KR20220045782A - Air quenching apparatus using the plate comprising hole patterns - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 홀 패턴을 포함하는 플레이트를 이용한 공기 담금질 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기체 유입구에 홀 패턴을 포함하는 플레이트를 추가함으로써 냉각효율이 향상된 홀 패턴을 포함하는 플레이트를 이용한 공기 담금질 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air quenching apparatus using a plate including a hole pattern, and more particularly, to an air quenching apparatus using a plate including a hole pattern in which cooling efficiency is improved by adding a plate including a hole pattern to a gas inlet. it's about
담금질은 금속 열처리 공정중 하나로 금속의 강도 및 경도와 같은 성질을 결정짓는 중요한 공정이다. 일반적으로 담금질용 열전달 매체로 물이나 기름을 사용하는데 이는 냉각 속도가 빨라 더욱 센 강도의 금속을 만들 수 있지만 담금질 되는 금속의 표면에 큰 잔류 스트레스를 유도하여 크랙을 발생시킨다. 또한 액체 열전달 매체를 사용 할 경우 담금질이 끝난 후 별도로 매체를 제거해야 하기 때문에 폐기물 처리 문제를 동반한다. Quenching is one of the metal heat treatment processes, and it is an important process that determines properties such as strength and hardness of metal. In general, water or oil is used as a heat transfer medium for quenching, which can make a stronger metal due to a faster cooling rate. In addition, when a liquid heat transfer medium is used, it is accompanied by a waste disposal problem because the medium must be removed separately after quenching is finished.
따라서 최근에는 담금질용 열전달 매체로 균일한 냉각이 가능하고, 별도로 제거가 필요 없는 공기가 각광받고 있다. 그러나 공기(기체)를 이용하여 급랭시키는 방식의 경우는 물을 이용하여 급랭시키는 방식에 비해 냉각 시간이 상대적으로 느려서 강도의 향상을 극대화하기가 어려운 문제가 있었다.Therefore, in recent years, as a heat transfer medium for quenching, air that allows uniform cooling and does not require separate removal has been in the spotlight. However, in the case of the method of quenching using air (gas), the cooling time is relatively slow compared to the method of quenching using water, so it is difficult to maximize the improvement in strength.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기체 유입구에 홀 패턴을 포함하는 플레이트를 추가함으로써, 강한 난류 흐름을 유도할 수 있는 공기 담금질 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problem, and to provide an air quenching device capable of inducing a strong turbulent flow by adding a plate including a hole pattern to a gas inlet.
또한 강한 난류 흐름을 유도함으로써, 냉각효율을 향상시키고, 에너지를 절감할 수 있는 홀 패턴을 포함하는 플레이트를 이용한 공기 담금질 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an air quenching apparatus using a plate including a hole pattern capable of improving cooling efficiency and saving energy by inducing a strong turbulent flow.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기체가 유입되는 유입구(110), 유입된 상기 기체를 배출하는 배출구(120), 및 상기 기체가 통과하며 제품을 냉각시키는 내부공간(130)을 포함하는 챔버(100); 및 상기 챔버(100)의 유입구에 위치하고, 상기 기체가 통과하는 단수 또는 복수의 홀 패턴(hole pattern)을 포함하는 플레이트(plate, 200);를 포함하는 공기 담금질 장치(10)를 제공한다.According to one aspect of the present invention, a
상기 기체는 상기 내부공간(130)에서 난류흐름(turbulent flow)을 가질 수 있다.The gas may have a turbulent flow in the
상기 공기 담금질 장치가 상기 챔버(100)의 외부에 위치하고, 상기 기체를 상기 플레이트(200)의 홀 패턴으로 통과시켜 상기 내부공간(130)으로 유입시키는 블로어(300);를 추가로 포함할 수 있다.The air quenching device is located outside the
상기 홀 패턴이 단수 또는 복수의 홀을 포함하고, 상기 홀의 형상이 원, 반원, 타원 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 형상을 포함할 수 있다.The hole pattern may include a single or a plurality of holes, and the shape of the hole may include at least one shape selected from the group consisting of a circle, a semicircle, an ellipse, and combinations thereof.
상기 홀의 형상이 원의 형상을 포함할 수 있다.The shape of the hole may include a shape of a circle.
상기 홀 패턴이 제1 홀; 및 상기 제1 홀의 주위를 둘러싸는 복수의 제2 홀;을 포함할 수 있다.The hole pattern includes a first hole; and a plurality of second holes surrounding the first hole.
상기 제2 홀의 개수가 2 내지 100 중 어느 하나의 정수일 수 있다.The number of the second holes may be an integer of any one of 2 to 100.
상기 제1 홀 및 제2 홀이 각각 독립적으로 원이고, 상기 제2 홀의 직경(D2)과 상기 제1 홀의 직경(D1)의 비(D2/D1)가 0.1 내지 1일 수 있다.The first hole and the second hole are each independently a circle, and a ratio (D 2 /D 1 ) of a diameter (D 2 ) of the second hole to a diameter (D 1 ) of the first hole may be 0.1 to 1 .
