 구비됨에 따라 피처리물에 대한 냉각효율이 더욱 증대되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로의 전체구조도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로에 있어서, 냉각유로의 배열구조도 및 와류분출식 냉각노즐의 상세구조도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로에 있어서, 집풍판이 구비된 냉각유로의 집풍작동도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로의 사용상태도.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로의 전체구조도이고, 도 2는 도 1의 냉각유로의 배열구조도 및 와류분출식 냉각노즐의 상세구조도이며, 도 3은 집풍판이 구비된 냉각유로의 집풍작동도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로의 사용상태도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로는 일측이 도어에 의해 개폐되고 내부에는 피처리물이 안착되는 안착대가 구비되는 하우징과, 상기 하우징 내에서 단열벽체에 의해 상기 피처리물의 열처리공간을 형성하고 내부에는 상기 피처리물의 열처리를 위한 가열수단이 구비되며 상기 도어의 개폐에 따라 일측이 개폐되는 열처리챔버와, 상기 하우징 내에서 상기 열처리챔버와 구획되고 일측에는 가스주입구가 구비되는 냉각가스공급챔버와, 상기 열처리챔버 내에서 상기 단열벽체의 둘레에 배열되고 일단부는 상기 냉각가스공급챔버와 연통되는 냉각유로와, 상기 단열벽체를 둘러싸는 냉각유로를 따라 다수개가 이격 배열되되 일단부는 상기 냉각유로와 연통되고 타단부는 상기 단열벽체 내로 연장되어 상기 냉각유로에 유입된 냉각가스를 상기 단열벽체 내로 분사하는 와류분출식 냉각노즐과, 상기 냉각가스공급챔버에 구비되고 모터에 의해 회전구동되면서 상기 냉각가스공급챔버 내의 냉각가스를 상기 냉각유로로 가압이송시키는 블로어를 포함하되, 상기 와류분출식 냉각노즐은 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 상기 냉각가스를 1차 압축시키는 압축부와, 상기 압축부에 연통되고 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 상기 냉각가스를 2차 압축시키며 내주면을 따라 와류 형성을 위한 나선홈이 형성되는 와류형성압축부와, 상기 와류형성압축부에 연통되고 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 확장되는 확장분사부를 포함한다.

여기서부터는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로(1)의 구성요소들과 그 구성요소 간의 관계에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로(1)는 도 1 내지 도 4에 도시되는 바와 같이,하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 구획형성되고 단열벽체(21)에 의해 피처리물(3)의 열처리공간을 형성하는 열처리챔버(20)와, 하우징(10) 내에 구획형성되는 냉각가스공급챔버(30)와, 열처리챔버(20)의 단열벽체(21) 둘레에 배열되고 냉각가스공급챔버(30)에 연통되는 냉각유로(40)와, 상기 냉각유로(40)에 배열되어 냉각가스를 단열벽체(21) 내로 분사시키는 와류분출식 냉각노즐(50)과, 냉각가스공급챔버(30) 내의 냉각가스를 냉각유로(40)로 가압이송시키는 블로어(60)를 포함한다.

여기서, 하우징(10)은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로(1)의 본체프레임을 형성하는 것으로, 일측은 힌지결합된 도어(11)에 의해 개폐되고 내부에는 열처리가 필요한 금속소재와 같은 피처리물(3)이 안착되는 안착대(13)가 구비된다.

도어(11)의 힌지개폐구조는 이미 공지되어 있는 바, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 더 이상의 상세설명은 생략하기로 한다.

또한 하우징(10) 내에는 차후에 설명될 열처리챔버(20)와 냉각가스공급챔버(30)를 구획하는 구획격벽(15)이 구비되되, 이 구획격벽(15)에는 열처리챔버(20)와 상기 냉각가스공급챔버(30)를 서로 연통시켜 열처리챔버(20) 내의 냉각가스가 디시 냉각가스공급챔버(30)로 공급되도록 하는 통공(15a)이 형성된다.