상기 제2 홀의 직경(D2)과 상기 제1 홀의 직경(D1)의 비(D2/D1)가 0.2 내지 0.7일 수 있다.A ratio (D 2 /D 1 ) of a diameter (D 2 ) of the second hole to a diameter (D 1 ) of the first hole may be 0.2 to 0.7.
상기 플레이트는 상기 홀의 면적(A1)과 홀을 제외한 플레이트의 면적(A2)의 합(A1+A2)과 상기 홀의 면적(A1)과의 비((A1+A2)/A1)가 1.5 내지 15일 수 있다.The plate has a ratio ( (A 1 + A 2 ) / A 1 ) may be 1.5 to 15.
상기 플레이트는 상기 홀의 면적(A1)과 홀을 제외한 플레이트의 면적(A2)의 합(A1+A2)과 상기 홀의 면적(A1)과의 비((A1+A2)/A1)가 2 내지 10일 수 있다.The plate has a ratio ( (A 1 + A 2 ) / A 1 ) may be 2 to 10.
상기 플레이트(200)를 통과한 후의 상기 기체의 평균속도(Averaged velocity)가 상기 플레이트(200)를 통과하기 전의 상기 기체의 평균속도보다 빠를 수 있다.The average velocity of the gas after passing through the
상기 플레이트(200)의 소재가 스틸, 스테인레스스틸, 철, 알루미늄, 주석 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The material of the
상기 챔버(100)의 외벽이 단열벽(adiabatic wall)일 수 있다.The outer wall of the
상기 공기 담금질 장치가 상기 제품을 운반하기 위한 컨베이어(conveyor, 400)를 추가로 포함할 수 있다.The air quenching device may further comprise a
상기 컨베이어(conveyor, 400)가 상기 내부공간(130)에 위치할 수 있다.The
상기 공기 담금질 장치가 상기 컨베이어(conveyor) 상에 위치하고, 상기 제품을 적재하기 위한 팔레트(pallet, 500)를 추가로 포함할 수 있다.The air quenching device is positioned on the conveyor, and may further include a
본 발명의 홀 페턴을 포함하는 플레이트를 이용한 공기 담금질 장치는 기체 유입구에 홀 패턴을 포함하는 플레이트를 추가함으로써, 강한 난류 흐름을 유도할 수 있다.In the air quenching apparatus using a plate including a hole pattern of the present invention, a strong turbulent flow can be induced by adding a plate including a hole pattern to the gas inlet.
또한 본 발명은 홀 패턴을 포함하는 플레이트를 추가하여 강한 난류 흐름을 유도함으로써, 냉각효율을 향상시키고, 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of improving cooling efficiency and saving energy by inducing a strong turbulent flow by adding a plate including a hole pattern.
또한 본 발명은 간단한 설계변경만으로 고효율이면서 저비용의 공기 담금질 장치를 자동차, 철강, 기계 산업 등 금속의 열처리를 이용하는 전 제조업에 적용할 수 있다.In addition, the present invention can be applied to all manufacturing industries that use heat treatment of metals, such as automobiles, steel, and machinery industries, by using a high-efficiency and low-cost air quenching device with only a simple design change.
도 1은 본 발명에 따른 공기 담금질 장치의 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 담금질 장치를 3D로 나타낸 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 서로 다른 플레이트의 구조도이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기 담금질 장치를 이용하여 공기 담금질을 수행한 시뮬레이션 결과를 실제실험과 비교한 결과이다.
도 5는 홀의 총면적과 홀의 개수에 따른 600초 후 제품의 평균온도를 비교한 그래프이다.
도 6은 비교예 1 및 실시예 1 내지 5에 따른 장치 내부의 기체흐름을 모사한 도면이다.
도 7은 제조예 16에 따른 플레이트의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 제조예 17에 따른 플레이트의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 제조예 18에 따른 플레이트의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 제조예 19에 따른 플레이트의 구조를 나타낸 도면이다. 1 is a structural diagram of an air quenching device according to the present invention.
2 is a structural diagram showing the air quenching apparatus according to the present invention in 3D.
3 is a structural diagram of different plates according to the present invention.
4 is a result of comparing the simulation result of performing air quenching using the air quenching apparatus according to the present invention with an actual experiment.
5 is a graph comparing the average temperature of the product after 600 seconds according to the total area of holes and the number of holes.
6 is a view simulating the gas flow inside the apparatus according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 5.
7 is a view showing the structure of a plate according to Preparation Example 16.
8 is a view showing the structure of a plate according to Preparation Example 17.
9 is a view showing the structure of a plate according to Preparation Example 18.
10 is a view showing the structure of a plate according to Preparation Example 19.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 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.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 로 명명될 수 있다. Also, terms including an ordinal number such as first, second, etc. to be used below may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, it may be named first without departing from the scope of the present invention.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is said that a component is "formed" or "stacked" on another component, it may be formed or laminated by being directly attached to the front surface or one surface on the surface of the other component, but in the middle It should be understood that there may be other components in the .
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1은 본 발명에 따른 공기 담금질 장치의 구조도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기 담금질 장치를 3D로 나타낸 구조도이다. 또한 도 3은 본 발명에 따른 서로 다른 플레이트의 구조도이다. 1 is a structural diagram of an air quenching apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a structural diagram showing an air quenching apparatus according to the present invention in 3D. 3 is a structural diagram of different plates according to the present invention.
이하, 도 1 내지 3을 참조하여 홀 패턴을 포함하는 플레이트가 적용된 공기 담금질 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Hereinafter, an air quenching apparatus to which a plate including a hole pattern is applied will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 . However, this is provided as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.
본 발명은 기체가 유입되는 유입구(110), 유입된 상기 기체를 배출하는 배출구(120), 및 상기 기체가 통과하며 제품을 냉각시키는 내부공간(130)을 포함하는 챔버(100); 및 상기 챔버(100)의 유입구에 위치하고, 상기 기체가 통과하는 단수 또는 복수의 홀 패턴(hole pattern)을 포함하는 플레이트(plate, 200);를 포함하는 공기 담금질 장치(10)를 제공한다.The present invention provides a
도 1을 참조하면 상기 공기 담금질 장치(10)의 배출구(120)는 아무것도 설치되지 않은 빈 공간이다.Referring to FIG. 1 , the
상기 기체는 상기 내부공간(130)에서 난류흐름(turbulent flow)을 가질 수 있다.The gas may have a turbulent flow in the
본 발명은 베르누이의 정리를 이용하여 설계한 것으로, 유체가 좁은 통로를 흐를 때는 속력이 증가하는데 이 때 국부적으로 빨라진 유속으로 인해 홀을 통과한 유체에 난류 흐름이 유도된다. 난류는 일반적으로 층류에 비해 열전달 효율이 매우 좋기 때문에 열전달 향상이 중요한 열교환기 같은 장치에 난류와 소용돌이 흐름을 발생시키는 것이 매우 중요하다.The present invention was designed using Bernoulli's theorem, and when a fluid flows through a narrow passage, the speed increases. Since turbulent flow is generally much more efficient in heat transfer than laminar flow, it is very important to generate turbulent and vortex flows in devices such as heat exchangers where improved heat transfer is important.
상기 공기 담금질 장치가 상기 챔버(100)의 외부에 위치하고, 상기 기체를 상기 플레이트(200)의 홀 패턴으로 통과시켜 상기 내부공간(130)으로 유입시키는 블로어(300);를 추가로 포함할 수 있다.The air quenching device is located outside the
상기 홀 패턴이 단수 또는 복수의 홀을 포함하고, 상기 홀의 형상이 원, 반원, 타원 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 형상을 포함할 수 있다. 다각형의 경우 모서리와 꼭지점에 적용하는 압력이 달라 플레이트의 변형 및 파손이 일어 날 수 있기 때문에 제외한다.The hole pattern may include a single or a plurality of holes, and the shape of the hole may include at least one shape selected from the group consisting of a circle, a semicircle, an ellipse, and combinations thereof. In the case of polygons, the pressure applied to the corners and vertices is different, so plate deformation and breakage may occur, so it is excluded.
상기 홀의 형상이 원의 형상을 포함할 수 있다.The shape of the hole may include a shape of a circle.
상기 홀 패턴이 제1 홀; 및 상기 제1 홀의 주위를 둘러싸는 복수의 제2 홀;을 포함할 수 있다.The hole pattern includes a first hole; and a plurality of second holes surrounding the first hole.
상기 제2 홀의 개수는 1 이상의 정수이며, 상기 제2 홀의 개수는 설치된 공정의 형태에 따라 달라지지만 일반적으로 2 내지 100 중 어느 하나의 정수일 수 있다. The number of the second holes is an integer of 1 or more, and the number of the second holes varies depending on the type of the installed process, but may generally be an integer of any one of 2 to 100.
상기 제1 홀 및 제2 홀이 각각 원이고, 상기 제2 홀의 직경(D2)과 상기 제1 홀의 직경(D1)의 비(D2/D1)가 0.1 내지 1 일 수 있고, 바람직하게는 0.2 내지 0.7일 수 있다.The first hole and the second hole are each a circle, and the ratio (D 2 /D 1 ) of the diameter (D 2 ) of the second hole to the diameter (D 1 ) of the first hole may be 0.1 to 1, preferably For example, it may be 0.2 to 0.7.