또한 하우징(10)은 내부온도가 열손실없이 유지될 수 있도록 외벽과 내벽이 서로 이격되어 형성되는 이중벽(재킷) 구조로 이루어지되, 외벽과 내벽 사이에는 온도유지를 위한 보온매체(17)가 충전되는 것이 바람직하다.

전술한 하우징(10) 내에는 열처리챔버(20)가 구획형성된다. 열처리챔버(20)는 내부에 구비되는 단열벽체(21)에 의해 피처리물(3)의 열처리공간을 형성하는 것으로, 내부 둘레에는 피처리물(3)의 열처리를 위한 가열수단(미도시)이 구비되며 내부에는 전술한 안착대(13)가 위치되며, 하우징(10)에 구비된 도어(11)의 개폐에 따라 일측이 개폐되는 구조로 형성된다.

또한 단열벽체(21)는 피처리물(3)의 가열 및 냉각처리시에 열처리챔버(20) 내의 온도손실을 최소화 시켜주는 역할을 하는 것으로, 세라믹 울 단열재, 세라믹 울 단열재 지지대 및 세라믹 보드로 구성될 수 있다.

세라믹 보드는 1차적으로 열손실이 차단되게 함과 동시에 와류분출식 냉각노즐(50)에서 냉각가스가 분사될 때 세라믹 울이 비산되는 것을 방지해 준다. 그리고 세라믹 울 단열재는 2차적으로 열손실이 차단되게 한다. 또한, 세라믹 울 단열재 지지대는 세라믹 울 단열재와 같이 열손실이 차단되게 함과 동시에 세라믹 울 단열재를 지지해 준다. 이러한 단열벽체(21)에 사용되는 세라믹 울 단열재, 세라믹 울 단열재 지지대 및 세라믹 보드는 이미 공지되어 있는 바, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. 또한 단열벽체(21)에는 전술한 단열재 외에도 공지된 다른 단열재 중 하나가 선택적으로 적용될 수 있다.

또한 단열벽체(21)에는 내부에 분사된 냉각가스가 단열벽체(21)의 외부로 누출된 후 구획격벽(15)의 통공(15a)을 통해 냉각가스공급챔버(30)로 유입되도록 배기구(21a)가 형성되는 것이 바람직하다.

전술한 하우징(10) 내에는 냉각가스공급챔버(30)가 구획격벽(15)에 의해 전술한 열처리챔버(20)와 구획되어 형성된다. 냉각가스공급챔버(30)는 외부로부터 주입된 냉각가스 또는 단열벽체(21) 내로 분사된 후 구획격벽(15)의 통공(15a)을 통해 재유입된 냉각가스가 충전되는 공간을 형성함과 동시에 차후에 설명될 블로어(60)의 설치공간을 형성하는 것으로 하는 것으로, 일측에는 냉각가스공급원(미도시)에 연결되는 가스주입구(31)가 구비된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로(1)에 적용되는 냉각가스는 열처리 또는 냉각 이외에 냉각가스에 의한 금속반응(산화, 환원, 탈탄 등)이 일어나지 않도록 불활성 냉각가스, 특히 아르곤가스 또는 질소가스가 사용되는 것이 바람직하다.

또한 냉각가스공급챔버(30) 내에는 냉각가스를 재차 냉각시키는 냉각열교환기(33)가 구비되는 것이 바람직하다. 냉각열교환기(33)는 통상의 냉매가 관류하는 판형 열교환기와 같은 공지된 열교환기로 형성 가능하다.

전술한 열처리챔버(20) 내에서 단열벽체(21)의 둘레에는 냉각유로(40)가 배열된다. 냉각유로(40)는 차후에 설명될 블로어(60)의 작동에 의해 냉각가스공급챔버(30)로부터 유입되는 냉각가스가 와류분출식 냉각노즐(50)을 통해 단열벽체(21) 내의 열처리공간으로 균일하게 분사되도록 유도하는 것으로, 도 2에 도시되는 바와 같이 냉각가스공급챔버(30)와 연통되고 단열벽체(21)의 길이방향을 따라 연장되는 연통라인을 중심으로 연통라인의 길이방향을 따라 일정간격마다 전후 양측으로 반원형으로 분기형성되는 형상을 가진다.