상기 제2 홀의 직경(D2)과 상기 제1 홀의 직경(D1)의 비(D2/D1)가 0.1 미만이면 상기 제2 홀의 직경(D2)이 작아 담금질 및 운반 과정에서 발생하는 미량의 금속 가루 등의 이물질이 쌓여 유지보수 측면에서 설계가 바람직하지 않고, 1 초과이면 상기 제1 홀의 직경(D1)을 통과한 유체가 장애물에 부딪혀 소멸되더라도 상기 제2 홀의 직경(D2)을 통과한 빠른 유속의 유체로 대체되는 현상이 발생하기 어렵기 때문에 설계가 바람직하지 않다If the ratio (D 2 /D 1 ) of the diameter (D 2 ) of the second hole and the diameter (D 1 ) of the first hole is less than 0.1, the diameter (D 2 ) of the second hole is small, which occurs in the quenching and conveying process If the design is undesirable in terms of maintenance due to the accumulation of foreign substances such as trace amounts of metal powder, and if it exceeds 1, the diameter of the second hole (D 2 ) The design is undesirable because it is difficult to be replaced by a fluid with a high flow rate that has passed through
상기 플레이트는 상기 홀의 면적(A1)과 홀을 제외한 플레이트의 면적(A2)의 합(A1+A2)과 상기 홀의 면적(A1)과의 비((A1+A2)/A1)가 1.5 내지 15일 수 있고, 바람직하게는 2 내지 10일 수 있다.The plate has a ratio ( (A 1 + A 2 ) / A 1 ) may be 1.5 to 15, preferably 2 to 10.
상기 홀의 면적(A1)과 홀을 제외한 플레이트의 면적(A2)의 합(A1+A2)과 상기 홀의 면적(A1)과의 비((A1+A2)/A1)가 1.5 미만이면 넓은 홀의 면적으로 인해 상대적으로 느린 유속이 상기 홀을 통과하여 난류가 유도되기 어려워 바람직하지 않고, 15 초과이면 좁은 홀의 면적으로 인해 상기 홀에 이물질이 퇴적되어 유지보수가 필요하며 홀을 관통하지 않고 플레이트를 들어올리려는 부력이 작용하여 바람직하지 않다. The ratio ((A 1 +A 2 )/A 1 ) of the sum (A 1 +A 2 ) of the area of the hole (A 1 ) and the area of the plate excluding the hole (A 2 ) and the area of the hole (A 1 ) If is less than 1.5, it is undesirable because a relatively slow flow velocity is difficult to induce turbulence through the hole due to the large hole area. It is undesirable because the buoyancy force that tries to lift the plate without penetrating it acts.
상기 플레이트를 통과한 후의 상기 기체의 평균속도(Averaged velocity)가 상기 플레이트를 통과하기 전의 상기 기체의 평균속도보다 빠를 수 있다.An average velocity of the gas after passing through the plate may be higher than an average velocity of the gas before passing through the plate.
상기 플레이트(200)의 소재가 스틸, 스테인레스스틸, 철, 알루미늄, 주석 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.The material of the
상기 챔버(100)의 외벽이 단열벽(adiabatic wall)일 수 있다.The outer wall of the
상기 공기 담금질 장치가 상기 제품을 운반하기 위한 컨베이어(conveyor, 400)를 추가로 포함할 수 있다.The air quenching device may further comprise a
상기 컨베이어(conveyor, 400)가 상기 내부공간(130)에 위치할 수 있고, 기체의 흐름에 영향을 미치는 장애물 역할을 할 수 있다.The
상기 공기 담금질 장치가 상기 컨베이어(conveyor) 상에 위치하고, 상기 제품을 적재하기 위한 팔레트(pallet, 500)를 추가로 포함할 수 있다.The air quenching device is positioned on the conveyor, and may further include a
본 발명은 블로어(송풍기)로부터 유입된 기체가 홀 패턴을 포함하는 플레이트(냉풍입구)를 통과하면서 속도가 빨라지게 되고, 빨라진 속도로 인해 장치의 컨베이어, 팔레트 및 제품을 통과하는 기체(공기)의 흐름은 난류의 형태를 띄게 된다. 이때 층류보다 열전달 효율이 우수한 난류 흐름으로 인해 제품의 주요 열전달 방식인 강제 대류가 향상되고, 공기 담금질을 수행하는 경우 장치의 냉각 성능이 좋아지는 효과가 있다.The present invention increases the speed as the gas introduced from the blower (blower) passes through the plate (cold air inlet) including the hole pattern, and the speed of the gas (air) passing through the conveyor, pallet and product of the device due to the increased speed The flow takes the form of turbulence. At this time, forced convection, the main heat transfer method of the product, is improved due to the turbulent flow, which has better heat transfer efficiency than laminar flow, and when air quenching is performed, the cooling performance of the device is improved.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following examples are only provided for easier understanding of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.
[실시예][Example]
[홀 패턴을 포함하는 플레이트][Plate with hole pattern]
제조예 1Preparation Example 1
2788mm (가로) × 1988mm (세로) 크기의 철판을 준비하고, 직경 939.2mm 크기의 원 모양으로 홀을 뚫어 홀 1개를 포함하는 플레이트를 제조하였다.An iron plate having a size of 2788mm (horizontal) × 1988mm (vertical) was prepared, and a hole was drilled in a circular shape with a diameter of 939.2mm to prepare a plate including one hole.
제조예 2 내지 15Preparation Examples 2 to 15
홀의 개수, 총면적, 직경을 서로 다르게 하여 제조예 1과 같은 방법으로 제조예 2 내지 15를 제조하였고, 그 내용을 하기 표 1에 기재하였다. 또한 제조된 플레이트의 구조는 도 3을 통해 확인할 수 있으며, 어두운 직사각형 4개는 컨베이어를, 원은 홀을 의미한다.Preparation Examples 2 to 15 were prepared in the same manner as in Preparation Example 1 by varying the number, total area, and diameter of the holes, and the contents are described in Table 1 below. In addition, the structure of the manufactured plate can be confirmed through FIG. 3 , and four dark rectangles indicate a conveyor and circles indicate a hall.
또한 대조예 1(A)는 별도의 플레이트를 설치하는 않은 경우를 나타내며, 제조예 1(B) 내지 제조예 15(P)는 각각 홀의 개수, 직경 및 면적이 다르며, 홀에 특정 패턴을 적용하지 않고 크기에 비례한 균일한 간격으로 배치하였다.In addition, Control Example 1 (A) shows a case in which a separate plate is not installed, and in Preparation Examples 1 (B) to 15 (P), the number, diameter, and area of the holes are different, and a specific pattern is not applied to the holes. They were arranged at uniform intervals proportional to the size.
제조예 16 내지 19Preparation Examples 16 to 19
홀의 개수, 총면적, 직경을 서로 다르게 하여 제조예 1과 같은 방법으로 제조예 16 내지 19를 제조하였고, 그 내용을 하기 표 2에 기재하였다. 또한 제조된 플레이트의 구조는 도 7 내지 10을 통해 확인할 수 있다.Preparation Examples 16 to 19 were prepared in the same manner as in Preparation Example 1 by varying the number, total area, and diameter of the holes, and the contents are described in Table 2 below. In addition, the structure of the manufactured plate can be confirmed through FIGS. 7 to 10 .
제2 홀: 2.476 (작은 직경)1st hole: 4.952 (large diameter)
2nd hole: 2.476 (small diameter)
제2 홀: 2.476 (작은 직경)1st hole: 4.952 (large diameter)
2nd hole: 2.476 (small diameter)
(도 9)Preparation 18
(Fig. 9)
제2 홀: 2.476 (작은 직경)1st hole: 4.952 (large diameter)
2nd hole: 2.476 (small diameter)
[공기 담금질 장치][Air quenching device]
실시예 1Example 1
공기 담금질 장치의 챔버는 2788mm (가로: x축) × 1988mm (세로: y축) × 1600mm (높이: z축)의 크기로 제조하고, 제조예 1에 따라 제조된 플레이트를 유입구와 인접한 위치에 설치하였다. 그리고 블로어(송풍기)를 이용하여 3500m3 / min의 유량으로 온도가 353.15K인 냉기를 공급하고, 상기 냉기는 공기이다. 이때 상기 공기의 밀도는 355.13K에서 0.9994kg / m3, 비열 용량은 1008J / kg·K, 열전도율은 0.02953W / m·K이다.The chamber of the air quenching device is manufactured in a size of 2788mm (horizontal: x-axis) × 1988mm (vertical: y-axis) × 1600mm (height: z-axis), and the plate prepared according to Preparation Example 1 is installed in a position adjacent to the inlet did And using a blower (blower) to supply cold air having a temperature of 353.15K at a flow rate of 3500 m 3 / min, and the cold air is air. At this time, the density of the air is 0.9994kg / m 3 at 355.13K, the specific heat capacity is 1008J / kg·K, and the thermal conductivity is 0.02953W / m·K.
CFD 모델링은 상업용 소프트웨어인 Star CCM + 12.04를 사용하여 3차원으로 수행되었으며, 공기 담금질 장치를 이용하여 냉각시킬 대상 제품은 자동차 산업에서 사용되는 엔진의 실린더 블록의 형상을 단순화하여 모델링하였고, 제품의 물리적 특성과 질량은 실제 제품과 동일한 열용량을 생성하도록 모델링하였다. 상기 제품의 초기 온도는 808.15K이고, 표면은 거칠기가 없는 매끄러웠다. 또한 제품의 소재는 7075 알루미늄 합금으로, 밀도는 2,810kg / m3, 열용량은 960J / kg·K, 열전도율은 130W / m·K였다.CFD modeling was performed in three dimensions using commercial software Star CCM + 12.04, and the target product to be cooled using the air quencher was modeled by simplifying the shape of the cylinder block of the engine used in the automobile industry, and the physical The properties and mass are modeled to produce the same heat capacity as the actual product. The initial temperature of the product was 808.15K, and the surface was smooth without roughness. In addition, the material of the product was 7075 aluminum alloy, and the density was 2,810kg / m 3 , the heat capacity was 960J / kg·K, and the thermal conductivity was 130W / m·K.