또한 냉각유로(40) 내에는 집풍판(41)이 구비된다. 집풍판(41)은 도 3에 도시되는 바와 같이 냉각유로(40) 내에서 와류분출식 냉각노즐(50)의 직하류 마다 일정높이로 돌출되어 냉각가스의 일부를 그 직상류에 위치된 와류분출식 냉각노즐(50)로 유입되도록 유도하고 냉각가스의 나머지는 냉각유로(40)를 따라 유동되도록 하는 구졸 형성 가능하다.

단열벽체(21)를 둘러싸는 전술한 냉각유로(40)를 따라 다수의 와류분출식 냉각노즐(50)이 배열형성된다. 와류분출식 냉각노즐(50)은 냉각유로(40)에 유입된 냉각가스를 단열벽체(21) 내로 분사하는 역할을 하는 것으로, 일단부는 냉각유로(40)와 연통되고 타단부는 단열벽체(21)를 관통하여 단열벽체(21) 내의 열처리공간으로 연장된다.

와류분출식 냉각노즐(50)은 냉각유로(40)에 유입된 냉각가스를 단열벽체(21) 내로 압력손실없이 와류를 형성하면서 분사되도록 함에 따라 냉각효율이 증대됨과 동시에 피처리물(3)의 균일한 냉각이 이루어질 수 있도록, 도 2에 도시되는 바와 같이 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 냉각가스를 1차 압축시키는 압축부(51)와, 압축부(51)에 연통되고 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 냉각가스를 2차 압축시킴과 동시에 내주면을 따라 와류 형성을 위한 나선홈(53a)이 형성되는 와류형성압축부(53)와, 와류형성압축부(53)에 연통되고 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 확장되는 확장분사부(55)를 포함한다.

와류분출식 냉각노즐(50)을 통해 토출되는 냉각가스는 압축부(51)를 관류하면서 1차적으로 압축된 후 와류형성압축부(53)를 관류하면서 2차적으로 암축됨과 동시에 나선홈(53a)을 따라 선화되면서 와류를 형성한 상태에서 확장분사부(55)를 관류하면서 감압분사된다.

또한 전술한 냉각가스공급챔버(30)에는 블로어(60)가 구비된다. 블로어(60)는 모터(61)에 의해 회전구동되면서 냉각가스공급챔버(30) 내의 냉각가스를 냉각열교환기(33)가 구비된 냉각유로(40)로 가압이송시켜 냉각가스의 분사 및 순환이 이루어질 수 있돌곡 하는 역할을 하는 것으로, 통상의 압축팬의 형태로 형성 가능하다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로(1)는 전술한 가열수단의 발열온도, 발열시간 등을 제어하고 블로어(60)와 냉각열교환기(33) 등의 작동을 제어하는 별도의 컨트롤러(미도시)가 구비되며, 내부 온도 측정을 위한 온도센서, 내부 압력 측정을 위한 압력밸브 및 과도한 압력 해제를 위한 안전밸브 등도 구비될 수 있다.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로(1)의 경우에는, 냉각처리 시에 아르곤가스 또는 질소가스와 같은 불활성 냉각가스가 와류분출식 냉각노즐(50)을 통해 이중으로 압축됨과 동시에 와류 형태로 강제회전되면서 분출됨에 따라 불활성 냉각가스의 압력손실이 최소화됨과 동시에 피처리물(3)의 냉각효율이 대폭 증대될 수 있다.

또한 열처리 및 냉각처리 시에 열처리챔버(20), 특히 단열벽체(21) 내의 열처리공간 내부가 반진공상태가 되도록 불활성가스가 주입됨에 따라 산소에 의한 피처리물(3)의 산화가 방지될 수 있으며, 냉각가스가 냉각가스공급챔버(30) 내의 냉각열교환기(33)에 의해 냉각되어 공급됨에 따라 냉각가스의 냉각이 하우징(10) 내에서 이루어짐과 동시에 피처리물(3)에 대한 냉각효율이 더욱 배가될 수 있다.