실시예 2 내지 19Examples 2 to 19
실시예 1에서 제조예 1에 따라 제조된 플레이트를 설치하는 대신에 제조예 2 내지 19에 따라 제조된 플레이트를 각각 설치하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 담금질 장치를 제조하였다.An air quenching device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the plates prepared according to Preparation Examples 2 to 19 were respectively installed instead of installing the plates prepared according to Preparation Example 1 in Example 1.
비교예 1: 공기 담금질 장치Comparative Example 1: Air quenching device
실시예 1에서 제조예 1에 따라 제조된 플레이트를 설치하는 대신에 별도의 플레이트를 설치하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 담금질 장치를 제조하였다.In Example 1, an air quenching apparatus was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a separate plate was not installed instead of installing the plate prepared according to Preparation Example 1.
[시험예] [Test Example]
시험예 1: 시뮬레이션 결과Test Example 1: Simulation Results
도 4는 본 발명에 따른 공기 담금질 장치를 이용하여 공기 담금질을 수행한 시뮬레이션 결과를 실제실험과 비교한 결과이다. 장치내부의 기류 시뮬레이션은 RANS 방정식을 사용하여 모델링되었고, 난류는 표준 k-ε 모델을 기반으로 한 커플링 시뮬레이션으로 모델링되었다.4 is a result of comparing the simulation result of performing air quenching using the air quenching apparatus according to the present invention with an actual experiment. The airflow simulation inside the device was modeled using the RANS equation, and the turbulence was modeled as a coupling simulation based on the standard k-ε model.
시뮬레이션 및 실제실험은 앞서 기재한 실시예 1과 동일한 조건하에서 실험하였다.Simulations and actual experiments were conducted under the same conditions as those of Example 1 described above.
도 4에 따르면, 본 발명에 따른 공기 담금질 장치에 적재된 36개의 제품 중 위치별로 12개의 제품을 선택하여 비교했을 때 도 4의 오른쪽 하단에 확대된 그래프를 보면, 실제실험(experiment)과 CFD 모델(simulation)은 유사한 경향성을 가지는 냉각 결과를 보였다.According to Figure 4, when looking at the enlarged graph at the bottom right of Figure 4 when comparing the selected 12 products by location among the 36 products loaded in the air quenching device according to the present invention, the actual experiment (experiment) and CFD model (simulation) showed cooling results with similar trends.
따라서 실제 공기 담금질 장치의 냉각결과와 CFD 모델의 냉각결과를 비교 검증한 결과, 제품의 냉각 경향성이 동일하게 나타나 CFD 모델이 공기 담금질 장치를 잘 모사했음을 알 수 있다.Therefore, as a result of comparing and verifying the cooling result of the actual air quenching device and the cooling result of the CFD model, the cooling tendency of the product was the same, indicating that the CFD model simulated the air quenching device well.
시험예 2: 서로 다른 플레이트에 따른 냉각효과 비교Test Example 2: Comparison of cooling effects according to different plates
도 5는 홀의 총면적과 홀의 개수에 따른 600초 후 제품의 평균온도를 비교한 그래프이고, 결과를 하기 표 3에 기재하였다.5 is a graph comparing the average temperature of the product after 600 seconds according to the total area of holes and the number of holes, and the results are shown in Table 3 below.
표 3 및 도 5에 따르면, 비교예 1에 따른 장치는 별도의 플레이트를 포함하지 않아 유입구의 전체 영역을 통해 냉기가 유입되고, 제품의 평균온도가 약 612K로 가장 높게 나타난 것으로 보아 홀 패턴을 포함하는 플레이트를 설치하는 것은 냉각 효과를 상승시키는 것을 알 수 있었다.According to Table 3 and FIG. 5, the device according to Comparative Example 1 did not include a separate plate, so cold air was introduced through the entire area of the inlet, and it was found that the average temperature of the product was the highest at about 612K, including a hole pattern. It was found that installing a plate to increase the cooling effect.
또한 실시예 1 내지 15에 따른 장치를 이용했을 때, 실시예 12의 경우 냉각 효과가 가장 우수했으며, 제품의 평균온도가 비교예 1에 비하여 최대 206.532 K 정도의 차이가 나타나 홀 패턴을 포함하는 플레이트(냉풍 입구) 설치의 중요성을 알 수 있었다.In addition, when the device according to Examples 1 to 15 was used, the cooling effect was the best in Example 12, and the average temperature of the product showed a difference of about 206.532 K at most compared to Comparative Example 1, so a plate including a hole pattern I could see the importance of installing (cold air inlet).
따라서 홀의 개수는 경향성을 띄지 않으며, 홀의 총 면적이 작을수록 냉각 효과가 좋음을 알 수 있었고, 본 발명에 따른 장치가 베르누이의 원리를 따르는 것을 알 수 있었다.Accordingly, the number of holes does not show a tendency, and it can be seen that the smaller the total area of the holes, the better the cooling effect, and it can be seen that the device according to the present invention follows Bernoulli's principle.
시험예 3: 서로 다른 플레이트에 따른 기체의 흐름 비교Test Example 3: Comparison of gas flow according to different plates
도 6은 비교예 1 및 실시예 1 내지 5에 따른 장치 내부의 기체흐름을 모사한 도면이다. 세로축의 속도(m/s) 스케일 바에서 장치 내부의 유속을 유추할 수 있고, 가로축의 온도(K) 스케일 바에서 제품의 표면 온도를 유추할 수 있다. 6 is a view simulating the gas flow inside the apparatus according to Comparative Example 1 and Examples 1 to 5. The flow rate inside the device can be inferred from the velocity (m/s) scale bar on the vertical axis, and the surface temperature of the product can be inferred from the temperature (K) scale bar on the horizontal axis.
도 6에 따르면, 홀의 총면적이 2.771m2 일 때, 홀의 개수에 따른 유량 분포를 알 수 있으며, 실시예 1(B 포함)의 냉각 효과가 가장 우수한 것으로 나타났으며, 제품을 둘러싼 기체의 흐름이 가장 불규칙하고 난류 (turbulent flow)가 충분히 유도된 것을 알 수 있었다. 또한 비교예 1(A 적용)은 제품의 평균온도가 612K이고, 기체의 흐름은 입구에서 출구까지 층류(laminar flow)로 나타났고, 실시예 5(F 포함) 제품의 평균온도가 612K로 나타났으며, 기체의 흐름은 층류인 것으로 나타났다. 이는 홀의 개수가 증가해도 홀의 균일한 분포로 인해 난류가 유도되지 않아 층류가 관찰된 것으로 분석된다.According to FIG. 6, when the total area of the hole is 2.771 m 2 , the flow distribution according to the number of holes can be seen, and it was found that the cooling effect of Example 1 (including B) was the best, and the flow of gas surrounding the product was It was found that the most irregular and turbulent flow was sufficiently induced. In Comparative Example 1 (application of A), the average temperature of the product was 612K, the gas flow was laminar from the inlet to the outlet, and the average temperature of the product in Example 5 (including F) was 612K. and the gas flow was found to be laminar. It is analyzed that laminar flow was observed because turbulence was not induced due to the uniform distribution of holes even when the number of holes increased.
따라서 본 발명에 따른 장치 내부의 기체흐름이 난류일 때 냉각 효과가 우수한 것을 알 수 있었고, 홀의 개수는 냉각 효과에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.Therefore, it can be seen that the cooling effect is excellent when the gas flow inside the device according to the present invention is turbulent, and it is judged that the number of holes does not significantly affect the cooling effect.
시험예 4: 홀 패턴을 포함하는 플레이트의 최적화 설계Test Example 4: Optimized design of a plate including a hole pattern
도 7 내지 10은 제조예 16 내지 19에 따른 플레이트의 구조를 나타낸 도면이다. 여기서 어두운 4개의 직사각형은 컨베이어를 의미한다. 또한 하기 표 4에는 서로 다른 플레이트 사용에 따른 냉각성능을 비교한 결과를 하기에 기재하였다.7 to 10 are views showing the structure of the plate according to Preparation Examples 16 to 19. The four dark rectangles here mean the conveyor. In addition, in Table 4 below, the results of comparing the cooling performance according to the use of different plates are described below.
도 7 내지 10 및 표 4에 따르면, 플레이트의 설계를 수치화하는 것은 어렵지만 가장 우수한 냉각 성능을 보이는 경우는 도 7(실시예 16)과 같이 가운데에 위치한 큰 원을 기준으로, 지름이 1/2 이상 작은 원이 둘러싼 형태의 홀이 반복되는 패턴을 형성하는 경우인 것으로 나타났다.According to FIGS. 7 to 10 and Table 4, although it is difficult to quantify the design of the plate, the case showing the best cooling performance has a diameter of 1/2 or more based on a large circle located in the center as shown in FIG. 7 (Example 16). It was found that the hole in the shape of a small circle formed a repeating pattern.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those of ordinary skill in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. It is possible.
Claims (17)
상기 챔버의 유입구에 위치하고, 상기 기체가 통과하는 단수 또는 복수의 홀 패턴(hole pattern)을 포함하는 플레이트(plate);를
포함하는 공기 담금질 장치.a chamber including an inlet through which gas is introduced, an outlet through which the introduced gas is discharged, and an internal space through which the gas passes to cool the product; and
A plate located at the inlet of the chamber and including a single or a plurality of hole patterns through which the gas passes;
Including air quenching device.