또한 냉각유로(40) 내에 냉각가스가 와류분출식 냉각노즐(50)로 유입되도록 유도하는 집풍판(41)이 와류분출식 냉각노즐(50)의 직하류 마다 구비됨에 따라 피처리물(3)에 대한 냉각효율이 더욱 증대될 수 있다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술 된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.

1 ; 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로
3 : 피처리물
10 : 하우징
11 : 도어
13 : 안착대
15 : 구획격벽
15a : 통공
17 : 보온매체
20 : 열처리챔버
21 : 단열벽체
21a : 배기구
30 : 냉각가스공급챔버
31 : 가스주입구
33 : 냉각열교환기
40 : 냉각유로
41 : 집풍판
50 : 와류분출식 냉각노즐
51 : 압축부
53 : 와류형성압축부
53a : 나선홈
55 : 확장분사부
60 : 블로어
61 : 모터

Claims (6)

1. 일측이 도어(11)에 의해 개폐되고 내부에는 피처리물(3)이 안착되는 안착대(13)가 구비되는 하우징(10);
   상기 하우징(10) 내에서 단열벽체(21)에 의해 상기 피처리물(3)의 열처리공간을 형성하고 내부에는 상기 피처리물(3)의 열처리를 위한 가열수단이 구비되며 상기 도어(11)의 개폐에 따라 일측이 개폐되는 열처리챔버(20);
   상기 하우징(10) 내에서 상기 열처리챔버(20)와 구획되고 일측에는 가스주입구(31)가 구비되는 냉각가스공급챔버(30);
   상기 열처리챔버(20) 내에서 상기 단열벽체(21)의 둘레에 배열되고 일단부는 상기 냉각가스공급챔버(30)와 연통되는 냉각유로(40);
   상기 단열벽체(21)를 둘러싸는 냉각유로(40)를 따라 다수개가 이격 배열되되 일단부는 상기 냉각유로(40)와 연통되고 타단부는 상기 단열벽체(21) 내로 연장되어 상기 냉각유로(40)에 유입된 냉각가스를 상기 단열벽체(21) 내로 분사하는 와류분출식 냉각노즐(50); 및
   상기 냉각가스공급챔버(30)에 구비되고 모터(61)에 의해 회전구동되면서 상기 냉각가스공급챔버(30) 내의 냉각가스를 상기 냉각유로(40)로 가압이송시키는 블로어(60)를 포함하되,
   상기 와류분출식 냉각노즐(50)은 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 상기 냉각가스를 1차 압축시키는 압축부(51)와, 상기 압축부(51)에 연통되고 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 좁아져 상기 냉각가스를 2차 압축시킴과 동시에 내주면을 따라 와류 형성을 위한 나선홈(53a)이 형성되는 와류형성압축부(53)와, 상기 와류형성압축부(53)에 연통되고 상기 냉각가스의 분사방향으로 갈수록 확장되는 확장분사부(55)를 포함하는 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징(10) 내에는 상기 열처리챔버(20)와 상기 냉각가스공급챔버(30)를 구획하는 구획격벽(15)이 구비되고, 상기 구획격벽(15)에는 상기 열처리챔버(20)와 상기 냉각가스공급챔버(30)를 연통시키는 통공(15a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징(10)은 온도유지를 위한 보온매체(17)가 충전된 이중벽 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 냉각가스공급챔버(30) 내에는 상기 냉각가스를 재차 냉각시키는 냉각열교환기(33)가 구비되고,
   상기 블로어(60)는 상기 열처리챔버(20) 내의 냉각가스를 상기 냉각열교환기(33)가 구비된 냉각가스공급챔버(30)로 강제이동시키는 것을 특징으로 하는 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각유로(40) 내에는 상기 와류분출식 냉각노즐(50)의 직하류 마다 상기 냉각가스를 상기 와류분출식 냉각노즐(50)로 유도하는 집풍판(41)이 구비되는 것을 특징으로 하는 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 냉각가스는 아르곤가스 또는 질소가스인 것을 특징으로 하는 와류분출식 냉각노즐이 구비된 열처리로.

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