상기 기체는 상기 내부공간에서 난류흐름(turbulent flow)을 갖는 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.According to claim 1,
The air quenching apparatus, characterized in that the gas has a turbulent flow (turbulent flow) in the inner space.
상기 공기 담금질 장치가
상기 챔버의 외부에 위치하고, 상기 기체를 상기 플레이트의 홀 패턴으로 통과시켜 상기 내부공간으로 유입시키는 블로어;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.According to claim 1,
The air quenching device
Air quenching apparatus according to claim 1, further comprising: a blower located outside the chamber and passing the gas through the hole pattern of the plate and introducing the gas into the inner space.
상기 홀 패턴이 단수 또는 복수의 홀을 포함하고,
상기 홀의 형상이 원, 반원, 타원 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.According to claim 1,
The hole pattern includes a single or a plurality of holes,
Air quenching apparatus, characterized in that the shape of the hole comprises at least one shape selected from the group consisting of a circle, a semicircle, an ellipse, and a combination thereof.
상기 홀의 형상이 원의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.5. The method of claim 4,
Air quenching apparatus, characterized in that the shape of the hole comprises a shape of a circle.
상기 홀 패턴이
제1 홀; 및
상기 제1 홀의 주위를 둘러싸는 복수의 제2 홀;을
포함하는 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.5. The method of claim 4,
the hole pattern
first hall; and
a plurality of second holes surrounding the first hole;
Air quenching device, characterized in that it comprises.
상기 제2 홀의 개수가 2 내지 100 중 어느 하나의 정수인 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.7. The method of claim 6,
Air quenching apparatus, characterized in that the number of the second hole is an integer of any one of 2 to 100.
상기 제1 홀 및 제2 홀이 각각 원이고,
상기 제2 홀의 직경(D2)과 상기 제1 홀의 직경(D1)의 비(D2/D1)가 0.1 내지 1인 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.7. The method of claim 6,
The first hole and the second hole are each a circle,
Air quenching apparatus, characterized in that the ratio (D 2 /D 1 ) of the diameter (D 2 ) of the second hole and the diameter (D 1 ) of the first hole is 0.1 to 1.
상기 제2 홀의 직경(D2)과 상기 제1 홀의 직경(D1)의 비(D2/D1)가 0.2 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.9. The method of claim 8,
The ratio (D 2 /D 1 ) of the diameter (D 2 ) of the second hole and the diameter (D 1 ) of the first hole is 0.2 to 0.7.
상기 플레이트는 상기 홀의 면적(A1)과 홀을 제외한 플레이트의 면적(A2)의 합(A1+A2)과 상기 홀의 면적(A1)과의 비((A1+A2)/A1)가 1.5 내지 15인 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.According to claim 1,
The plate has a ratio ( (A 1 + A 2 ) / A 1 ) Air quenching device, characterized in that 1.5 to 15.
상기 플레이트는 상기 홀의 면적(A1)과 홀을 제외한 플레이트의 면적(A2)의 합(A1+A2)과 상기 홀의 면적(A1)과의 비((A1+A2)/A1)가 2 내지 10인 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.11. The method of claim 10,
The plate has a ratio ( (A 1 + A 2 ) / A 1 ) Air quenching device, characterized in that 2 to 10.
상기 플레이트를 통과한 후의 상기 기체의 평균속도(Averaged velocity)가 상기 플레이트를 통과하기 전의 상기 기체의 평균속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.According to claim 1,
Air quenching apparatus, characterized in that the average velocity of the gas after passing through the plate is faster than the average velocity of the gas before passing through the plate.
상기 플레이트의 소재가 스틸, 스테인레스스틸, 철, 알루미늄, 주석 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.According to claim 1,
Air quenching apparatus, characterized in that the material of the plate is any one selected from the group consisting of steel, stainless steel, iron, aluminum, tin and alloys thereof.
상기 챔버의 외벽이 단열벽(adiabatic wall)인 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.According to claim 1,
Air quenching apparatus, characterized in that the outer wall of the chamber is an adiabatic wall (adiabatic wall).
상기 공기 담금질 장치가
상기 제품을 운반하기 위한 컨베이어(conveyor)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.According to claim 1,
The air quenching device
Air quenching apparatus, characterized in that it further comprises a conveyor (conveyor) for conveying the product.
상기 컨베이어(conveyor)가 상기 내부공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.16. The method of claim 15,
Air quenching apparatus, characterized in that the conveyor (conveyor) is located in the inner space.
상기 공기 담금질 장치가
상기 컨베이어(conveyor) 상에 위치하고, 상기 제품을 적재하기 위한 팔레트(pallet)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 담금질 장치.16. The method of claim 15,
The air quenching device
The air quenching apparatus according to claim 1, further comprising a pallet located on said conveyor and for loading said product.
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JP2017020070A (en) * | 2015-07-09 | 2017-01-26 | 日産自動車株式会社 | Heat treatment apparatus and method |
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